Projet de Fin d’Etudes - mcours.netmcours.net/.../Etude_d_une_avarie_apparue_sur_un...a_LAFARGE_Bo… · Projet de Fin d’Etudes Dédicace A la mémoire de mes chers grands parents,

Projet de Fin d’Etudes


Dédicace

A la mémoire de mes chers grands parents, que dieu ait leur âme.

A mes chers parents, qui ont toujours su nous prodiguer les bons conseils, pour tous les

sacrifices qu’ils ont dû faire pour nous donner les meilleures conditions de vie.

Veuillez trouver en ce travail la preuve d’amour et du respect que je porte pour vous.

A mon cher frère Nabil, à mes chères sœurs Fadoua et Hajar,

A ma chère belle sœur Lamiae et mon cher beau frère Khalid,

A mes chers neveux Saad, Elyazid et Ali

Pour l’amour et le soutien que vous m’avez prodiguée, et pour tous les agréables moments

passés et à venir.

A mes chers oncles, et mes chères tantes,

A mes chers cousins et chères cousines,

Que ce travail puisse être le témoignage de mon amour et mon respect.

A mes chères amies : Firdaous, Khaoula, Boutaina, Hind, Farah, Sarah, Houda, Sanae, Nihad et

Salsabille pour tous les moments agréables et difficiles qu’on a partagées.

A tous mes amis et les gens que j’aime, qui ont cru en moi et m’ont soutenu.

Imane


Remerciements

Je tiens à exprimer ma gratitude et ma plus haute reconnaissance, en premier lieu, à

mes encadrants Monsieur ELMALIKI et Monsieur MESKINI pour tout le temps qu’ils m’ont

consacrée et tous les conseils qu’ils m’ont prodiguée durant tout mon Projet de Fin

d’Etudes.

Je tiens à remercier aussi LAFARGE BOUSKOURA de m’avoir accueilli tout au long

de mon Projet de Fin d’Etudes au sein du service mécanique.

Je remercie particulièrement :

Monsieur EL FAKIR, mon parrain industriel, qui m’a formé tout au long de la période

de mon stage en me faisant part de son expérience professionnelle et de ses compétences.

Le personnel du bureau des méthodes pour leur aide, et plus particulièrement

Monsieur WAOUA et Monsieur NABIH.

Je tiens à remercier aussi tout le corps professoral de l’Ecole Nationale Supérieure

d’Electricité et de Mécanique, et tous ceux qui ont participé de près ou de loin à la réussite

de ce travail.


Résumé

Dans ce projet de fin d’études, nous avons réalisé l’étude d’une avarie apparue sur un

galet du broyeur vertical BC3 à LAFARGE Bouskoura.

Notre étude s’est basée sur cinq axes essentiels. Nous avons commencé par une analyse

de la fissure qui nous a permis de définir les différents éléments intervenant dans l’apparition

de cette avarie.

Une analyse détaillée de ces éléments et de leur influence sur l’état du galet a été nécessaire

pour déterminer l’origine exacte de la fissure et proposer les solutions adéquates.

Afin d’établir un plan de maintenance du galet, nous avons réalisé une étude AMDEC

permettant ainsi la connaissance des organes les plus défaillants du broyeur.

Enfin, une étude technico-économique a mis en valeur les solutions proposées par un

important rendement sur le niveau financier.


Abstract

In this final project of studies, we have realized the study of an average appeared on a

pebble of the vertical crusher BC3.

Our study is based on five essential axes. We have begun with an analysis of the crack

which allowed us to define the various elements occurring in the appearance of this average.

A detailed analysis of these elements and their influence on the state of the pebble was necessary

to determine the exact origin of the crack and propose the adequate solutions.

In order to set up a plan of maintenance of the pebble, we have realized the FMEA skill which

allowed us to know the most failing organs of the crusher.

Finally, a technico-economic study has reclaimed the proposed solutions by an important

financial efficiency.


-

1


Table des matières

Liste des figures .................................................................................................................................5

Liste des tableaux ...............................................................................................................................7

Introduction .......................................................................................................................................8

Cahier des charges ..............................................................................................................................9

1. LAFARGE groupe.................................................................................................................11

2. LAFARGE Maroc .................................................................................................................12

3. LAFARGE BOUSKOURA ....................................................................................................14

3.1. Les dates clés .................................................................................................................14

3.2. Organigramme de l’entreprise .........................................................................................15

4. Procédé de fabrication du ciment ............................................................................................16

5. Présentation des différentes étapes de fabrication du ciment .....................................................16

5.1. Exploitation de la carrière ...............................................................................................16

5.2. Le concassage ................................................................................................................17

5.3. La pré-homogénéisation..................................................................................................18

5.4. Le broyage du cru...........................................................................................................18

5.5. La cuisson......................................................................................................................18

5.6. Broyage du ciment .........................................................................................................20

5.7. Ensachage et expédition..................................................................................................21

CHAPITRE II : Description du broyeur .............................................................................................24

1. Prinicipe de fonctionnement du broyeur vertical à galets BC3...................................................25

1.1. Les galets du broyeur vertical BC3 ..................................................................................26

2


1.2. Le plateau de broyage .....................................................................................................27

1.3. Les tirants ......................................................................................................................28

1.4. L’anneau de buses ..........................................................................................................28

CHPITRE III : Analyse de la fissure ..................................................................................................29

1. Enquête préliminaire ..............................................................................................................30

1.1. Observations générales de la fissure.................................................................................30

1.2. Matériau utilisé ..............................................................................................................31

1.3. Contrôles effectués sur les galets .....................................................................................31

1.4. La gamme de fabrication.................................................................................................32

1.5. Conditions d’utilisation prévues ......................................................................................32

1.6. Circonstances de l’incident .............................................................................................36

1.7. Informations susceptibles d’être liées à l’incident .............................................................38

2. Analyse morphologique de la fissure.......................................................................................39

2.1. Classification de la défaillance ........................................................................................39

2.2. L’aspect général de la fissure ..........................................................................................39

2.3. Influence du type du chargement sur le faciès...................................................................40

3. Analyses complémentaires .....................................................................................................41

3.1. Analyse chimique de l’échantillon ...................................................................................41

3.2. Mesure de la dureté ........................................................................................................42

3.3. L’examen microscopique de la fonte................................................................................42

CHAPITRE IV : Analyse des causes de l’avarie .................................................................................45

1. Etude de la fatigue .................................................................................................................46

1.1. Les cycles de travail .......................................................................................................46

2. Etude de l’influence de la corrosion et des contraintes thermiques ............................................47

3


2.1. Etude de la corrosion ......................................................................................................47

2.2. Etude de la résistance aux chocs thermiques .....................................................................48

3. Etude des vibrations ...............................................................................................................49

3.1. Outil de mesure ..............................................................................................................50

3.2. Observations générales ...................................................................................................50

3.3. Analyse des différentes causes des vibrations ...................................................................53

CHAPITRE V : Les solutions proposées ............................................................................................57

1. Contrôles Non Destructifs ......................................................................................................58

2. Amélioration du matériau.......................................................................................................58

2.1. Le Xwin ........................................................................................................................59

2.2. Les bandages duocast de l’Xwin......................................................................................59

2. Equilibrage de l’usure ............................................................................................................60

2.1. Mesure de l’usure ...........................................................................................................60

2.2. Retournement du train de galets.......................................................................................61

3. Traitements superficiels .........................................................................................................62

3.1. Principe .........................................................................................................................62

4. Solutions relatives aux vibrations ............................................................................................63

4.1. L’épaisseur de la couche de matière.................................................................................63

4.2. L’anneau de buses ..........................................................................................................64

4.3. La puissance absorbée par le moteur ................................................................................64

4.4. Les éléments de la matière première ................................................................................64

4.5. Les balourds...................................................................................................................64

4.6. Préventions pour garder un niveau vibratoire commode ....................................................64

CHAPITRE VI : Analyse des Modes de Défaillances de leur Effets et de leur Criticité(AMDEC) ..........67

4


1. Définition..............................................................................................................................68

2. Démarche pratique de la méthode AMDEC .............................................................................68

3. Analyse des mécanismes de la défaillance ...............................................................................68

4. Estimation de la criticité .........................................................................................................71

4.1. Indice de fréquence F .....................................................................................................71

4.2. Indice de gravité G .........................................................................................................72

4.3. Indice de non-détection D ...............................................................................................73

4.4. Calcul de la criticité C ....................................................................................................73

5. Courbe de criticité .................................................................................................................75

6. Les actions rectificatives ........................................................................................................76

7. Estimation de la criticité par les indices finaux ........................................................................77

8. Courbe de criticité finale ........................................................................................................78

9. Le suivi.................................................................................................................................79

10. Gamme de maintenance concernant le broyeur vertical BC3 .................................................80

CHAPITRE VII : L’étude technico-économique .................................................................................82

1. Coût de la maintenance effectuée en cas de la fissure/rupture du bandage ..................................83

1.1. Les coûts directs.............................................................................................................83

1.2. Les coûts indirects ..........................................................................................................84

1.3. Coût des arrêts programmés du broyeur BC3....................................................................85

2. Coût des solutions proposées ..................................................................................................85

2.1. Contrôle par ultrasons .....................................................................................................85

2.2. Le matériau Xwin...........................................................................................................86

Annexes ...........................................................................................................................................88

5


Liste des figures

Figure 1 : LAFARGE dans le monde .................................................................................................11

Figure 2 : Chiffre d’affaires de LAFARGE par activité et par zone ......................................................12

Figure 3 : Implantations des usines de LAFARGE au Maroc ...............................................................13

Figure 4 : LAFARGE BOUSKOURA ................................................................................................14

Figure 5 : Organigramme de l’usine de BOUSKOURA .......................................................................15

Figure 6 : Composants du ciment .......................................................................................................16

Figure 7 : La phase du concassage .....................................................................................................17

Figure 8 : les différentes étapes de la cuisson ......................................................................................19

Figure 9 : Le broyage ciment .............................................................................................................20

Figure 10 : Ensachage et expédition ...................................................................................................21

Figure 11 : L’organigramme de fabrication de ciment ........................................................................22

Figure 12 : Le broyeur vertical à galets ..............................................................................................25

Figure 13 : Position des galets par rapport au plateau de broyage .........................................................27

Figure 14 : Le galet fissuré ................................................................................................................30

Figure 15 : Observations macroscopiques de la fissure ........................................................................30

Figure 16 : Eléments intervenant dans la rotation du galet ...................................................................32

Figure 17 : Représentation des forces appliquées sur le galet ...............................................................33

Figure 18 : La fissure apparue sur le galet du BC3 ..............................................................................36

Figure 19 : Le profil d’une paire de galet............................................................................................38

Figure 20 : Gabarit de mesure de l’usure ............................................................................................38

Figure 21 : Usure de la paire de galet .................................................................................................39

Figure 22 : Observation du faciès de la rupture ...................................................................................40

6


Figure 23 : Structure microscopique de la fonte GRS 100 ....................................................................42



Figure 26 : Relevé de la pression d’une paire de galets ........................................................................46

Figure 27 : Représentation schématique du mécanisme de progression d’une piqûre dans une fonte .......47

Figure 28 : Position du capteur vibrations ...........................................................................................50

Figure 29 : Le relevé des vibrations durant la période entre Janvier et Février 2009 ...............................51

Figure 30 : Le relevé des vibrations durant Février-Mars 2009.............................................................52

Figure 31 : Relevé des vibrations du 09/2008 au 01/2009 ....................................................................52

Figure 32 : Exemples de balourds ......................................................................................................55

Figure 33: Comparaison entre le Xwin et un alliage standard ...............................................................59

Figure 34 : Section d’un bandage en Xwin .........................................................................................60

Figure 35 : Positions des crochets ......................................................................................................61

Figure 36 : L’anneau de retenue.........................................................................................................63

Figure 37 : Analyse du mécanisme de défaillance ...............................................................................69

Figure 38 : Alimentation du silo par les broyeurs BC2 et BC3 .............................................................84

Figure 39: Principe du contrôle par ultrasons ......................................................................................92

Figure 40 : Principe du contrôle par contact ........................................................................................93

Figure 41 : Principe du contrôle par immersion...................................................................................94

Figure 42: L’émission acoustique ......................................................................................................95

Figure 43 : Principe du contrôle par magnétoscopie ............................................................................97

Figure 44: Principe du contrôle par ressuage..................................................................................... 100

Figure 45: Principe du contrôle par magnétoscopie ........................................................................... 103

Figure 43 : Grenaillage de précontrainte ........................................................................................... 105

7


Liste des tableaux

Tableau 1 : Les dates clés de l’usine de BOUSKOURA ......................................................................15

Tableau 2 : Les éléments composants les différents types de ciment .....................................................20

Tableau 3 : La production du broyeur BC3 .........................................................................................37

Tableau 4 : L’historique de la maintenance du BC3 ............................................................................37

Tableau 5 : Composition chimique de la fonte ....................................................................................41

Tableau 6 : Composition chimique donnée par la norme......................................................................41

Tableau 7 : Examen de la dureté Rockwell de l’échantillon .................................................................42

Tableau 8 : Analyse des mécanismes de défaillances des différents composants du broyeur ...................70

Tableau 9 : Les indices de fréquence F ...............................................................................................71

Tableau 10 : Les indices de gravité G.................................................................................................72

Tableau 11 : Les indices de la non-détection C ...................................................................................73

Tableau 12 : Tableau de l’AMDEC du broyeur BC3 ...........................................................................75

Tableau 13 : Tableau de l’AMDEC du broyeur BC3 après application des actions rectificatives ............78

Tableau 14 : Planning de maintenance du broyeur BC3 .......................................................................81

Introduction

8


Introduction

Lafarge Bouskoura a mis en service des broyeurs verticaux de cru. Le broyeur BC3 est

destiné à broyer 180 tonnes/heure, et pour répondre à la forte demande, cet équipement

travaille à 250 tonnes/heure. En conséquence, une fissure est apparue sur le bandage du BC3,

il nous a été confié dans le cadre du projet de fin d’études d’analyser les causes probables de

cette fissure.

