Combustion
Les premiers fours dans lesquels le ciment était brûlé par lots étaient les fours à bouteilles, suivis par les fours à chambres, puis par les fours à cuve continue. Le four à cuve, sous une forme modernisée, est encore utilisé dans certains pays, mais le moyen de combustion dominant est le four rotatif. Ces fours, dont la longueur peut atteindre 200 mètres (660 pieds) et le diamètre six mètres dans les usines de traitement par voie humide, mais qui sont plus courts pour le traitement par voie sèche, sont constitués d’une enveloppe cylindrique en acier revêtue de matériaux réfractaires. Ils tournent lentement sur un axe incliné de quelques degrés par rapport à l’horizontale. Les matières premières, introduites à l’extrémité supérieure, descendent lentement dans le four jusqu’à l’extrémité inférieure, celle de la cuisson. Le combustible utilisé pour la cuisson peut être du charbon pulvérisé, du pétrole ou du gaz naturel injecté par un tuyau. La température à l’extrémité de cuisson varie entre 1 350 et 1 550 °C (2 460 à 2 820 °F), en fonction des matières premières brûlées. Une forme d’échangeur de chaleur est généralement incorporée à l’extrémité arrière du four pour augmenter le transfert de chaleur vers les matières premières entrantes et réduire ainsi la perte de chaleur dans les gaz résiduels. Le produit brûlé sort du four sous forme de petits nodules de clinker. Ceux-ci passent dans des refroidisseurs, où la chaleur est transférée à l’air entrant et le produit refroidi. Le clinker peut être immédiatement broyé en ciment ou stocké dans des réserves pour une utilisation ultérieure.
Dans le procédé semi-sec, les matières premières, sous forme de nodules contenant 10 à 15 % d’eau, sont introduites sur une grille à chaîne mobile avant de passer dans le four rotatif plus court. Les gaz chauds provenant du four sont aspirés à travers les nodules bruts sur la grille, préchauffant ainsi les nodules.
L’émission de poussière des fours à ciment peut être une nuisance importante. Dans les zones habitées, il est habituel et souvent obligatoire d’installer des arrêteurs de cyclones, des systèmes de filtres à sacs ou des précipitateurs électrostatiques de poussière entre la sortie du four et la cheminée. Plus de 50 % des émissions de la production de ciment sont intrinsèquement liées à la production de clinker et constituent un sous-produit de la réaction chimique qui anime le processus actuel. Il est possible de mélanger le clinker avec des matériaux alternatifs pour réduire le besoin de clinker lui-même et ainsi contribuer à réduire les impacts climatiques du processus de fabrication du ciment.
Les cimenteries modernes sont équipées d’une instrumentation élaborée pour le contrôle du processus de combustion. Dans certaines usines, les matières premières sont échantillonnées automatiquement, et un ordinateur calcule et contrôle la composition du mélange brut. Les plus grands fours rotatifs ont des rendements supérieurs à 5 000 tonnes par jour.