Molienda Del Cemento

MOLIENDA DEL CEMENTO 1 Copyright 2003 Cement Performance International Ltd

MOLIENDA DEL CEMENTO

NDICE

1 DISEO DEL MOLINO DE CEMENTO 1.1 Seleccin del sistema

1.2 Criterios de seleccin

1.3 Tipos de sistemas

2 TIPOS DE MOLINOS DE CEMENTO

2.1 Molino de bolas

2.2 Prensa de rodillos

2.3 Molino vertical

2.3 Impactadores de ejes verticales

2.4 Molino de rodillos horizontales

3 ENFRIAMIENTO Y VENTILACIN DEL MOLINO DE CEMENTO

3.1 Motivo del enfriamiento

3.2 Opciones de enfriamiento

4 MOLIENDA EN CIRCUITO CERRADO

4.1 Separadores para molienda en circuito cerrado

4.2 Separadores de primera generacin

4.3 Separadores de segunda generacin

4.4 Separadores de tercera generacin


1. DISEO DEL MOLINO DE CEMENTO

1.1 Seleccin del sistema La primera etapa en el diseo de un sistema de molienda del cemento nuevo es decidir el tipo de sistema de molienda que se va a utilizar. Esta seccin abarca los criterios empleados para la seleccin de un tipo especfico de sistema de molienda del cemento y detalla los diferentes tipos disponibles, junto con un estudio de sus caractersticas.

1.2 Criterios de seleccin

Rendimiento El sistema elegido debe ser capaz de moler el material de alimentacin especificado hasta obtener un producto de la calidad requerida.

Material de alimentacin

La naturaleza de la alimentacin depende de la composicin qumica y del proceso en el horno. La composicin del material de alimentacin del molino depender tambin del tipo de cemento que se producir. Los diferentes tipos de cemento pueden clasificarse segn se indica en la tabla siguiente y resultan de la adicin de diferentes porcentajes de componentes menores para regular la composicin qumica del cemento y/o reducir los gastos de material mediante el use de un aditivo barato.

Tipo de producto Composicin de la alimentacin Cemento Portland Clinker y yeso

Cemento Portland + aditivo menor Clinker y yeso + aditivo menor (5%)

El contenido de humedad de los aditivos en la alimentacin para los cementos compuestos puede ser apreciable. El secado dentro del sistema de molienda sera necesario en estos casos.


Calidad del producto

La finalidad de cualquier sistema de molienda es moler el material de alimentacin conforme a la distribucin granulomtrica requerida. En trminos ms sencillos, las partculas ms pequeas tienen una superficie especfica mayor que permitir una transferencia de masa ms rpida y, por lo tanto, unas tasas de reaccin qumica ms rpidas. No slo el tamao medio de las partculas o la superficie especfica media son importantes. La granulometra real tambin es importante para determinar la tasa de reaccin qumica frente al perfil de tiempo para el cemento y, por consiguiente, la tasa de desarrollo de la resistencia. Los aspectos de calidad de la molienda del cemento se estudian en un documento aparte.

Criterios operativos

Consumo energtico especfico El objetivo es seleccionar un sistema de molienda que reduzca al mnimo el costo energtico por tonelada de producto y sin embargo produzca un cemento de calidad aceptable. La energa se consume en el accionamiento de la maquinaria, el calentamiento del material y del entorno, la evaporacin de la humedad del material de alimentacin y, por supuesto, en la molienda del material de alimentacin.

Capacidad de molienda

El sistema de molienda debe ser capaz de manejar la produccin requerida.

Adaptabilidad

Es posible que el sistema de molienda deba manejar materiales de alimentacin diferentes, aceptar la alimentacin de diferentes lneas de proceso o producir productos diferentes. El sistema elegido debe ser lo suficientemente adaptable para hacer frente a todas las operaciones previstas. Podra ser necesario decantarse por un diseo que valga para todas las operaciones requeridas, aunque no sea el ms eficiente en una operacin en particular.

Control

El sistema elegido debe ser lo ms fcil posible de controlar. Los sistemas de control simple son fciles de manejar, requieren menos atencin por parte del operario y no fallan tan a menudo.

Mantenimiento

La fiabilidad del equipo, la facilidad de mantenimiento, las tasas de desgaste y la disponibilidad y el costo de los repuestos son factores importantes a la hora de decidirse por un tipo de sistema de molienda del cemento determinado.


