segunda-feira, 29 de dezembro de 2014

INFLUÊNCIA DO CRÚ NA QUEIMA


1 - CONSIDERAÇÕES INICIAIS :

A correta ação do operador do forno na calcinação do cru, auxiliado pelos conhecimentos das propriedades físico-químicas deste, leva à tomadas de decisões que sem dúvida levarão a uma marcha constante do forno.
O processo de calcinação deve ser visto como uma etapa reguladora, onde variações vindas da moagem e homogeneização do cru serão minimizadas, objetivando a produção de um clinquer  de boa qualidade.
Quanto maior a saturação do clinquer maior a caloria necessária para completa queima.
Principais parâmetros que atuam diretamente nas condições de queima do cru em ordem de importância :

*                  Saturação

*                  Módulo de Sílica

*                  Módulo de Alumínio

*                  Quantidade de fase viscosa formada

*                  Menores constituintes ou mineralizadores

*                  Finura do crú

*                  Distribuição de tamanho de partículas

*                  Taxa de aquecimento

*                  Temperatura de queima

*                  Grau de compactação do crú

2 - FASE LÍQUIDA :

A fase líquida é composta de C3A, C4AF, os Alcális (K2O e Na2O) em seus compostos de Enxofre e parte do MgO.

A menor temperatura em que se inicia a formação do líquido é entre 1.250OC e 1.280OC. Quase todas as misturas cruas apresentam o início de formação de líquido nesta faixa de temperatura e a partir desta a quantidade aumenta progressivamente, dependendo da composição do crú.
A temperatura de clinquerização depende da composição química da mistura crua, variando numa faixa correspondente a quantidade de fase líquida.
Existe um mínimo necessário e um máximo onde já ocorre a formação de bolas e anéis de clinquer.
A faixa normal é entre 20% a 30% de fase líquida que pode ser calculada pelas fórmulas para diferentes temperaturas.


% Fase líquida a 1.340Oc  =  6,1y + a + b

% Fase líquida a 1.400OC  =  2,95x + 2,2y + a + b

% Fase líquida a 1.450OC  =  3,0x + 2,25y + a + b


onde :
 
x  =  %Al203

y  =  %Fe2O3

a  =  % de MgO. Valor máximo de 2,0%

b  =  % de Álcalis totais em Na2O ou seja :

% Na2O  total equivalente  = % Na2O + 0,658 x % K2O

A velocidade da reação de clinquerização não depende apenas da quantidade de líquido formado, mas também da sua velocidade e tensão superficial. O efeito na redução da viscosidade na fase líquida é afetado pelos seguintes óxidos na ordem decrescente :

 Na2O  <  CaO  <  MgO  <  Fe2O3  <  MnO

 
Pode-se dizer que os principais efeitos e influências da fase líquida sobre a clinquerização são :

*  Velocidade e eficiência da clinquerização depende da quantidade e viscosidade da fase líquida.
*  A modulação do clinquer, indispensável para uma boa operação do resfriador de grelha, depende fundamentalmente da fase líquida.
* A formação de anéis de clinquer e bolas, bem como a colagem protetora da zona de clinquerização, são consequência da fase líquida.
* A fase líquida nada tem a ver com as colagens observadas no pré aquecedor.  Seu aparecimento inicia-se entre 1.250OC e 1.280OC.

3 - FÓRMULAS EMPÍRICAS DE CONTROLE DE QUEIMA :

Várias pesquisas já feitas apontam vários métodos de comparação e controle da queima de uma farinha. Algumas destas serão discutidas agora. Elas levam em conta apenas os parâmetros que o pesquisador classificou como mais importante para o processo.

3.1 - Fator de Queima :

É a teoria que associa os módulos de saturação e Sílica  com Álcalis e MgO para avaliar a facilidade ou dificuldade relativa de queima, permitindo comparar misturas cruas ou clinqueres de composições químicas as mais diversas.

