Fecha: Del 04 al 06 - SETIEMBRE - 2017

Expositor: Ing. Waldo Mariscal Espinoza

UNACEM S.A.A. - PERÚ

1. REQUERIMIENTOS DE PROCESOS

2. LOS CEMENTOS ECOLOGICOS

3. EL SISTEMA DE MOLIENDA

4. OPTIMIZACION DE EQUIPOS PRINCIPALES

5. HISTORIAL DE PRUEBAS FISICAS

6. CONCLUSIONES

INDICE

Sistema de Molienda de Cemento con

Mejoras

Tecnológicas

Capacidad de Producir

Cementos Adicionados

Mínima Emisión de

polvo al ambiente

Alta Capacidad de Producción de Cemento

Bajo consumo de Energía Eléctrica

Alta calidad del Cemento

producido

Capacidad de Producir Cemento

Portland Tipo I

1. REQUERIMIENTOS DE PROCESOS.

2. LOS CEMENTOS ECOLOGICOS.

Hemos llamado cementos ecológicos a aquellos cementos adicionados, que requieren una

menor cantidad de clinker posible, sin afectar la calidad exigida por las normas.

En los cementos ecológicos o cementos adicionados se busca reemplazar una parte del

Clinker por materiales volcánicos como la puzolana, escoria de alto horno o caliza con el

objetivo de reducir la cantidad clinker utilizado por tonelada de cemento producido.

CLINKER 55%

SISTEMA DE

MOLIENDA

CEMENTO PUZOLANICO

TIPO IP

(según NTP 334.090 o

ASTM C-595)

YESO5%

PUZOLANA Máximo 40%

2.1 La puzolana y la escoria de alto horno.

La Puzolana es un recurso natural de origen volcánico constituido principalmente de compuestos silicosos ó

sílico-aluminosos. Químicamente está constituido por compuestos SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, K2O y Na2O.

Mineralógicamente contienen vidrio o sílice amorfa, feldespatos y algo de cuarzo. Posee lo que llamamos

actividad puzolánica, es decir reacciona con el Ca(OH)2 liberado de la hidratación del cemento, formando

compuestos hidráulicos.

La Escoria se obtiene en el proceso Siderúrgico del Hierro de un alto horno, la escoria flota sobre el hierro

fundido, y se extrae a 1,500 °C, cada 2 horas por la piquera correspondiente, tiene la propiedad de emplear como

fertilizante y en la fabricación de cemento. Químicamente está constituido por compuestos CaO, SiO2, MgO,

Al2O3 , S, FeO, MnO y K2O. Dependiendo del tipo de enfriamiento se obtiene varios tipos de escoria cristalizada,

granulada, paletizada y expandida. El 95% de su composición lo conforman 4 óxidos (oxido de calcio, oxido de

sílice, oxido de aluminio y oxido de hierro) y sus propiedades cementicias derivan de estos oxidos.

Tipo de Cemento TM CO2/TM ClinkerTM Clínker/TM

CementoTM CO2/TM Cemento

Portland I, II y V 0.795 0.95 0.755

Puzolánico* 0.795 0.55 0.437

2.2 Reducción de emisiones de CO2

La producción de clinker en los hornos cementeros, genera emisiones de CO2 por dos

mecanismos o fuentes:

• Por descarbonatación de las calizas

CaCO3 + calor CaO + CO2

• Por quema de combustibles, principalmente carbón

C + O2 CO2 + calorEl valor promedio de emisión de CO2 por producir clinker, es: 0.795 TM CO2 / TM de Clinker.

A partir de este dato podemos determinar la cantidad de CO2 que pueden emitirse al ambiente

por tipo de cemento producido:

Tabla 1 - Comparación de emisión de CO2 entre Cemento Portland y Cemento Puzolánico

Fuente: UNACEM S.A.A. – Planta Condorcocha

* Según NTP 334.090 se permite hasta un 40% de adición de puzolana.

Tipo de

Cemento

Cantidad

(Kg)

Cantidad

Clínker (Kg)

Energía

Calorífica

(Kcal)

Gases

Combustión

(Kg CO2)

% de

Emisión CO2

(∆) %

Reducción

CO2

Cemento

Portland1,000 950 760,000 755 100 ---

Cemento

Puzolánico1,000 550 440,000 437 57.89 42.08

Al reemplazar 40% de Clínker por 40% de puzolana o escoria se logra los siguientes

beneficios ambientales:

• Reducción del consumo de combustible y energía calorífica.

• Menor cantidad de emisión de gases, (CO2, SO2, NOx, y CO) .

• Menor consumo de caliza extraída de las canteras.

