FR3141871A3

FR3141871A3 - Procédé de fabrication de tuiles de toit à l’aide d’un processus de cuisson rapide

Info

Publication number: FR3141871A3
Application number: FR2312403A
Authority: FR
Inventors: Ralf HERMANNSDÖRFER; Reinhold Janssen; Jürgen Winter; Tobias TERHAAR
Original assignee: BMI Group Holdings UK Ltd
Current assignee: BMI Group Holdings UK Ltd
Priority date: 2022-11-11
Filing date: 2023-11-13
Publication date: 2024-05-17
Also published as: PL131789U1; DE202023106176U1; BE1030975A1

Abstract

Selon un premier aspect, l’invention concerne un procédé de fabrication d’une tuile de toit composée d’argile (1), comprenant les étapes suivantes : le fait de prévoir l’argile humide non préparée (1) ; la production d’une suspension d’argile aqueuse (2) ; l’élimination d’une fraction surdimensionnée de la suspension (2), dans lequel la surdimensionnée comprend des grains qui présentent des diamètres supérieurs à une valeur définie ; la granulation de la suspension (2) afin de produire un matériau argileux granulaire (3) ; l’introduction du matériau argileux granulaire (3) dans un moule de pressage (20) ; le pressage du matériau argileux granulaire dans le moule de pressage (20), dans lequel le matériau argileux granulaire (3) est compressé et formé en un moulage de tuile de toit ; le transfert du moulage de tuile de toit vers un four à rouleaux ; et la cuisson du moulage de tuile de toit à l’aide d’un procédé de cuisson rapide. Selon un autre aspect, l’invention concerne une unité (10) de fabrication d’une tuile de toit et une tuile de toit. Figure 1

Description

Procédé de fabrication de tuiles de toit à l’aide d’un processus de cuisson rapide

La présente invention concerne un procédé de fabrication de tuiles de toit, une unité d’exécution du procédé et des tuiles de toit obtenues à l’aide dudit procédé.
Etat de l’art

Les tuiles de toit sont généralement fabriquées à l’aide d’un procédé de pressage humide. Avec ce procédé, de l’argile et/ou de la glaise est extraite d’une carrière, puis est mélangée et préparée pour l’opération de pressage. À partir du mélange d’argile préparé, une colonne continue d’argile est tout d’abord extrudée à l’aide d’une presse d’extrusion. La colonne d’argile est ensuite découpée en mottes. Dans une presse rotative dans laquelle des moules en gypse ont été insérés afin de mettre en forme la partie supérieure et la partie inférieure des tuiles de toit, respectivement, les mottes reçoivent une forme qui correspond aux tuiles de toit. Une fois l’opération de pressage terminée, les moulages des tuiles de toit présente déjà une résistance à vert, qui permet aux moulages de tuiles de toit d’être retirés du moule en plâtre, empilés sur des plateaux de séchage puis séchés. Le séchage des moulages de tuiles de toit permet de réduire la teneur en humidité de l’argile avant la cuisson, et est généralement effectué à une température comprise entre 80°C et 120°C pendant 24 à 36 heures. Une fois le séchage terminé, les moulages de tuiles de toit sont placés sur des cassettes de cuisson en céramique. Les moulages de tuiles de toit sont empilés avec les cassettes de cuisson sur des chariots de cuisson puis transférés vers le four tunnel, dans lequel ils sont cuits à des températures comprises entre 980°C et 1100°C pendant au moins 24 heures.

Les procédés de pressage humide présentent l’inconvénient selon lequel l’eau présente dans le mélange d’argile doit être évacuée de l’argile et du moule de pressage. Si cela n’est pas le cas, l’eau peut quitter les pores des tuiles de toit cuites, ce qui réduit la résistance aux intempéries des tuiles de toit. Les moules de pressage sont ainsi composés de gypse, qui peut absorber l’eau en raison de ses propriétés hygroscopiques. En outre, il reste nécessaire, toutefois, d’équiper les moules de pressage en gypse de conduites d’évacuation. La fabrication de moules de pressage en gypse nécessite beaucoup de main d’œuvre et est donc coûteuse. Étant donné que le gypse s’imprègne rapidement d’humidité, les durées de vie des moules de pressage sont courtes, ce qui provoque des arrêts de production fréquents, en raison de la nécessité de remplacer régulièrement les moules de pressage des presses rotatives.

L’humidité qui reste dans les moulages de tuiles de toit doit être réduite davantage avant la cuisson. Dans le cas contraire, l’eau qui s’évaporera pendant la cuisson laissera une quantité excessive de pores au sein des tuiles de toit cuites, ce qui réduira la résistance aux intempéries des tuiles de toit. Les moulages de tuiles de toit pressées sont donc transférés vers des plateaux de séchage et séchés. Pendant leur transfert, les moulages de tuiles de toit ne doivent être soumis à aucune contrainte mécanique. Dans le cas contraire, une déformation indésirable pourra se produire. De plus, les moulages de tuiles de toit peuvent se déformer pendant le séchage, ou des fissures de séchage peuvent se produire. Les moulages doivent donc être traités avec un soin particulier, qui implique une complexité technique.

La quantité d’énergie consommée par la fabrication de tuiles de toit est très élevée, en raison du séchage et de la cuisson, et de la longue durée de ces deux processus. Étant donné que les fours tunnel sont alimentés au gaz naturel, de fortes émissions de CO₂sont également produites. Du point de vue énergétique, il est également défavorable d’introduire un grand nombre d’aides à la cuisson (cassettes et chariots de cuisson) dans les fours tunnel. Les aides à la cuisson présentent une forte capacité calorifique, et leur chauffage puis leur refroidissement provoquent des pertes thermiques considérables.