É definido pela expressão :

B.F.  =  SAT + 10 MS - 3 (MgO + Álcalis totais)
 
Onde MgO é limitado em 2%, que corresponde a solubilidade deste nas fases de clinquer.
É uma relação numérica derivada de observações práticas, sendo importantes notar :

 * 1% de variação conteúdo de Álcalis ou MgO, afeta a queima desta na mesma proporção que uma variação de 3,0 na saturação ou 0,3 no M.S.

 * Variações do BF até 1,0 não resultam modificações sensíveis na queima da mistura.

 * Variações maiores que 2,0 resultam em mudanças na queima que podem ser facilmente notadas.

 * Variações maiores que 3,0 implicam no ajuste do fluxo de combustível para o forno, de forma a preparar a zona de clinquerização para as novas condições de operação.

Para correta avaliação do B.F. deve-se  levar em conta iguais matérias primas  (componentes mineralógicas) e finura constante do crú.

 3.2 - Índice de Queima (B.I.) :

 Pesquisadores da Companhia FULLER estudaram o efeito da composição potencial de clinquer no processo de clinquerização e suas  conseqüências na moabilidade do clinquer  e propriedades finais do cimento.

 A relação matemática é :

                    C3S   

B.I.  = 

             C3A + C4AF

Calculados pelas fórmulas de Bogue e baseando-se no fato que o C3S formado dependem daquelas relações, pois primeiro se forma o C2S e a complementação da reação é função da fase líquida e Módulo de Alumínio.

 
3.3 - Dependência da Mineralogia do Crú na Queima do Clinquer :
Existem muitos trabalhos práticos que classificam as diferentes matérias primas quanto a sua reatividade na fabricação do clinquer.
Um dos melhores parâmetros de controle é a cal livre. Pois quanto menor for esta, melhor e mais completa será a reação da clinquerização.
 O Carbonato de Cálcio se decompõe  em CaO e gás carbônico segundo a reação :

 CaO3  ®  CaO + CO2 - 42,52 Kcal / mol g
Ou seja; são necessários 425,2 Kcal para decompor 1 Kg de CaCO3.

A temperatura de decomposição é 898OC, porém oscila de 812OC a 928OC dependendo do tamanho do grão e da solubilidade do CaO no CaCO3. É também conhecido que inicia-se a liberação de CaO ao redor de 550OC e a temperatura pode elevar-se entre 1.000OC 1.100OC para uma completa dissociação do carbonato.

 Isto pode ser devido as diferentes formas cristalinas dos carbonatos, grau de cristalinidade, minerais  associados  e tamanho do grão.

 
4 - FATOR DE COLAGEM :

O Fator de Colagem, também chamado de “Fator de Aptidão para Crostas” é uma relação que permite comparar misturas cruas de composições químicas, as mais diversas, com respeito a tendência  à formação de colagem na zona de queima e também à formação de bolas e anéis de clinquer.

 O AW é definido por :

AW  =  C3A + C4AF + 0,2 C2S + 2FeO3

Da relação acima pode-se deduzir que :

*                  O AW será tanto maior quanto  mais elevada for a fase líquida.

*                  O AW será tanto mais elevado quanto mais baixo for  a Saturação (C2S elevado).

*                  O AW será mais elevado quanto mais baixo for o M.A.

*                  Quanto mais elevado o AW de uma mistura (clinquer), maior a sua Aptidão para formação de colagem, bolas e anéis de clinquer .
Da mesma forma que as relações de queima o AW deriva de observações práticas.
O ponto ótimo para o AW é aquele que permita a formação de uma colagem estável na zona de queima, evitando o consumo excessivo de tijolos refratários  e ao mesmo tempo não acarrete  os indesejáveis  anéis de clinquer e bolas.
Os valores encontrados são :

*                  AW menor que 30 - Difícil formação de colagens.

