Les équations de chaleur du bilan thermique

Les équations de chaleur du bilan thermique

Généralités sur le ciment

Définition du ciment 

Le ciment est un liant hydraulique, c’est-à-dire une matière inorganique finement moulue qui, gâchée avec de l’eau, forme une pâte qui fait prise et durcit par suite de réactions et processus d’hydratation et qui, après durcissement, conserve sa résistance et sa stabilité, même sous l’eau.

Les matières premières du ciment

Les matières premières (Figure 2) qui rentrent dans la fabrication du ciment sont presque toutes des carrières situées à proximité de la cimenterie afin de réduire les coûts de transport, et sont Essentiellement composées de calcaire et d’argile ou de toutes matières renfermant essentiellement de la chaux (CaO), de la silice (SiO2), de l’alumine (Al2O3), de l’oxyde ferrique (Fe2O3), la pouzzolane (matière volcanique) et les matières de correction (le sable et les minerais de fer).

Types du ciment fabriqués à LafargeHolcim 

Pour répondre aux besoins spécifiques des disposition une large gamme de ciment gris
clients, usine de Ras El Ma met à leur CPJ 35, CPJ 45 et CPJ 55.
➢ CPJ 35
Le CPJ 35 est un ciment Portland avec ajouts, il doit contenir un pourcentage minimum en clinker de 65%, le reste étant constitué d’ajouts (calcaire d’addition, gypse, pouzzolanes), sa résistance à la compression à 28 jours (Rc28) doit être supérieure à 22.5 MPa.
Le CPJ 35 développe des performances adaptées pour une utilisation dans la confection des bétons faiblement sollicités, béton non armé et tous les types de mortiers.
➢ CPJ 45
Le CPJ 45 est un ciment Portland avec ajouts, il doit contenir un pourcentage minimum en clinker de 72%, le reste étant constitué d’ajouts (calcaire d’addition, gypse, pouzzolanes), la Rc28 du CPJ 45 doit être
➢ supérieure à 32.5 MPa.
Le CPJ 45 développe des performances qui lui permettent d’être utilisé pour les bétons armés courants et les bétons destinés aux travaux en grandes masses.
CPJ 55
Le CPJ 55 est un ciment Portland avec ajouts, composé principalement de clinker et de calcaire, il doit contenir un pourcentage minimum en clinker de 83%. Sa Rc28 doit être supérieure à 48 MPa.
Les niveaux de qualité garantie par la norme lui confèrent une bonne aptitude pour la confection des bétons armés destinés aux ouvrages bâtiment et travaux publics.

Procédés de fabrication du ciment

Principe de fabrication du ciment

Quatre voix de la fabrication de ciment sont existantes
La voix humide
La matière première, après son concassage, est délayée dans l’eau puis broyée en humide. La pâte obtenue est soigneusement dosée et homogénéisée pour alimenter le four après.
La voix semi-humide
La pâte obtenue, de la même manière que dans le procédé de la voix humide, est débarrassée d’une grande partie de son eau par filtration avant son introduction dans le four.
La voix semi-sèche
La matière première, après son concassage, est broyée à sec, homogénéisée puis granulée par ajout d’eau à l’entrée du four.
La voix sèche
Après son concassage, la matière première est broyée à sec et homogénéisée, puis acheminée directement à l’entrée du four sous forme de farine. Ce procédé est le moins onéreux par sa faible consommation calorifique.
Le procédé de fabrication du ciment utilisé à l’usine de Ras El Ma est la voie sèche.

Les étapes de fabrication du ciment

Carrière 

La matière première principale extraite d’une carrière proche de l’usine est le calcaire. D’autres additifs viennent s’ajouter au minerai de fer et le schiste en faible quantité. calcaire, principalement argile,

Concassage 

En vue d’optimiser et faciliter le stockage et la manutention des matières premières, les blocs extraits au niveau de la carrière sont introduit dans un concasseur pour réduire leur dimensions (~ 5 – 10 cm). Pour réduire la taille des blocs, le concassage soumet les matières premières à des efforts d’impact, de cisaillement ou de compression. Le type du concasseur est choisi en fonction du procédé de concassage adopté par la cimenterie, la granulométrie dit positionnelle et l’état hydrique des matières premières.

