Estimation en temps réel du taux de décarbonatation

Le challenge

La production de ciment est assez complexe et difficile en raison de la variabilité des matières premières, des différentes réactions chimiques qui interviennent, de l’inertie des dispositifs tels qu’un précalcinateur, un four rotatif et un système de refroidissement.

Le composant de base du ciment est le clinker. Le clinker est produit à partir de calcaire et d’autres composants minéraux tels que les silicates, les aluminates, etc. L’une des premières étapes est la transformation du calcaire en chaux, ce que l’on appelle la décarbonatation. Elle commence lors du processus de préchauffage et se termine dans le four. Comme le four possède une dynamique lente, la pierre doit être bien préparée avant pour éviter de nombreuses corrections. Le préchauffage doit donc être bien conduit et atteindre un objectif spécifique en matière de décarbonatation. Cette dernière est évaluée très peu de fois par jour et cela n’aide pas vraiment l’opérateur en charge de la production. De plus, le système de préchauffage brûle des combustibles alternatifs qui sont moins chers que les combustibles dédiés au four, il est donc préférable d’utiliser davantage le précalcinateur et d’économiser le combustible utilisé pour le four.

La solution

En développant un mélange de bilans physiques et de modélisation statistique et en utilisant des mesures à haute fréquence en ligne, l’étape de décarbonatation peut être estimée de manière dynamique, et ce capteur logiciel (‘software sensor’, en anglais) suggère à l’opérateur la quantité d’énergie nécessaire pour atteindre la décarbonatation optimale. Cela signifie que ce KPI de qualité est en ligne et aide l’opérateur dans sa prise de décisions.

Le gain potentiel

Ce capteur logiciel suggère à l’opérateur la bonne quantité d’énergie pour décarbonater idéalement le calcaire avant son entrée dans le four.

Cette décarbonatation plus fine évite les manipulations délicates de correction dans le four, ce qui permet de gagner du temps, d’économiser l’énergie du four et d’obtenir une qualité stable pour le clinker. Les économies d’énergie et l’augmentation du temps de production améliorent fortement les KPI de rendement (marge en euros/tonne produite).

Ce type d’innovation est également important pour maintenir l’activité en Europe en assurant une production compétitive. Pour rappel, c’est un des fondements de l’Industrie 4.0.

Architecture

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