FORMACIÓN DE CLINKER

CEMENTOS APASCOCEMENTOS APASCO

PLANTA RAMOS ARIZPEPLANTA RAMOS ARIZPE

5.- FORMACIÓN DE 5.- FORMACIÓN DE

CLINKERCLINKER



5.1.- Química de la formación del clinker5.1.- Química de la formación del clinker

El parámetro más simple para caracterizar las materias primas y la mezcla El parámetro más simple para caracterizar las materias primas y la mezcla cruda, es el valor de titulación.cruda, es el valor de titulación.

Este se determina por una titulación de bases-ácidos.Este se determina por una titulación de bases-ácidos.

El valor de titulación muestra el contenido total de carbonatos en relación de El valor de titulación muestra el contenido total de carbonatos en relación de porcentaje de una materia prima, expresada como carbonato de calcio.porcentaje de una materia prima, expresada como carbonato de calcio.

Un valor de titulación incluye por lo tanto, otros carbonatos, tales como Un valor de titulación incluye por lo tanto, otros carbonatos, tales como MgCO3, FeCO3 o NaCO3.MgCO3, FeCO3 o NaCO3.

El valor de titulación de una mezcla cruda de cemento generalmente está El valor de titulación de una mezcla cruda de cemento generalmente está entre 75 - 77 ( 79 ) %.entre 75 - 77 ( 79 ) %.



Calculo del módulo de silicio, modulo de alumina y saturación de calCalculo del módulo de silicio, modulo de alumina y saturación de calAdemás del valor de titulación, el personal de produción mayormente toma en Además del valor de titulación, el personal de produción mayormente toma en

consideración, para el control de calidad, la relación ( módulos ) de los consideración, para el control de calidad, la relación ( módulos ) de los elementos.elementos.

MóduloMódulo = = % SiO2 % SiO2 Varía aprox. para Varía aprox. parade Sílicede Sílice % Al2O3 + % Fe2O3 % Al2O3 + % Fe2O3 CP : 1.8 - 3.6CP : 1.8 - 3.6

Módulo Módulo == % Al2O3% Al2O3 Varía aprox. paraVaría aprox. parade Alúminade Alúmina % Fe2O3% Fe2O3 CP : 1.0 - 3.0CP : 1.0 - 3.0

Saturación Saturación == % CaO% CaO X 100 X 100de calde cal 2.8 SiO2 + 1.18 Al2O3 + 0.65 Fe2O3 2.8 SiO2 + 1.18 Al2O3 + 0.65 Fe2O3

Varía aprox. para el clinker o CP: 90-100Varía aprox. para el clinker o CP: 90-100



“ “ Saturación de cal “ corresponde a la expresión “Estandar de cal “, de Kuel, Saturación de cal “ corresponde a la expresión “Estandar de cal “, de Kuel, indicando la cantidad de CaO que pueda combinarse con los componentes indicando la cantidad de CaO que pueda combinarse con los componentes ácidos disponibles ( SiO2, Al2O3, Fe2O3 ) en una mezcla cruda durante el ácidos disponibles ( SiO2, Al2O3, Fe2O3 ) en una mezcla cruda durante el quemado, mientras que la cantidad teórica de CaO más elevada, calculada quemado, mientras que la cantidad teórica de CaO más elevada, calculada de la fórmula apropiada, corresponde al 100 %.de la fórmula apropiada, corresponde al 100 %.

La formula no toma en cuenta componentes menores que tienen cierta La formula no toma en cuenta componentes menores que tienen cierta influencia sobre las cantidades máximas de cal que pueden ser influencia sobre las cantidades máximas de cal que pueden ser combinadas a la temperatura de clinkerización. combinadas a la temperatura de clinkerización.

Saturación de cal para clinker :Saturación de cal para clinker :

- La cal libre debe ser deducida de la cantidad de CaO- La cal libre debe ser deducida de la cantidad de CaO

- El contenido de sílice debe ser corregido por “insolubles”- El contenido de sílice debe ser corregido por “insolubles”

Nótese que en este cálculo no se toma en cuenta el MgONótese que en este cálculo no se toma en cuenta el MgO



Importancia de los módulos y de la saturación de cal (Válido sólo como Importancia de los módulos y de la saturación de cal (Válido sólo como indicación)indicación)

ProporciónProporción Influencia sobre el procesoInfluencia sobre el proceso Influencia sobre composiciónInfluencia sobre composiciónde quemado (tendencias)de quemado (tendencias) del clinker y tipo de cementodel clinker y tipo de cemento

Elevado módulo de Elevado módulo de Si SiO2Si SiO2 C3A , C4AF C3A , C4AFsiliciosilicio alúmina , hierro , : alúmina , hierro , :

Elevada temperatura de Elevada temperatura de clinkerización, difícil de clinkerización, difícil de ASTM - Tipo I ASTM - Tipo I quemar. quemar.

