Cemento Portland INDUSTRIAS I Abril 2010 Fac. de Ingeniería Ing. Ariel Polzinetti

Transcripción

1 Cemento Portland I Abril 2010 Fac. de Ingeniería global leader 1

2 Cemento Portland Definición: Producto artificial resultante de calcinar hasta un principio de fusión mezclas rigurosamente homogéneas de caliza y arcilla, obteniéndose un cuerpo llamado clínker, constituido por silicatos y aluminatos anhidros, el cual hay que pulverizar junto con yeso, para retardar su fraguado. I global leader

3 Cemento Portland El Cemento es un conglomerante hidráulico que, amasado en agua forma una pasta que fragua y endurece, y, una vez endurecido, conserva su resistencia y estabilidad incluso bajo el agua. I global leader

4 Cemento Portland Louis Jean Vicat en 1818 realiza las primeras pruebas cociendo arcillas y calizas. Joseph Aspdin, en 1824 patenta el Cemento Portland. En aparecen las primeras fábricas de cemento en Inglaterra, Francia y Alemania. Fines de 1880 aparecen los primeros Hornos Rotativos. En 1970 aparecen equipos complementarios del Horno Rotativo. I global leader

5 Cemento Portland Moldeable, resistente y duradero. Su principal propiedad es la de formar masas pétreas resistentes y duraderas cuando se lo mezcla con áridos y agua. El endurecimiento de la mezcla ocurre cierto tiempo después del amasado, permitiendo por lo tanto, moldear el producto resultante. I global leader

6 Cemento Portland Consumo = obra publica + obra privada. Industria de capital intensivo. La planta está físicamente ubicada en el yacimiento. La potencia del yacimiento decide la factibilidad de la inversión. Alto consumo de recursos energéticos (Eléctrica / combustibles). Producto donde el flete tiene una alta incidencia en su precio. I global leader

7 Principales Productores - Argentina I global leader

8 Principales Productores Lafarage: mayor productor de cemento en el mundo. (43 países) Holcim: 70 países empleados Cemex: líder México, España, Venezuela, Republica Dominicana, Costa Rica y Panamá y presencia en el sudoeste de los Estados Unidos, Colombia, Filipinas, Egipto e Indonesia Taiheiyo: 327 filiales y 153 afiliados organizados en siete empresas interiores Italcementi Group: capacidad de producción de 70 millones de toneladas anuales I global leader

9 Cemento Portland Capacidad Instalada CAPACIDAD INSTALADA I global leader

10 Cemento Portland Producción Anual

11 Cemento Portland Consumo Argentina

12 Cemento Portland Materias Primas Material CaCO3 Contenido Caliza de alto porcentaje % Caliza margosa 90-96% Marga calcárea 75-90% Marga 40-75% Marga arcillosa 10-40% Arcilla margosa 4-10% Arcilla Ejemplo composición 0-4%

13 Composición Química de Calizas y Margas Comp. (%) Caliza 1 Caliza 2 Caliza 3 Caliza 4 Marga 1 Marga 2 Marga 3 SiO2 3,76 6,21 4,91 4,74 27,98 33,20 21,32 Al2O3 1,10 0,71 1,28 2,00 10,87 8,22 4,14 Fe2O3 0,66 1,24 0,66 0,36 3,08 4,90 1,64 CaO 52,46 49,72 51,55 51,30 30,12 27,30 39,32 MgO K 2O 1,23 0,18 1,48 Indicios 0,63 Indicios 0,30 0,16 1,95 0,20 1,02 0,12 0,75 0,06 Na2O 0,22 Indicios Indicios 0,28 0,33 0,18 0,08 SO3 0,01 1,10 0,21-0,70 0,37 - Pérdida al rojo 40,38 39,54 40,76 40,86 24,68 24,59 32,62 TOTAL ,9 99,9 99,9

14 Composición Química de Arcillas Comp. (%) Arcilla 1 Arcilla 2 Arcilla 3 Arcilla 4 Pérdida al rojo SiO2 7,19 67,29 8,67 62,56 10,40 52,30 6,40 60,10 Al2O3 8,97 15,77 24,70 18,00 Fe2O3 4,28 4,47 6,10 8,20 CaO 7,27 4,80 4,40 0,80 MgO SO3 1,97 0,32 1,38-0,10 1,10 0,20 3,80 K 2O Na2O 1,20 2,35 0,80 2,50 TOTAL , ,51

15 Composición Química de Componentes Correctores Comp. (%) Bauxita Cenizas Pirita Mineral de Hierro Polvo Trag. Alto Horno Arena Pérdida al rojo SiO , ,20 99,20 Al2O Fe2O ,50 CaO 2-4 0,7-0,9 0,5-2, MgO SO3 0,2-1,0-0,2-2 0,8-8 1,5-7 0,3-0,6 0,5-2,5 0,2-2,5 - Na2O K 2O

16 Composición 1,6 Tn 1,6 Tn 1 Tn CO 2 + PIEDRA CALIZA 70-85% ARCILLA CORRECTOR HARINA CLINKER 30 15%

17 Reacciones Cemento Portland Material + Material arcilloso calcáreo T = 1450ºC Clinker Molienda Clinker Cemento Portland + Yeso (4 5 %)

18 Componentes Químicos del Clinker SiO % CaO % Al2O3 4-8% MgO 1-5% Fe2O3 2-5% K2O + Na2O 0-1% Mn2O3 0-3% SO3 0,1-2,5 % 0-0,5 % P2O5 0-1,5 % TiO2 Pérdida al rojo 0,5-3 %

19 Compuestos principales del Cemento Portland Designación Fórmula Porcentaje Abreviatura Silicato tricálcico (alita) 3CaO * SiO % C3 S Silicato dicálcico (belita) 2CaO * SiO % C2 S Aluminato tricálcico (felita) 3CaO * Al2O % C3 A 4CaO * Al2O3 * Fe2O3 5-10% C4AF Ferrito aluminato tretracálcico (celita) (Siendo: CaO = C; SiO2 = S; Al2O3 = A; Fe2O3 = F)

20 Compuestos principales del Cemento Portland SILICATO TRICALCICO (C3S): desarrolla una resistencia inicial elevada, su calor de hidratación es elevado. Su fraguado es lento y su endurecimiento es bastante rápido. SILICATO DICALCICO (C2S): es el componente que otorga al cemento su resistencia a largo plazo, al ser lento su fraguado y muy lento su endurecimiento. Su calor de hidratación es el más bajo de los cuatro.