L’objectif de notre stage de fin d’études, est de déterminer en premier lieu, l’origine de

cette fissure, de proposer des remèdes efficaces à ce problème, et d’effectuer une étude

technico-économique pour s’assurer de l’efficacité de ces solutions sur le plan économique.

Afin d’atteindre ces objectifs, nous avons effectué une enquête préliminaire qui nous a

permis de connaître le fonctionnement du broyeur, et de détecter les différents facteurs

agissant sur le broyeur pendant son fonctionnement. Ensuite, pour pouvoir cerner l’origine de

l’avarie étudiée, on a traité toutes les causes susceptibles de provoquer la fissure sur le

bandage.

Après avoir analysé les différentes causes, nous avons présenté les solutions qui

pourront augmenter la résistance du bandage à la fatigue, à la corrosion et à l’usure, et

recommander des suivis nécessaires pour diminuer les vibrations au sein du broyeur.

Une étude AMDEC est faite afin d’évaluer la criticité des galets, et pour proposer les

actions correctives qui diminueront cette criticité.

Finalement, une étude technico-économique est réalisée pour évaluer les coûts des

solutions proposées, et déterminer le gain de la société après application de ces solutions

proposées.

Cahier des charges

9


Cahier des charges

Objectifs

Les objectifs de ce projet de fin d’études sont les suivants :

Déterminer l’origine de cette fissure et sa gravité.

Proposer des remèdes efficaces à ce problème.

Faire une étude technico-économique.

Intérêts

Minimiser les arrêts de production.

Augmenter la production.

10


CHAPITRE I : Présentation de LAFARGE

Présentation de LAFARGE

11


1. LAFARGE groupe

Le groupe LAFARGE est héritier d’une longue tradition et d’un savoir- faire

exceptionnel dans les matériaux de construction. Depuis plus de 160 ans le groupe

LAFARGE s’est développé en France d’abord, puis en Amérique du nord et du sud, et

progressivement sur tous les continents. L’histoire de LAFARGE a été marquée par une

forte expansion et élargissement de ses activités. Aujourd’hui elle occupe la position de

leader par excellence à travers ses produits : Ciment (n°1 mondial), Granulats (n°1 mondial),

Bétons (n°3 mondial), et Plâtre (n°3 mondial), et qui mettent en œuvre des programmes

d’amélioration de performances, des actions de réduction des coûts, d’amélioration de la

qualité des produits et des services rendus aux clients.

Figure 1 : LAFARGE dans le monde

En 2007, il a réalisé un chiffre d’affaires de 17,6 milliards d’euros et un résultat net de

1,9 milliards d’euros.


12


Figure 2 : Chiffre d’affaires de LAFARGE par activité et par zone

Il a développé et mis en œuvre à travers le monde un savoir-faire d’efficacité

industrielle, création des valeurs, économie des ressources naturelles et de l’énergie, respect

des hommes et de l’environnement.

Le groupe Lafarge est la seule entreprise dans le domaine de construction, répertoriée

dans la liste 2008 des 100 multinationales les plus engagées en matière de développement

durable.

2. LAFARGE Maroc

En 1930, LAFARGE s’implanta au Maroc en créant la première cimenterie du pays à

Casablanca, principal marché jusqu’à lors de consommation de ciments. Quelques années

plus tard, le groupe se développe et crée une 2ème cimenterie à Meknès pour qu’entre 1982

et 1984 fasse acquisition de deux autres cimenteries au nord du pays (Tétouan et Tanger),

une usine de plâtre à Safi, et neuf centrales à béton.

Il fallait attendre le 10 juin 1995 pour que la naissance du groupe LAFARGE

MAROC voit le jour lors de la signature d’une convention de partenariat entre la SNI

(Société Nationale d’Investissement) et la groupe LAFARGE qui aboutit à la mise en œuvre

d’un holding (50% LAFARGE et 50%SNI).


13


La conséquence immédiate de cet accord est de pouvoir doter d’un groupe d’une

structure financière forte avec une augmentation du capital qui s’élève dès lors à 1,5 milliards

de dirhams.

Premier cimentier marocain, Lafarge Maroc dispose d'une capacité de production

supérieure à 6,5 millions de tonnes par an et détient plus de 42% de part de marché.

En 2008, le chiffre d’affaire de LAFARGE Maroc était de 4.178 Milliards de dirhams

soit une augmentation de +11,1%. Son résultat net est de 1.817 Milliards de dirhams soit

+43,3%.

Figure 3 : Implantations des usines de LAFARGE au Maroc


14


3. LAFARGE BOUSKOURA

L'usine de BOUSKOURA est la plus importante unité de production dans le pays en

termes de capacité. C’est aussi la seule usine qui dispose d’un atelier de broyage et

d’ensachage de ciment blanc au Maroc.

La capacité de l'usine, est passée de 2.000.000 de tonnes de ciments par an en 2004, à

3.000.000 de tonnes par an en 2006 grâce à l'extension de la seconde ligne de production.

Figure 4 : LAFARGE BOUSKOURA

3.1. Les dates clés

Dates Evénement

1983 -Démarrage de l’usine constituée d’une seule

ligne avec une capacité de production de 1.200.

000 tonnes.

1993 -Démarrage de la deuxième ligne de cuisson

(800 000 tonnes) portant la capacité de

production de l'usine de 2.000.000 tonne de

ciment par an; elle devient ainsi la plus grande

cimenterie du pays.


15


1999 -Lancement de la production de ciment blanc

avec une unité de broyage et d'ensachage

2004 -Certification ISO 9001 (qualité) version 2000.

-Lancement du projet d'extension de la ligne 2

pour porter la capacité annuelle de production

à 3 millions de tonnes.

2005 -Démarrage de l'atelier de palettisation.

-Certification ISO 14001 (environnement).

2006 -Démarrage des ateliers concernés par le projet

de l'extension de la ligne 2.

Tableau 1 : Les dates clés de l’usine de BOUSKOURA

3.2. Organigramme de l’entreprise

L’usine de LAFARGE BOUSKOURA est organisée de la manière suivante :

Figure 5 : Organigramme de l’usine de BOUSKOURA

On a effectué notre projet de fin d’études au sein du service mécanique, au bureau des

méthodes.


16


4. Procédé de fabrication du ciment

Le ciment est un lien hydraulique constitué d’une poudre minérale, d’aspect grisâtre,

obtenue par broyage et cuisson à 1450 °C d’un mélange de calcaire et d’argile. Le produit de

la cuisson, appelé clinker, forme une combinaison de chaux, de silice, d’alumine et d’oxyde

ferrique.

Le ciment résulte du broyage de clinker et de sulfate de calcium ajouté généralement

sous forme de gypse. Il forme avec l’eau une pâte plastique faisant prise et durcissant

progressivement, même à l’abri de l’air, notamment sous l’eau.

Figure 6 : Composants du ciment

Les constituants anhydres, présents sous forme de cristaux polygonaux assez réguliers

et homogènes, se combinent à l’eau et se décomposent. En s’hydratant, ils recristallisent,

prenant des formes très variées : aiguilles, bâtonnet, prismes, divers…

Ces cristaux adhèrent aux adjuvants granuleux du béton : sable, gravier, cailloux…c’est

l’hydratation qui constitue le ciment.

5. Présentation des différentes étapes de fabrication du ciment

5.1. Exploitation de la carrière

La cimenterie de LAFARGE BOUSKOURA dispose de carrières fournissant deux

matières premières : le calcaire riche en carbonates de calcium CaCO3 et le schiste contenant

des pourcentages importants de silice SiO2, d’alumine Al2O3, et d’oxyde de fer Fe2O3.


17


Les matières premières sont extraites des parois rocheuses d’une carrière à ciel ouvert

par abattage à l’explosif ou à la pelle mécanique. La roche est reprise par des dumpers vers

un atelier de concassage. Pour produire des ciments de qualités constantes, les matières

premières doivent être très soigneusement échantillonnées, dosées et mélangées de façon à

obtenir une composition parfaitement régulière dans le temps.

5.2. Le concassage

L’opération de concassage a pour but de réduire la granulométrie des blocs de pierre en

fragments de faibles dimensions (25 à 40 mm).

Elle assure également un certain mélange des matières premières arrivant de la carrière

et contenant de fortes proportions des éléments suivants : CaCO3, Fe2O3, SiO2 et des traces

d’autres éléments.

En effet, le calcaire et le schiste transportés par les camions sont déchargés dans une

trémie qui est reliée à un alimentateur à vitesse variable qui permet de réguler le débit

d’alimentation.

La matière passe par deux étages de concassage, dont le premier est un concasseur à

deux mâchoires, l’une fixe et l’autre mobile montée sur un support articulé et mis en

mouvement par un mécanisme de bielle et de double volet. Et le deuxième un concasseur à

marteaux. Les deux concasseurs traitent jusqu’à 1100 t/h.

Les matières concassées sont ensuite stockées par qualités dans le hall de stockage de

l’usine.

Figure 7 : La phase du concassage


18


5.3. La pré-homogénéisation

Après concassage, la matière crue présente toujours des fluctuations importantes dans

sa composition, c'est pourquoi elle est introduite dans une tour d’échantillonnage puis

stockée dans l’installation de pré homogénéisation.

5.4. Le broyage du cru

Les matières premières pré homogénéisées doivent être finement broyées pour être

chimiquement plus réactives au cours de leur cuisson dans le four, elles passent donc dans

des doseurs alimentant un broyeur sécheur (il ne doit pas pratiquement subsister de particule

de dimensions supérieures à 0.2 mm).

La fonction du séchage est nécessaire car le broyage ne peut s’effectuer que dans la

mesure où la matière ne s’agglomère pas sous l’effet conjugué de son humidité et du

compactage produit par les outils de broyage.

En plus du séchage et de la fragmentation, le broyeur assure un mélange intime entre

les différents minerais apportés par les matières premières et les ajouts de correction en

faibles proportions.

A la fin du broyage, la matière est dirigée vers un séparateur qui sélectionne les

particules selon leur grosseur.

5.5. La cuisson

On entend par cuisson le processus de transformation de la matière crue en clinker par

un apport thermique suffisant pour obtenir des réactions chimiques complètes conduisant à

l’élimination presque totale de chaux non combinée.

Pour améliorer le bilan thermique, des échangeurs à cyclone sont utilisés en amont du

four pour préchauffer la farine à une température aux environs de 900°C. Le transfert de la

chaleur dans les cyclones est dû à l’échange entre les gaz chauds sortant du four et le cru

circulant à contre courant, ce qui permet la décarbonation du carbonate de calcium pour


19


donner la chaux (CaO) avec dégagement du gaz carbonique (CO2). Ce processus est appelé

pré-calcination.

Figure 8 : les différentes étapes de la cuisson

A l’extrémité du four, outre les dispositifs d’injection des combustibles, se trouve le

refroidisseur. Ce refroidisseur permet de récupérer la plus grande partie de la chaleur

contenue dans le clinker à sa sortie du four en vue de sa recirculation vers d’autres parties de

l’usine ayant besoin de source chaude.

Le refroidisseur assure donc trois fonctions principales :

Refroidir le clinker sortant du four,

Récupérer le maximum de chaleur contenu dans le clinker,

Assurer la trempe du clinker par un refroidissement énergétique et rapide.


20


5.6. Broyage du ciment

Après refroidissement, les granules de clinker sont ensuite broyés avec addition de

gypse. Cette addition a pour but de régulariser la prise du ciment, notamment de ceux qui

contiennent des proportions importantes d’aluminate tricalcique et aussi de conférer au

ciment des propriétés spécifiques correspondant aux différentes qualités du ciment (CPJ 35 ;

CPJ 45 ; CPA 55 et blanc 45).

Désignation du

type de ciment

Clinker % Calcaire % Cendres Volantes

%

Gypse%

CPA 55 94,36 0 0 5,64

CPJ 45 66.34 24 6.52 3.14

CPJ 35 58.29 35.6 3.21 2.8

Blanc 45 74 23 0 3

Tableau 2 : Les éléments composants les différents types de ciment

Le clinker est le composant de base du ciment, cela dit, selon le type de ciment,

différents produits sont ajoutés pour apporter des propriétés supplémentaires. Le gypse

confère au ciment un temps de prise moins lent, le calcaire augmente la résistance du produit,

et les cendres volantes sont utilisées pour des ciments de prise mer.

Figure 9 : Le broyage ciment

Le ciment blanc a des caractéristiques physiques similaires à celles du ciment gris. La

couleur de ce ciment provient de la craie blanche.


21


5.7. Ensachage et expédition

A la sortie du broyeur, le ciment est transporté vers des silos de stockage à partir

desquels il est expédié soit en sacs, soit en vrac, par camions ou par voie ferrée.

Figure 10 : Ensachage et expédition


22


On peut résumer toutes les étapes de la fabrication du ciment dans l’organigramme suivant :

Figure 11 : L’organigramme de fabrication de ciment


23


Après avoir présenté l’organisme d’accueil, et les différentes étapes nécessaires à la

production du ciment, on va décrire dans le chapitre suivant, le fonctionnement du broyeur

étudié.

24


CHAPITRE II : Description du broyeur

Description du broyeur

25


.

1. Prinicipe de fonctionnement du broyeur vertical à galets

BC3[1]

Figure 12 : Le broyeur vertical à galets

Le broyeur cru BC3 est un broyeur vertical à galets intégrant les trois opérations

suivantes dans une unité :

► le broyage,

► le séchage,

► la séparation.

1.0 Carter

2.0 Groupe de commande

3.0 Train de galet

4.0 Table de broyage

5.0 Tirants

6.0 Groupe hydraulique

7.0 Système d’air de barrage et

système de démontage

9.0 Séparateur

10.0 Injection d’eau


26


Il fonctionne suivant le processus ci-dessous :

La matière à broyer est introduite par l'intermédiaire d'un système d'étanchéité (un doseur

et une goulotte d’alimentation) au centre de la table de broyage. La rotation de celle-ci

entraîne la matière sous les deux trains de galets pour être broyée. Une fois cette dernière est

écrasée et broyée, elle est envoyée par la force centrifuge vers l’extérieur et par-dessus le

bord de la table de broyage. Le choix de la double paire de galets se traduit par une faible

vitesse relative entre les galets et la table de broyage (voir figure 12), ce qui permet de limiter

le glissement de la matière entre les galets et la table et de minimiser l’usure.

