Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université de Kairouan Institut supérieur des sciences appliquées et de technologie de Kairouan Département Electronique électrotechnique et automatisme Rapport de stage d’initiation Effectué à : Les Ciments de Bizerte Elaboré par : Chaima SAIDANI Encadré par : Mr Mohamed MAALAOUI Année universitaire : 2019-2020 1 Sommaire Remerciements ........................................................................................................................... 3 Liste des figures ......................................................................................................................... 4 Introduction générale .................................................................................................................. 5 Présentation de l’entreprise ........................................................................................................ 6 Introduction ................................................................................................................................ 8 1. 2. Généralités sur les ciments ................................................................................................. 8 1.1. Définition ..................................................................................................................... 8 1.2. Composition des ciments ............................................................................................. 8 Processus de fabrication des ciments ................................................................................. 9 2.1. Extraction des matières premières ............................................................................. 10 2.2. Concassage ................................................................................................................ 10 2.3. Pré-homogénéisation ................................................................................................. 10 2.4. Broyage de matière première ..................................................................................... 12 2.5. Homogénéisation de la poudre crue .......................................................................... 13 2.6. Cuisson et clinkérisation ............................................................................................ 13 2.7. Refroidissement ......................................................................................................... 15 2.8. Broyage du clinker ..................................................................................................... 15 2.9. Stockage, Ensachage et Expédition ........................................................................... 15 Conclusion ................................................................................................................................ 16 Chapitre 2 : Les capteurs .......................................................................................................... 17 Introduction .............................................................................................................................. 17 1. 2. Généralités sur les capteurs .............................................................................................. 17 1.1. Définition ................................................................................................................... 17 1.2. Les types des capteurs ............................................................................................... 17 Le choix des capteurs PT100 ........................................................................................... 18 Conclusion ................................................................................................................................ 20 Conclusion générale ................................................................................................................. 21 Références bibliographiques .................................................................................................... 22 2 Remerciements J’ai l’honneur à exprimer ma grande gratitude à toutes les personnes qui ont contribué au succès de mon stage. Tout d’abord, j’adresse mes remerciements à Mr Mohamed MAALAOUI pour ses orientations judicieuses qui m’ont été infiniment utiles et à tous les employés de la société pour leur accueil et serviabilité. Je remercie de même, mon maitre de stage : Mr Mohamed Monaem OTHMANI qui m’a formé et accompagné tout au long de ce stage. 