Información general. Selección de equipos para la producción de cemento. Tecnología de producción de cemento húmedo. Hacia una “prohibición” para la industria del cemento

Método seco de producción de cemento.

La producción de cemento Portland por el método seco se diferencia del método húmedo por el método de producción de clinker, que consta de las siguientes operaciones secuenciales (Fig. 2.3):

Arroz. 2.3.

La piedra caliza y la arcilla se trituran previamente, luego se secan hasta un contenido de humedad de aproximadamente el 1% y se muelen hasta obtener harina cruda. La piedra caliza y la arcilla se secan por separado (utilizando tambores de secado u otros aparatos térmicos para este fin) o juntas en molinos separadores de materias primas, en los que se realizan simultáneamente la molienda y el secado de los materiales. El último método es más eficiente y se utiliza en la mayoría de las plantas nuevas de proceso seco.

Para obtener harina cruda de una determinada composición química de los molinos, se envía a silos de corrección, a los que además se suministra harina cruda con un título alto o bajo conocido. En los silos, la harina se mezcla bien con aire comprimido.

La harina cruda se tuesta en forma de gránulos (granos) de hasta 25 mm de tamaño. La granulación de la mezcla se realiza en granuladores de tambor o de placa. Para quemar clinker por el método seco se utilizan hornos rotatorios, así como hornos de cuba automáticos u otros hornos más eficientes: hornos rotativos con calcinador transportador, dispositivos para quemar clinker en estado suspendido (estos últimos aún se encuentran en la etapa de práctica). desarrollo).

Cuando se quema en hornos de cuba, el combustible en forma de carbón triturado se prensa hasta formar gránulos; Para hacer esto, se agrega carbón a la mezcla cruda cuando se tritura en una cierta cantidad, y se tritura junto con las materias primas (el método de “harina negra”), o la harina cruda y el carbón se trituran por separado y luego se mezclan cuando formando gránulos (el método de la “harina blanca”). El primer método, "harina negra", asegura una distribución más uniforme del combustible en la mezcla y esto mejora los procesos de cocción; es el principal en las fábricas nacionales.

Un horno de cuba es un pozo revestido por dentro con ladrillos refractarios. Las materias primas en forma de gránulos se introducen continuamente en el horno y desde el fondo del pozo también salen continuamente del pozo en forma de clínker. En la parte media del horno se produce la combustión del combustible (zona de combustión); El aire de combustión proviene del fondo del eje.

Al pasar a través de una capa de clinker caliente cocido, el aire frío lo enfría y él mismo se calienta y entra en la zona de cocción en forma calentada. Los gases de combustión generados en la zona de combustión son evacuados por la parte superior del fuste, atravesando así la capa de material frío recién cargado, calentándolo y secándolo.

El movimiento a contracorriente de los gases y del material cocido crea las mejores condiciones para aprovechar el calor de la combustión del combustible y distingue a los hornos de cuba de los hornos rotatorios como dispositivos térmicos altamente eficientes. Sin embargo, en términos de calidad del clinker, productividad e intensidad de mano de obra, siguen siendo inferiores a los hornos rotativos. Los hornos de cuba se utilizan en fábricas de capacidad relativamente baja: hasta 200-400 mil g de cemento por año.

Arroz. 2.4.

Arroz. 2.4.

Unas condiciones ligeramente peores para la cocción de clinker en hornos de cuba en comparación con la cocción en hornos rotativos provocan un mayor contenido de CaO libre en el clinker. Para evitar cambios desiguales en el volumen de dicho cemento, el clinker de los hornos de cuba debe almacenarse durante un máximo de cuatro semanas. A veces incluso rocían el clinker con agua.

Otras operaciones tecnológicas en el método seco de producción de cemento Portland (preparación de aditivos hidráulicos y yeso, molienda de cemento, su almacenamiento y entrega al consumidor) siguen siendo similares a las consideradas en el método húmedo.

En la Fig. 2.4. Se presenta un esquema tecnológico para la producción de cemento por el método seco.

Método combinado para la producción de cemento Portland.

El método combinado de producción de cemento Portland consiste, como se señaló anteriormente, en la preparación de las materias primas por el método húmedo y la cocción por el método seco. Las principales operaciones tecnológicas y la secuencia de su implementación en el método combinado de producción de clinker son las siguientes (Fig. 2.5.):

Los lodos preparados en el molino de crudo, después de su ajuste, ingresan a filtros de vacío, donde se deshidratan desde un contenido de humedad del 35-40% hasta un contenido de humedad del 16-18%. La “galleta” (o “torta”) resultante se mezcla luego con el polvo del horno capturado por los filtros de los gases de combustión; La adición de polvo evita que las “migas” se peguen, las afloja y reduce la humedad residual al 12-14%.

La mezcla de materias primas así preparada se envía a cocción, que puede realizarse por el método seco. Más a menudo, este método utiliza un horno rotatorio con un calcinador transportador.

Arroz. 2.5. Esquema de un método combinado para producir clinker.

El cemento es muy popular en la construcción. Se utiliza tanto de forma independiente como como componente de muchos compuestos de construcción (por ejemplo, en la producción de hormigón armado y hormigón). Fabricar cemento es un proceso costoso y que consume mucha energía. Las fábricas están ubicadas muy cerca del lugar de extracción de las materias primas a partir de las cuales se creará el producto en el futuro.

La producción de cemento incluirá 2 etapas:

• obtención de clinker,
• molienda de clinker y adición de aditivos.

La producción de clinker representa aproximadamente el 70% del coste de los materiales de construcción.

Todo comienza con la extracción de materias primas. Por lo general, la piedra caliza se extrae quitando parte de una montaña para exponer una capa de piedra caliza de color amarillo verdoso. La profundidad de la capa de piedra caliza es de aproximadamente 10 m, el espesor promedio es de 0,7 m. Una vez que las materias primas llegan a la planta, se cuecen en un horno especial a una temperatura de +1450 ° C, como resultado de lo cual Se obtiene clinker.

En la segunda etapa de la producción de cemento, se trituran el clinker y el yeso y se secan los aditivos. Luego se muele el clinker junto con aditivos y yeso. Se agrega yeso en una cantidad del 5% de la masa total, se introducen aditivos según el tipo de mezcla.

Sin embargo, dado que las características técnicas y físicas de la materia prima pueden diferir, cada tipo de materia prima tiene su propio método de preparación.

Métodos de producción de cemento:

• húmedo,
• seco,
• conjunto.

Fabricación de cemento mediante el método húmedo.

El método húmedo implica la producción de cemento utilizando un componente de carbonato (tiza) y un componente de silicato (arcilla). También se utilizan aditivos que contienen hierro (cenizas de pirita, lodos de conversión, etc.). El contenido de humedad de la tiza no debe ser superior al 29% y el contenido de humedad de la arcilla no debe ser superior al 20%. Este método de producción de cemento se llama así porque las materias primas se trituran en agua y el resultado es una mezcla en forma de una suspensión a base de agua. La humedad de la carga es del 30-50%. A continuación, el lodo se quema en un horno, lo que produce la liberación de dióxido de carbono. Las bolas de clinker resultantes se muelen hasta obtener un polvo fino llamado cemento.

Este método se considera, con razón, el más rentable. Su peculiaridad es que en todas las etapas solo se utilizan materiales en estado seco. La elección del esquema de producción de cemento está determinada por las características químicas y físicas de las materias primas. La más popular es la producción de materiales en hornos rotatorios, en los que se utilizan arcilla y piedra caliza.

Después de triturar la arcilla y la piedra caliza en una trituradora, se secan hasta alcanzar el estado requerido (humedad: no más del 1%). El secado y la molienda se realizan en una máquina separadora, después de lo cual la mezcla se envía a intercambiadores de calor ciclónicos, donde permanece no más de 30 segundos. Luego viene la etapa en la que se cuecen las materias primas y luego se transfieren al frigorífico. Luego, el clinker se envía a un almacén, donde se muele y se envasa. La preparación de yeso y aditivos, así como el almacenamiento y transporte del cemento, son idénticos a los producidos por el método húmedo.

Opción de producción combinada de cemento.

El lodo se obtiene por el método “húmedo”, tras lo cual la mezcla se deshidrata en filtros especiales hasta que el nivel de humedad alcanza el 16-18%. A continuación, las materias primas se envían a cocción. La segunda versión del método combinado de producción de cemento implica la producción en seco de una masa de materia prima, a la que luego se le añade y granula entre un 10 y un 14% de agua. El tamaño de los gránulos no debe exceder los 15 mm. Lo siguiente es disparar.

Cada método de producción utiliza su propio equipo y una determinada secuencia de operaciones.

La producción moderna se centra en la obtención de material por método seco. Se le considera, con razón, el futuro de la industria del cemento.

La producción de cemento Portland se realiza principalmente por métodos húmedos o secos, dependiendo de la preparación de la mezcla de materias primas.

Las materias primas para la producción de cemento Portland deben contener entre un 75...78% de CaCO3 y un 22...25% de materia arcillosa. Para la producción de cemento Portland se utilizan calizas con un alto contenido de carbonato de calcio (tiza, margas, calizas densas) y rocas arcillosas (arcillas, lutitas) que contienen SiO2, Al2O3 y Fe2O3. En promedio, por cada tonelada de cemento se consumen alrededor de 1,5 toneladas de materias primas minerales; la proporción aproximada entre los componentes de carbonato y arcilla de la mezcla de materia prima es 3:1 (es decir, se toma aproximadamente un 75% de piedra caliza y un 25% de arcilla).

