La séparation des matériaux est un problème inhérent à la plupart des technologies de stockage. Avec l'augmentation de la demande de produits de meilleure qualité, le problème de l'isolement des stocks devient plus aigu.
Comme nous le savons tous, les convoyeurs radiaux télescopiques constituent la solution la plus efficace pour la séparation des piles. Ils permettent de créer des stocks par couches, chaque couche étant composée de plusieurs matériaux. Pour créer un tel stock, le convoyeur doit fonctionner en quasi-continu. Si le mouvement des convoyeurs télescopiques doit être contrôlé manuellement, l'automatisation est de loin la méthode de contrôle la plus efficace.
Les convoyeurs rétractables automatiques peuvent être programmés pour créer des stocks personnalisés de tailles, de formes et de configurations variées. Cette flexibilité quasi illimitée permet d'améliorer l'efficacité opérationnelle globale et de fournir des produits de meilleure qualité.
Les entrepreneurs dépensent des millions de dollars chaque année pour produire des granulats destinés à une grande variété d'applications. Les plus courantes sont les matériaux de base, l'asphalte et le béton.
Le processus de création de produits pour ces applications est complexe et coûteux. Des spécifications et des tolérances plus strictes rendent la qualité des produits de plus en plus importante.
Finalement, le matériau est retiré du stock et transporté vers un endroit où il sera incorporé à la couche de fondation, à l’asphalte ou au béton.
Les équipements nécessaires au décapage, au dynamitage, au concassage et au criblage sont très coûteux. Cependant, des équipements de pointe permettent de produire des granulats conformes aux spécifications. La gestion des stocks peut sembler un élément anodin de la production intégrée, mais une gestion incorrecte peut aboutir à un produit parfaitement conforme aux spécifications, mais non conforme. Par conséquent, l'utilisation de méthodes de stockage inappropriées peut entraîner une perte de valeur sur le coût de production d'un produit de qualité.
Bien que le stockage d'un produit puisse compromettre sa qualité, il constitue un élément important du processus de production global. Il s'agit d'une méthode de stockage garantissant la disponibilité des matériaux. La cadence de production diffère souvent de la cadence de production nécessaire pour une application donnée, et les stocks permettent de compenser cet écart.
Les stocks offrent également aux entrepreneurs suffisamment d'espace de stockage pour répondre efficacement aux fluctuations de la demande du marché. Compte tenu des avantages qu'offre le stockage, celui-ci restera un élément important du processus de fabrication global. Par conséquent, les fabricants doivent continuellement améliorer leurs technologies de stockage afin de réduire les risques associés.
Le sujet principal de cet article est l'isolation. La ségrégation est définie comme la « séparation des matériaux selon la granulométrie ». Les différentes applications des granulats nécessitent des qualités de matériaux très spécifiques et uniformes. La ségrégation entraîne des différences importantes dans les variétés de produits.
La séparation peut se produire pratiquement n’importe où dans le processus de fabrication des granulats, une fois que le produit a été broyé, tamisé et mélangé à la granulométrie appropriée.
Le premier endroit où la ségrégation peut avoir lieu est l'inventaire (voir figure 1). Une fois le matériau placé dans l'inventaire, il sera éventuellement recyclé et livré à son lieu d'utilisation.
La séparation peut également se produire lors du traitement et du transport. Une fois sur le site d'une usine d'asphalte ou de béton, les granulats sont placés dans des trémies et/ou des silos de stockage, d'où ils sont extraits et utilisés.
La séparation se produit également lors du remplissage et de la vidange des silos. Elle peut également se produire lors de l'application du mélange final sur une route ou une autre surface, après le mélange des granulats à l'asphalte ou au béton.
Un granulat homogène est essentiel à la production d'asphalte ou de béton de haute qualité. Les fluctuations de granulométrie des granulats détachables rendent pratiquement impossible l'obtention d'un asphalte ou d'un béton acceptable.
Les particules plus petites d'un même poids ont une surface totale plus importante que les particules plus grosses de même poids. Cela pose des problèmes lors de l'incorporation de granulats dans des mélanges d'asphalte ou de béton. Un pourcentage trop élevé de fines dans les granulats entraînera un manque de mortier ou de bitume et un mélange trop épais. Un pourcentage trop élevé de grosses particules dans les granulats entraînera un excès de mortier ou de bitume et un mélange trop liquide. Les routes construites à partir de granulats séparés présentent une faible intégrité structurelle et une durée de vie plus courte que celles construites à partir de produits correctement séparés.
De nombreux facteurs entraînent une ségrégation des stocks. La plupart des stocks étant constitués à l'aide de bandes transporteuses, il est important de comprendre leur impact sur le tri des matériaux.