Broyage cru 

Un broyeur à galets réduit la matière première pré-homogénéisée à l’état de farine. L’usine de Fès dispose de deux broyeurs, la capacité de chaque broyeur est de 120 t/h et la puissance installée est 1 200 KW. Le broyeur à galets est constitué de
-Un moteur électrique.
-Un plateau de broyage qui est entouré par un canal circulaire de répartition des gaz Alimente en gaz.
-de séchage par des canalisations de gaz chaud.
-Une face supérieure du plateau de broyage sur laquelle s’écoule la matière à broyer.
-Un anneau dirige le flux de gaz de séchage dans le compartiment de broyage.
Des galets (de grande et petite taille), Ces meules exerçant des pressions élevées par un mouvement rotatif sur la matière à broyer, ils sont guidés de façon précise par des leviers et travaillés de manière indépendante.
La matière broyée est séchée par le gaz chaud provenant du four rotatif (Le transport des gaz se fait à l’aide d’un ventilateur) et transportée dans le séparateur placé au-dessus des galets, ensuite les particules de taille trop grande retombent à travers une trémie sur le plateau de broyage et sont mélangées avec la matière à broyer fraîche introduite dans le broyeur à travers un canal d’alimentation. L’opérateur du broyeur a des consignes du laboratoire sur la finesse de la farine, donc il règle la vitesse de séparateur pour avoir une farine bien déterminée. Ensuite le mélange de gaz et de produit fini (la farine) entre dans le filtre à manches où le produit fini est séparé du gaz, après la séparation, le produit fini tombe sur une vis de récupération qui alimente un élévateur, ce dernier transporte la farine vers les silos d’homogénéisation.
Les gaz après la séparation sont rejetés dans l’atmosphère à travers la cheminée, et le transport des gaz se fait par un ventilateur final.
Alors, ce type de broyeur combine les fonctions suivantes séchage, broyage et séparation.

Dépoussiérage

Une fois la matière broyée, les particules fines sont entraînées par le flux gazeux. Pour cela, on dispose de filtres à manches, qui libèrent la matière des gaz. Cette opération de Dépoussiérage s’effectue avec un rendement de 99.8%. En outre, cette opération est presque utilisée dans presque toutes les unités de production.

Homogénéisation 

La farine produite est transportée à travers des aéroglisseurs vers un silo de stockage dont le rôle est d’homogénéiser la farine. Ce silo dont la capacité de stockage est de 6000 t est équipé d’un système de fluidisation et d’extraction.

Préchauffage 

La farine est introduite par un élévateur à godets en tête de la tour. Elle circule par gravité à contre-courant avec les gaz chaud ascendants du four le long de la tour. L’échange thermique s’accompagne de
– Evaporation de l’eau libre
– Dégagement de l’eau de constitution des argiles.
– Décarbonatation partielle de la farine.

Cuisson 

Le four rotatif est un cylindre en acier reposant sur trois stations de roulements il est garni intérieurement par des produits réfractaires. La rotation du four est assurée par un pignon qui agit sur une couronne solidaire au four.Durant la cuisson, le four est animé d’un mouvement de rotation, sa disposition en pente permet le transport de la matière, introduite à l’autre extrémité par rapport aux flammes. A l’entrée du four la matière est à la température de 900°C, en avançant dans le four sa température s’élève jusqu’à atteindre la température de clinkérisation (1450°C).

Broyage du charbon

Le broyeur du charbon utilisé dans la cimenterie de Fès fait partie de la catégorie des broyeurs verticaux à galets. Il alimente le four par le charbon nécessaire à la production de l’énergie calorifique.

Refroidisseur

Le rôle du refroidisseur consiste à garantir la trempe du clinker pour avoir une structure Métallurgique et des dimensions des cristaux favorables. Il permet aussi de baisser la température du clinker pour facilitera la manutention et le stockage.Pour cela on pulse de l’air tiré de l’atmosphère à travers la grille du refroidisseur sur laquelle passe le clinker. Ce même air alimentera le four en oxygène.