Un flux de gaz chaud arrivant par le bas à travers l’anneau entraîne la matière et la

transporte entièrement ou partiellement au séparateur installé au dessus de la chambre de

broyage (circuit interne). En même temps il sèche la matière.

Le séparateur sépare la matière contenue dans le flux gazeux en produit fini et gruaux.

Les gruaux retombent au centre de la table de broyage. Le produit fini est extrait avec le flux

gazeux.

L’effort nécessaire au broyage de la matière est généré par un système hydraulique qui

permet un réglage en continu de la pression, en vue d’adapter l’effort de broyage à l’état

d’exploitation du broyeur.

Deux vérins hydrauliques par train de galets garantissent une introduction de force

identique dans les galets par l’intermédiaire de tirants, en conservant une mobilité maximale.

1.1. Les galets du broyeur vertical BC3

La paire de galets se compose de deux galets de broyage rotatifs, indépendants l’un de

l’autre. Le palier est étanché par la bague à lèvres. De l’air d’étanchéité est conduit vers les

galets par l’intermédiaire du porte-galet, afin d’éviter la pénétration de poussière dans les

paliers à galets-support. Les bandages de galets en acier anti-usure sont fixés sur le corps de

galet avec les anneaux de serrage et les boulons filetés.

Les paliers des galets de broyage sont alimentés en lubrifiant nécessaire à l’aide d’un

graissage à circulation d’huile.


27


La température d’huile des paliers à galets-support est contrôlée par les thermomètres à

résistance électrique. Le niveau d’huile dans chaque galet est surveillé par des sondes d’huile

capacitives.

Les bagues à lèvres sont alimentées en huile de l’extérieur par l’intermédiaire du

dispositif de graissage à l’aide de la conduite d’air d’étanchéité. Des réservoirs situés à

l’extérieur du broyeur, à un endroit facilement accessible, plus haut que le point le plus élevé

de la conduite d’air d’étanchéité intérieure (max.2m), servent de réserve d’huile. La pression

statique de l’huile ainsi présente est suffisante pour assurer l’alimentation en huile.

Les crochets peuvent être décalés parallèlement à l’axe. Par ce décalage, l’état d’usure

des outils de broyage peut être influencé.

1.2. Le plateau de broyage

Le plateau de broyage est monté directement sur la bride de sortie du réducteur.

Une isolation thermique protège le plateau de broyage contre une charge thermique

résultant des gaz chauds.

La matière à broyer tombe au centre du plateau de broyage en rotation, et sous l’effet

de la force centrifuge, elle est entraînée sous les galets. La hauteur du lit de matière peut être

ajustée par l’anneau de retenue supplémentaire servant de rehaussement.

Figure 13 : Position des galets par rapport au plateau de broyage


28


1.3. Les tirants

Les tirants transmettent l’effort de broyage des vérins aux trains de galets.

Le détecteur de l’équipement de mesure ultrasonique de l’épaisseur du lit de matière est

fixé sur les tirants à l’extérieur du broyeur. La position des tiges de position des vérins

hydrauliques renseigne clairement sur la hauteur du lit de matière.

Une protection anti-usure spéciale est prévue dans la zone où les tirants passent à

travers le carter.

1.4. L’anneau de buses

L’anneau de buses est l’endroit le plus étroit dans le broyeur à galets. Le flux de gaz

sort à vitesse élevée, entraîne la matière à broyer débordée du plateau de broyage pour la

transporter dans le séparateur.

Pour une distribution optimale des gaz chauds, les sections ouvertes peuvent, segment

par segment, être ouvertes davantage ou fermées à l’aide de registres commandés de

l’extérieur.

Conclusion

En connaissant le fonctionnement du broyeur et de ses différents composants, nous

allons pouvoir entamer, par la suite, l’analyse de la fissure étudiée.

29


CHPITRE III : Analyse de la fissure

Analyse de la fissure

30


1. Enquête préliminaire

1.1. Observations générales de la fissure

En mars 2009, le galet du BC3 a connu une fissure au niveau du bandage, chose qui a

conduit au changement du galet pour éviter toute rupture brusque de ce dernier.

L’observation macroscopique de ce galet montre que les surfaces de la fissure se

déplacent perpendiculairement l’une par rapport à l’autre, donc c’est une fissure de mode I.

Elle est d’une longueur de 230mm et d’une épaisseur de 10 à 13mm selon le rapport du

Centre Technique des Travaux Industriels CTTI (voir annexe 1).

Figure 14 : Le galet fissuré

Figure 15 : Observations macroscopiques de la fissure


31


1.2. Matériau utilisé

Le matériau utilisé dans le bandage des galets du broyeur est une fonte blanche de type

FMU 18, elle est composée de : 3% de Carbone, 2% de Magnésium, et 16% de Chrome. Elle

contient aussi des pourcentages très faibles de molybdène et de nickel.

C’est une fonte utilisée surtout dans les équipements du broyage (boulets, galets,

barres, blindages…) car elle a une très grande résistance à l’usure.

Le fournisseur de ces galets est POLYSIUS (une société spécialiste dans l’installation

des cimenteries).

Caractéristiques : (Annexe 2)

Dureté : 65,8 HRC

La limite élastique et la charge de rupture : Rm= 481 MPa

La ténacité selon ASTM E399 : Kc=30,7 MPa.m1/2

La limite d’élasticité : Re= 225120 MPa

1.3. Contrôles effectués sur les galets

Le fournisseur effectue un Contrôle Non Destructif de type magnétoscopique avant de

les transporter à l’usine.

Lors de l’arrêt programmé du broyeur, et dans le cadre de la maintenance préventive

des différents équipements, l’entreprise effectue les contrôles suivants :

Contrôle des boulons de fixation des galets.

Vérification des circuits d’eau destinés au refroid issement des galets.

Retournement des trains de galets si nécessaire.

Les galets subissent aussi les contrôles suivants lorsque le broyeur est en marche :

Le suivi de pression, de température, et de vibrations.

Le contrôle des fissures.

Le contrôle de l’usure par abrasion.


32


1.4. La gamme de fabrication

Les galets du broyeur vertical BC3 sont des galets en fonte fragile obtenus par

moulage, de structure martensitique, ils sont fabriqués en petite série. Afin d’améliorer leur

dureté, les galets ont subi une trempe.

1.5. Conditions d’utilisation prévues

1.5.1 Sollicitations appliquées

Le train de galets est soumis à plusieurs sollicitations qui influent sur sa durée de vie,

ainsi que sur l’apparition des défaillances sur ce dernier. Parmi les forces appliquées sur les

galets, il y a la force de broyage, qui est la force sous l’effet de laquelle les galets sont

pressés contre la table de broyage. Elle se compose de la force due au poids des deux paires

de galets et des forces hydrauliques générées par les vérins hydrauliques et transmises à

travers les tirants aux porte-galets.

La figure ci-dessous présente une modélisation simple du galet ainsi que la force de

broyage appliquée sur celui-ci.

Figure 16 : Eléments intervenant dans la rotation du galet


33


Pour calculer les forces appliquées sur le train de galet, on a modélisé le galet comme

représenté ci-dessous :

Figure 17 : Représentation des forces appliquées sur le galet

En étudiant les forces appliquées sur le galet, on a établi le bilan de forces suivant :

La force F

appliquée par le vérin hydraulique sur le train de galet.

La force de frottement T

.

La force normale N

.

Le poids du train de galet P

.

En supposant qu’il existe un frottement sans glissement entre le bandage et le galet, et à

l’équilibre du système au point B :

On a : 0BM

La force normale : NF ( sin cos )N x y


34


Donc ( ) ( )B O NM N M N BO F

D’où ( ) ( sin cos )B N N NM F aF bF z

La force de frottement : ( ) ( )B CM T M T BC T

Or on a: . NT f F

D’où: .(cos sin )T f x y

Et on a : ( cos ) ( sin )BC a R x b R y

D’où ( ) ( . .cos ( sin ) . .sin ( cos )}B N NM T f F b R f F a R z

La force appliquée par le vérin : ( ) ( )B AM F M F AB F

Donc ( ) ( . .cos )BM F F d z

Le poids du train de galet : ( ) ( )B CM P M P BC P

D’où ( ) . .BM P a m gz

D’où à l’équilibre, et en considérant que α+δ=π/2, on trouve :

. .cos . .

2. . .sin (1 )cos (1 )sinN

F d a m gF

f R a f b f

D’après le manuel du broyeur BC3, on a pu avoir les données suivantes :

Le coefficient de frottement entre le bandage et la matière : f=0.15

Le rayon du bandage : R=1075mm


35


Les distances d=3844mm et b=1296mm

La masse du galet est : m=20637.5kg

La pression au niveau du vérin est : P=85 bars

La force appliquée par le vérin est : F=P.S avec S=70 686mm2 est la section du vérin, et p

est la pression maximale au niveau du vérin P=120bars.

La constante d’accélération de la pesanteur est : g=9.8m/s2

On prend 20 et 10 (valeurs estimées après observation du fonctionnement du

broyeur).

Après observation du fonctionnement du broyeur, on a : 12

D’où par application numérique, on a :

A partir de la valeur obtenue, on remarque que la force normale appliquée sur le

bandage est très importante en tenant compte des autres efforts appliqués sur ce dernier, donc

on peut dire que le bandage est surchargé.

1.5.2 Ambiance du travail des galets

Les galets du broyeur fonctionnent dans un milieu agressif connaissant des vibrations

importantes. Ils subissent une forte usure par abrasion vu qu’ils sont toujours en contact avec

la poussière, les gaz chauds et aussi l’eau utilisée pour leur refroidissement.

A l’entrée du broyeur, la température atteint jusqu’à 280°C, et à la sortie, la

température est d’environ 90°C, ce qui crée un écart de température de 190°C.

Au sein du broyeur, il y’a une dépression qui vaut 54 mbar.


36


1.6. Circonstances de l’incident

Le broyeur cru BC3 a été installé à LAFARGE BOUSKOURA en 2006, il travaille

avec un débit élevé par rapport au débit conseillé par le fournisseur (250 tonnes/heure au

lieu de 180 tonnes/heure). Depuis son installation à l’usine, le broyeur a été suivi par une

maintenance préventive, afin d’assurer un bon fonctionnement à ce dernier.

En Mars 2009, le galet extérieur a connu une fissure au niveau du bandage, chose qui

a obligé l’équipe de maintenance de le changer pour éviter toute rupture due à l’amorçage

de la fissure.

Figure 18 : La fissure apparue sur le galet du BC3


37


Nombre d’arrêts, heures de marche et production du BC3 :

Année Production en tonne Heures de marche Arrêts sur

incidents(h)

2007 896910 4432.16 336.85

2008 1332712 5962.75 219.92

2009 251059 1073,08 26,16

Tableau 3 : La production du broyeur BC3

On remarque que les heures de marche et la production du broyeur BC3 ont

augmenté entre 2007 et 2008.

Pour connaître la fréquence des pannes des galets du broyeur BC3, on a consulté

l’historique de la maintenance de ce dernier.

Historique de la maintenance du BC3 :

Date Intervention

12 /06/2006 Resserrage des boulons de fixation piste, racleur

13/06/2006 Modification du circuit d’eau de retour.

13/06/2006 Remise en place de la plaque de blindage

13/06/2006 Remise en état des goulottes rejets

01/03/2007 Reprendre le rechargement des parties usées

23/03/2007 Entretien du broyeur

01/11/2008 Démontage des trains de galets pour le

retournement

11/09/2008 Remplacer les contre écrous des boulons de

fixation

24/12/2008 Mettre en place de deux manomètres (0-100mbar)

04/03/2009 Remplacer le galet fissuré « A »

17/03/2009 Remplacer les secteurs de la piste

17/03/2009 Remplacer le tirant du vérin fixe côté moteur

17/03/2009 Mettre en place une protection sur les supports

Tableau 4 : L’historique de la maintenance du BC3


38


On remarque que dans une période de 3 ans de travail, le galet extérieur du BC3 a été

fissuré, et cela peut être dû à l’augmentation des heures de marche en 2008, et aussi au haut

débit avec lequel travaille le broyeur.

1.7. Informations susceptibles d’être liées à l’incident

Pour équilibrer l’usure des deux paires de gale ts du broyeur BC3, elle est mesurée par

un gabarit contenant 7 points de contrôle. Ceci est illustré sur les figures ci-dessous .

Figure 19 : Le profil d’une paire de galet

Figure 20 : Gabarit de mesure de l’usure

Ces mesures montrent que l’usure par abrasion augmente de plus en plus à cause du

contact permanent avec la poussière causée par le broyage du cru.


39


Figure 21 : Usure de la paire de galet

Le broyeur BC3 est en marche tous les jours, et durant toute la semaine, avec un débit

beaucoup plus élevé que le débit conseillé par le fournisseur, donc la fatigue peut être une

cause parmi d’autres qui ont causé cette fissure.

2. Analyse morphologique de la fissure[2]

2.1. Classification de la défaillance

Le faciès de la fissure montre que l’avarie ne s’est pas produite à cause d’une

déformation initiale mais à cause des contraintes et chargements appliqués sur le bandage du

galet.

2.2. L’aspect général de la fissure

D’après l’observation du faciès de la rupture d’un galet du broyeur BC2, travaillant

dans les mêmes conditions, on distingue une zone relativement lisse, caractéristique de la

propagation lente de la fissure, et une zone à grains plus accidentée de rupture brutale, cette

dernière se produit en fin de propagation, lorsque la partie restante de la pièce est devenu

d’aire insuffisante pour supporter la charge maximale appliquée.