Costo capital

Todos los criterios de seleccin previamente estudiados estarn moderados por la necesidad de minimizar el costo capital de un proyecto en su totalidad.

1.3 Tipos de sistemas Hay varios tipos de molinos y diferentes formas en que se pueden usar para la molienda del cemento. Esta seccin estudia meramente los tipos diferentes de sistemas. La seccin 2 trata de los diferentes tipos bsicos de molinos. Los principales tipos de sistemas son los siguientes:

1. Sistemas de molino de bolas solamente (sistemas de molino de bolas en circuito abierto o cerrado)

2. Sistemas de molino de bolas con sistema de premolienda en circuito abierto o cerrado (prensa de rodillos, trituradora de impacto vertical o premolino)

3. Sistema de alta eficiencia (molinos de ejes verticales, Horomill, Cemax)

1.3.1 Sistemas de molino de bolas solamente Es el tipo de sistema de molienda del cemento de uso ms extendido.

Molino de bolas en circuito abierto La Figura 1.1a muestra un sistema de molino de bolas tpico en circuito abierto. El material de alimentacin pasa por el molino una sola vez antes de descargarse como producto. El sistema contiene tecnologa simple probada, es fiable y fcil de mantener. Debido a la naturaleza de una sola pasada de este sistema, cualesquier desajustes o variaciones de los parmetros del proceso, tales como la tasa de alimentacin, tasa de ventilacin o tasa de enfriamiento, pasarn al sistema y afectarn directamente la calidad del producto. La distribucin granulomtrica de un producto de molino en circuito abierto es generalmente amplia y slo hay medios limitados para influir en la amplitud de la distribucin granulomtrica. Para asegurar que los tamaos mximos de las partculas no excedan de un determinado umbral, habr una considerable molienda excesiva de las partculas ms pequeas, lo cual representa un desperdicio de energa. Por lo tanto, el consumo energtico especfico del sistema ser bastante elevado y el rendimiento ser relativamente bajo. Este tipo de sistema de molienda del cemento ya no se especifica para las instalaciones nuevas como sistema autnomo, aunque los sistemas en circuito abierto podran utilizarse conjuntamente con una prensa de rodillos en circuito cerrado. La mayora de los sistemas de circuito abierto existentes se han transformado en sistemas de circuito cerrado. Esta transformacin permite mayor adaptabilidad, un consumo energtico reducido y ms alto rendimiento.


Molino de bolas en circuito cerrado La Figura 1.1b muestra un molino de bolas tpico funcionando en circuito cerrado con un separador. El molino de bolas en este tipo de sistema es similar al molino de bolas en circuito abierto. Sin embargo, no todo el material descargado del molino es de la calidad correspondiente al producto final. El proceso de separacin divide el material de descarga del molino en una corriente de producto acabado y una corriente de material rechazado o gruesos. La corriente de material rechazado contiene las partculas ms grandes o los gruesos que regresan a la entrada del molino para su remolienda. Los separadores se estudian en la ltima seccin de este documento. Como el sistema en circuito abierto, el sistema en circuito cerrado tambin contiene una tecnologa simple probada, es fiable y fcil de mantener. A diferencia del sistema en circuito abierto, el control de la granulometra es posible por medio del separador. Esto significa una distribucin granulomtrica ms estrecha, menos molienda excesiva y un consumo energtico especfico ms bajo para el molino de bolas. Las dificultades surgieron cuando algunos productos de superficie especfica similar procedentes de los separadores de alta eficiencia en circuito cerrado presentaron una granulometra mucho ms estrecha que los productos del sistema en circuito abierto. El cambio en la granulometra afect el desarrollo de la resistencia. En este caso, hubo que trabajar mucho para ajustar el producto acabado a las exigencias del cliente y las normas nacionales. La transformacin de un molino en circuito abierto para su funcionamiento en circuito cerrado reducir siempre el consumo energtico especfico dentro del propio molino. Sin embargo, el consumo energtico de los equipos auxiliares extras, tales como el motor del separador, el ventilador del separador y los sistemas de transporte puede ocasionar a veces un aumento de la energa total a consecuencia de la transformacin. Dichas transformaciones slo se llevaran a cabo si se necesitan productos de superficie especfica ms alta, un aumento de la produccin de un molino en circuito abierto existente o una mayor adaptabilidad.