Las rocas que cumplen estos requisitos son raras en la naturaleza. Por ello, para la producción de cemento Portland, además de piedra caliza y arcilla, se utilizan los denominados aditivos correctores, que contienen una cantidad importante de uno de los óxidos que faltan en la mezcla de materias primas.

Por lo tanto, una cantidad insuficiente de SiO2 se compensa mediante la introducción de sustancias con alto contenido de sílice (opka, diatomita, trípoli). El contenido de óxidos de hierro (Fe2O3) se puede aumentar introduciendo cenizas o minerales de pirita. Se consigue un aumento del contenido de alúmina Al2O3 añadiendo arcillas con alto contenido de alúmina. Los aditivos introducidos en la mezcla de materia prima ajustan la composición química de la masa de materia prima, regulan la temperatura de sinterización de la mezcla y la cristalización de los minerales de clínker.

Para producir cemento Portland se utilizan cada vez más subproductos industriales. Una materia prima muy valiosa es la escoria de alto horno, que contiene los componentes necesarios para producir clinker (CaO, Si02, Al2O3, Fe2O3). El lodo de nefelina resultante de la producción de alúmina contiene entre un 25 y un 30% de Si02 y entre un 50 y un 55% de CaO; Basta agregarle entre un 15 y un 20% de piedra caliza para obtener una mezcla de materia prima. El uso de lodos de nefelina aumenta la productividad del horno en aproximadamente un 20% y reduce el consumo de combustible entre un 20 y un 25%.

El principal y más eficiente tipo de combustible es el gas natural, que tiene un alto poder calorífico. Se está reduciendo el uso de fueloil y combustibles sólidos preparados en instalaciones especiales para secar y moler carbón (antracita, hulla). El poder calorífico del combustible sólido es menor que el del combustible gaseoso; las mezclas de carbono y aire son propensas a explotar; El contenido de cenizas del carbón es del 10 al 20%, y las cenizas, al entrar en la mezcla de materias primas cocidas, distorsionan la composición mineral calculada del clínker. El costo del combustible es hasta el 25% del costo del cemento terminado, por lo que las plantas de cemento prestan mucha atención a ahorrarlo.

Preparación de materias primas.

La producción de cemento Portland es un proceso tecnológico complejo y que consume mucha energía, que incluye:

1) extracción en cantera y entrega de materias primas, piedra caliza y arcilla a la planta;

2) preparación de la mezcla cruda;

3) cocción de la mezcla de materias primas antes de la sinterización - producción de clinker;

4) molienda de clinker con la adición de yeso - obtención de cemento Portland;

5) venta al por menor del producto terminado.

Todas las operaciones tecnológicas están subordinadas a garantizar la composición y calidad especificadas del clinker. La preparación de la mezcla de materias primas consiste en una fina molienda y mezcla de los componentes tomados en la proporción establecida, lo que garantiza la integridad de las reacciones químicas entre ellos y la homogeneidad del clinker. La mezcla de materias primas se prepara mediante métodos secos, húmedos y combinados.

En el proceso húmedo, las materias primas se trituran y mezclan en presencia de agua y la mezcla en forma de suspensión líquida se cuece en hornos rotatorios; Con el método seco, los materiales se trituran, se mezclan y se cuecen en seco. Últimamente se utiliza cada vez más un método combinado de preparación de la mezcla de materias primas, en el que la mezcla de materias primas se prepara por vía húmeda, luego se deshidrata el lodo y a partir de él se preparan gránulos que se cuecen por vía seca.

Cada método tiene sus lados positivos y negativos. En ambiente acuoso se facilita la trituración de materiales y se logra rápidamente la homogeneidad de la mezcla, pero el consumo de combustible para quemar la mezcla es 1,5...2 veces mayor que con el método seco. El desarrollo del método seco estuvo limitado durante mucho tiempo debido a la baja calidad del clínker resultante. Sin embargo, los avances en las técnicas de molienda y homogeneización de mezclas secas aseguraron la calidad del cemento Portland.

Actualmente se está desarrollando a nivel mundial el método seco de producción de cemento con hornos equipados con intercambiadores de calor ciclónicos y reactores descarbonizadores (Figura 1). La productividad de la línea de producción con horno de 4,5x80 m, intercambiadores de calor ciclónicos y reactor descarbonizador es de 3000 toneladas de clinker por día.

Con este método de producción de cemento, el consumo de combustible se reduce entre un 30...40% en comparación con el método húmedo, y el consumo de metal de las unidades del horno es de 2,5...3 veces. También está previsto dominar la tecnología y construir plantas de cemento con un reactor descarbonizador con hornos de 5 × × 100 m con una capacidad de 5000 toneladas de clinker por día.

◊ Método seco

La producción de cemento por el método seco es más económica que por el método húmedo: no hay proceso de formación de lodos; es posible combinar eslabones individuales del esquema tecnológico en una sola unidad: molinos autógenos Aerofol, almacenes de homogeneización, molinos para moler materias primas con secado, etc.

Con el método seco (Figura 1), las materias primas suministradas a la planta en forma de margas, calizas y arcillas se trituran en trituradoras tipo S-776 hasta obtener granos de 2,5 mm de tamaño (el material arcilloso se tritura en unidades con secado simultáneo) . La materia prima triturada preparada se transporta mediante cintas transportadoras al almacén de materias primas, donde se promedian las materias primas (utilizando máquinas promedio) según el estándar establecido de composición química y luego se introducen en las tolvas del molino.

Foto 1. Esquema tecnológico para la producción de cemento por el método seco:

1-excavadora; 2 trituradoras autopropulsadas; Máquina de 3 rotores; Cargador de 4 grúas; Dumper de 5 vagones, 6 tolvas de recepción de materias primas, 7 dispositivos de dosificación y transporte; 8 molinos de premolienda “Aerofol”; 9-separadores; molino de 10 tubos; 11-horno; 12 ciclones; ventilador de 13 molinos; 14-aire acondicionado; Precipitador eléctrico de 15, ventilador de aspiración de 16; 17 chimeneas; 18-mecanismo para recolección de polvo; 19 bombas neumáticas de cámara, 20 silos correctivos; 21 silos de alimentación; Tolva de 22 niveles constantes; 23 dispensadores por peso; elevador de 24 neumáticos; filtro de 25 bolsas; Intercambiadores de calor de 26 ciclones; horno rotatorio de 27; frigorífico de 28 rejillas; ventilador de 29 explosiones agudas; 30 ventiladores de doble succión, 31 ventiladores de explosión general; trituradora de clinker de 32; transportador de 33 clinker; 34 silos; puerta de 35 ajustes; Extractor de humos de 36; 37 ventiladores; Dispensador de 38 masas; 39 transportadores; molino de 40 tubos; 41 ascensores; 42 separadores; filtro de 43 bolsas; Camión cisterna de cemento de 44 vagones, Camión cisterna de cemento de 45 vagones; 46 escalas; 47 silo de cemento

Desde estos últimos, las materias primas, junto con los aditivos, se suministran a través de dosificadores de masa a los dispositivos receptores de las unidades de molienda, donde se trituran hasta alcanzar la finura requerida, se secan con el calor de los gases de escape de los hornos rotativos y se someten a separación.
El material triturado en el molino se descarga mediante un flujo de gas a través de ciclones de descarga mediante un ventilador del molino. Luego, la harina ingresa a los silos de corrección, donde es homogeneizada y trasladada a los silos de servicio.

Desde los silos, la mezcla de materias primas se suministra mediante elevadores neumáticos a un dispositivo de carga equipado con dosificadores de masa y luego a los intercambiadores de calor ciclónicos del horno rotatorio. En los intercambiadores de calor, la mezcla de materias primas se calienta mediante gases contracalentados del horno rotatorio hasta una temperatura de 750...800°C y se descarboniza parcialmente, después de lo cual ingresa al horno para su cocción.

La cocción del clinker en el método de producción en seco se realiza en hornos rotatorios con intercambiadores de calor ciclónicos, que suelen constar de cuatro ciclones conectados en serie, a través de los cuales se dirigen los gases que salen del horno; La mezcla seca de materia prima triturada fluye hacia los gases de arriba a abajo a través de ciclones; en 25...30 s se calienta hasta 750...800°C y se descarboniza en un 30...40%. Un horno tan moderno tiene una productividad de 3000 t/s con un consumo de calor específico de 3,2...3,4 MJ/kg de clinker.

El progreso técnico es la introducción en el sistema de intercambiadores de calor ciclónicos de una etapa adicional de disociación del reactor descarbonizador (Fig. 2), en la que se quema hasta el 60% del combustible destinado a la quema de clinker. En el reactor descarbonizador ocurre el 85...90% de la descomposición del carbonato cálcico, y el 10...15% restante del proceso de disociación ocurre en el horno rotatorio.

Figura 2. Novedades en la tecnología de producción de cemento:

a) - horno con intercambiadores de calor ciclónicos; b) - horno con intercambiadores de calor ciclónicos y reactor descarbonizador; 1 horno; Intercambiadores de calor de 2 ciclones, descarbonizador de 3 reactores; 4 refrigeradores.

La instalación de un descarbonizador permite aumentar la eliminación de clinker de 1 m3 del volumen interno del horno entre 2,5...3 veces, aumentar la productividad de los hornos a 6000...10000 t/día y reducir el consumo de calor específico. a 3,0...3,1 MJ/kg de clinker. Las dimensiones de la instalación son pequeñas y se puede utilizar no solo en la construcción de nuevas plantas, sino también en la modernización de hornos existentes con intercambiadores de calor ciclónicos.

