Usines d'aluminium : cuves et fours réglés à l'habitude

Les cuves d'électrolyse tirent la même puissance quel que soit son prix

Ce qui se passe. La série de cuves tourne à intensité constante jour et nuit. Les prix de l’électricité varient d’une heure à l’autre, mais les cuves prennent la même charge dans tous les cas. Modifier l’intensité paraît risqué : le bilan thermique de chaque cuve en dépend.

Ce que cela coûte. L’électricité est l’un des plus gros postes de coût d’une fonderie d’aluminium. Une charge qui ignore le prix paie les heures chères plein tarif, et l’usine ne peut offrir au réseau aucune flexibilité qui serait peut-être rémunérée.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Les réductions manuelles de charge lors d’une pointe de prix sont prudentes et tardives ; personne ne sait jusqu’où les cuves pourraient réellement aller. Les règles fixes (« réduire de tant pendant au plus tant de temps ») sont calées sur la pire cuve de la ligne.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir de votre intensité, de votre tension, de la température du bain et de l’historique des prix, j’estime jusqu’où le bilan thermique de chaque cuve peut bouger avant que le talus ou le bain ne posent problème. Le diagnostic à distance à prix fixe montre si un plan de charge qui suit le prix dans ces limites thermiques est faisable, et ce qu’il faudrait.

Pour aller plus loin : Commande prédictive économique

La concentration d'alumine dans le bain n'est pas mesurée

Ce qui se passe. Les alimentateurs ponctuels ajoutent de l’alumine selon un cycle de suralimentation et de sous-alimentation, piloté par la résistance de la cuve. La concentration réelle dans le bain n’est pas mesurée ; on la déduit de la façon dont la tension réagit. Quand la déduction est fausse, la cuve tourne trop pauvre et passe en effet d’anode, ou trop riche et forme des boues sur la cathode.

Ce que cela coûte. Chaque effet d’anode signifie un pic de tension, une perte de rendement en courant et un dégagement de perfluorocarbures, qui pèsent lourd dans le bilan de gaz à effet de serre de l’usine. Les boues augmentent la chute de tension cathodique et perturbent la cuve pendant des jours.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Réajuster à la main les seuils d’alimentation aide une cuve et en dérègle une autre, car les cuves vieillissent différemment. Les échantillons de bain pour le laboratoire arrivent des heures plus tard et montrent un instant d’une seule cuve.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir de vos événements d’alimentateurs, des courbes de pseudo-résistance, du journal des effets d’anode et des analyses du bain, je vérifie dans quelle mesure le signal de résistance suit la concentration réelle. Le diagnostic à distance à prix fixe vous dit si une concentration calculée par cuve peut conduire l’alimentation, et ce qu’il faudrait.

Pour aller plus loin : Calcul d’états non mesurés pour la commande

Personne ne sait quelle est l'épaisseur du talus latéral

Ce qui se passe. Le bain figé sur les parois latérales protège le revêtement. Trop mince, la paroi est attaquée ; trop épais, le volume de bain diminue. On le contrôle de temps en temps avec une tige et, pour le reste, on le devine d’après la température du bain et la surchauffe.

Ce que cela coûte. Un revêtement qui s’use jusqu’au bout met fin prématurément à la vie de la cuve, au pire par une percée. Les opérateurs gardent les cuves du côté prudent, ce qui coûte de l’énergie et bloque tout changement d’intensité.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Plus de mesures manuelles coûtent du temps de personnel et montrent quelques points à un instant donné. Les thermocouples dans la paroi latérale ou les balayages de température de la virole aident, mais il faut un modèle pour transformer une température en épaisseur.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir de vos températures de virole et de bain, de la surchauffe, de l’intensité et de la tension, je calcule le bilan thermique des cuves et le talus qu’il implique, comme j’ai calculé autrefois des états non mesurés du refroidissement à l’hélium superfluide du Grand collisionneur de hadrons du CERN, le laboratoire européen de physique des particules. Le diagnostic à distance à prix fixe montre si un talus ainsi calculé est assez fiable pour guider l’exploitation.

Les fours de refusion sont conduits à l'expérience

Ce qui se passe. Le fondeur décide quand chauffer fort, quand brasser et quand le bain est assez chaud, à l’expérience et avec un thermocouple d’immersion de temps en temps. Les charges diffèrent par la taille, le type de ferraille et l’humidité, si bien que chaque fusion se comporte un peu différemment, et personne ne voit la température de la charge solide pendant qu’elle fond.