1.3.2 Molino de bolas con unidad de premolienda La Figura 1.2 muestra un molino de bolas tpico funcionando con una unidad de premolienda. Esta unidad puede ser una prensa de rodillos, una trituradora o un molino vertical. Con este ltimo, slo se usa la herramienta de molienda. El separador integral no es necesario para el molino vertical en este caso. Los detalles de los diferentes tipos de molinos aparecen ms adelante en este documento. Las unidades de premolienda ofrecen un consumo energtico ms bajo que un molino de bolas equivalente, aunque esto es debatible si la reduccin del consumo energtico total es contrarrestada por un costo alto de desgaste del premolino. Es necesario revisar y discutir los detalles antes de finalizar la configuracin del sistema. La unidad de premolienda puede retroinstalarse en un sistema de molino de bolas existente para aumentar la capacidad total del sistema. Los sistemas de molinos de rodillos en circuito cerrado estn tambin disponibles, los cuales usan a veces un molino de bolas abierto para moler el producto final conforme a los requisitos del producto y al mismo tiempo ampliar la distribucin granulomtrica.


1.3.3 Sistema de molienda final La Figura 1.3 muestra un sistema que excluye el molino de bolas y donde toda la molienda se realiza por medio de una mquina moledora ms eficiente, tal como una prensa de rodillos, un molino vertical, un Cemax o un Horomill. El diagrama mostrado es slo esquemtico. La prensa de rodillos requiere un separador externo, mientras que el molino vertical usa su propio separador interno. Aqu tambin es debatible si la reduccin del consumo energtico total es contrarrestada por el alto costo del desgaste. La granulometra obtenida de dichos sistemas no cumplen siempre los requisitos de calidad actuales en muchos mercados, por lo que es necesario tener mucho cuidado con la calidad del producto final y el efecto en los clientes. Es necesario estudiar y discutir los detalles antes de finalizar la configuracin del sistema.


2. TIPOS DE MOLINOS DE CEMENTO

2.1 Molino de bolas

El molino de bolas es con mucho el molino de cemento ms comn. Este molino consta esencialmente de un cilindro hueco horizontal giratorio, parcialmente relleno de cuerpos moledores metlicos de un rango de tamaos diferentes. La forma esfrica es la ms comn para los cuerpos moledores, pero tambin existen otras formas. El material a moler se alimenta por la entrada del molino. Las bolas y el material son elevados por el casco giratorio del molino hasta que su peso ya no puede ser soportado por la pared interna del molino y el material debajo. Estas bolas arrastradas y el clinker vuelven a caer de vuelta en una cascada que da continuamente vueltas. Las partculas de clinker se rompen al ser impactadas entre las propias partculas de las bolas y entre las partculas de las bolas y el revestimiento del molino. Las partculas de clinker son gradualmente molidas de esta forma hasta producir un cemento fino. Las bolas ms grandes son ms eficientes para moler las partculas ms grandes, mientras que las ms pequeas son ms eficientes para moler las partculas de menor Por lo tanto, conviene cargar las bolas ms grandes cerca de la entrada de alimentacin del molino y las ms pequeas cerca de la salida de descarga del molino. Este cambio de tamao de las bolas a lo largo de la longitud del molino es posible si se dispone de ms de un compartimiento en el molino y/o revestimientos clasificadores. Ventajas:

Fiables, simplicidad de funcionamiento y facilidad de mantenimiento Adaptables para diversas aplicaciones de planta Mejoras continuas en las reas siguientes

Nuevos mtodos de accionamiento Nuevos diseos de cojinetes Nuevos revestimientos de molino Nuevos diseos de diafragmas Bolas mejoradas

Desventajas:

Consumo energtico ms alto que otros tipos de molinos El funcionamiento en circuito cerrado requiere una cantidad considerable de maquinaria

adicional para transporte y clasificacin del producto del molino Se necesitan medios especiales para el enfriamiento del molino vase enfriamiento y

ventilacin del molino


2.1.1 Componentes internos de un molino de bolas

La Figura 2 muestra un molino de bolas tpico de 2 cmaras.