Afin d’éliminer certains inconvénients du pressage humide, le brevet DE 195 26 849 A1 propose de fabriquer des tuiles de toit à l’aide d’un procédé de pressage à sec. Dans ce cas, l’argile qui sort de la carrière est acheminée vers un dispositif de stockage temporaire via un système d’alimentation, un broyeur à meules, des laminoirs et un mélangeur. À partir de cette argile préparée, brisée et humide, un matériau granulaire est produit en extrudant tout d’abord de fines colonnes d’argile, qui sont découpées en morceaux de petite taille après avoir quitté l’extrudeuse, et sont recouverts de poussière d’agile sèche, de sorte qu’un matériau argileux granulaire humide qui présente une très grande surface soit formé. Ainsi, l’objectif est de produire un matériau granulaire préséché, fluide mais qui reste plastiquement déformable, qui est pressé en une tuile de toit verte dans une presse. Toutefois, cet enseignement est très difficile à mettre en œuvre dans la pratique.

Étant donné que l’eau a déjà été retirée avant le pressage, la majeure partie du rétrécissement se produit déjà au sien du matériau granulaire et non pas, comme cela est courant avec le pressage humide, pendant le séchage des moulages de tuiles de toit. Les défauts de séchage, qui peuvent devenir visibles à la suite d’une déformation lors de la cuisson des tuiles de toit, ne se produisent ainsi plus.

Toutefois, le pressage à sec de l’art antérieur présente l’inconvénient selon lequel la production de matériau granulaire décrite est associée à un niveau élevé de complexité technique. De plus, les nombreuses étapes impliquent un investissement et des coûts d’exploitation importants en termes de machines et d’unités.
Objet de l’invention

Un objet de l’invention est de prévoir un procédé et une unité de fabrication de tuiles de toit, le procédé présentant une faible consommation d’énergie et des émissions de CO₂minimum, et l’unité pouvant fabriquer des tuiles de toit de grande qualité avec des coûts de production faibles et des délais de production courts.
Description de l’invention

Les principales caractéristiques de l’invention sont décrites dans les revendications.

Un processus de fabrication de tuiles de toit composées d’argile est décrit ici, et comprend les étapes suivantes :

le fait de prévoir de l’argile humide non préparée ;
la production d’une suspension d’argile aqueuse ;
l’élimination d’une fraction surdimensionnée de la suspension, la fraction surdimensionnée comprenant des grains qui présentent des diamètres supérieurs à une valeur définie ;
la granulation de la suspension afin de produire un matériau argileux granulaire ;
l’introduction du matériau argileux granulaire dans un moule de pressage ;
le pressage du matériau argileux granulaire dans le moule de pressage, le matériau argileux granulaire étant compressé et formé en un moulage de tuile de toit,
le transfert du moulage de tuile de toit vers un four à rouleaux, et
la cuisson de la tuile de toit à l’aide d’un procédé de cuisson rapide avec des émissions de CO₂réduites.

Un procédé de cuisson rapide dans le contexte de la présente description doit être compris comme un procédé de cuisson selon lequel un ou plusieurs moulage(s) de tuile(s) de toit est/sont cuit(s) à des températures comprises entre 950°C et 1100°C pendant 4 heures au maximum. Dans le cadre du procédé selon la présente description, une préférence est accordée à la préparation d’argile en vue d'un traitement complémentaire à l’aide d’un pressage à sec. La faible teneur en humidité du matériau argileux granulaire signifie que des moules en acier à durée de vie prolongée peuvent être utilisés pour le pressage, et que le séchage long et énergivore des moulages de tuiles de toit avant la cuisson peut ainsi être éliminé. Étant donné que les moulages de tuiles de toit présentent déjà une grande stabilité dimensionnelle après le pressage, ils peuvent être cuits dans un four à rouleaux sans aides à la cuisson. Ainsi, les pertes énergétiques dans les fours tunnel ou à chambre dues au chauffage et au refroidissement des aides à la cuisson peuvent être ignorées. Le terme « pressage à sec » doit être compris comme désignant un procédé de pressage lors duquel le moulage de tuile de toit pressé présente une teneur en humidité de 20 % ou moins, de préférence de 10 % ou moins, et de préférence de 4 % ou moins après le pressage.

L’argile peut provenir d’une seule carrière (argile de « source unique »). Il n’est pas nécessaire d’ajuster le mélange d’argile composé d’une pluralité d’argiles, étant donné que les propriétés plastiques sont moins importantes pour le procédé selon l’invention.

Il est concevable que l’étape d’introduction du matériau argileux granulaire dans le moule de pressage soit suivie par l’étape d’élimination de l’excédent de matériau granulaire du moule de pressage. En outre, il est concevable que l’introduction du matériau argileux granulaire dans le moule de pressage soit effectuée à l’aide d’une trame de remplissage, et/ou que l’introduction du matériau argileux granulaire dans le moule de pressage soit effectuée en soufflant le matériau granulaire dans le moule de pressage, et/ou que l’introduction du matériau argileux granulaire dans le moule de pressage soit effectuée par aspiration du matériau granulaire dans le moule de pressage.

