Horno rotatorio

6.2.1 Influencia de la temperatura flama adiabática en los diferentes combustibles y su efecto en la formación de fases de sólidos en el horno rotatorio

En la sección 4.2.2 se realizaron los cálculos termodinámicos para determinar la temperatura de flama adiabática de la reacción entre comburente/combustibles. En las figuras 9 a 12 se observa que se tiene un mismo perfil de temperaturas, las cuales dependieron de la composición química y de las cantidades de los combustibles.

En base a los resultados obtenidos de las temperaturas de flama adiabática con diferentes combustibles, se analizó el comportamiento de la temperatura del sólido y de los gases de combustión en función de la longitud del horno, a través del modelo propuesto, utilizando la ecuación diferencial [4.14] para el cálculo de la temperatura del sólido y [4.22] para el cálculo de la temperatura de los gases.

En las Figuras 13 a 16 se observa que la temperatura del sólido como la de los gases de combustión experimentan un incremento de temperatura a medida que se desplazan por el interior del horno rotatorio, a pesar de que tienen un comportamiento similar utilizando diferentes valores de temperatura de la pared, la cantidad de volumen de los gases de combustión cambia con respecto a la cantidad de combustible que se esté utilizando.

Se simuló mediante el uso del software FACTsage el comportamiento de las fases que se forman a los 20, 40, 60 y 72 metros a lo largo de la longitud del horno, con respecto a la temperatura del sólido y la temperatura de los gases de combustión que se obtuvieron anteriormente, en la tabla 17 se muestra un resumen de los resultados que se obtuvieron.

Capítulo 6. Discusión de Resultados

Tabla 17. Resumen de la cantidad de las fases que se forman en equilibrio a lo largo de la longitud del horno con respecto a la temperatura del sólido y la temperatura de los gases de

combustión.

Longitud= 20 m Longitud = 40 m Longitud= 60 m Longitud= 72 m

%masa %masa %masa %masa

Ca2SiO4=61.00 Ca2SiO4 = 61.00 Ca3SiO5 = 45.58 Ca3SiO5 =53.35

CaO_cal =22.54 CaO_cal =18.64 Ca3Al2O6 =14.25 Ca2SiO4 =27.03

Ca3MgAl4O10 =9.58 Ca3Al2O6 =12.56 Ca2Fe2O5 =6.30 Ca3Al2O6 =18.45

Ca2Fe2O5 = 6.54 Ca2Fe2O5 = 6.53 Ca2SiO4 =32.73 MgO - periclasa=1.17

MgO - periclasa=0.18 MgO - periclasa=1.12 MgO - periclasa=1.14 K2SO4 = 0.16 K2SO4 =0.15

Tsólido = 974.20°C Tsólido = 1088.25°C Tsólido = 1253.12°C Tsólido = 1402.36°C

Tgases = 1124.92°C Tgases = 1246.01°C Tgases = 1407.98°C Tgases = 1529.22°C

Se observa que en los primeros 40 metros de la longitud del horno, empieza la formación de la fase Ca2SiO4 (Belita) y CaO_cal las cuales reaccionan para formar la fase Ca3SiO5 (Alita) como se muestra en los 60 metros. Ya en los 72 metros se empiezan a formar por completo las fases mineralógicas del clinker, las cuales corresponden a las que se obtienen por difracción de rayos-X de las mediciones in-situ, figura 5.

Con la finalidad de corroborar los resultados de la tabla 17, se analizó la etapa I que es la que entra al horno rotatorio y el clinker por medio de difracción de rayos-X a diferentes temperaturas.

En la Tabla 18 se muestra la cuantificación de las especies identificadas, en donde se observa que, a pesar de que no concuerdan exactamente las fases que se forman a las temperaturas 1100 y 1200°C que son las que nos interesan, con las que se predicen en el cálculo utilizando el FACTsage, la aproximación es aceptable.

Capítulo 6. Discusión de Resultados

Tabla 18. Especies identificadas en el clinker.

Especies identificadas Clinker 30°C 200°C 413°C 595°C 807°C 873°C 950°C 1100° C 1200°C 25°C Corindón Al2O3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 Lime CaO - - - 16 16 16 16 16 22 30 Hatrurita Ca3(SiO4)O 61 61 61 61 61 61 61 61 53 53 Otros* 35 35 35 19 19 19 19 19 21 13

Conclusiones

7. CONCLUSIONES

La caracterización de las materias primas de la harina cruda ayudo a determinar la formación de especies químicas (fases mineralógicas) durante la calcinación y clinkerización, se muestra tanto en el análisis de difracción de rayos-X y en los cálculos termodinámicos la formación de las fases del clinker: Alita (C3S), Belita (C2S), Celita (C3A), Felita (C4AF) y, además, CaO libre y periclasa (MgO), las cuales cumplen con las especificaciones de la Norma ASTM C-150.

Con respecto a la comparación de los resultados de análisis de difracción de rayos-X y cálculos termodinámicos llevados a cabo en el software FACTsage se observa, una tendencia de la formación de las fases mineralógicas en el clinker con respecto a la temperatura de flama (horno) y en las etapas en el precalentador.

En los análisis granulométricos de las muestras obtenidas en las etapas del precalentador se observa que el tamaño de partícula tiende a disminuir conforme la carga va en dirección a la entrada del horno (de etapa IV a etapa I), lo cual se deba posiblemente a la calcinación de la harina cruda (pérdida de masa, en forma de CO2) que provoca la reducción del diámetro de partícula.

De acuerdo a los cálculos desarrollados en el software FACTsage se determina que la temperatura de flama es función de la composición química y cantidad del combustible (por ejemplo, carbono, hidrógeno, etc) y cantidad de oxígeno en el aire (enriquecimiento). Este calor generado por la flama será el decisivo para las fases mineralógicas del sólido que existirán en cada una de las etapas del precalentador, así como en el horno rotatorio.

Conclusiones

Con el modelo matemático implementado para la simulación de horno rotatorio, el cual está constituido por dos ecuaciones diferenciales que se resolvieron utilizando el método de Runge-Kutta de orden IV, se obtuvieron las temperaturas del sólido y de los gases de combustión, las cuales se utilizaron para determinar termodinámicamente las fases que se forman en ciertos puntos a lo largo de la longitud del horno, dando una tendencia de las fases mineralógicas del clinker.

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