Para mantener la eficiencia de molienda a lo largo de la longitud del molino, es esencial una gradacin granulomtrica de las bolas. Tradicionalmente, esto se ha conseguido dividiendo el molino en una serie de compartimientos, conteniendo cada uno un rango progresivamente ms pequeo de tamaos de bolas, y separados por diafragmas ranurados. Los molinos en circuito abierto de diseo antiguo tenan tres o incluso cuatro compartimientos, pero con la llegada de las placas de revestimientos clasificadores, ha sido posible reducir el nmero de compartimientos a dos. Tericamente, los molinos de un solo compartimiento podan usarse con revestimientos clasificadores, pero la experiencia prctica ha demostrado que se necesita un diafragma normal en la primera cmara para retener el clinker grueso para su trituracin por las bolas grandes, y moderar los empujes que de otro modo arrastraran este material a la salida del molino donde las bolas son demasiado pequeas para triturarlo. Las longitudes tpicas de las cmaras son las siguientes: Cmara % longitud del molino Rango de tamaos de bolas

1 28-40 100 mm - 60 mm 2 60-75 40 mm - 16 mm

En general, cuando el clinker es de gran tamao o duro o cuando se necesitan moliendas de alto rendimiento/baja superficie, las longitudes de la primera cmara se eligen en el lmite superior del rango. Las cmaras estn separadas por diafragmas. Los hay de varios diseos. Los diafragmas de placa nica constan de una placa simple entre (38 mm) y 2" (50 mm) de espesor, fabricada de secciones radiales en las que se funden las ranuras. El rea de las ranuras representa desde un 12% a un 3% del rea de la placa. Los diafragmas intermedios en los molinos ms pequeos tienen generalmente esta construccin y un rea de ranuras de un 5% aproximadamente. Un tipo popular de diafragma que se ha instalado en algunos molinos ms grandes es el diafragma Pfeiffer que consta de ranuras circunferenciales, en lugar de radiales, en acero fundido, con un rea de ranuras de aproximadamente un 13%. Los diafragmas de salida e intermedios de los molinos ms antiguos tienen un diseo segmentario y reas de ranuras de porcentaje parecido. Los diafragmas dobles (diafragmas elevadores) tienden a usarse en los molinos en circuito cerrado modernos de alto rendimiento de materiales. Consisten en una cmara corta de 9" - 12" de profundidad, cuyo lado de aproximacin es efectivamente un diafragma de placa nica y el lado de descarga una placa ciega con un agujero circular central. El material entra por las ranuras, se desliza por barras de elevador instaladas entre las placas y se descarga a travs del orificio de descarga central. Este tipo de diafragma posee un efecto de elevacin positivo que impide el sobrellenado de la cmara. Algunos son ajustables para regular el caudal, lo cual es til para controlar el nivel de material en la primera cmara del molino. Tienen una rejilla central para facilitar el flujo del aire de ventilacin del molino. Algunos ejemplos de estos diafragmas aparecen en la Figura 3.