0

20

40

60

80

100

120

140

0 200 400 600 800 1000 1200

Côtes initiales

USURE au 30/09/2006

USURE au 19/02/2007

USURE au 25/04/2007

USURE au 06/10/07

USURE au 25/03/08


40


La figure ci-dessous montre le faciès d’un échantillon du galet déjà cassé dans le bro yeur

BC2.

Figure 22 : Observation du faciès de la rupture

La zone à grains est une zone attaquée par la corrosion, ce qui ne nous permet pas de

décrire les stries apparues dans cette zone, et donc de faire une analyse complète du faciès de

la rupture.

2.3. Influence du type du chargement sur le faciès

Les cas de fissure par fatigue par efforts axiaux purs sont rares. En effet, pour les

pièces qui travaillent en traction-compression, il existe pratiquement toujours des

sollicitations parasites de flexion ou de torsion.

Néanmoins, toutes les fois qu’un effort axial pur provoquera une fissuration

progressive, cette dernière présente un faciès caractérisé par l’amorçage qui se situe en

surface de la pièce du fait de la sollicitation uniforme sur toute la section, en l’absence de

concentration de contrainte.


41


Afin de s’assurer de la conformité de la fonte utilisée avec les normes internationales,

on a effectué des analyses physico-chimiques dans le laboratoire de MAFODER après avoir

traité les différents éléments intervenant dans le fonctionnement du broyeur dans l’enquête

préliminaire.

3. Analyses complémentaires

3.1. Analyse chimique de l’échantillon

L’analyse chimique de l’échantillon a donné les résultats suivants (Annexe 2) :

Elément

chimique

C Si Mn P S Cu Mo Ni Cr Fe

Concentration

%

3.28 0.43 1.72 0.023 0.054 0.44 0.90 0.74 16.35 76.05

Tableau 5 : Composition chimique de la fonte

Cette analyse montre que les valeurs de concentration en éléments chimiques sont

conformes avec celles données par le fournisseur.

Pour la nuance FB Cr15 Mo Ni, la norme NFA 32-401 donne les concentrations

suivantes :

Elément C Si Mn Cr Ni Mo Cu P S

min 2.6 0.5 0.50 15.0 - 0.6 - - -

max 3.2 1.0 1.50 18.0 2.0 3.0 1.2 0.08 0.08

Tableau 6 : Composition chimique donnée par la norme

La comparaison entre l’examen chimique et les spécifications de la norme NFA 32-401

de la nuance FB Cr15 Mo Ni, montre que la composition de la fonte est conforme à la norme.


42


3.2. Mesure de la dureté

Les examens de la dureté Rockwell sur 6 points de l’échantillon du galet a donné les

résultats suivants :

Point 1 2 3 4 5 6

Dureté

HRC

51 54 51.2 52.8 54.9 50

Tableau 7 : Examen de la dureté Rockwell de l’échantillon

Les examens de dureté montrent que le matériau a une dureté moyenne de 52.3 HRC,

on remarque qu’il y’a une différence entre la valeur donnée par le fournisseur et celle donnée

par l’examen de l’échantillon, ce qui prouve que les conditions de travail du galet diminuent

la dureté du matériau et sa résistance mécanique.

3.3. L’examen microscopique de la fonte

L’examen microscopique de la pièce a donné les structures suivantes :

Figure 23 : Structure microscopique de la fonte GRS 100


43




Les structures de l’échantillon montrent que c’est une fonte blanche de type

martensitique, ce qui est conforme avec la structure donnée par le constructeur.


44


Conclusion

L’étude de l’historique de la maintenance et de l’évolution de la production, nous a

permis de remarquer que l’avarie apparue sur le galet est en relation avec l’augmentation de

la production. La modélisation des sollicitations appliquées sur le galet montre aussi que le

grand chargement des galets peut entraîner une fissuration par fatigue.

L’étude du faciès de la rupture nous a permis de déduire que c’est une rupture par

fatigue, si on tient compte des deux zones qui apparaissent sur le faciès, on remarque qu’il y

avait une période d’amorçage de la fissure, avant la rupture brutale.

L’analyse de l’échantillon du galet au laboratoire de MAFODER, nous a montré qu’il

n’existe pas un problème dans le choix de la fonte utilisée en prenant en considération sa

grande résistance mécanique et sa résistance à l’usure, et en tenant compte aussi des

traitements mécaniques qu’elle a subis.

Donc, après avoir traité les différents éléments de l’enquête effectuée, il est

indispensable d’analyser les différentes causes susceptibles d’être liées à l’incident pour

déceler la cause essentielle.

45


CHAPITRE IV : Analyse des causes de

l’avarie

Analyse des causes de l’avarie

46


La fatigue, la corrosion, l’usure et les vibrations sont tous des causes probables de la

fissure apparue sur le broyeur, pour définir la cause exacte, on va analyser toutes les causes

déjà citées et leur influence sur le galet.

1. Etude de la fatigue

1.1. Les cycles de travail

Pour évaluer le nombre des cycles de travail des galets intérieurs et extérieurs, on a

accédé aux données de la salle de contrôle, cette salle permet de visualiser les différents

paramètres de fonctionnement des unités de l’usine.

Le relevé de pression ci-dessous nous permet d’estimer le nombre des cycles de travail

des deux galets.

Figure 26 : Relevé de la pression d’une paire de galets

Le nombre de cycles estimé est de 42 cycles/min pour le galet extérieur, soit 2520

cycles/heure. Et pour le galet intérieur, le nombre de cycles est de 34 cycles/min soit 2040


47


cycles/heure. Donc le nombre des cycles de travail des galets reflètent le niveau élevé de

l’exploitation du broyeur, ce qui peut mener à une fissuration par fatigue.

2. Etude de l’influence de la corrosion et des contraintes

thermiques [3]

2.1. Etude de la corrosion

Le jet d’eau sur la matière à broyer peut être un facteur corrosif pour les galets. En

effet, l’eau distribuée dans les villes, appelée aussi l’eau douce, contient des ions de chlore

(Cl-) qui est un élément chimique très corrosif, ces ions exercent une action catalytique sur la

réaction suivante : 2 ( )n

nM Cl nH O M OH nH Cl

Figure 27 : Représentation schématique du mécanisme de progression d’une piqûre dans

une fonte

La figure ci-dessus, montre que l’eau utilisée cause une fissuration par piqûres. Ce

genre de fissure est particulièrement dangereux, car même dans le cas où la perte de poids du

matériau est faible, si l’équipement est perforé, il faut le changer.


48


Dans les matériaux de grande résistance, comme dans notre cas, seule l’action des

facteurs corrosifs ne peut pas causer une corrosion avec de grands dommages, mais si on

ajoute l’action des contraintes mécaniques, la corrosion devient dans ce cas plus dangereuse,

et peut mener à des fissures claires à l’œil nu, ou encore à la rupture.

2.2. Etude de la résistance aux chocs thermiques

2.2.1. Contraintes thermiques

Le galet est soumis à des variations de température plus ou moins brusques, lors des

arrêts programmés pour la maintenance du broyeur. L’ouverture des portes du broyeur à des

températures moyennement grandes entraîne des variations dimensionnelles du matériau. Par

conséquent, lorsque le matériau n’est pas libre de se dilater ou de se contracter, il se trouve

soumis à des contraintes thermiques. Ces contraintes sont dues aux gradients de déformation

qui se développent dans le matériau.

La dilatation thermique du galet subit une restriction au niveau de la couche externe à

cause de l’eau froide injectée, ce qui provoque des contraintes de compression à la surface, et

de traction au cœur du matériau.

D’après la loi de HOOKE généralisée, l’amplitude de cette contrainte est [3] :

. .

1

E

Où υ est le coefficient de Poisson du matériau.

α est le coefficient de dilatation thermique.

E est le module de Young.

Application numérique :

E=225 GPa ; ν=0,28 ; α=8.10-6°C-1

Pour la variation de température :

On a la température régnant au sein du broyeur lorsqu’il est en marche est d’environ : 100 °C

et la température de l’eau injectée est d’environ 30°C

d’où un écart de température de : 70 C


49


on obtient ainsi : 300MPa

On remarque que la contrainte thermique est faible par rapport aux autres efforts

appliqués sur les galets, donc on peut dire que cette contrainte n’a pas un effet remarquable

sur l’apparition de l’avarie sur le bandage.

Pour faire une étude thermique complète, il faut aussi étudier le choc thermique dans le

broyeur et son effet sur la fissuration du galet.

2.2.2. Choc thermique

Lorsque le gradient de température n’est pas très élevé et que sa valeur est stable, les

contraintes thermiques peuvent être atténuées par la déformation des éléments du solide. Par

contre, lorsque ce gradient de température est transitoire, c’est-à-dire lorsqu’il varie plus ou

moins dans le temps, on a ce qu’on appelle un choc thermique.

Dans le cas des galets, puisqu’ils sont portés à une température finale d’environ 90°C,

qui est inférieure à la température initiale qui vaut environ 280°C, alors la périphérie de ces

derniers qui subit cette variation de température se contracte, alors que les dimensions du

cœur restent sensiblement constantes. L’extérieur des galets est par conséquent soumis à des

tensions et le cœur à des compressions.

Une fissure ou une rupture locale peuvent se produire soit sur la périphérie, soit au

cœur, dans le cas où la valeur des contraintes engendrées par le choc thermique excède celle

de la résistance mécanique du matériau. Ces avaries apparaissent au début sous forme de

microfissures qui se développent à des fissures vues à l’œil nu, et qui peuvent conduire à une

rupture. Dans le cas du galet, on ne peut pas calculer la contrainte due au choc thermique car

la variation de la température n’est pas infiniment rapide.

3. Etude des vibrations

Le fonctionnement des machines engendre des efforts qui seront souvent la cause des

défaillances ultérieures (efforts tournants, turbulence, chocs, instabilité).


50


Les efforts causent à leur tour de vibrations qui vont endommager les structures et les

composants des machines. L’analyse de ces vibrations va permettre d’identifier les efforts

dés qu’ils apparaissent, avant qu’ils n’aient causé de dommage irréversible. Elle permettra

aussi après analyse d’en déduire l’origine et d’estimer les risques de défaillance.

3.1. Outil de mesure

Les vibrations au niveau du broyeur sont mesurées par un capteur de vibrations de type

VS-069 placé sur le réducteur.

Figure 28 : Position du capteur vibrations

La tension transmise par le capteur est proportionnelle à la vitesse des vibrations. Le

niveau de vibrations est suivi par les opérateurs de la salle de contrôle, qui arrêtent le broyeur

dans le cas de fortes vibrations.

3.2. Observations générales

En fonctionnement normal, l’amplitude des vibrations varie entre 2 à 3mm/s, si cette

amplitude dépasse 6mm/s, le broyeur est arrêté automatiquement.


51


Les figures suivantes montrent, à titre indicatif, les relevés des variations des vibrations

par le logiciel IP-21 dans le cas d’une marche normale du broyeur.

Figure 29 : Le relevé des vibrations durant la période entre Janvier et Février 2009


52


Figure 30 : Le relevé des vibrations durant Février-Mars 2009

Le niveau des vibrations a diminué progressivement après l’arrêt de production

s’étalant sur la première quinzaine du mois de novembre 2008. Cette période a connu le

retournement de train des galets, et le changement de l’anneau de retenu, après ces opérations

l’amplitude s’est réduite au dessous de 4 mm/s à partir du mois de janvier 2009 jusqu’au

mois en cours.

Figure 31 : Relevé des vibrations du 09/2008 au 01/2009


53


3.3. Analyse des différentes causes des vibrations

Les vibrations continues dans le broyeur vertical BC3 peuvent être dues à plusieurs

facteurs. Ces facteurs sont directement liés aux différents paramètres influençant sur le

fonctionnement du broyeur.

3.3.1 L’épaisseur de la couche de matière

L’épaisseur de la couche de la matière est réglée par l’anneau de retenue placée sur le

bord extérieur de la table de broyage.

Cette épaisseur est contrôlée en fonction de plusieurs paramètres comme :

La stabilité de la matière pendant le broyage.

La matière.

Le niveau des vibrations.

Dans le cas où cette épaisseur diminue, les vibrations deviennent fortes, ce qui mène à

l’arrêt du broyage afin d’éviter toute défaillance possible.

3.3.2 Anneau de buses

L’anneau de buses est placé sur la partie supérieure du galet, il sert à contrôler le débit

des gaz chauds. Dans le cas où cet anneau est bouché, le débit des gaz chauds devient

insuffisant, et donc la matière ne peut pas être ni transportée complètement vers le séparateur,

ni séchée. Ceci peut ainsi causer des vibrations au sein du broyeur.

3.3.3 La puissance absorbée par le moteur

Quand la puissance absorbée par le moteur au démarrage est importante, elle entraîne

de fortes vibrations au niveau de l’équipement, ce qui peut causer des endommagements et

des défaillances remarquables à la machine.


54


3.3.4 Les éléments de la matière première

La matière première est composée généralement de :

Schiste+ calcaire en grande quantité.

Le schiste seul en quantité faible.

La bauxite et la pyrrhotite en très faible quantité.

La granulométrie de chacune de ces matières ne représente aucune anomalie, et donc

elle ne représente aucun problème de broyage.

Donc, on peut déduire que la matière première n’est pas une cause des fortes vibrations

que connait le BC3.

3.3.5 Déséquilibre massique des rotors

Quel que soit le soin apporté à la construction des machines, il n’est pas possible de

faire coïncider l’axe de rotation avec le centre de gravité de chaque tranche élémentaire du

rotor, ce qui caractérise le balourd. Il en résulte que l’arbre en rotation est soumis à des

efforts centrifuges qui le déforment. Ces efforts se traduisent par des vibrations liées à la

fréquence de rotation.

Les déséquilibres proviennent en général des défauts d’usinage, d’assemblage des

rotors ou de montage. En fonctionnement, les rotors peuvent alors aussi se déformer sous

l’effet d’échauffement dissymétrique. La figure ci-dessous montre quelques exemples de

causes de déséquilibre.