Así, la etapa más sometida a estrés térmico del proceso de cocción del clínker de cemento, la descarbonización, se traslada fuera del horno, en el que sólo se produce la sinterización del clínker, y resulta estar descargado térmicamente. Esto permite aumentar significativamente la productividad de los hornos con el mismo consumo específico de calor para la combustión. El clínker se enfría a 60...80°C en un enfriador de parrilla y luego se introduce en un molino separador para su molienda.

El cemento se transporta a silos, desde donde se envía a granel o mediante una máquina envasadora en contenedores hasta el consumidor.
Se conocen hornos rotatorios con un método de producción semiseco, en los que el horno está conectado a una rejilla transportadora, sobre la cual se aspiran dos veces los gases calientes del horno a través de una capa de mezcla granulada de materia prima; Como resultado, una carga de materia prima calentada y parcialmente descarbonizada ingresa al extremo de carga del horno.

El consumo de calor en este horno de 4x60 m es de aproximadamente 3,5 MJ con una productividad de 42 t/h. Con el método combinado, las materias primas preparadas mediante el método húmedo y el lodo, que tiene un contenido de humedad de aproximadamente el 40%, se deshidratan en filtros hasta un contenido de humedad del 16...18%. Los gránulos se preparan a partir de las "migas" resultantes y se cuecen por el método seco.

Método húmedo para la producción de cemento Portland.

◊ Método húmedo

Utilizando el método húmedo (Fig. 3), las materias primas entregadas desde la cantera a la planta en trozos se someten a una trituración preliminar (hasta un tamaño de partícula de no más de 5 mm). Las rocas duras se trituran en trituradoras y las rocas más blandas (arcilla, tiza) se trituran mezclándolas con agua en mezcladoras de arcilla. El chatterbox es un tanque redondo de hormigón armado con un diámetro de 5...10 my una altura de 2,5...3,5 m, revestido con losas de hierro fundido.

Figura 3. Esquema tecnológico para la producción de cemento Portland mediante el método húmedo:

1 - suministro de piedra caliza de la cantera; 2 - trituradora de piedra caliza, 3 - suministro de arcilla de la cantera, 4 - suministro de agua; 5 - piscina para mezclar arcilla, 6 - molino de crudo; 7 - piscinas de lodos; 8 - horno rotatorio; 9 - refrigerador; 10 - suministro de combustible; 11 - almacén de yeso;12 - elevador para alimentar el yeso desde la trituradora al búnker;13 - almacén de clinker;14 - molino de bolas;15 - silos de cemento;16 - envasado de cemento

En el parloteo gira alrededor de un eje vertical una cruz con rastrillos de acero suspendidos de cadenas para moler trozos de arcilla. El lodo obtenido en una mezcladora de arcilla con un contenido de humedad de aproximadamente el 45% se descarga a través de un orificio con una malla y se transfiere a un molino tubular (de bolas), donde se alimenta continuamente piedra caliza triturada.

Figura 4. Molino multicámara de bolas:

Fondo de 1,10 extremos; 2 rodamientos; Embudo de 3 cargas; eje de 4 huecos; particiones de 5 cámaras; 6 cuerpos; 7 cubiertas; partición de 8 diafragmas; 9 cuerpos; 11 palas, cono de 12 descargas; 13 carcasas; 14 tamices; Tubería de 15 descargas; 16 orificios de descarga.

Un molino de tubos (Fig. 4) es un cilindro de acero de hasta 15 m de largo y hasta 3,2 m de diámetro, que gira sobre ejes huecos, a través del cual el molino se carga por un lado y se descarga por el otro. El interior del molino está dividido mediante tabiques con agujeros en tres cámaras. La primera y segunda cámaras contienen bolas de acero o hierro fundido, y la tercera contiene pequeños cilindros. A través de un muñón hueco, el lodo ingresa a la primera cámara del molino de tubos.

Cuando el molino gira, las bolas, bajo la influencia de la fuerza centrífuga y la fricción, se presionan contra las paredes, suben a una determinada altura y caen, rompiendo y triturando los granos del material. Los molinos de tubos son equipos continuos. El material finamente molido en forma de una masa cremosa (lodo) se bombea a piscinas de lodo, que son tanques cilíndricos de hormigón armado o de acero.

En ellos finalmente se ajusta la composición química de los lodos y se crea una cierta reserva para el funcionamiento ininterrumpido de los hornos. Desde los estanques, el lodo ingresa a los tanques y luego se alimenta uniformemente al horno rotatorio para su calcinación. El horno rotatorio (Fig. 5) es un cilindro largo fabricado en chapa de acero, revestido por dentro con material refractario.

Figura 5. horno rotatorio

1-mezcla de materia prima; 2-gases calientes; horno de 3 rotaciones; Cortinas de 4 cadenas que mejoran la transferencia de calor; 5 unidades; 6 refrigeración por agua de la zona de sinterización del horno; 7 antorchas; 8-suministro de combustible a través de la boquilla; 9-clinker; 10 refrigeradores; 11-apoyos.

La longitud de los hornos es de 150...185...230 m, el diámetro de 4...5...7 m. El tambor del horno se instala con una inclinación de 3,5...4° y gira alrededor de su eje con una frecuencia de 0,5...1,4 min -1. Los hornos rotatorios funcionan según el principio de contracorriente. El lodo se carga desde la parte superior del horno y se mueve hacia el extremo inferior. Se sopla combustible en forma de polvo de carbón o gas. con aire del extremo opuesto del horno y se quema, creando una temperatura de 1500 ° C.

Los gases de combustión se eliminan por el extremo elevado del horno, el lodo, que se mueve a lo largo del tambor, entra en contacto con los gases calientes que llegan hacia él y se calienta gradualmente. La formación del clinker de cemento Portland está precedida por una serie de procesos físicos y químicos que ocurren dentro de ciertos límites de temperatura (zonas tecnológicas de la unidad del horno), el horno rotatorio.

Con el método húmedo de producción de cemento, a lo largo del movimiento del material cocido se distinguen convencionalmente las siguientes zonas: I-evaporación, II-calentamiento y deshidratación, III-descarbonización, IV-reacciones exotérmicas, V-sinterización, VI-enfriamiento. Consideremos estos procesos a partir de la llegada de la mezcla de materia prima desde el horno, es decir, en el sentido de su extremo superior (frío) hacia el inferior (caliente).

En la zona de evaporación con un aumento gradual de la temperatura de 70 a 200 ° C, la humedad se evapora y la mezcla de materias primas se seca. El material seco se acumula y, a medida que se mueven, se rompen en gránulos más pequeños. En los hornos de método seco no existe zona de evaporación.

En la zona de calefacción cuando la materia prima se calienta gradualmente de 200 a 700 ° C, las impurezas orgánicas se queman, el agua química cristalina se elimina de los minerales arcillosos (a 450 ... 500 ° C) y se forma caolinita anhidra Al2O3 Si02 Zonas de evaporación y calentamiento con el método húmedo ocupa entre el 50 y el 60% de la longitud del horno.

En la zona de descarbonización la temperatura del material cocido aumenta de 700 a 1100°C. La disociación de los carbonatos de calcio y magnesio se produce con la formación de carbonatos libres (CaO, MgO). Al mismo tiempo, se produce la descomposición de los minerales arcillosos en óxidos SiO2, Al2O3, Fe2O3. , que entran en interacción química con CaO, continúa. Como resultado de estas reacciones que ocurren en los sólidos, se forman los minerales 3CaO·Al2O3, CaO·Al2O3 y parcialmente 2CaO·SiO2.

En la zona de reacciones exotérmicas. a una temperatura de 1200...1300°C se completa el proceso de sinterización en fase sólida del material, se forman 3CaO·Al2O3, 4CaO·Al2O3·Fe2O3 y belita, la cantidad de cal libre disminuye bruscamente, pero es suficiente para saturar el silicato dicálcico a tricálcico.

En la zona de sinterización, a temperaturas de 1300... 1450... 1300°C, se produce una fusión parcial del material (20...30% de la mezcla cocida). Todos los minerales de clínker, excepto 2CaO·SiO2, y todas las impurezas de bajo punto de fusión de la mezcla de materias primas pasan a la masa fundida. La alita cristaliza a partir de la masa fundida como resultado de la disolución en ella de óxido de calcio y silicato dicálcico.

Este compuesto es poco soluble en la masa fundida, por lo que se libera en forma de pequeños cristales que posteriormente crecen. Una disminución de la temperatura de 1450 a 1300°C provoca la cristalización de la masa fundida de 3CaO·Al2O3, 4CaO·Al2O3·Fe2O3 y MgO (en forma de periclasa), que termina en la zona de enfriamiento.

En la zona de enfriamiento, la temperatura del clinker cae de 1300 a 1000°C, aquí su estructura y composición están completamente formadas, incluyendo alit C3S, belita C2S, C3A, C4AF, MgO (periclasa), fase vítrea y componentes menores.
Los límites de las zonas en un horno rotatorio son bastante arbitrarios y no estables. Al cambiar el modo de funcionamiento del horno, puede cambiar las zonas y así regular el proceso de cocción.

El clinker caliente así formado entra en el frigorífico, donde se enfría bruscamente gracias al aire frío que se dirige hacia él. El clínker que sale del refrigerador de los hornos rotatorios a una temperatura de aproximadamente 100°C o más se envía a un almacén para su enfriamiento final y envejecimiento (almacenamiento), donde permanece hasta por 15 días. Si el clinker contiene cal en forma libre, durante el envejecimiento se extingue por la humedad del aire.