Los molinos tienen generalmente una descarga de cojinete y, por lo tanto, los elevadores estn instalados detrs del diafragma de salida para permitir que el cemento escape del molino. El interior del casco del molino est protegido por placas de revestimiento. La funcin principal de una placa de revestimiento es evidentemente proteger el casco del molino. Sin embargo, muchas de las caractersticas de diseo de una placa estn destinadas a modificar la accin de los las bolas intentando principalmente reducir el deslizamiento entre las bolas y el revestimiento. Despus de mucha experimentacin, la tendencia general para la primera cmara es usar placas lisas escalonadas circunferencialmente en las primeras cmaras para favorecer una accin elevadora ms enrgica que ayude a romper las piezas ms grandes de clinker. Los revestimientos elevadores aumentan la energa potencial de las bolas y, como consecuencia, su altura de cada. Para un tamao de bola especfico, cuanto mayor la elevacin, ms eficaz ser la molienda. Por consiguiente, es importante mantener estos revestimientos en buen estado. Las placas de revestimiento inclinadas o rotas deben ser reparadas a un buen estado de funcionamiento. Cuando los elevadores estn astillados, la elevacin disminuye. Algunos revestimientos tpicos de primeras cmaras se muestran en la Figura 4. En el segundo compartimiento, se requiere una accin moledora menos enrgica; por consiguiente, no se usan elevadores normalmente, aunque un revestimiento con una pequea ondulacin da muy buenos resultados. Dado que las segundas cmaras de los molinos son bastante largas actualmente, la clasificacin de la carga es un parmetro importante para la eficiencia del segundo compartimiento, particularmente con una carga de bolas ms gruesa. La Figura 5 demuestra el principio de los revestimientos clasificadores. Este tipo de revestimiento no funciona siempre eficazmente por un nmero de razones y hay que tener cuidado si se usa para reemplazar a un revestimiento ms convencional ya que son mucho ms gruesos, y no siempre es posible cargar el molino lo suficiente para extraer la potencia mxima del motor. A fin de asegurar una trituracin eficaz, las bolas tpicamente usadas en el primer compartimiento tienen dimetros que varan entre 90 - 60 mm (3 - 2 pulgadas). En circunstancias excepcionales, se pueden usar bolas de 100 mm (4) 50 mm (2). En el segundo compartimiento, a fin de obtener la finura requerida, los dimetros de las bolas oscilan entre 50 mm (2) [a veces 60 mm (2)] y 20 mm () [a veces 17 mm (5/8)]. Su proporcin depende de los productos fabricados. Normalmente, la carga volumtrica de las bolas en el molino debe ser entre 28% y 34%. La carga volumtrica debe medirse peridicamente dado que una carga volumtrica ms baja conduce generalmente a una produccin reducida. Para contrarrestar el desgaste de las bolas (especialmente en la primera cmara) y mantener una carga volumtrica constante, deben realizarse adiciones regulares. Una carga volumtrica alta (ms del 34%) aumenta el consumo de energa y normalmente el desgaste prematuro de los cojinetes y de las rejillas de ventilacin. Es tambin un obstculo para la ventilacin. Una tasa baja de llenado (menos del 28%) limita la produccin y causa el desgaste prematuro de los revestimientos porque la base de la carga desaparece y no puede proteger las placas de revestimiento (especialmente en la primera cmara).


2.2 Prensa de rodillos

La prensa de rodillos consta de dos rodillos contrarrotantes que comprimen el material de alimentacin en una torta a muy alta presin. Esto se logra con un rodillo montado sobre un eje fijo y el otro sobre un eje mvil conectado a cilindros hidrulicos, tal como se indica en la Figura 6. El material insuficientemente tratado en el borde de la torta se hace recircular generalmente para su prensado adicional. Este material es separado del producto tratado por paletas regulables que se encuentran directamente debajo del molino. Una vez fragmentado o desaglomerado, el material dentro de la torta no slo tiene una superficie alta, sino que las partculas tienen fisuras microscpicas que facilitan la molienda adicional. El espesor de la torta producida por una prensa especfica depende de la naturaleza fsica y la granulometra del material tratado. Generalmente, el espesor de la torta vara entre 20 y 40 mm. La tecnologa de las prensas de rodillos es conocida dentro de la industria desde hace varios aos. Las prensas de rodillos se han suministrado con configuraciones diferentes de circuitos, siendo el ms comn el sistema de premolienda para los molinos de bolas. Otros circuitos incluyen los sistemas de molienda de semiacabado y de molienda final completa. Un rea crtica de las prensas de rodillos es la superficie de desgaste del rodillo. Lo ideal sera que la superficie fuera lo suficientemente flexible para soportar los esfuerzos y tensiones agudos y localizados y a la vez resistente y duradera. Varios diseos de revestimientos antidesgaste se han aplicado a los rodillos. Los rodillos con soldadura de alta resistencia aplicada a la superficie son las unidades suministradas ms comnmente. Previamente, estos tipos de revestimientos alcanzaban un mximo de 8000 horas de funcionamiento, aunque en numerosos casos, se obtuvieron duraciones mucho ms bajas. Por consiguiente, el requisito de volver a soldar los rodillos, incluyendo reparaciones de puntos ocasionales, pueden tener un impacto significativo sobre la disponibilidad de la planta y los costos de mantenimiento. Por lo tanto, los proveedores de equipos se han esforzado mucho para desarrollar un diseo de rodillo alternativo con una vida de servicio mucho ms larga. Los diseos iniciales para revestimientos de larga duracin han incluido llantas fundidas y botones fijadas a los rodillos. Mas recientemente, los proveedores estn ofreciendo garantas de duracin que superan con mucho las 8000 horas de funcionamiento, debido al uso de materiales ms exticos y tambin a una mejor soldadura de alta resistencia en el material de soporte flexible. Otro factor importante para el diseo del revestimiento es la capacidad de arrastrar la alimentacin entre los rodillos. Se puede lograr cierta influencia con diseos en relieve sobre los rodillos para aumentar la friccin impartida sobre el material de alimentacin. Sin embargo, una influencia mucho mayor sobre el arrastre depende de la consistencia de las caractersticas fsicas del material de alimentacin. Una alimentacin heterognea a la prensa o una granulometra irregular a travs de la anchura de los rodillos podran reducir el arrastre del material, lo cual resultar en una reduccin de la capacidad de la prensa. Un ejemplo de ello, para la molienda del cemento, se apreci en una prensa de premolienda para yeso y clinker, que obtuvo un huelgo til de 22 mm. Sin embargo, cuando el molino trat slo clinker, el huelgo aument a 35 mm. Otro motivo por el que algunos proveedores de equipos no recomiendan introducir yeso, o materiales secundarios similares, en la


