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una aproMimacin emprica para calcular la capacidad de los hornos

D. H. GIESKIENG Minerals Processing, n 9, septiembre 1968, pgs. 9-lf

Esta aproximacin emprica se basa fundamentalmente sobre el dimetro de la chapa del horno en la zona de clinkerizacin. Las curvas de capacidad y consumo de combus-tible frente al dimetro dan las relaciones principales, los resultados de las cuales se relacionan despus con la relacin longitud/dimetro y otras variables. Al usar el dimetro de la carcasa en lugar del dimetro interior del ladrillo, surgir al-guna prdida de calor en la zona de clinkerizacin, como necesidad prctica que lleva consigo la formacin y estabilidad de la costra protectora. Los refractarios en esta zona se han standardizado sobre tipos densos de alta conductividad de calor con placas de ace-ro, conduciendo a la carcasa a una participacin activa en el proceso trmico. En un caso en el que se cambia el refractario de la zona de clinkerizacin de un horno de 4 m 0 de 15 a 23 cm de espesor, al reducir el dimetro interior 15 cm, no se afecta de modo apreciable la capacidad. El ladrillo espeso reduce rpidamente su espesor a un valor mas estable de 18 cm. Sin embargo, al cambiar el dimetro de la carcasa del horno 15 cm, probablemente ha-br cambiado su capacidad del orden de un 15 %, de acuerdo con la figura 2. Adems, el horno de barlovento en grupos de hornos idnticos tienen normalmente ms capacidad que los del sotavento mas calientes. Esto sugiere la posibilidad de encontrar la zona de coccin crtica en la carcasa del horno para encontrar las prdidas de calor ms beneficiosas.

Capacidad del horno convencional La figura 1, muestra la relacin entre el dimetro de la zona de coccin de un horno convencional y la capacidad, incluyendo los hornos de va hmeda con cadenas, la va seca con y sin cadenas, y calentados con carbn, fuel-oil y gas. De la proximidad a la curva media y de la mezcla de datos en las varias condiciones, se deduce que el dime-tro en la zona de clinkerizacin es el factor principal comn para valorar la capacidad en el intervalo de tamaos considerado. Se ha examinado la influencia de la relacin longitud/dimetro (L/D) (en un grfico no representado en este artculo), representando las desviaciones de los datos de la cur-va media de la figura 1, frente a sus relaciones L/D. Este efecto es, aparentemente, un poco menor del 1 % para L/D, partiendo de un valor medio L/D de 35. Las tres cuar-tas partes de los puntos representados en el grfico caen en un entorno de 10 % de la

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relacin L/D de la curva media y el 90 % de los puntos en un entorno de 15 %, ten-diendo a ilustrar la diferencia nominal que actualmente se encuentra en la prctica. El efecto de la recuperacin del calor perdido sobre la capacidad, tal como ocurre con los sistemas de cadenas, es aparentemente proporcional al porcentaje de calor ahorrado en relacin con la marcha sin estos dispositivos, y a que entonces se requiere mucha menos proporcin de calor en la zona de clinkerizacin crtica por unidad de produccin. Por ejemplo, dos hornos de 3 m de 0 (1) y (2) representados en la figura 1, con la misma alimentacin y la misma longitud: el (1) est sin cadenas y consume 1.330 kcal/kg, mientras que el (2) tiene un amplio sistema de cadenas y cruces y un consumo de com-bustible de 965 kcal/kg. La curva de la figura 1 es, en efecto, una media de la prctica actual, donde un horno de va seca sin cadenas puede tener quizs una mayor facilidad de coccin que un hor-no idntico con un pequeo sistema de cadenas, y ambos, por lo tanto, pueden tener capacidades similares.

Sistemas de cadenas Mas que concentrar todo el sistema de cadenas prximo al extremo de la alimentacin en un horno de va seca, por un esfuerzo de reducir su exposicin a las ms altas tem-peraturas, parece ms conveniente tener en cuenta la ventaja de emplear aleaciones de ms resistencia al calor y distribuir la misma cantidad de cadenas a lo largo del horno hasta la mxima temperatura permisible. Esto ampliara la agitacin del lecho hasta zo-nas ms bajas del horno creando una exposicin adicional del material, cadenas y refracta-rios a gases ms calientes. Asimismo, al aumentar la distancia media del sistema de cadenas del extremo de la alimentacin, permite que se deposite ms polvo antes de que los gases abandonen el horno. Puesto que una gran parte del mecanismo de transmisin de calor entre los gases, las cadenas y el material, en la va seca, tiene lugar por radiacin, es de esperar que la temperatura ms elevada de trabajo obtenida mejorar el comportamiento en una can-tidad aproximada de:

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Esto es la cuarta potencia de la energa: un pequeo aumento en la temperatura dar una rplica amplia. El mismo principio se aplica a un horno de va hmeda. Una vez seco el material, pa-rece que las cadenas restantes en el sistema pueden diluirse en su distribucin a medida que se profundiza en el horno.