Lorsque la bande transporteuse déplace le matériau, elle rebondit légèrement en roulant sur la poulie de renvoi. Ce phénomène est dû au léger jeu de la bande entre chaque poulie de renvoi. Ce mouvement provoque le dépôt des particules les plus fines au fond de la section transversale du matériau. Le chevauchement des grains grossiers les maintient en haut.
Dès que le matériau atteint la roue de déchargement du convoyeur, il est déjà partiellement séparé des particules les plus grosses en haut et des particules les plus petites en bas. Lorsque le matériau commence à se déplacer le long de la courbe de la roue de déchargement, les particules supérieures (extérieures) se déplacent à une vitesse supérieure à celle des particules inférieures (intérieures). Cette différence de vitesse entraîne alors l'éloignement des particules les plus grosses du convoyeur avant de tomber sur la pile, tandis que les particules les plus petites tombent à côté du convoyeur.
De plus, il est plus probable que les petites particules adhèrent à la bande transporteuse et ne soient évacuées que lorsque celle-ci continue de s'enrouler sur la roue d'évacuation. Cela entraîne un retour des particules fines vers l'avant de la pile.
Lorsque des matériaux tombent sur une pile, les particules les plus grosses ont une impulsion plus importante que les particules plus petites. De ce fait, les matériaux grossiers continuent de descendre plus facilement que les matériaux fins. Tout matériau, grand ou petit, qui s'écoule sur les parois d'une pile est appelé déversement.
Les déversements sont l'une des principales causes de séparation des stocks et doivent être évités autant que possible. À mesure que le déversement dévale la pente des déblais, les particules les plus grosses ont tendance à rouler sur toute la longueur de la pente, tandis que les particules plus fines se déposent sur les côtés des déblais. Par conséquent, à mesure que le déversement progresse sur les côtés du tas, il reste de moins en moins de particules fines dans les matériaux flottants.
Lorsque le matériau atteint le bord inférieur ou le pied du tas, il est principalement composé de particules plus grosses. Les déversements provoquent une ségrégation importante, visible dans la section du stock. Le pied extérieur du tas est constitué d'un matériau plus grossier, tandis que les parties intérieure et supérieure du tas sont constituées d'un matériau plus fin.
La forme des particules contribue également aux effets secondaires. Les particules lisses ou rondes sont plus susceptibles de rouler sur la pente de la pile que les particules fines, généralement carrées. Dépasser les limites peut également endommager le matériau. Lorsque les particules roulent sur un côté de la pile, elles frottent les unes contre les autres. Cette usure entraîne la fragmentation de certaines particules.
Le vent est une autre cause d'isolement. Une fois que le matériau quitte le convoyeur et commence à tomber dans la pile, il affecte la trajectoire des particules de différentes tailles. Le vent a une influence considérable sur les matériaux fragiles, car le rapport surface/masse des petites particules est supérieur à celui des grosses.
La probabilité de fractionnement des stocks peut varier selon le type de matériau présent dans l'entrepôt. Le facteur le plus important en matière de ségrégation est le degré de variation granulométrique du matériau. Les matériaux présentant une plus grande variation granulométrique présenteront un degré de ségrégation plus élevé pendant le stockage. En règle générale, si le rapport entre la plus grande et la plus petite taille des particules dépasse 2:1, des problèmes de ségrégation des emballages peuvent survenir. En revanche, si le rapport granulométrique est inférieur à 2:1, la ségrégation volumique est minimale.
Par exemple, les matériaux de fondation contenant des particules jusqu'à 200 mesh peuvent se délaminer pendant le stockage. Cependant, pour le stockage d'éléments tels que la pierre lavée, l'isolation sera négligeable. Comme la majeure partie du sable est humide, il est souvent possible de le stocker sans problème de séparation. L'humidité agglutine les particules, empêchant leur séparation.
Lors du stockage du produit, il est parfois impossible d'éviter l'isolement. Le bord extérieur du tas fini est principalement constitué de matériaux grossiers, tandis que l'intérieur contient une concentration plus élevée de matériaux fins. Pour prélever les matériaux à l'extrémité de ces tas, il est nécessaire de prélever des pelles à différents endroits afin de les mélanger. Si vous prélevez uniquement les matériaux à l'avant ou à l'arrière du tas, vous obtiendrez soit tous les matériaux grossiers, soit tous les matériaux fins.
Il est également possible d'ajouter une isolation supplémentaire lors du chargement des camions. Il est important que la méthode utilisée ne provoque pas de débordement. Chargez d'abord l'avant du camion, puis l'arrière, et enfin le milieu. Cela minimisera les effets d'une surcharge à l'intérieur du camion.
