Engineering made by ThyssenKrupp Polysius para la industria del cemento. tk Polysius

Transcripción

1 Engineering made by ThyssenKrupp Polysius para la industria del cemento tk Polysius

2 2 3 El mundo moderno es inimaginable sin la utilización del cemento. El cemento es uno los materiales de construcción más importantes. Razón de ello son sus múltiples posibilidades de aplicación, la sencillez de su preparación y los reducidos costos de su producción. El cemento es un aglomerante que fragua con el aire y bajo el agua, siendo resistente al agua, una vez fraguado. Se compone básicamente de compuesto de óxido de calcio (CaO), ácido silícico (SiO 2 ), alúmina (Al 2 O 3 ) y óxido de hierro (Fe 2 O 3 ). Cemento el material de construccion con pasado y futuro Los componentes crudos son molidos, homogeneizados y cocidos. A partir de los 600 ºC comienza la descomposición de la piedra caliza en CaO y CO 2. Esta reacción queda concluida al alcanzarse los 900 ºC. A partir de los ºC comienza la sinterización, es decir, la unión por fusión de CaO con SiO 2, Al 2 O 3 y Fe 2 O 3 en nuevos compuestos. Esta reacción es exotérmica, de forma que la temperatura de cocción aumenta a aprox ºC, acelerando la sinterización. El material abandona el horno rotatorio en forma de masa granulada el clínker de cemento. El clínker de cemento es el componente principal del cemento. Las propiedades del cemento, como son el tiempo de fraguado y la resistencia, se regulan añadiendo yeso y moliendo a determinadas finuras. Añadiendo arena de escoria de alto horno, puzolana, trass, cenizas volantes y otros materiales minerales inorgánicos, es posible influir sobre las demás características y las posibilidades de aplicación.

3 Preparación de la materia prima. Fabricación de clínker. Fabricación de cemento.... desde la preparación de la materia prima... pasando por la fabricación de clínker... hasta la fabricación del cemento Para una fabricación competente de cementos de alta calidad no es suficiente con vincular entre si máquinas o procesos individuales perfectos. Esta es la razón por la que ThyssenKrupp Polysius, de forma consecuente, integra los conocimientos del proceso y el knowhow de las máquinas en conceptos innovadores para los ámbitos de preparación de la materia prima, fabricación de clínker y fabricación de cemento. Estos conceptos, engranados entre si, dan lugar a soluciones globales económicas y sostenibles para fabricar cemento. Utilizando los procesos de producción ultramodernos, nuestras instalaciones respetan el medio ambiente y los recursos naturales y garantizan al mismo tiempo a los explotadores un máximo de productividad y rentabilidad. Proceso de producción en una fábrica de cemento 1. Trituración La materia prima es triturada a tamaño de grava. 2. Almacenaje intermedio, prehomogeneización La materia prima es depositada en almacenes intermedios o prehomogeneizada en parques. 3. Dosificación La estación de dosificación alimenta al molino el material en cantidad y composición correctas. 4. Molienda En el molino de crudo se muele la materia prima a la finura necesaria, siendo secada al mismo tiempo. 5. Homogenización La harina de crudo es homogeneizada y almacenada en silos, desde donde pasa dosificada al precalentador. 6. Precalentamiento y calcinación En el intercambiador de ciclones con calcinador se efectúa el precalentamiento y la calcinación de la harina de crudo. 7. Cocción La harina de crudo es cocida en el horno rotatorio a una temperatura de aprox ºC hasta convertirse en clínker. 8. Enfriamiento El calor liberado en el enfriamiento es recuperado en su mayor parte para el proceso. Análisis de material y control de calidad 9. Almacenaje La nave de clínker es una estación de aprovisionamiento para la molienda de cemento. 10. Molienda La molienda del clínker se efectúa con los aditivos requeridos en función de la calidad de cemento deseada. 11. Almacenaje, ensacado y carga El cemento es transportado a los silos de almacenamiento. La carga se realiza en vehículos cisterna o sacos. Durante el proceso de producción se analizan periódicamente las composiciones químicas de los materiales en diferentes puntos. Estas operaciones se hacen bien directamente mediante la determinación on-line o mediante la toma de muestras representativas, que son preparadas y analizadas automáticamente en el laboratorio. Sobre la base de los resultados de los análisis puede intervenirse en el proceso para controlar la calidad.