55


Figure 32 : Exemples de balourds

Sur cette figure, les défauts semblent exagérés, surtout si l’on se réfère aux

déformations réelles des rotors. Mais si l’on considère que ces défauts peuvent être amplifiés

par les phénomènes de résonance, les figures deviennent réalistes. En effet, un décentrage du

rotor de 10µm par rapport à son axe de rotation peut se traduire par des vibrations élevées si

l’amortissement interne du rotor est faible.


56


Conclusion

L’étude de la fatigue nous a permis de déduire que ce phénomène a une grande

influence sur le fonctionnement du broyeur, l’augmentation des heures de production, et du

débit du broyeur réduit la durée de vie de ce dernier.

L’étude de la corrosion et des contraintes thermiques a montré que ces deux

phénomènes ne peuvent pas être omis dans l’étude des principaux facteurs qui causent la

défaillance des galets, et leur influence demeure importante sur l’apparition de la fissure

étudiée.

Pour diminuer l’effet de ces deux phénomènes, il faut procéder par traitement

thermique pour éviter la corrosion, et pour les contraintes thermiques, il faut proposer

quelques recommandations concernant notamment l’eau injectée au sein du broyeur.

L’analyse vibratoire qu’on a effectuée nous a permis d’analyser les différents facteurs

causant les fortes vibrations au sein du broyeur vertical BC3. L’analyse de chacune de ces

causes, va nous permettre de trouver des solutions pour réduire le niveau de vibrations.

Donc, en conclusion, et en étudiant les circonstances du travail du broyeur, et les

différents phénomènes régissant dans le milieu du travail, on déduit que la fatigue est

l’origine essentielle de l’avarie apparue sur le broyeur, car elle a la plus grande influence sur

le fonctionnement de ce dernier, vu la surcharge appliquée sur l’équipement étudié.

Dans le chapitre suivant, on traitera les solutions pour lesquelles on a opté, afin d’éviter

l’amorçage des microfissures et d’augmenter la durée de vie du galet.

57


CHAPITRE V : Les solutions proposées

Les solutions proposées

58


1. Contrôles Non Destructifs

Pour détecter les fissures avant leur amorçage et anticiper toute défaillance susceptible

de nuire à la production, les galets du broyeur vertical BC3 nécessitent des contrôles

programmés. On a choisi les contrôles par moyen de Contrôle Non Destructif.

En effet, les termes « Essais non destructifs » END ou « contrôles non destructifs »

CND évoquent le diagnostic que le médecin formule lors de l’examen de son patient. Le

même principe appliqué aux pièces industrielles consiste à mettre en œuvre des méthodes

d’investigation pour apprécier sans destruction leur état de santé et formuler un avis sur leur

aptitude à remplir la fonction à laquelle elles sont destinées.

Pour le cas de l’avarie étudiée, on a choisi d’étudier les contrôles suivants pour pouvoir

choisir la solution convenable du côté technique et économique :

Contrôle par ultrasons car ils permettent un examen volumique de la pièce et une

haute sensibilité de détection des défauts (annexe 3).

Contrôle par émission acoustique car elle permet la détection et l’analyse des

signaux permettant d’obtenir des informations inédites sur les anomalies du champ de

contraintes, liée à la présence de défauts (annexe 4).

Contrôle par ressuage car il permet de mettre en évidence toutes les discontinuités

débouchantes sur le matériau, et il est utilisé pour les fontes (annexe 5).

Contrôle par magnétoscopie car même s’il est un contrôle surfacique, il permet de

détecter les problèmes sous jacents (annexe 6).

2. Amélioration du matériau

La société POLYSIUS a proposé une amélioration du matériau composant le bandage

du galet, ce nouveau matériau possède un niveau de résistance à l’usure et à la fatigue plus

haut que celui du FMU18, le matériau utilisé actuellement.


59


2.1. Le Xwin

Le Xwin est un composite à matrice métallique dans lequel un alliage de Cr est

renforcé avec les particules en céramique également distribuées selon une conception

spéciale de nid d'abeilles. Il permet l’augmentation de la durée de vie de la table et des

bandages de 2 à 4 fois selon l’exploitation, et permet aussi d’éviter de 1 à 3 arrêts

programmés.

Perte de production Pièces usées Nouvelles pièces

Figure 33: Comparaison entre le Xwin et un alliage standard

Le Xwin maintient le profil initial du galet plus longtemps, ce qui assure un bon débit

de sortie au niveau du broyeur et une réduction des coûts de la production.

2.2. Les bandages duocast de l’Xwin

Le Duocast Xwin garantit la résistance à l'usure et une fiabilité améliorée au niveau des

bandages en associant le Xwin à la technologie de duocast.

Cette technologie confère au bandage une ductilité interne supportant les efforts dus

aux contraintes mécaniques et une dureté externe due à la présence du Xwin et de la matrice

en céramique.


60


Figure 34 : Section d’un bandage en Xwin

Le matériau Xwin a été utilisé par HOLCIM Liban. En effet, après la rupture d’un

galet, la cimenterie a décidé de remplacer le bandage défaillant avec un bandage composé de

Xwin. Le nouveau bandage a été installé en avril 2004 et n’a été changé qu’en Janvier 2008,

avec une durée de vie de 26.200h et une quantité de production de 9.367.661 tonnes,

dépassant ainsi, tous les alliages utilisés auparavant.

Des recommandations concernant l’équilibrage de l’usure, et l’élimination de la

corrosion sont nécessaires pour éviter que ces deux phénomènes soient des causes d’une

fissuration de l’un des galets.

2. Equilibrage de l’usure

2.1. Mesure de l’usure

POLYSIUS exige le contrôle régulier de l’usure en utilisant un gabarit contenant 7

points de mesure sur chacun des 4 bandages. Afin d’évaluer la progression de l’usure, le

constructeur propose un procès verbal qui doit être rempli soigneusement et envoyé au

fournisseur qui se chargera de choisir la meilleure solution. POLYSIUS recommande un

contrôle de l’usure chaque 6 mois, et en cas d’une progression de l’usure, le contrôle doit être

trimestriel.


61


2.2. Retournement du train de galets

Les paires de galets sont à pivoter de 180° si une usure différente se présente sur les

galets intérieurs et extérieurs. Les galets tournant jusqu’à maintenant à l’extérieur,

tourneraient alors sur la position intérieure. On atteint de cette manière une usure plus

régulière. Après le pivotement des paires de galets, il y aura impérativement lieu de veiller,

que le décalage du crochet (en grandeur et sens) soit le même que celui ajusté avant le

pivotement.

Si une usure irrégulière est constatée sur la piste de broyage, le crochet sur la paire de

galets est à corriger. L’état d’usure sur la piste de broyage peut être influencé par le décalage

du crochet.

Après la mesure de l’usure sur les outils de broyage, il y aura lieu de décider dans quel

sens le décalage du crochet devra s’effectuer. Il est toujours considéré un décalage vers

l’extérieur (+Y) lorsque l’usure la plus importante se présente sur la piste de broyage

intérieure, et vers le milieu du plateau de broyage (–Y) lorsque l’usure la plus importante se

situe sur l’aire de broyage extérieure.

Lors de la livraison des paires de galets, le crochet se trouve toujours monté en

“Position zéro (A).

Figure 35 : Positions des crochets


62


2.3. Recommandations pour l’eau injectée

A cause de la mauvaise orientation de la conduite d’eau sur le galet intérieur, le jet

d’eau peut facilement toucher directement le bandage accidentellement si la matière versée

n’est pas suffisante. Ce cas est rencontré souvent au démarrage et même au moment de

l’arrêt, le bouchage de l’injection est important avant l’arrêt de l’alimentation en matière.

A cause de la grande quantité injectée dedans (qui peut atteindre 6t/h), le taux

d’humidité de la matière sur la table est assez élevé. Ainsi, pour diminuer le débit d’eau

touchant la table, on pulvérise de l’eau dans le flux entrant, en effet, cette méthode joue le

rôle de conditionnement de la température de sortie, donc, le rôle de l’eau injectée sur la table

est de stabiliser la matière. La quantité d’eau nécessaire sera fonction du niveau vibratoire. Il

sera alors judicieux d’installer des injecteurs au niveau de l’anneau de buses.

3. Traitements superficiels

En tenant compte de l’usure par abrasion et la corrosion qui se manifestent d’une

manière remarquable sur la surface du bandage du galet, on juge qu’il est nécessaire de

procéder par des traitements superficiels appropriés afin d’améliorer les couches

superficielles du matériau.

Ces traitements ont essentiellement pour but de réaliser une structure à gradient de

propriétés mécaniques permettant d’améliorer d’une part la résistance au frottement et à

l’usure sans dégrader la tenue à l’oxydation et à la corrosion, d’autre part, la résistance à la

fatigue mécanique, thermique et de surface sans dégrader la tenue à la propagation des

fissures et à l’écaillage.

3.1. Principe

Pour améliorer la tenue en service d’une pièce métallique soumise à des sollicitations

mécaniques globales, en particulier cycliques ou à des actions de contact locales, associées

éventuellement à un environnement hostile, plusieurs démarches sont possibles.


63


La démarche qui paraît la plus sage et la moins coûteuse, consiste à améliorer les

propriétés locales du matériau par mise en précontrainte de compression des zones les plus

sollicitées c’est-à-dire, le plus souvent, les couches superficielles de la pièce. En outre, dans

beaucoup de cas, l’introduction de contraintes résiduelles superficielles de compression est

associée à une augmentation de la dureté et de la limite d’endurance du matériau ce qui

justifie d’autant plus une telle approche.

Tout le problème réside dans le choix du procédé le mieux adapté et le plus efficace à

long terme.

L’amélioration des propriétés des zones superficielles des pièces est donc un moyen

curatif permettant de se prémunir contre les effets néfastes d’une surcharge au sens large du

terme.

4. Solutions relatives aux vibrations

4.1. L’épaisseur de la couche de matière

Il est indispensable de régler l’épaisseur de la couche de la matière, pour assurer la

stabilité du broyeur.

Pour régler ce paramètre, il faut régler l’anneau de retenue, en fonction de la

progression de l’usure des galets et de la table de broyage.

Figure 36 : L’anneau de retenue


64


4.2. L’anneau de buses

Dans le cas du bouchage de l’anneau de buses, les gaz chauds deviennent insuffisants,

ce qui entraîne un problème de transportation de la matière, ce qui peut engendrer des

vibrations.

Donc, il faut effectuer des contrôles continus de l’état de l’anneau de buses pour éviter

tout bouchage possible de cette dernière.

4.3. La puissance absorbée par le moteur

Afin de réduire les vibrations dues à la grande puissance absorbée par le moteur, le

remède est de réduire la puissance transmise, trop élevée, en allongeant le temps de

démarrage du moteur par interposition d’une auto- inductance, le nouveau régime transitoire

étant acceptable.

4.4. Les éléments de la matière première

Afin d’assurer un bon fonctionnement du broyeur, sans vibrations nuisibles à sa marche

normale, le service procédés de LAFARGE doit contrôler de manière continue, les éléments

sortant du concasseur, et s’assurer de la conformité de leur granulométrie avec celle

recommandée par le fournisseur, et ceci pour éviter toutes vibrations possibles qui ont pour

cause les composantes de la matière entrant dans le broyeur.

4.5. Les balourds

Pour éviter les effets de balourd, on recommande à l’équipe de maintenance chargée du

broyeur vertical BC3 de vérifier de manière continue les rotors afin d’annuler toute

coïncidence possible entre leur axe de rotation et leur centre de gravité.

4.6. Préventions pour garder un niveau vibratoire commode

Le broyeur BC3 est équipé d’un capteur permanent de vibration lié à un système de

gestion des capteurs de toute l’usine, ce système permet la consultation des données en temps


65


réel ainsi que l’historique des différents enregistrements. D’où l’aisance du suivi l’état de

santé du broyeur. Parmi les préventions à appliquer on cite :

Connaître la vibration limite appliquée au broyeur.

Connaître l’épaisseur optimale de la couche de matière.

Faire fonctionner le capteur d’épaisseur du lit de matière et veiller à sa fiabilité.

Equilibrer la pression des vérins, le contrôle de cette entité donne une idée sur la taille de

la couche.

Maintenir un lit équilibré :

o Contre les grosses granulométries.

o Contre l’excès des grains fins à l’entrée.

o Contre le débit d’alimentation variable.

o Introduire la matière au centre du plateau de broyage.

Maintenir l’injection de l’eau en amont de chaque galet, et contrôler sa quantité selon

l’humidité de la matière.

Connaître le flux de gaz critique et la pression commode et veiller à leur stabilité.

Eviter l’introduction des éléments ferreux et magnétiques.

Profiter de chaque arrêt du broyeur sous l’effet de vibration afin de déterminer sa cause.

On peut se servir de l’étude spectrale de la vibration pour distinguer les défaillances

mécaniques et celles liées au procédés.

Ne démarrer le broyeur qu’après avoir une quantité de matière suffisante à l’intérieur.

Effectuer des contrôles en permanence et surtout en période d’arrêt sur tout l’atelier de

broyage.

Conclusion

A cause des quelques difficultés que posent le contrôle par ultrasons pour la

localisation de l’avarie dans le cas de notre problème, on a opté pour un ressuage qui précède

le contrôle par ultrasons. Ces contrôles doivent se faire par POLYSIUS avant la livraison des

galets à l’usine. Ces solutions vont permettre d’augmenter la résistance des galets aux

différents phénomènes régnant le milieu du travail de ces derniers.


66


L’utilisation du nouveau matériau composite Xwin sera aussi une solution efficace, qui

va permettre une durée de vie des galets 2 à 4 fois plus grande que la durée de vie des galets

utilisés actuellement.

Pour équilibrer l’usure des galets, et diminuer l’effet de la corrosion causée par l’eau

injectée, on a cité quelques recommandations qui doivent être appliquées pour garantir le bon

fonctionnement du broyeur BC3, et dont certaines sont données par le constructeur.