Es decir, la sustitución de 40% de clínker por puzolana natural o escoria en los Cementos

Adicionados, origina una disminución de aproximadamente 42,08% en las emisiones de

CO2 , lo cual contribuye a la reducción de gases de efecto invernadero (GEI) y a la

reducción de emisión de partículas, evitando así impactar a la calidad del aire en la zona.

Tabla 2 - Comparación calórica y de emisión de CO2 entre Cemento Portland y Cemento Puzolánico

Fuente: UNACEM S.A.A. – Planta Condorcocha

3. EL SISTEMA DE MOLIENDA N° 8.

La prensa de rodillos está diseñada para fragmentar

el Clinker. La fragmentación tiene lugar entre dos

cilindros que giran en sentido opuesto bajo una

presión muy alta. Como en este tipo de molienda el

mecanismo de fragmentación está claramente

determinado – pura fragmentación por presión en

un lecho formado por el propio material – se

producen menos efectos secundarios, entonces

este sistema de molienda permite ahorros

importantes en el consumo de energía.

A continuación se muestran las principales

características técnicas de la prensa de rodillos:

3.1 PRENSA DE RODILLOS.

Especificaciones del Equipo Roller Press

Tipo Molienda Rodillos por Alta Presión

Material Clinker

Max. Alimentación 300 MT/h

Diámetro del Rodillo 1,150 mm

Ancho del Rodillo 1,000 mm

Velocidad del rodillo 12.46 rpm Aprox.

Velocidad del Motor 741 – 1,180 rpm Aprox.

Potencia del Motor 2 x 390 kW

Tabla 3 - Principales características técnicas de la prensa de rodillos

Fuente: UNACEM S.A.A. – Planta Condorcocha (2013)

MONTAJE DE LA PRENSA DE RODILLOS

El separador dinámico, está diseñado para clasificar el material en

finos y gruesos. La circulación del aire es producido por un

ventilador, quien genera una corriente de aire que arrastra el

material fino por dentro del separador y los ciclones.

El material a clasificar es aportado por la parte superior del

separador al plato dispensador, el cual distribuye el material en la

cámara de separación. El equipo clasifica en el rotor los materiales

finos y gruesos utilizando el efecto de las fuerzas de inercia.

Luego en los ciclones, se captura el material grueso y se descarga

a la tolva colectora para gruesos. A través de la tolva de salida de

gruesos, el material es aportado de nuevo al proceso de molienda.

3.2 SEPARADOR - SEPOL.

Especificaciones del Equipo High Efficiency Separator

Tipo SEPOL ESV 380/4 C

Material Producto de Molino de Bolas

Alimentación 650 MT/h

Diámetro del Rotor Separador 3,800 mm

Velocidad Circunferencial del Rotor 30 m/s

Flujo de Aire del Ventilador 485,640 m3/h

Ciclones de Alta Eficiencia 4 de 3,550 mm de diámetro

Motor para SEPOL Separador495 kW, 278-1,666 rpm , 60 Hz, con velocidad variable

y Accionamiento AC

Motor para sistema de recirculación

de aceite1.8 kW, 1,200 rpm, 60 Hz.

Válvulas pendulares1 Válvula pendular doble y 4 válvulas pendulares

simples

Tabla 4 - Principales características

técnicas del Separador Sepol

Fuente: UNACEM S.A.A. – Planta

Condorcocha (2013)

4. AVANCE DE OBRAMONTAJE DEL SEPARADOR - SEPOL

Los molinos de bolas son tubos o cilindros de acero,

rotatorios, en donde se realiza el desmenuzamiento del

material por el movimiento de los cuerpos moledores. Por el

giro del molino, los cuerpos moledores en su trayectoria de

desplazamiento experimentan las fuerzas centrifugas.

La molienda es por choque y rozamiento entre los

cuerpos moledores y las paredes blindadas del molino. La

eficiencia del molino se logra controlando los siguientes

parámetros:

Velocidad de rotación correspondiente al diámetro del

molino.

Cantidad y tipo de cuerpos moledores.

Tamaño del recinto de molienda.

Molturabilidad del material.