4 6 7 La fabricación de cemento comienza con la extracción de la materia prima y su preparación, un proceso que abarca la explotación en la cantera hasta la alimentación de la harina de crudo al precalentador. Preparación de la materia prima El objetivo de una preparación óptima de las materias primas para la fabricación de cemento consiste en suministrar al proceso de cocción conectado detrás una harina de crudo que debido a su buena calidad y homogeneidad, permite una producción económica de cementos de alta calidad. Para ello es necesario conocer primero exactamente los materiales a utilizar (materia prima y combustibles), para después poder elegir el proceso de producción y las técnicas de mezcla, almacenamiento, homogeneización, molienda y análisis. En la primera fase, geólogos experimentados determinan la materia prima de la cantera. En los laboratorios químicos, mineralógicos y físicos del Centro de Investigación de ThyssenKrupp Polysius se puede analizar, valorar y probar la materia prima. Con la sola aportación de unos pocos detalles y el soporte ofrecido por la importante base de datos atendida por ThyssenKrupp Polysius es posible encasillar y clasificar la materia prima de forma fiable.

5 8 9 Para el almacenaje y la homogeneización de las materias primas antes de su tratamiento ulterior, ThyssenKrupp Polysius ofrece una amplia gama de técnicas en versión circular y longitudinal con procesos de apilado y desapilado perfectamente harmonizados. Teniendo en cuenta los resultados de los análisis de material y las particularidades específicas de cada cliente se procede a continuación a la selección, a la disposición y al dimensionamiento de las máquinas y de la técnica de análisis necesarias. Desde la cantera hasta la alimentación de la harina de crudo al intercambiador Al objeto de disponer en esta fase de la suficiente libertad para diseñar soluciones alternativas, ThyssenKrupp Polysius recurre a ISAR. Este programa, basado en un banco de datos, permite la simulación de configuraciones alternativas de instalación y proceso, inclusive la de la distribución de homogeneidad resultante de la materia prima, para, en definitiva, filtrar de ellas la solución óptima para cada proyecto, tanto en lo que se refiere al proceso como a la economía. Para la molienda de la materia prima ThyssenKrupp Polysius ofrece molinos de rodillos, de bolas y prensas de cilindro: la producción, la humedad de alimentación, la disponibilidad, los trabajos de mantenimiento, el desgaste, así como los costes de inversión y explotación son los factores determinantes del sistema de molienda a eligir. Programa de prestaciones Almacenaje/prehomogeneización de productos a granel Parque longitudinal de almacenaje/ parque longitudinal de prehomo Parque circular de almacenaje/ parque circular de prehomo Molienda/secado Molino vertical QUADROPOL Molino vertical DOROL Molino tubular Prensa de cilindros POLYCOM Separación Separador de alto rendimiento SEPOL Ciclón de alto rendimiento Homogeneización/almacenaje Silo multi-celular Silo de mezcla tangencial Silo de almacenaje/tolva Para la homogeneización o el almacenaje intermedio de productos de grano fino como por ejemplo, la harina de crudo ThyssenKrupp Polysius ofrece silos de la más diversa construcción. El silo multi-celular por ejemplo se compone de varias células y se utiliza preferentemente en aquellos casos en los que la harina de crudo presenta altos valores de disgregación, o bien cuando, impuesto por el proceso, sólo se han previsto volúmenes reducidos de material almacenado para su homogeneización. Dosificación/transporte Transportador dosificador POLDOS Recipiente de transporte a presión POLDENS Transportador neumático vertical AEROPOL Aerodeslizador FLUIDOR Molienda de carbón/preparación del combustible Parque longitudinal de almacenaje/parque circular Molino vertical DOROL Molino tubular Tomamuestras POLAB para polvo de carbón Silo de almacenaje/tolva

