Ing. Pablo MartínezSeptiembre 2014

▪ 72.02 – 92.02 INDUSTRIAS I

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DEFINICIÓN: Por proceso productivo

72.02 Industrias I “Clase Cemento”

Producto resultante de calcinar mezclas rigurosamentehomogéneas de caliza y arcilla, obteniéndose uncuerpo llamado clínker, constituido por silicatos yaluminatos anhidros, el cual hay que pulverizar juntocon yeso para retardar su fraguado.

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DEFINICIÓN: Estructural

72.02 Industrias I “Clase Cemento”

Conglomerante hidráulico que, amasado en agua,forma una pasta que fragua y endurece, y, una vezendurecido, conserva su resistencia y estabilidad,incluso bajo el agua.

Dureza vs Paso del tiempo (días)

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CARACTERÍSTICAS

72.02 Industrias I “Clase Cemento”

• Bajo valor agregado

• Industria de capital intensivo

• Planta ubicada cerca del yacimiento

• Alto consumo de recursos energéticos

• El flete posee alta incidencia en el precio

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Principales Productores Argentina

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TIPOS DE CEMENTO

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Norma IRAM 50.000 establece los requerimientos de composición,características físicas, químicas y mecánicas y las condiciones de control yrecepción que deben cumplir los mismos.

-Las clases de cemento se dividen en CP30, 40 o 50 según la resistenciamecánica alcanzada a los 28 días según el ensayo con probeta de mortero decemento según la norma IRAM 1622.

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FICHA TÉCNICA

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MATERIAS PRIMAS

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Piedra caliza

Roca sedimentaria (mineral)

Obtenida por voladura

Principal componente: CaCO3

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MATERIAS PRIMAS

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Arcilla

Roca sedimentaria (mineral)

SiO2 – Al2O3 – Fe2O3

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Materias Primas

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MaterialCaCo3

Contenido

Caliza de alto porcentaje

96 – 100%

Caliza margosa 90 – 96%

Marga calcárea 75 – 90%

Marga 40 – 75%

Marga arcillosa 10 – 40%

Arcilla margosa 4 – 10%

Arcilla 0 – 4%

Composición

Caliza 70-75% Principalmente CaCO3

Arcilla 20-25% SiO2, Al2O3 y Fe2O3

Silicio 2-3%

Hierro 0-1%

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Reacciones – Cemento Portland

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Material arcilloso

Material calcáreo

Clínker

ClínkerCemento Portland

T = 1450°C

Molienda + Yeso

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Componentes principales del Cemento Portland

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Nombre Fórmula Química

Porcentaje

Silicato Tricálcico (alita) 3CaO.SiO2 40-50%

Silicato Dicálcico (belita) 2CaO.SiO2 20-30%

Aluminato Tricálcico (felita) 3CaO.Al2O3 10-15%

Aluminoferrita de Tetracalcio(celita)

4CaO.Al2O3.Fe2O3 5-10%

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COMPONENTES PRINCIPALES

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• Desarrolla resistencia inicial elevada. Fraguadolento, endurecimiento rápido

Silicato tricálcico(alita)

• Otorga al cemento resistencia a largo plazo,fraguado y endurecimiento muy lento.

Silicato dicálcico(belita)

• Elevadísima velocidad de fraguado (hay queinhibirlo con yeso en el cemento) y granretracción (gobierna resistencia a corto plazo)

Aluminato tricálcico (felita)

• No participa en las resistencias mecánicas. Supresencia se debe a la necesidad de utilizarfundentes que contienen hierro en la fabricacióndel clinker. Responsable de resistencia a losataques químicos

Ferrito alumnatotetracálcico

(celita)

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MÓDULOS CEMENTO PORTLAND

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Módulo Hidráulico

Menor a 1,7 - resistencias muy bajas.

Mayor a 2,3 - agrietamientos por expansión debido a exceso de CaO libre.

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MÓDULOS CEMENTO PORTLAND

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Módulo de Silicatos

Menor a 1,9 - resistencias muy bajas.

Mayor a 3,2 – comportamiento expansivo

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MÓDULOS CEMENTO PORTLAND

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Módulo Silícico

Módulo de Alúmina

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PROCESO DE FABRICACIÓN

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Tipos de proceso

Vía húmeda

•Materias primas con alto contenido de humedad

•Requiere filtrado y secado de la pasta

•Se prefería la vía húmeda ya que en la homogeneización se consigue mezcla íntima de materias primas

•Manejo y homogeneización de materias primas más sencillo

• La materia prima de la molienda se mezcla primero con agua, pasta con composición 30-40% agua.