Ce que cela coûte. Surchauffer le bain par sécurité brûle du gaz et épaissit la couche d’oxyde et les crasses. Fondre trop lentement retient la ligne de coulée. Les deux dépendent de qui est de poste.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Un programme fixe de brûleurs est écrit pour la charge la plus lourde et gaspille du gaz sur les légères. Des thermocouples supplémentaires mesurent le bain, pas la charge, et souffrent dans l’atmosphère du four.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir des journaux de vos brûleurs, des températures des fumées, des poids de charge et des relevés de température du bain, j’estime combien de métal solide reste et quelle est la vraie température du bain pendant la fusion. Le diagnostic à distance à prix fixe vous dit si un état de fusion calculé peut guider les brûleurs, et combien de gaz et de crasses cela pourrait économiser.

La composition de l'alliage dérive avec le mélange de ferrailles

Ce qui se passe. La ferraille arrive avec une composition qui n’est connue que grossièrement : profilés, chutes, canettes usagées, ferraille mixte post-consommation. La charge est composée d’après une liste et l’expérience ; l’échantillon du spectromètre après fusion montre si la fenêtre de l’alliage a été atteinte. Souvent non, et l’on ajoute des éléments d’alliage ou du métal primaire pour corriger.

Ce que cela coûte. Les boucles de correction coûtent du temps de four et du gaz, le métal primaire est cher et une coulée qui ne peut être ramenée à la spécification est déclassée. Beaucoup d’usines achètent de la ferraille plus propre que nécessaire, juste pour être tranquilles.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Un calcul de charge sur tableur suppose des compositions fixes pour chaque type de ferraille. Quand la ferraille réelle diffère, le calcul aussi, et les marges grandissent.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir de vos enregistrements de charge, des catégories de ferraille et des résultats du spectromètre, j’estime ce que contient réellement chaque type de ferraille et dans quelle mesure il varie. Le diagnostic à distance à prix fixe montre si un plan de charge optimisé, mis à jour à chaque analyse, peut atteindre la fenêtre avec une ferraille moins chère, et ce qu’il faudrait.

Les lingots se fissurent au début de la coulée

Ce qui se passe. En coulée verticale, la première partie du lingot est la plus critique. La vitesse de coulée, le débit d’eau et le niveau de métal sont montés en puissance selon une recette. Quand le faux-fond, la température du métal ou l’alliage sont légèrement différents, le pied se recourbe ou une fissure de démarrage s’ouvre.

Ce que cela coûte. Un lingot fissuré est un rebut ou demande qu’on scie son pied ; une fissure qui se propage peut interrompre toute la coulée, et les fissures provoquent des incidents de sécurité avec l’eau et le métal en fusion.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. La recette de démarrage est ajustée après chaque mauvaise coulée et devient peu à peu très prudente, ce qui coûte du temps à chaque coulée. Une seule recette pour plusieurs alliages et formats est toujours un compromis.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir de vos journaux de coulée (vitesses, débits d’eau, niveaux de métal, températures) et du relevé des démarrages fissurés et réussis, je vérifie quelles conditions accompagnent la fissuration. Le diagnostic à distance à prix fixe vous dit si une trajectoire de démarrage optimisée par alliage et par format peut réduire les fissures, et ce qu’il faudrait.

Pour aller plus loin : Trajectoires optimales et plans de consigne

La bande refroidit le long de la bobine et les propriétés varient

Ce qui se passe. Pendant le laminage à chaud, la queue de la bande attend plus longtemps que la tête et refroidit. La température de fin de laminage baisse le long de la bobine, et avec elle la structure du grain et les propriétés mécaniques. Un pyromètre montre la température de surface en un point, pas le profil de température le long de la bobine.

Ce que cela coûte. Des propriétés qui varient le long de la bobine, c’est des chutes en queue, des déclassements et des réclamations de clients qui ont besoin d’un comportement de formage uniforme.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Laminer toute la bobine plus chaude ou plus vite pour le bout froid surchauffe la tête. Les tables d’accélération fixes sont réglées une fois pour un produit et ne suivent pas les changements de température d’entrée, d’alliage ou d’épaisseur.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir des journaux de votre laminoir (températures d’entrée et de fin, vitesses, débits de liquide de refroidissement, épaisseurs), je calcule comment la température évolue le long de la bobine et quelle part un plan de vitesse ou de refroidissement pourrait compenser. Le diagnostic à distance à prix fixe montre si une température calculée peut conduire la compensation, et ce qu’il faudrait.