Selon la présente description, la cuisson des moulages de tuiles de toit est effectuée dans un four à rouleaux à l’aide d’un procédé de cuisson rapide, lors duquel les temps de cuisson des tuiles de toit sont compris entre une heure et quatre heures. Les temps de cuisson réduits par rapport aux procédés de cuisson classiques engendrent une diminution des besoins en énergie et, ainsi, une réduction des émissions de CO₂. En outre, les économies en termes de temps et de coûts sont considérables. De plus, en raison de la jauge réduite dans la chambre de cuisson, il est possible de déclencher ou d’arrêter la cuisson dans un délai très court, ce qui permet d’obtenir des temps d’exploitation flexibles. Cela permet, par exemple, d’éviter les périodes de fabrication coûteuses, comme les week-ends ou les vacances, étant donné que le four à rouleaux peut être arrêté et redémarré rapidement.

Les tuiles de toit sont généralement cuites dans des fours tunnel ou des fours à chambre. Plusieurs moulages de tuiles sont empilés sur des cassettes qui présentent des propriétés réfractaires adéquates afin de former une unité, et cuits dans le four pendant au moins 16 heures. Cette opération implique une chambre de cuisson suffisamment grande, qui engendre à son tour une mauvaise répartition de la chaleur et nécessite une grande quantité d’énergie. De plus, un temps considérable est nécessaire pour mettre en marche et arrêter le four, c’est-à-dire pour le chauffage et le refroidissement, ce qui rend difficile la flexibilité d’utilisation du four. À l’inverse, la cuisson monocouche a lieu dans un four à rouleaux. Le canal de cuisson du four est le plus petit possible, afin d’augmenter la puissance de cuisson du four et, ainsi, de pouvoir cuire plus rapidement le matériau. De plus, la chambre de cuisson doit être la plus petite possible par rapport au résultat souhaité. Seule la charge de rupture des rouleaux constitue un facteur de limitation dans ce cas.

De plus, les fours à rouleaux présentent l’avantage de pouvoir être utilisés sans impact sur l’environnement, contrairement aux fours généralement utilisés dans les fabriques de tuiles, comme les fours tunnel ou les fours à chambre. Par exemple, le four à rouleaux peut fonctionner à l’électricité ou à l’hydrogène. Il est très difficile de faire fonctionner les fours tunnel à l’hydrogène ou à l’électricité.

Il est également concevable que le procédé comprenne une étape de contrôle de la qualité après le pressage du matériau argileux granulaire afin de former des moulages de tuiles de toit. Ici, les moulages défectueux ou insatisfaisants peuvent être renvoyés vers le processus afin de produire une suspension, dans laquelle ils sont à nouveau préparés. Plus particulièrement, l’étape de contrôle de la qualité peut avoir lieu de manière aléatoire.

Le pressage est de préférence effectué dans un moule de pressage, qui peut avoir une première moitié de moule et une deuxième moitié de moule. Dans ce cas, les moitiés de moule peuvent être mobiles l’une par rapport à l’autre entre une position de pressage dans laquelle les moitiés de moule délimitent sensiblement un espace qui reproduit la forme de la tuile de toit finie et une position de remplissage dans laquelle les moitiés de moule sont espacées l’une de l’autre et un matériau de moulage plastiquement déformable peut être placé dans la première et/ou la deuxième moitié de moule. La première moitié de moule et/ou la deuxième moitié de moule possèdent au moins un renfoncement qui reproduit une projection du moulage de tuile de toit fini, dans lequel est prévu, à l’intérieur de et/ou au niveau du renfoncement, un premier élément de pression qui est mobile entre une position de départ dans laquelle le premier élément de pression est renfoncé par rapport à la forme du moule de tuile de toit fini et une position de compression dans laquelle le premier élément de pression reproduit de manière transversale la surface du moulage de tuile de toit. Le processus de pressage de la tuile de toit comprend donc en outre les étapes suivantes :

le fait de prévoir le moule de pressage, dans lequel les moitiés de moule se trouvent dans la position de remplissage et le au moins un premier élément de pression se trouve dans la position de départ,
le remplissage du matériau argileux granulaire dans l’espace,
le déplacement des moitiés de moule en position de pressage, dans laquelle le matériau argileux granulaire est compressé,
le déplacement du au moins un élément de pression dans la position de compression, dans laquelle le matériau argileux granulaire est compressé dans la zone du premier élément de pression.

Étant donné que le premier élément de pression est déplacé dans sa position de compression une fois que le moule de pressage a été fermé, le premier élément de pression soumet le matériau argileux granulaire à une compression supplémentaire dans les zones dans lesquelles le déplacement des moitiés de moule seules ne permet pas une compression suffisante, par exemple dans les renfoncements qui reproduisent des projections du moulage de tuile de toit fini. Cela peut augmenter la stabilité du moulage de tuile de toit dans lesdites zones, et, ainsi, le moulage de tuile de toit présente une meilleure stabilité et une plus grande résistance aux influences externes. La compression supplémentaire peut être effectuée mécaniquement, de manière semi-isostatique et/ou de manière isostatique.

Pendant la compression, l’élément de pression presse la surface du moulage de tuile de toit, suite à quoi la surface de la tuile de toit est gaufrée dans les zones soumises à la compression supplémentaire. Le gaufrage confère une apparence caractéristique à la tuile de toit et est préservé même après la cuisson. Selon le nombre, la taille et la disposition des éléments de pression utilisés, différents motifs de gaufrage sont ainsi créés sur la surface de la tuile de toit.

Les projections susmentionnées peuvent se trouver sur le dessus du moulage de tuile de toit et/ou sur le bas du moulage de tuile de toit. Par exemple, le dessus du moulage de tuile de toit peut présenter un recouvrement et un chevauchement latéral, et le bas du moulage de tuile de toit peut être doté de pattes de fixation, de points de montage, de protections fermées et de nervures de renfort.

