Clinker Polvoso : Causas y Efectos

CLINKER POLVOSO = HORNO INEFICIENTE
El clínker polvoso en el horno cementero representa llama larga,
pésimo manejo de la combustión, un quemador inadecuado y un
proceso complejo y problemático de fabricación con producción
limitada y baja calidad de clínker, altos consumos específicos,
problemas permanentes de mantenimiento y cortas campañas de
refractarios.
Tenemos derecho a preguntarnos, como autores de la Teoría
Inorgánica de la Combustión y promotores de la llama cónica
hueca, que simplifican la combustión y ponen la llama en su sitio,
permitiendo disponer de procesos de fabricación técnicamente
estables y eficientes, bajos costos y consumos específicos, y en
general una gran competitividad de la empresa cementera a nivel
internacional, porqué todavía visitamos plantas nuevas con
clínker polvoso en el horno y se siguen contratando nuevos
proyectos llave en mano con todos estos paquetes de ineficiencia
y dependencia tecnológica; sinceramente no lo entendemos
porque también somos testigos que las plantas cementeras
tienen los mejores ingenieros de Latinoamérica.
En este artículo trataremos de demostrar que disponemos de un
inmenso potencial de optimización integral en este campo y que
deberíamos aprovecharlo en forma conjunta; solamente
necesitamos que los empresarios y funcionarios cementeros
dejen de creer a ciegas en los gringos y confíen en la capacidad
de sus propios ingenieros y técnicos, sin cuya participación
directa y comprometida, nosotros tampoco podríamos conseguir
los excelentes resultados de nuestros proyectos.
1. El desarrollo tecnológico del proceso en el horno cementero
Figura 1
El proceso en los últimos 50 metros
del horno siempre ha sido el mismo
En la década de los 70 el proceso de producción de clínker todavía tenía mucho más arte
que ciencia y la calidad del proceso dependía mucho de la calidad de operación, teniendo
relativamente poca instrumentación, pero a partir de la crisis energética del petróleo se
profujo una verdadera revolución tecnológica que transformó la industria, orientándola
inicialmente hacia la instrumentación y posteriormente a la automatización de procesos y
sistemas de control. Sin embargo, en los hornos cementeros no se tradujo en innovación
tecnológica para simplificación de procesos y operaciones, sino todo lo contrario; se
modernizaron mucho las plantas y se incrementó las capacidades de los hornos, pero sin
que se reflejen resultados en opimización de consumos energéticos y costos operativos.
En términos más claros y objetivos, se orientó la tecnificación y el modernismo,
priorizando los beneficios de los proveedores, antes que los de sus clientes y productores.
Para conseguir este objetivo, limitaron el desarrollo tecnológico en la combustión;
inicialmente se diseñaron buenos quemadores para la época, pero como se dieron cuenta
que no les convenía eliminar los problemas del proceso, sino administrarlos, no solamente
detuvieron el desarrollo tecnológico de la combustión en el horno cementero, sino que lo
revirtieron. Resulta fácil demostrarlo, comparando como expertos, la calidad de los
quemadores:

Unitherm tenía un diseño muy bueno, pero sale del mercado por razones que
desconocemos y retorna con un nuevo diseño MAS con una concepción y diseño
absurdos, sin tomar en cuenta que el quemador trabaja metido en el infierno.

Pillard que sucede a Unitherm llega al Rotaflam con el que hemos logrado llama
cónica hueca, fijando y eliminando el desplazamiento longitudinal, pero lo camia
por un Novoflam, que resulta tecnológicamente inferior, pero con mayor precio
por incorporar posibilidades de regulación que permiten su regulación en un rango
muy amplio, ignorando que cada horno necesita un solo tipo de llama estable y
permanente.

Polysius no fabricaba quemadores para sus plantas, pero introduce un Polflame
que resulta ridículo desde el punto de vista de la mecánica de fluidos en este
campo.

El Greco se limita a imitar diseños de otros fabricantes consiguiendo resultados
aceptables, pero finalmente termina imitando los mismos errores y limitaciones.

Dynamis, de los alumnos del Greco, desarrolla nuevos modelos, pero cometiendo
graves errores, principalamente en el campo de la mecánica de fluidos al
incorporar el gas natural, que se traducen en problemas y limitaciones operativas.

