INFLUÊNCIA DO CRÚ NA QUEIMA
Autor: Luiz Otavio Brancão | Publicado: 2014-12-29T13:04:00-08:00





1 - CONSIDERAÇÕES INICIAIS :


A correta ação do operador do forno na
calcinação do cru, auxiliado pelos conhecimentos das propriedades
físico-químicas deste, leva à tomadas de decisões que sem dúvida levarão a uma
marcha constante do forno.

O processo de calcinação deve ser visto
como uma etapa reguladora, onde variações vindas da moagem e homogeneização do
cru serão minimizadas, objetivando a produção de um clinquer&nbsp; de boa qualidade.

Quanto maior a saturação do clinquer
maior a caloria necessária para completa queima.

Principais parâmetros que atuam
diretamente nas condições de queima do cru em ordem de importância :


*&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
&nbsp;Saturação


*&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
&nbsp;Módulo de Sílica


*&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
&nbsp;Módulo de Alumínio


*&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
&nbsp;Quantidade de fase viscosa formada


*&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
&nbsp;Menores constituintes ou mineralizadores


*&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
&nbsp;Finura do crú


*&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
&nbsp;Distribuição de tamanho de partículas


*&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
&nbsp;Taxa de aquecimento


*&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
&nbsp;Temperatura de queima


*&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
&nbsp;Grau de compactação do crú

2 - FASE LÍQUIDA :




A fase líquida é composta de C3A,
C4AF, os Alcális (K2O e Na2O) em seus
compostos de Enxofre e parte do MgO.


A menor temperatura em que se inicia a
formação do líquido é entre 1.250OC e 1.280OC. Quase
todas as misturas cruas apresentam o início de formação de líquido nesta faixa
de temperatura e a partir desta a quantidade aumenta progressivamente,
dependendo da composição do crú.

A temperatura de clinquerização depende
da composição química da mistura crua, variando numa faixa correspondente a quantidade de fase líquida.
Existe um mínimo necessário e um máximo
onde já ocorre a formação de bolas e anéis de clinquer.

A faixa normal é entre 20% a 30% de
fase líquida que pode ser calculada pelas fórmulas para diferentes
temperaturas.







% Fase líquida a 1.340Oc&nbsp; =&nbsp; 6,1y
+ a + b


% Fase líquida a 1.400OC&nbsp; =&nbsp;
2,95x + 2,2y + a + b


% Fase líquida a 1.450OC&nbsp; =&nbsp; 3,0x
+ 2,25y + a + b





onde :

&nbsp;

x&nbsp;
=&nbsp; %Al203


y&nbsp;
=&nbsp; %Fe2O3


a&nbsp;
=&nbsp; % de MgO. Valor máximo de 2,0%


b&nbsp;
=&nbsp; % de Álcalis totais em Na2O
ou seja :



% Na2O&nbsp; total equivalente&nbsp; = % Na2O + 0,658 x % K2O



A velocidade da reação de
clinquerização não depende apenas da quantidade de líquido formado, mas também
da sua velocidade e tensão superficial. O efeito na redução da viscosidade na
fase líquida é afetado pelos seguintes óxidos na ordem decrescente :




&nbsp;Na2O&nbsp; &lt;&nbsp;
CaO&nbsp; &lt;&nbsp; MgO&nbsp; &lt;&nbsp; Fe2O3&nbsp; &lt; &nbsp;MnO 


&nbsp;
Pode-se dizer que os principais efeitos
e influências da fase líquida sobre a clinquerização são :



*
&nbsp;Velocidade e eficiência da clinquerização
depende da quantidade e viscosidade da fase líquida.


*
&nbsp;A modulação do clinquer, indispensável para
uma boa operação do resfriador de grelha, depende fundamentalmente da fase
líquida.


*
A
formação de anéis de clinquer e bolas, bem como a colagem protetora da zona de
clinquerização, são consequência da fase líquida.


*
A
fase líquida nada tem a ver com as colagens observadas no pré aquecedor.&nbsp; Seu aparecimento inicia-se entre 1.250OC
e 1.280OC.


3 - FÓRMULAS
EMPÍRICAS DE CONTROLE DE QUEIMA :




Várias pesquisas já feitas apontam vários
métodos de comparação e controle da queima de uma farinha. Algumas destas serão
discutidas agora. Elas levam em conta apenas os parâmetros que o pesquisador
classificou como mais importante para o processo.