*                  AW igual ou próximo a 33 - Boa formação de colagem

*                  AW próximo ou superior  a 40 - Formação de bolas e anéis de clinquer.

5 - COLAGENS NO PRÉ-AQUECEDOR (Torre) :

Apontou-se anteriormente que a formação de líquido nas misturas - cruas de qualquer composição, inicia-se entre 1.250OC e 1.280OC. Assim concluiu-se que a fase líquida nada tem a ver com encrustações na torre, quando opera em condições normais.
O mecanismo de formação de colagem nas torres, está fundamentada na condensação de compostos químicos nas paredes mais frias. Estes compostos são constituídos de Enxofre, Álcalis e a farinha pré-calcinada (cal livre).
Os Álcalis e o Enxofre volatizados na zona de queima (1.450OC vem precipitar a 950OC, reagindo com CaO para formar o Sulfato Duplo de Cálcio e Álcalis (Na e K).
Teoricamente o balanço de Álcalis de cru é favorável quando a relação molar do Sulfato / Álcalis está entre 0,7 e 1,0 :

 Sulfatos/Álcalis  =  0,7 a 1,0 (relação molecular)

 Sulfatos  =  SO3  total contido na mistura crua mais combustíveis.

 Álcalis  =  50% Na2O + 100% K2O contido na mistura crua mais combustíveis.
Quando este número está muito acima de 1 ocorre a formação de Sulfatos duplos com Cálcio e / ou Anidrita. Neste caso o efeito do Enxofre é acumulativo tendendo a bloquear a câmara de entrada.
Este excesso de Enxofre, também pode ser eliminado no clinquer  durante o resfriamento da zona de clinquerização, “purga de Enxofre”.
No caso de matérias primas ricas em Álcalis, combustíveis pobres em Enxofre, pode ocorrer a formação de colagens devido apenas aos Álcalis. As partículas de farinhas pré-aquecidas tem preferência de aderir às paredes na presença de Álcalis.
Pode-se eliminar este problema pela adição de gesso na mistura na mistura crua de tal forma que o balanço seja igual a 1.
Outro volátil crítico para um processo de calcinação é o Cloreto. Teor de Cloreto na matéria  prima da ordem de 0,015% pode inviabilizar a operação de um forno com pré-aquecedor.
Forno com matérias primas com Cloreto superior a 0,015% exigem o desvio de parte dos gases através de um “by pass”. O pó recuperado dos gases desviados pelo “by pass” não retorna ao sistema, é descartado.
O “by pass”  dos gases que deixam o forno é da ordem de 15% e serve tanto para reduzir o teor de Álcalis como Enxofre ou Cloretos no sistema, sendo mais efetivo entretanto, para este último.
Misturas cruas com elevada temperatura de clinquerização (difíceis de queimar), tendem a agravar o problema de colagem na torre, devido à maior quantidade de voláteis gerados.
Em sistemas de “by pass” obtêm-se um clinquer com menor teor de Álcalis ou Enxofre ou Cloreto.

 
Bibliografia :

Lea, F.M. - “The Chemistry of Cement and Concrete” 3rd Edition - Glasgow - 1970.

Golda, George - “Cement raw Materials : Their Effect on Fuel Comsumption” - Rock Products - October, 1977, pag. 60.

Felingfundal - “The Burnability of Cement raw Mixes” - World Cement Technology - july / august, 1979, pag. 195 a 204.

Chatterjee, A.K. - “Cement raw Material and raw Mixes : A review ... “ - Pit & Quarry, september, 1979, pg. 103 a 111; november, 1979 pg. 73 a 81.

Maula, S.Abdul- & Odler - “Effect of Oxidic Composition on Hydration Strengt Development of Laboratory - Made Portland Cements” - World Cement, june, 1982, pg. 216 a 222
 
Um abraço a todos.
Luiz Brancão - Blogueiro do cimento.

sexta-feira, 7 de novembro de 2014

Fábricas de cimento pelo mundo.