En plantas altamente mecanizadas con un proceso tecnológico claramente organizado, la calidad del clinker es tan alta que no es necesario envejecerlo. La molienda del clinker junto con los aditivos se realiza en molinos tubulares de cámaras múltiples.
La molienda fina de clinker con yeso y aditivos minerales activos hasta obtener un polvo fino se realiza principalmente en plantas separadoras que funcionan en ciclo abierto o cerrado.

El funcionamiento eficiente de un molino tubular se garantiza enfriando el espacio del molino mediante aspiración (ventilación). Gracias a la aspiración, la productividad del molino aumenta entre un 20...25%, se reducen las emisiones de polvo y se mejoran las condiciones de trabajo. Para intensificar la molienda, se introduce un aditivo: puré de levadura y sulfito (SYB), y la productividad de los molinos aumenta en un 20...30%.

En las plantas de cemento modernas, la molienda del cemento Portland en ciclo abierto se realiza de acuerdo con el siguiente esquema tecnológico. El clinker, el yeso y los aditivos minerales activos del almacén se introducen en tolvas y se dosifican mediante alimentadores de discos. Después de la molienda, el cemento fluye a través del eje del molino hacia el pozo de aspiración y desde éste a la tolva de cemento y luego al almacén.

Se aspira el espacio del molino, el aire polvoriento se purifica parcialmente en el pozo de aspiración, luego en ciclones y en un precipitador eléctrico, luego se recoge mediante un tornillo y se envía a la tolva de suministro de cemento. La desventaja de la molienda en ciclo abierto es la dificultad de obtener cemento con una superficie específica elevada (hasta 400...500 m2/kg).

Los molinos que funcionan en ciclo cerrado producen un producto con un tamaño de grano más uniforme y una superficie específica mayor (4000...5000 cm2/g); un ciclo de molienda cerrado incluye una unidad de molienda y un separador centrífugo, que determina los granos grandes que se devuelven para el acabado a la primera cámara, y la fracción fina se muele en la tercera cámara, desde donde se descarga el cemento terminado. En un ciclo completamente cerrado, el material pasa dos veces por el separador.

Recientemente, se ha generalizado un molino de tubos cortos, generalmente un molino de dos cámaras, que funciona en ciclo cerrado con un separador.
El cemento Portland terminado (con una temperatura de 100°C o más) se envía mediante transporte neumático a silos para su enfriamiento. A continuación se envasa en sacos de papel multicapa de 50 kg o se carga en medios de transporte especialmente equipados por carretera, ferrocarril o agua.

Una nueva forma de producir cemento Portland

Un nuevo método para producir cemento Portland consiste en cocer el clinker en una solución salina de cloruros, reemplazando el principal medio de reacción en el horno (fusión de silicato) por una sal fundida a base de cloruro de calcio. En la sal fundida se acelera la disolución de los principales óxidos formadores del clínker (CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3) y se completa la formación de minerales (alita, belita, etc.) a 1100...1150°C en lugar de los habituales 1400...1500°C, lo que reduce significativamente la intensidad energética de la producción de clínker de cemento. El clínker resultante, junto con la alita, contiene un mineral llamado alinita.

La alinita es un silicato de calcio Al-Cl altamente básico que contiene aproximadamente un 2,5% de cloruro. El clinker sintetizado en sal fundida se muele 3...4 veces más fácilmente que el clinker normal. Esto permite reducir los costos eléctricos para la molienda y aumentar la productividad de los molinos de cemento. Al mismo tiempo se reduce el número de unidades de molienda.

El cemento alinita se hidrata más rápido en las etapas iniciales. En las fábricas de cemento se está dominando la tecnología del cemento nuevo. Actualmente se está estudiando en profundidad la resistencia a la corrosión del hormigón utilizando este cemento y el comportamiento de las armaduras de acero en el hormigón, teniendo en cuenta la presencia de cloro en el mismo. Todo esto nos permitirá determinar áreas racionales de aplicación del cemento alinita.

El consumo total de energía por tonelada de cemento es de 325...550 MJ, y los costes energéticos mínimos se consiguen mediante el método seco utilizando un descarbonizador: se gastan 125...180 MJ en la molienda de clínker con aditivos.

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Hay dos métodos de producción principales: húmedo y seco. En el método de producción húmedo, la mezcla de materias primas se tritura y las materias primas se mezclan con agua. El líquido cremoso resultante, el lodo, contiene entre un 32 y un 45% de agua. En el método seco, las materias primas se secan previamente y luego se trituran y mezclan. El polvo fino resultante se llama harina cruda. Dependiendo de las propiedades físicas de los materiales de partida y de otros factores, se utilizan diferentes esquemas de producción cuando se produce cemento mediante el método húmedo. Estos esquemas se diferencian entre sí únicamente en el método de preparación de la mezcla de materias primas. Presentamos un esquema para la producción de cemento por método húmedo a partir de un material duro - piedra caliza - y uno blando - arcilla. Con una mezcla de materia prima de tres componentes, el aditivo corrector se tritura, luego de lo cual ingresa a un búnker, desde donde ingresa al molino junto con la piedra caliza. La arcilla se pasa a través de una trituradora de rodillos hasta el puré.

Fábricas de cemento

Junto con la fabricación de productos, las fábricas de cemento son empresas únicas en la eliminación de materiales secundarios (residuos). Los balances medioambientales comparativos muestran que el uso de materiales reciclados en una planta de cemento parece más preferible que otros métodos de eliminación, porque La liberación de metales pesados ​​durante la producción de cemento y durante el funcionamiento de productos de hormigón es muy pequeña (1).
La tecnología de fabricación del cemento permite el uso de materiales reciclados en todas las etapas de su producción:

Preparación de mezcla de materias primas;
- quema de clinker de cemento Portland;
- molienda de mezcla de cemento.

Por lo tanto, se puede argumentar que la planta de cemento implementa la eliminación de residuos industriales y domésticos más confiable, económica y ambientalmente compatible.

Materiales secundarios durante la cocción de clinker

Más del 80% del clinker de cemento Portland en Ucrania se quema utilizando tecnología "húmeda" obsoleta. En 2007, las fábricas de cemento consumieron 1.740 millones de m3 de gas natural. La desventaja de la industria del cemento (alta intensidad energética) puede convertirse en una ventaja si las plantas de cemento logran un alto grado de uso de materiales reciclados en lugar de combustible natural. Desde el punto de vista de los intereses estatales, el concepto propuesto para el desarrollo de la industria del cemento parece más razonable, porque su implementación permitirá reciclar más de 1 millón de toneladas de desechos industriales y domésticos anualmente y reducir el consumo de combustible natural en las plantas de cemento al nivel del moderno método de producción "seco".
La viabilidad de implementar el concepto propuesto para el desarrollo de la industria del cemento puede confirmarse mediante cálculos apropiados. Los costes de capital específicos por tonelada de cemento cuando se convierte al método de producción de cemento en seco son de unos 100 €. La transferencia de toda la industria del cemento requerirá alrededor de 1.200 millones de euros. El coste de las plantas de tratamiento de residuos que producen anualmente 1 millón de toneladas de residuos listos para quemar es de 36 a 50 millones de euros. Las ventajas de reciclar residuos que contienen combustible en una planta de cemento son obvias.
En este aspecto, es muy importante que, según el Protocolo de Kioto, el CO2 liberado durante la combustión de residuos no se tenga en cuenta en el balance global de CO2, a diferencia del CO2 producido durante la combustión de combustibles naturales. Se pueden comercializar las emisiones reducidas de CO2 de una planta de cemento. El precio actual de las emisiones biogénicas de CO2 es de aproximadamente 20 dólares EE.UU. por tonelada (2).

Hoy en día, en Europa, algunas fábricas funcionan sin costes de combustible o incluso ganan dinero utilizando métodos de eliminación de residuos respetuosos con el medio ambiente.
Está claro que el uso de residuos que contienen combustible en Ucrania se enmarca en un enfoque sistemático para resolver este problema. Actualmente se está implementando un módulo de este sistema que incluye una evaluación del impacto de los residuos que contienen combustible en el medio ambiente, el régimen de cocción del clínker y la calidad del cemento. El estudio se lleva a cabo en condiciones semiindustriales en un horno rotatorio en la Planta Experimental de Cemento de Jarkov (KhOCZ), en la investigación participan: "SEPROTSEM", que da una opinión sobre la calidad del clínker y el cemento, el Instituto de Problemas Ambientales, que da una opinión sobre la seguridad medioambiental del proceso, y "KhOCZ" da una conclusión sobre los parámetros de cocción del clinker. Luego, si los resultados son positivos, se realiza una prueba industrial y se implementa esta tecnología en una planta de cemento.

El uso de materiales reciclados al moler cemento.

En Europa, por razones económicas y medioambientales, la gama de cementos producidos está cambiando: la proporción de cementos CEM II está aumentando significativamente (contenido de aditivos del 6 al 35%). En 2007 En Ucrania se produjeron: PC II/A-Sh-400 – 5,08 toneladas, PC II/B-Sh-400 – 2,85 millones de toneladas, ShPC III/A-400 – 2,44 millones de toneladas., PC II/A-Sh-500 – 0,95 millones de toneladas, PC I-500 – 2,42 millones de toneladas. Como puede verse en los datos presentados, la escoria granulada de alto horno (en lo sucesivo denominada escoria) se utiliza principalmente como aditivo mineral activo. Los cementos con escoria se producen moliéndolos junto con el clínker de cemento Portland.