KHD desarrolla el Pirojet, dependiendo de sopladores de alta presión que resultan
demasiado exigentes en cuanto a aspectos mecánicos, sin considerar que el horno
cementero no debe parar nunca por mantenimiento de sius instalaciones y sin
formar llama cónica hueca por la distribución de flujos.

FLS reemplaza el buen quemador Swirlax que hemos regulado y perfeccionado
con algunas modificaciones, por un CENTRAX pero exagerando el Pirojet, para
finalmente diseñar el Duoflame que estando cerca del diseño perfecto,
modificamos con mucha facilidad.
Podríamos reconocer que los fabricantes han realizado un gran esfuerzo de innovación
tecnológica, pero dirigido a evitar la realidad que hemos logrado demostrar en la práctica:
La llama cónica hueca es la única llama que conviene a los hornos y el diseño del
quemador para conseguirla, relativamente simple, funcional y económico, ideal desde el
punto de vista técnico, pero mortal para los objetivos de procesos complicados,
ineficientes y costosos que convienen para fines comerciales.
F
Figura 2
Sala de Control con modernos
tableros electrónicos, acceso directo a
la plataforma del horno y vista
panorámica de toda la planta.
Una decisión inteligente irreversible,
porque los RRHH siempre son el
equipo más importante.
La tendencia de los grandes fabricantes de hornos de ubicar el tablero de control central
alejado del horno, indicaba la ignorancia de factores de control invalorable que incluyen la
observación del sistema en marcha. La ubicación de cámaras que permiten cumplir tal
objetivo en un monitor en la sala de control, podría considerarse justificado en hornos con
buena visibilidad, pero precisamente el clìnker polvoso dificulta la visión y termina
dañando la propia instalación y conexiones del sistema.
Afortunadamente tal tendencia está siendo revertida y los diseños modernos ubican la
consola en una posición dominante de toda la planta con acceso directo a las plataformas
de operación, lo que favorece la estabilidad emocional y rendimiento de los ingenieros y
tableristas que operan los hornos, trabajando en un ambiente más agradable.
2.
Granulometría del clínker producido
La granulometría del clínker producido ha sufrido graves distorsiones causadas por la
evolución del diseño del horno y la tecnología del proceso de fabricación, aunque
realmente sin justificación, porque la nodulización en el horno resulta la etapa más
importante del proceso.
El paso desde los largos hornos de vía húmeda hasta los cada vez más grandes hornos de
vía seca y los frecuentes cambios de combustibles al ritmo que han marcado su
disponibilidad y precios, han determinado que cada transformación se utilice para
justificar el clínker polvoso y las dificultades para observación de la llama y la zona
crítica. Resulta muy frecuente encontrar hornos con escasa visibilidad de la zona crítica y
la llama, debido fundamentalmente a la producción de clínker polvoso, sin que tal
condición se considere una irregularidad o indicación de ineficiencia del proceso; podría
decirse con propiedad que el personal de planta se acostumbra a esta condición de
ineficiencia.
Figura 3
El proceso de clinkerización debe producirse en el
interior de nódulos bien conformados entre 5 y 30 mm.
Por razones que se justifican tanto por lo que pasa en el horno como por lo que requiere el
enfriador. el tamaño más conveniente del clínker se ubica en el rango entre 5 y 30
milímetros.
3. Rendimiento Granulométrico del Horno
Para establecer un patrón de referencia sobre la calidad de nodulización y composición
granulométrica del clínker producido en el horno, hemos adoptado como Magnitud el
Rendimiento Granulométrico del Horno y establecido como unidad de medición patrón el
porcentaje de la producción total que cumpla la condición de pasar por una malla de 1 ¼
de pulgada y quede retenido en la malla de ¼ de pulgada; en esta forma, las plantas que
mantienen el control del peso por litro del clínker, como parte de su control de calidad,
pueden utilizar la misma muestra para pasarla a través de las mallas mencionadas,
pesando las 3 fracciones obtenidas:

El peso de la fracción entre ambas mallas, dividido entre el peso por litro
obtenido, multiplicado por 100 nos dará el Rendimiento Granulométrico del
Horno. Basados en nuestra experiencia hemos establecido como valor mínimo
aceptable para el RGH = 70 %.