CIMENTOS DE MOÇAMBIQUE.
Matola - Maputo.






Intercement Cajati - SP.








 
 
 
 
Um abraço a todos.
Luiz Brancão - Blogueiro do cimento.

sábado, 18 de outubro de 2014

Imagens de Fábricas de Cimento pelo mundo.

InterCement Alhandra - Portugal.








InterCement Souselas - Portugal.






 
 
Luiz Brancão - Blogueiro do Cimento.


o que é FORNO ROTATIVO DE CLINQUER?


Forno Rotativo de CLINQUER.
Entender as fases da formação do clínquer dentro do forno é fundamental para a especificação dos refratários adequados a cada zona do forno. O forno rotativo é um reator químico, no qual o processo de sinterização da mistura de calcário, argila e outros fundentes resultam em clínquer, a matéria-prima básica do cimento Portland.
Perfil térmico e subdivisões do forno
O perfil térmico do forno varia ao longo de sua extensão, dependendo da temperatura e das reações químicas envolvidas durante o processo (veja na Tabela 1).
Um forno pode ser subdividido em diversas zonas ou regiões, que estão expostas não somente a desgastes térmicos e químicos, mas também a esforços mecânicos. A influência de um ou mais destes fatores, em maior ou menor proporção, determina o tipo de revestimento refratário requerido para cada zona:
• Zona de descarbonatação: de 300ºC a 1000°C (+)
Esta etapa pode ocorrer dentro do forno rotativo ou em modernos precalcinadores, e se constitui de duas etapas: a primeira, entre 300°C e 650°C, em que acontece o aquecimento da farinha acompanhado por uma reação de desidratação; e a segunda, entre 650°C e 1000°C, quando começa o processo de descarbonatação do calcário em CO2 e CaO.
O primeiro passo é caracterizado pelos seguintes aspectos:
• Presença da farinha crua (não há fases minerais formadas);
 • Erosão (devido ao fluxo da farinha);
 • Elevada temperatura;
 • Evaporação e desidratação (da água) relacionada quimicamente à matéria-prima.
Nesta zona é muito importante que os refratários tenham a capacidade de proteger o acionamento do forno (bom grau de isolamento) e boa resistência aos impactos de colagens anômalas. Tijolos com conteúdo de SiO2 inferior a 45% são adequados. Além disso, quando sais alcalinos estão presentes, pode-se desenvolver uma camada vítrea com o álcali na superfície do tijolo, prevenindo sua propagação ou posterior infiltração.
Na segunda etapa das reações, ocorre o desenvolvimento de novas fases mineralógicas:
- Formação de CaO e CO2;
 - Formação de CA, C12A7 e C2S;
 - Variação de temperatura;
 - Ataque de álcali
Normalmente, recomenda-se utilizar tijolos com um conteúdo de 70% Al2O3, que oferece uma elevada resistência mecânica, baixa porosidade, com o propósito de torná-los resistentes ao ataque químico. No entanto, o risco de reações eutéticas a Al2O3-CaO- SiO2 é um fator limitante.
• Zona de transição superior: de 1000ºC a 1238°C (+)