3 Liste des figures Figure 1 : Organigramme de l’entreprise Figure 2 : composition des ciments Figure 3 : les étapes de fonctionnement d’une cimenterie Figure 4 : Carrière d’extraction Figure 5 : Concasseur à marteaux Figure 6 : Vue en photo de stock en matière première Figure 7 : Pré homogénéisation de la matière première Figure 8 : Vue extérieur du broyeur à crue Figure 9 : Vue intérieur du broyeur à crue Figure 10 : Vue en photo du four rotatif Figure 11 : Schéma du four rotatif Figure 12 : Broyeur à boulets Figure 13 : Le XS4P18MA230 Figure 14 : Soliphant T Figure 15 : Schéma de PT100 Figure 16 : PT100 4 Introduction générale La production de ciment dans le secteur a été particulièrement robuste au cours de la dernière décennie (1998-2008), enregistrant une croissance annuelle de près de 6% (supérieure à la croissance économique du pays). Cette évolution découle des différents programmes d’investissement engagés au niveau national (infrastructures, aménagements touristiques, projets immobiliers…) ainsi qu’à la forte demande étrangère (Europe, Algérie, Libye...).La capacité de production installée dans le secteur est de 7.3 Millions de tonnes dont plus de 80% est consommé sur le marché local. En effet, le secteur tunisien comprend au total 7 cimenteries dont 5 privatisées durant les années 1990 – 2000 et cédées à des groupes internationaux. Seules deux cimenteries sont encore, à cette date, restées dans le giron de l’Etat, à savoir les « Ciments d’OUM ELKELIL » et les « Ciments de Bizerte ». La transformation des roches en liants hydrauliques nécessite la mise en œuvre de multiples procédés en vue d’obtenir un produit fini de bonne qualité. Société les Ciments de Bizerte assure alors la fabrication, le contrôle et la commercialisation des liants hydrauliques. En fait cette cimenterie est entièrement automatisée. Leurs produits actuels sont : les ciments «PORTLAND CEM I AL 32-5» et les ciments «PORTLAND CEM II Al 42-5». Ce rapport est divisé en deux parties : la première partie comporte une étude bibliographique, où ils sont décrites les critères généraux et les diagrammes de fabrication des ciments et la deuxième partie est réservée pour étudier les capteurs utilisés au sein de la société les ciments de Bizerte. 5 Présentation de l’entreprise Société Les Ciments de Bizerte (SCB) est un établissement à caractère industriel et commercial, elle est l’une des plus importantes sociétés Tunisiennes vu la vitalité de son domaine d’activités et son rôle déterminant dans l’économie national. Création et situation géographique Société les Ciments de Bizerte fut créée en 1952 sur la baie de Sebra et son usine installée à Bizerte Sud à 65 Km au Nord de la Capitale Tunis. Organigramme L’organisation de la société est basée sur 11 directions comme indiquée dans la figure cidessous : Figure 1 : Organigramme de l’entreprise La direction à laquelle mon travail a été lié est la direction de production et de qualité. Activités de la société Fabrication et commercialisation des liants hydrauliques. Capacité de production Depuis son extension en 1978 l'usine fonctionne en voie sèche intégrale. Sa production actuelle est d'environ 900 000 tonnes de clinker. 6 Les matières premières Les gisements des matières premières de la Société des Ciments de Bizerte sont essentiellement composés de : calcaires, nécessitant le tir à l’explosif pour leur abattage. Ils sont relativement faciles à broyer. marnes grises riches en alumine. marnes noires. Les matières premières comportent, par endroits, des composants organiques permettant d'améliorer la consommation calorifique spécifique. Produits de la SCB L’usine de la Société les ciments de Bizerte produit actuellement les liants hydrauliques suivants : - Les ciments Portland (type CEM I AL 32-5) ; - Les ciments Portland au calcaire (type CEM II AL 42-5) ; - La chaux hydraulique artificielle : CHA 10. [1] 7 Chapitre 1 : Etude Bibliographique Introduction L'exploitation des roches afin de produire les ciments est considérée comme un des piliers de l’économie industrielle contemporaine. Ce chapitre est divisé en deux parties : la première est consacrée à la présentation des critères généraux des ciments et la deuxième décrit le processus de fabrication des ciments. 1. Généralités sur les ciments 1.1.Définition La norme tunisienne NT47–01 équivalente à la norme européenne EN197–1 définit le ciment comme un liant hydraulique. C’est à dire une matière pulvérulente, d’origine minérale, non métallique, formant lors du gâchage avec l’eau, une pâte plastique liante, ouvrable pendant un temps suffisamment long, capable d’agglomérer des substances variées en durcissant. En effet, de nombreux réactions et processus d’hydratations transforment cette pâte liante, ayant une consistance de départ plus au moins fluide, en un solide pratiquement insoluble dans l’eau, atteignant des niveaux de résistance prescrits et aussi présentant une stabilité de volume à long terme. 1.2. Composition des ciments Le ciment produit est composé d’un fort pourcentage de Clinker, avec des pourcentages pondérés d’ajout et de gypse : - Le clinker : Les matières premières (Calcaire Haute Titre + Calcaires Base Titre +Mine de fer) utilisées dans la fabrication du ciment sont mélangées, broyées puis cuites. Le mélange entre alors en fusion et forme après refroidissement un granulé appelé Clinker, qui est la base constitutive du ciment. Le Clinker ; terme anglais signifiant « scorie », se forme à la désagrège sous l’effet de la chaleur et s’associe avec la chaux contenue dans le calcaire pour former des silicates et des aluminates de chaux, qui constituent le Clinker. - Le gypse et les ajouts : Afin de régulariser la prise du ciment, on ajoute du gypse au Clinker an pourcentage ne dépasse pas 5% de l’alimentation totale. Comme nous pouvons le voir au 8 figure 2 d’autre matières sont ajoutées pour des raisons économiques vivant la diminution des coûts de production du ciment sans aucune influence sur la qualité. Figure 