6 10 11 Las imposiciones de la industria en lo que a calidad, máxima producción, mínimos costes y reducidos valores de emisión se refiere, deciden actualmente más que nunca la competitividad. Fabricación de clínker Y precisamente por ello el diseño robusto y fiable las reducidas necesidades de recursos la elevada seguridad de servicio los bajos costes de explotación e inversión así como los conceptos integrados en el proceso para reducción de las emisiones constituyen las características más importantes para el éxito de la tecnología de ThyssenKrupp Polysius en la fabricación de clínker. El proceso de cocción del cemento en instalaciones modernas se lleva a cabo actualmente en tres grupos de instalación dispuestos consecutivamente: en el precalentador de ciclones de varias etapas con calcinador se calienta la harina con gases del horno hasta una temperatura de aprox. 800 á 900 ºC y se somete a una descarbonatación. En el horno rotatorio, a aprox ºC, tiene lugar la sinterización un proceso químico / mineralógico, durante el que se obtiene el clínker de cemento. A continuación se procede al enfriamiento de los minerales de clínker en el enfriador. El aire caliente recuperado con el aire de refrigeración se utiliza en el horno como aire de combustión.

7 12 13 ThyssenKrupp Polysius ofrece conceptos de precalentador/calcinador - hechos a la medida, innovadores y, no obstante de ello, técnicamente maduros para la fabricación de cemento gris y blanco, para nuevas inversiones y transformaciones de planta, y perfectamente adaptados todos ellos a las más diversas capacidades de producción (ya se precisen menos de ó más de toneladas diarias). Forman parte de la gama de productos tanto el horno clásico sobre tres apoyos como el horno moderno POLRO que descansa estáticamente definido sobre dos estaciones de rodillo y se acciona directamente. Los quemadores POLFLAME convienen no sólo para combustibles estándar tales como polvo de carbón, fuel oil y/o gas natural, sino también para el uso de combustibles secundarios. El principal objetivo a la hora de cumplir con el ingente espectro de exigencias impuestas es la optimización térmica de toda la instalación mediante eficientes máquinas individuales. Técnicas de precalcinación de alta efectividad permiten plantear hoy en día los hornos rotatorios con dimensiones mucho más reducidas, a pesar de tener por lo general importantes producciones, y ahorrar con ello costes de inversión: las dimensiones realmente necesarias de los hornos vienen determinadas primordialmente por las materias primas y combustibles utilizados, por la configuración de la instalación, por la calidad del clínker de cemento y por la propia cantidad producida. Debido al uso creciente de combustibles con malas propiedades de encendido así como de combustibles secundarios, los hornos de precalcinación modernos son construidos por lo general en una relación longitud/diámetro entre 13 y 15. Con un horno clásico de 2 apoyos estas dimensiones no pueden realizarse. Sin embargo, el horno POLRO de ThyssenKrupp Polysius sobre dos apoyos, accionado directamente por los rodillos conviene perfectamente para este campo de aplicación y combina las ventajas inherentes a un horno sobre dos apoyos con el tiempo de permanencia requerido para el proceso de líneas de horno modernas. Desde el intercambiador hasta el transporte de clinker Los combustibles tradicionales como el carbón, el gas y el combustóleo van escaseando. Para reaccionar a ello, ThyssenKrupp Polysius ya ha iniciado precozmente a focalizar sus investigaciones en el uso de materiales de sustitución para la industria del cemento. AFR: Alternative Fuels and Raw Materials. Los materiales utilizados provienen de basuras domésticas y de residuos industriales y comerciales. Para la combustión en hornos rotatorios convienen tanto aceites usados, disolventes y materias sintéticas como lodos de depuración, papel o madera. Actualmente la industria del cemento en Alemania sustituye ya al 60 por ciento de los combustibles primarios mientras que en el extranjero es sólo un 20 por ciento. Sin embargo ThyssenKrupp Polysius dispone del know-how necesario para construir instalaciones susceptibles de funcionar con el 100 por ciento de combustibles derivados de residuos. En el marco de la estrategia AFR se han adelantado desarrollos de cara a un tratamiento térmico de los residuos para hacer posible la combustión de trozos de 250 á 300 milímetros en el calcinador. Mediante nuestro joint venture FuelTrack ofrecemos la gama completa desde el suministro de los residuos y su tratamiento, hasta la utilización en el horno rotatorio o calcinador. Al evacuar la basura en incineradoras tradicionales, se pone el problema del almacenamiento definitivo de los residuos resultantes. Si por el contrario se utiliza basura en plantas de cemento, las sustancias tóxicas contenidas en ella van ligadas de manera duradera y no contaminante en el clínker de cemento. Además se reduce la emisión de CO 2 lo que es favorable al rendimiento de las instalaciones y al medio ambiente. Programa de prestaciones El enfriador de clínker POLYTRACK se destaca por unos detalles convencedores que son el principio de transporte altamente eficiente, la separación estricta de transporte y aireación, la distribución óptima del clínker, la altura constructiva extremadamente reducida, el elevado rendimiento térmico, la alta disponibilidad y su construcción modular. Estas propiedades recomiendan al POLYTRACK tanto para nuevas instalaciones como para transformaciones. Análisis de material/previo a la alimentación al horno Tomamuestras POLAB para harina de crudo Precalentamiento Precalentador de ciclones DOPOL 90 Calcinación Sistema de calcinación PREPOL Análisis de material/harina caliente Tomamuestras POLAB para harina caliente Cocción Horno sobre 2 apoyos POLRO Horno sobre 2 apoyos (corona) Horno sobre 3 apoyos (corona) Quemador POLFLAME Escáner de la temperatura del horno (KTS) Enfriamiento Enfriador de clínker POLYTRACK Enfriador de clínker para cemento blanco Análisis de material/clínker Tomamuestras POLAB para clínker