É a zona mais instável e difícil para se especificar o tijolo adequado. Embora a faixa de temperatura esteja entre 1000°C e 1300°C, são frequentes as incidências de sobrecargas térmicas. Tal fato é ligado à forma da chama, ao tipo de combustível e ao desenho do queimador do forno. Portanto, é nesta região onde começa a aparecer a colagem, embora possa ser instável, afetando a estabilidade operacional do forno.
• Zona de sinterização: de 1338ºC a 1450°C (+)
Região em que ocorre a clinquerização e onde são alcançadas as temperaturas mais elevadas. Nesta etapa, a reação da CaO livre com o C2S gera o C3S. A fase líquida alcança seu ponto mais elevado a 1450°C. Se o processo estiver sob controle, formará uma colagem estável que protege a zona de queima. Os refratários devem resistir a temperaturas elevadas, infiltração dos silicatos da fase líquida e/ou dos sulfatos alcalinos e facilitar o desenvolvimento de uma colagem estável.
Normalmente podemos encontrar nesta zona do forno:
• Presença de fase líquida de 18 a 32%, CaO livre e C2S;
 • Desenvolvimento de C3S pela reação de CaO e C2S, infiltração de fase líquida e formação de revestimento;
 • Ataque químico de sulfatos alcalinos;
 • Elevada temperatura operacional.
• Zona de transição inferior: de 1400ºC a 1200°C (+)
Nesta região, que geralmente opera entre 1400°C e 1200°C, a temperatura começa a cristalizar as fases minerais do clínquer, mas não totalmente. Embora ainda possa ocorrer a presença de fase líquida, é uma etapa de baixa atividade química, considerando que a maior parte de C3S já deve ter sido formada. Apesar disso, é uma zona submetida a intensas variações de temperatura, pois está sob a influência do fluxo de ar secundário do resfriador.
Esta zona é caracterizada pelos seguintes aspectos:
• Presença da fase líquida;
 • Ataques químicos de sulfatos alcalinos;
 • Frequentes variações de temperatura;
 • Exposição dos refratários a choques térmicos;
 • Atmosfera Redox;
 • Influência de fadiga mecânica proveniente dos anéis de rodamento do forno.
Para suportar as variações de temperatura sob stress mecânico, esta parte do processo requer a utilização de tijolos básicos com elevada flexibilidade estrutural, baixa permeabilidade a gás, elevado módulo de ruptura a quente e alta elasticidade.
• Zona de pré-resfriamento: de 1200ºC a 1000°C (+)
Tem a finalidade de promover o resfriamento das fases de clínquer mineral recém-formadas nas regiões anteriores e depende do tipo do resfriador projetado para este forno. Está situada em uma faixa de temperatura que vai de 1150°C até 1100°C. É a zona submetida à abrasão elevada (nódulos de clínquer), acentuada erosão de descarga (pelo pó carreado pelos gases de resfriamento) e esforço mecânico (placas do nariz e anel de retenção dos refratários).
As principais características desta zona do forno são:
• Elevada abrasão/erosão;
 • Choques térmicos frequentes;
 • Elevado esforço mecânico.
Na maioria dos fornos modernos equipados com resfriadores de alta eficiência, esta zona não se encontra mais dentro do forno, mas sim no primeiro compartimento de resfriamento.

