3 Mégawatt: EMZ modernise une line de broyage de métaux en l’équipant d’un moteur spécial.
Le recyclage des métaux est l’une des principales sources de matières premières en Europe. Ici, c‘est avant tout des lignes de broyages installées dans des centres de récupérations de métaux qui broient des voitures complètes, des appareils électroménagers ou de la ferraille en vue d’être réutilisée. Fiabilité et performance sont des facteurs décisifs: Decons SAS société privée performante basée dans le département de la Gironde dans le sud-ouest de la France a réalisé en collaboration avec EMZ la modernisation d’un entraînement de broyeur à métaux.
Les casses classiques du passé ont cédé la place à des parcs de recyclage très efficaces. Ils produisent des fragments métalliques en grande quantité et de grande pureté. Leurs principaux clients sont les aciéries et les fonderies spécialisées dans les différents métaux. Derrière cette forme de recyclage se cache le fait que les métaux élémentaires et les alliages ne s’usent pas lorsqu’ils sont utilisés. Ils sont donc à nouveau disponibles à la fin du cycle de vie d’un produit, à condition qu’ils soient déposés dans les centres de récupération pour être recyclés. Les étapes de traitement typiques sont le compactage, le découpage et le broyage dans des installations de broyage avec des puissances installées de l’ordre du mégawatt.
« Le principe de fonctionnement correspond à un broyeur à marteaux rotatif dont les cylindres sont équipés de marteaux mobiles le long d’un axe », explique Benedikt Mathiaszyk, directeur de la société Elektro-Maschinen-Zentrale GmbH à Recklinghausen et responsable des entraînements de grandes puissances et projets. Lorsque le rotor tourne, les marteaux se déplacent vers l’extérieur par la force centrifuge et cassent la ferraille fournie par les cylindres d’alimentation en petits morceaux. Les charges sont si élevées que les marteaux – bien qu’ils soient fabriqués à partir d’un alliage spécial – n’atteignent qu’une durée de vie de deux jours par côté. Après quatre jours, les marteaux d’un poids unitaire d’environ 135 kg doivent être remplacés dans leur totalité. « Cependant, ils traitent plusieurs milliers de tonnes de ferraille. »
Meilleure performance thermique avec un nouveau moteur
Après une modernisation complète de l’installation le rotor du broyeur qui pèse plus de 40 tonnes est à présent entraîné par un moteur à bagues EMZ de 10 pôles. Celui-ci fournit au centre de broyage Decons situé au Pian-Medoc à proximité de la ville de Bordeaux une puissance nominale de 4000 CV, soit environ 3000kW. Les graves problèmes thermiques rencontrés avec l’ancien moteur sont une des raisons ayant conduit au remplacement de l’entraînement. Le moteur était purement et simplement sous-dimensionné pour ce broyeur. Il chauffait et devait sans cesse être refroidi en raison de la surcharge, ce qui ne pouvait être réalisé qu’en réduisant l’approvisionnement en matériaux et, par conséquent, en diminuant la capacité de production.
Le nouveau moteur EMZ spécialement conçu pour l‘entraînement de broyeur à métaux d’une puissance avoisinant les 3000kW dispose de plus de réserve. Selon les estimations de M. Benedikt Mathiaszyk le moteur pourrait également fonctionner avec 3500 kW grâce à son optimisation thermique. Ce qui a également permit le montage du moteur plus puissant sur les fondations de l’ancien moteur sans avoir à effectuer des adaptations coûteuses. Le raccordement de l’accouplement entre le moteur et l’arbre à cardan était tout aussi simple, du moins en ce qui concerne les côtes de montage existantes.
En revanche, pour EMZ, le dimensionnement de la transmission mécanique était beaucoup plus délicat. Le moteur du broyeur est accouplé directement au rotor du broyeur par l’intermédiaire d’un arbre à cardan. Cette construction s’avère nécessaire car le broyeur est monté de manière souple sur de robustes ressorts en acier, tandis que le moteur est ancré sur une fondation en béton rigide et solide. Les calculs du fabricant de l’arbre à cardan effectués avant modification ont révélé des à-coups de couple allant jusqu’à 500kNm qui à leur tour pouvaient causer des charges axiales pouvant atteindre 60 tonnes.