Bajo módulo de Bajo módulo de Si SiO2Si SiO2siliciosilicio alumina , hierro ,: alumina , hierro ,:

menor temperatura de menor temperatura de clinkerización, fácil clinkerización, fácil quemado quemadosi saturación de cal :si saturación de cal : C3A , C4AF C3A , C4AF formación de anillo. formación de anillo. ASTM - Tipo I ASTM - Tipo I



Elevado módulo deElevado módulo de Si alúmina , hierro :Si alúmina , hierro : AlúminaAlúmina menor temperatura de menor temperatura de clinkerización clinkerización si alúmina , hierro ,:si alúmina , hierro ,: C3A , C4AF C3A , C4AF no hay cambio no hay cambio ASTM - - Tipo I ASTM - - Tipo I

Bajo módulo de Bajo módulo de Si alúmina , hierro ,:Si alúmina , hierro ,: C3A , C4AF C3A , C4AFAlúminaAlúmina menor temperatura de menor temperatura de

clinkerización clinkerización ASTM Tipo - - II ASTM Tipo - - II reacción de clinkerización reacción de clinkerización y Tipo V y Tipo V acelerada.: acelerada.: resistente a sulfatoresistente a sulfato

Eleveda saturaciónEleveda saturación Difícil de quemarDifícil de quemar C3S , C2S C3S , C2S de de calcal ASTM - Tipo III ASTM - Tipo III

Bajasaturación Bajasaturación Fácil de quemarFácil de quemar C3S , C3S , C2S C2S de cal de cal ASTM - ASTM - Tipo II y IVTipo II y IV



5.2 .- Formación de clinker5.2 .- Formación de clinkerEl proceso de formación de clinker se puede dividir en cuatro etapas:El proceso de formación de clinker se puede dividir en cuatro etapas:

Temperatura °CTemperatura °C ProcesoProceso Reacciones Reacciones

20 - 10020 - 100 SecadoSecado - Evaporación del agua libre 100 - 30- Evaporación del agua libre 100 - 30- Se expele el agua de cristalización 400 - 900- Se expele el agua de cristalización 400 - 900- Se libera el agua química- Se libera el agua química

600 °C600 °C

600 - 900600 - 900 CalcinaciónCalcinación - Co2 es expelido- Co2 es expelido- CaCO3 CaO + CO2 800- CaCO3 CaO + CO2 800- Primera reacción de los componentes. - Primera reacción de los componentes.

Formación de belita, aluminatos, ferritos Formación de belita, aluminatos, ferritos y fases-metaestables. y fases-metaestables.

1100 °C1100 °C

12501250 SinterizaciónSinterización - Formación de una fase líquida, rica en - Formación de una fase líquida, rica en Al2O3, Fe2O3 Al2O3, Fe2O3

ClinkerizaciónClinkerización - Formación de alita - Formación de alita Aprox. 1450Aprox. 1450 - Formación final de alita y belita- Formación final de alita y belita

1450 °C1450 °C

1300 - 12401300 - 1240 EnfriadoEnfriado - Cristalización de los aluminatos y ferritos- Cristalización de los aluminatos y ferritos



5.3.- Formación de costra5.3.- Formación de costra

Importancia Importancia

formaciónformación

QuimicaQuimica

Formación Formación de costrasde costras



- Importancia de la formación de costras- Importancia de la formación de costrasEntre 1260 °C y 1310 °C la harina cruda se funde.Entre 1260 °C y 1310 °C la harina cruda se funde.

En la zona de quemada se completa la clinkerización.En la zona de quemada se completa la clinkerización.

PrecalcinaciónPrecalcinación transicióntransición QuemadoQuemado

Zona Zona de de quemadoquemado

16001600140014001200120010001000 800800



La formación de una costra protectora y duradera en el refratario ayuda para:La formación de una costra protectora y duradera en el refratario ayuda para:

- Un flujo estable de material- Un flujo estable de material

- La protección del tabique - La protección del tabique

- Baja perdida de calor- Baja perdida de calor

- Una operación estable del horno- Una operación estable del horno

La ciostra proteje al refractario de :La ciostra proteje al refractario de :

- Agrietamientos- Agrietamientos

- Astillamientos- Astillamientos



Para formar una harina cruda conveniente es necesario poner atención en las Para formar una harina cruda conveniente es necesario poner atención en las siguientes proporciones:siguientes proporciones:

- Factor de saturación de cal (FSC)- Factor de saturación de cal (FSC)

- Módulo de sílice (MS) - Módulo de sílice (MS)