 
Abraço a todos.
Luiz Brancão – Blogueiro do Cimento.

O que é CIMENTO?

O cimento (derivada do latim cæmentu) é um material cerâmico que, em contato com a água, produz reação exotérmica de cristalização de produtos hidratados, ganhando assim resistência mecânica. É o principal material de construção usado como aglomerante. É uma das principais commodities mundiais, servindo até mesmo como indicador econômico.

História

Já no Antigo Egito era utilizada um material feito de gesso calcinado como aglomerante. Entre os gregos e romanos, eram usados solos vulcânicos das proximidades de Pozzuoli ou da ilha de Santorini, que endureciam depois de misturadas com água.


Em 1786 o inglês John Smeaton criou uma mistura resistente através da calcinação de calcários argilosos e moles. Esse é o marco da criação do cimento artificial. Em 1818, o francês Vicat obteve resultados semelhantes aos de Smeaton, pela mistura de componentes argilosos e calcários. Tempos depois, em 1824, o construtor inglês Joseph Aspdin queimou conjuntamente pedras calcárias e argila, transformando-as num pó fino. Percebeu que obtinha uma mistura que, após secar, tornava-se tão dura quanto as pedras empregadas nas construções. A mistura não se dissolvia em água e foi patenteada pelo construtor no mesmo ano, com o nome de cimento Portland, que recebeu esse nome por apresentar cor e propriedades de durabilidade e solidez semelhantes às rochas da ilha britânica de Portland.
O Cimento é composto de clínquer e de adições que distinguem os diversos tipos existentes, conferindo diferentes propriedades mecânicas e químicas a cada um. As adições também são ou não utilizadas em função de suas distribuições geográficas.
Clínquer
O clínquer é o principal item na composição de cimentos portland, sendo a fonte de Silicato tricálcico (CaO)3SiO2 e Silicato dicálcico (CaO)2SiO2. Estes compostos trazem acentuada característica de ligante hidráulico e estão diretamente relacionados com a resistência mecânica do material após a hidratação.
A produção do clínquer é o núcleo do processo de fabricação de cimento, sendo a etapa mais complexa e crítica em termos de qualidade e custo. As matéria-primas são abundantemente encontradas em jazidas de diversas partes do planeta, sendo de 80% a 95% de calcário, 5% a 20% de argila e pequenas quantidades de minério de ferro.
Principais compostos químicos do clínquer
Silicato tricálcico (CaO)3SiO2: 45-75% C3 S (alíta)
Silicato dicálcico (CaO)2SiO2: 7-35% C2 S (belíta)
Aluminato tricálcico (CaO)3Al2O3: 0-13% C3 A (celíta)
Ferroaluminato tetracálcico (CaO)4Al2O3Fe2O3: 0-18% C4A F (brownmilerita

Gesso
O gesso (ou gipsita) (CaSO4 · 2 H2O) é adicionado em quantidades geralmente inferiores a 3% da massa de clínquer, tem função de estender o tempo de pega do cimento (tempo para início do endurecimento). Sem esta adição, o tempo de pega do cimento seria de poucos minutos, inviabilizando o uso. Devido a isso, o gesso é uma adição obrigatória, presente desde os primeiros tipos de cimento Portland.
Escória siderúrgica
A escória, de aparência semelhante a areia grossa, é um sub-produto de alto-fornos, reatores que produzem o ferro gusa a partir de uma carga composta por minério de ferro, fonte de Fe, e carvão vegetal ou coque, fonte de carbono. Entre diversas impurezas como outros metais, se concentram na escória silicatos, que apesar de rejeitados no processo de metalização, proporcionam-na características de ligante hidráulico.
Sendo um sub-produto, este material tem menor custo em relação ao clínquer e é utilizado também por elevar a durabilidade do cimento, principalmente em ambientes com presença de sulfatos. Porém, a partir de certo grau de substituição de clínquer a resistência mecânica passa a diminuir.
Argila pozolânica
As pozolanas ativadas reagem espontaneamente com CaO em fase aquosa, por conterem elevado teor de sílica ativa SiO2. Esta característica levou ao uso de pozolanas como ligante hidráulico complementar ao clínquer, com a característica de tornar os concretos mais impermeáveis o que é útil na construção de barragens, por exemplo.
As pozolanas são originalmente argilas contendo cinzas vulcânicas, encontradas na região de Pozzuoli, Italia. Atualmente, materiais com origens diferentes mas com composições semelhantes também são considerados pozolânicos, tais como as pozolanas ativadas artificialmente e alguns sub-produtos industriais como cinzas volantes provenientes da queima de carvão mineral.
O processo de ativação de argilas é amplamente praticado pela própria indústria de cimentos, é geralmente realizado em fornos rotativos semelhantes àqueles utilizados na fabricação de clínquer ou mesmo em antigos fornos de clínquer adaptados, trabalhando a temperaturas mais baixas (até 900 °C) e menor tempo de residência.
Assim como a escória siderúrgica, as pozolanas frequentemente têm menor custo comparadas ao clínquer e só podem substituí-lo até um determinado grau.
Calcário
O calcário é composto basicamente de carbonato de cálcio (CaCO3), encontrado abundantemente na natureza. É empregado como elemento de preenchimento, capaz de penetrar nos interstícios das demais partículas e agir como lubrificante, tornando o produto mais plástico e não prejudicando a atuação dos demais elementos. O calcário é também um material de diluição do cimento, utilizado para reduzir o teor de outros componentes de maior custo, desde que não ultrapassando os limites de composição ou reduzindo a resistência mecânica a níveis inferiores ao que estabelece a norma ou especificação.O calcário também alimenta o blaine do cimento, tornando o cimento com mais volume.
Processo de produção


