L'entreprise familiale Jacobi-Walther Dachziegel existe depuis environ 160 ans. Le 200e anniversaire étant le point central des activités de l'entreprise, des mesures sont constamment prises pour améliorer l'efficacité de la production. En tant que l'un des systèmes les plus gourmands en énergie et en CO2, le four tunnel est un point de départ important. Cependant, un four tunnel réagit à tout changement. Les transformations et les rénovations sont donc loin d’être anodines, surtout lorsqu’il s’agit de céramique de toiture. C’est pourquoi Dominic Jung, directeur général de Jacobi-Walther Dachziegel, Martin John, cadre supérieur, et Christian Gäbelein, directeur général de Keratek, considèrent comme un grand succès l’installation et le fonctionnement sans faille de 15 circulateurs Turboblock 800 dans trois fours tunnels de l’usine de Bilshausen.
Une entreprise familiale avec plus de 160 ans d’histoire
Jacobi Tonwerke GmbH est une entreprise familiale qui en est à sa sixième génération. Fondée en 1860 par Joseph Jacobi à Duderstadt, un deuxième site a été créé à Bilshausen en 1919, qui est le site principal depuis 1946. Située à l’ancienne frontière intérieure allemande, l’essor de la construction après la réunification a conduit à une expansion massive des capacités de production. Entre 1992 et 2000, l’entreprise a investi dans quatre nouvelles installations et la production annuelle est passée de quinze à cinquante millions de tuiles pressées. En 2005, l’entreprise de briqueterie Walther, fondée en 1878 à Langenzenn, a été reprise. Selon ses propres informations, Jacobi Tonwerke est l’une des plus grandes entreprises de taille moyenne de l’industrie allemande des tuiles, avec une part de marché d’environ 10 %. Aujourd’hui, 440 employés au total fabriquent exclusivement des tuiles.
Vision « 200 ans de tuiles Jacobi Walther »
Dominic Jung décrit l’objectif principal de l’entreprise comme la vision « 200 ans de tuiles Jacobi Walther ». En tant qu’entreprise familiale, l’entreprise vise la continuité de ses activités et des perspectives d’avenir fiables. Cela implique inévitablement une décarbonisation totale de l’entreprise d’ici l’anniversaire. Pour faire avancer ce processus, l’entreprise travaille à des améliorations progressives de ses processus d’exploitation et de ses installations, telles que la réduction des émissions nocives pour l’environnement, de la consommation d’énergie et des coûts.
Dominic Jung cite comme exemple la centrale de cogénération mise en service en 2016, qui couvre une partie des besoins en électricité de l’installation de manière autonome. Un deuxième exemple est le revêtement intérieur du four récemment appliqué, qui réfléchit une partie de la chaleur qui s'échappe à travers les parois du four vers l'intérieur du four.
L'un des éléments centraux de l'optimisation opérationnelle constante est la surveillance numérique la plus efficace et la plus détaillée des processus et de la consommation, souligne Dominic Jung. La numérisation de l'enregistrement et de l'évaluation des données d'exploitation et de consommation est en cours sur les sites de Bilshausen et Langenzenn depuis près de dix ans. En 2015, les premiers compteurs de gaz et d'électricité ont été équipés d'enregistreurs de données compatibles avec le réseau, ce qui permet de relever automatiquement la consommation et d'enregistrer les valeurs de manière centralisée. Martin John rapporte qu'environ 40 enregistreurs ont déjà été installés. D'autres sont installés partout où des rénovations ou des constructions neuves ont lieu. Le maître céramiste passionné de microélectronique a joué un rôle essentiel dans la numérisation de l'enregistrement des données. Aujourd'hui, 99 % de la consommation de gaz est enregistrée tous les quarts d'heure. Les compteurs d'électricité ne sont pas encore aussi avancés.
Outre le réseau de compteurs, un réseau système a également été installé pour surveiller les performances des systèmes d'exploitation et optimiser la maintenance et le remplacement. La connexion progressive et, dans la mesure du possible, graduelle des systèmes est toujours en cours. Ce n'est pas toujours facile, souligne Martin John, car les systèmes sont très hétérogènes : on y trouve de tout, des pièces originales des années 1930 aux systèmes numérisés modernes.
