Matières premières et contrôles de cuisson pour briques cuites durables

La qualité d'une brique cuite dépend de plusieurs facteurs, notamment de sa composition, de la granulométrie, de la plasticité, de l'humidité et du vieillissement de la matière première. Ces facteurs peuvent influencer l'extrusion, le retrait, le comportement à la cuisson et la durabilité à long terme.

En cas de changement de matières premières, une ligne de production peut présenter de nouveaux problèmes, même si les réglages des équipements restent inchangés. Le contrôle qualité doit associer les tests des matières premières aux conditions de formage, de séchage et de cuisson.
Préparer et faire vieillir les matières premières de manière constante
Un vieillissement insuffisant ou un mélange inégal peuvent entraîner une plasticité irrégulière et un retrait. Ceci peut contribuer à des variations dimensionnelles, des fissures et une cuisson non homogène.

Une procédure de contrôle des matières premières peut inclure des tests de plasticité et de retrait lorsque la source du matériau change, l'amélioration du mélange avant le formage, l'ajustement du broyage et du tamisage en fonction du produit et de l'extrudeuse, et l'octroi d'un temps de vieillissement approprié.

Il est suggéré de prévoir une réserve de stockage de sept jours pour le produit fourni, à titre indicatif pour la capacité de vieillissement. Les besoins réels dépendent de la matière première, du climat, de la configuration de l'installation et du rythme de production.

Réduire les fissures de retrait et les défauts de formage

Des fissures peuvent se former en cas de mauvaise distribution granulométrique, d'humidité inadaptée ou de retrait irrégulier de la pièce. Les grosses particules peuvent engendrer des différences de retrait entre les fractions grossières et fines. Un faible taux d'humidité de formage peut également accroître la résistance à l'extrusion et favoriser la fissuration des angles.

Les contrôles possibles comprennent l'amélioration de la distribution granulométrique par broyage et tamisage, la vérification des réglages des rouleaux de broyage fin, l'ajustement de l'humidité de formage pour maintenir une extrusion stable et une résistance à cru, et la révision de la température, de l'humidité, du débit d'air et du temps de séjour du séchoir.

Les notes fournies indiquent un écartement des rouleaux de 3 mm comme référence pour le concassage fin à grande vitesse. Confirmez le réglage correct à l'aide de la conception de l'équipement et d'essais de matériaux.

Pour le fonctionnement du séchoir, la documentation indique des valeurs de référence approximatives de 40 °C pour la brique crue entrant dans le séchoir et de 110 °C pour l'air d'admission. Ces valeurs ne sont pas universelles ; le profil optimal dépend de la conception de la brique, des propriétés du matériau et de la configuration du séchoir.

Corriger le sous-tir et le tir irrégulier

Les briques insuffisamment cuites peuvent présenter une couleur pâle, une faible résistance et un taux de casse plus élevé. Si des défauts se concentrent près de la base ou des bords du wagonnet du four, vérifiez l'étanchéité et la répartition de la chaleur avant de modifier sensiblement la température maximale.

Vérifier l'étanchéité entre les wagons du four et les joints latéraux de sable, l'équilibre de pression et les éventuelles fuites d'air froid, les différences de température entre le haut et le bas de la charge, les espaces d'empilement, la contribution interne du combustible à la matière première, ainsi que le temps de cuisson et de trempage.

Le programme de cuisson du four doit être adapté à la matière première et au produit final. Augmenter la production sans maîtriser le temps de cuisson et la répartition de la chaleur peut nuire à la qualité du produit cuit.

Réduire le pétillement des citrons verts
Le phénomène de gonflement de la chaux se produit lorsque la chaux libre contenue dans une brique absorbe l'humidité et s'hydrate. Cette réaction forme de l'hydroxyde de calcium et provoque une expansion. Si la contrainte résultante dépasse la résistance locale de la brique cuite, la surface peut s'ébrécher ou la brique se fissurer.

Ce risque augmente lorsque les matières premières contiennent du carbonate de calcium sous forme de particules grossières qui ne réagissent pas suffisamment lors de la cuisson.