- Módulo de alúmina (MA)- Módulo de alúmina (MA)

- Fase líquida- Fase líquida

La alimentación del horno no-homogénea puede conducir a :La alimentación del horno no-homogénea puede conducir a :

- Una vida más corta del tabique debeido a una costra inestable- Una vida más corta del tabique debeido a una costra inestable

- La formación de anillos y de obstrucciones- La formación de anillos y de obstrucciones

- Variaciones en la molibilidad del clinker- Variaciones en la molibilidad del clinker

- Calidades variables en el cemento final- Calidades variables en el cemento final



En la operación del horno se debe controlar pra una buena formación de En la operación del horno se debe controlar pra una buena formación de costra :costra :

- Operación de forma continua y estable- Operación de forma continua y estable

- Aseguraa que no falte material en los silos de crudo- Aseguraa que no falte material en los silos de crudo

- Impedir disturvios operacionales - Impedir disturvios operacionales

- Cuidar la humedad de los materiales crudos- Cuidar la humedad de los materiales crudos

- Cuidar la finura y homogenidad de la alimentación al horno- Cuidar la finura y homogenidad de la alimentación al horno

- Propiedades del material crudo- Propiedades del material crudo

- propiedades del combustible- propiedades del combustible

- parámetros operacionales- parámetros operacionales



- Formación de costra- Formación de costra

Por la fusión las partículas solidas y adherentes reaccionan para formar ligas Por la fusión las partículas solidas y adherentes reaccionan para formar ligas con el refractario a altas temperaturas ya que la superficie del ladrillo es con el refractario a altas temperaturas ya que la superficie del ladrillo es más fría.más fría.

A temperaturas superiores a 1300 °C la fase líquida es un fluido con las A temperaturas superiores a 1300 °C la fase líquida es un fluido con las funciones principales siguientes :funciones principales siguientes :

- Adhiere el material de clinker- Adhiere el material de clinker

- Ayuda a la formación de costras y anillos- Ayuda a la formación de costras y anillos

- Ayuda a transportar el oxido de calcio y el sílicio de tal manera que se pueda - Ayuda a transportar el oxido de calcio y el sílicio de tal manera que se pueda formar alita y belita.formar alita y belita.



Por debajo de los 1300 °C la fase líquida se cristaliza para formar aluminatos Por debajo de los 1300 °C la fase líquida se cristaliza para formar aluminatos y ferritas .y ferritas .

La partícula de clinker cae sobre el ladrillo, parte de la fase líquida del clinker La partícula de clinker cae sobre el ladrillo, parte de la fase líquida del clinker es absorbida por el ladrillo y se forma un puente líquido.es absorbida por el ladrillo y se forma un puente líquido.

Debido a la pérdida de calor a través del ladrillo este puente líquido se Debido a la pérdida de calor a través del ladrillo este puente líquido se endurece y finalmente se solidifica.endurece y finalmente se solidifica.

PuentePuenteLíquidoLíquido

PartículaPartícula

Perdida de calorPerdida de calor



- Un porcentaje bajo de fase líquida significa que no hay suficiente - Un porcentaje bajo de fase líquida significa que no hay suficiente “adherencia” para mantener las partículas unidas“adherencia” para mantener las partículas unidas

- Una costra buena se forma cuando la fase líquida esta entre el 24 - 28 %- Una costra buena se forma cuando la fase líquida esta entre el 24 - 28 %

- Una cantidad de fase líquda causa también un desarrollo mayor de polvo- Una cantidad de fase líquda causa también un desarrollo mayor de polvo

- Esto perjudica el proceso de quemado, conduce a obstrucciones en el - Esto perjudica el proceso de quemado, conduce a obstrucciones en el precalentador e incrementa el desgaste del equipo.precalentador e incrementa el desgaste del equipo.

Costra idealCostra ideal

Porcentaje de fase líquidaPorcentaje de fase líquida

Costra Costra débildébil

La costra dejaLa costra dejade solidificarse de solidificarse

Espesor Espesor de de costracostra

00 2020 2424 2828 3535



- Quimica de formación de costra- Quimica de formación de costra

La composición quimica de la harina cruda es un factor importante para La composición quimica de la harina cruda es un factor importante para determinar :determinar :

- La cantidad de la fase líquida / adherente en los gránulos de clinker- La cantidad de la fase líquida / adherente en los gránulos de clinker

- La formación del polvo en la zona de sinterización- La formación del polvo en la zona de sinterización

- La cantidad de elementos circulantes entre la zona de sinterizacióny el - La cantidad de elementos circulantes entre la zona de sinterizacióny el precalentadorprecalentador

los cuatro componentes C - S - A - F y sus proporciones relativas en la harina los cuatro componentes C - S - A - F y sus proporciones relativas en la harina cruda influencian :cruda influencian :