Capacidad del horno con precalentador en suspensin gaseosa La figura 2 muestra la relacin que existe entre el dimetro de la chapa del horno en la zona de clinkerizacin y la capacidad de hornos con precalentadores en suspensin gaseosa calentados con carbn y fuel-oil. Para derivar el efecto L/D, se representan las desviaciones de la curva media frente a las variaciones de L/D de cada horno (fig. 3). Esta curva es la base al introducir una variable muy importante: el efecto no lineal de las relaciones L/D en el horno con precalentador.

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La figura 4 contiene los puntos de la figura 2, corregida por la curva de la figura 3. Es evidente una concordancia mejorada si se compara con la figura 2. Las desviaciones que subsisten pueden deberse a: 1) qumica y tamao de la alimentacin; 2) influencia rela-tivamente menor de elementos auxiliares tales como molino de carbn e influencia del clinker; 3) prdida de polvo; y 4) exactitud de los datos.

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Aunque las tendencias sugeridas por la figura 5, deben de comprobarse ms adelante, las indicaciones inclinan a creer que la qumica de la alimentacin y el tamao son los factores dominantes en la desviacin que subsiste en la figura 4, junto con factores ta-les como el equipo auxiliar, aunque de una importancia mucho menor.

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Fig. 5 Curvas de correccin de "aptitud a la clinkerizacin" para hornos con preca-lentadores de cicln.

Flg. 6 Capacidad de hornos con precalentador con relacin L/D corregida y correccin posterior de la "aptitud a la clinkeriza-cin".

Aptitud a la coccin - hornos convencionales Debido a las desviaciones muy nominales con las que se empieza en la figura 1 y a la falta de datos completos, no ha sido posible formular una curva capacidad/qumica-ta-mao para hornos convencionales. Puesto que una alimentacin ms fina en algunos hor-nos convencionales se ha considerado como una mejora de la capacidad, este efecto pue-de ser despreciable o an opuesto al subrayado en la figura 5, cuando los hornos estn equipados con ciclones precalentadores en suspensin gaseosa.

Consumo de combustible de los hornos con precalentador A causa de la importancia de las prdidas por radiacin de la chapa en la zona de clin-kerizacin del horno, su dimetro tiene un efecto importante sobre el consumo de com-bustible (fig. 7). Las desviaciones de la curva media son de un porcentaje discreto bas-tante bajo, como para hacer impracticable intentar distinguir entre polvo, efectos que causa la qumica-tamao de alimentacin, continuidad y exactitud de datos. Sin embar-go, parece discernible el efecto de la relacin L/D sobre las desviaciones de combusti-ble, como se muestra en la figura 8. La revisin de las figuras 3 y 8 indican la posibilidad de desear un alargamiento de los hornos equipados con precalentador, a una relacin L/D de por ejemplo 20, en vez de 15 a 16 como es normal actualmente. Se gana algo de capacidad y el consumo de com-bustible es aparentemente tan bajo o ligeramente inferior. Esto parece deberse a los be-neficios obtenidos con un tiempo de retencin adicional que facilita un tratamiento completo en la zona de calcinacin y un comportamiento aceptable del horno a los dis-tintos niveles de temperatura en toda su longitud.

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Consumo de combustible - hornos convencionales A medida que se aaden cadenas a los hornos de va seca convencionales, se rebaja el consumo de combustible a valores del mismo orden que los logrados con los precalen-tadores en supensin: diversos hornos han registrado 965 kcal/kg o menos.

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Fig. 7. Consumo de combustible, en kcal/kg, de hornos con precalentador en funcin del dimetro de la chapa del horno en la zona de clinkerizacin. Fig. 8 Desviaciones de la norma, consumo de combustible de los hornos en funcin de la relacin L/D.

Curvas frente a ecuaciones Puesto que la mayor parte de las curvas presentadas no son fciles de deducir a ecua-ciones exactas y sencillas, no se ha intentado realizar este trabajo. Realmente se per-dera exactitud sin conseguir grandes ventajas. Las curvas adems proporcionan una ayuda visual para reconocer el campo de desviacin y las probabilidades de adaptacin.

Eesumen y mirada retrospectiva El anlisis hecho en este breve trabajo identifica por separado la limitacin de factores en las varias areas del proceso en el horno de cemento, principalmente las zonas de preparacin y clinkerizacin. Esto da un conocimiento mas til y real del proceso, si se compara con el intento de atacar las caractersticas del horno con un criterio emprico como es el volumen interno.

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