2 : composition des ciments 2. Processus de fabrication des ciments La fabrication du ciment est un procédé complexe qui exige un savoir-faire, une maitrise des outils et des techniques de production. Elle suit plusieurs phases comme les montre la figure suivante : Figure 3 : les étapes de fonctionnement d’une cimenterie 9 2.1.Extraction des matières premières Elle s’effectue à l’aide d’explosif dans des carrières à ciel ouvert qui se trouvent à proximité de l’usine. La matière battue sera transportée à l’usine à l’aide d’une transporteuse à bande. Figure 4 : Carrière d’extraction 2.2. Concassage Dans la station de concassage, la matière est réduite à une diminution de l’ordre de un à quelques centimètres. L’usine de Bizerte possède un concasseur à marteaux type EV 200 x 200 FLS .Sa capacité nominale est de 650 Tonnes par heure concassant des blocs de diamètre pouvant atteindre 1500 mm jusqu’à une granulométrie de 0 à 80 mm. Figure 5 : Concasseur à marteaux 2.3.Pré-homogénéisation Apres avoir réduit les blocs de matières extraites en grains, ces derniers seront ramenés du concasseur, sur des transporteurs à bande de caoutchouc vers le hall de pré homogénéisation. 10 La matière acheminée est disposée par le chariot verseur en couches horizontales superposées sous forme de tas représenté par la figure suivante. Figure 6 : Vue en photo de stock en matière première Deux tas sont placés entre deux murs en béton : Tas haut titre(HT) : constitué de calcaire, Tas bas titre(BT) : constitué d’un mélange de calcaire et de marne. Ces tas de matières vont subir le phénomène de pré-homogénéisation, afin d’avoir des matières homogènes. Cette opération est réalisée à l’aide du gratteur par deux moteurs à courant continue(MCC) (380V) qui opère perpendiculairement au tas ; de telle façon, il reprend toutes les couches, simultanément dans les deux parties du stock. 11 Figure 7 : Pré homogénéisation de la matière première 2.4. Broyage de matière première Pour produire des ciments de qualité constante, les matières premières doivent être soigneusement dosées et mélangées de façon à obtenir une composition régulière. De plus en plus pour avoir la composition chimique voulue, il est généralement nécessaire d’affiner cette composition par des ajouts correctifs (minerai de fer dans le cas de notre société). L’alimentation en matière premières est assistée par un système informatique qui détermine le taux d’intégration de chaque composant « Haut Titre, Bas Titre et Minerai de fer », selon la composition désirée. Ce mélange est broyé dans un broyeur vertical. Figure 8 : Vue extérieur du broyeur à crue 12 Figure 9 : Vue intérieur du broyeur à crue 2.5. Homogénéisation de la poudre crue Sortant du broyeur la poudre est stockée dans des silos (pour la SCB, les silos H01 et H02, ayant une capacité nominale de 10000 tonnes chacun).L’homogénéisation de la poudre crue dans chaque silo se fait par un circuit d’air comprimé à contre-courant, celle celle-ci peut être introduit directement dans le four sous forme pulvérulente (dans le cas de procédure de procédure de fabrication par voie sèche, cas de SCB). 2.6. Cuisson et clinkérisation La transformation de la poudre crue se fait par un transfert de chaleur à contre-courant dans un four rotatif, essentiellement constitué par un tube cylindrique tournant de 1,5 à 3 tours par minute et incliné vers l’aval de 3 à 4 %, de tels fours ont une longueur de 30 à 200 mètres et un diamètre de 2 à 6 mètres. « Par exemple le four N° 2 des Ciments de Bizerte a 178 m de long et 5.5 m de diamètre ». Le cru, introduit en amont du four rotatif, progresse lentement dans le four par gravité. Au fur et à mesure de sa progression, la température s’élève jusqu’à atteindre la température maximale de 1450 °C. 13 Figure 10 : Vue en photo du four rotatif Le processus de cuisson du cru se subdivise en différents zones qui correspondent à peu près aux différents traitements thermiques qu’il subit : Zone de déshydratation (700-800) °C : Au cours de laquelle le mélange libère tous les modules d’eau. Zone de décarbonations (800°C) : Au cours de laquelle il y a libération du carbone sous forme de CO2 Zone de calcination (>1000°C) : Zone de décomposition de toutes les molécules restantes. Zone de cuisson (environs 1450°C) : Zone la plus chaude du four, dans laquelle le mélange est partiellement fondu à cause de la fusion des métaux. Ce schéma indique les diverses zones de réactions de la matière : Figure 11 : Schéma du four rotatif 14 2.7.Refroidissement Un refroidissement brutal (de 1450 à 80°C) permet de figer le clinker dans l’état où il se trouve à hautes températures, la forme minéralogique acquise lors de la clinkérisation est alors conservée à températures ambiantes. Aux ciments de BIZERTE il y a deux types de refroidissement employés : Refroidissement à ballonnet au four 2. Refroidissement à grille au four 1. Le refroidissement se fait en utilisant de l’air ambiant permettant de porter la température de 1450°C à environs 80°C en un temps le plus bref « 20mn pour le four W2 et 12mn pour le four W1 » Le clinker est stocké dans de grands silos. Il est repris au fur et à mesure des besoins. 