Une fois le pressage terminé, le premier élément de pression est de préférence déplacé en position de départ, suite à quoi le moulage de tuile de toit pressé peut être détaché de la moitié de moule respective dans la zone des renfoncements, et le démoulage est simplifié. Les moitiés de moule sont ensuite déplacées en position de remplissage et le moulage de tuile de toit est retiré du moule de pressage. Le risque d’endommagement de la tuile de toit pressée lors du retrait du moule de pressage en raison de l’adhérence de la tuile de toit à une moitié de moule peut ainsi être réduit.

De préférence, un guide destiné à la première et/ou à la deuxième moiti de moule est prévu, le guide, avec les moitiés de moule, délimitant entièrement l’espace dans la position de remplissage et dans la position de pressage. Ce guide peut comprendre plusieurs parties de guidage et peut être déplacé dans une position de démoulage avant que les moitiés de moule ne soient ouvertes. Avec le pressage à sec, l’argile présente une récupération élastique relativement importante au sein du matériau argileux granulaire pressé. La récupération élastique est d’environ 0,7 % à 1 %. Si le moule de pressage est ouvert au sein du guide qui délimite latéralement l’espace pour le retrait du moulage de tuile de toit pressé, le moulage de tuile de toit pressé se dilatera et se retrouvera coincé dans le guide, à la suite de quoi le moulage de tuile de toit pressé pourra être endommagé ou pourra être plus difficile à retirer du moule de pressage. Afin d’éviter ces problèmes, le guide est déplacé latéralement, c’est-à-dire parallèlement à la direction d’extension des moitiés de moule, dans une position de démoulage qui se trouve à une distance des moitiés de moule et dans laquelle le moulage de tuile de toit pressé ne peut pas reposer contre le guide, même en cas de récupération élastique du matériau argileux granulaire, et, ainsi, le moulage de tuile de toit peut se dilater dans la direction d’extension sensiblement parallèle à la surface des moitiés de moule.

Au niveau de la surface de la première et/ou de la deuxième moitié de moule, il peut être prévu au moins un deuxième élément de pression qui est mobile entre une position de départ dans laquelle le deuxième élément de pression dépasse ou est renfoncé par rapport à la forme du moulage de tuile de toit finie et une position de compression dans laquelle le deuxième élément de pression reproduit transversalement la surface de la forme du moulage de tuile de toit, le deuxième élément de pression étant déplacé dans la position de compression pendant ou après le déplacement des moitiés de moule dans la position de pressage et revenant en position de départ une fois l’opération de pressage terminée. Ledit deuxième élément de pression permet, par exemple, une compression supplémentaire du matériau argileux en-dehors des renfoncements.

De préférence, le deuxième élément de pression est, toutefois, couplé à un premier élément de pression prévu dans le renfoncement. Le premier élément de pression est poussé de la position renfoncée vers la position de compression à la suite du déplacement du deuxième élément de pression entre la position de saillie et la position de compression. Dans ce mode de réalisation, le deuxième élément de pression est utilisé pour déplacer le premier élément de pression en position de compression. Dans ce cas, le deuxième élément de pression peut être utilisé comme un élément de commande. De préférence, le premier et le deuxième éléments de pression sont, toutefois, couplés hydrauliquement, et, ainsi, la pression exercée sur le deuxième élément de pression permet le déplacement du premier élément de pression en position de compression.

Le couplage du premier et du deuxième éléments de pression permet de contrôler plus facilement le déplacement du premier et du deuxième éléments de pression entre la position de départ respective et la position de compression respective. En raison du déplacement des moitiés de moule en position de pressage, le matériau argileux exerce une pression sur le deuxième élément de pression, à la suite de quoi le deuxième élément de pression est déplacé en position de compression. En raison du déplacement du deuxième élément de pression en position de compression, le premier élément de pression couplé au deuxième élément de pression est également déplacé en position de compression, et aucun actionnement distinct du premier élément de pression n’est ainsi nécessaire.

De plus, un démoulage simple du moulage de tuile de toit du moule est possible. Par exemple, le deuxième élément de pression, en position de départ, dépasse au-delà de la forme du moulage de tuile de toit finie et est déplacé en position de compression suite à la pression qui augmente pendant le déplacement des moitiés de moule en position de pressage. En raison du couplage du premier et du deuxième éléments de pression, le premier élément de pression est déplacé en position de compression. Lorsque le moule est ouvert, c’est-à-dire lorsque les moitiés de moule sont déplacées en position de remplissage, la pression exercée sur les deuxièmes éléments de pression est réduite, et ils peuvent ainsi revenir en position de saillie, à la suite de quoi le moulage de tuile de toit pressé est soulevé et détaché de la surface du moule. Le premier élément de pression couplé au deuxième élément de pression revient simultanément en position de départ, qui est renfoncée par rapport à la forme de la tuile de toit, à la suite de quoi le moulage de tuile de toit peut également être détaché de la moitié de moule respective dans la zone du renfoncement. Globalement, la tuile de toit n’adhère pas à la moitié de moule respective par la suite, ou que très légèrement, et, ainsi, le risque d’endommagement lors du retrait de la tuile de toit peut être réduit.

De préférence, plusieurs premiers éléments de pression et/ou plusieurs deuxièmes éléments de pression sont prévus, les premiers éléments de pression et/ou les deuxièmes éléments de pression étant couplés les uns aux autres. Une compression suffisante du matériau argileux peut être obtenue avec un élément de pression. En cas d’utilisation de plusieurs éléments de pression, de préférence à surface réduite, la compression peut être mieux contrôlée, ou l’opération de pressage peut être contrôlée de sorte que la compression soit dans chaque cas effectuée sur le matériau argileux dans une zone définie à une pression définie.

