Présentation analytique du broyeur ciment BK4 et étude de sa problématique

Présentation analytique du broyeur ciment BK4

Généralités sur le ciment

Définition

Le ciment est un liant hydraulique sous forme de poudre minérale finement moulue qui, gâchée avec de l’eau, forme une pâte qui fut prise et durcit par suite des réactions et processus d’hydratation et qui, après durcissement, conserve sa résistance et sa stabilité même sous l’eau.
Le constituant principal du ciment est le clinker obtenu à partir de la cuisson d’un mélange approprié de calcaire et de schiste, en proportion moyenne de 80 % de calcaire et 20 % de schiste.
Ces matières premières sont présentes dans les roches naturelles, les marnes ou calcaires argileux. On ajoute généralement des correcteurs tels que le minerai de fer, la fluorine et les schistes.

Composition du ciment

Malheureusement, on ne rencontre qu’exceptionnellement dans la nature un matériau possédant une composition chimique adéquate pour la fabrication du ciment. La plupart du temps, le cimentier doit mélanger deux ou plusieurs matières premières pour obtenir après cuisson un produit ayant les caractéristiques du clinker naturel.
Les matières premières principales sont extraites des carrières situées à proximité de la cimenterie afin de réduire les coûts de transport.

Carrière du calcaire

Holcim n’est pas installée aléatoirement à Ras El Ma, mais c’est à cause de la richesse de cette région en calcaire. Le calcaire est utilisé dans le cru à un taux moyen de (78%).
La carrière de calcaire est située à proximité de l’atelier de concassage de l’usine. Son exploitation se fait par abattage à l’explosif sous forme de deux gradins.

Fer

Le fer intervient pour combler le manque en Fe2O3, c’est un minerai correcteur responsable de l’abaissement de la température de clinkérisation.

Matière de correction

Les matières de correction sont ajoutées à la matière crue avec des proportions peu importantes, leurs coûts sont très élevés. On ajoute ces matières de correction pour enrichir le mélange (calcaire + schiste) en silice et en fer.

Schistes

Ce sont des schistes purs et homogènes provenant d’une carrière qui se trouve dans la région de Séfrou «Bhalil». Les schistes arrivent sous forme de roches feuilletées puis stockées dans un grand hall avant de les concasser. Les schistes sont utilisés dans le cru à un taux de (16%) au moins.

Gypse

Le gypse est utilisé comme régulateur de prise dans le ciment à cause de la présence du sulfate de calcium, il est ajouté en faible quantité aux autres constituants du ciment au cours de sa fabrication.

Fluorine

La fluorine est un additif utilisé par HOLCIM uniquement, et celle de RAS EL MA est l’une des trois cimenteries au monde de cette chaine qui utilise la fluorine pour diminuer le coût de fabrication du ciment en abaissant la proportion du clinker dans le produit fini.

Pouzzolane

Une matière siliceuse possédant en elle-même peu de propriétés de prise mais, qui finement divisée et en présence de chaux, réagit avec l’hydroxyde de chaux à la température ordinaire pour former un composé ayant les propriétés d’un ciment. La pouzzolane est d’origine volcanique, elle améliore la qualité hydraulique des ciments.

Description du processus de fabrication du ciment

Introduction

La fabrication du ciment est un procédé complexe qui exige un savoir-faire, une maîtrise des outils et des techniques de production ainsi que des contrôles rigoureux et continus de la qualité.
Il existe 4 principaux procédés de fabrication du ciment qui diffèrent entre eux par la nature du traitement thermique utilisé.
o La voie humide La matière première, après son concassage est délavée dans l’eau, puis broyée en humide. La pâte obtenue est homogénéisée, puis alimente le four. Cette méthode est abandonnée pour des raisons d’économie d’énergie.
o La voie semi humide La matière est préparée en voie humide, puis séchée avant le four.
o La voie semi sèche La farine crue, sèche, passe d’abord dans un granulateur où elle est humidifiée.
o La voie sèche C’est la plus utilisée et la plus économique. La matière première, une fois concassée, est broyée à sec, homogénéisée, et avant l’entrée au four, elle est chauffée à travers des cyclones (type DOPOL). A l’entrée du four rotatif, la farine est à une température de 900 à 1000°C. Cette voie est plus rentable et plus optimale au niveau énergétique.
Le procédé de fabrication du ciment est utilisé à l’usine de RAS EL MA est la voix sèche.

Chaîne de production du ciment

Figure 3 Chaîne de production du ciment

Description du processus

L’extraction

Les matières premières qui entrent dans la fabrication du ciment (carbonate de calcium, silice, alumine et minerai de fer) sont généralement extraites de roche calcaire, de craie, de schiste ou d’argile. Ces matières premières sont prélevées des carrières par extraction ou dynamitage, puis la matière est extraite de la carrière à ciel ouvert, par abattage de la roche au moyen d’explosif, équipée de lourd de forage (sondeuses), d’extraction Figure 4 Extraction de la matière (chargeuses) et de camions de transport vers concasseur a mâchoire.