8 14 15 En el proceso final de la fabricación de cemento se trata de moler finamente el clínker de cemento, almacenado de forma intermedia en almacenes o silos, añadiéndole yeso como regulador del tiempo de fraguado y eventualmente otros productos hidráulicos. Fabricación de cemento La finura determina la calidad del cemento y con ello la resistencia del hormigón. El cemento terminado se almacena separado por tipos y clases de resistencia en silos, desde los que se realiza el despacho. El abanico de productos ofrecidos por los fabricantes de cemento se ha visto incrementado sensiblemente en los últimos años - una tendencia que por razones económicas y ecológicas seguirá produciéndose también en el futuro. Un ejemplo es la sustitución de clínker de cemento por componentes secundarios, que constituyen los residuos de otras industrias o que se presentan de forma natural. Entre los primeros pueden mencionarse las escorias granuladas de alto horno o las cenizas volátiles procedentes de las centrales térmoeléctricas, entre los segundos las puzolanas naturales y la caliza. También puede utilizarse yeso procedente de depuradores de gases de humo en lugar de yeso natural o anhidrita. Estas sustituciones reducen los costes de inversión y explotación y el impacto medioambiental. Una ventaja que aporta la utilización de combustibles secundarios al usuario son las mejores propiedades de estos llamados cementos compuestos. Los cementos de escorias de alto horno presentan menor desprendimiento de calor durante el fraguado, menor contracción y mayor resistencia a los sulfatos que los cementos Pórtland.