Selon un mode de réalisation préféré, les éléments de pression sont conçus de façon à pouvoir réaliser une compression du matériau argileux granulaire d’environ 2:1. Cela signifie que le volume initial du matériau argileux granulaire peut être réduit de moitié à l’aide des éléments de pression préférés ici. Pour cela, les éléments de pression peuvent être composés d’un matériau suffisamment dur et flexible, qui doit également présenter les mêmes propriétés d’expansion que le matériau des moitiés de moule de pressage. De préférence, les éléments de pression peuvent être composés d’acier, par exemple.

Après avoir procédé au remplissage avec le matériau argileux granulaire, les moitiés de moule peuvent être déplacées dans une position d’aération entre la position de remplissage et la position de pressage, dans laquelle l’air présent dans l’espace peut s’échapper de celui-ci.

Lors de la fabrication de la suspension et, par conséquent, au début du processus décrit, il est en outre possible d’éliminer la fraction sous-dimensionnée et la fraction surdimensionnée à l’aide d’un tamis ou d’un filtre. Plus particulièrement, l’élimination est effectuée à l’aide d’un procédé de tamisage humide. Un procédé de tamisage humide permet d’éliminer les tailles de grains indésirables de la suspension sans avoir besoin d’un séchage préalable de la suspension. De plus, le tamisage humide peut empêcher l’obstruction des mailles du tamis, qui peut se produire avec les grains de petite taille lors du tamisage humide. En variante, l’élimination peut être effectuée à l’aide d’une centrifugeuse ou d’un séparateur à cyclone.

Un aspect de l’invention prévoit une unité de fabrication de tuiles de toit à l’aide du procédé selon la présente description. L’unité comprend, plus particulièrement, un dispositif d’alimentation destiné à fournir de l’argile non préparée, un broyeur destiné à produire une suspension, un granulateur destiné à produire un matériau argileux granulaire, un moule de pressage destiné à presser à sec le matériau argileux granulaire afin de former un moulage de tuile de toit, et un four à rouleaux destiné à effectuer une cuisson rapide.

De plus, un concasseur destiné à pré-fragmenter le matériau argileux non préparé en morceaux d’argile d’une taille définie peut être prévu, le concasseur pouvant se trouver en amont du broyeur ou pouvant faire partie du broyeur. Le broyeur peut être un broyeur pendulaire, un broyeur à cylindres vertical ou un broyeur à boulets et à agitateur. Éventuellement, le broyeur peut comprendre un trieur destiné à éliminer l’excédent de matériau (comme les fractions sous-dimensionnées et surdimensionnées), le trieur pouvant comprendre plus particulièrement un tamis.

De préférence, l’unité comprend en outre un glaceur adapté pour finir les surfaces des moulages de tuiles de toit. Par exemple, les moulages peuvent être glacés, gaufrés, enduits ou engobés dans le glaceur.

Selon un autre aspect, l’invention prévoit une tuile de toit composée d’argile qui a été fabriquée à l’aide du procédé décrit ici.
Description des figures

D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention deviendront plus apparents à partir de la formulation des revendications et de la description suivante de modes de réalisation exemplaires sur la base des dessins. Sur les figures :
La [ ] illustre une représentation schématique d’une unité de fabrication de tuiles de toit composées d’argile ;
La [ ] illustre un organigramme d’un procédé de fabrication de tuiles de toit composées d’argile selon un premier mode de réalisation exemplaire ;
La [ ] illustre un organigramme d’un procédé de fabrication de tuiles de toit composées d’argile selon un deuxième mode de réalisation exemplaire ;
La [ ] illustre un moule de pressage destiné à fabriquer des tuiles de toit selon un mode de réalisation préféré dans une position de remplissage ;
La [ ] illustre le moule de pressage de la dans une position de pressage fermée.

La illustre une représentation schématique d’une unité 10 de fabrication de tuiles de toit composées d’argile 1. L’unité 10 illustrée est principalement adaptée pour exécuter le procédé selon la présente description. L’unité 10 illustrée sur la comprend un dispositif d’alimentation 11 qui fournit l’argile de carrière non traitée à un broyeur 12. Dans le broyeur 12, une suspension 2 est produite à partir de l’argile. Selon le procédé décrit ici, la fraction sous-dimensionnée et la fraction surdimensionnée peuvent également être retirées dans le broyeur.

La suspension préparée 2 est ensuite fournie au granulateur 13, qui transforme la suspension 2 en un matériau argileux granulaire 3 qui présente une teneur en humidité définie. Comme cela est illustré sur la , le granulateur 13 peut être, par exemple, une tour de séchage.

L’unité 10 de la comprend en outre un dispositif de stockage temporaire 14, qui est conçu pour stocker et sécher le matériau argileux granulaire 3. De préférence, le dispositif de stockage temporaire 14 comprend un ou plusieurs silo(s).

En guise de section supplémentaire, l’unité 10 comprend un moule de pressage 20 destiné au pressage à sec du matériau argileux granulaire 3 en un moulage de tuile de toit. Enfin, les moulages de tuiles de toit pressés sont transférés vers un four à rouleaux 16 adapté à la cuisson des moulages de tuiles à l’aide d’un procédé de cuisson rapide, c’est-à-dire en moins de 4 heures.

Comme cela est illustré sur la , l’unité 10 peut également comprendre un glaceur 15. Les moulages peuvent être, par exemple, glacés, gaufrés, enduits ou imprimés (par « impression numérique », par exemple) et/ou engobés avant d’être cuits dans le four à rouleaux 16.