3.1
- Fator de Queima :


É a teoria que associa os módulos de
saturação e Sílica&nbsp; com Álcalis e MgO
para avaliar a facilidade ou dificuldade relativa de queima, permitindo
comparar misturas cruas ou clinqueres de composições químicas as mais diversas.


É definido pela expressão :


B.F.&nbsp;
=&nbsp; SAT + 10 MS - 3 (MgO + Álcalis
totais)
&nbsp;

Onde MgO é limitado em 2%, que
corresponde a solubilidade deste nas fases de clinquer.
É uma relação numérica derivada de
observações práticas, sendo importantes notar :




&nbsp;*
1%
de variação conteúdo de Álcalis ou MgO, afeta a queima desta na mesma proporção
que uma variação de 3,0 na saturação ou 0,3 no M.S.


&nbsp;*
Variações
do BF até 1,0 não resultam modificações sensíveis na queima da mistura.


&nbsp;*
Variações
maiores que 2,0 resultam em mudanças na queima que podem ser facilmente notadas.


&nbsp;*
Variações
maiores que 3,0 implicam no ajuste do fluxo de combustível para o forno, de
forma a preparar a zona de clinquerização para as novas condições de operação.


Para correta avaliação do B.F.
deve-se&nbsp; levar em conta iguais matérias
primas&nbsp; (componentes mineralógicas) e
finura constante do crú.


&nbsp;3.2
- Índice de Queima (B.I.)
:


&nbsp;Pesquisadores da Companhia FULLER
estudaram o efeito da composição potencial de clinquer no processo de
clinquerização e suas&nbsp; conseqüências na
moabilidade do clinquer&nbsp; e propriedades
finais do cimento.


&nbsp;A relação matemática é :


&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; C3S&nbsp;&nbsp;&nbsp; 



 
B.I.&nbsp; =&nbsp; 


&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; C3A + C4AF


Calculados pelas fórmulas de Bogue e
baseando-se no fato que o C3S formado dependem daquelas relações,
pois primeiro se forma o C2S e a complementação da reação é função
da fase líquida e Módulo de Alumínio.


&nbsp;
3.3 - Dependência da Mineralogia do Crú na Queima do
Clinquer :


Existem muitos trabalhos práticos que
classificam as diferentes matérias primas quanto a sua reatividade na fabricação
do clinquer.


Um dos melhores parâmetros de controle
é a cal livre. Pois quanto menor for esta, melhor e mais completa será a reação
da clinquerização.


&nbsp;O Carbonato de Cálcio se decompõe&nbsp; em CaO e gás carbônico segundo a reação :




&nbsp;CaO3&nbsp; ®&nbsp;
CaO + CO2 - 42,52 Kcal / mol g
Ou seja; são necessários 425,2 Kcal
para decompor 1 Kg de CaCO3.




A temperatura de decomposição é 898OC,
porém oscila de 812OC a 928OC dependendo do tamanho do
grão e da solubilidade do CaO no CaCO3. É também conhecido que
inicia-se a liberação de CaO ao redor de 550OC e a temperatura pode
elevar-se entre 1.000OC 1.100OC para uma completa
dissociação do carbonato.


&nbsp;Isto pode ser devido as diferentes
formas cristalinas dos carbonatos, grau de cristalinidade, minerais&nbsp; associados&nbsp;
e tamanho do grão.


&nbsp;
4 - FATOR DE
COLAGEM :




O Fator de Colagem, também chamado de
“Fator de Aptidão para Crostas” é uma relação que permite comparar misturas
cruas de composições químicas, as mais diversas, com respeito a tendência&nbsp; à formação de colagem na zona de queima e
também à formação de bolas e anéis de clinquer.


&nbsp;O AW é definido por :


AW&nbsp;
=&nbsp; C3A + C4AF
+ 0,2 C2S + 2FeO3


Da relação acima pode-se deduzir que :


*&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
&nbsp;O AW será tanto maior quanto&nbsp; mais elevada for a fase líquida.


*&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
&nbsp;O AW será tanto mais elevado quanto mais baixo
for&nbsp; a Saturação (C2S
elevado).


*&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
&nbsp;O AW será mais elevado quanto mais baixo for o
M.A.