Une presse connectée en réseau avec un four fournit automatiquement des valeurs de fonctionnement telles que le nombre de pressages par minute et la consommation d'énergie. Ces données peuvent être consultées de manière centralisée via un tableau de bord. La centrale de cogénération est également déjà mise en réseau et démarre automatiquement en fonction de la quantité d'énergie du réseau utilisée. Selon Martin John, la surveillance avec enregistrement détaillé s'est avérée particulièrement utile ces derniers temps en raison des volumes de production et d'utilisation des capacités fluctuants afin de détecter les irrégularités et les pics de consommation.
Décision en faveur des recirculations de Keratek
Dans le cadre de l’extension de l’acquisition de données et de l’optimisation opérationnelle assistée par données, Dominic Jung avait souvent pensé à installer des recirculations dans les fours. Il connaissait ces appareils depuis un précédent travail dans une usine de briques , où il les avait fait installer dans le four. Les circulateurs installés là-bas assuraient entre autres une amélioration de la qualité. La recirculation agit également comme une extension virtuelle du four.
Il a cependant longtemps hésité à installer des circulateurs dans un four à voûte réfractaire. À l’époque, il n’avait guère d’expérience des effets que ces appareils pouvaient avoir sur le four et le produit de tuiles. Enfin, il doutait également que les matériaux disponibles à l’époque puissent résister aux températures du processus.
L’expertise de Keratek GmbH dans l’installation des circulateurs et les propriétés du Turboblock 800 ont fait pencher la balance en faveur de leur installation définitive. Les appareils compacts ont pu être intégrés sans effort dans le plafond du four.
L'équipe Jacobi-Walter a discuté en détail de cette étape au préalable, en interne et avec Christian Gäbelein et Wolf Reschke de Keratek, sur la base des données d'exploitation et des courbes de four et de sécheur. Dominic Jung qualifie ces processus de « toujours une lutte pour une bonne solution ». Le directeur général de Jacobi Tonwerke de Jacobi-Walther Dachziegel souligne qu'il est très utile que les partenaires viennent de l'extérieur, ne soient pas aveugles à l'entreprise et aient acquis une vaste expérience dans différentes entreprises avec différents systèmes.
Christian Gäbelein ajoute qu'il discute analytiquement avec tous les clients du meilleur point de départ pour l'optimisation sur la base de mesures détaillées, effectuées soit par le client, soit par Keratek. La question directrice, dit Gäbelein, est toujours : « Où obtenons-nous le plus grand effet possible ? » Cela varie d'une installation à l'autre et d'un four à l'autre. Il ne peut donc jamais être possible de prédire avec précision le gain d'efficacité, souligne-t-il. Un autre aspect important de cette réflexion, souvent négligé, est le suivi, c’est-à-dire les mesures et les réglages ultérieurs.
Risques liés à l’installation des recirculations
Même le directeur général de Keratek n’a pas pu prévoir avec précision comment le four réagirait à l’utilisation des circulateurs. Il manquait également d’expérience quant à savoir si et comment les roues des circulateurs réagiraient à l’atmosphère particulière d’un four dans lequel les engobes et les glaçures sont cuits. En effet, les glaçures s’évaporent et peuvent se condenser sur des surfaces plus froides et se solidifier à nouveau. Cela peut entraîner des dépôts indésirables et incontrôlés sur les lames. Il peut en résulter des déséquilibres qui augmentent la consommation d’énergie et l’usure.
C’est précisément à cause de ces impondérables, souligne Christian Gäbelein, que l’évaluation des risques joue toujours un rôle particulier en amont. Dans un système complexe, il faut être préparé à des effets inattendus. Pour lui, c’est aussi l’un des attraits de la collaboration avec Keratek : « Ce n’est pas une activité ennuyeuse. »
Suite à l'analyse des risques, il a été décidé de commander et d'installer cinq circulateurs pour chacun des trois fours principaux de Bilshausen.
La planification du projet a commencé en 2019, se souvient Dominic Jung, et la mise en œuvre a eu lieu en 2022.