21 Compuestos principales del Cemento Portland ALUMINATO TRICALCICO (C3A): suministra al cemento un calor de hidratación muy alto, elevadísima velocidad de fraguado (por lo que hay que inhibirlo con yeso en el cemento) y gran retracción. (compuesto que gobierna las resistencias a corto plazo). FERRITO ALUMINATO TETRACALCICO (C4AF): No participa prácticamente en las resistencias mecánicas, su presencia se debe a la alta necesidad de utilizar fundentes que contienen hierro en la fabricación de clinker. Responsable de la resistencia a los ataques químicos.

22 Módulos Cemento Portland Estudios sistemáticos para la composición de las materias primas en la obtención de cementos. Módulo Hidráulico Módulo de Silicatos Módulo Silícico Módulo Alúmina De la comparación de resultados con distintas composiciones se obtuvieron las conclusiones que determinan la optimización de las mezclas más adecuadas para los distintos cementos.

23 Módulos Cemento Portland Módulo = Hidráulico CaO SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 _ = 1,7 2,3 Cuando el valor es inferior a 1,7 se obtienen resistencias muy bajas y con valores superiores a 2,2, una vez puesto en obra, al cabo de pocos días o semanas se producen fenómenos de agrietamiento por expansión, debidas a un contenido elevado de CaO, produciendo un exceso de CaO libre.

24 Módulos Cemento Portland Módulo de Silicatos = SiO2 Al2O3 + Fe2O3 _ = 1,9 3,2 Los cementos mas favorables se encuentran entre 2,2 y 2,6. Los valores que presentan mayores resistencias son cuanto más elevados entre 1,5 y 3,5, siendo expansivos por encima de 3,5 y con menores resistencias por debajo de 2,0.

25 Módulos Cemento Portland Módulo Silícico = Módulo de = Alúmina SiO2 Al2O3 Al2O3 Fe2O3 _ = 2,5 3,5 _ = 1,5 2,5

26 Proceso de fabricación del Cemento Portland

27 Proceso de fabricación del Cemento Portland

28 Proceso de fabricación del Cemento Portland

29 Cemento Portland Horno Rotativo Continuo Calentamiento externo Llama libre Aplicaciones: cemento, cal, aluminio, etc.

30 Cemento Portland Horno Rotativo

31 Horno Rotativo Diagrama

32 Horno Rotativo Diagrama

33 Horno Rotativo - Sellos

34 Horno Rotativo - Apoyos

35 Horno Rotativo - Apoyos

36 Horno Rotativo Apoyos y Corona

37 Horno Rotativo Apoyos y Corona

38 Horno Rotativo RADIACION CONVECCION CONDUCCION TRANSFERENCIA DE CALOR EN EL HORNO ROTATIVO

39 Horno Rotativo Perfil temperatura

40 Horno Rotativo Perfil temperatura

41 Precalentador - H R - Enfriador

42 Precalentador

43 Enfriador

44 Dimensionamiento H R G n L t M V D G = velocidad de alimentación V = vel. desplazamiento del material dentro del horno M = masa de mat. que se encuentra en el horno S = pendiente del horno N = velocidad de rotación del horno t = tiempo de permanecía R = retención, relación. entre vol. de mat. y el vol. del horno

45 Dimensionamiento H R t (min) = V (m/hr) = 0,19 * L (m) _ D (m) * N (rpm) * S (m/m) 60 * L (m) t (min) _ G (Kg/hr) = (kg/m3) * R * V (m/hr) * Sh (m2)

46 Balance Térmico H R Q3 Q4 Q2 Q1 Q4 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

47 Balance Térmico H R Q1 = comb. q. Hinf. Q2 = Qcaco3 + Qreac + Qcao + Qco2 Qcaco3 = calor necesario para llevar el material hasta la temperatura de reacción. Qreac. = calor de reacción. Qcao = calor que absorbe la cal desde que se forma hasta que sale del horno. Qco2 = calor que entrega (-) el dióxido de carbono desde el momento de la reacción hasta que sale por la chimenea.

48 Balance Térmico H R Qcaco3 = Gcaco3. Ccaco3. (tr - tent.) Qreac. = Gcaco3. Cr Qcao = Gcao. Ccao. (ts - tr) Qco2 = Gco2. Cco2. (tch - tr) G = masas horarias (Kg. / h). C = calores específicos (Kcal / ºC. Kg.). Creac = calor de reacción (Kcal / Kg.). tch = temperatura de salida del dióxido de carbono por la chimenea.

49 Balance Térmico H R Q3 = comb. q. Hsup. Qch/100 Q4 = k. Sup. Horno. (tint - text) Q4 = Q1 - (Q2 + Q3) Qch = porcentaje del poder calorífico superior que se llevan los gases que salen por la chimenea. K = coeficiente de radiación del horno.

50 Balance Térmico H R Q3 Q4 Q1 = Q2 + Q3 + Q4 Q2 Q1 Q4 = Q Q1 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 distintas fugas en el horno