La illustre, sous la forme d’un organigramme, les étapes S1 à S8 du procédé, selon la présente description, de fabrication de tuiles de toit composées d’argile 1 selon un premier mode de réalisation exemplaire.

La première étape est l’étape S1 : le fait de prévoir l’argile humide non préparée 1. L’argile 1 est avantageusement fournie à l’unité 10 par une carrière située à proximité. Ainsi, les longs trajets de transport et les coûts associés peuvent être évités ou réduits. Il n’est pas nécessaire d’ajuster le mélange d’argile composé d’une pluralité d’argiles, étant donné que les propriétés plastiques sont moins importantes.

Une fois arrivée au niveau de l’unité 10, l’argile de carrière non traitée 1 peut être directement traitée en une suspension aqueuse 2 dans le broyeur 12, selon l’étape S2. La suspension 2 peut, entre autres, être mieux homogénéisée que le matériau argileux granulaire 3. De plus, les processus d’élimination ultérieurs peuvent également être mieux exécutés par rapport aux processus classiques lorsque l’argile 1 est présente sous forme de suspension aqueuse 2. Le conditionnement du matériau de départ afin de former une suspension 2 est de préférence effectué avec l’alimentation en eau et à l’aide de dissolveurs et d’agitateurs, qui peuvent être intégrés au broyeur 12. À la fin de l’étape S2, la suspension 2 présente de préférence une teneur en solides comprise entre 55 % et 65 %.

Cette étape est suivie par l’étape S3 : l’élimination d’une fraction surdimensionnée de la suspension 2, la fraction surdimensionnée comprenant des grains qui présentent des diamètres supérieurs à une valeur définie. Idéalement, la granulométrie du matériau granulaire ultérieur 3 doit être comprise entre 120 µm et 1000 µm. Cela est garanti est éliminant les grains qui présentent un diamètre supérieur à 1000 µm, dans chaque cas, de la suspension 2. Lors d’une autre étape S3.1 (voir la ), les grains qui présentent un diamètre inférieur à 120 µm peuvent également être éliminés de la suspension 2.

L’élimination de la fraction surdimensionnée et/ou de la fraction sous-dimensionnée de la suspension 2 est suivie par l’étape S4 : la granulation de la suspension 2 afin de produire un matériau argileux granulaire 3. Afin d’obtenir le meilleur résultat de pressage possible, le matériau argileux granulaire 3 doit présenter une teneur en humidité résiduelle comprise entre 2 % et 6 %. Cela empêche le rétrécissement des moulages de tuiles de toit pendant le pressage. Le processus de granulation S4 peut être exécuté, par exemple, à l’aide d’un séchage par pulvérisation ou atomisation dans un granulateur 13 adapté.

L’étape suivante est l’étape S5 : l’introduction du matériau argileux granulaire 3 dans un moule de pressage 20. Afin de produire les moulages de tuiles de toit, le matériau argileux granulaire 3 obtenu à partir de l’étape S4 est de préférence injecté sous pression dans le moule de pressage 20 de l’unité. Cette étape est directement suivie par l’étape S6 : le pressage du matériau argileux granulaire 3 dans le moule de pressage 20, le matériau argileux granulaire 3 étant compressé et mis en forme en un moulage de tuile de toit. Une fois que la quantité souhaitée de matériau argileux granulaire 3 a été introduite dans le moule de pressage 20, les moitiés de moule du moule de pressage 20 sont déplacées de la position de remplissage vers la position de pressage, dans laquelle le moule de pressage 20 reproduit la forme de la tuile de toit finie.

L’étape suivante, l’étape S7, comprend ce qui suit : le transfert du moulage de tuile de toit vers un four à rouleaux 16 afin de le cuire. À la dernière étape, l’étape S8, le moulage de tuile de toit est ensuite cuit afin de former une tuile de toit à l’aide d’une cuisson rapide. Le procédé de cuisson selon l’étape S8 est de préférence exécuté dans un mode de placement en une seule couche. Ainsi, la plus grande part possible de l’énergie rayonnante du four 16 peut être utilisée pour le transfert de chaleur vers les tuiles de toit.

La illustre un organigramme comprenant les étapes S1 à S8 du procédé de fabrication de tuiles de toit composées d’argile 1 selon un deuxième mode de réalisation exemplaire. Le procédé illustré sur la diffère du procédé illustré sur la en ce que le procédé de la comprend les étapes intermédiaires supplémentaires S1.1, S2.1, S3.1 et S4.1.

L’étape S1.1 suit l’étape S1 et comprend ce qui suit : le concassage des blocs d’argile présents au sein de l’argile 1 en morceaux d’argile, les morceaux d’argile présentant un diamètre moyen de 5 cm ou moins. Un concassage ou un meulage de blocs d’argile relativement grands en morceaux d’argile de moins de 5 cm en moyenne peut être effectué, par exemple, dans le broyeur 12 et sert à préparer le matériau non traité qui provient du tas pour les étapes ultérieures.

L’étape S2.1 suit l’étape S2 et comprend ce qui suit : l’ajout d’additifs à la suspension 2. Les additifs facilitent l’homogénéisation de la suspension 2 et servent plus particulièrement à conférer aux tuiles de toit leurs propriétés souhaitées, par exemple afin de maintenir la teneur en solides au sein de la suspension la plus élevée possible.

L’étape S3.1 suit l’étape S3 et comprend ce qui suit : l’élimination d’une fraction sous-dimensionnée de la suspension 2, la fraction sous-dimensionnée comprenant des grains qui présentent des diamètres inférieurs à une valeur définie. Idéalement, la granulométrie du matériau granulaire ultérieur 3 doit être comprise entre 120 µm et 1000 µm. Cela est garanti est éliminant les grains qui présentent un diamètre inférieur à 120 µm de la suspension 2. L’étape S3.1 peut être effectuée en même temps que l’étape S3.

