72.02 92.02 INDUSTRIAS I Ing. Pablo Martínez Septiembre 2014 30/06/2018 1
DEFINICIÓN: Por proceso productivo Producto resultante de calcinar 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. 30/06/2018 2
DEFINICIÓN: Estructural 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. Dureza vs Paso del tiempo (días) 30/06/2018 3
CARACTERÍSTICAS 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 4
Principales Productores Argentina 30/06/2018 5
TIPOS DE CEMENTO Norma IRAM 50.000 establece los requerimientos de composición, características físicas, químicas y mecánicas y las condiciones de control y recepción que deben cumplir los mismos. -Las clases de cemento se dividen en CP30, 40 o 50 según la resistencia mecánica alcanzada a los 28 días según el ensayo con probeta de mortero de cemento según la norma IRAM 1622. 30/06/2018 6
FICHA TÉCNICA 30/06/2018 7
MATERIAS PRIMAS Piedra caliza Roca sedimentaria (mineral) Obtenida por voladura Principal componente: CaCO3 30/06/2018 8
MATERIAS PRIMAS Arcilla Roca sedimentaria (mineral) SiO2 Al2O3 Fe2O3 30/06/2018 9
Materias Primas Material Caliza de alto porcentaje CaCo 3 Contenido 96 100% Caliza margosa 90 96% Composición Marga calcárea 75 90% Marga 40 75% Marga arcillosa 10 40% Arcilla margosa 4 10% Arcilla 0 4% Caliza 70-75% Principalmente CaCO3 Arcilla 20-25% SiO2, Al2O3 y Fe2O3 Silicio 2-3% Hierro 0-1% 30/06/2018 10
Reacciones Cemento Portland Material arcilloso Material calcáreo T = 1450 C Clínker Clínker Molienda + Yeso Cemento Portland 30/06/2018 11
Componentes principales del Cemento Portland Nombre Fórmula Química Porcentaje Silicato Tricálcico (alita) 3CaO.SiO 2 40-50% Silicato Dicálcico (belita) 2CaO.SiO 2 20-30% Aluminato Tricálcico (felita) 3CaO.Al 2 O 3 10-15% Aluminoferrita de Tetracalcio (celita) 4CaO.Al 2 O 3.Fe 2 O 3 5-10% 30/06/2018 12
COMPONENTES PRINCIPALES Silicato tricálcico (alita) Desarrolla resistencia inicial elevada. Fraguado lento, endurecimiento rápido Silicato dicálcico (belita) Otorga al cemento resistencia a largo plazo, fraguado y endurecimiento muy lento. Aluminato tricálcico (felita) Elevadísima velocidad de fraguado (hay que inhibirlo con yeso en el cemento) y gran retracción (gobierna resistencia a corto plazo) Ferrito alumnato tetracálcico (celita) No participa en las resistencias mecánicas. Su presencia se debe a la necesidad de utilizar fundentes que contienen hierro en la fabricación del clinker. Responsable de resistencia a los ataques químicos 30/06/2018 13
MÓDULOS CEMENTO PORTLAND 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 14
MÓDULOS CEMENTO PORTLAND Módulo de Silicatos Menor a 1,9 - resistencias muy bajas. Mayor a 3,2 comportamiento expansivo 30/06/2018 15
MÓDULOS CEMENTO PORTLAND Módulo Silícico Módulo de Alúmina 30/06/2018 16
PROCESO DE FABRICACIÓN 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 17
PROCESO DE FABRICACIÓN 30/06/2018 18
Extracción Perforación de barrenos Llenado con agente de voladura Carga con excavadora a volquete 30/06/2018 19
Extracción Explosivos utilizados Dinamitas (Explogel) Emulsiones (emulsen) Pentolitas (iniciadores) A granel(iniciadores) 30/06/2018 20
Extracción y transporte EXCAVADORA + VOLQUETE 30/06/2018 21
Extracción y transporte EXCAVADORA 30/06/2018 22
Extracción y transporte Volquete 30/06/2018 23
Trituración Trituradora de martillos Dureza media Alta tasa de reducción Desgaste de martillos, rejilla y revestimientos Simple o doble rotor Se usan ya que la abrasividad de la caliza es baja y se busca un alto coeficiente de reducción 30/06/2018 24
TRITURACIÓN Trituradora de martillos 30/06/2018 25
PRE-HOMOGENEIZACIÓN Generalmente solo se realiza con la caliza triturada Regularizar la composición química Se realiza en parques de almacenamiento con lecho de mezcla en nave o al aire libre 30/06/2018 26
MOLIENDA 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 27
MOLIENDA 30/06/2018 28
MOLIENDA 30/06/2018 29
HOMOGENEIZACIÓN Se realiza en silos donde se insufla aire que fluidifica el polvo creando condiciones de turbulencia regulada que produce un mezclado homogéneo de las partículas Silos adicionan almacenamiento intermedio entre la molienda y el horno rotativo Garantizar efectividad del proceso de clinkerización 30/06/2018 30
SECADO Y PRECALENTAMIENTO Eliminación de humedad y comienzo de calcinación (95%) Mayor rendimiento térmico del proceso y economización de combustible en el horno Ingresos al horno de hasta 800 C Sistema de retención y recuperación de polvos 30/06/2018 31
PRECALENTAMIENTO 30/06/2018 32
PRECALENTAMIENTO 30/06/2018 33
PRECALENTAMIENTO Conducto de escape de fluido Fluido libre de partículas Admisión de la mezcla Mezcla de fluido y partículas Sección cilíndrica del ciclón Sección cónica del ciclón Escape de partículas 30/06/2018 34
REACCIONES CALCINACIÓN Descomposición térmica de carbonato de calcio Eliminación de agua, CO2 y otros volátiles Aproximadamente 900 C CLINKERIZACIÓN La cal reacciona con los óxidos que componen la arcilla (SiO2, Al2O3, Fe2O3) Aproximadamente 1400 C 30/06/2018 35
HORNO ROTATIVO 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 36
HORNO ROTATIVO - IMÁGENES 30/06/2018 37
HORNO ROTATIVO - ESQUEMA 30/06/2018 38
PERFIL DE TEMPERATURAS % longitud del horno Zona 33 14 Zona de secado (hornos por vía húmeda) Zona de precalefaccion Temperaturas C. Zonas-material Unos 120 100-550 25 Zona de calcinación 550-1100 20 Zona de clinkerización 1100-1450 8 Zona de enfriamiento 1450-1380 30/06/2018 39
DIMENSIONAMIENTO H R 30/06/2018 40
BALANCE TÉRMICO 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 41
ENFRIADORES 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 42
ENFRIADORES 30/06/2018 43
MOLIENDA DE CLINKER 4% de yeso + adiciones MOLINO DE BOLAS ADICIONA YESO 3 a 30 MICRÓMETROS Y FINURAS MENORES A 5000 cm 2 /g. 30/06/2018 44
ALMACENAMIENTO Y EXPEDICIÓN Silos de almacenamiento ALAMCENAMIENTO EN SILOS 30/06/2018 45
ALMACENAMIENTO Y EXPEDICIÓN Despacho 30/06/2018 46