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