Les méthodes de gestion post-inventaire sont utiles, mais l'objectif doit être d'éviter ou de minimiser les quarantaines lors de la constitution de l'inventaire. Voici quelques moyens efficaces pour éviter l'isolement :
Lorsqu'ils sont empilés sur un camion, ils doivent être soigneusement empilés en piles séparées afin de minimiser les déversements. Les matériaux doivent être empilés ensemble à l'aide d'une chargeuse, en soulevant le godet à pleine hauteur et en le déversant, ce qui mélangera les matériaux. Si une chargeuse doit déplacer et casser des matériaux, ne tentez pas de constituer de gros tas.
Construire un entrepôt en couches permet de minimiser la ségrégation. Ce type d'entrepôt peut être construit avec un bulldozer. Si le matériau est livré dans la cour, le bulldozer doit le pousser dans la couche en pente. Si la pile est construite avec un convoyeur à bande, le bulldozer doit pousser le matériau dans une couche horizontale. Dans tous les cas, il faut veiller à ne pas pousser le matériau au-dessus du bord de la pile. Cela peut entraîner un débordement, l'une des principales causes de séparation.
L'empilage au bulldozer présente plusieurs inconvénients. Deux risques majeurs sont la dégradation et la contamination du produit. Les engins lourds travaillant en continu sur le produit compactent et écrasent le matériau. Avec cette méthode, les fabricants doivent veiller à ne pas trop dégrader le produit afin de limiter les problèmes de séparation. La main-d'œuvre et l'équipement supplémentaires requis rendent souvent cette méthode excessivement coûteuse, et les producteurs doivent recourir à la séparation pendant la transformation.
Les convoyeurs à empilement radial contribuent à minimiser l'impact de la séparation. À mesure que le stock s'accumule, le convoyeur se déplace radialement vers la gauche et la droite. Ce mouvement radial recouvre les extrémités des piles, généralement constituées de matériaux grossiers, de matériaux fins. Les doigts avant et arrière restent rugueux, mais la pile est plus mélangée que celle des cônes.
Il existe une relation directe entre la hauteur et la chute libre du matériau et le degré de ségrégation qui se produit. À mesure que la hauteur augmente et que la trajectoire du matériau s'élargit, la séparation des matériaux fins et grossiers s'accentue. Les convoyeurs à hauteur variable constituent donc un autre moyen de réduire la ségrégation. Au départ, le convoyeur doit être en position basse. La distance jusqu'à la poulie de tête doit toujours être la plus courte possible.
La chute libre d'un convoyeur à bande sur une pile est une autre raison de la séparation. Les escaliers en pierre minimisent la ségrégation en éliminant les chutes libres de matériaux. Un escalier en pierre est une structure qui permet aux matériaux de descendre les marches jusqu'aux piles. C'est une solution efficace, mais son application est limitée.
La séparation due au vent peut être minimisée grâce à l'utilisation de goulottes télescopiques. Ces goulottes, situées sur les poulies de déchargement du convoyeur et s'étendant de la poulie à la pile, protègent du vent et limitent son impact. Correctement conçues, elles peuvent également limiter la chute libre des matériaux.
Comme mentionné précédemment, la bande transporteuse est déjà isolée avant d'atteindre le point de déchargement. De plus, lorsque le matériau quitte la bande transporteuse, une ségrégation supplémentaire se produit. Une roue à aubes peut être installée au point de déchargement pour remélanger ce matériau. Les roues rotatives sont munies d'ailettes ou d'aubes qui traversent et mélangent le matériau. Cela minimise la ségrégation, mais la dégradation du matériau peut être inacceptable.
Le tri peut engendrer des coûts importants. Un stock non conforme aux spécifications peut entraîner des pénalités, voire le rejet de l'ensemble du stock. Si des matériaux non conformes sont livrés sur le chantier, les amendes peuvent dépasser 0,75 $ la tonne. Les coûts de main-d'œuvre et d'équipement nécessaires à la réhabilitation de tas de mauvaise qualité sont souvent prohibitifs. Le coût horaire de construction d'un entrepôt avec bulldozer et opérateur est supérieur à celui d'un convoyeur télescopique automatique, et les matériaux peuvent se décomposer ou être contaminés pour assurer un tri correct. Cela réduit la valeur du produit. De plus, lorsqu'un équipement tel qu'un bulldozer est utilisé pour des tâches non liées à la production, il existe un coût d'opportunité associé à son utilisation alors qu'il a été capitalisé pour des tâches de production.