Installation des circulateurs
L'installation s'est déroulée sans problème. Martin John rapporte que cinq circulateurs ont désormais été intégrés dans chacun des trois fours principaux dans la zone de chauffage dans la plage de température la plus élevée, entre 600 et 800 degrés Celsius. Les circulateurs ont rendu certains brûleurs superflus. Grâce à l'acquisition de données numériques, il a été possible de constater que de nombreuses zones de cuisson ne fonctionnaient qu'à demi-charge. Cela signifiait qu'il fallait chauffer beaucoup d'air. Pour cette raison, environ la moitié des 14 à 15 brûleurs par zone de cuisson et un total d'environ 180 brûleurs sur le four ont été supprimés. La moitié restante des brûleurs fonctionne désormais sous une charge plus élevée pour un rapport air de combustion globalement meilleur et plus efficace.
Martin John souligne que les circulateurs ont également l’avantage de récupérer l’air chaud de la zone de combustion principale, qui circule sous le toit du four, et de le renvoyer dans le four. Les circulateurs réduisent également l’excès d’air nécessaire au chauffage des brûleurs HG, ce qui permet d’économiser de l’énergie.
D’après Dominic Jung, les résultats ont également pu être vérifiés avec précision à l’aide des données des enregistreurs : « Les économies sont de l’ordre de pourcentages à deux chiffres. »
Il est également apparu assez rapidement que les fours à émailler et leur atmosphère particulière ne posaient aucun problème aux ventilateurs.
Tests d'adaptation sur le four
L’un des plus grands défis après l’installation a été de se familiariser avec le nouveau système de combustion. En effet, tout changement des flux d’énergie ou d’air dans un four tunnel influence les schémas de commande existants, explique Dominic Jung. Les opérateurs du four doivent découvrir les nouveaux paramètres en les testant. Cela est particulièrement important pour les tuiles, car le produit doit quitter le four avec la même couleur et le même retrait qu’avant la modification.
Comme c’est toujours le cas chez Jacobi-Walther, les tests pour savoir si les modifications apportées au four ont un effet sur la qualité du produit ont été effectués de manière itérative. Lors du premier test, les valeurs ont été modifiées pendant deux heures et les effets sur le produit ont été testés. En cas de succès, les intervalles de test ont été prolongés jusqu’à plusieurs jours. Dominic Jung souligne qu’en raison de cette approche, une modification pertinente du fonctionnement du four peut prendre plusieurs semaines à six mois avant que les effets ne soient satisfaisants.
Bien que cette approche soit longue, il n’existe pratiquement aucune alternative au vu des coûts impliqués, souligne Christian Gäbelein. Après tout, la valeur des marchandises dans le four est considérable et les tuiles sont un produit avec peu ou pas de tolérance en termes de propriétés. Si des modifications apportées au four entraînent des fissures de refroidissement, des écarts de couleur entre les tuiles ou des différences de couleur entre le haut et le bas de la tuile, le produit est difficile, voire impossible, à vendre.
Évaluation et perspectives
Dominic Jung résume que l'utilisation des circulateurs a dépassé les attentes. Surtout au vu de la sensibilité du produit, qui nécessite une cohérence dans toutes les dimensions. La prochaine étape, ajoute Martin John, consiste à optimiser la surveillance. Des capteurs de vibrations sont installés ultérieurement sur les ventilateurs d'un four afin de surveiller automatiquement les roulements et autres pièces mécaniques et de fournir un avertissement à temps en cas de défaut. Si le système s'avère efficace, il souhaite le transférer à tous les fours tunnel.
Dominic Jung est également satisfait des résultats des optimisations progressives. De 2016 à juin 2024, la consommation de gaz a pu être réduite d’un bon quart et l’efficacité des processus consommateurs de gaz a été améliorée d’un bon quart. La prochaine étape est déjà prévue, à savoir l’enregistrement en ligne de tous les flux de volume et d’énergie vers le four.
Gäbelein est également satisfait du projet. Il commente les gains d’efficacité avec un clin d’œil : « Jusqu’à présent, aucun client n’a consommé plus qu’avant. La plupart des clients reviennent également. » Interrogé sur d’autres projets, il répond qu’en plus d’optimiser les opérations pour les clients, il poursuit actuellement son propre projet. Il recherche pour Keratek un ingénieur ou un technicien qui puisse le soutenir dans son travail à long terme et assumer des responsabilités.
Source ZiegelIndustrie International