La vitesse de la presse est limitée par la température de sortie

Ce qui se passe. Le profilé chauffe pendant la course sous l’effet du travail de déformation. Si la température de sortie monte trop, la surface se déchire ou présente des fissures de vitesse. La presse tourne donc à une vitesse sûre pour le moment le plus chaud de la course, ce qui est trop lent pour le reste.

Ce que cela coûte. Du débit sur chaque billette et une presse plus lente qu’elle ne pourrait l’être. Quand la température de sortie dépasse tout de même, le profilé est un rebut.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. L’opérateur règle à la main la vitesse du piston d’après le pyromètre, qui réagit tard. Un profil de vitesse fixe par filière ne suit pas les changements de température de billette, d’alliage ou d’usure de la filière.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir des journaux de votre presse (vitesse du piston, pression, températures de billette et de sortie) et de vos relevés de rebuts, j’estime comment la température de sortie monte pendant la course. Le diagnostic à distance à prix fixe vous dit si une commande prédictive de la vitesse du piston, tenant la température de sortie près de sa limite, pourrait augmenter la vitesse, et ce qu’il faudrait.

Pour aller plus loin : Commande prédictive d’installations de procédé

Les billettes sont chauffées selon un profil fixe

Ce qui se passe. Le four à billettes chauffe chaque billette selon le même programme. La presse, elle, n’a pas toujours besoin de la même température : filières, alliages et arrêts varient. Quand la presse attend, les billettes restent trop longtemps au four ; quand elle va plus vite, elles sortent trop froides. La température à cœur de la billette n’est pas mesurée.

Ce que cela coûte. Du gaz pour des billettes plus chaudes que nécessaire, une vitesse de presse plus basse quand les billettes sont trop chaudes, et des pointes de pression ou des arrêts quand elles sont trop froides.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Relever la consigne du four donne une réserve, mais coûte du gaz et de la vitesse de presse. Les thermocouples de contact à la sortie montrent la surface, pas le cœur ni le gradient le long de la billette.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir des températures de votre four, de la consommation de gaz, du débit de billettes et des données de la presse, je calcule la température à l’intérieur des billettes à leur sortie du four. Le diagnostic à distance à prix fixe montre si une température de billette calculée peut conduire le four à la température dont la presse a réellement besoin, et ce qu’il faudrait.

Les cycles d'homogénéisation sont longs et fixes

Ce qui se passe. Les fours d’homogénéisation exécutent un programme fixe de temps et de température par alliage, calé sur la charge la plus lourde. On ne sait pas si la billette la plus froide au milieu de la charge a atteint sa température il y a des heures ou à l’instant ; quelques thermocouples dans des billettes d’essai sont la seule mesure.

Ce que cela coûte. Du gaz et du temps de four pour des charges prêtes plus tôt, et un four qui devient le goulet d’étranglement entre la coulée et l’extrusion.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Raccourcir le cycle à la main est un risque pour la métallurgie, et on le fait donc rarement. Plus de billettes d’essai coûtent du temps de manutention et ne montrent toujours que quelques endroits de la charge.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir des journaux de votre four (températures d’air, vitesses des ventilateurs, puissance des brûleurs), des poids de charge et des températures des billettes d’essai, je calcule la température du métal dans toute la charge. Le diagnostic à distance à prix fixe vous dit si les cycles peuvent se terminer quand la billette la plus froide a eu son temps à température, et ce qu’il faudrait pour les conduire ainsi.

Les pertes de fusion restent invisibles jusqu'au bilan de fin de mois

Ce qui se passe. Du métal entre dans le four et il en sort moins. La différence se trouve dans les crasses et n’est connue que lorsque le bilan métal est établi, souvent des semaines plus tard. On ne peut plus retracer quelles charges, quels types de ferraille ou quelles pratiques de four ont causé les pertes.

Ce que cela coûte. Le métal perdu compte parmi les pertes les plus chères d’une usine de refusion. Sans savoir où il se perd, personne ne peut agir.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Peser les crasses par fusion aide, mais les crasses contiennent des quantités variables de métal. Examiner le bilan de fin de mois arrive trop tard pour changer la pratique qui en est la cause.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir de vos poids de charge, catégories de ferraille, consommations d’énergie, poids de coulée et poids de crasses, je vérifie si un bilan de masse et d’énergie par fusion peut montrer où le métal se perd. Le diagnostic à distance à prix fixe vous dit si une perte calculée par fusion est assez fiable pour guider la charge et la pratique du four, et ce qu’il faudrait.