Concernant le traitement superficiel, et en tenant compte de la géométrie de la pièce

(changement de section…), on a choisi le grenaillage par précontrainte, mais pour opter pour

cette solution, on doit non seulement s’assurer de la disponibilité des entreprises effectuant ce

traitement, mais aussi du coût de ce traitement pour une pièce de grandes dimensions comme

le bandage étudié.

Pour réduire les vibrations au niveau du BC3 qui nuisent au fonctionnement normal de

ce dernier, et qui peuvent causer d’énormes défaillance à chacun de ses composants, ce qui

peut engendrer de grandes pertes au niveau de la production, il est nécessaire d’effectuer les

contrôles réguliers recommandés ci-dessus.

Dans le chapitre suivant, nous avons réalisé une étude technico-économique qui va

nous permettre de quantifier l’efficacité des solutions proposées.


67


CHAPITRE VI : Analyse des Modes

de Défaillances de leur Effets et de leur

Criticité(AMDEC)

L’AMDEC

68


1. Définition

L’AMDEC est une technique d’analyse qui a pour but d’évaluer et de garantir la sûreté

de fonctionnement des machines par la maîtrise des défaillances. Elle a pour objectif final

l’obtention, au meilleur coût, du rendement global maximum des machines de production et

équipements industriels.

2. Démarche pratique de la méthode AMDEC

L’étude AMDEC nous a mené à suivre 3 étapes successives. La puissance d’une étude

AMDEC réside autant dans son contenu que dans son exploitation. Notre étude AMDEC

resterait sans valeur si elle n’est pas suivie par la mise en place effective des actions

correctives préconisées par le groupe, accompagnées d’un contrôle systématique.

L’étude peut être prolongée par des travaux complémentaires tels que les calculs de

fiabilité et disponibilité, l’élaboration de plans de maintenance et des aides au diagnostic, etc.

3. Analyse des mécanismes de la défaillance

Cette phase consiste à examiner comment et pourquoi les fonctions du broyeur risquent

de ne plus être assurées correctement. On identifie les mécanismes de défaillance des

éléments du broyeur de manière exhaustive.

L’AMDEC

69


L’analyse des mécanismes de défaillance se base sur l’état actuel du broyeur.

Causes de la

défaillance

Conception

Fabrication

Exploitation

Détection

Internes ou externes à

l'élément

MODES DE

DEFAILLANCE

Détection

Dégradation et perte de

fonction de l'élément

Effets sur le

fonctionnement

de la machine

Dégradations

fonctionnelles et

matérielles de la

machine

Effets sur la

disponibilité du

moyen de

production

Effets sur la

qualité du produit

fabriqué

Effets sur les

coûts de

maintenance

Effets sur la

sécurité des

opérateurs et de

l'environnement

Figure 37 : Analyse du mécanisme de défaillance

L’AMDEC

70


Élément Fonction Mode de

défaillance

Cause de la

défaillance

Effet de la

défaillance

Détection

Bandages des

galets

Broyage

Usure

Fissure/Rupture

Frottements

Abrasif

Chocs/

fatigue/corrosion

Diminution de la

durée de

vie/concentration

de contraintes.

Arrêt de

mouvement/dégât

sur l’ensemble

Visuel

après

ouverture

du broyeur

Visuelle

Trains de

galets

Maintenir les

galets et les

tirants

Déviation de la

position verticale

Déséquilibre des

trains de galets et

des tirants

Usure excessive

des galets et de la

piste.

Contrôle de

l’usure

Guide galets et

socles

Orienter le

mouvement

des trains de

galets

Jeu anormale

Socle

Piste de

broyage

Support de la

matière

broyée

Usure

Fissure

Usure abrasive

Chocs/fatigue/

corrosion

Diminution de la

durée de

vie/broyage

anormal

Arrêt de

mouvement/dégât

sur l’ensemble

Mesure de

l’usure

Visuelle

Tirants Maintenir les

galets en

contact avec

la table

Rupture Fatigue Arrêt du

mouvement

visuelle

Vérins

hydrauliques

Pression de

maintien des

galets

Non stabilité de

la pression

Usure des joints

Fuite d’huile

Défaut de la

pompe

Chute de pression

Contrôle de

pression

d’huile

Tableau 8 : Analyse des mécanismes de défaillances des différents composants du broyeur

L’AMDEC

71


4. Estimation de la criticité

Cette phase consiste à évaluer la criticité des défaillances de chaque élément, à partir de

plusieurs critères de cotation indépendants. Pour chaque critère de cotation, on attribue un

niveau (note ou indice). Un niveau de criticité en est ensuite déduit, ce qui permet de

hiérarchiser les défaillances et d’identifier les points critiques.

L’évaluation de la criticité se fonde sur l’état actuel du broyeur. Les critères de criticité

s’expriment dans le tableau AMDEC par leurs niveaux respectifs.

4.1. Indice de fréquence F

Il représente la probabilité que la cause de défaillance apparaisse et qu'elle entraîne le

mode potentiel de défaillance considéré. Il faut donc tenir compte simultanément de la

probabilité d'apparition de la cause et de la probabilité que cette cause entraîne la défaillance.

La note F correspond alors à la combinaison de ces deux probabilités. Le barème de cotation

varie entre 1 et 4 (voir tableau ci-dessous).

Valeurs de F Fréquence d’apparition de la défaillance

1 Défaillance pratiquement inexistante.

2 Défaillance rarement apparue (un défaut par

an)

3 Défaillance occasionnellement apparue

(un défaut par trimestre).

4 Défaillance fréquemment apparue

(un défaut par moi).

Tableau 9 : Les indices de fréquence F

L’AMDEC

72


4.2. Indice de gravité G

Les barèmes de cotation, variant de 1 à 5 (tableau suivant), se basent sur les effets

provoqués par la défaillance, en terme :

De Temps d'Intervention (TI) qui correspond au Temps Actif de Maintenance Corrective

(diagnostic + réparation ou échange + remise en service),

de sécurité des hommes ou des biens.

L'indice sanctionne uniquement l'effet le plus grave produit par le mode de défaillance,

même lorsque plusieurs effets ont été identifiés.

La note G = 5 est automatiquement attribuée lorsque l'effet peut impliquer des

problèmes de sécurité des personnes, en dysfonctionnement ou en intervention.

Valeurs de gravité G Gravité de la défaillance

1 Défaillance mineure aucune dégradation

notable du système

TI<30 min

2 Défaillance moyenne nécessitant une

remise en état de courte durée. 30

min<TI<10 h

3 Défaillance majeure nécessitant une

intervention de longue durée 10 h<TI< 24 h

4 Défaillance catastrophique très critique

nécessitant une longue intervention

dommage matériel très important

TI>24h

5 Sécurité/qualité, accident pouvant

provoquer des problèmes de sécurité des

personnes, lors du dysfonctionnement ou lors

de l’intervention

Tableau 10 : Les indices de gravité G

L’AMDEC

73


4.3. Indice de non-détection D

C'est la probabilité que la cause ou le mode de défaillance supposés apparus

provoquent l'effet le plus grave, sans que la défaillance ne soit détectée au préalable. Le

barème de cotation varie entre 1 et 4 (tableau ci-dessous).

Valeurs de la non-détection Non-détection de la défaillance

1 Les dispositions prises assurent une détection

totale de la cause initiale ou du mode de

défaillance, permettant ainsi d’éviter l’effet

le plus grave provoqué par la défaillance

pendant la production.

2 Il existe un signe avant-coureur de la

défaillance mais il y a risque que ce signe ne

soit pas perçu par l’opérateur. La détection

est exploitable.

3 La cause et/ou le mode de défaillance sont

difficilement décelables ou les éléments de

détection sont peu exploitables. La détection

est faible.

4 Rien ne permet de détecter la défaillance

avant que l’effet ne se produise : il s’agit du

cas sans détection.

Tableau 11 : Les indices de la non-détection C

4.4. Calcul de la criticité C

On calcule le niveau de criticité, pour chaque combinaison cause / mode / effet, à partir

des niveaux atteint par les critères de cotation. La valeur de la criticité est calculée par le

produit des niveaux atteints par les critères de cotation.

C F G D

L’AMDEC

74


Date de l'analyse:

AMDEC – ANALYSE DES MODES DE DÉFAILLANCE DE

LEURS EFFETS ET DE LEUR CRITICITÉ Phase de

fonctionnement :

page : 1 / 2

Système : Broyeur vertical

BC3

Sous - Ensemble : Les éléments de

broyage

Nom :

LAFARGE


défaillance

Cause de la

défaillance

Effet de la

défaillance Détection

Criticité

F G D C

Bandages

des galets Broyage

Usure Frottements

Diminution

de la durée de vie

Visuel après

ouverture du

broyeur

2 3 4 24

Fissure/Rupture Chocs/

frottements

Arrêt de mouvement

Non

détectable

Trains de

galets

Maintenir

les galets et les tirants

Déviation de la

position

verticale

Déséquilibre

des trains de galets et des tirants

Usure

excessive des galets et de la piste

Contrôle de l’usure

2 3 3 18

Guide

galets et

socles

Orienter le

mouvement des trains de

galets

Usure

Jeu anormale

entre le guide de galet et le

socle

Vibration excessive

Vibration 2 3 2 12

Piste de

broyage

Support de la matière broyée

Usure Usure abrasive

Diminution de la durée de vie

Mesure de l’usure

2 4 2 16

Fissure Arrêt de

mouvement Non détectable

L’AMDEC

75


Date de l'analyse:

AMDEC – ANALYSE DES MODES DE DÉFAILLANCE DE LEURS EFFETS ET DE LEUR CRITICITÉ

Phase de fonctionnement

:

page : 2 / 2

Système : Broyeur

vertical BC3 Sous - Ensemble :

Nom :

LAFARGE


défaillance

Cause de

la

défaillance

Effet de la


Criticité

F G D C

Tirants

Maintenir

les galets en contact avec la

piste

Rupture Fatigue Arrêt de mouvement

Non détectable 1 3 4 12

Vérins

hydrauliques

Pression

de maintien des galets

Non

stabilité de la pression

Usure des joints

Fuite d’huile Bouleversement

de l’indication de la pression

2 3 2 12 Panne de la pompe

Chute de pression

Tableau 12 : Tableau de l’AMDEC du broyeur BC3

5. Courbe de criticité

Après avoir calculé les criticités des différents organes du broyeur BC3, on trace la

courbe de criticité qui nous permet de détecter l’organe le plus défaillant (l’organe qui a la

plus grande criticité), et ainsi, on peut savoir les actions à appliquer pour diminuer le niveau

de criticité des composants du broyeur.

L’AMDEC

76


Graphe 1 : Diagramme de criticité des éléments du broyeur avant rectifications

6. Les actions rectificatives

En effet l’étude AMDEC doit être suivie pour la proposition et la mise en place de

certaines actions correctives afin d’améliorer la rentabilité et la fiabilité du broyeur

vertical.ces actions sont :

Effectuer un contrôle non destructif à la réception des équipements notamment les

bandages des galets, afin de s’assurer de l’absence de fissures dépassant la longueur

critique.

Effectuer un retournement périodique (une fois tout les six mois) afin d’équilibrer

l’usure.

Réduire la charge de production du broyeur BC3.

Choisir des matériaux appropriés pour les bandages et la table de broyage, ayant une

certaine dureté extérieure pour assurer un broyage sans être détérioré, et une ductilité

interne pour supporter les sollicitations.

24

18

12

16

12 12

0

5

10

15

20

25

30

Diagramme de criticité

L’AMDEC

77


Régler la position des crochets des trains de galets (assistance POLYSIUS) afin

d’équilibrer l’usure ou quand le train n’est plus vertical.

7. Estimation de la criticité par les indices finaux

Après avoir discuté les actions correctives, le groupe de travail à évalué les indices finaux

de criticité comme suit :

Date de

l'analyse:


Phase de fonctionnement

:

page : 1 / 2

Système : Broyeur vertical BC3

Sous - Ensemble : Les éléments de broyage

Nom :

LAFARGE


défaillance

Cause de la

défaillance

Effet de la


Criticité

F’ G’ D’ C’

Bandages

des galets Broyage

Usure Frottements Diminution de la durée

de vie

Visuel après ouverture

du broyeur

1 1 3 3

Fissure/Rupture Chocs/

frottements

Arrêt de

mouvement

Non détectable

Trains de

galets

Maintenir les galets et les tirants

Déviation de la

position

verticale

Déséquilibre

des trains de galets et des

tirants

Usure

excessive des galets et de la

piste


1 1 2 2

Guide

galets et

socles

Orienter le mouvement

des trains de galets

Usure

Jeu anormale entre le

guide de galet et le socle

1 1 1 1

Piste de

broyage

Support de

la matière broyée

Usure Usure

abrasive

Diminution

de la durée de vie

Mesure

de l’usure 1 2 1 2

Fissure Arrêt de

mouvement Non détectable

L’AMDEC

78


Date de l'analyse:


Phase de fonctionnement :

page : 2 / 2

Système : Broyeur

vertical BC3 Sous - Ensemble :

Nom :

LAFARGEMI


défaillance

Cause de

la

défaillance

Effet de la


Criticité

F’ G’ D’ C’

Tirants

Maintenir

les galets en

contact avec la piste

Rupture fatigue Arrêt de

mouvement Non détectable 1 1 3 3

Vérins

hydrauliques

Pression de

maintien des galets

Non

stabilité de la pression

Usure des

joints

Fuite

d’huile Bouleversement

de l’indication de la pression

1 2 2 4 Panne de la

pompe

Chute de

pression

Tableau 13 : Tableau de l’AMDEC du broyeur BC3 après application des actions rectificatives

8. Courbe de criticité finale

Après avoir évalué la criticité finale on trace la courbe de criticité finale afin d’évaluer

l’impact des actions correctives.

Graphe 2 : Diagramme de criticité des éléments du broyeur avant rectifications

32

12

34

012345

Diagramme de criticité

L’AMDEC

79


On remarque que les actions correctives pourront contribuer de façon très significative

dans la prévention des incidents qui surgissent au niveau du broyeur vertical BC3.