La pleine puissance, même quand les choses se corsent
Les variations de couple rapides et fortes ont des répercussions sur le moteur haute tension. L’ensemble de la construction est résistante aux vibrations jusqu’à une valeur maximale de 28mm/s. En conséquence, la conception de la carcasse, de l’arbre, des parties électriques actives ainsi que des balais charbons, les roulements et les bagues collectrices ont été renforcés par EMZ et rend l’ensemble de la construction si robuste que la comparaison avec un moteur-vibrant est tout à fait pertinente. Toutes les adaptations était basées sur l’objectif de fournir la pleine puissance sans déclassement et d’assurer un fonctionnement sans faille. „ Tout sur ce moteur est spécial“ résume B.M. et parle d’une étroite collaboration avec le fabricant de l’arbre à cardan. Selon son dirigeant, l’entreprise a également été surprise par le niveau des valeurs de couple déterminées au départ, tout comme le fabricant du broyeur.
Les données ont finalement été intégrées dans une conception optimisée de l’arbre avec frette au lieu d’une clavette, qui dans ce cas typique de charge avec à-coups se déforme rapidement. Avec le principe de la frette serrée à l’huile, le demi-accouplement est serré sur l’extrémité de l’arbre et forme ainsi une liaison solidaire. „Grâce à la forte adhérence, nous obtenons presque la résistance d’une liaison soudée. » estime le dirigeant. Lors d’opérations de maintenances ou de réparations le demi-accouplement est retiré en générant une pression d’huile à travers une rainure d’huile dans l’arbre.
Le contrôle de charge est une autre mesure qui rend l’utilisation du moteur à bagues EMZ déterminante dans les installations de broyage. Le moteur monté dans l’installation de la société de recyclage française directement raccordé au réseau fonctionne à vitesse fixe de 595 t/min, une tension de 5500 V et une fréquence de 50Hz. Compte tenu des importantes variations de couple engendrées par le rotor du broyeur qui pèse plus de 40 tonnes et des pics de courant qui en résultent, EMZ a été confronté à la tâche de limiter efficacement les courants de charge. A cette occasion, l’entreprise de Recklinghausen mise sur une technique précise, fiable et sans entretien : le démarreur électrolytique. Le spécialiste dans ce domaine se nomme MKS. La société implantée à Jülich Allemagne a été étroitement associée au projet avec pour objectif de „ proposer conjointement la meilleure solution technique répondant au cahier des charges“ se rappelle Stefan Beese Directeur Général de la société EMZ.
Le rôle du démarreur électrolytique est de réduire la vitesse du moteur lors d’un pic de courant lorsque les marteaux sont confrontés à des ferrailles plus dures ou des fragments de ferrailles de densités différentes. Si le courant dépasse une valeur limite, un servomoteur augmente rapidement les distances de contact entre les électrodes du démarreur à liquide. L’augmentation de la résistance ohmique dans le circuit rotorique induit une réduction contrôlée de la vitesse du moteur et du broyeur. Ce faisant, l’énergie cinétique du système en rotation est utilisée pour compenser les à-coups.
e concept permet de niveler les perturbations du réseau et d’harmoniser la consommation de courant lors de variations de charges. Dans ce contexte, EMZ utilise le démarreur électrolytique MKS comme équipement de commande pour les cylindres d’alimentation. « Lorsque le courant nominal du moteur est atteint, le cylindre s’arrête. Dès que le courant diminue, le matériel est à nouveau débiter » explique Benedikt Mathiaszyk.
La production a augmenté de moitié
Dans la pratique, le concept décrit fonctionne si bien que, après la modernisation de l’unité de broyage, l’entreprise de recyclage du sud de la France a dû adapter les processus logistiques en amont et en aval. L’exploitant parle d’une augmentation de la productivité de l’ordre de 50%, en fonction des matériaux traités, sans que le moteur atteigne ses limites thermiques. L’augmentation de la production a également un impact sur la qualité du matériel broyé. Steffen Kollack, directeur technique de la société Decons SASest très satisfait des performances du nouveau moteur du broyeur : « Nous alimentons plus vite en matériaux, augmentons le volume du broyeur et obtenons ainsi un grain plus fin et une meilleure qualité du fait que les morceaux de métal s’entremêlent. Si dans le passé un plein godet de chargeur sur roues pesait six tonnes, aujourd’hui, en raison de la densité plus élevée du grain nous devons tabler sur huit tonnes. »