El retenido en la malla de 1 ¼ representa el clínker de mayor tamaño. Su
porcentaje y la observación de su forma nos podría indicar un exceso de fase
líquida si son nódulos grandes, costra inestable si son amorfas, etc.

El retenido mayor en el pasante de ¼ nos indicará directamente la presencia de
polvo de clínker. Asociado a un P/L bajo nos indicará como causa principal
llama larga y un P/L alto un alargamiento de la zona de transición.
4. Causas del clínker polvoso
A través de la experiencia en el manejo de hornos y regulación de características de la
llama, hemos podido definir como causa principal de la producción de clínker polvoso la
incorrecta nodulización del material en proceso.
Recordemos como se desarrolla el proceso para establecer las razones por las cuales no se
alcanza una buena nodulización y se tiene clínker polvoso:
4.1
Definición de zonas en el horno
Al definir las zonas del horno en función de la evolución del proceso, hemos establecido
las siguientes: Transición, Nodulización, Clinkerización y Enfriamiento.
Sin importar lo que se tiene antes de estas zonas en el horno, para vía húmeda o seca,
estas zonas se determinan en la misma forma en todos los hornos cernenteros del mundo:

La zona de Transición (T), que comprende completar la calcinación iniciada en el
precalentador/precalcinador y elevación de temperatura del material hasta la
presencia de fase líquida. A medida que disminuye la absorción de calor y se agota
la descarbonatación, se acelera convenientemente la elevación de temperatura
hasta alcanzar el punto de fusión de la fase liquida; resulta conveniente y deseable
que sea lo más corta posible.

La zona de Nodulización (N) que se inicia al alcanzar el material en proceso
suficiente temperatura para que se presente la fase líquida cuya función principal
es favorecer la aglomeración de material conformando nódulos en cuyo interior
debe efectuarse la clinkerización. Debe alargarse lo suficiente para que la mayor
proporción de material esté nodulizado al llegar a la zona de clinkerización.

La zona de Clinkerización (K). La de máxima temperatura y formación de alita.
En los nódulos, la cinética de la reacción está determinada por la velocidad de
difusión del CaO disuelto en la relativamente inmóvil fase líquida.

