Densidad del óxido de calcio: 3,35 g/cm³ Densidad del hidróxido de calcio: 2,21 g/cm³ Densidad del óxido de magnesio: 3,58 g/cm³ Densidad del hidróxido de magnesio: 2,34 g/cm³

IMPORTANCIA DE LA HOMOGENIZACIÓN DE LA MATERIA PRIMA DEL CEMENTO

La calidad del cemento es típicamente evaluado por su desarrollo de la fuerza de compresión en morteros y concretos. La base para esta propiedad es la buena cocción en Clinker con composición química constante y cal libre.

Existen sólo dos razones para que la cal libre Clinker cambie en una situación con el funcionamiento del horno estable y ceniza de combustible: variación en la composición química de la alimentación del horno o variaciones en su finura. Las variaciones en la finura dependen de los posibles cambios en las materias primas o en el funcionamiento del molino de crudo. La variación en la composición química está relacionada con control de mezcla en crudo y el proceso de homogenización.

Para asegurar una calidad constante del producto y mantener una operación estable y continua del horno, se debe prestar atención al almacenamiento y homogenización de las materias primas y alimentación del horno. En este artículo se analiza el papel de control de mezcla de crudo y el proceso de homogenización, asumiendo que las materias primas y la ceniza de combustible no varían y el funcionamiento del molino de crudo está en control total. Se hacen sugerencias sobre métodos para mejorar la homogenización.

¿POR QUÈ LA HOMOGENIZACIÒN?

HOMOGENEIDAD Y COCCIONABILIDAD

Antes de discutir los efectos de la homogeneidad, vamos a echar un vistazo general a la transformación de las materias primas en el Clinker. El proceso de formación de Clinker es descrito en la Figura 1. La transformación concluye con las fases primarias Clinker:

Alita: Silicato tricálcico impuro, generalmente denominado C3S.Belita: Silicato dicálcico Impuro, normalmente denominado C2SAluminato: Aluminato tricálcico, C3AFerrita: Nominalmente aluminoferrita tetracálcico, C4AF

La cantidad de los minerales Clinker formado se determina por:

1) el tiempo y temperatura de procesamiento de la mezcla, y2) la composición química global de la alimentación del horno. Si el tiempo del piroprocesamiento es demasiado corto o la temperatura demasiado baja, la combinación de los componentes de las materias primas puede ser menos completa y algo de cal libre sin reaccionar estará presente. Insuficiente control de la mezcla de crudo y su posterior mezclado podría causar grandes variaciones en la composición química de la alimentación del horno.

Si el horno es operado a un tiempo de residencia constante del material y temperatura, tales variaciones también podrían causar variaciones en la composición del Clinker, incluyendo la cal libre. Esto es importante porque la cal libre es

usualmente utilizada como el parámetro de proceso para indicar qué tan bien el Clinker es cocido. Cuando hay variación no deseada en la composición de alimentación del horno se provoca gran variación en la cal libre, los operadores pueden hacer cambios incorrectos en el funcionamiento del horno, suponiendo que los cambios son necesarios cuando no lo son.

Las variaciones en la composición química de alimentación del horno afectan su capacidad de cocción y, eventualmente, el consumo de combustible. Esta relación se ha descrito en otra parte (Hills, Johansen, y Miller 2002). En resumen, el CaO libre restante después de la cocción en el horno de alimentación por un fijo tiempo y temperatura puede ser determinado por la siguiente (Theisen 1992):

Las variaciones en la composición se reflejan directamente en CaO30 1400. Los valores más altos se traducirán en una mayor Clinker de cal libre, pero todavía dar un Clinker bien quemado. Si se percibe un aumento de Clinker cal libre como "underburning" y contrarrestado por los intentos de quemar más difícil, el resultado incrementará el uso de combustible.

Presentando la relación entre el CaO30 1400 y el punto de referencia para el Clinker cal libre como el parámetro para el grado de la quema en el horno proporciona una estimación de los cambios relativos en el consumo de combustible como una función de la variación en el grado de cocción. La Figura 2 ilustra esta relación.´

Para discutir el aspecto de homogeneidad de la clinkerización, echemos un vistazo a dos ejemplos. Estos escenarios asumen que empezamos en la misma planta, en las mismas condiciones, con la misma alimentación del horno no homogénea. Los ejemplos demuestran dos métodos de respuesta a la falta de homogeneidad de alimentación.