*&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
&nbsp;Quanto mais elevado o AW de uma mistura
(clinquer), maior a sua Aptidão para formação de colagem, bolas e anéis de
clinquer .
Da mesma forma que as relações de
queima o AW deriva de observações práticas.


O ponto ótimo para o AW é aquele que
permita a formação de uma colagem estável na zona de queima, evitando o consumo
excessivo de tijolos refratários&nbsp; e ao
mesmo tempo não acarrete&nbsp; os
indesejáveis&nbsp; anéis de clinquer e bolas.


Os valores encontrados são :




*&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
&nbsp;AW menor que 30 - Difícil formação de
colagens.


*&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
&nbsp;AW igual ou próximo a 33 - Boa formação de
colagem


*&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
&nbsp;AW próximo ou superior&nbsp; a 40 - Formação de bolas e anéis de clinquer.


5 - COLAGENS NO
PRÉ-AQUECEDOR (Torre) :


Apontou-se anteriormente que a formação
de líquido nas misturas - cruas de qualquer composição, inicia-se entre 1.250OC
e 1.280OC. Assim concluiu-se que a fase líquida nada tem a ver com
encrustações na torre, quando opera em condições normais.
O mecanismo de formação de colagem nas
torres, está fundamentada na condensação de compostos químicos nas paredes mais
frias. Estes compostos são constituídos de Enxofre, Álcalis e a farinha
pré-calcinada (cal livre).


Os Álcalis e o Enxofre volatizados na
zona de queima (1.450OC vem precipitar a 950OC, reagindo
com CaO para formar o Sulfato Duplo de Cálcio e Álcalis (Na e K).


Teoricamente o balanço de Álcalis de
cru é favorável quando a relação molar do Sulfato / Álcalis está entre 0,7 e
1,0 :




&nbsp;Sulfatos/Álcalis&nbsp; =&nbsp; 0,7
a 1,0 (relação molecular)


&nbsp;Sulfatos&nbsp; =&nbsp; SO3&nbsp; total contido na mistura crua mais
combustíveis.


&nbsp;Álcalis&nbsp;
=&nbsp; 50% Na2O + 100% K2O
contido na mistura crua mais combustíveis.
Quando este número está muito acima de
1 ocorre a formação de Sulfatos duplos com Cálcio e / ou Anidrita. Neste caso o
efeito do Enxofre é acumulativo tendendo a bloquear a câmara de entrada.

Este excesso de Enxofre, também pode
ser eliminado no clinquer&nbsp; durante o
resfriamento da zona de clinquerização, “purga de Enxofre”.

No caso de matérias primas ricas em
Álcalis, combustíveis pobres em Enxofre, pode ocorrer a formação de colagens
devido apenas aos Álcalis. As partículas de farinhas pré-aquecidas tem
preferência de aderir às paredes na presença de Álcalis.


Pode-se eliminar este problema pela
adição de gesso na mistura na mistura crua de tal forma que o balanço seja
igual a 1.


Outro volátil crítico para um processo
de calcinação é o Cloreto. Teor de Cloreto na matéria&nbsp; prima da ordem de 0,015% pode inviabilizar a operação
de um forno com pré-aquecedor.


Forno com matérias primas com Cloreto
superior a 0,015% exigem o desvio de parte dos gases através de um “by pass”. O
pó recuperado dos gases desviados pelo “by pass” não retorna ao sistema, é
descartado.


O “by pass”&nbsp; dos gases que deixam o forno é da ordem de
15% e serve tanto para reduzir o teor de Álcalis como Enxofre ou Cloretos no
sistema, sendo mais efetivo entretanto, para este último.


Misturas cruas com elevada temperatura
de clinquerização (difíceis de queimar), tendem a agravar o problema de colagem
na torre, devido à maior quantidade de voláteis gerados.


Em sistemas de “by pass” obtêm-se um
clinquer com menor teor de Álcalis ou Enxofre ou Cloreto.




&nbsp;
Bibliografia :




Lea,
F.M. -
“The Chemistry of Cement and Concrete” 3rd Edition - Glasgow - 1970.


Golda,
George -
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Chatterjee,
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september, 1979, pg. 103 a 111; november, 1979 pg. 73 a 81.


Maula,
S.Abdul- &amp; Odler
- “Effect of Oxidic Composition on Hydration Strengt Development of Laboratory
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&nbsp;

Um abraço a todos.

Luiz Brancão - Blogueiro do cimento.