2.8.Broyage du clinker C’est le fait de réduire les grains de clinker en grains plus fins de ciment, selon une granulométrie bien déterminée, pour faciliter l’hydratation des composants et cela en présence de gypse et quelques ajouts (calcaire). Cette fonction est réalisée par le broyeur à boulets illustré par la figure 12. 2.9. Stockage, Ensachage et Expédition Figure 12 : Broyeur à boulets Après broyage le ciment est stocké dans silos par type. L’ensachage est assuré par 4 ensacheuses de capacité totale de 4500 sacs par heure. 15 Après les diverses étapes de la qualité du ciment, ce dernier est expédié vers les lieux d’utilisation, soit après ensachage en sacs de 50Kg, soit en conteneurs, ou bien en vrac par camions. [2] Conclusion On peut conclure qu’il y’a des nombreux procédés faites afin d’obtenir une bonne qualité des ciments et dans des raisons de fiabilité et de continuité de production, la société les Ciments de Bizerte s’est lancée dans une démarche d’automatisation de plusieurs chaines de production. 16 Chapitre 2 : Les capteurs Introduction Dans le domaine de ciments, l’automatisation tient une place très importante. Il serait difficile de concevoir un système de production sans avoir aux différentes technologies et composants qui forment les systèmes automatisés de production. Ce chapitre est consacré à une étude de plus importants capteurs qui assurent le bon déroulement de chaine de production. 1. Généralités sur les capteurs 1.1. Définition Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, telle qu'une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité ou la déviation d'une aiguille. 1.2. Les types des capteurs - Le XS4P18MA230 : Figure 13 : Le XS4P18MA230 Le XS4P18MA230 est un 2 fils de proximité inductifs Capteur avec NO sortie discrète. Capteur M18 cylindrique. Pour les non détection de métal de contact des objets jusqu'à 60mm. Boîtier PPS. IP68 à double isolation conforme à la norme IEC 60529. Il possède les propriétés suivantes : 8mm Distance de détection ; 17 Non-encastré ; -25 À 70°C Température de fonctionnement. - Soliphant T : Soliphant T est un solide fin de course de niveau pour silos avec à grains fins ou à gros grains, solides en vrac non fluidisés. Les différents modèles : le dispositif a une large gamme d’applications. Figure 14 : Soliphant T - PT100 : La sonde PT100 est un capteur de température qui est utilisé dans le domaine industriel. Ce capteur est constitué d’une résistance en Platine. La valeur initiale du PT100 est 100 ohms correspondants à une température de 0°C. Thermomètres à résistance de platine (PRT) offrent une excellente précision sur une large plage de température (-200 à 850°C). Les capteurs standards sont disponibles auprès de nombreux fabricants avec diverses spécifications de précision et de nombreuses options d'emballage pour répondre à la plupart des applications. Contrairement à thermocouples, il est nécessaire d'utiliser des câbles spéciaux pour se connecter au capteur. 2. Le choix des capteurs PT100 Le type de sonde et le câble doit être choisi avec soin en fonction de l'application. Les principaux problèmes sont la plage de température et de l'exposition à des fluides (corrosifs ou 18 conducteurs) ou des métaux. De toute évidence, les jonctions de soudure normales sur les câbles ne doivent pas être utilisées à des températures supérieures à 170 ° C. Les fabricants de capteurs offrent une large gamme de capteurs qui sont conformes à la classe de BS1904 B (DIN 43760): ces capteurs offrent une précision de ± 0,3 ° C à 0 ° C. Pour une précision accrue, BS1904 classe A (± 0,15 ° C) ou dixième-DIN capteurs (± 0,03 ° C). Des entreprises comme Isotech peuvent fournir des normes avec 0,001 ° C précision. S'il vous plaît noter que ces spécifications de précision se rapportent à la SENSOR SEULEMENT : il est nécessaire d'ajouter en cas d'erreur dans le système de mesure aussi bien. normes connexes sont IEC751 et JISC1604-1989. IEC751 définit aussi le codage couleur pour les câbles de capteur EPR: un ou deux fils attachés à une extrémité du capteur sont le rouge, et un ou deux fils à l'autre extrémité sont blancs. Figure 15 : Schéma de PT100 Figure 16 : PT100 19 Conclusion On peut conclure que les capteurs sont très importants dans une cimenterie. En fait, ils facilitent les taches dans l’unité de production, assurent un bon rendement des ciments et visent à garantir une bonne qualité de produit finis. 20 Conclusion générale La transformation des roches en liants hydrauliques fait intervenir des nombreux procédés, l’objectif principal de mon étude était donc de suivre la chaine de production des ciments et de connaitre la notion et le rôle des capteurs. Ce stage était pour moi une expérience valorisante au niveau personnel et professionnel, au bout de lequel j’ai acquis des informations et j’ai eu la chance de suivre la chaine de production de ciments. Le problème essentiel que j’ai rencontré dans l’industrie est le risque des produits chimiques et des machines qui peuvent être parfois dangereux. Concernant ce point, je suggère à sensibiliser les agents du degré des risques des produits utilisés et les précautions nécessaires à prendre pour éviter les dangers qui peuvent les menacer. 21 Références bibliographiques [1] www.lescimentsdebizerte.ind.tn [2] F.L.SMIDTH, instructions, Broyage à cru 22