EFECTO SOBRE EL CONSUMO DE COMBUSTIBLE, HORNO DE OPERACIÓN, CLINKER, PROCESOS EN EL CEMENTO

EJEMPLO I - RESPUESTA: DURA COCCIÒN DISCUSIÓN

Control insuficiente de la mezcla o de la fusión dará lugar a variaciones más grandes de lo previsto en el análisis químico. El resultado es variaciones en Clinker de cal libre. El operador puede verse obligado a aumentar la temperatura de la zona ardiente para alcanzar el nivel de cal libre deseada - manteniendo el horno en el lado caliente , la cal libre Clinker máxima es llevado al valor medio y las puntas son eliminados .

Como resultado de esta quema más difícil, aumenta el consumo de combustible. La pena de combustible para quemar un promedio de 0,8 % de cal libre , debido a la gran variabilidad en lugar de un promedio de 1 % puede ser fácilmente en el orden del 4 % ( Hills, Johansen , y Miller 2002 ).

Cuando el horno se opera en el lado caliente, álcalis y sulfato de ser más volátil. Esto, a su vez, podría aumentar la posibilidad de acumulaciones en las partes más frías del sistema del horno. En los casos graves, el control del horno puede llegar a ser difícil a causa de los aumentos repentinos del material a través del horno.

El Quemado duro tiende a causar baja porosidad Clinker, grandes cristales de alita, y a menudo contribuye a la generación de polvo en lugar del bien, Clinker nodular (Miller 1980; Johansen 1990). También se ralentiza el proceso de enfriamiento, porque la

temperatura máxima es más alta, y porque el Clinker de baja porosidad es más difícil de enfriar.

Todos estos efectos pueden resultar en cemento con potencial de fuerza reducida y el aumento de la demanda de agua. La reducción de la porosidad de Clinker puede hacer que el Clinker sea más difícil de moler, el aumento del consumo de potencia del molino de acabado o la reducción de la producción del molino. Las Temperaturas Clinker existentes en el refrigerador podrían incrementarse, aumentando aún más el consumo de combustible y presentar problemas de manipulación. Las condiciones de alta temperatura pueden dar lugar a variaciones en el color, las reducciones en álcali de Clinker y el nivel de sulfato, y el aumento de la demanda de agua es atribuible al aumento de los niveles de aluminato.

Las variaciones en álcali Clinker y sulfato podrían afectar el tiempo de fraguado del concreto, y como resultado variaciones fuertes. Los períodos con disminución de contenido de Alcali Clinker podrían resultar en una disminución de la resistencia inicial y el aumento después de la edad; lo contrario puede ocurrir durante períodos en que el contenido alcalino de Clinker alcalino aumenta. Con dicha variabilidad, el concreto fresco a menudo desarrolla incompatibilidad de la mezcla y cambios en su comportamiento reológico.

EJEMPLO II - RESPUESTA:MEJORAR HOMOGENEIZACIÓNDISCUSIÓN

La Homogeneización suficiente a través de control de mezcla o combinación reduce los picos erráticos en la química del Clinker. El objetivo de cal libre es mucho más fácil de obtener, y el horno es más estable. El consumo de combustible se mantendrá similar o disminuirá ligeramente. El Clinker y el rendimiento del cemento resultante serán mucho más uniforme.

HOMOGENIZACIÒN----- COMO?

LA MEJORA DE HOMOGENIZACIÓN

Mantén un control total de la mezcla de materias primas y tienen silos completos. Esto podría ahorrar combustible y dar una calidad consistente y con ello mismo tiempo y dinero.

La homogeneización de las materias primas se lleva a cabo en las tiendas de pre- mezcla y homogeneización de la harina cruda en silos. Con el diseño adecuado, todos los almacenes de materias primas o de harina cruda se pueden operar como mezclar almacenes con una eficacia variable. Las materias primas típicamente se almacenan en pilas representativos de siete días de producción, y la harina cruda se almacena en silos que tienen de tres a DOUR días de producción.