Especificaciones del Equipo Molino de Bolas N°8

Tipo Molino de Bolas

Material Clínker, yeso y puzolana

Capacidad 125 t/h de cemento puzolánico tipo IP

Dimensiones del tubo 15’-0” x 49’-0” (Ø4.57x14.93m)

Cámaras 2

Velocidad de giro 15,7 rpm

Bolas de la cámara I 90 Ø

Bolas de la cámara II 30 Ø

Sistema de lubricación Por recirculación

Tabla 5 - Principales características

técnicas del Molino 8

Fuente: UNACEM S.A.A. – Planta

Condorcocha (2013)

3.3 MOLINO DE BOLAS.

MONTAJE DEL MOLINO DE BOLAS

4. OPTIMIZACION DE EQUIPOS PRINCIPALES

4.1 OPTIMIZACION DE LA PRENSA DE RODILLOS

Controles: Granulometría del material de alimentación y del material

de salida, separación entre rodillos (gap), flujo másico fragmentado,

velocidad de rotación y movimiento lateral y desalineación del rodillo

movil y la presión hidráulica de trabajo y la presión de los

amortiguadores del sistema hidráulico.

CURVA DE TROMP – SEPARADOR IDEALOPTIMIZACION DEL SEPARADOR

El rendimiento de un separador es determinado por los

cuatro parámetros:

1. Tamaño de corte, d50 (tamaño al cual la separación

del producto tiene el 50%).

2. Imperfección (I = (d75 -d25)/2d y forma (X=d25/d75).

3. Clasificación global por corto circuito (ó by pass).

4. Máximo by pass.

Carga Circulante (CC) : Representa el promedio de

veces que el material pasa por el molino y se puede

calcular determinado el flujo de alimentación / flujo de

finos.

El limite de separación , d50, (Cut size /Tamaño de

corte), se define como aquél tamaño de las

partículas que se distribuyen en cantidades

iguales entre la fracción fina y la gruesa, es decir

el correspondiente a una selectividad del 50 %

CURVA DE TROMP – SEPARADOR REAL

TAMAÑO DE CORTE – SEPARADOR IDEAL

Granulometría Separador Molino 8Ensayo: 07/11/2015

% Retenido sobre el tamiz (oversize)

Tamiz (Micras) SALIDA RETORNO ENTRADA

212 0.00 7.50 4.10

90 0.20 2.92 15.50

45 5.81 74.09 44.60

38 9.00 76.30 46.70

S.E. Blaine (cm2/g) 3886 944 2366

Laboratorio Condorcocha

UNACEM S.A.A.

ENTRADA

SALIDA

RETORNO4.2 OPTIMIZACION DEL SEPARADOR

SALIDA

ENTRADA

RETORNOOPTIMIZACION DEL SEPARADOR

Granulometría Separador Molino 8Ensayo: 12/11/2015 (Cemento IP)

% Retenido sobre el tamiz (oversize)

Tamiz (Micras) SALIDA RETORNO ENTRADA

212 0.00 4.65 3.07

90 0.11 20.40 12.15

45 1.59 55.06 32.56

38 2.90 67.33 43.76

S.E. Blaine (cm2/g) 4758 979 2131

Laboratorio Condorcocha

UNACEM S.A.A.

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

1,00 10,00 100,00 1000,00

Eficiencia del Separador

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

55,00

60,00

65,00

70,00

75,00

80,00

85,00

90,00

95,00

100,00

1,00 10,00 100,00 1000,00

%

Sieve size Tromp

CURVA DE TROMPOPTIMIZACION DEL SEPARADOR

Delta 8.69

Kappa 0.50

Cut size 39.08

ENTRADA

RETORNO

SALIDA

DATOS PARA LA CURVA TROMP CEMENTO IP 23/07/2017

CURVA TROMP – CEMENTO IP23/07/2017

Tromp CF: 1.68

Tromp η: 91.57

Tamaño de corte:

D50 = 36.25 μm

CF = Carga Re circulante

n = Eficiencia de Separación

By Pass (S):

S = 1.52%

Imperfección (I)

i = (D75 - D25) / 2xD50

D25 = 29.00 μm

D75 = 44.64 μm

I = 0.216

4.3 OPTIMIZACION DEL MOLINO DE BOLAS

GRADO DE LLENADO: Es el porcentaje del volumen útil por los cuerpos

moledores. Es distinto en cada cámara de molienda, normalmente varia

de 28% hasta 35%. En esta aplicación se utiliza 29% grado de llenado.

VELOCIDAD CRITICA: Corresponde a la

rotación en la cual una partícula de masa M es

centrifugado sin deslizar sobre el revestimiento.

Peso (Mxg)=Fuerza Centrifuga (Mxw2xR)

En nuestra aplicación utilizamos el 75% de la

velocidad critica.