Le guide de procédure fourni résume les mesures de contrôle comme suit : retirer, affiner, brûler et hydrater :
- Retirer : Inspecter la matière première et retirer les particules visibles riches en calcaire lorsque cela est possible.
- Raffinement : Améliorer le concassage pour réduire le risque de présence de particules grossières contenant du calcium.
- Feu : Examiner le processus de mise à feu afin de favoriser une réaction adéquate dans tout le corps.
- Hydratation : Lorsque cela est possible et contrôlé en toute sécurité, utiliser une étape d'hydratation ou d'extinction de la chaux avant le formage, en fonction des essais en usine et de la conception du procédé.
Choisissez ces mesures après analyse des matières premières. Modifier la température de cuisson à elle seule ne suffira peut-être pas à éliminer les particules de chaux grossières incrustées dans la pâte.

Contrôle de l'efflorescence et performance face aux intempéries

L'efflorescence se manifeste par un dépôt blanchâtre lorsque des sels solubles migrent avec l'humidité vers la surface de la brique et y restent après évaporation. Les combustibles soufrés et les composés solubles présents dans les matières premières peuvent contribuer à ce problème. Dans certains cas, les dépôts de sel peuvent également endommager la face de la brique.

Les mesures de contrôle potentielles comprennent le contrôle des matières premières et du combustible, la sélection d'un combustible à faible teneur en soufre lorsque le soufre est une source importante, l'amélioration de la finesse des matières premières pour favoriser les réactions pendant la cuisson, la révision du temps de cuisson et de trempage, et la prévention de la mise sur le marché de produits insuffisamment cuits.

Le document fourni recommande une granulométrie inférieure à 1,5 mm pour les matières premières afin de réduire les risques d'efflorescence. La finesse appropriée dépend du matériau, du procédé et des spécifications du produit.

Il est également indiqué que la teneur en oxyde de magnésium est inférieure à 3 % comme référence. Vérifiez cette valeur par rapport à la norme applicable au produit et effectuez une analyse chimique complète avant toute utilisation.

Associer les enregistrements de processus aux tests de produits

En cas de problèmes de durabilité, rassemblez des preuves à chaque étape :
- Granulométrie et analyse chimique de la matière première.
- Plasticité, comportement face à l'humidité et au retrait.
- Dimensions et résistance des briques vertes.
- Température, humidité et durée de séjour dans le séchoir.
- Température du four, pression, atmosphère et durée de cuisson.
- Tests de résistance, d'aspect et de durabilité des briques cuites.
Cela permet de déterminer si le problème est dû à une variation des matières premières, à la préparation, au formage, au séchage ou à la cuisson, et oriente les actions correctives vers la partie appropriée de la chaîne de production.
Conclusion
La durabilité des briques cuites repose sur une maîtrise rigoureuse des matières premières et des conditions de production. L'homogénéisation, le vieillissement, la granulométrie adaptée, l'humidité de formage stable, le séchage contrôlé et la cuisson uniforme sont autant d'éléments qui contribuent à la fiabilité du produit.

Pour les fabricants qui envisagent la mise en place d'une nouvelle ligne de production ou la modernisation d'équipements existants, les essais de matières premières doivent guider le choix et la configuration des systèmes de concassage, de mélange, d'extrusion, de séchage et de cuisson. Il convient de valider les paramètres de procédé par rapport aux essais en usine, aux tests de produits et aux normes du marché cible.

L'efficacité énergétique d'une briqueterie dépend de bien plus que du seul brûleur du four. L'humidité de la matière première, la régularité du moulage, le débit d'air du séchoir, le chargement du four et la planification de la production influent tous sur la quantité d'énergie nécessaire à la fabrication de chaque brique commercialisable.

Pour les propriétaires d'usines qui envisagent une nouvelle ligne de production ou la modernisation d'une usine existante, l'approche la plus pratique consiste à examiner l'ensemble du processus, de la préparation des matières premières à la cuisson, plutôt que de se concentrer sur une seule machine de manière isolée.

1. Commencez par la consistance des matières premières
L'argile et le schiste peuvent présenter des variations d'humidité, de granulométrie et de plasticité. Ces variations influent sur le mélange, la pression d'extrusion, la résistance des briques crues et leur comportement au séchage.