Mineração
As fábricas de cimento tipicamente se instalam ao lado de jazidas de calcário e argila de modo a minimizar os custos de transporte. A extração destes materiais se realiza em geral em lavras de superfície, com auxílio de explosivos. As rochas extraídas são britadas até atingirem tamanhos de aproximadamente 200 mm ou menos e transportadas para a fábrica em transportadores de correia.
A produção de clínquer envolve uma série de processos interdependentes em linha.
Há ainda processos de preparação e estocagem de matérias-primas, moagem de cimento e limpeza de gases de exaustão.
Pré-homogeneização de matérias-primas
As jazidas de calcário e argila apresentam variações de composição ao longo de suas extensões. Por outro lado, a qualidade do produto e a estabilidade do processo de produção requerem materiais quimicamente homogêneos. Para isso, são empregados sistemas de empilhamento e recarregamento com longas pilhas de material, de modo a criar camadas horizontais provenientes de diferentes lotes, que posteriormente são misturadas no próprio processo de recarregamento.
Moagem de matérias-primas
Os materiais provenientes das pilhas de pré-homogeneização são introduzidos em um moinho (ou mais) para que se misturem e atinjam granulometria e umidade adequadas aos processos posteriores. Este processo, também chamado de "moagem de cru", faz uso de gases quentes residuais do forno de clinquerização (descrito adiante), empregados como fonte de calor para secagem. No jargão da indústria, o produto da desta moagem é chamado de "farinha" e de fato se assemelha a farinha de trigo com tom bege. A farinha é armazenada em silos que também promovem homogeneização e absorvem eventuais assincronias entre o forno e os moinhos de cru.
Os motivos para a redução de tamanho das partículas são a homogeneização e o aumento da superfície exposta que intensifica reações químicas e trocas de calor entre as partículas e os gases no interior do forno.
Pré-aquecimento
Quase a totalidade dos fornos de cimento atualmente operantes contam com torres de pré-aquecimento, responsáveis por remover a umidade ainda restante no material (inferior a 1%) e iniciar a descarbonatação do calcário. Os fornos de maior capacidade e mais modernos contam com torres maiores capazes de completar quese totalmente o processo de descarbonatação. Quanto mais eficaz o pré-aquecimento, mais curtos são fornos.
Os pré-aquecedores mais comuns são torres de ciclones. Dispostos em elevadas estruturas (que frequêntemente ultrapassam 100 metros de altura), diversos separadores ciclônicos (equipamentos capazes de retirar partículas sólidas de uma corrente de gases) são interligados entre si atraves de tutos de imesão utilizados para troca termica que ocorre em torno de 80% entre a farinha alimentada e gases quentes provinientes do forno. Através da seqüência de ciclones fluem os gases quentes provenientes do forno, em contra-corrente com a matéria prima. A medida que esta se mistura com o fluxo de gases, ocorre transferência de calor e transferência de massa. Nos primeiros trechos do processo, elimina-se a umidade superficial, enquanto a temperatura permanece próxima à temperatura de ebulição da água. A partir deste ponto, o material sólido contendo apenas umidade intergranular passa a ser aquecido gradativamente. No fim do processo, o material atinge de 700 °C a 1000 °C, suficiente para a água esteja eliminada e para se iniciarem decomposições químicas da matéria-prima. Na busca de maior produção e redução de custo estudos deram origem a mais um estágio no pré-aquecedor conhecido como calcinador responsável por 60% a 95% da calcinação da farinha crua nos fornos rotativos para cimento baixando a carga témica na zona de queima e como consequência aumentando da vida útil do revestimento refratário.
