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.

La production de matériaux de construction cuits est un projet systématique composé d'étapes de processus interconnectées. Chaque segment de production fonctionne comme une planche de bois pour un seau d'eau. La capacité maximale du seau est limitée par la planche la plus courte, et non par la plus longue. De même, la rentabilité d'une ligne de production de briques est déterminée par son maillon le plus faible, ce que nous appelons le principe du maillon le plus court pour les briqueteries.

Lors de la planification de leur usine de briques, de nombreux propriétaires se concentrent uniquement sur la capacité de production nominale. Ils exigent d'emblée une production journalière de 500 000 à 800 000 briques, soit une capacité annuelle de 150 à 200 millions de briques cuites . Pourtant, rares sont ceux qui calculent le volume réel de matières premières utilisées sur le site. Le volume journalier réel peut atteindre 5 à 8 millions de briques, bien supérieur à la production nominale.

Parc de stockage de matières premières

Certaines usines utilisent les schistes bitumineux et schistes locaux sans avoir besoin d'aires de stockage supplémentaires. Si les matières premières proviennent d'ailleurs, il faut plusieurs parcs de stockage capables d'accueillir 500 000 éléments de matières premières pour la fabrication de briques.

Traitement des matières premières

La capacité de traitement journalière des matières premières doit dépasser la production journalière de briques visée, et le temps de fonctionnement des équipements n'est que de 8 à 10 heures. Les opérateurs doivent sélectionner les concasseurs, les cribles à rouleaux et les solutions de concassage à un ou deux étages en fonction de la dureté et de l'humidité des matières premières. Il est également nécessaire de vérifier la largeur du convoyeur à bande, sa vitesse de fonctionnement, la configuration du séparateur magnétique et la facilité de maintenance. Même avec des concasseurs de grande taille et des moteurs puissants, le remplacement des têtes de criblage pendant une demi-journée ou une journée entière impacte directement la production. De nombreuses petites briqueteries utilisent des chargeuses et le levage manuel pour les lourdes plaques de criblage, faute de ponts roulants. La rotation fréquente du personnel de maintenance constitue un frein important à la production.

Silo de vieillissement et de stockage de matériaux fins

Les silos de maturation jouent un rôle essentiel dans la fabrication de briques. La capacité de stockage recommandée permet de produire trois fois la production journalière avec un temps de maturation de 72 heures. Elle assure l'approvisionnement en matières premières même en cas d'arrêt des concasseurs pendant deux jours. Pour les matières premières dures ou sableuses, la conception étanche prévient les variations d'humidité (surface sèche, fond humide). L'installation de malaxeurs à terre après maturation et mélange contribue à stabiliser les propriétés des matières premières.

Extrusion et formage

L'ensemble du système d'extrusion comprend l'alimentation, le mélange, le brassage intensif, l'extrusion, la découpe et l'empilage des briques. Les performances de l' extrudeuse sous vide et de la machine d'empilage varient considérablement en fonction des propriétés des matières premières et du positionnement du produit. Un même équipement peut être performant dans une région et inadapté dans une autre. À titre d'exemple, de nombreuses briqueteries de Lanzhou ont imité les méthodes de production du centre et de l'est de la Chine. Elles ont obtenu des briques crues de qualité, mais ont rencontré des problèmes de séchage et de cuisson lents, un taux de rebut élevé et des fissures. Leur rendement réel était bien inférieur aux prévisions, engendrant un déficit important.

Chambre de séchage

Plusieurs configurations sont possibles pour le four tunnel : séchage et cuisson directs, une étape de séchage suivie d’une étape de cuisson, une étape de séchage suivie de deux étapes de cuisson, deux étapes de séchage suivies d’une étape de cuisson, etc. Le choix de la meilleure option dépend des matières premières, des produits finis et du climat local. Le séchage et la cuisson directs conviennent aux schistes plastiques ou aux stériles de charbon pour la fabrication de briques pleines. Cependant, pour les matières premières très sensibles au séchage, cette méthode s’avère irréversible.

Le climat particulier engendre également des difficultés. À Kuitun, au Xinjiang, l'air extrêmement sec provoque des fissures dans la pâte crue juste après la découpe. La solution consiste à abaisser la hauteur de l'atelier et de l'abri pour les briques crues, à utiliser des rideaux pour augmenter l'humidité ambiante et à adopter une disposition d'empilement des briques 1,5 fois supérieure. Le nombre de voies ferrées et de wagons de four doit également être augmenté de 1,5 fois.