- El proceso de quemado- El proceso de quemado

- Las propiedades del cemento- Las propiedades del cemento

- La formación de codtras- La formación de codtras



El módulo hidraulico determina algunas propiedades del cemento asi como la El módulo hidraulico determina algunas propiedades del cemento asi como la resistencia a temprana edad y la resistencia finalresistencia a temprana edad y la resistencia final

CC S + A + F S + A + F

El módulo de sílice es más importante para el comportamiento de la costraEl módulo de sílice es más importante para el comportamiento de la costra

SS A + F A + F

Alumina y hierro son principalmente responsables en la formación de la fase Alumina y hierro son principalmente responsables en la formación de la fase líquida y en el quemado más fácil con un rango entre 1.8 y 3.9 %líquida y en el quemado más fácil con un rango entre 1.8 y 3.9 %



El módulo de sílice > 2.8 tiene las siguientes consecuencias :El módulo de sílice > 2.8 tiene las siguientes consecuencias :

- El clinker se quema más dificilmente- El clinker se quema más dificilmente

- Se forma menos costra en el horno- Se forma menos costra en el horno

- Se desarrolla más polvo- Se desarrolla más polvo

- Majora la resistencia del cemento- Majora la resistencia del cemento

- Puede aumentar la cal libre- Puede aumentar la cal libre

- Puede resultar monor Aluminato Tri-calcico- Puede resultar monor Aluminato Tri-calcico

Y con módulo de sílice <2.2 ocurren efectos contrariosY con módulo de sílice <2.2 ocurren efectos contrarios



El módulo de alumina se situa entre 1.3 - 2.5El módulo de alumina se situa entre 1.3 - 2.5

Al2O3Al2O3

Fe2O3Fe2O3

Cuando el módulo de alúmina es bajo :Cuando el módulo de alúmina es bajo :

- La costra es más espesa- La costra es más espesa

- El clinker es difícil de quemar- El clinker es difícil de quemar

- La resistencia temprana edad es menor- La resistencia temprana edad es menor

- El contenido de aluminio tri-cañcico disminuye- El contenido de aluminio tri-cañcico disminuye

Y un MA elevado tiene efectos opuestosY un MA elevado tiene efectos opuestos



MA AMA A Fluides de laFluides de laFF Fase líquidaFase líquida

El Fe tien ena influencia favorable en la velocidad de reacción entre la cal y el El Fe tien ena influencia favorable en la velocidad de reacción entre la cal y el sílice.Actuacomo catalizador y permite un quemado más fácil.sílice.Actuacomo catalizador y permite un quemado más fácil.

El contenido de hierro determina también la estabilidad de la costra al tener un El contenido de hierro determina también la estabilidad de la costra al tener un punto de fusión más altopunto de fusión más alto

Mejor formaciónMejor formaciónde costrade costra

SS

A + FA + F

CantidadCantidad

Fase líquidaFase líquida

AA

FF

Fase líquidaFase líquidaFluidezFluidezEstabilidadEstabilidad



Tipos de refractariosTipos de refractarios

1600160014001400120012001000100080080060060020020000

Pre-calentamientoPre-calentamiento TransiciónTransición QuemadoQuemadoZona deZona dedesacargadesacarga

TemperaturaTemperaturadel gas °Cdel gas °C

ArcillaArcillarefractarearefractareaAislanteAislante

Cromo - MagnesitaCromo - MagnesitaAlto contenidoAlto contenidoAluminaAlumina

MagnesitaMagnesitaCromo - magnesitaCromo - magnesitaDolomitaDolomita

Alto contenidoAlto contenidoAlúmina - MagnesitaAlúmina - MagnesitaCarburo de sílicioCarburo de sílicio



Elementos volátilesElementos volátiles

Los elementos circulantes (álcalis, cloro y azufre)Los elementos circulantes (álcalis, cloro y azufre)

juegan un papel significativo conrespecto a la estabilidad de la costra y del juegan un papel significativo conrespecto a la estabilidad de la costra y del tabique refractario.tabique refractario.

Contenido de cenizaContenido de ceniza

Las cenizas de carbón son absorvidas por el clinker y cambia su composición:Las cenizas de carbón son absorvidas por el clinker y cambia su composición:

Contenido de cenizasContenido de cenizas 20 %20 % 25 %25 % 30 %30 %

SiO2SiO2 21.621.6 22.022.0 22.422.4

Al2O3Al2O3 5.05.0 5.25.2 5.55.5

Fe2O3Fe2O3 2.62.6 2.82.8 3.03.0

Carbonato de calcioCarbonato de calcio 67.967.9 67.067.0 66.366.3

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