L’étape S4.1 suit l’étape S4 et comprend ce qui suit : le stockage du matériau argileux granulaire 3 dans au moins un dispositif de stockage adapté 14. Le dispositif de stockage temporaire 14 est de préférence un silo. Le stockage dans un dispositif de stockage temporaire 14 contribue à l’homogénéisation du matériau granulaire 3, et, lors de cette phase, par exemple, une égalisation des légères différences de taux d’humidité au sein du matériau granulaire 3 peut se produire. Le fonctionnement du dispositif de stockage temporaire peut durer quelques heures à quelques jours – selon les exigences de production.

Selon un mode de réalisation, le canal de cuisson du four doit être le plus petit possible, afin d’augmenter la puissance de cuisson du four et, ainsi, de pouvoir cuire plus rapidement le matériau. Ici, un autre avantage du procédé décrit est que les moulages de tuiles de toit obtenus peuvent être cuits sans les aides à la cuisson habituelles (comme des cassettes en H ou en U), étant donné qu’ils présentent déjà une stabilité dimensionnelle suffisante dès l’étape de pressage à sec. Ainsi, les aides à la cuisson peuvent être éliminées, ce qui permet de gagner de la place et de réduire les coûts, mais également d’augmenter l’efficacité de cuisson du four. De plus, un four à rouleaux présente l’avantage de pouvoir être utilisé sans impact sur l’environnement, contrairement aux fours généralement utilisés dans les fabriques de tuiles. Par exemple, le four à rouleaux peut fonctionner à l’électricité ou à l’hydrogène.

La illustre le moule de pressage 20 dans une position de remplissage dans laquelle les moitiés de moule 22, 24 sont espacées les unes des autres et un matériau argileux peut être placé dans l’espace. Pour remplir le moule de pressage 20, un dispositif de remplissage 42 est prévu et peut injecter le matériau argileux dans l’espace 30 avec une surpression, à l’aide d’air comprimé. L’injection est effectuée dans une direction d’injection E sensiblement parallèle à la surface 34, 38 de la première et de la deuxième moitiés de moule 22, 24.

À partir de la position de remplissage illustrée sur la , les moitiés de moule 22, 24 peuvent être déplacées l’une vers l’autre dans une direction de pressage P, vers la position de pressage illustrée sur la , dans laquelle l’espace 30 reproduit sensiblement la forme de la tuile de toit 18. L’une des moitiés de moule 22, 24 peut être fixée en place et, ainsi, seule l’autre moitié de moule 22, 24 est déplacée. Toutefois, il est également possible que les deux moitiés de moule 22, 24 puissent être déplacées et soient déplacées l’une vers l’autre lors de l’opération de pressage pour la tuile de toit 18. Les éléments de guidage 28 sont mobiles dans une direction de retrait R sensiblement perpendiculaire à la direction de pressage P, vers une position de retrait dans laquelle les éléments de guidage 28 sont espacés des moitiés de moule 22, 24. Les moitiés de moule 22, 24 possèdent chacune un corps principal 44, 46 composé d’acier, de préférence d’acier à outils. De plus, les surfaces 34, 38 possèdent chacune un revêtement 48, 50 qui, dans le mode de réalisation illustré ici, est formé d’une couche de PU dans chaque cas. Le revêtement 48, 50 réduit l’adhérence du matériau argileux rempli aux surfaces 34, 38 des moitiés de moule 22, 24.

Au niveau de ou dans le renfoncement 40 est prévu un premier élément de pression 52 qui est formé par un tampon de pression qui possède un espace de pression 58 rempli avec un agent de pressurisation incompressible 56. Le premier élément de pression 52 possède une conduite de pression 60 par laquelle l’agent de pressurisation 56, comme de l’huile, peut circuler vers ou hors de l’espace de pression 58. Le premier élément de pression 52 est prévu à la base des renfoncements 40, c’est-à-dire au croisement avec la surface 38 de la deuxième moitié de moule 24 qui fait face à la première moitié de moule 22.

De plus, au niveau de la surface 38 de la deuxième moitié de moule 24 est prévu un deuxième élément de pression 62, dont la structure correspond sensiblement à celle du premier élément de pression 52. Le deuxième élément de pression 62 possède un espace de pression 64 et une conduite de pression 66 qui sont remplis avec l’agent de pressurisation 56.

La conduite de pression 66 du deuxième élément de pression 62 est reliée à la conduite de pression 60 du premier élément de pression 52, de sorte que l’agent de pressurisation 56 puisse circuler entre le premier et le deuxième éléments de pression 52, 62. De plus, les conduites de pression 60, 66 sont reliées à un générateur de pression 68 qui peut fournir l’agent de pressurisation 56 et/ou ajuster la pression dans les conduites de pression 60, 66 et les éléments de pression 52, 62. De préférence, l’agent de pressurisation 56 présente une surpression d’environ 5 Pa à 7 Pa. Les éléments de pression 52, 62 sont chacun formés d’un renfoncement 70, 72 dans le corps principal 46 de la deuxième moitié de moule 24 et le revêtement 50 sous la forme d’une membrane.

Dans la position de remplissage illustrée sur la , le deuxième élément de pression 62, dans une position de départ, est incurvé dans la direction de l’espace 30, c’est-à-dire qu’il dépasse au-delà de la forme de la tuile de toit finie 18 (ligne en pointillés). Dans la position de remplissage, le premier élément de pression 52, dans une position de départ, est renfoncé par rapport à la forme de la tuile de toit finie 18.