Une autre approche peut être adoptée pour minimiser l'impact de l'isolation lors de la création d'un inventaire dans les applications où elle peut poser problème. Il s'agit de l'empilement par couches, chaque couche étant composée d'une série de piles.
Dans la section « pile », chaque pile est représentée comme une pile miniature. La division se produit toujours sur chaque tas individuel en raison des mêmes effets décrits précédemment. Cependant, le motif d'isolation se répète plus souvent sur toute la section transversale de la pile. On dit que ces piles ont une meilleure « résolution de division » car le motif de gradient discret se répète plus souvent à des intervalles plus courts.
Lors du traitement des piles avec un chargeur frontal, il n'est pas nécessaire de mélanger les matériaux, car une pelle contient plusieurs piles. Une fois la pile remise en place, les différentes couches sont clairement visibles (voir figure 2).
Les piles peuvent être constituées selon différentes méthodes de stockage. L'une d'elles consiste à utiliser un système de convoyeur à pont et de déchargement, bien que cette option ne soit adaptée qu'aux applications stationnaires. L'inconvénient majeur des systèmes de convoyeurs stationnaires est leur hauteur généralement fixe, ce qui peut entraîner une séparation due au vent, comme décrit précédemment.
Une autre méthode consiste à utiliser un convoyeur télescopique. Les convoyeurs télescopiques constituent le moyen le plus efficace de former des piles et sont souvent préférés aux systèmes fixes, car ils peuvent être déplacés selon les besoins, et nombre d'entre eux sont même conçus pour être transportés sur route.
Les convoyeurs télescopiques sont constitués de convoyeurs (convoyeurs de protection) installés à l'intérieur de convoyeurs extérieurs de même longueur. Le convoyeur de pointe peut se déplacer linéairement sur la longueur du convoyeur extérieur pour modifier la position de la poulie de déchargement. La hauteur de la roue de déchargement et la position radiale du convoyeur sont variables.
Le changement triaxial de la roue de déchargement est essentiel pour créer des piles superposées qui évitent la ségrégation. Des systèmes de treuil à câble sont généralement utilisés pour déployer et rétracter les convoyeurs d'alimentation. Le mouvement radial du convoyeur peut être assuré par un système à chaîne et pignon ou par un entraînement planétaire à entraînement hydraulique. La hauteur du convoyeur est généralement modifiée par l'extension des vérins du train de roulement télescopique. Tous ces mouvements doivent être contrôlés pour créer automatiquement des piles multicouches.
Les convoyeurs télescopiques sont dotés d'un mécanisme permettant de créer des piles multicouches. Minimiser la profondeur de chaque couche permet de limiter la séparation. Cela nécessite un mouvement continu du convoyeur au fur et à mesure de l'accumulation des stocks. Ce besoin de mouvement constant rend nécessaire l'automatisation des convoyeurs télescopiques. Il existe plusieurs méthodes d'automatisation : certaines sont moins coûteuses mais présentent des limites importantes, tandis que d'autres sont entièrement programmables et offrent une plus grande flexibilité dans la création des stocks.
Lorsque le convoyeur commence à accumuler du matériau, il se déplace radialement pour le transporter. Le convoyeur se déplace jusqu'à ce qu'un interrupteur de fin de course monté sur l'arbre du convoyeur se déclenche sur sa trajectoire radiale. Le réglage du déclencheur dépend de la longueur de l'arc que l'opérateur souhaite faire parcourir à la bande transporteuse. À ce moment, le convoyeur s'étend sur une distance prédéterminée et recommence à se déplacer dans l'autre sens. Ce processus se poursuit jusqu'à ce que le convoyeur à longerons soit déployé au maximum et que la première couche soit terminée.
Une fois le deuxième niveau construit, la pointe commence à se rétracter de son extension maximale, se déplaçant radialement et se rétractant à la limite arquée. Construisez les couches jusqu'à ce que l'interrupteur d'inclinaison monté sur la roue de support soit activé par le pieu.
Le convoyeur parcourt la distance définie et entame la deuxième levée. Chaque élévateur peut être composé de plusieurs couches, selon la vitesse du matériau. La deuxième levée est similaire à la première, et ainsi de suite jusqu'à ce que la pile soit entièrement constituée. Une grande partie du tas résultant est désisolée, mais des débordements apparaissent sur les bords de chaque tas. En effet, les bandes transporteuses ne peuvent pas ajuster automatiquement la position des interrupteurs de fin de course ni les objets utilisés pour les actionner. L'interrupteur de fin de course de rétraction doit être réglé afin que le dépassement n'enterre pas l'arbre du convoyeur.