Ing. Pablo MartínezSeptiembre 2014
▪ 72.02 – 92.02 INDUSTRIAS I
30/06/2018 1
30/06/2018 2
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.
30/06/2018 3
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)
30/06/2018 4
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
30/06/2018 6
TIPOS DE CEMENTO
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
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.
30/06/2018 8
MATERIAS PRIMAS
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
Piedra caliza
Roca sedimentaria (mineral)
Obtenida por voladura
Principal componente: CaCO3
30/06/2018 9
MATERIAS PRIMAS
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
Arcilla
Roca sedimentaria (mineral)
SiO2 – Al2O3 – Fe2O3
30/06/2018 10
Materias Primas
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
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%
30/06/2018 11
Reacciones – Cemento Portland
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
Material arcilloso
Material calcáreo
Clínker
ClínkerCemento Portland
T = 1450°C
Molienda + Yeso
30/06/2018 12
Componentes principales del Cemento Portland
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
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%
30/06/2018 13
COMPONENTES PRINCIPALES
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
• 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)
30/06/2018 14
MÓDULOS CEMENTO PORTLAND
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
Módulo Hidráulico
Menor a 1,7 - resistencias muy bajas.
Mayor a 2,3 - agrietamientos por expansión debido a exceso de CaO libre.
30/06/2018 15
MÓDULOS CEMENTO PORTLAND
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
Módulo de Silicatos
Menor a 1,9 - resistencias muy bajas.
Mayor a 3,2 – comportamiento expansivo
30/06/2018 16
MÓDULOS CEMENTO PORTLAND
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
Módulo Silícico
Módulo de Alúmina
30/06/2018 17
PROCESO DE FABRICACIÓN
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
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
30/06/2018 19
Extracción
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
Perforación de barrenos
Llenado con agente de voladura
Carga con excavadora a
volquete
30/06/2018 20
Extracción
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
Explosivos utilizados
Dinamitas (Explogel)
Emulsiones (emulsen)
Pentolitas (iniciadores)
A granel(iniciadores)
30/06/2018 24
Trituración
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
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
30/06/2018 26
PRE-HOMOGENEIZACIÓN
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
• Generalmente solo se realizacon la caliza triturada
• Regularizar la composiciónquímica
• Se realiza en parques dealmacenamiento con lecho demezcla en nave o al aire libre
30/06/2018 27
MOLIENDA
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
Molino de rodillos
Aumento de superficie específica
Esta etapa consume un 75% de la energía consumida en el proceso de fabricación de cemento
30/06/2018 30
HOMOGENEIZACIÓN
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
• 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
30/06/2018 31
SECADO Y PRECALENTAMIENTO
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
• 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
30/06/2018 34
PRECALENTAMIENTO
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
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
30/06/2018 35
REACCIONES
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
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
30/06/2018 36
HORNO ROTATIVO
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
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
30/06/2018 39
PERFIL DE TEMPERATURAS
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
% 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
30/06/2018 41
BALANCE TÉRMICO
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
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
30/06/2018 42
ENFRIADORES
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
RECIBE CLINKER A 1300°C
ENFRIAMIENTO BRUSCO DEL CLINKER
AIRE A PRESIÓN LLEVANDO CLINKER A 40°C
VENTILADORES POR DEBAJO DE REJILLA
30/06/2018 44
MOLIENDA DE CLINKER
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
4% de yeso + adiciones
MOLINO DE BOLAS
ADICIONA YESO
3 a 30 MICRÓMETROS Y FINURAS MENORES A 5000 cm2/g.
30/06/2018 45
ALMACENAMIENTO Y EXPEDICIÓN
72.02 Industrias I “Clase Cemento”
ALAMCENAMIENTO EN SILOS
Silos de almacenamiento