horno rotatorio

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    06-Nov-2015
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    LECCION 23.- PROCESO DE CLINKERIZACION. 1. Introduccin El proceso de obtencin de clnker de cemento Portland comprende una serie de reacciones mediante las cuales los minerales naturales contenidos en la mezcla cruda se transforman en una mezcla de minerales sintticos que tienen las propiedades hidrulicas deseadas, es decir:

    ( )( ), ( )

    TEMPERATURA TTIEMPO t PRESION p

    MINERALES NATURALES MINERALES HIDRAULICOS La tabla 1.1 muestra los tipos bsicos de reacciones que tienen lugar durante el proceso de coccin.

    Tabla 1.1.- Transformacin de los minerales del crudo en el clinker.

    El proceso de coccin de clinker tiene analogas con la transformacin de rocas sedimentarias e gneas en rocas metamrficas, sin embargo con la excepcin de que tanto el espacio de tiempo como la presin de reaccin son mucho menores. Para compensar de esto, la temperatura requerida de reaccin es ms alta. Fundamentalmente, el proceso de coccin de clinker consiste de dos fases principales, es decir la desintegracin de los componentes de la mezcla cruda original y la formacin de nuevos compuestos (Tabla 1.1). Para fabricar cemento a partir de la mezcla cruda es preciso calentar sta hasta una temperatura de ~1450 C, alcanzando as la sinterizacin o clinkerizacin. El proceso de coccin exige una atmsfera oxidante dentro del horno, ya que, en caso contrario, se obtiene un clinker de color pardo (en vez del color normal de gris verdoso) y el cemento resultante presenta un fraguado ms rpido y resistencias ms bajas. Durante el calentamiento de la harina cruda, y sobre todo a la temperatura de coccin (clinkerizacin o sinterizacin), ya tienen lugar importantes procesos fisicoqumicos, como por ejemplo la deshidratacin de los minerales arcillosos, la descomposicin de los carbonatos (descarbonatacin o expulsin del CO2, normalmente llamada calcinacin), reacciones en estado slido y reacciones con participacin de una fase lquida as como cristalizacin. Estos procesos se ven afectados no slo por factores qumicos en la harina cruda (como por ejemplo su composicin qumica), sino tambin por factores mineralgicos (su composicin mineralgica), y por factores fsicos (finura o tamao de partculas de la harina cruda), homogeneidad y otros factores. El transcurso completo de esas reacciones endotrmicas juega un papel decisivo en la calidad del cemento resultante. La tabla 1.2 muestra una visin de conjunto de las transformaciones que se producen en la harina cruda durante su coccin para la obtencin del clinker y la tabla 1.3 muestra los detalles de las mismas transformaciones. Las figuras 1.1 y 1.2 muestran datos sobre la formacin de nuevas fases que tienen lugar en dichas transformaciones.

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    Tabla 1.2.- Caractersticas importantes del proceso de obtencin del clinker.

    Tabla 1.3.- Transformaciones qumicas en el tratamiento trmico del crudo (Reacciones principales de clinkerizacin).

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    Figura 1.1.- Formacin de las diferentes fases en el horno.

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    Figura 1.2.- Zonas de existencia de las diferentes fases durante el proceso de coccin. Como orientacin, la tabla 1.4 muestra los tipos de minerales que corrientemente estn presentes en las materias primas de cemento. La tabla 1.5 muestra los intervalos tpicos de los varios componentes qumicos, mdulos de control y minerales calculados, encontrados en mezclas crudas para clnker de cemento Portland.

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    Tabla 1.4.- Minerales que corrientemente estn presentes en las materias primas para la fabricacin del clinker.

    Tabla 1.5.- Intervalos de composicin qumica del crudo.

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    La figura 1.3 es una representacin semicuantitativa de los cambios en los minerales que se producen durante los procesos de coccin y enfriamiento del clnker.

    Figura 1.3.- Cambio en el contenido de fases en funcin de la temperatura.

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    Para tener una idea clara de la secuencia de reacciones que tienen lugar en la coccin del crudo para obtener clinker a travs de transformaciones fsico-qumicas complejas, se puede dividir el horno (si todo el proceso tiene lugar en l, como es el caso de la va hmeda) en una serie de zonas que se definen conceptualmente por el intervalo de temperaturas y los perfiles de las reacciones que tienen lugar en ellas (Tabla 1.6). Tabla 1.6.- Zonas definidas por el intervalo de temperaturas y los perfiles de las reacciones que tienen lugar

    en ellas.

    La temperatura del material y de los gases, as como las zonas de reaccin se muestra en la figura 1.4.

    Figura 1.4.- Temperatura del material y de los gases y zonas de reaccin en los hornos de va seca y

    hmeda.