Avant de choisir l'équipement ou de définir les paramètres de production, évaluez la matière première dans des conditions d'utilisation réalistes. Soyez attentif aux points suivants :
- Teneur en humidité et variations saisonnières
- Granulométrie après broyage et tamisage
- Plasticité et comportement de formation
- Retrait au séchage et sensibilité au séchage rapide
- La proportion des différentes sources d'argile ou de schiste
Une préparation rigoureuse permet à l'extrudeuse de produire une colonne plus uniforme. Elle permet également de réduire les défauts qui entraînent le rejet de briques ou des traitements répétés.
2. Adapter la capacité de formage à la capacité du séchoir et du four
Une chaîne de production fonctionne comme un système interconnecté. Si l'extrudeuse produit plus de briques crues que le séchoir ne peut en traiter, les encours de production s'accumulent. Si le four constitue le goulot d'étranglement, le séchoir devra peut-être ralentir ou la production risque de devenir irrégulière.

Lors de la planification de la capacité de la ligne, comparez le rendement horaire de :
1. Préparation des matières premières
2. Mélange et extrusion
3. Découpe et mise en place
4. Séchage
5. Cuisson au four
6. Déchargement, tri et emballage
La capacité doit être évaluée en fonction de la taille réelle des briques, du mode d'empilage, des heures de fonctionnement et de la gamme de produits prévue. La puissance nominale d'une machine ne suffit pas à décrire la production de l'ensemble de l'usine.
3. Contrôler le séchage avant d'augmenter la température
Les briques fraîchement moulées contiennent de l'eau qu'il faut éliminer avant la cuisson. Un séchage trop rapide peut créer une différence d'humidité entre la surface et le cœur, augmentant ainsi le risque de fissures, de déformations ou de retrait irrégulier.

Un profil de séchage contrôlé gère généralement trois variables simultanément :
- Température : vitesse à laquelle la chaleur est introduite
- Humidité : vitesse à laquelle l'humidité peut s'évaporer de la brique
- Mouvement de l'air : répartition uniforme de la chaleur et de l'humidité
Le profil optimal dépend de la méthode de formage, de la matière première et de la géométrie de la brique. Les opérateurs doivent s'assurer de la cohérence des résultats dans toute la chambre de séchage, et non se contenter d'un seul point de prélèvement. En cas de fissures, il convient de vérifier la répartition du flux d'air, la densité de chargement, l'efficacité de l'évacuation des gaz et l'humidité initiale des briques crues avant d'augmenter la température.

4. Récupérer et réutiliser la chaleur disponible
Les zones de refroidissement et les flux d'échappement du four peuvent contenir de la chaleur utile pour le séchage ou le préchauffage. La faisabilité de cette opération dépend de la conception du four, du niveau de température, du débit d'air, du programme de production et de la distance entre le four et le séchoir.

Une analyse de la récupération de chaleur devrait identifier :
- Là où la chaleur utilisable est disponible
- Si l'offre de chauffage correspond à la demande de séchage
- Comment les conduits et les ventilateurs affectent la pression et le débit d'air
- Si la chaleur récupérée modifie le fonctionnement du four
- Comment la température et l'humidité seront surveillées
La récupération de chaleur doit être intégrée au processus de production. Le transfert de chaleur sans contrôle de sa température et de son volume peut engendrer des conditions de séchage instables.
5. Maintenir la charge du four et la combustion stables.
Les performances du four peuvent varier en fonction du chargement, de l'espacement des wagons, de la qualité du combustible ou de l'alimentation en air. Un chargement irrégulier peut engendrer des résistances à l'écoulement différentes, tandis qu'un excès d'air de combustion peut entraîner une perte de chaleur utile hors du four.