Este método no es racional porque debido a su menor actividad, la escoria debe triturarse más finamente. Actualmente se utiliza otra tecnología para la producción de cemento con escoria, que se basa en la molienda separada de clinker y escoria. La escoria se tritura hasta obtener la finura óptima y luego se mezcla con clínker finamente molido.

En la Tabla 3 se presentan las propiedades del cemento sin aditivos y del cemento con 30 y 60% de escoria, que se obtuvieron mezclando clinker y escoria triturados por separado. Como puede verse en los datos de la Tabla 3, los cementos con un alto contenido de escoria muestran una alta resistencia estándar: resistencia a la compresión a la edad de 28 días.

Método seco de producción de cemento.

La producción de clinker por vía seca es técnica y económicamente más viable en los casos en que las materias primas de partida se caracterizan por:
1) humedad hasta el 10%;
2) relativa homogeneidad en composición química y estructura física, lo que permite obtener harina cruda homogénea al moler materias primas secas.
Con el método seco, el consumo de calor para la cocción del clinker alcanza 800-1200 kcal/kg, lo que es significativamente menor que el coste de producción con el método húmedo (1400-1500 kcal/kg). En el método seco de producción de clinker, los materiales de partida (piedra caliza, arcilla, etc.) después de la trituración se secan y se muelen conjuntamente en molinos de bolas y de otro tipo hasta obtener un residuo del 5-8% en el tamiz nº 008. La harina cruda se quemado en hornos rotativos cortos con intercambiadores de calor ciclónicos o calcinadores, así como en minas automáticas. Dependiendo de esto, los esquemas de producción difieren un poco.
Preparación de materias primas y su cocción en hornos rotativos con intercambiadores de calor. La producción de cemento por método seco con cocción de clinker en hornos rotativos cortos se realiza según el siguiente esquema tecnológico (utilizando piedra caliza y arcilla).
La piedra caliza y la arcilla se extraen y trituran mediante el método de producción seco utilizando los mismos mecanismos que con el método húmedo. Las materias primas trituradas se secan en tambores de secado hasta una humedad residual del 1-2% y luego se someten a una molienda fina en molinos que funcionan en ciclo abierto o cerrado. Hoy en día, para la molienda fina de calizas y arcillas se utilizan principalmente instalaciones de molienda y secado simultáneos del material en molinos de bolas.
La harina cruda obtenida como resultado de la molienda en molinos se envía para su homogeneización y ajuste a silos especiales de hormigón armado. La harina se mezcla con aire comprimido. Los chorros de aire que penetran en la harina la airean, lo que se acompaña de una disminución de la masa volumétrica. Al mismo tiempo, el material se vuelve más fluido. Después de la homogeneización, se comprueba la composición de la harina cruda en función del contenido de óxido de calcio. Si cumple con los requisitos, la mezcla se envía a cocción. Si se detectan desviaciones, la composición se ajusta y se mezcla bien hasta que esté completamente homogénea. En el material cocido mediante el método de producción en seco se producen los mismos procesos que cuando la mezcla se cuece en forma de lodo. El clínker resultante, después de enfriarse en refrigeradores, se envía a un almacén y luego se transforma en cemento.
Molienda de clinker. Muchas propiedades del cemento Portland, incluida la actividad y la velocidad de endurecimiento, están determinadas no solo por la composición química y mineralógica del clínker, la forma y el tamaño de los cristales de alita, belita y otros elementos, la presencia de ciertos aditivos, sino también por en gran medida por la finura de molienda del producto, su composición granulométrica y la forma de las partículas del polvo.
El cemento en polvo se compone principalmente de granos cuyo tamaño varía entre 5-10 y 30-40 micrones. La finura de molienda del cemento Portland generalmente se caracteriza por residuos en tamices con un tamaño de malla transparente de 0,08, donde el residuo en este tamiz es del 5-8% (en peso), para cementos de endurecimiento rápido, hasta un residuo de 2 -4% o menos, así como la superficie específica del polvo 2500-3000 y 3500-4500 cm2/g y más. A medida que aumenta la finura de la molienda del cemento, su resistencia y velocidad de endurecimiento aumentan, pero sólo hasta una superficie específica de 7000-8000 cm2/g. A partir de este límite suele observarse un deterioro de las propiedades resistentes del cemento endurecido. Su resistencia a las heladas a menudo comienza a deteriorarse incluso en superficies específicas más bajas (4000-5000 cm2/g).

Proceso de producción de cemento

Una planta de cemento moderna es un conjunto complejo de equipos tecnológicos que procesan materias primas (piedra caliza, tiza, etc.) para convertirlas en cemento. El cemento está disponible en varios tipos y calidades y se utiliza en grandes cantidades como principal material de construcción. En la industria del cemento se han generalizado los métodos de producción principalmente húmedos y secos. El diagrama de flujo estructural de la producción de cemento mediante el método húmedo se muestra en la Figura 1.
Como material de partida para el proceso de cocción y la formación de clinker se utilizan mezclas preparadas artificialmente de rocas carbonatadas y arcillosas.

La molienda de materias primas sólidas transportadas mediante alimentadores y dispensadores especiales al departamento de materias primas desde el almacén se realiza en unidades de molienda: molinos de tubos de bolas. Simultáneamente a la molienda de las materias primas hasta una determinada finura, en el molino se mezclan componentes de piedra caliza y arcilla, así como aditivos (cenizas). En las fábricas que utilizan materiales plásticos, la segunda etapa de molienda se realiza en parlantes, donde se produce la elutriación, o en molinos de Hydrofol. Los lodos se bombean mediante bombas centrífugas a cubetas de homogeneización: primero a cubetas de purín verticales y luego a cubetas horizontales.
La mezcla de materias primas preparada con una determinada composición química, cierta humedad y finura de molienda se introduce en un horno rotatorio, donde se produce la sinterización y la transformación química de la mezcla, dando como resultado un nuevo material con propiedades especiales: el clinker.

Después de salir del horno, el clinker se enfría y se suministra al almacén de clinker y luego a la molienda. La etapa final en la producción de cemento es la molienda y mezcla del clinker con aditivos (yeso, arena, etc.) en molinos de cemento. El cemento resultante después de los molinos se suministra mediante cámaras neumáticas o bombas neumáticas de tornillo a los silos de almacenamiento.
También existe un método seco de producción de cemento. En el método seco de producción de cemento, la mezcla de materias primas se prepara en forma de harina cruda. El diseño de equipos en nuevas líneas de producción se realiza con la colocación (y operación) secuencial de unidades individuales: molino de crudo - silo de harina cruda - horno rotatorio, etc.
Todos los procesos principales de producción de cemento son continuos, todos los procesos auxiliares también tienen un alto nivel de mecanización; esto crea un entorno favorable para la automatización de todos los procesos.

Automatización de la producción.

El diagrama funcional de la automatización del molino de crudo se muestra en la Figura 2. El diagrama proporciona control, regulación automática, control remoto y alarma.
A partir de las condiciones de funcionamiento consideradas de un molino de bolas tubulares al triturar materias primas mediante un método húmedo, durante el funcionamiento normal de la unidad, es necesario controlar los siguientes parámetros:

Nivel de carga de material en la primera cámara del molino;
- nivel de carga en la zona de formación de lodos (en la segunda cámara);
- consumo de piedra caliza y componentes adicionales suministrados al molino;
- consumo de lodos arcillosos a la entrada del molino;
- flujo de agua a la entrada del molino;
- viscosidad del lodo crudo a la salida del molino.

Calidad de lodos.

La calidad estable de los lodos (viscosidad y finura de molienda) se garantiza mediante un control automático:

El nivel de carga de la primera cámara del molino con impacto en el suministro de materiales al molino;

Flujo de agua al molino (nivel de carga de la segunda cámara - en la zona de formación de lodos);

Consumo de lodos arcillosos;

debido a la corrección en previsión de cambios en el nivel de carga en la primera cámara, a sistemas de control automático para el suministro de agua y lechada de arcilla.

Proceso de producción cemento Consta de las siguientes operaciones tecnológicas principales: extracción de materias primas; preparar la mezcla cruda, cocer la mezcla cruda y obtener clínker de cemento; moler clinker hasta obtener un polvo fino con una pequeña cantidad de algunos aditivos.

Dependiendo del método de preparación de las materias primas para la cocción, existen métodos húmedos, secos y combinados para la producción de clínker de cemento.

Con el método de producción húmedo, la molienda de las materias primas, su mezcla, promediado y ajuste de la mezcla cruda se realiza en presencia de una determinada cantidad de agua. Y con el método seco, todas las operaciones anteriores se realizan con materiales secos. El método húmedo para preparar la mezcla de materias primas se utiliza cuando las propiedades físicas de las materias primas (arcilla plástica, piedra caliza, tiza con alta humedad, etc.) no permiten organizar un proceso tecnológico económico para la producción de la mezcla de materias primas utilizando el método de producción en seco. En el método combinado, la mezcla de materias primas se prepara por vía húmeda, luego se deshidrata (filtra) tanto como sea posible en instalaciones especiales y se cuece en un horno en forma de masa semiseca. Cada uno de los métodos enumerados tiene sus propias ventajas y desventajas.

El método de producción del cemento se elige en función de factores tecnológicos y técnico-económicos: las propiedades de la materia prima, su homogeneidad y humedad, la disponibilidad de una base combustible suficiente, etc.

Método húmedo de producción de cemento.