9 16 17 Dos silos de clínker en España. Para la molienda de clínker y/o arena siderúrgica se utilizan molinos de bolas ejecutados como molinos separadores de una o de dos cámaras. A partir de clínker los molinos de rodillos de ThyssenKrupp Polysius producen una gran variedad de cementos de excelente calidad, con ahorro de energía y de manera flexible. Separador de alto rendimiento SEPOL. Para una molienda económica en energía ThyssenKrupp Polysius utiliza prensas de cilindros con producciones superiores de hasta t/h. Silos de cemento en Argentina (c/u para un volumen de m 3 ). La creciente variedad de componentes de cemento, las capacidades de producción también en constante aumento y la exigencia de que una misma instalación deba poder fabricar diferentes tipos de cemento hacen que las instalaciones sean cada vez más complejas. Desde el almacén de clínker al despacho de cemento En el diseño de las instalaciones es necesario por lo tanto poner en un equilibrio estable simultáneamente diferentes criterios. Estamos hablando de la resistencia a la molienda de los diferentes componentes, de sus diferentes finuras en el cemento, de las facilidades en técnica de calor propias de la instalación para el secado de componentes húmedos, y de la regulación de la distribución granulométrica, que incide significativamente en las propiedades del cemento. En el dimensionamiento de instalaciones de molienda de cemento ThyssenKrupp Polysius recurre a ensayos de laboratorio para determinar la resistencia a la molienda. Como complemento del know-how tecnológico ThyssenKrupp Polysius dispone de la gama necesaria en máquinas básicas para realizar los requerimientos del usuario de la planta. En técnica de molienda son molinos de bolas, molinos de rodillos DOROL y QUADROPOL, prensas de cilindros y separadores. La realización técnica de estas máquinas previstas para su operación diaria bajo duras condiciones de servicio requiere una elevada capacitación en ingeniería mecánica, especialmente en técnica de accionamiento, cojinetes de apoyos y engrase, protección antidesgaste y en el diseño de elementos constructivos con elevadas solicitaciones dinámicas. Programa de prestaciones Almacenaje Nave de clínker Silo de clínker Molienda POLYCOM /sistemas de molienda Molino de bolas/sistemas de molienda Molino vertical DOROL Molino vertical QUADROPOL Separador de alto rendimiento SEPOL Enfriador de material fino Secador flash Dosificación/transporte Transportador neumático vertical AEROPOL Recipiente de transporte a presión POLDENS Análisis de material/producto terminado Tomamuestras POLAB para cemento Almacenaje Silo

10 18 19 Por sus especiales requerimientos, la producción de cemento blanco es muy exigente. Para su fabricación se precisan materias primas de pobre coloración y cantidades mínimas de óxido de hierro. De la mezcla se obtiene el clínker blanco por calcinación a una temperatura del orden de C en el horno rotatorio. El proceso determinante y más exigente para la blancura del cemento es el enfriamiento del clínker. Unicamente con sistemas perfectamente diseñados para asegurar este enfriamiento es posible alcanzar la alta calidad requerida. La producción de cemento blanco requiere un know-how especial de las máquinas y conocimientos especiales del proceso, que ThyssenKrupp Polysius ha comprobado ya en todo el mundo con la realización de numerosas instalaciones nuevas o proyectos de remodelación. El concepto innovador de enfriamiento en cascada desarrollado por ThyssenKrupp Polysius permite un enfriamiento rápido del clínker decisivo para la blancura bajo condiciones inertes y dentro de un mínimo de tiempo con una recuperación máxima del calor residual procedente del clínker para el proceso de cocción: El know-how especial El cemento blanco es un codiciado material de construcción. Presenta las mismas ventajas para la construcción como el cemento gris ofreciendo sin embargo unas posibilidades de transformación mucho más especiales. Cemento blanco Después de su enfriamiento en el enfriador rotativo, se alimenta el clínker a una trituradora de rodillos y a continuación a un enfriador POLYTRACK. En este último, el calor desprendido del clínker es recuperado para el aire secundario que es revalorizado térmicamente en un generador de gas caliente antes de pasar a la zona de sinterización. Gracias al aire secundario precalentado que se alimenta al quemador de la zona de sinterización POLFLAME, se facilita una buena combustión del combustible. Además de ello, se evita someter el clínker de cemento blanco ya a un primer enfriamiento en la salida del horno, lo que repercute negativamente en la blancura. Gracias a su gran pureza de color se consiguen superficies claras y brillantes, de apariencia noble, que gustan mucho en los países mediterráneos y del Oriente próximo, tan mimados por el sol. Quemador POLFLAME. Enfriador en cascada de ThyssenKrupp Polysius. Además, es posible colorear el cemento con pigmentos, lo que permite su utilización en la fabricación de productos de color por ejemplo en placas de terrazo.