Chaque four est conduit isolément

Ce qui se passe. Les fours de fusion, les fours de maintien et les fours d’homogénéisation ont chacun leur propre commande de brûleurs et leur propre opérateur. Les fours de maintien restent chauds en attendant du métal ; plusieurs fours chauffent fort en même temps et provoquent la pointe de gaz.

Ce que cela coûte. Du gaz pour des fours qui attendent chauds, des pénalités de pointe et une capacité contractuelle dimensionnée pour des pointes qui se chevauchent, et du temps perdu quand un four attend un autre.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Un planning de poste sur papier fixe l’ordre mais ne peut pas suivre les retards. Chaque régulateur de four s’optimise lui-même et ne sait rien des autres.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir des journaux de vos fours, du comptage du gaz et des relevés de production, je vérifie combien de temps et de gaz partent dans les attentes et les pointes qui se chevauchent. Le diagnostic à distance à prix fixe montre si planifier les fours comme une seule flotte serait rentable, et ce qu’il faudrait.

Pour aller plus loin : Commande prédictive économique

Les analyseurs de fluorures et de poussières tombent en panne et le relevé des émissions a des trous

Ce qui se passe. L’autorisation exige la mesure en continu des fluorures et des poussières après le traitement des fumées. Les analyseurs dérivent, demandent un étalonnage et tombent en panne, souvent au mauvais moment. Le relevé a alors des trous, et le responsable environnement doit les expliquer.

Ce que cela coûte. Un risque de non-conformité, du temps de personnel pour la maintenance et les rapports et, au pire, un différend avec l’autorité à propos de données manquantes juste au moment où quelque chose a mal tourné.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Un deuxième analyseur double le coût et partage nombre des mêmes faiblesses. Combler les trous à la main par des estimations est difficile à défendre.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir de l’historique de vos analyseurs, des données du laveur (alimentation en alumine, débit du ventilateur, pertes de charge) et des données de la série de cuves, je vérifie si les émissions peuvent être calculées à partir de valeurs de procédé assez bien pour signaler les analyseurs qui dérivent et combler de courtes pannes. Le diagnostic à distance à prix fixe vous dit quelle serait la qualité d’une telle valeur calculée et ce qu’il faudrait ; savoir si l’autorité l’accepte est une autre question.

Pour aller plus loin : Mesures calculées

Une nouvelle ligne hérite de la commande de l'ancienne

Ce qui se passe. Une nouvelle série de cuves, ligne de coulée ou ligne de presses reçoit le concept de commande de l’ancienne, souvent avec les anciens paramètres recopiés. Mais la nouvelle ligne est plus grande, plus rapide ou construite autrement. Pendant la mise en service, les boucles oscillent, les cuves ou les fours fonctionnent de façon instable et le démarrage dure bien plus longtemps que prévu.

Ce que cela coûte. Une longue montée en cadence avec une production réduite, des rebuts et de l’usure les premiers mois, et des ingénieurs immobilisés sur site.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Régler sur site par essais et erreurs est lent et s’arrête quand la ligne tourne assez bien, pas bien. L’équipe de mise en service du fournisseur de l’équipement part dès que les essais de réception sont passés.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir des plans, des données de conception et, s’il y en a, des données de l’ancienne ligne, je vérifie quelles boucles de commande et quels réglages ne se transposeront pas, et pourquoi. Le diagnostic à distance à prix fixe vous dit de quoi le concept de commande de la nouvelle ligne a besoin avant le démarrage, et ce qu’il faudrait.

La coulée et le laminage sont planifiés à la main

Ce qui se passe. L’atelier de coulée et le laminoir ont chacun leur propre planning, établi à la main. Les brames attendent, refroidissent et sont réchauffées ; à d’autres moments, le laminoir attend du métal. Quand une commande change ou qu’une coulée prend du retard, le planning est refait sur un tableau blanc.

Ce que cela coûte. Du gaz pour réchauffer des brames qui auraient pu être laminées plus chaudes, du temps dans le four de réchauffage et de la capacité perdue pendant qu’une étape attend l’autre.

Pourquoi la solution habituelle ne suffit pas. Les planificateurs expérimentés le font bien, mais ne peuvent pas peser toutes les options en quelques minutes. Les logiciels de planification des commandes ignorent souvent tout des températures et des temps de four.

Comment un diagnostic à distance à prix fixe le vérifie. À partir de vos relevés de production, des journaux de fours et des données de commandes, je vérifie combien de chaleur et de temps se perdent entre la coulée et le laminage. Le diagnostic à distance à prix fixe montre si un planning commun aux deux étapes serait rentable, et ce qu’il faudrait.

Pour aller plus loin : Trajectoires optimales et plans de consigne