La zona de enfriamiento (E), donde disminuye la influencia térmica de la radiación
de la llama, disminuyendo la temperatura hasta solidificación de la fase líquida y
congelamiento de las fases mineralógicas formadas.
En el gráfico de la Figura 4 se muestran las zonas del horno y la variación normal de
temperaturas a lo largo de ellas.
Figura 4
Definición de Zonas en el Horno
Para establecer una condición ideal de referencia tendremos que establecer condiciones
ideales diferentes para hornos con y sin precalcinador:
Para un horno de 60 metros de longitud:
 Para hornos sin precalcinador :
T=
N=
C=
E=
20 metros
20 metros
15 metros
5 metros
 Para hornos con precalcinador :
T=
N=
C=
E=
15 metros
25 metros
15 metros
5 metros
La comparación entre ambas, manteniendo el mismo grado de llenado, explica el gran
aumento de producción que permite la incorporación de un precalcinador; también el
fracaso de los Hornos Pyrorapid (40 metros) en los cuales no pudieron evitar el clínker
polvoso, precisamente por desaparecer la zona de nodulización.
Figura 5
Condición de la parrilla con
70% de RGH y 65 % de rendimiento diador
5.
Factores que influencian la producción de clínker polvoso
El clínker polvoso se produce cuando el material “clinkeriza antes de nodulizar”, debido a
que se modifica la adecuada distribución de zonas que debe mantenerse en el horno
cementero.
Existen principalmente 2 razones por las cuales se dificulta la nodulización y
consecuentemente se favorece la formación y producción de clínker polvoso : Llama larga
y acortamiento de la parte crítica del horno.
5.1
Operación con llama larga
Cuando la llama se alarga hacia la zona de transición, la transferencia de calor por
radiación determina que la elevación de la temperatura del material sea muy rápida,
clinkerizándose las partículas dispersas y formando cristales incapaces de aglomerarse
para formar nódulos- Este clínker polvoso se mantendrá como tal durante todo el resto del
proceso, determinando que lo cristales formados crezcan de tamaño y aumenten su peso
específico, disminuyendo su molturabilidad.
Un indicador de llama larga que nos confirmará lo manifestado, será presencia de CO en
el análisis de gases en la sonda de la cámara de enlace (salida del horno). También
podemos detectarlo observando el perfil de la cotra que nos indica el scanner del horno.
Figura 6
El alto contenido de CO en el análisis de gases nos permitirá
detectar llama larga en el horno y explicar el clínker polvoso que
llega al enfriador.
5.2
Acortamiento del horno
En vía húmeda un diseño inadecuado de cadenas podría ocasionar la demora en el
desecado de la pasta, con el consiguiente alargamiento de la zonas de calentamiento y
calcinación.
En vía seca con precalentador en suspensión de gases, el rendimiento del precalentador
resulta definitivo. Se requiere 10 metros de horno para descarbonatar lo que se logra en
un metro de altura de precalentador.
En vía seca con precalcinación ya debe quedar muy poco por calcinar en el horno. Se
requieren 10 metros de longitud de horno para descarbonatar lo que se logra en 10 cm del
precalcinador. Un caso muy particular lo encontramos con frecuencia, cuando la
alimentación al precalcinador se efectúa por debajo de la zona de inyección de
combustible, encendido y el inicio de combustión.
Cuando el material llega poco preparado al horno, la descarbonatación se hace
interminable, la transición y nodulización se aceleran al estar más cerca de la llama y
resulta inevitable que se inicie la clinkerización antes de que el material se haya
nodulizado.
conocer lo que pasa
6.
Figura 7
Microscopía: Una técnica
de análisis fundamental para
el comportamiento del proceso
en en el interior del horno.
Problemas y pérdidas que ocasiona el clínker polvoso
La presencia de una proporción mayor de 30 % en el horno produce los siguientes
inconvenientes en el sistema de producción de clínker:
 Recuperación de calor: El rendimiento del enfriador de parrilla resulta
directamente influenciado por la proporción de clínker polvoso, disminuyendo su
rendimiento en la medida que aumenta su proporción en el cínker, pudiendo llegar
a resultar inoperable el horno con un porcentaje mayor al 50 %..
 Mantenimiento de la parrilla: Partículas o trozos de clínker de mayor tamaño
impactan sobre las placas con riesgo de daño; partículas muy pequeñas dificultan
el paso del aire y la refrigeración consiguiente, determinando con frecuencia que se
quemen placas por sobrecalentamiento.
 Control Operativo: La presencia de polvo de clínker que retorna al horno con el
aire secundario dificulta la observación de la llama, forma morros y costra
inestable que se desprende, provocando alteraciones de marcha e inestabilidad
térmica.
 Continuidad de marcha : El clínker polvoso favorece la formación del mechón
sobre el cañon del quemador, el "hombre de nieve" en el enfriador, anillos en la
descarga y oros problemas que obligan a interrupciones y pérdidas de producción.
 Pérdida de resistencia mecánica : La fracción fina del clínker desarrolla menos
resistencia inicial debido a la dificultad de hidratación de los grandes cristales de
alita que la conforman y que crecen al permanecer mayor tiempo en la zona
crítica..
 Mayor costo de molienda: El clínker polvoso desarrolla cristales de mayor tamaño
y menor molturabilidad, requiriendo mayores consumos específico (Kw/TM) en la
molienda final.
Comentario Final
 Los grandes proveedores, para resolver la mala nodulización y los
problemas que ocasiona el clínker polvoso, nos diseñan verdaderas
maravillas tecnológicas de enfriadores, pero nos siguen diseñando y
vendiendo quemadores malos que ocasionan el problema.
 El iLitec (Combustión Industrial),para resolver el mismo problema, ha
diseñado un quemador prototipo que forma llama cónica hueca, pone la
llama en su sitio y garantiza una nodulización que permite mantener el
RGH del clínker en más de 70%, permitiendo que cualquier enfriador de
parrilla mantenga más de 65 % de rendimiento en su operación. Para
definir el diseño definitivo y su dimensionamiento, específicamente
adecuado desarrolla este trabajo con los ingenieros responsables de su
funcionamiento.
En otros número de la Revista iLiTeC seguiremos enfocando estas consecuencias,
por la gravedad que revisten en la práctica y su eliminación, con un mejor control
sobre la formación de llama y estabilidad de las zonas del horno
.