75%

29%

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

% R

ete

nid

o A

cu

mu

lad

o

DISTANCIA (m)

Distribución Granulométrica Interior Molino de Cemento 8

38 micras 45 micras 63 micras 75 micras 90 micras 150 micras 212 micras

300 mm 600 mm 3 mm 5mm 9 mm Blaine

2da. Cámara

Fecha: 19 de Octubre de 20151° CRASH STOP

4.3 OPTIMIZACION DEL MOLINO DE BOLAS

Los resultados mostraron que la 1ra. cámara del molino aún se encontraba con sobrecarga y la 2da. cámaracontenía demasiadas partículas gruesas, por lo que se decide incrementar la abertura de las válvulas de

control de flujo del diafragma de 50% a 80%.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

% R

ete

nid

o A

cu

mu

lad

o

DISTANCIA (m)

Distribución Granulométrica Interior Molino de Cemento 8

38 micras 45 micras 63 micras 75 micras 90 micras 150 micras 212 micras

300 micras 600 micras 3 mm 5 mm 9 mm Blaine

2da. Cámara

Fecha: 27 de Octubre de 20152° CRASH STOPOPTIMIZACION DEL MOLINO DE BOLAS

En base a los resultados se decidió adicionar 7% de bolas al molino.• 1ra. Cámara, para una superficie especifica de 12.6 m2/t (50mm/3t, 60mm/3t).• 2da. Cámara, para una superficie especifica de 34.32 m2/t (17mm/4t, 20mm/7t y 25 mm/4t).

0

500

1000

1500

2000

2500

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Bla

ine (

cm

2/g

)

% R

ete

nid

o A

cu

mu

lad

o

DISTANCIA (m)

Distribución Granulométrica Interior Molino de Cemento 8

38 micras 45 micras 63 micras 75 micras 90 micras 150 micras 150 micras

300 micras 600 micras 3 mm 5mm 9 mm Blaine

2da. Cámara

Fecha: 31 de Octubre de 20153° CRASH STOPOPTIMIZACION DEL MOLINO DE BOLAS

De acuerdo a estos resultados, nuevamente se adiciona 7% de carga de bolas al molino, según detalle adjunto:1ra. Cámara, para una superficie especifica de 12.38 m2/t. (80mm/3t y 70mm/4t)2da. Cámara, para una superficie especifica de 33.80 m2/t (30mm/1t, 25mm/4t, 20mm/5t y 17mm /4t)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

% R

ete

nid

o A

cu

mu

lad

o

DISTANCIA (m)

Distribución Granulométrica Interior Molino de Cemento 8

38 micras 45 micras 63 micras 75 micras 90 micras 150 micras 150 micras

300 micras 600 micras 3 mm 5mm 9 mm Blaine

2da. Cámara

Fecha: 08 de Noviembre de 20154° CRASH STOP3. OPTIMIZACION DEL MOLINO DE BOLAS

Carga de Bolas del Molino 8 al 08.11.20151ra. Cámara: 95% de la carga de Diseño, Blaine de salida 2,000 cm2/gr.2da. Cámara: 93 % de la carga de Diseño, Blaine de salida 3,000 cm2/gr.

PROGRAMACION AUTOMATICA – P&D

5. HISTORIAL DE PRUEBAS FISICAS – RETENIDO EN MALLA DE 45 MICRAS

5. HISTORIAL DE PRUEBAS FISICAS – SUPERFICIE ESPECIFICA (BLAINE)

HISTORIAL DE CAPACIDAD DE PRODUCCION – RATIO PROMEDIO

6. CONCLUSIONES :

1. UNACEM S.A.A. – Planta Condorcocha, ante el incremento de la demanda de cemento, ha

orientado su crecimiento en el sector de Cementos Adicionados, considerando los beneficios

energéticos y medioambientales de este producto.

2. La meta es incrementar la sustitución de clinker por puzolana natural o escoria de alto horno para

la elaboración de cementos adicionados; de esta manera dependiendo de la cantidad de puzolana

o escoria empleada, se estaría consiguiendo reducir entre un 20% a 42% las emisiones de CO2 al

medio ambiente.

3. Al sustituir parte del Clinker por puzolana natural o escoria de alto horno, en la elaboración de

Cementos Adicionados; se disminuye la cantidad de clinker utilizado, pero también se disminuye

la cantidad a utilizar de otras materias primas tales como el carbón (petróleo/gas) y la caliza de las

canteras.

4. En el sistema de molienda planteado, la prensa de rodillos, el separador dinámico y el molino de

bolas son los equipos más importantes para la producción de los cementos adicionados y la

optimización de estos equipos durante la puesta en marcha, es de vital importancia para lograr la

capacidad de diseño y la calidad del producto.

5. El sistema de molienda presentado, tiene un comportamiento bastante estable ya que durante dos

años de operación ha mantenido prácticamente constante su capacidad de producción de

cemento conservando alta calidad del producto verificadas en las pruebas físicas realizadas

durante todo el proceso productivo.