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    La secuencia de reacciones en la coccin del crudo no esta todava clara debido a la amplia variacin de las caractersticas fsico-qumicas de las materias primas, condiciones de operacin del horno y a la dificultad prctica de tomar muestras calientes de las diferentes partes del horno para su estudio. La secuencia de reacciones es casi idntica en los procesos de va seca, semiseca y hmeda. Uno de los primeros estudios demostr que en el proceso de coccin, la deshidratacin, la disociacin y descarbonatacin de los diferentes componentes de las materias primas, as como la formacin de nuevas fases tiene lugar de forma simultnea. 2.-Secado. 2.1.- Introduccin. La evaporacin del agua libre es un proceso endotrmico que se realiza a temperaturas de 100 C o menos y que exige una aportacin de calor suficiente para efectuar el proceso:

    Calor + H2O (lquido) H2O (vapor) La evaporacin del agua libre a 100 C requiere 2253 kJ/kg de agua. En el proceso por va seca el secado se realiza, generalmente, durante la operacin de molienda utilizando la energa de los gases de salida del horno. Sin embargo, tambin existen hornos rotatorios largos, para va seca, sin dispositivos internos y con dispositivos internos para el intercambio trmico, tales como cadenas, puentes de cermica, etc. En el proceso por va hmeda existen las siguientes modalidades: 1.- El horno largo, para va hmeda, el cual cuenta con dispositivos internos para intercambio trmico tales

    como cadenas, celdas y elevadores del material. 2.- El horno corto, para va hmeda, sin dispositivos internos, pero con intercambiadores de calor externos

    al horno para secar parcialmente el lodo o pasta de crudo. A estos intercambiadores se les conoce con las denominaciones de "secador de pasta", "concentrador" y "calcinador".

    3.- El horno, para va hmeda, de longitud media, dotado de secado parcial, de tipo mecnico, como filtros

    de aspiracin y filtros prensa. Para el desmenuzamiento y secado del resto de humedad de las tortas de crudo con 15-20 % de humedad suministradas por el filtro, el horno dispone de cadenas en un tramo de corta longitud.

    4.- El horno corto, para va hmeda, sin dispositivos internos, pero con deshidratadores mecnicos. En este

    caso las tortas procedentes de los dispositivos de deshidratacin preliminar se elaboran para estructu-rarlas en formas, que pasan a un precalentador de cuba vertical (precalentador Davis) o a un precalenta-dor de parrilla (parrilla Polysius).

    2.2.- Eliminacin de agua en las pastas. En la va hmeda la eliminacin del agua de la papilla puede realizarse totalmente dentro del horno rotatorio (Zona de secado) o bien una parte de ella puede eliminarse fuera del horno, con lo cual puede disminuirse su longitud.

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    La disminucin de agua en las pastas de crudo para la va hmeda, antes de su introduccin en el horno, se realiza mediante los siguientes procedimientos: a.- Qumicamente, por adicin de fluidificantes. b.- Mecnicamente c.- Intercambiadores externos de calor (Secaderos de papilla). La dependencia entre el consumo especfico de calor y el contenido de agua de la pasta de crudo o respectivamente el factor de consumo de calor se ilustra en la figura 2.2.1. Se toma como base un contenido de agua del 38 % (Factor = 1).

    Figura 2.2.1.- Factor para el consumo de calor en funcin del contenido de agua en la pasta.

    2.2.1.- Eliminacin de agua por va qumica en las pastas. La pasta de crudo es una mezcla heterognea de agua y materiales slidos, en la cual stos se hallan formando una dispersin de partculas muy finas. Esta mezcla posee determinada viscosidad, medible por la extensin de la pasta en la mesa de Southard. Las pastas fcilmente bombeables presentan viscosidades medidas por una extensin de 6-6.5 cm en el viscosmetro de Southard. La idea es conseguir una papilla con la viscosidad adecuada con el mnimo contenido de agua, para as reducir el consumo de energa necesaria para la evaporacin del agua. En este sentido se aaden a la papilla fluidificantes con lo que se consigue, para una misma concentracin de slidos, rebajar el contenido de agua manteniendo el mismo valor para la viscosidad. Con cada unidad por ciento de descenso de agua en la pasta, crece el caudal del horno en un 1.5 % y simultneamente desciende el consumo de calor en, aproximadamente, el 1 %. Los fluidificantes se agregan en el molino de crudo, en el cual sirven en algunos casos tambin como coadyuvantes de molienda. La accin de los fluidificantes depende sustancialmente de las propiedades fsicas y qumicas del crudo. Para cada materia prima y para cada fbrica se determina, por ensayos, el fluidificante apropiado. Los fluidificantes impiden la formacin de pelculas de material alrededor de las bolas o elementos moledores y con ello se eleva el rendimiento del molino, adems al ser adsorbidos superficialmente por las partculas de crudo saturan su energa superficial de modo que no queda energa residual para atraer a otras partculas y formar aglomerados (Impiden la aglomeracin de las partculas de crudo). Tambin disminuyen el rozamiento entre las partculas elevando, por tanto, la