Stockage et expédition du clinker

Le clinker sortant du refroidisseur est transporté par un élévateur vers un silo de stockage. Le Clinker est ensuite transporté vers un broyeur, avec un ajout de calcaire, de gypse et d’adjuvant pour obtenir des qualités de ciment, selon le prorata de chacun des trois types, à savoir le CPJ35, le CPJ45 ou le CPA55.

Broyage ciment

Le broyeur à ciment fait partie de la famille des broyeurs verticaux à galets. Avant le broyage du clinker on ajoute du gypse et d’autres constituants secondaires qui donnent au ciment les propriétés spécifiques correspondant aux différentes qualités. Les ajouts utilisés sont
✓ Cendre volante récupération des poussières des centrales thermiques au charbon.
✓ Les pouzzolanes roches d’origines volcaniques.
Les broyeurs utilisés sont
✓ Un broyeur vertical à galets ce type de broyeur est constitué d’une piste rotative, deux galets masters et deux galets esclaves, il a un débit nominal de 120 tonnes par heure.
✓ Un broyeur horizontal à boulets ce broyeur a la forme d’un gros cylindre d’un diamètre de 2.8m. Ce type de broyeur peut broyer jusqu’à 25 tonnes par heure.

Ensachage et expédition

➢ Ensachage
L’ensachage du ciment se fait par fluidisation à l’aide de suppresseurs au niveau des silos de stockage. Le ciment est ensuite transporté par des aéroglisseurs et des élévateurs à godets puis passe par des cribles pour l’élimination des corps étrangers.
L’installation d’ensachage a été rénovée récemment et comporte trois ensacheuses automatiques.
➢ Expédition
L’expédition des différents types de ciment se fait en sacs de 50 Kg et en vrac soit par route soit par voie ferrée .Le chargement des camions en sacs se fait manuellement. Le chargement des wagons en sac est assuré par des chargeurs de wagons.
L’expédition du ciment en vrac par camion ou wagons citernes se fait directement à partir des silos de stockage.

Table des matières

Introduction
Chapitre 1 présentation de l’entreprise
1. Présentation générale de LafargeHolcim Fès
1.1. Fiche technique de l’entreprise
1.2. Organigramme de la société
1.3. Les différents services de LafargeHolcim FES
2. Généralités sur le ciment
2.1. Définition du ciment
2.2. Les matières premières du ciment
2.3. Types du ciment fabriqués à LafargeHolcim
3. Procédés de fabrication du ciment
3.1. Principe de fabrication du ciment
3.2. Bloc diagramme du procédé de fabrication du ciment
3.3. Les étapes de fabrication du ciment
Chapitre 2 Description de l’atelier de cuisson Aperçu sur la chimie du ciment
I. Description détaillée de l’atelier de cuisson
1.1. Préparation de la matière première
1.2. Réaction de Clinkérisation
1.3. Tour de préchauffage
1.4. Précalcinateur
1.5. Four rotatif
1.6. Refroidisseur
Chapitre 3 Élaboration du bilan thermique de l’atelier de cuisson
Introduction
1. Les entrées et les sorties de chaleur au niveau de l’atelier de cuisson
2. Notions de bases
2.1.Combustibles
2.2. Consommation calorifique
2.3. Combustibles et Comburant
2.4. Distribution des airs
2.5. Energie calorifique et pouvoir calorifique
2.6 Efficacité et rendement énergétique
3. Les différents types de chaleur
3.1. Chaleur sensible
3.2. Chaleur latente
4. Les équations de chaleur du bilan thermique
4.1. Equations des flux à l’entrée de l’atelier
4.2. Equations des flux à la sortie de l’atelier
Chapitre 4 Résultats et discussion
I. Bilan de matière
1 .Les entrées et les sorties de l’atelier
2. Bilan de matière de l’atelier de cuisson
II. Résultats de calculs du bilan thermique
• Interprétation du bilan thermique de l’atelier de cuisson
• Valeur importante
III. Refroidisseur.
1. Bilan thermique de refroidisseur
IV. Rendement, analyse des pertes et recommandation
1. Rendement énergétique au niveau du four
2. Rendement du refroidisseur
V. Sorties thermiques
1. Répartition des pertes dans l’atelier
2. Etudes des principales pertes
VI. Recommandations
Conclusion

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