11 20 21 Sistema de automatización de laboratorio POLAB Shuttle: El transporte de las muestras con robot móvil otorga una libertad hasta ahora desconocida para configurar, ampliar e implantar la instalación. El robot móvil, guiado sobre carriles, sirve a los distintos módulos individuales, como el de recepción, preparación y reserva de muestras, el almacén de entrada/salida y los analizadores. Gracias al innovador concepto de seguridad, el laboratorio se convierte en un espacio de trabajo común para hombre y máquina. Mediante tecnologías multimedia, las informaciones almacenadas en POLCID son puestas a disposición del personal en todos los niveles de la instalación desde el personal de la sala de control pasando por programadores de sistema, hasta la dirección de la fábrica. POLAB APM: el módulo automático de preparación de muestras para XRF y XRD. Compacto, libremente configurable y adaptado a la actualización, el POLAB APM incluye en una misma máquina todos los componentes para la preparación de materias minerales. POLAB ACT es el sistema automático para pequeñas y medianas aplicaciones pero elevadas exigencias. Las muestras tomadas del proceso son bien preparadas para análisis de rutina o Rietveld, o introducidas al granulómetro de rayos láser integrado para análisis de finura. POLAB AMT es el sistema de automatización modular de laboratorio con robots industriales. La misma incorpora en el acreditado concepto modular los módulos estándar actuales del POLAB de recepción de correo neumático y de preparación de muestras. Debido a las excelentes propiedades del cemento como material de construcción y también por su reconocida inocuidad ecológica seguirá aumentando en el futuro su variedad de tipos, y estarán disponibles en el mercado más productos de alto rendimiento y para aplicaciones específicas. Automatización de fábricas control del proceso y de la calidad Ello requiere de plantas de producción con excelente control de calidad y elevado grado de automatización. El abanico de prestaciones de ThyssenKrupp Polysius comprende sistemas de control del proceso, de mando, de regulación y de optimización y sistemas de control de la calidad constante del producto, estructurados todos ellos de forma consecuentemente modular y por lo tanto realizables a la medida de las necesidades específicas del usuario. ThyssenKrupp Polysius diseña e instala, además, equipos eléctricos completos para máquinas individuales y complejas instalaciones. Sistema de control de procesos POLCID : Sobre la base de un know-how de automatización y de conocimientos profundos en materia de proceso e ingeniería, el sistema de control de procesos POLCID ofrece a los usuarios la ventaja de una software de aplicación configurada óptimamente para los requerimientos de la industria cementera. POLCID es un concepto de automatización abierto integrando funciones acreditadas y nuevas en una técnica ultramoderna. El sistema de conducción y control de procesos recurre a componentes hardware y software suministrados por empresas de automatización de renombre mundial. La construcción modular y la plataforma abierta ofrecen posibilidades de adaptación ilimitadas. Sistema de automatización de laboratorio POLAB : Conceptos de producción alternativos y los crecientes requerimientos impuestos a la calidad precisan de estrategias flexibles para asegurar la calidad de todos los productos intermedios y finales. POLAB acepta el desafío un gran abanico de productos eficientes semiautomáticos y automáticos está a disposición para controlar y regular la calidad de productos en todas las fases del proceso de producción: desde los sistemas tomamuestras para harina de crudo y harina caliente, carbón, clínker y cemento, el envío de cemento por correo neumático, hasta sistemas de preparación y análisis de muestras, inclusive el software POLAB AQCnet.

12 22 23 Líneas de producción de 5 x t/d de clínker de cemento de Lafarge Cement en Egipto.