Analizadores en línea ubicados estratégicamente pueden proporcionar información sobre la composición química del material alimentado al molino de crudo, por lo que es posible la aplicación de un control de alimentación directa a la composición de la mezcla en bruto y, por tanto, en principio, reducir las proporciones de mezcla necesarios para alimentación del horno silos.

La eficiencia de un sistema de mezcla puede caracterizarse por la relación, H, entre las variaciones en composición de la entrante y el material saliente. Un ejemplo es la relación entre la desviación estándar de CaO en la harina cruda antes y después de los silos de alimentación del horno. Los valores típicos de H para los sistemas de alimentación del horno de mezcla que operan en la eficacia máxima pueden ser tan alta como 10:1, según lo informado por los fabricantes de sistemas. Hay varios diseños de depósitos de materias primas para la pre -mezcla, y los sistemas de silos para mezclar la harina cruda.

ALMACENAMIENTOS DE MATERIAS PRIMAS

Hay un número de maneras de pila de piedra caliza y arcilla. Las más comunes son los métodos del galón o de hileras, en el que los materiales se apilan en muchas capas en la dirección longitudinal de la pila de materia prima. El material se recupera a partir de toda la sección transversal de la pila y el número de capas recuperadas en la sección transversal es el parámetro importante para la eficiencia de mezcla.

La composición de las capas individuales en la sección transversal recuperada se determina por laVariación de la piedra caliza o arcilla en la cantera. Por la recuperación de una pila de sección transversal con capas N, la composición representa un promedio de las capas N. La relación entre la desviación estándar de la composición del material que va a la pila de materia prima y la del material recuperado puede ser demostrado ser -N. Este factor es la eficiencia del proceso de mezcla. En principio, cuanto mayor sea el número de capas apiladas, mejor la homogeneización será. Una alternativa es el apilamiento continua en una pila circular; aquí el número de capas de relleno, es más pequeño.

El uso de un analizador en línea en el material de la trituradora al almacenamiento hace que sea posible mantener registros de la composición de material recuperado para controlar la composición de la mezcla en bruto ( Blumbach Ir y Petersen , 2002).

ALMACENAMIENTOS DE ALIMENTOS CRUDOS

El alimento crudo se homogeneiza en silos. Estos pueden trabajar de forma continua o discontinua, en varios sistemas o etapas, y en combinación con agitador de aire. En las plantas modernas, la tendencia es grande, operación continúa en silos. En la mayoría de los sistemas que no utilizan aire para la mezcla, el material se introduce en capas en forma de silo representando la variación en la composición, y el procedimiento de regeneración está diseñado de modo que un gran número de estas capas están representados en el material que sale del silo. El ejemplo más simple es el sistema de flujo de embudo, en el que se forma un cono invertido sobre el embudo formado por el centro la descarga. El material se desliza por el corte de un número de capas de cono. En esta manera los materiales de las diferentes capas se mezclan.

De ello se deduce que los silos, que trabajan como sistemas de mezcla continua, tienen que estar lleno con el fin de tener un efecto de mezcla. Si los silos son sólo llenados solo parcialmente, las variaciones en la composición de mezcla en bruto del molino de crudo irán directamente al horno. En sistemas modernos de control de molienda, la variación de la composición en bruto del alimento es controlado por la suma de las variaciones desde el punto de un conjunto de parámetros, si se trata de C3S o LSF , a cero en un tiempo determinado , ts . El TS tiene que ser menor que la

retención del tiempo, de lo contrario el sistema de mezcla no será capaz de combinar. Si ts es demasiado grande, la variación de la composición del alimento crudo pasará a través del sistema de mezcla. En otras palabras, ts deben ser lo más corto posible a fin de obtener una eficiencia óptima de mezcla.

Conclusión

La homogeneidad de la composición química y finura de la alimentación tiene una relación importante para alimentar el consumo, el funcionamiento del horno, y el rendimiento de cemento. Como reacción a la dura fundición debido a la falta de homogeneidad resulta en un mayor consumo de combustible, las posibles acumulaciones en el horno debido al aumento de sulfatos alcalinos, clinker con baja porosidad, gran alita, pobre nodulización, y la variación del contenido de sulfato alcalino. Y también puede resultar un cemento con mucha demanda de agua, disminución de la fuerza temprana, y anormalidades en el establecimiento de comportamiento. Por otro lado, reaccionar ciertas variaciones en la alimentación mediante la mejora de su homogeneidad podría evitar estas dificultades y producir clinker más uniforme, y por lo tanto un cemento con características más uniformes de rendimiento.