9. Le suivi

Afin d’assurer l’efficacité de la mise en œuvre de l’AMDEC une opération de suivi

paré nécessaire, puisqu’elle nous permettra de s’assurer que toutes les actions décidées ont

été réalisées et que la nouvelle valeur de criticité sont effectivement atteintes.

Le suivi s’effectue suivant les étapes suivantes :

La mise en place d’un planning pour entamer les actions.

Contrôler la bonne application des mesures prises.

Assurer une bonne gestion logistique en matière d’approvisionnement des ressources et

des moyens nécessaire aux actions mises en œuvre.

Prendre en compte les mises à jour :

Documentation.

Gamme de maintenance.

L’AMDEC

80


10. Gamme de maintenance concernant le broyeur vertical

BC3

Afin d’assurer une bonne gestion de la maintenance du broyeur vertical BC3, une

gamme de maintenance parée nécessaire à mettre en œuvre.

Composant Action Type de

maintenance

Fréquence Etat du

broyeur

Trains de

galets

Bandages du

galet

Piste de

broyage

Contrôle de

l’usure

Contrôle des fissures par

moyens de CND

Si l’usure des bandages est supérieure à 30

mm, effectuer un retournement

des trains de galets

Régler la

position des crochets lorsque l’usure n’est

plus uniforme ou lorsque le

train de galet n’est plus droit.

Préventive

Préventive

Corrective

Corrective

1 fois/trimestre

1 fois/semestre

Arrêt

Arrêt

Arrêt

Arrêt

L’AMDEC

81


Tableau 14 : Planning de maintenance du broyeur BC3

Conclusion

Cette analyse nous a permis de définir les éléments les plus défaillants du BC3. Les galets

du broyeur ont le plus grand facteur de criticité, ce qui explique les actions correctives qui

doivent s’appliquer sur ce dernier.

En déterminant les suivis et les actions nécessaires pour réduire la criticité des galets, on a

établi une gamme de maintenance relative au broyeur vertical BC3.

Vérins

hydrauliques

Contrôle de la

pression des vérins.

Contrôle des fixations

Contrôle des fuites d’huile.

Contrôle des

vibrations

Préventive

Préventive

Préventive

Préventive

Chaque jour

(salle de contrôle)

1 fois/semaine

Chaque 2 jours

Chaque jour (salle de contrôle)

Marche

Arrêt

Marche

Marche

Tirants Contrôle de la fixation des tirants

Préventive 1 fois/semaine Arrêt

Guide galets et

socles


Si le jeu est supérieur à 15 mm

rechargement en matière

Préventive

Corrective

1 fois/trimestre Arrêt

Arrêt

82


CHAPITRE VII : L’étude technico-économique

Etude technico-économique

83


Introduction

L’étude technico-économique consiste à déterminer le coût des solutions proposées,

d’évaluer les dépenses causées par la maintenance et les arrêts de production, et ainsi, elle

permet de chiffrer les gains réalisés par l’application des solutions.

1. Coût de la maintenance effectuée en cas de la fissure/rupture

du bandage

Pour pouvoir effectuer cette étude, il faut connaître certaines informations permettant

de déterminer les dépenses de l’entreprise pour la maintenance des galets.

Les informations nécessaires sont les suivantes :

Le débit du broyeur vertical BC3 qui est de 250 tonnes/heure.

La capacité des silos de stockage qui est de 6000 tonnes.

Le débit de l’alimentation du four qui est de 275 tonnes/heure.

Le prix de transformation de la matière cru en clinker.

Le prix de transformation du clinker en ciment.

La maintenance du broyeur en cas d’une défaillance cause des arrêts de production, ce

qui génère des coûts directs et des coûts indirects.

1.1. Les coûts directs

Le bandage en FMU18 utilisé actuellement dans les galets est fourni par POLYSIUS.

Pour connaître son approvisionnement, LAFARGE Bouskoura a lancé un appel d’offre, qui

nous a permis de connaître le coût du bandage qui est de 400 000 dirhams, et le délai

d’approvisionnement qui est de 37 semaines.

Le changement du bandage du galet demande un arrêt de 24 heures.


84


1.2. Les coûts indirects

Le broyeur vertical BC2 fonctionne avec un débit de 180 tonnes/heure, donc les deux

broyeurs contribuent au remplissage du silo avec un débit total qui atteint 430 tonnes/heure.

Ainsi, si le broyeur BC3 tombe en panne et en prenant le cas le plus favorable qui est le

remplissage total du silo de stockage de la matière crue, la différence entre le débit de

remplissage du silo et celui de l’alimentation du four est de 95 tonnes/heure, après 38 heures,

le silo sera à sec, et le broyeur BC2 continuera à alimenter le four, ce qui présente une perte

de production de 95 tonnes/heure.

Figure 38 : Alimentation du silo par les broyeurs BC2 et BC3

D’où, dans le cas du changement du galet, la quantité du cru non produite est de 2280

tonnes/heure.

Afin de connaître la quantité non produite du ciment pendant l’arrêt du broyeur, on a

contacté le service procédé qui nous a donné les équations suivantes :

ker65%

Clin

Cru


85


1.42ker

Ciment

Clin

D’où : 0.923 kerCiment Clin

Donc la quantité de ciment non produite est de 2088.25 tonnes.

Sachant que le prix du ciment est de 1300 DH/t, le coût des pertes de production est de

2 .714.725 DH.

Donc le coût total des pertes qui est la somme des coûts directs et indirects s’élève à

3.114.725 DH.

1.3. Coût des arrêts programmés du broyeur BC3

Afin d’assurer son bon fonctionnement, le broyeur BC3 connait des arrêts programmés

chaque semaine. Ainsi, le broyeur est arrêté cinq heures en moyenne, soit cinq heure d’arrêt

de production.

En prenant le débit nominal qui est de 180 tonnes/heure, la quantité de cru non produite

sera de 900 tonnes, ce qui génère une perte annuelle d’environ 46.800 tonnes, soit une

quantité de ciment non produite de 43.196,4 tonnes.

Donc, pendant les arrêts programmés, le prix du ciment non produit est de 56.155.320

DH par an.

2. Coût des solutions proposées

2.1. Contrôle par ultrasons

En utilisant le contrôle non destructif par ultrasons (TUD-360 Ultrasonic Flaw

Detector, annexe 8), qui coûte 5400 dollars, soit 43.497,69 DH, ce qui fera 130.475,07 DH

pour les 4 bandages, on pourra assurer le suivi de l’évolution des microfissures.


86


Ainsi, le nombre des arrêts programmés va diminuer (un arrêt par quinzaine), ce qui

fera gagner à LAFARGE 28.077.660 DH par an.

2.2. Le matériau Xwin

Le bandage en Xwin coûte 43.375 €, soit 489.287,44 DH, (voir annexe 9), et pour les 4

bandages, le coût est de 1.957.149,76 DH, ce matériau permettra de réduire le nombre des

arrêts programmés à un arrêt par trois semaines, ce qui fera gagner à Lafarge 35.095.320 DH

par an.

Donc le coût total des solutions proposées sur une durée de 3ans est :

Le contrôle par ultrasons : pour un contrôle semestriel durant la première année, et

un contrôle trimestriel durant les deux années, le coût total est de 130.475,07 DH .

Un galet en Xwin coûte 1.957.149,76 DH.

Donc le coût total est de : 2.087.624,83 DH.

Conclusion

Afin d’augmenter la durée de vie des galets, et avoir une meilleure résistance à la

fatigue, à la corrosion et à l’usure, LAFARGE doit investir un montant de 2.087.624,83 DH.

L’entreprise va réaliser ainsi une économie de 33.007.695,17 DH grâce à la réduction des

arrêts programmés et des coûts d’indisponibilité du broyeur.

Il est à noter que cette économie représente 0,9% du chiffre d’affaire le l’usine de

Bouskoura.

Conclusion générale

87


Conclusion générale

Dans le cadre de notre projet de fin d’études, on a effectué une analyse de l’avarie

apparue sur le bandage du galet du broyeur BC3, et à partir de cette expertise, et de l’analyse

des différents facteurs agissant sur le broyeur, on a pu déterminer l’origine majeure de cette

fissure.

En effet, on a remarqué que les vibrations élevées au sein du broyeur, l’effet corrosif de

l’eau injectée, et le non équilibrage de l’usure au niveau du train de galets, sont tous des

phénomènes qui peuvent réduire la durée de vie du bandage, et ainsi mener à une défaillance

de ce dernier (fissure, rupture…). Mais, à notre avis, le phénomène majeur qui a mené à

l’apparition de l’avarie est le phénomène de la fatigue, du à la surcharge appliquée sur le

bandage.

A partir de l’analyse de ces facteurs, on a proposé les solutions suivantes :

Effectuer un contrôle non destructif par ultrasons.

Changer le matériau utilisé actuellement, par le composite Xwin.

Equilibrer l’usure et effectuer le suivi des vibrations.

Une étude AMDEC est réalisée nous permettant ainsi de détecter les organes les plus

défaillants du broyeur BC3, et de mesurer leur criticité afin de proposer les actions

correctives nécessaires. On a réussi ainsi, à réduire la criticité du bandage du galet d’un

facteur de 24 initialement à un facteur de 3.

Finalement, nous avons effectué une étude technico-économique qui nous a été

bénéfique dans la mesure où elle nous a permis de s’assurer du rendement économique des

solutions proposées.

Annexes

88


Annexes

Annexes

89


Annexe 1 : Rapport concernant la longueur et la profondeur de la fissure communiqué par le Centre Technique des Travaux Industriels

Annexes

90


Annexes

91


Annexe 2 : Mail contenant les caractéristiques concernant la fonte utilisée actuellement

dans les galets

----- Réacheminé par Abdelhak Waoua/Bouskoura/Ma/Ciment/Lafarge le 25/03/2009 13:26 -----

[email protected]

m

24/03/2009 16:06

Pour :[email protected]

cc :[email protected]

Objet :Re: DEMANDE DE RENSEIGNEMENT POUR DES STAGIAIRES INGENIEURS

Monsieur Waoua,

Je vous demande de nous excusez le retard des informations.

En réponse à votre demande ensuite les données.

Dureté: 65,8HRC

Limite elastique et charge de rupture: 481MPa

Tenacité selon ASTM E399: 30,7MPam1/2

Module d'élasticité: 225120N/mm²

coéfficient de poisson: 0,28

À votre disposition pour plus d'informations

Meilleures salutations

-----------------------------------------------------------------------------

Annexes

92


Annexe 3

1. Contrôle par ultrasons

1.1. Principe

Les ultrasons sont émis au moyen de « traducteurs » qui fonctionnent le plus souvent

par effet piézoélectrique. On analyse la propagation d’ondes mécaniques de haute fréquence

(quelques Mégahertz en général) au sein du matériau constitutif de la pièce à contrôler.

Les ultrasons, aux fréquences utilisées (1 à 10 MHz) ne se propagent pas dans l’air.

Pour assurer leur passage entre le traducteur et la pièce à contrôler, il faut placer entre les

deux un milieu dit de couplage. Deux techniques existent pour assurer ce couplage : le

contrôle par contact et le contrôle par immersion.

Figure 39: Principe du contrôle par ultrasons

Annexes

93


1.2. Contrôle par contact

Le traducteur est directement placé sur la pièce à contrôler. La liaison acoustique est

assurée par une couche d’agent de couplage : graisse, huile, colle cellulosique, gels spéciaux

dont l’épaisseur est de l’ordre du dixième de millimètre.

Cette technique, dite de palpage, est surtout employée lors de contrôles manuels. Elle

nécessite l’intervention d’un opérateur pour le déplacement du traducteur. La constance du

couplage, et donc du contrôle, n’est pas assurée.

Figure 40 : Principe du contrôle par contact

1.3. Contrôle par immersion

Le traducteur est situé à une certaine distance de la pièce, le couplage est assuré par un

liquide, habituellement de l’eau. Il peut s’agir :

D’une immersion totale : le traducteur et la pièce sont entièrement immergés dans une

cuve de contrôle.

D’une immersion locale : le traducteur et la partie de la pièce qui est contrôlée sont

reliés entre eux par un volume de liquide, grâce à des dispositifs spéciaux.

Des techniques sans contact ne faisant pas appel à l’immersion sont en développement

actuellement mais les applications industrielles sont encore très limitées.

Annexes

94


Figure 41 : Principe du contrôle par immersion

1.4. Mise en œuvre

La méthode de contrôle la plus employée est de type échographique. Il s’agit de

rechercher les signaux d’échos réfléchis par les anomalies ou défauts rencontrés lors de

l’exploration de la pièce contrôlée. L’écho est généralement recueilli par le traducteur ayant

servi à l’émission.

La position des signaux d’échos sur l’écran de l’appareil de contrôle permet de

déterminer la distance parcourue par l’onde ultrasonore et par conséquent la position du

réflecteur à l’origine de l’écho. Le contrôleur doit pouvoir distinguer les échos provenant de

la géométrie de la pièce qui peuvent provenir d’une anomalie. L’amplitude des signaux

d’échos est en relation avec le pouvoir réfléchissant du réflecteur et dépend donc, dans le cas

d’un défaut, de diverses caractéristiques : nature, grandeur, forme, orientation, etc.

Les deux informations essentielles relatives à un écho – position et amplitude – ne

permettent l’interprétation que si l’appareil est convenablement réglé et si on a vérifié

périodiquement son bon fonctionnement. L’amplitude d’un écho n’est jamais mesurée en

absolu mais toujours comparée à l’amplitude de l’écho d’un réflecteur bien définies.

Annexes

95


Annexe 4

1. Contrôle par émission acoustique

1.1. Principe

L’Émission Acoustique (EA) est un phénomène de libération d’énergie sous forme

d’ondes élastiques transitoires au sein d’un matériau soumis à une sollicitation.

La détection et l’analyse des signaux permettent d’obtenir des informations inédites sur

les anomalies du champ de contraintes, liées par exemple à la présence de défauts. La

détection est réalisée par un capteur piézoélectrique avec une fréquence de 50 kHz à 1 MHz

(généralement 50 à 500 kHz).