Concassage

En vue d’optimiser et faciliter le stockage et la manutention des matières premières, les blocs extraits au niveau de la carrière sont introduits au niveau du concasseur pour réduire leur dimensions (~ 10 – 5 cm). Pour réduire la taille des blocs, le concassage consiste à soumettre les matières premières à des efforts d’impact, d’attraction, de cisaillement ou de compression. Le type du concasseur est choisi en fonction du procédé de concassage adopté par la cimenterie, de la granulométrie dite positionnelle et l’état hydrique des matières premières.
Dès son admission, le produit est amené directement sur le tamis émotteur. Les grains fins passent à travers le tamis situé sur la plaque de percussion. Les grains plus grossiers sont amenés sur le mécanisme de percussion pour être broyés. Ce mécanisme se compose d’un rotor dynamique muni de deux battoirs vissés, et de deux déflecteurs statiques. La roche est projetée par les battoirs du rotor sur les déflecteurs. Ce processus se répète jusqu’à ce que le calibre du produit soit inférieur à l’écartement existant entre les battoirs et les déflecteurs.
Les matières concassées sont transportées par convoyeur sous terrain vers stock des matières premières.

Pré-homogénéisation

La pré-homogénéisation des matières premières est une opération qui consiste à assurer une composition chimique régulière du mélange des matières premières. Des échantillons du mélange des matières premières sont prélevés lors de la constitution des tas dans une station d’échantillonnage, ces échantillons sont analysés au niveau du laboratoire de l’usine. Les résultats de ces analyses permettent de définir les corrections nécessaires à apporter au mélange des matières premières, ce mélange est nommé le cru.

Broyage cru

Le broyage du cru est une opération  qui consiste à préparer un mélange  homogène avec une bonne répartition  granulométrique pour assurer les  meilleures conditions de cuisson de la  farine. Le broyage du cru consiste à  l’introduire dans le broyeur à cru dans  lequel il subit des actions mécaniques  pour l’obtention de la farine. La farine  obtenue (qui est une poudre fine) est  stockée dans un silo après avoir subi une  opération d’homogénéisation pour obtenir Figure 5 Broyeur cru une composition chimique régulière des matières premières qui seront introduites dans le four pour cuisson.
Le transport de la farine du cru par des aéroglisseurs risque de générer des poussières. Le système de dépoussiérage consiste à éliminer les émissions des poussières par l’utilisation de filtres à manches ou d’électro-filtres pour une meilleure protection de l’environnement. A noter que le dépoussiérage n’est pas une opération spécifique à la farine, d’autres ateliers (le broyage du ciment par exemple) comportent des systèmes de dépoussiérage.
Figure 7 Four rotatif
Figure 6 Tour de préchauffage

Cuisson Fabrication du clinker

 La tour de préchauffage
Etape incontournable dans les installations de cuisson moderne (voie sèche, semi-sèche et semi-humide), le préchauffage permet essentiellement de préparer la farine du point de vue chimique et thermique. Cette préparation consiste à sécher, déshydrater et décarbonater partiellement la matière crue en réutilisant une partie de l’énergie calorifique évacuée par les gaz d’exhaure du four. Quelles que soient les technologies utilisées (préchauffeurs à cyclones, grilles Lepol…), les préchauffeurs améliorent donc le rendement thermique global de l’installation de cuisson.
 Le four rotatif
Les systèmes des fours sont conçus en cimenterie pour répondre aux exigences chimiques du procédé durant lequel la matière crue est transformée en clinker. Le four rotatif est un cylindre en acier reposant sur des stations de roulement, il est garni intérieurement par des produits réfractaires. Durant la cuisson, le four rotatif est animé d’un mouvement de rotation, la disposition en pente du four permet le mouvement de la matière première qui est injectée de l’autre extrémité par rapport à la flamme de chauffe.
Durant ce déplacement, la matière se transforme par cuisson tout en avançant de son état initial jusqu’à ce qu’elle devienne « clinkérisée » à la température de 1450 °C.
La farine est introduite dans un échangeur thermique pour débuter les premières réactions chimiques. Elle chemine ensuite dans un four rotatif. Sa température est portée à 1450°C. A la sortie du four, un refroidisseur à grille permet de réaliser une trempe à l’air des nodules incandescents et de les ramener à une température d’environ 100°C.
Tout au long de la cuisson, un ensemble de réaction physico-chimique se produit et conduit à l’obtention du clinker.
Différents combustibles sont brûlés, charbon, coke de pétrole, gaz mais aussi des combustibles de substitution (valorisation de résidus d’autres industries comme les anciens pneus).
 Refroidisseur à grilles
Le rôle des refroidisseurs consiste à garantir la trempe du  clinker pour avoir une structure minéralogique et des  dimensions de cristaux favorables. Les refroidisseurs  permettent aussi de baisser la température du clinker pour  faciliter la manutention et le stockage. Il existe plusieurs  types de refroidisseurs. Figure 8 Refroidisseur à grilles Le clinker produit est trempé (refroidissement rapide) par refroidisseur à grille qui abaisse la température de 1450°C à 100°C par soufflage d’air. Le clinker sortant du refroidisseur est transporté par un élévateur vers un silo de stockage.

