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Engineering made by ThyssenKrupp Polysius
para la industria del cemento
tk Polysius
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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 (SiO2), alúmina (Al2O3) y óxido de hierro (Fe2O3).
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 CO2. Esta reacción queda concluida
al alcanzarse los 900 ºC. A partir de los 1.250 ºC comienza la sinterización, es decir, la
unión por fusión de CaO con SiO2, Al2O3 y Fe2O3 en nuevos compuestos. Esta reacción es
exotérmica, de forma que la temperatura de cocción aumenta a aprox. 1.500 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.
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Preparación de la materia prima.
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.
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Fabricación de clínker.
Proceso de producción en
una fábrica de cemento
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Fabricación de cemento.
... desde la preparación de la
materia prima
... pasando por la fabricación
de clínker
... hasta la fabricación del
cemento
1. Trituración
La materia prima es triturada a
tamaño de grava.
6. Precalentamiento y calcinación
En el intercambiador de ciclones
con calcinador se efectúa el
precalentamiento y la calcinación de la harina de crudo.
9. Almacenaje
La nave de clínker es una
estación de aprovisionamiento
para la molienda de cemento.
2. Almacenaje intermedio,
prehomogeneización
La materia prima es depositada
en almacenes intermedios o
prehomogeneizada en parques.
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.
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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.
7. Cocción
La harina de crudo es cocida en
el horno rotatorio a una
temperatura de aprox. 1.500 ºC
hasta convertirse en clínker.
8. Enfriamiento
El calor liberado en el enfriamiento es recuperado en su
mayor parte para el proceso.
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.
Análisis de material y control de calidad
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.
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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.
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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.
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.
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 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.
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
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
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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. 1.450 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.
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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 1.000 ó más de
12.000 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.
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.
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.
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 CO2 lo que es favorable al rendimiento de las instalaciones y al medio ambiente.
Programa de prestaciones
Análisis de material/previo a la alimentación al horno
Tomamuestras POLAB® para harina de
crudo
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.
®
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
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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.
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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.
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.
Separador de alto rendimiento SEPOL®.
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.
Silos de cemento en Argentina
(c/u para un volumen de 9.000 m3).
Para una molienda económica en energía
ThyssenKrupp Polysius utiliza prensas de cilindros con
producciones superiores de hasta 2.000 t/h.
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
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ción 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 1.400 °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.
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:
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 know-how especial
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.
Cemento blanco
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.
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.
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.
Por sus especiales requerimientos,
la producción de cemento blanco
es muy exigente. Para su fabrica-
Quemador POLFLAME®.
Enfriador en cascada de ThyssenKrupp Polysius.
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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.
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Líneas de producción de
5 x 5.000 t/d de clínker de cemento
de Lafarge Cement en Egipto.