Le premier et le deuxième éléments de pression 52, 62 sont couplés l’un à l’autre par les conduites de pression 60, 66 de sorte que le premier élément de pression 52, suite au déplacement du deuxième élément de pression 62 dans une position de compression dans laquelle le deuxième élément de pression 62 reproduit transversalement la forme de la tuile de toit finie, soit déplacé vers l’extérieur par l’agent de pressurisation 56 qui sort du deuxième élément de pression 62 et s’écoule vers le premier élément de pression 52 dans une position de compression dans laquelle le premier élément de pression 52 reproduit également une section de la forme de la tuile de toit 18 (voir la ).

L’invention ne se limite pas à l’un des modes de réalisation décrits ci-dessus, mais peut être modifiée de nombreuses manières.

Toutes les caractéristiques et tous les avantages qui émergent des revendications, de la description et des dessins, y compris les détails structurels, les agencements et les étapes du procédé, peuvent être essentiels à l’invention tant individuellement que dans une grande variété de combinaisons.

Liste des références
Sn Étape n
1 Argile
2 Suspension
3 Matériau argileux granulaire
10 Unité
11 Dispositif d’alimentation
12 Broyeur
13 Granulateur
14 Dispositif de stockage temporaire
15 Glaceur
16 Four à rouleaux
18 Tuile de toit
20 Moule de pressage
22 Première moitié de moule
24 Deuxième moitié de moule
25 Guide
28 Éléments de guidage
30 Espace
34, 38 Surface
40 Renfoncement
42 Dispositif de remplissage
44, 46 Corps principal
8, 50 Revêtement
52 Premier élément de pression
56 Agent de pressurisation
58, 64 Espace de pression
60, 66 Conduite de pression
62 Deuxième élément de pression
70, 72 Renfoncement

Claims

Unité (10) de fabrication d’une tuile de toit, l’unité comprenant :
un dispositif d’alimentation (11) destiné à fournir de l’argile humide non préparée (1) ;
un broyeur (12) destiné à produire une suspension d’argile aqueuse (2) ;
un granulateur (13) destiné à convertir la suspension (2) en un matériau argileux granulaire (3) ;
un moule de pressage (20) destiné à presser à sec le matériau argileux granulaire (3) en un moulage de tuile de toit ; et
un four à rouleaux (16) destiné à cuire les moulages de tuiles à l’aide d’un procédé de cuisson rapide.
Unité (10) selon la revendication 1 destinée à être utilisée dans un procédé comprenant les étapes suivantes :
(S1) le fait de prévoir l’argile humide non préparée (1) ;
(S2) la production de la suspension d’argile aqueuse (2) ;
(S3) l’élimination d’une fraction surdimensionnée de la suspension (2), dans lequel la fraction surdimensionnée comprend des grains qui présentent des diamètres supérieurs à une valeur définie ;
(S4) la granulation de la suspension (2) afin de produire un matériau argileux granulaire (3) ;
(S5) l’introduction du matériau argileux granulaire (3) dans le moule de pressage (20) ;
(S6) le pressage du matériau argileux granulaire dans le moule de pressage (20), dans lequel le matériau argileux granulaire (3) est compressé et formé en un moulage de tuile de toit ;
(S7) le transfert du moulage de tuile de toit vers le four à rouleaux (16), et
(S8) la cuisson du moulage de tuile de toit à l’aide d’un procédé de cuisson rapide.
Unité (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le procédé comprend en outre l’étape suivante après l’étape (S1) :
(S1.1) le concassage des blocs d’argile présents au sein de l’argile (1) en morceaux d’argile, dans lequel les morceaux d’argile présentent un diamètre moyen de 5 cm.
Unité (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le procédé comprend en outre l’étape suivante après l’étape (S2) :
(S2.1) l’ajout d’additifs à la suspension (2).
Unité (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le procédé comprend en outre l’étape suivante avant l’étape (S3) :
(S3.1) l’élimination d’une fraction sous-dimensionnée de la suspension (2), dans lequel la fraction sous-dimensionnée comprend des grains qui présentent des diamètres inférieurs à une valeur définie.
Unité (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le procédé comprend en outre l’étape suivante après l’étape (S4) :
(S4.1) le stockage du matériau argileux granulaire dans au moins un dispositif de stockage temporaire (15), et plus particulièrement un silo.
Unité (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la suspension aqueuse (2) présente une teneur en solides de 20 % à 70 %, plus particulièrement de 55 % à 65 %, avant la granulation.
Unité (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les grains de la fraction surdimensionnée présentent chacun un diamètre supérieur à 1000 µm.
Unité (10) selon l’une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée en ce que les grains de la fraction sous-dimensionnée présentent chacun un diamètre inférieur à 100 µm.
Unité (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau argileux granulaire (3) présente une teneur en solides inférieure à 15 %, plus particulièrement de 1 % à 11 %, après la granulation de la suspension (2).
Unité (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le pressage du matériau argileux granulaire (3) est effectué par pressage à sec.
Unité (10) selon l’une quelconque des revendications 5 à 11, caractérisée en ce que l’élimination de la fraction sous-dimensionnée et de la fraction surdimensionnée est effectuée à l’aide d’un processus de tamisage dans chaque cas.
Unité (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’étape (S1.1) est exécutée dans un broyeur pendulaire ou dans un broyeur à cylindres vertical.
Tuile de toit composée d’argile, caractérisée en ce que la tuile de toit a été fabriquée dans une unité (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes.