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Des briques de remplissage en provenance de la République Tchèque

Heluz – La briqueterie la plus moderne de l’Europe à Hevlin

Au début du mois de mars 2009, la briqueterie Heluz du site tchèque  d'Hevlin située à la frontière autrichienne a été officiellement mise en service. La pose de la première pierre pour la nouvelle briqueterie a eu lieu en octobre 2007. Le planning et la réalisation de cette nouvelle briqueterie ultramoderne ont été confiés à KELLER ICS. La ligne de préparation a été fournie par Rieter Werke de Constance. Grâce à ce nouveau site, la production totale de la société enregistre une augmentation de 40 %.

Le projet

Sur le terrain existant du site, une installation  entièrement nouvelle a été construite pour la production de briques de remplissage à porosité élevée avec une capacité de 800 t/jour (produits cuits). Différents formats d’une masse volumique apparente allant jusqu’ à 0,6 kg/dm³ peuvent y être fabriqués. La rectification de la production complète est possible. Comme matière première de base pour la production des briques de remplissage, on utilise l’argile en provenance de la carrière existante  en y ajoutant de la sciure de bois et des résidus de la fabrication de papier comme additifs poreux. L’usage de polystyrène comme additif est également possible. Les analyses des matériaux nécessaires ont été effectuées à Ibbenbüren-Laggenbeck dans le laboratoire que possède KELLER ICS. Lors de la conception dela briqueterie, les points  essentiels  suivants ont été élaborés ensemble avec le client et adaptés à la situation locale :

  • exploitation optimale de l’atelier de production
  • manutention douce des produits
  • garantie de quantité et de qualité
  • haute disponibilité de l’installation
  • besoin en pièces de rechange très faible
  • consommation d'énergie efficace pour l’opération des machines, du séchoir et du four

Données techniques du projet

La capacité de la nouvelle briqueterie est augmentée pour atteindre jusqu’à 800 t de produits cuits/jour pour une masse volumique apparente de brique de 0,8 kg/dm³. Des produits d’une masse volumique apparente allant jusqu’à 0,6 kg/dm³ peuvent être produits par la nouvelle installation grâce à l’usage renforcé de moyens de porosité.

Temps de travail :
Préparation
50 semaines/an
7 jours/semaine
2 postes/jour
7 heures/poste (eff.)

Façonnage et machines :
50 semaines/an
7 jours/semaine
3 postes/jour
7 heures/poste (eff.)

Capacité pour le format de référence :
16.089.150 briques/an
321.783 briques/semaine
45.969 briques/jour
2.189  briques/heure

Format de référence :
Pour la mise en marche de l’installation, le format de référence a été déterminé  à 380 x 247 x 238 mm avec une perforation de 59 % et avec deux masses volumiques apparentes de 0,6 kg/dm³ et 0,8 kg/dm³. De plus, d’autres produits tels que diverses briques de remplissage, des panneaux de séparation et des briques d’isolation acoustique peuvent y être fabriqués.

Production

 

Préparation de la terre

L’argile non préparée est versée par des pelleteuses dans 2 doseurs linéaires, puis transportée par des convoyeurs à lamelles en acier et amenée dans la zone de préparation par un système de tapis. On ajoute à l’argile des agents porosants, des boues de papier d’un 3ème doseur linéaire et de la sciure de bois déjà préparée provenant d’un silo. Les morceaux métalliques contenus dans la matière première sont évacués grâce à un détecteur de métaux combiné à un convoyeur réversible avant même son arrivée dans le broyeur à meules.
La matière est alors prébroyée sur la piste de meule intérieure munie de plaques fermées du broyeur à meules avec son unité d’alimentation en matière centrale puis se retrouve du fait des racloirs sur la piste de broyage extérieure munie de plaques perforées pour y être à nouveau broyée en traversant les perforations et atterrir sur le plateau collecteur tournant en sens inverse et situé sous le broyeur à meules. Elle est ensuite amenée à la prochaine étape de broyage par un tapis. Un système de régulation et de mesure de l’humidité commande l’ajout d’eau au niveau du broyeur à meules de telle sorte que l’humidité de la matière reste homogène. Le broyeur à cylindres suivant broie cette masse argileuse avec un écartement de broyage de 2 mm. Juste avant le broyeur à cylindres, un répartiteur de matière veille à une répartition homogène de la masse sur toute la largeur des frettes afin d’éviter une abrasion non-uniforme. Des rectifieuses automatiques  sont utilisées pour la rectification des frettes. Le broyeur finisseur haute performance en aval permet une finesse de broyage final de 0,8 mm basée sur la technologie des monobalanciers. Les machines de préparation sont raccordées à une installation de dépoussiérage, la poussière collectée dans le filtre à poussière est renvoyée de manière permanente dans le flux de matière sur le tapis. Un système de tapis amène la masse dont la préparation est terminée soit à la cave à terre soit directement à l’installation de façonnage. La masse est temporairement stockée dans 6 boxes de la cave à terre et subit un processus de pourrissage permettant d’obtenir une plasticité homogène de la masse pour le façonnage. Un système de tapis commandé par ordinateur se charge de l’alimentation afin d’obtenir un mélange intensif de la matière entrant dans la fosse. La masse ressort de la cave à terre via un excavateur longitudinal automatique commandé par ordinateur et est amenée dans la zone de façonnage.

Le point de départ de l’installation de façonnage est un doseur linéaire qui fait office de tampon pour l’argile entre la préparation et le façonnage.  Une installation de tapis permet de décharger la matière dans un conteneur mis à disposition qui passe ensuite par un troisième broyeur à cylindres afin de broyer les morceaux déjà séchés.Der Formgebungsgruppe vorgelagert befindet sich ein weiterer Metalldetektor, um eventuell vorhandene Metallteile eliminieren zu können und somit unnötigen Verschleiß der Maschinen zu verhindern. La masse va être encore intensément mélangée dans le doseur rond, l’humidité finale y est produite et atteinte puis la matière va être pressée au travers de grilles perforées pour être ensuite amenée au groupe d’extrusion. L’humidité est régulée par un système automatique de régulation et de mesure de l’humidité par mesurage de la pression au niveau du gueulard et du courant consommé par la mouleuse. La matière est de nouveau malaxée et mélangée dans le malaxeur à vide à deux arbres puis désaérée dans la chambre à vide avant d’être amenée à la mouleuse. A la sortie de la chambre du malaxeur, le boudin de terre du malaxeur est déchiqueté en petits morceaux par des couteaux rotatifs et des peignes dentés ce qui permet un désaérage efficace et rapide. Un générateur de vapeur d’eau distinct produit de la vapeur qui est conduite à la matière aussi bien dans le doseur rond que dans le malaxeur à deux arbres. La matière est ensuite compressée dans la mouleuse via le cylindre de pressage et le gueulard et  arrive au niveau de la filière dans laquelle se déroule la première étape du façonnage (longueur et largeur du produit). La hauteur du produit est ensuite définie dans le système de coupe en aval.

Les machines du côté humide

Le boudin extrudé passe par ensuite par une plaque de transfert pour arriver au dispositif de coupe. Un tapis mesureur détermine la vitesse exacte du boudin pour une commande précise du dispositif de coupe. Du fait de la forte teneur en eau de gâchage et d’un gabarit très fin des trous, il existe un risque de déformation des produits lors du transport des produits coupés. Pour éviter ce problème, un préperceur est en amont du dispositif de coupe. Le coupeur coupe un produit par cycle de travail qui est transféré à un tapis lui-même muni d’un régulateur de fréquence permettant la mise en place d’intervalles définis entre les produits coupés. La coupe des produits engendre des déchets qui sont réintroduits dans le processus de façonnage via un système de transport des déchets. Trois robots industriels à 4 axes prennent avec précaution 4 produits chacun de leurs côtés coupés et les déposent sur une palette de séchage mise à disposition. Un chariot de transport amène les palettes de séchage chargées dans la zone de chargement des wagonnets de séchoir. Dans le même temps, un convoyeur à courroie amène trois palettes de séchage dans la zone de chargement des palettes. Le chargement des wagonnets de séchoir mis à disposition avec les palettes de séchage chargées ainsi que la mise à disposition de palettes de séchage vides sur le convoyeur à courroie se font via un mécanisme roulant logé sur une voie de roulement de grue. Lors d’un changement de format, un autre mécanisme roulant stocke et déstocke les palettes de séchage nécessaires dans un stockeur de palettes.

