Modelagem matemática de um forno rotativo empregado na produção de clínquer

Abstract

Uma das principais etapas do processo de obtenção do cimento é a etapa de clinquerização, que ocorre dentro do forno rotativo. Em pleno funcionamento, o forno rotativo empregado na produção de cimento é alimentado basicamente de matéria-prima, combustível e ar. As vazões de saída são, basicamente, o clínquer e aos gases de combustão. Neste estudo, o processo de produção de clínquer por via seca é analisado, sendo a alimentação composta por 80% a 95% de calcário, 5% a 20% de argila e por pequenas quantidades de minério de ferro. O combustível empregado neste estudo é o carvão mineral. Os principais fenômenos envolvidos na obtenção do clínquer são a evaporação da água livre residual da matéria-prima, a decomposição do carbonato de magnésio, a descarbonatação, a formação da fase líquida do C3A e do C4AF, a formação do silicato dicálcico e a formação do silicato tricálcico. O objetivo principal deste estudo é a proposta de um modelo matemático que descreve o processo de obtenção do clínquer no forno rotativo. O modelo, composto por equações algébricas, foi desenvolvido por meio de balanços de massa e energia do forno. A modelagem foi implementada em linguagem de programação, empregando-se um programa comercial. A condição operacional considerada representa uma condição média adotada na indústria. O modelo proposto se mostrou satisfatório para a descrição do processo de clinquerização, sendo especialmente útil na realização da análise da demanda energética do equipamento.

Numerical analysis of the thermal profile inside the wall of a rotary cement kiln

“…Cement production is continually expanding, and one of the industry's key challenges is dealing with high energy consumption and reducing the environmental impacts caused by the process [1]. Therefore, there has been a constant concern to understand, model, and optimize the cement production process in order to reduce its environmental impact [2][3][4][5]. Portland cement is the most widely used type of cement in the world and can be applied to the construction of houses, buildings, bridges, and other structures [6].…”

“…Portland cement is the most widely used type of cement in the world and can be applied to the construction of houses, buildings, bridges, and other structures [6]. In the process of producing this cement, one of the steps that most interferes with the final quality of the product is clinkerization, a process in which clinker is fired in a rotary kiln, undergoing various physical (phase changes) and chemical processes (endothermic and exothermic reactions) [7,8]. Chemical reactions from this process vary as the temperature varies throughout the kiln [9][10][11].…”

Efeito da reação de calcinação nas análises energética e exergética de um forno rotativo empregado na produção de clínquer

“…Uma produção desta magnitude exige um grande consumo energético [2]. A principal etapa na produção de cimento é a clinquerização, na qual ocorre a produção do clínquer [3]. Um estudo realizado em uma indústria cimenteira do Marrocos demonstrou que cerca de 35% da energia total fornecida à planta foi utilizada nessa etapa [4].…”

“…Em vista disso, infere-se que é relevante um estudo que analise a utilização da energia disponibilizada para este sistema. O forno rotativo de clínquer faz parte da unidade de piroprocessamento [3,[6][7][8]. Essa unidade é composta pela torre de ciclones, onde ocorre o pré-aquecimento, pelo forno e por um resfriador [8], conforme o esquema ilustrado na Fig.…”

Modelagem matemática dos perfis de temperatura do gás, do sólido e da parede do forno e dos perfis de concentração das principais espécies químicas presentes no interior do forno rotativo empregado na produção de clínquer

“…Dessa forma, uma das principais etapas do processo de obtenção do cimento é a etapa de clinquerização, também chamada de sintetização, onde o clínquer é formado [8][9][10]. A clinquerização ocorre dentro do forno rotativo e envolve numerosos e complexos processos físicos (mudanças de fases) e químicos (reações endotérmicas e exotérmicas) [10][11][12][13].…”