Clinquerização
Parte das reações de descarbonatação e a formação de silicatos de cálcio e aluminatos de cálcio ocorrem no interior do forno de cimento. Os fornos de cimento são na maioria rotativos, cilindros horizontais de até 160 metros de comprimento. Um leve ângulo de inclinação combinado ao lento movimento de rotação (de 0,5 a 4,0 rpm) permite que o material percorra o cilindro à medida que desliza pelas paredes. Internamente, há um revestimento de material refratário que protege a carcaça do forno das altas temperaturas e conserva o calor no seu interior. A matéria prima permanece no forno por um tempo de aproximadamente 4 horas e atinge temperaturas clinquerização de 1.230 °C (menor temperatura produz cal e maior temperatura apenas aumenta o consumo energético), suficientes para torna-la incandescente e pastosa. A capacidade de produção de um forno médio é 3.000 a 4.000 toneladas por dia, os maiores fornos do mundo produzem até 10.000t.
Resfriamento
Há dois principais tipos de resfriadores empregados atualmente. Os fornos mais antigos ainda operantes utilizam resfriadores satélites, cilindros menores solidários ao movimento de rotação do forno, acoplados à carcaça do mesmo. Já os fornos construídos a partir da década de 1980 geralmente são dotados de resfriadores de grelha, com ventilação forçada, possibilitando maior taxa de transferência de calor entre o clínquer e o ar entrante. Desta forma, se reduz a temperatura de saída do material, recuperando parte da energia associada ao mesmo, aumentando a eficiência do sistema.
Além da eficiência energética, os resfriadores têm suma importância na qualidade do produto. O tempo e o perfil de resfriamento do mesmo são essenciais para a determinação de suas propriedades químicas finais. Lentos processos de resfriamento levam à transformação de silicato tricálcico, instável à alta temperatura, em silicato dicálcico o que diminui a resistência do cimento.
Hoje os resfriadores modernos além de propiciarem uma ótima troca térmica também possibilitam a recuperação de gases quentes que são reutilizados no processo de fabricação, que seriam o ar secundário - auxiliar na combustão na zona de queima; ar terciário - auxiliar na combustão do calcinador; e o ar de excesso - em algumas plantas, na troca de calor do moinho de matéria prima. O produto (clínquer) ainda é moído e diluído em gesso, calcário e/ou escória siderúrgica para se chegar ao produto final.
Combustíveis
A produção de cimento consome muito combustível. Geralmente utiliza-se uma combinação de diversos produtos como óleo, coque de petróleo e resíduos industriais. Cerca de 7% das emissões de CO2 no planeta são decorrentes da produção de cimento, devido à combustão e ao processo de descarbonatação da matéria-prima.
Aproveita-se as altas temperaturas e o tempo de permanência dos gases no forno para empregar combustíveis de difícil utilização em queimas, como pneus picados. Em outras condições, este tipo de combustível poderia emitir altas concentrações de substâncias extremamente tóxicas, (tais como dioxinas e furanos) devido à queima incompleta. Além disso, o calcário e a cal contidos na mistura, têm a característica de reagir com o enxofre proveniente dos combustíveis, evitando maiores emissões de óxidos de enxofre na atmosfera e prevenindo, por exemplo, a ocorrência de chuva ácida.
Coprocessamento
O Coprocessamento é uma técnica já há muito tempo utilizada em países da Europa, Japão e EUA, onde consiste em transformar resíduos em combustíveis alternativos e/ou substitutos de matéria prima, desta forma reduzindo o consumo de combustível fóssil e assim sendo contribuindo com o meio ambiente.
FONTE: wikipedia.org
Abraço a todos.
Luiz Brancão – Blogueiro do cimento.