Método seco de producción de cemento.

Método combinado de producción de cemento.

La producción de cemento consta principalmente de las siguientes operaciones: extracción de materias primas; preparar una mezcla de materias primas consistente en trituración y homogeneización; tostar la mezcla de materia prima; moler el producto quemado (clinker) hasta obtener un polvo fino.

Hay dos métodos de producción principales: húmedo y seco. En el método de producción húmedo, la mezcla de materias primas se tritura y las materias primas se mezclan con agua. El líquido cremoso resultante, el lodo, contiene entre un 32 y un 45% de agua. En el método seco, las materias primas se secan previamente y luego se trituran y mezclan. El polvo fino resultante se llama harina cruda.

Dependiendo de las propiedades físicas de los materiales de partida y de otros factores, se utilizan diferentes esquemas de producción cuando se produce cemento mediante el método húmedo. Estos esquemas se diferencian entre sí únicamente en el método de preparación de la mezcla de materias primas. Presentamos un esquema para la producción de cemento por método húmedo a partir de un material duro - piedra caliza - y uno blando - arcilla.

Con una mezcla de materia prima de tres componentes, el aditivo corrector se tritura, luego de lo cual ingresa a un búnker, desde donde ingresa al molino junto con la piedra caliza. La arcilla se pasa a través de una trituradora de rodillos hasta el puré. Las materias primas se dosifican delante del molino mediante dosificadores especiales.
Si durante la producción por vía húmeda la mezcla de materias primas se compone únicamente de materiales sólidos (piedra caliza, margas y esquistos), se trituran en trituradoras sin añadir agua y se muelen juntos en un molino al que se añade agua. En este caso, no hay ningún hablante en el circuito. En la producción de cemento únicamente a partir de materiales blandos (tiza, arcilla, margas blandas), las materias primas se trituran en molinos de harina y luego se muelen en molinos de bolas más cortos. En este caso, se agrega agua en la primera etapa del proceso y se dosifican los materiales antes de ingresar al macerado.

Con el método de producción en seco, la elección del esquema depende del tipo de combustible suministrado, las propiedades físicas de las materias primas, la capacidad de la planta y otros factores. Cuando se utiliza carbón con un alto contenido de volátiles para quemar clinker, la cocción se realiza en hornos rotativos, pero si se utiliza combustible con un bajo contenido de volátiles, entonces en hornos de cuba.

Dado que cuando el polvo fino formado durante la molienda entra en contacto con la humedad del material, se forma una masa plástica que se adhiere a la superficie interna de la unidad y evita una mayor molienda, las materias primas trituradas con humedad natural no se pueden moler. Por lo tanto, después de salir de la trituradora, las materias primas se secan y luego se envían al molino donde se muelen hasta obtener un polvo fino. En el mismo aparato se pueden triturar y secar materiales con propiedades físicas homogéneas. Si se utiliza escoria granulada, se seca sin trituración previa. Es aconsejable moler y secar la mezcla de materias primas simultáneamente en un molino, si el contenido de humedad de las materias primas no supera el 8-12%, por ejemplo, cuando se utiliza piedra caliza y esquisto. Si se utiliza un componente de arcilla no plástica como materia prima, entonces, con el método de producción en seco, la cocción se realiza únicamente en hornos rotativos. Con un componente de arcilla plástica, la cocción se puede realizar tanto en hornos rotativos como en hornos de cuba. En este último caso, primero se humedece la mezcla de materias primas en tornillos mezcladores con agua hasta un 8-10% de humedad. Luego, la masa se introduce en granuladores, donde, junto con el agua suministrada adicionalmente, se convierte en gránulos con un contenido de humedad del 12-14%. Estos gránulos van al horno.

Cuando se quema clinker con combustible gaseoso o líquido, el esquema de producción se simplifica, ya que no es necesario preparar carbón en polvo.

En algunos casos, puede ser apropiado un método de producción combinado, en el que la mezcla de materias primas en forma de lodo obtenido del método de producción húmedo convencional se deshidrata y granula y luego se cuece en hornos de proceso seco.

La elección del método de producción seco o húmedo depende de muchas razones. Ambos métodos tienen una serie de ventajas y desventajas. Con el método húmedo es más fácil obtener una mezcla homogénea (homogeneizada) de materia prima, lo que proporciona un clinker de alta calidad. Por lo tanto, si hay fluctuaciones significativas en la composición química de los componentes de piedra caliza y arcilla, es más apropiado. Este método también se utiliza cuando las materias primas tienen alta humedad, estructura blanda y se dispersan fácilmente con agua. La presencia de impurezas extrañas en la arcilla, cuya eliminación requiere elutriación, también predetermina la elección del método húmedo. La molienda de materias primas en presencia de agua es más fácil y se gasta menos energía en la molienda. La desventaja del método húmedo es un mayor consumo de combustible. Si se utilizan materias primas con alta humedad, entonces el consumo de calor gastado en el secado y la cocción con el método seco diferirá poco del consumo de calor para la tostación de lodos con el método húmedo. Por tanto, el método de producción en seco es más apropiado para materias primas con humedad relativamente baja y una composición homogénea. También se practica cuando en lugar de arcilla se introduce escoria granulada de alto horno en la mezcla de materias primas. También se utiliza cuando se utilizan margas naturales y variedades magras de carbón con bajo contenido volátil, quemado en hornos de cuba.
Al producir una mezcla cruda por cualquier método, es necesario esforzarse por lograr la molienda más fina, la mezcla más cercana de las materias primas y la mayor homogeneidad posible de la mezcla cruda. Todo ello garantiza la homogeneidad del producto fabricado y es una de las condiciones necesarias para el normal funcionamiento de la planta. Las fuertes fluctuaciones en la composición química de la mezcla de materias primas alteran el proceso de producción. Para que la interacción química entre los componentes individuales de la mezcla cruda se complete en el menor tiempo posible, es necesaria una alta finura de molienda y una mezcla perfecta.

Al elegir uno u otro esquema de producción, se debe prestar especial atención a la rentabilidad de la empresa y la posibilidad de reducir los costos de producción. Las principales actividades que conducen a una reducción de costos son: intensificación de los procesos de producción, aumento de la tasa de utilización de los equipos, aumento de la producción de cemento, mejora de su calidad (calidad), reducción del consumo de combustible y electricidad, mecanización de los procesos de producción y todos los trabajos auxiliares, automatización. de gestión de procesos productivos y algunos otros.

La capacidad de las plantas de cemento se establece en función de la base de materias primas y de la demanda de cemento de la región. En las plantas nuevas suele ser de 1 a 2 millones de toneladas de cemento al año. Un indicador característico de la productividad laboral en las plantas de cemento es la producción de cemento por trabajador y año, que en 1963 ascendió a 915 toneladas. La producción por trabajador fue de 7 a 62 toneladas. En las plantas equipadas con equipos de alto rendimiento, la producción de cemento llegó al año 2000 y 1600 toneladas, respectivamente.

En las fábricas de cemento, así como en las fábricas para la producción de otros materiales cementosos, es necesario trasladar grandes masas de polvo en trozos y material líquido de un aparato a otro. Para su transporte se utilizan elevadores de cangilones, sinfines, transportadores de cinta, de placas y raspadores, tolvas de transporte, bombas y grúas con cucharas. Para el transporte de materiales en polvo se utilizan ampliamente bombas neumáticas de cable y de cámara, así como tolvas de transporte neumático.

El transporte de lodos tiene varias características, ya que se trata de una masa fluida cremosa que contiene entre un 32 y un 45 % de agua. Para reducir el consumo de combustible para la tostación, se busca reducir el contenido de humedad del lodo y, para mejorar su transportabilidad, es necesario aumentar el contenido de agua. Según las condiciones de transportabilidad, los lodos deben fluir a través de una rampa con una pendiente del 2-4%. Cuanto más plásticas sean las materias primas, más agua se deberá añadir para obtener el lodo de la fluidez requerida. Normalmente, el transporte de lodos se realiza mediante bombas centrífugas.

Las materias primas se entregan a las fábricas desde la cantera en forma de piezas de hasta 1000-1200 mm. A veces, los departamentos de materias primas están ubicados directamente en las canteras, desde donde se suministran los lodos a las fábricas. Así, en la planta de cemento de Balakleysky, el departamento de chatarra está ubicado en la cantera. Las materias primas en forma de tiza y arcilla se introducen en trituradoras y luego en charlatanerías. El lodo de arcilla y tiza resultante con humedad normal se bombea a través de tuberías de lodo hasta la planta.

En la producción de cemento de calidad convencional, las materias primas y el clinker se muelen hasta obtener un residuo de aproximadamente 8-10% en el tamiz n.º 008. Para obtener cemento de mayor calidad, muelo los materiales más finos, hasta obtener un residuo en el mismo tamiz de aproximadamente el 5% o incluso menos. Es imposible moler materias primas para obtener un polvo fino en una sola máquina. Por lo tanto, primero el material se somete a una trituración escalonada en trituradoras de dos trex hasta obtener un tamaño de trozos que no exceda de 8 a 20 mm, y luego se tritura en molinos hasta obtener un polvo de racimo con tamaños de grano de no más de 0,06 a 0,10 mm, viniendo arcilla. de cantera en trozos de hasta 500 mm de tamaño, triturados en trituradoras de rodillos hasta trozos no mayores de 100 mm, y luego elutriados en puré hasta obtener lodos arcillosos con un contenido de humedad del 60-70%. Estos lodos se alimentan al molino de materia prima.