Les contrôles de fonctionnement utiles comprennent :
- Espacement et empilement réguliers des briques
- Mouvement et étanchéité stables du chariot du four
- État du brûleur et alimentation en combustible
- Répartition de la température sur toute la largeur du four
- Indicateurs d'oxygène des gaz d'échappement ou autres indicateurs de combustion, le cas échéant
- Motifs de briques rejetées selon la position du four
Une comparaison fiable prend en compte à la fois la consommation de combustible et la qualité du produit. Une consommation de combustible réduite ne constitue pas une amélioration si elle entraîne une augmentation du nombre de briques insuffisamment cuites, des variations de couleur ou de la casse.
6. Suivre l'énergie par brique vendable
La consommation totale de carburant peut être trompeuse en cas de variation du volume de production. Un indicateur utile pour une usine est la consommation d'énergie par unité de production commercialisable, étayée par des données relatives à :
- Type et quantité de carburant
- Consommation d'électricité
- Volume de production
- Composition des produits et dimensions des briques
- Taux de rejet
- Heures de fonctionnement du séchoir et du four
Cela permet aux opérateurs de comparer plus clairement les équipes, les produits et les changements de processus.

La maîtrise de la température et de la pression est essentielle à la production de briques cuites de haute qualité dans un four tunnel . Le système de contrôle automatique coordonne plusieurs unités fonctionnelles pour gérer le flux d'air, l'apport d'oxygène, la récupération de chaleur et l'étanchéité. Comprendre l'interaction entre le ventilateur d'extraction , le ventilateur d'aspiration d'air chaud , le système d'étanchéité du fond du wagon et les registres de la trappe permet aux briquetiers de stabiliser les courbes de cuisson, de réduire la consommation de charbon et de limiter le nombre de briques insuffisamment cuites.

Le ventilateur d'extraction est l'élément principal de la circulation d'air dans l'ensemble du four. Il aspire les gaz de combustion successivement à travers les zones de refroidissement, de trempage, de cuisson et de préchauffage à basse température grâce à des clapets . Le flux d'air est opposé au sens de déplacement des briques crues . Deux fonctions essentielles sont remplies : fournir l'oxygène nécessaire à la combustion du charbon dans la zone de cuisson et évacuer les gaz de combustion chauds résiduels vers la chambre de séchage pour sécher les briques crues.

Dans la section de préchauffage à basse température, les gaz de combustion préchauffent les briques crues jusqu'à l'inflammation du charbon qui y est incorporé. La combustion porte la température jusqu'au point de combustion maximal. Le débit d'air doit correspondre à l'alimentation en charbon afin de maintenir un niveau d'oxygène adéquat, garantissant ainsi la combustion de 70 à 80 % du charbon dans la zone de combustion. Un débit d'air insuffisant entraîne une combustion incomplète et une production de chaleur limitée, ce qui provoque une répartition irrégulière du feu. À l'inverse, un débit d'air excessif dissipe la chaleur excessive et fait baisser la température globale du four.

Fonctionnant indépendamment, le ventilateur d'extraction d'air chaud extrait la chaleur sensible uniquement de la zone de refroidissement pour le séchage des briques, sans apport d'oxygène pour la combustion. Toute augmentation du volume d'extraction d'air chaud accélère l'évacuation de la chaleur, abaissant ainsi la température dans les zones de refroidissement, de trempage, de cuisson et de préchauffage. Une extraction réduite retient davantage de chaleur à l'intérieur du four. Son flux d'air s'opposant à celui du ventilateur d'extraction, l'extraction d'air chaud entre en concurrence avec le flux d'air et peut faire baisser la température du four. Un débit d'extraction d'air chaud élevé près de la zone de cuisson stoppera la propagation du feu et provoquera une surcuisson au centre de la pile de briques. Lorsque le débit du ventilateur de refroidissement reste constant, une surextraction peut entraîner une pénurie d'oxygène pour la combustion.

L'étanchéité sous pression repose sur le canal inférieur du wagon et le système de joint de sable . Des déflecteurs d'air et des bacs à sable grossier séparent le conduit d'air sous le wagon de l'intérieur du four. Une fois l'équilibre de pression atteint entre le fond du wagon et la chambre de cuisson, les fuites d'air transversales cessent. Les fuites vers le haut entraînent une cuisson insuffisante des briques ; les fuites vers le bas endommagent la structure métallique du wagon. La plage de température admissible pour le fond du wagon est de 70 °C à 100 °C.

Pour les joints d'étanchéité, on préfère utiliser du sable grossier de la taille d'un haricot mungo. Le sable fin est facilement emporté par le vent, tandis que le sable grossier est réparti en continu par les chicanes des wagons du four pour assurer une étanchéité parfaite de la cuve et empêcher les fuites d'air.