Figure 42: L’émission acoustique

La technique de CND par émission acoustique n’est sensible qu’aux processus

irréversibles qui s’accompagnent par une libération d’énergie dont une partie se transforme

en une énergie mécanique qui se propage sous forme d’onde élastique.

Un tel processus peut être un endommagement en évolution tel que une plastification

en croissance, une fissure qui se propage, une corrosion active ou encore un processus actif

tel que la turbulence d’un fluide passant une fuite soumise à un différentiel de pression.

Annexes

96


1.2. Conditions liées à l’onde émise

Pour être détectée, l’onde générée doit atteindre un capteur d’émission acoustique

située au voisinage de sa source. Ce capteur doit être adéquatement choisi, principalement, en

fonction des caractéristiques fréquentielles de l’onde détectée.

L’onde doit aussi présenter des caractéristiques particulières permettant de la distinguer du

bruit de fond ambiant.

Dans la plus part des applications industrielles, l’onde émise par le processus sous

contrôle atteint le capteur le plus proche de sa source avec une amplitude supérieure à celle

du niveau de bruit de fond. Dans ce cas, il suffit de sélectionner un seuil de détection

légèrement supérieur au niveau de bruit de fond ambiant pour ne garder que les signaux

utiles à l’analyse.

Il est parfois nécessaire d’effectuer le contrôle en présence d’un niveau de bruit de fond

qui excède les amplitudes des ondes émises par le processus contrôlé. Dans ce cas, pour

pouvoir les distinguer du bruit de fond, ces ondes doivent présenter au moins une

caractéristique commune permettant de les identifier. Elle se présente souvent sous la forme

d’une combinaison de paramètres appelée «signature acoustique».

1.3. Conditions liées à la procédure de contrôle

La façon dont le test est réalisé peut aussi affecter la sensibilité. La procédure contrôle

par EA doit, en effet, prévoir les dispositions favorables à l’activation du processus contrôlé.

A titre d’exemple : Le suivi par émission acoustique de l’épreuve de qualification d’un

appareil à pression a pour but d’évaluer l’intégrité mécanique de la structure avant de la

mettre en service. La procédure du contrôle prévoit d’imposer à l’appareil un cycle de

pressurisation précis afin de favoriser une propagation contrôlée des fissures. Une évaluation

en temps réel des données d’émission acoustique, sur la base des critères spécifiés

Annexes

97


préalablement par la procédure, permet de stopper le chargement de l’appareil en présence

d’une propagation instable de fissure.

De la même façon la procédure de contrôle d’un fond de bac de stockage prévoit le

remplissage du bac au maximum de sa capacité pour favoriser l’activation des fuites et les

fissurations de dépôts de produits de corrosion qui traduisent par leur présence une corrosion

plus au moins avancée (corrosion ancienne). Ce type de contrôle est souvent réalisé en

utilisant le produit de service afin de réunir les conditions favorables à l’activation des

réactions de corrosion (corrosion active).

2. Contrôle par magnétoscopie

2.1. Principe

Cette méthode consiste à créer un flux d'induction magnétique intense (saturation

magnétique) dans des structures ferromagnétiques entraînant, au droit des défauts, des flux de

fuite. Ces flux sont mis en évidence par des traceurs magnétiques finement micronisés et

déposés à la surface des matériaux.

La reproductibilité de l'examen peut être obtenue à condition d'éliminer ou de réduire

l'aimantation rémanente qui peut subsister dans les pièces.

Figure 43 : Principe du contrôle par magnétoscopie

Annexes

98


L'examen peut être effectué en lumière blanche avec des fonds contrastants et des

traceurs (révélateurs magnétiques) colorés ou en lumière ultraviolette avec des traceurs

fluorescents.

Les traceurs peuvent être secs ou humides :

Les traceurs secs : ils sont ferromagnétiques, très mobiles sur la pièce et très visibles à

l'œil.

Les traceurs humides : les liquides porteurs sont soit des produits aqueux non

inflammables (eau + mouillant + anti moussant + antioxydant + bactéricides), soit des

produits au kérosène inflammables (kérosène + anti dermique).

2.2. Les méthodes d’aimantation

Par passage de flux magnétique dans les pièces (aimantation longitudinale) :

Cette méthode permet de détecter les discontinuités transversales (ou perpendiculaires).

Le flux est parallèle à l’axe principal entre les pôles. Les lignes de force sont sensiblement

parallèles à l’axe Nord-Sud.

Par passage de courant dans les pièces (aimantation transversale)

Cette méthode permet de détecter les discontinuités longitudinales (ou parallèles). Le

flux se boucle dans la pièce perpendiculairement à l’axe électrique. Les lignes de force

traversent le produit perpendiculairement à l’excitation électrique.

2.1.2. Avantages

Les défauts sous jacents peuvent être détectés (de 1 à 2 mm à partir de la surface).

Il existe plusieurs méthodes d’aimantation.

Les défauts peuvent être obstrues (oxyde, calamine…).

Bonne sensibilité de détection des défauts avec appréciation de leur longueur : la

sensibilité des défauts dépend de l'acuité visuelle et du seuil différentiel de contraste de

Annexes

99


l'opérateur, de l'orientation des défauts et de la forme du flux magnétique utilisé, de la

qualité du produit révélateur, de l'état de surface et de la qualité du nettoyage de la pièce,

de la présence ou pas de colorations parasites.

2.1.3. Inconvénients

Méthode de contrôle ne s’appliquant qu’à des alliages susceptibles d’être démagnétisés

(aciers magnétisables).

Difficile à mettre en œuvre pour des pièces de grandes dimensions (longueur du banc de

magnétisation, puissance électrique ou magnétique) ou de formes complexes (comme par

exemple les filetages).

Risque d’amorçage d’arc et d’échauffement des pièces en surface au niveau des contacts

électriques (méthode d’aimantation par passage de courant).

Nécessité de démagnétiser et de nettoyer les pièces après le contrôle.

Hygiène et sécurité : utilisation de lumière ultraviolette, utilisation stockage et

élimination de produits chimiques dont certains sont inflammables.

Annexes

100


Annexe 5

1. Le ressuage

1.1. Principe du ressuage

Cette méthode, très ancienne (déjà utilisée en 1910 chez Rolls Royce), consiste à

appliquer un pénétrant (liquide coloré ou fluorescent) sur la surface à contrôler.

Le liquide pénètre à l'intérieur des défauts débouchants (criques, fissures, porosités,

piqûres).

Après élimination par lavage de l'excès de pénétrant, la surface est recouverte d'une

fine couche de révélateur qui, agissant comme un buvard, "aspire" le pénétrant contenu dans

les défauts et donne une tache colorée.

Figure 44: Principe du contrôle par ressuage

Annexes

101


1.2. Le mode d’examen

Quel que soit le procédé utilisé : ressuage coloré, lumière blanche (lumière du jour) et

pénétrant coloré (rouge) ou ressuage fluorescent, lumière ultraviolette et pénétrant

fluorescent, la mise en œuvre reste identique.

Précautions :

La sensibilité de détection des défauts est souvent déterminée par le mode de préparation

des surfaces.

La rigueur apportée au nettoyage préliminaire favorise grandement les résultats de

l’examen.

1.3. Mise en œuvre

Cette méthode s'applique à une grande variété de matériaux compacts et non poreux

(matériaux métalliques, plastiques, composites...). Le pénétrant peut être appliqué au

pinceau, au pistolet, à la bombe aérosol ou par immersion.

Les récents développements de la visionique et du traitement d'image permettent

d'accéder à des systèmes experts de reconnaissance de forme.

1.4. Avantages

Il peut être effectué sur toutes sortes de matériaux non poreux et no n rugueux, de

géométrie et de dimensions quelconques.

Facilité de la mise en œuvre.

Bonne sensibilité de détection des défauts avec appréciation de leur longueur (la

sensibilité de détection des défauts dépend de l'acuité visuelle et du seuil différentiel

de contraste de l'opérateur, de l'état de surface et de la qualité du nettoyage de la

pièce).

Méthode globale autorisant l’examen de la totalité de la surface de la pièce.

Annexes

102


1.5. Inconvénients

Les défauts doivent être débouchant et non obstrues (par de la graisse, de la peinture,

de l’oxyde, de la calamine ou des contraintes résiduelles de compression).

Il est nécessaire d’effectuer un dégraissage et un décapage préalables soignés.

Les opérateurs doivent posséder une grande expérience.

Annexes

103


Annexe 6

1. Contrôle par magnétoscopie

1.1. Principe

Cette méthode consiste à créer un flux d'induction magnétique intense (saturation

magnétique) dans des structures ferromagnétiques entraînant, au droit des défauts, des flux de

fuite. Ces flux sont mis en évidence par des traceurs magnétiques finement micronisés et

déposés à la surface des matériaux.

La reproductibilité de l'examen peut être obtenue à condition d'éliminer ou de réduire

l'aimantation rémanente qui peut subsister dans les pièces.

Figure 45: Principe du contrôle par magnétoscopie

L'examen peut être effectué en lumière blanche avec des fonds contrastants et des

traceurs (révélateurs magnétiques) colorés ou en lumière ultraviolette avec des traceurs

fluorescents.

Annexes

104


1.2. Les méthodes d’aimantation

Par passage de flux magnétique dans les pièces (aimantation longitudinale) :

Cette méthode permet de détecter les discontinuités transversales (ou perpendiculaires).

Le flux est parallèle à l’axe principal entre les pôles. Les lignes de force sont sensiblement

parallèles à l’axe Nord-Sud.

Par passage de courant dans les pièces (aimantation transversale)

Cette méthode permet de détecter les discontinuités longitudinales (ou parallèles). Le

flux se boucle dans la pièce perpendiculairement à l’axe électrique. Les lignes de force

traversent le produit perpendiculairement à l’excitation électrique.

Avantages

Les défauts sous jacents peuvent être détectés (de 1 à 2 mm à partir de la surface).

Il existe plusieurs méthodes d’aimantation.

Les défauts peuvent être obstrues (oxyde, calamine…).

Bonne sensibilité de détection des défauts avec appréciation de leur longueur.

Inconvénients

Méthode de contrôle ne s’appliquant qu’à des alliages susceptibles d’être démagnétisés

(aciers magnétisables).

Difficile à mettre en œuvre pour des pièces de grandes dimensions (longueur du banc de

magnétisation, puissance électrique ou magnétique) ou de formes complexes (comme par

exemple les filetages).

Risque d’amorçage d’arc et d’échauffement des pièces en surface au niveau des contacts

électriques (méthode d’aimantation par passage de courant).

Nécessité de démagnétiser et de nettoyer les pièces après le contrôle.

Annexes

105


Annexe 7

1. Le grenaillage de précontrainte (5)

Le grenaillage est une technique consistant à projeter, à l'aide d'une grenailleuse, des

microbilles sur la surface d’un objet pour en modifier la structure superficielle. Les buts

désirés sont :

le nettoyage des surfaces pour en améliorer l’aspect, technique similaire au sablage.

la précontrainte pour améliorer les qualités techniques des surfaces.

Figure 46 : Grenaillage de précontrainte

1.1. Principe

Le principe est la projection à grande vitesse et en continu, jusqu’à 100 m/s, de petites

billes d'acier, de verre ou de céramique, sur la surface des pièces à traiter. Sous cette action

de martelage ou de matage ou d’écrouissage, la limite d’élasticité du matériau augmente.

Le résultat à obtenir dépend de plusieurs facteurs :

la nature de la matière à traiter,

la nature et la dimension de la grenaille,

le débit et la vitesse d’impact,

la direction du jet et la durée de l’opération.

Annexes

106


1.2. Les dimensions de la grenaille

La grenaille est une arrondie métallique ou céramique, d’arêtes vives, elle ne doit pas

être fragile, et son diamètre varie entre 0.2 et 3mm, mais il n’a pas une grande influence sur

la variation de la contrainte. Généralement, ce diamètre varie en fonction de la nature de la

surface sur laquelle on applique le grenaillage.

1.3. La vitesse d’impact

Cette vitesse varie en général entre 30 et 100m/s, elle a une grande influence sur

l’efficacité de l’opération. Dans la plupart des industries, l’appareil utilisé pour le grenaillage

est un appareil de projection par turbine car il a une vitesse d’impact importante.

1.4. La durée du grenaillage

La durée du grenaillage varie entre 2 et 4min. Cette durée ne doit pas être courte pour

éviter les effets indésirables sur la qualité de la surface, et ne doit pas être plus longue que la

durée maximale.

1.5. Les avantages

Moins coûteux que le traitement thermique traditionnel comme la trempe.

Ne demande pas de recuit ou de revenu après traitement.

Ne déforme pas les pièces.

Améliore la durée de vie et la résistance à la fatigue des pièces (jusqu’à 10 fois pour un

ressort hélicoïdal).

1.6. Les inconvénients

Ce traitement représente quelques micro-défauts dus aux hétérogénéités de surface

crées par les billes.

Pour éviter ces défauts, il est préférable d’effectuer un polissage léger.

Annexes

107


Annexe 8

Annexes

108


Annexes

109


Annexe 9

Annexes

110


Annexes

111


Annexes

112


Annexes

113


Annexes

114


Bibliographie

115


Bibliographie

[1] : POLYSIUS. Manuel BOUSKOUVER (Partie 6).

[2] : G.BARATTO, J.J.GUERIN, J.MONGIS, C.TOURNIER, A.VIEU. Analyse

morphologique des défaillances d’organes de machines , Centre Technique des Industries

Mécaniques (CETIM), 3ème édition.

[3] : JEAN-MARIE DORLOT, Des matériaux, Juillet 1980.

[4] : www.cofrand.com.

[5] : www.techniques- ingenieur.fr.

http://www.cofrand.com/

Documents

Projet de Fin d’Etudes - mcours.netmcours.net/.../Etude_d_une_avarie_apparue_sur_un...a_LAFARGE_Bo… · Projet de Fin d’Etudes Dédicace A la mémoire de mes chers grands parents,