Broyage ciment

Le clinker et les ajouts, qui sont des matériaux grossiers par rapport à la granulométrie du ciment, sont introduits au niveau du broyeur dans des proportions prédéfinies pour subir des efforts mécaniques du broyage et produire ainsi le ciment qui est d’une finesse inférieur à 40 microns. L’atelier de broyage comprend le broyeur, le séparateur (qui sélectionne les particules selon leur grosseur), le dépoussiéreur du broyeur et accessoirement la presse à rouleaux.

Stock et livraison

Après sa fabrication, le ciment est acheminé, par voies pneumatiques ou mécaniques, vers des silos de stockage dont la capacité est de plusieurs milliers de tonnes. Mais pour expédition
En sac Les sacs contiennent généralement 50 Kg de ciment sur lesquels est marquée la classe de résistance du ciment (CPJ 35 ou 45).
En vrac la livraison du ciment en vrac se fait sur des citernes. Le ciment est injecté avec l’air dans la citerne jusqu’à ce que le tonnage soit atteint (CPA 55).

Cahier de Charges

La surconsommation énergétique menace directement la compétitivité-coût des industries les plus intensives en énergies électrique et thermique, celles dont les coûts énergétiques représentent une grande partie des coûts de production, HOLCIM REM paye environ 4 millions de DH par mois, pour sa consommation d’électricité, qui représente jusqu’à 40 % du prix de revient du ciment, ce qui implique la grande attention apportée par la société à ses dépenses énergétiques.
La réduction de la consommation énergétique représente donc une priorité majeure de l’industrie cimentière.
L’impact des arrêts est aussi un facteur majeur dans la disponibilité du broyeur ciment dans la production, et la mauvaise gestion de sa maintenance peut grandement affecter les taux d’arrêts de ce dernier.
C’est la raison pour laquelle notre encadrant de société Mr. Kassaoui nous a proposé ce sujet qui consiste à optimiser la consommation énergétique/arrêts/maintenance du broyeur ciment BK4.
Afin de procéder à cela, notre travail consiste à faire
– L’étude de la consommation électrique spécifique (CES) et la consommation calorifique spécifique (CCS) en traitant les facteurs influençant sur cette dernière à savoir
L’humidité
La qualité de ciment
L’usure du broyeur
Les arrêts
– L’étude des arrêts du broyeur ciment à partir d’une analyse ISHIKAWA/PARETO
– Des recommandations/solutions afin de réduire les pertes et d’améliorer l’efficacité énergétique ainsi que la disponibilité du broyeur ciment BK4.
– L’élaboration d’un plan d’action à partir d’une analyse AMDEC
Pour mener à bien notre projet, nous avons procédé comme suit
Identification des équipements concernés Surveillance et recueil des données
Analyse et étude des causes
Recommandations & solutions

Table des matières

Introduction générale
Chapitre 1 Présentation de l’entreprise et description du processus de fabrication ciment
I- Présentation de la société Holcim Maroc
1. Présentation générale
2. Fiche signalétique
3. L’activité principale de Holcim Maroc
4. Les types de ciments produits par Holcim- Ras El Ma
II- Généralités sur le ciment
1. Définition
2. Composition
III- Description du processus de fabrication du ciment
1. Introduction
2. Chaine de production du ciment
3. Description du processus
Cahier de charges
Chapitre 2 Présentation analytique du broyeur ciment BK4 et étude de sa problématique
1. Introduction
2. Circuit de broyage
I- Présentation du broyeur BK4
II- Gestion énergétique du broyeur BK4
1. Introduction
2. Etude de la consommation énergétique
III- Analyse des causes de la surconsommation énergétique
1. Diagramme d’Ishikawa
2. Analyse des causes
3. Diagramme Pareto
Chapitre 3 Recommandations, solutions et élaboration d’un plan d’action à partir d’une analyse AMDEC
1. Solutions pour réduire les pertes énergétiques analysées précédemment
2. Analyse AMDEC
3. Plan d’action
Conclusion
Annexes
Bibliographie

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