L'équilibre de pression est maintenu par des ventilateurs d'équilibrage associés à des transmetteurs de pression. Les fours tunnels traditionnels fonctionnant en dépression totale utilisent des ventilateurs d'équilibrage à aspiration. Les fours tunnels à refroidissement par la sortie présentent une dépression dans les zones de préchauffage et une surpression dans les zones de refroidissement, nécessitant un ventilateur d'aspiration et un ventilateur de soufflage pour un équilibrage optimal des deux sections. Des variateurs de fréquence ajustent le débit des ventilateurs en fonction des mesures de pression en temps réel provenant de deux points de contrôle, synchronisant ainsi la pression sous le wagon avec la pression à l'intérieur du four. Les vannes d'équilibrage mécaniques peuvent créer une dépression, mais elles ne disposent pas de capacité de régulation automatique et ne peuvent pas fonctionner dans les sections à surpression.

Les registres de préchauffage à basse température des trappes contrôlent les positions du four n° 1 à n° 10 jusqu'à 560 °C. L'ouverture collective de ces registres contrôle le débit d'air total du système, tandis que différentes combinaisons d'ouverture permettent d'ajuster la distribution locale de la température.

La course maximale de chaque clapet de trappe est égale à son rayon. Le nombre de clapets requis se calcule en élevant au carré le rapport entre le diamètre du conduit principal et le diamètre d'un clapet. Pour un conduit principal de 1,2 m et un clapet de 0,4 m, ce rapport est de 3, ce qui nécessite 9 clapets complètement ouverts, ou 18 clapets (9 paires) fonctionnant à mi-ouverture. Cette configuration minimise les pertes de charge au niveau des clapets.

Lorsque les ventilateurs sont commandés par des variateurs de fréquence, les opérateurs doivent ouvrir complètement les registres afin d'éviter toute perte de pression due à la résistance à l'étranglement. Le profil et l'ouverture des registres déterminent directement la vitesse de propagation du feu et la capacité de production. Les briques standard , les briques perforées et les briques creuses nécessitent des réglages spécifiques des registres. Ces réglages varient également selon que les briques sont encore humides ou pré-séchées. Si, même à vitesse minimale, le feu se propage trop rapidement, le profil et l'ouverture des registres doivent être revus afin de stabiliser la pression et le débit d'air de séchage.

Le principe thermique des clapets d'écoutille est simple : plus il y a de gaz de combustion chauds qui passent par une position du clapet, plus l'échange de chaleur est long et plus la température locale des briques est élevée.

Les fours tunnel sont largement utilisés dans l'industrie briquetière pour la production de briques cuites et de divers produits de cuisson. Le châssis du wagon et la plaque d'étanchéité au sable , fabriqués en pièces moulées ou en tôle d'acier, fonctionnent en continu sous une atmosphère à haute température. Ces composants sont directement exposés aux gaz chauds à l'intérieur du four. S'ils ne résistent pas à la dilatation thermique et à la corrosion par oxydation, l' étanchéité thermique du wagon se détériore rapidement après une utilisation prolongée.

Des wagons de four défectueux entraînent un déséquilibre des châssis, fragilisant les briques rainurées. Les vibrations des wagons pendant le transport déstabilisent l'ensemble du processus de cuisson. Les briques subissent des déformations anormales et des fissures à froid, ce qui diminue la qualité du produit fini. Une fois ces problèmes survenus pendant le fonctionnement du four, une réparation immédiate sur site est impossible. La production doit se poursuivre jusqu'à l'arrêt du four. Dans les cas extrêmes, les briques rainurées se déséquilibrent et le châssis du wagon s'effondre, endommageant la structure principale du four, le lit du four, les roues et le système de rails.

Lorsque l'étanchéité thermique des plaques de sable est compromise, des gaz à haute température s'échappent par les interstices entre la paroi du four et les panneaux latéraux du wagon, pénétrant dans le châssis. Il en résulte une répartition inégale de la température à l'intérieur du four tunnel , entraînant une cuisson irrégulière et des fissures à froid dans les briques. Les roues et les rails du four subissent également une usure accélérée. Ces défauts ne pouvant être réparés en cours de production, celle-ci doit se poursuivre jusqu'à l'arrêt du four.