Algunas sugerencias para mejorar la homogeneización incluyen:

Al apilar las materias primas, apilar mayor cantidad de capas para promover la eficiencia de la mezcla. Cuanto mayor sea el número de capas, mejor es la homogeneización.

En las grandes, que operan continuamente silos de alimento crudo, se debe mantener los silos llenos para conservar la eficiencia de la mezcla.

Temperaturas importantes en el horno

A 700º C

El agua se pierde a partir de minerales de arcilla. Arcilla deshidratada se recristaliza. Algunos reactivos de sílice pueden desplazar CO2 del CaCO3.

A 700-900ºC

Como continua la calcinación, la cal libre incrementa. La calcinación mantiene la temperatura de alimentación alrededor de los 850ºC. se forma alúmina y ferrita.

A 900- 1150 ºC

Los reactivos de silicio se combinan con el CaO para generar la formación de los estados de C2S.

A 1150 – 1200ºC

Cuando la calcinación es completa, la temperatura incrementa rápidamente. Pequeñas forma de cristales belíticos se forman a partir de la combinación de silicatos y CaO.

A 1200- 1350 ºC

Alrededor de los 1250ºC, la fase liquida se forma. Belite y CaO libre forman Halita desde el líquido.

A 1350-1400 ºC

Cristales de Belite decrecen en número, pero incrementa en calidad. Cristales de Halita incrementa en calidad y numero.

ENFRIAMIENTO

Después de enfriar, la C3A y C4AF cristalizan a partir de la fase líquida. Estructura laminar que aparece en Cristales belíticos.

(Hills 2000; Hills, Johansen, and Miller 2002)

CaO30 1400 = [0.343(LSF-93) + 2.74(SR-2.3)] + [0.83Q45 + 0.10C125 +0.39R45]

Donde:

CaO30 1400 = es la cal libre después de la combustión por 30 minutos a 1,400°C

LSF = %CaO/(2.8%SiO2 + 1.18%Al2O3 + 0.65%Fe2O3)

SR = %SiO2/(% Al2O3 + % Fe2O3)

Q45 = % granos de cuarzo grueso menores a 45µm

C125 = % granos de calcita gruesa menores a 125µm

R45 = % otros minerales gruesas insolubles en ácido, (ejemplo feldespato) menores que 45µm

Antes Después- combustión fuerte

Posibles efectos de la operación en el horno

Clinker

- Variaciones altas de la cantidad de cal libre

- Pobre distribución del belite

• Disminución de la cal libre• Baja porosidad, difícil maleabilidad.• Gran Halita• Posible mala nodulización• Variación en el contenido de sulfato alcalino• horno en el lado caliente• Aumento de álcalis y sulfato en el ciclo interno del horno, posibles sobrecargas, acumulaciones de potencial.

• Baja porosidad hace que sea difícil para enfriar• Menor reactividad del clinker • Diferencias de color , centro marrón de clinker

Posibles efectos del Estado del Cemento

- Posible resultados erráticos de expansión debido a la cal libre.

• Incremento de la demanda de agua• Depresión temprana de la dureza e luego incremento de esta.• Incompatibilidad de la dureza de la mezcla durante el periodo donde se agrega el álcalis • Anormalidades en el decrecimiento de su comportamiento• Empacado en conjuntos debido a su carga estática.

Antes Después- combustión fuerte

Efectos del potencial del Clinker

- Pobre distribución de cal libre y belite.

- Buena distribución de la cal libre

- Buena distribución del belite

- Buena uniformidad del clinker

- El horno es más fácil de controlar

Efectos potenciales del estado del Cemento

- Posible resultados erráticos de expansión debido a la cal libre.

- Baja variabilidad, mayor uniformidad.

- Pequeñas cristales de Halita, reactividad mejorada, posiblemente permitiendo menor finura de cemento.