Les sources de chaleur pour le séchage comprennent le séchage par combustion, le séchage par chaleur résiduelle et le séchage combiné par combustion et chaleur résiduelle. Si les matières premières contiennent une forte teneur en soufre, le séchage par combustion engendre une pollution secondaire et augmente les coûts environnementaux. Les matières premières à faible teneur en soufre bénéficient davantage du séchage combiné, qui permet de réaliser des économies d'énergie et de combustible.

Les méthodes d'évacuation de l'humidité comprennent l'évacuation centralisée, décentralisée, centralisée par sections, ainsi que l'évacuation par pression positive et négative. L'évacuation centralisée seule est inefficace, entraînant une forte consommation d'énergie et un excès d'oxygène. La solution optimale combine évacuation décentralisée et centralisée, avec une prédominance de la pression positive et un complément de pression négative. De nombreux projets de fours tunnels rotatifs présentent des défauts de conception de la chambre de séchage ; certains ventilateurs d'évacuation de l'humidité consomment trois à quatre fois plus d'énergie que le four tunnel lui-même.

Processus de cuisson

Les performances, la qualité des produits et la consommation de charbon d'un four sont essentiellement déterminées lors de sa conception et de sa construction. Il existe différents types de fours tunnel : maçonnerie traditionnelle, fours tunnel combinés, fours à conduit d'air supérieur, fours à conduit d'air inférieur et fours tunnel rotatifs . Ces derniers peuvent contenir environ 300 briques standard par mètre cube, tandis que les fours tunnel traditionnels peuvent en contenir entre 400 et 500. Les fours tunnel traditionnels présentent des limitations structurelles : le déplacement des briques, alors que le four reste immobile, entraîne des différences de température entre les sections transversales et des risques d'incendie du wagonnet. Le perfectionnement de cette faiblesse structurelle, présente depuis longtemps, nécessite des innovations technologiques.

Capacité du technicien de tir

De nombreux opérateurs considèrent à tort la cuisson au four comme une simple observation des flammes. Un opérateur de four qualifié doit être un expert en réglage. Il doit maîtriser la structure du four, la circulation de l'air, la chaleur résiduelle, le débit du ventilateur, la température, le pouvoir calorifique, le plan d'empilage des briques , le chariot du four et les paramètres de la chambre de séchage.

Il existe une règle bien connue : la performance d'un four dépend à 70 % de l'empilage des briques et à 30 % de la cuisson ; 70 % du travail s'effectue sous le four et 30 % au-dessus . Des techniciens compétents analysent les rapports d'essais des matières premières et la répartition de la chaleur. Il ne faut jamais alimenter le four en charbon au niveau des joints des wagons dans les zones à haute température, ni y ouvrir de foyers, car cela endommagerait gravement les wagons. La combustion des wagons est également liée à leur isolation et à l'équilibre de l'air dans les tranchées.

Voie de chargement

Un cas concret : un four de 3,7 m de large, doté de 4 zones de séchage et 3 zones de cuisson, ne dispose que d’une seule voie de chargement équipée d’une machine d’emballage semi-automatique. Aucun espace supplémentaire ne peut être prévu pour des voies additionnelles. Après 5 à 6 ans d’exploitation, l’usine n’a jamais pu fonctionner en mode 4 séchage/3 cuisson ; son fonctionnement maximal se limite à deux zones de cuisson. L’insuffisance de voies de chargement bloque la livraison des briques finies, ce qui constitue un problème de planification difficile à résoudre. Le nombre de postes de chargement, d’emballage et de stockage doit être calculé à l’avance en fonction de la production cible.

Parc à produits finis

De nombreuses briqueteries négligent l'espace de stockage des briques finies. Le manque de place, conjugué à la grande capacité des fours, entraîne une baisse de production pendant les saisons des pluies ou les périodes creuses. Les briques creuses nécessitent des espaces de stockage plus vastes. Le manque d'espace constitue donc un frein majeur à leur fabrication.

Conformité aux exigences environnementales et en matière de matières premières

De nombreuses usines négligent les analyses en laboratoire des matières premières avant la construction. L'utilisation de matières premières contenant 4 à 5 % de soufre, sans sources alternatives, constituera un obstacle majeur au respect des réglementations environnementales. Plusieurs analyses en laboratoire sont donc nécessaires avant tout investissement. Une forte teneur en calcium provoque la déliquescence ; des teneurs élevées en oxyde de potassium et en oxyde de magnésium entraînent l'apparition d'efflorescences et de dépôts blancs de sel à la surface des briques.