Pour résoudre ces problèmes courants liés à la production de briques cuites, nous avons apporté plusieurs améliorations structurelles au système de wagonnets du four . Notre objectif est d'optimiser les performances réfractaires , la durabilité et l'étanchéité thermique , la durabilité étant notre principal objectif d'optimisation. Ces améliorations ont donné des résultats satisfaisants en application.

Solutions d'amélioration détaillées

1. Optimisation de la structure principale du wagon de four

L'ensemble du wagon de four se compose d'une structure métallique, de briques rainurées, de supports fixés sur la structure, de plaques d'étanchéité au sable recouvrant la face inférieure des briques rainurées et de couches d'isolation thermique placées à l'intérieur de ces briques. La structure métallique constitue l'ossature porteuse.

Des plaques d'étanchéité amovibles sont fixées verticalement sur la face d'extrémité du châssis du wagon-four . Des supports de montage situés aux deux extrémités inférieures du châssis permettent une installation verticale. Ces plaques s'étendent de l'avant vers l'arrière de chaque côté du wagon-four . Leur bord supérieur recouvre la partie inférieure des briques de la rainure et la face d'extrémité du châssis.

Des saillies parallèles au sens de déplacement du wagon-four sont disposées légèrement en retrait au-dessus du châssis. Des briques rainurées sont placées entre ces saillies et des plaques d'étanchéité en sable sont fixées. Les briques rainurées, reliées dans le sens de déplacement, forment deux parois latérales du wagon-four , empêchant les gaz chauds de s'échapper vers le dessous du châssis.

Des plaques d'étanchéité verticales en sable soutiennent la paroi extérieure inférieure des briques rainurées et recouvrent les extrémités du cadre. Cette structure isole le cadre métallique du contact direct avec les gaz à haute température, évitant ainsi les déformations dues à la dilatation thermique et la corrosion par oxydation thermique. Une couche d'isolation réfractaire placée sur le cadre fait partie du lit du four. Associée aux parois latérales, elle empêche les gaz chauds de pénétrer vers le bas.

2. Plaque d'étanchéité au sable de type panneau réfractaire assemblé

La plaque d'étanchéité au sable est constituée d'au moins deux panneaux réfractaires, montés verticalement et faciles à démonter. Elle recouvre le fond des briques réfractaires et les deux faces d'extrémité du châssis. Ce dispositif protège le châssis métallique des impacts directs à haute température. Même en cas de détérioration de panneaux réfractaires et de perte d'étanchéité thermique , le four tunnel continue de fonctionner. Les panneaux endommagés peuvent être facilement remplacés lors de la maintenance.

3. Étanchéité des interstices avec des matériaux en feutre de fibres

Des matériaux d'étanchéité en feutre de fibres comblent tous les interstices : joints entre les plaques d'étanchéité au sable et les briques rainurées, espaces de montage entre les plaques d'étanchéité au sable et le châssis, zones de contact entre les briques rainurées et le châssis, espaces entre les briques rainurées et les saillies, joints entre les saillies et la couche d'isolation, espaces entre les matériaux d'isolation et le châssis, et joints des plaques d'étanchéité au sable assemblées en plusieurs parties. Cette conception d'étanchéité empêche également les fuites de gaz chauds vers le soubassement.

4. Construction antidérapante en brique rainurée intégrée

Les briques rainurées sont dotées d'une structure encastrée épousant les saillies du cadre. Un système de fixation encastré verrouille fermement les briques rainurées, empêchant tout glissement. Des plaques d'étanchéité verticales amovibles recouvrent les deux extrémités du cadre. Le cadre métallique n'est pas en contact direct avec les gaz à haute température. Même en cas d'endommagement partiel des panneaux réfractaires, le four peut continuer à fonctionner et le remplacement des composants est aisé.

5. Revêtement céramique réfractaire pour plaques d'étanchéité au sable à base de métal

Pour les plaques d'étanchéité métalliques, un revêtement céramique réfractaire peut être appliqué en surface. Les tôles minces revêtues de ce type de revêtement offrent les mêmes performances en matière de résistance à la déformation et à l'oxydation thermique.