Séchoir tunnel

Le séchoir est conçu comme séchoir tunnel avec deux tunnels réglables indépendamment l'un de l'autre et avec des stocks humides en amont. Chaque tunnel est muni d'un sas de sortie pour maintenir le climat de séchage. Trois ventilateurs axiaux installés dans le faux-plafond se chargent de la circulation de l’air nécessaire pour chaque tunnel et circuit de circulation. L’air de séchage est insufflé entre les produits via des fentes dans le plafond et circule. Le four fournit en premier lieu l’énergie calorifique nécessaire. L’énergie additionnelle requise  provient d’un brûleur à commande et des ventilateurs centrifuges la propage dans le séchoir. Le séchoir tunnel est divisé en 10 zones climatiques en fonction du comportement de séchage. L’air humide saturé est évacué du séchoir par des ventilateurs axiaux installés dans les cheminées pour air humide. La régulation des flux entrant et sortant se fait via des vannes de régulation à moteur électrique installées dans les conduites et canaux d’air et via la vitesse de rotation des ventilateurs d’air humide. Les dispositifs de mesure de pression, d'humidité et de température se chargent d'obtenir l'air adapté à chaque situation (par ex. lors d'un changement de format) et du contrôle de la température dans le séchoir tunnel. La commande automatique du séchoir se fait via un ordinateur industriel librement programmable. On peut consulter à tout moment les données de consommation et d'état. Les courbes de séchage dépendantes du format démarrent de manière entièrement automatique, sont comparées avec les valeurs effectives et adaptées en conséquence.

Côté sec et empileuse


Le dépilage des palettes sèches avec les produits séchés se fait au moyen d’un mécanisme roulant à pince, comme pour le côté humide. Un chariot transporte les palettes de séchage chargées en position de déchargement et, dans le même temps, les palettes de séchage vides sont amenées en position d’enlèvement via un convoyeur levable et abaissable. Les palettes de séchage vides sont réceptionnées en position d’enlèvement par le mécanisme roulant et déposées sur les étagères d’un wagonnet de séchoir vide. Les wagonnets de séchoir se chargent de ramener les palettes de séchage vides et empilées vers le côté humide. Un mécanisme roulant avec une pince adaptée décharge les palettes de séchage et dépose les produits séchés sur des convoyeurs à courroie. Une table de stockage stationnaire est installée pour le stockage intermédiaire des produits en fonction de leur format. Un système de convoyeurs à courroie à deux rangées et une butée permettent de grouper les produits et les amènent aux robots d’empilage. La combinaison d’un dispositif de rotation et d’une croix de retournement permet un basculement des produits sur leur face coupée. Deux robots industriels prennent les produits soulevés par des plaques de levage des convoyeurs et forment la charge en tranches sur le wagon de four tunnel. Chaque couche est empilée l’une sur l’autre via des dents pour aider le dégagement de gaz des produits lors de la cuisson. Pour l’empilage de certains produits comme les panneaux de séparation, on utilise des outils distincts de préhension robotique dont le changement est entièrement automatique.

Four tunnel

Le four alimenté avec du gaz naturel est conçu comme un four tunnel et composé de la zone de chauffe, de la zone de cuisson et de la zone  de refroidissement. Les produits séchés perdent l’humidité résiduelle dans le préfour et sont ainsi préparés pour le processus de chauffe et de cuisson. Dans un même temps, le préfour travaille comme sas d’entrée et assure ainsi profil de pression constant dans le four. Dans la zone de chauffe, des brûleurs à grande vitesse avec dispositifs d’allumage et de contrôle de flammes sont installés dans les murs et la voûte du four. Ces brûleurs sont munis d’une alimentation centrale en air de combustion et chauffent, avec les fumées, la charge des wagons de four. De plus, le four tunnel est équipé d’un système de circulation des fumées installé latéralement dans la zone de chauffe.  Il permet une meilleure combustion des agents porosants et une meilleure répartition de la température. Le chauffage du four tunnel se fait essentiellement depuis la voûte du four via un système de brûleurs de voûte composé d’un nombre défini  de brûleurs à injection alimentés en combustible par du gaz naturel. Au niveau de la zone de cuisson, les brûleurs forment sur deux rangées de trous de chauffe un groupe de brûleurs.