Tour de désulfuration

De nombreuses briqueteries ont dû reconstruire leurs tours de désulfuration, faute de connaissances suffisantes de leurs fournisseurs en matière de structure des fours et de mécanique des fluides. Un équipement de désulfuration mal conçu augmente la charge des ventilateurs, entrave l'évacuation de l'humidité et réduit la production. La désulfuration et le dépoussiérage par conduit horizontal et vertical sont plus performants qu'avec un seul conduit vertical. L'entrée d'air de la tour de désulfuration, légèrement au-dessus de la surface du four, permet des économies d'énergie et respecte les principes de la mécanique des fluides.

Protection de l'environnement et modernisation du four

La combustion du gaz naturel permet une production propre, avec de faibles émissions de soufre, d'oxydes d'azote et de poussières. Les propriétaires d'usines doivent évaluer la possibilité de modifier leurs fours existants pour la combustion du gaz naturel sans reconstruction complète. Les nouveaux projets de fours doivent prendre en compte les options de combustible dès les premières étapes de leur conception.

Conclusion

Formule de capacité de cycle complet pour la production en four tunnel :

1. Stock de matières premières : plusieurs fois la production journalière
2. Capacité de traitement des matières premières ≥ 1,5 fois la production journalière
3. Capacité de vieillissement : 2 à 3 fois la production journalière
4. Extrusion en 8 à 12 heures pour atteindre une production journalière.
5. Stockage de briques vertes : 1,5 à 2 fois la production journalière
6. Wagon de four vide ≥ 0,5 fois la production journalière
7. Capacité de séchage : 1 × production journalière
8. Capacité de tir : 1 × production journalière
9. Voie de transport des briques finies ≥ 0,75 fois la production journalière
10. Station de chargement ≥ 0,3 fois la production journalière
11. Cour aménagée : production plusieurs fois par jour

L'ensemble du système assure une cadence de production plusieurs dizaines de fois supérieure à la production journalière nominale. Une usine visant une production de 500 000 briques par jour peut nécessiter une production totale de 5 millions de briques.

La fabrication de matériaux de construction cuits est un système complet qui englobe la préparation des matières premières, leur transformation, l'extrusion, l'empilage, le séchage des briques crues, la cuisson et la manutention des produits finis. La rentabilité de votre briqueterie dépend de son maillon le plus faible.

Dans les briqueteries modernes, les normes environnementales et les coûts énergétiques constituent deux défis majeurs pour les exploitants. L'un des facteurs clés influençant la consommation d'énergie et les émissions des fours est la teneur en oxygène des gaz d'échappement des fours tunnel .

De nombreuses briqueteries tentent de réduire les niveaux d'oxygène dans les gaz d'échappement en ajustant simplement les ventilateurs, la pression de l'air ou l'ouverture des registres. Cependant, la véritable solution exige une compréhension systématique de la gestion de l'air dans les fours tunnel .

En éliminant l'air inutile, en réduisant les fuites d'air et en optimisant l'alimentation en air de combustion, les briqueteries peuvent obtenir une meilleure efficacité énergétique, une qualité de cuisson plus stable et des émissions environnementales réduites.

Cet article explique comment les trois principes que sont une utilisation correcte de l'air, la réduction de l'air inutile et l'optimisation d'un flux d'air raisonnable peuvent contribuer à améliorer les procédés modernes de production de briques cuites .

1. Pourquoi la teneur en oxygène des gaz d'échappement est importante dans la fabrication des briques

Lors de la fabrication de briques cuites , la combustion nécessite une certaine quantité d'oxygène pour assurer une combustion complète du combustible. Cependant, un excès d'air entrant dans le four n'améliore pas l'efficacité de la combustion. Au contraire, il augmente la quantité de gaz d'échappement et la teneur en oxygène mesurée dans les fumées du four.

Une teneur élevée en oxygène dans les gaz d'échappement indique généralement :

• -Entrée excessive d'air dans le four tunnel
• -Pertes de chaleur dues à une circulation d'air inutile
• -Température des gaz d'échappement plus élevée
• -Augmentation de la consommation d'énergie
• -Difficulté à satisfaire aux exigences de surveillance environnementale

C’est pourquoi le contrôle de la teneur en oxygène dans les gaz d’échappement des fours est devenu un indicateur important pour améliorer la production de briques économes en énergie .

2. Éliminer l'air non conforme : la première étape de l'optimisation du four tunnel