•6300 kJ/kg de clinker

Vía seca

•Homogeneización en silos con aireación

•Ahorro energético considerable: horno consume 3135 kJ/kg de clinker

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PROCESO DE FABRICACIÓN

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Extracción

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Perforación de barrenos

Llenado con agente de voladura

Carga con excavadora a

volquete

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Extracción

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Explosivos utilizados

Dinamitas (Explogel)

Emulsiones (emulsen)

Pentolitas (iniciadores)

A granel(iniciadores)

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Extracción y transporte

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EXCAVADORA + VOLQUETE

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Extracción y transporte

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EXCAVADORA

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Extracción y transporte

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Volquete

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Trituración

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Trituradora de martillos

• Dureza media• Alta tasa de reducción• Desgaste de martillos, rejilla yrevestimientos• Simple o doble rotor

• Se usan ya que la abrasividadde la caliza es baja y se busca unalto coeficiente de reducción

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TRITURACIÓN

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Trituradora de martillos

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PRE-HOMOGENEIZACIÓN

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• Generalmente solo se realizacon la caliza triturada

• Regularizar la composiciónquímica

• Se realiza en parques dealmacenamiento con lecho demezcla en nave o al aire libre

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MOLIENDA

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Molino de rodillos

Aumento de superficie específica

Esta etapa consume un 75% de la energía consumida en el proceso de fabricación de cemento

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MOLIENDA

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MOLIENDA

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HOMOGENEIZACIÓN

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• Se realiza en silos donde seinsufla aire que fluidifica el polvocreando condiciones de turbulenciaregulada que produce un mezcladohomogéneo de las partículas

• Silos adicionan almacenamientointermedio entre la molienda y elhorno rotativo

Garantizar efectividad del proceso de clinkerización

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SECADO Y PRECALENTAMIENTO

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• Eliminación de humedad ycomienzo de calcinación (95%)

• Mayor rendimiento térmico delproceso y economización decombustible en el horno

• Ingresos al horno de hasta800°C

• Sistema de retención yrecuperación de polvos

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PRECALENTAMIENTO

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PRECALENTAMIENTO

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PRECALENTAMIENTO

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Conducto de

escape de fluido

Admisión de la

mezcla

Sección cónica

del ciclón

Fluido libre de

partículas

Mezcla de fluido

y partículas

Sección

cilíndrica del

ciclón

Escape de

partículas

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REACCIONES

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CALCINACIÓN

CLINKERIZACIÓN

Descomposición térmica de carbonato de calcioEliminación de agua, CO2 y otros volátilesAproximadamente 900°C

La cal reacciona con los óxidos que componen la arcilla (SiO2, Al2O3, Fe2O3)Aproximadamente 1400°C

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HORNO ROTATIVO

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CONTINUO

CILINDRO DE ACERO

RECUBRIMIENTO INTERIOR CON LADRILLOS REFRACTARIOS

CALENTAMIENTO EXTERNO –COMBUSTIÓN EN QUEMADORES

GIRO LENTO – MENOS DE 5 RPM

LONGITUD ENTRE 40 Y 60 M

DIÁMETRO ENTRE 3 Y 6 M

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HORNO ROTATIVO - IMÁGENES

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HORNO ROTATIVO - ESQUEMA

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PERFIL DE TEMPERATURAS

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% longitud del horno ZonaTemperaturas °C.

Zonas-material

33

Zona de secado

(hornos por vía

húmeda)

Unos 120

14Zona de

precalefaccion100-550

25 Zona de calcinación 550-1100

20 Zona de clinkerización 1100-1450

8 Zona de enfriamiento 1450-1380

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DIMENSIONAMIENTO H°R°

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BALANCE TÉRMICO

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Q1 = calor entregado al horno quemando combustible

Q2 = calor utilizado en el calentamiento y la reacción química

Q3 = calor que se llevan los gases por la chimenea

Q4 = calor perdido por radiación y fugas en el horno

Q1 = Q2 + Q3 + Q4

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ENFRIADORES

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RECIBE CLINKER A 1300°C

ENFRIAMIENTO BRUSCO DEL CLINKER

AIRE A PRESIÓN LLEVANDO CLINKER A 40°C

VENTILADORES POR DEBAJO DE REJILLA

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ENFRIADORES

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MOLIENDA DE CLINKER

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4% de yeso + adiciones

MOLINO DE BOLAS

ADICIONA YESO

3 a 30 MICRÓMETROS Y FINURAS MENORES A 5000 cm2/g.

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ALMACENAMIENTO Y EXPEDICIÓN

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ALAMCENAMIENTO EN SILOS

Silos de almacenamiento

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ALMACENAMIENTO Y EXPEDICIÓN

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Despacho