Le système de brûleurs de voûte est conçu avec une alimentation commune en air et en gaz. Tous les groupes de brûleurs sont équipés d’une ligne de vannes au niveau de leur entrée qui, lors du processus de poussée ou en cas d'éventuels défauts, provoque un arrêt du groupe des brûleurs. Des ventilateurs d’air à contre-courant pousse l’air frais dans le four tunnel vers les produits chauds ce qui permet de les refroidir. Une partie de l’air ainsi réchauffé est aspirée et conduite vers le séchoir. L'air résiduel circule dans la zone de cuisson et chauffe. Les fumées chaudes circulent depuis la zone de cuisson à travers la charge en direction de l’entrée du four et chauffent ainsi les produits sur les wagons de four. Les fumées refroidies sont aspirées en même temps que les gaz de carbonisation du côté de l’entrée du four et sont amenées à une installation de postcombustion thermique regénérative. Les gaz chargés de polluants sont conduits dans des chambres d’échange de chaleur remplies de matière céramique et y sont chauffés. Les composés organiques volatils s'y enflamment. Le mélange s’enflamme dans la chambre de cuisson et est évacué par l'échangeur de chaleur suivant. Le mélange se refroidit alors et transmet de sa chaleur à l’échangeur de chaleur céramique. L’air refroidi et purifié est évacué dans l’atmosphère via une cheminée. L’ensemble du four est équipé de dispositifs automatiques de mesure, de commande et de régulation ainsi que d’un ordinateur pilote industriel pour la gestion des processus. Les fonctions relatives à la sécurité sont contrôlées par exemple par les dispositifs de commande correspondants. Un signal sonore accompagne tous les messages d’erreur qui peuvent être listés et faire l’objet d’un protocole via l’ordinateur. Le message d’erreur actuel est affiché au niveau de l'armoire électrique.

Déchargement & emballage

Deux robots industriels déchargent les produits cuits des wagons de four tunnel et les déposent sur deux convoyeurs à courroie. Un système de convoyeurs à courroie à deux rangées transporte les produits cuits vers le dispositif de rectification. Les produits reposant sur leur face coupée sont orientés correctement pour la rectifieuse grâce à la combinaison d’un dispositif de rotation et d’une croix de retournement. Un dispositif de transfert suivi d’un convoyeur à courroie sépare les rangées de produits. Un dispositif de transfert orthogonal et un système de convoyeurs à chaîne se charge d’amener chacune des rangées de produits à une rectifieuse à 2 niveaux où ils vont subir une rectification sur mesure à faces planes et parallèles. Un système d’alimentation permet un centrage automatique des produits et leur transfert au système de transport de la rectifieuse. Le système de transport résistant à l’usure assure une conduite précise des produits et compense les aspérités de ces derniers.  L’avance de chaque tête de rectification via des servomoteurs garantit un point d’arrêt et un réajustement exacts. Ces fonctions sont également complétées par un système de mesure spécialement conçu à cet effet.

Une fois la rectification effectuée, la poussière engendrée est aspirée et amenée à deux systèmes de dépoussiérage travaillant indépendamment l’un de l’autre. Deux housses d’isolation acoustique protègent l’environnement du bruit et de la poussière tout en laissant l’accès libre aux rectifieuses pour les travaux de maintenance. Une fois la rectification effectuée, les produits dépoussiérés sont disposés sur leur face coupée et groupés en couches de paquets d’expédition. Un robot industriel empile les couches de produits sur des palettes. Les palettes d’expédition vides sont empilées et mises à disposition sur un convoyeur de stockage, séparées par un dispositif de transfert puis amenées en position de chargement via un système de convoyeurs à chaîne. Les palettes d’expédition en paquets sont amenées par des convoyeurs à chaîne à l’installation d’emballage. Une housseuse les revêt d’un film ensuite rétracté et un dispositif de transfert les remet au convoyeur de stockage à chaîne. Un chariot élévateur les conduit ensuite au stock.


Commande


La commande de toutes les machines et installations aussi pour la préparation et le façonnage repose sur la centrale de commande et de régulation conçue et produite par KELLER  avec un automate API Simatic S7. Des composants coordonnés entre eux et des interfaces standards assurent un déroulement optimal. L’utilisation de systèmes de visualisation augmente la sécurité d’exploitation de l’installation. Dans le même temps, ces systèmes minimisent les temps d’arrêt en cas de défauts. Le téléservice mondial pour les installations KELLER répond également aux besoins les plus exigeants en matière de sécurité de l’exploitation. En cas de défaut, il est possible de trouver rapidement la cause des erreurs sur les machines ou des erreurs de manipulation grâce à un diagnostic ciblé. La disponibilité des contrôleurs des processus industriels et d’automatisation en est ainsi considérablement améliorée. Si nécessaire, notre spécialiste en service peut influencer directement la commande de l'installation. Le téléservice permet la visualisation et la commande à distance de l’installation, la programmation des ordinateurs pilotes industriels et de l’automate (API), l’analyse ciblée des messages d’exploitation et d’erreur ainsi que le transfert de fichiers, des mises à jour de logiciels et de documentations.


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