El consumo específico de materias primas depende de su composición química y del contenido de cenizas del combustible y es de 1,5 a 2,4 toneladas por tonelada de clinker. El consumo de electricidad por tonelada de cemento producido es de 80-100 kW/h.

Etapas y métodos de producción de cemento.

El cemento se utiliza con mucha frecuencia en la construcción. Se utiliza como componente directo de soluciones y mezclas, así como para la producción de diversos materiales de construcción. El hormigón, los productos de hormigón armado (RCP) y más simplemente no existirían sin cemento. Después de todo, para la producción de hormigón y productos de hormigón armado lo que se necesita es cemento, piedra triturada y arena. El cemento también es necesario para otros materiales de construcción. Bueno, ¿quién no ha visto cómo se colocan los ladrillos sobre mortero de cemento? El ladrillo y el cemento generalmente están indisolublemente ligados, porque hoy en día es imposible imaginar al otro sin un material.

La producción de cemento es un proceso bastante complejo. Se divide en dos etapas: la primera es la producción de clinker, la segunda es llevar el clinker a un estado pulverulento con la adición de yeso u otros aditivos. Además, existen tres métodos de producción de cemento, que se basan en diferentes métodos tecnológicos de preparación de materias primas: húmedo, seco y combinado. La producción húmeda se utiliza en la producción de cemento a partir de creta (componente de carbonato), arcilla (componente de silicato) y aditivos que contienen hierro (lodos de conversión, productos ferrosos, cenizas de pirita). El contenido de humedad de la arcilla no debe exceder el 20% y el contenido de humedad de la tiza no debe exceder el 29%. Este método de producción se denomina húmedo porque la mezcla de materias primas se tritura en un ambiente acuoso y el resultado es una mezcla en forma de suspensión acuosa: lodo con un contenido de humedad del 30 al 50%. Luego, el lodo ingresa al horno de tostación. Durante la cocción, la materia prima libera dióxido de carbono. Después de esto, las bolas de clinker, que se forman a la salida del horno, se muelen hasta obtener un polvo fino, que es cemento. El método seco significa que las materias primas se secan antes o durante el proceso de molienda. Y la mezcla de materias primas sale en forma de polvo seco finamente molido. El método combinado, como su nombre indica, implica el uso de métodos tanto secos como húmedos. El método combinado tiene dos variedades. El primero supone que la mezcla de materias primas se prepara por vía húmeda en forma de lodo, luego se deshidrata en filtros hasta un contenido de humedad del 16 al 18% y se envía a hornos para cocerse en forma de masa semiseca. . La segunda opción de preparación es exactamente lo contrario de la primera: primero, se utiliza un método seco para preparar la mezcla de materia prima y luego, agregando entre un 10 y un 14% de agua, se granula y se alimenta para la cocción. Cada método requiere un equipo especial independiente, así como una secuencia de operaciones estrictamente definida.
Al endurecerse, los diferentes tipos de cemento pueden desarrollar diferentes resistencias, que se caracterizan por su calidad. El cemento se produce principalmente en los grados 200, 300, 400, 500 y 600 (según pruebas en soluciones plásticas). El cemento de grado M500 D0 se utiliza mucho. El cemento M500 D0 (PTs 500-D0) se utiliza en la producción de estructuras críticas de hormigón y hormigón armado en la construcción industrial, donde se imponen altas exigencias en cuanto a resistencia al agua, resistencia a las heladas y durabilidad. El cemento M500 D0 es eficaz para trabajos de reparación y restauración de emergencia debido a la alta resistencia inicial del hormigón.

Las direcciones de las fábricas de cemento casi siempre coinciden con los depósitos de materias primas del cemento. Porque, como comprenderán, la primera etapa del trabajo de producción debe realizarse directamente en el campo. Pero no es económicamente rentable construir dos plantas de cemento en direcciones diferentes. En los países de la CEI hay bastantes fábricas de cemento. Se trata de PRUE “Planta de cemento de Bielorrusia” y Planta de cemento de Magnitogorsk y otras empresas. Por ejemplo, sólo en Rusia hay más de cincuenta grandes empresas productoras de cemento. Naturalmente, en empresas tan grandes como la planta de cemento bielorrusa PRUE y la planta de cemento de Magnitogorsk, hay búnkeres para almacenar cemento, porque el cemento en su forma original está absolutamente desprotegido de los fenómenos atmosféricos y, por lo tanto, es simplemente imposible almacenarlo durante mucho tiempo. fuera de locales especiales. Por cierto, los depósitos de cemento también se utilizan en grandes obras.

El cemento se puede vender envasado o a granel. A granel se entiende cuando el cemento no se esparce en sacos, sino que se carga directamente en el transporte y se entrega en el sitio de construcción. Ambos métodos de entrega tienen derecho a existir. Normalmente, el cemento envasado se suministra a almacenes, obras de construcción o clientes individuales, mientras que el cemento a granel se suministra a empresas que producen materiales de construcción de cemento, a grandes obras de construcción y, en general, a aquellos lugares donde se pueden consumir rápidamente grandes cantidades de cemento.

Tecnología de producción de cemento.

El cemento es uno de los materiales de construcción importantes y necesarios. El cemento no se produce en estado natural puro; debe producirse. A pesar de que este proceso es caro y consume mucha energía, merece la pena. El cemento se utiliza de forma independiente y también como componente de otros materiales de construcción (hormigón y hormigón armado, etc.). Las fábricas de cemento están ubicadas principalmente en el sitio donde se extraen las materias primas a partir de las cuales se produce el cemento.

El proceso de elaboración del cemento consta de dos partes. Como resultado, lo primero que se obtiene es el clinker. En la segunda parte, el clinker se lleva a un estado pulverulento añadiendo yeso u otros aditivos.

La primera etapa de la producción de cemento es la más cara (alrededor del 70% del coste del cemento). En la primera etapa se extraen las materias primas. Los depósitos de piedra caliza se desarrollan principalmente mediante demolición. Así es como funciona: parte de la montaña es “arraigada” y queda expuesta una capa de piedra caliza de color verde amarillento, que se utiliza para fabricar cemento. La profundidad de la capa es, por regla general, de 10 metros (hasta esta profundidad ocurre cuatro veces), el espesor es de 0,7 metros. Posteriormente, el material es triturado sobre una cinta transportadora en trozos menores o iguales a 10 centímetros de diámetro.

A continuación, la piedra caliza se seca, se tritura y se mezcla con otros componentes. En la siguiente etapa se cuece toda esta mezcla de materias primas y se obtiene clínker.
En la segunda etapa de la producción de cemento, también se distinguen varias etapas importantes: trituración del clínker, secado de los aditivos minerales, molienda de piedra de yeso, molienda del clínker junto con yeso y aditivos minerales activos.

Cabe señalar que las materias primas varían y que sus características físicas y técnicas (especialmente resistencia y humedad) a menudo difieren. Por eso cada tipo de materia prima tiene su propio método de producción. Además, este enfoque individual garantiza una molienda uniforme, así como una mezcla completa de los componentes.

En la industria del cemento moderna, se utilizan con mayor frecuencia tres métodos principales de producción, que se diferencian en los métodos tecnológicos de preparación de la materia prima: húmedo, seco y combinado.

El método de producción húmedo se utiliza con mayor frecuencia en la producción de cemento a partir de tiza (componente de carbonato), arcilla (componente de silicato) y aditivos que contienen hierro (lodos de conversión, productos ferrosos, cenizas de pirita). Este método se llama húmedo porque la mezcla de materias primas se tritura en un ambiente acuoso y el resultado es una mezcla en forma de suspensión acuosa: lodo con un contenido de humedad del 30 al 50%. Sin embargo, con el método húmedo, el contenido de humedad de la arcilla no debe exceder el 20% y el contenido de humedad de la tiza no debe exceder el 29%. Después de esto, los lodos se cuecen en un horno cuyo diámetro alcanza los 7 my una longitud de 200 m. Durante la combustión se libera dióxido de carbono de la materia prima. Luego, las bolas de clinker, que se forman a la salida del horno, se muelen hasta obtener un polvo fino. Este polvo es cemento.

Con el método seco, las materias primas se secan antes o durante el proceso de molienda y la mezcla de materias primas sale en forma de un polvo seco finamente molido. Cuando se utilizan métodos secos y húmedos, este es un método combinado. Tiene dos variedades. La primera es que la mezcla de materias primas se prepara por vía húmeda en forma de lodo y luego se deshidrata mediante filtros hasta un contenido de humedad del 16 al 18%. Posteriormente se envía a los hornos para su cocción en forma de masa semiseca. La esencia de la segunda variedad es que primero utilizan un método seco para preparar la mezcla de materia prima y luego, agregando entre un 10 y un 14% de agua, la granulan. Los gránulos tienen un tamaño de 10 a 15 mm y luego se alimentan para la cocción.

Es importante señalar que en cada método se utiliza un determinado tipo de equipo, así como una secuencia de operaciones estrictamente definida.

Después de todo esto, el cemento se envasa en bolsas de papel que pesan 50 kilogramos. Luego, el cemento se envía a su destino por ferrocarril o se entrega por carretera.

El cemento es un material importante sin el cual no se puede completar ninguna construcción, lo que indica sus altas características operativas.

El cemento Portland y sus variedades son el principal material aglutinante en la construcción moderna. En la URSS, su producción representa aproximadamente el 65% de la producción total de cemento.

cemento Portland- un producto de molienda fina de clínker obtenido por cocción antes de la sinterización, es decir, fusión parcial de la mezcla de materias primas, asegurando en ella un predominio de silicatos de calcio muy básicos (70...80%). Para regular el fraguado y algunas otras propiedades al moler clínker, se añade al cemento una pequeña cantidad de yeso (1,5...3,5%). De acuerdo con GOST 10178-85, para dicho cemento sin aditivos se conserva el nombre de cemento Portland (PTs-DO). Ш Materias primas y producción.

Para obtener cemento Portland de alta calidad, la composición química del clínker y, por tanto, la composición de la mezcla de materias primas, debe ser estable.

Numerosos estudios y experiencia práctica muestran que la composición química elemental del clinker debe estar dentro de los siguientes límites (% en peso): CaO - 63...66; SiO2 - 21...24; A12O3 - 4...8; Pe2Oz - 2...4, su cantidad total es 95... ...97%. Por tanto, para la producción de cemento Portland se deben utilizar materias primas que contengan mucho carbonato cálcico y aluminosilicatos (calizas, arcillas, margas calcáreas). Más a menudo se utilizan mezclas de materias primas artificiales de piedra caliza o creta y rocas arcillosas con una proporción entre ellas en la mezcla de materias primas de aproximadamente 3:1 (% en peso): CaCO3 - 75...78 y sustancia arcillosa - 22. ..25. En lugar de arcilla o para sustituirla parcialmente, también se utilizan residuos de diversas industrias (escoria de alto horno, lodos de nefelina, etc.). Los lodos de nefelina resultantes de la producción de alúmina ya contienen entre un 25...30% de SiOЈ y un 50...55% de CaO; basta con añadirle un 15...20% de piedra caliza para obtener una mezcla de materias primas. Al mismo tiempo, la productividad de los hornos aumentará aproximadamente un 20% y el consumo de combustible disminuirá entre un 20...25%. Para garantizar la composición química requerida de la mezcla de materias primas, se utilizan aditivos correctores que contienen los óxidos faltantes. Por ejemplo, la cantidad de S1O2 se aumenta añadiendo trípoli y matraz a la mezcla de materia prima. La adición de cenizas de pirita aumenta el contenido de Fe2O3.

Como combustible se utiliza gas natural, con menos frecuencia fueloil y combustible sólido en forma de polvo de carbón. El costo del combustible representa hasta el 26% del costo del cemento terminado, por lo que las plantas cementeras prestan mucha atención a su ahorro.

tecnología del cemento portland Básicamente se trata de preparar una mezcla de materia prima de la composición adecuada, cocerla hasta que se sinterice (se obtiene el clinker) y triturarla hasta obtener un polvo fino.

La mezcla cruda se prepara mediante un método seco o húmedo (ver 5.2). De acuerdo con esto, se distinguen los métodos de producción de cemento: seco y húmedo. En la URSS predomina el método húmedo de producción de cemento, pero se está introduciendo cada vez más el método seco. La ventaja más importante del método de producción seco no es sólo una reducción del consumo de calor durante la cocción de 1,5...2 veces en comparación con el método húmedo, sino también mayores tasas de eliminación específica en los hornos del método seco.

La cocción de la mezcla de materias primas se realiza a menudo en hornos rotatorios, pero a veces (en el caso del método seco) en hornos de cuba.

Un horno rotatorio (5.2) es un tambor de acero soldado con una longitud de hasta 185 mo más y un diámetro de hasta 5...7 m, revestido por dentro con materiales refractarios. El tambor se coloca sobre rodillos en un ángulo de 3...4° con respecto a la horizontal y gira lentamente alrededor de su eje. Debido a esto, la mezcla de materias primas cargada en la parte superior del horno se desplaza gradualmente hacia el extremo inferior, donde se inyecta el combustible, cuyos productos de combustión son aspirados hacia la mezcla de materias primas y la queman. La naturaleza de los procesos que ocurren durante la cocción de la mezcla de materias primas preparada por métodos secos y húmedos es esencialmente la misma y está determinada por la temperatura y el tiempo de calentamiento del material en el horno. Consideremos estos procesos.

En la zona de secado, la mezcla de materias primas que ingresa por el extremo superior del horno se encuentra con gases calientes y gradualmente, con un aumento de temperatura de 70 a 200 ° C (zona de secado), se seca, convirtiéndose en grumos que, al enrollarse, desintegrarse en gránulos más pequeños. A medida que la mezcla de materias primas avanza por el horno, se produce un calentamiento gradual adicional, acompañado de reacciones químicas.

En la zona de calentamiento a 200...700 °C se queman las impurezas orgánicas de las materias primas, se elimina el agua químicamente ligada de los minerales arcillosos y se forma caolinita anhidra Al2O3-2SiO2. Las zonas de preparación (secado y calentamiento) con el método de producción húmedo ocupan el 50...60% de la longitud del horno, mientras que con el método seco de preparación de materias primas, la longitud del horno se reduce debido a la zona de secado.

En la zona de descarbonización a una temperatura de 700... s..l 100 °C, se produce el proceso de disociación de los carbonatos de calcio y magnesio en CaO, MgO y CO2, los aluminosilicatos de arcilla se descomponen en óxidos individuales SiO2, A12O3 y Fe2O3 con una estructura muy suelta. La disociación térmica del CaCO3 es un proceso endotérmico que se produce con una alta absorción de calor (1780 kJ por 1 kg de CaCO3), por lo que el consumo de calor en la tercera zona del horno es mayor. En la misma zona, el óxido de calcio en estado sólido reacciona con los productos de descomposición de la arcilla para formar silicatos, aluminatos y ferritas de calcio de bajo contenido básico (2CaO-SiO2, CaO-Al3, 2CaO-Fe2O3).

En la zona de reacciones exotérmicas, la masa cocida, en movimiento, se calienta rápidamente de 1100 a 1300 ° C y se forman más compuestos básicos: aluminato tricálcico 3CaO-Al2O3 (C3A), ferrita de aluminato tetracálcico 4CaO-Al2O3- Fe2O3 (C4AF), pero parte del óxido de calcio aún permanece en forma libre. El material cocido se agrega en gránulos.

En la zona de sinterización a 1300...1450 °C la mezcla cocida se funde parcialmente. En la masa fundida entran C3A, C4AF, MgO y todas las impurezas de bajo punto de fusión de la mezcla de materias primas. A medida que aparece la masa fundida, C2S y CaO se disuelven en ella y, al interactuar entre sí, forman el principal mineral de clínker: el silicato tricálcico 3CaO-SiO2(C3S), que es poco soluble en la masa fundida y, como resultado, se libera del Se funde en forma de pequeños cristales y el material cocido se sinteriza en trozos de 4...25 mm de tamaño, llamados clinker.

En la zona de enfriamiento (etapa final de la cocción), la temperatura del clinker desciende de 1300 a 1000 °C y finalmente se fija su estructura y composición, incluidos C3S, C2S, C3A, C4AF, la fase vítrea y los componentes menores.

Al salir del horno, el clinker debe enfriarse rápidamente en refrigeradores especiales para evitar la formación de grandes cristales en él y conservar la fase vítrea en forma no cristalizada. Sin un enfriamiento rápido del clinker se obtendrá cemento con reactividad reducida frente al agua.

Después de su envejecimiento en almacén (1...2 semanas), el clinker se convierte en cemento moliéndolo hasta obtener un polvo fino y añadiendo una pequeña cantidad de yeso dihidrato. El cemento Portland terminado se envía para su almacenamiento en silos y luego a las obras de construcción.

Método seco de producción de cemento. Mejorado significativamente. El proceso que consume más energía, la descarbonización de materias primas, se traslada del horno rotatorio a un dispositivo especial, un descarbonizador, en el que avanza más rápido y utiliza el calor de los gases de escape (5.3). Según esta tecnología, la harina cruda no ingresa primero al horno, sino a un sistema de intercambiadores de calor ciclónicos, donde se calienta con los gases de escape y, ya caliente, se introduce en el descarbonizador. Aproximadamente el 50% del combustible se quema en el descarbonizador, lo que permite una descomposición casi completa del CaCO3. La harina cruda así preparada se introduce en el horno, donde se quema el resto del combustible y se forma clinker. Esto permite aumentar la productividad de las líneas tecnológicas, reducir los recursos de combustible y energía, reducir aproximadamente a la mitad la longitud del horno rotatorio y, en consecuencia, mejorar el diseño de la planta y el área de terreno que ocupa.

La URSS creó una tecnología de sal a baja temperatura para la producción de cemento, basándose en el descubrimiento de los científicos soviéticos. La esencia del descubrimiento radica en el establecimiento de un nuevo fenómeno: la formación de un silicato de calcio muy básico: la alinita, de composición similar a la alita en el rango de temperatura de 9OO...11OO°C, es decir, significativamente más baja que las temperaturas de cristalización de silicatos tricálcicos - alitas. La alinita, que es la principal fase aglutinante del nuevo tipo de clinker de cemento Portland, determina su elevada actividad hidráulica. La inclusión de aniones de cloro en la estructura es un requisito previo para la formación de alinita y clinkers de un nuevo tipo. La introducción de, por ejemplo, 10... 12% CaC12 en la carga va acompañada de la formación de una masa fundida de cloruro de calcio a temperaturas extremadamente bajas (600...800 C), que desplaza todas las reacciones principales de formación de minerales a el rango de temperatura de 1000... 1100 "C y permite obtener clinker a bajas temperaturas.

La introducción de nueva tecnología reducirá el consumo específico de combustible y aumentará drásticamente la productividad de los hornos y equipos de molienda.