prensa de rodillos es que las partculas de yeso son menos quebradizas que las partculas de clinker y tienen mayor tendencia a deformarse que a fracturarse bajo presin. Se cree que esta deformacin crea esfuerzos localizados excesivos que resultan en una rotura precoz por fatiga de los revestimientos.

Funcionamiento de la prensa de rodillos La eficiencia de molienda de una prensa de rodillos es entre 1,6 y 1,8 veces superior a la eficiencia de un molino de bolas convencional. La adicin de una prensa de rodillos para la premoliendo a un molino de bolas existente resultara normalmente en un aumento de la capacidad de un 30-50%. La molienda de semiacabado puede aumentar la capacidad hasta 100%. Debe tenerse mucho cuidado para evitar que cualquier metal o material grueso pase entre los rodillos ya que esto daara la superficie de los rodillos. Por lo tanto, la deteccin y retirada de los metales ferrosos y no ferrosos forman parte esencial del diseo del circuito. La mayora de los diseos de prensas de rodillos consiste en un rodillo fijado a un eje. Esto hace que el rodillo sea sensible a las altas temperaturas debido a una posible expansin diferencial. Normalmente, este tipo de diseo est limitado a una temperatura mxima de 150 C. Se conocen casos en que materiales de temperaturas demasiado altas se han alimentado al molino causando un aflojamiento del rodillo en el eje. En situaciones donde no pueden evitarse las altas temperaturas de alimentacin, el rodillo y el eje son fabricados en una sola pieza. Los materiales hmedos tratados en una prensa aceleran la tasa de desgaste de los revestimientos de los rodillos debido a la accin de la pasta moledora. La humedad de alimentacin de una prensa jest limitada a un 8% aproximadamente debido al resbalamiento del material, que impedira que fuese arrastrado entre los rodillos. Se considera que la fiabilidad de una prensa de rodillos es inferior a la de un molino de bolas. En general, la mayor complejidad de la mquina acarrear ms causas potenciales de paradas. Normalmente, se incluye un margen de seguridad adicional del 10% al dimensionar un circuito de molienda nuevo que incorpore una prensa de rodillos.

2.3 Molino vertical Aunque los molinos verticales se usan normalmente para la molienda de carbn y de crudo, algunas unidades se han utilizado para la molienda del cemento. Otras unidades tambin se han instalado para el secado y la molienda de escoria de alto horno. El diseo del sistema para la molienda del cemento es parecido al de molienda de crudo, incluyendo un circuito de recirculacin externo. La recogida del producto se efecta generalmente por captura directa con un filtro de bolsa. En la molienda de escoria, el molino vertical permite una fcil incorporacin de gas caliente para el secado. En la produccin del cemento, este tipo de molino puede tener un consumo energtico 20-30% ms bajo que el de un molino de bolas en circuito cerrado. Este diseo se muestra en la Figura 7.


Varias compaas en Japn, concretamente UBE, Kawasaki e IHI han desarrollado el molino vertical como un premolino para la molienda del cemento. La forma ms corriente de premolienda instalado usa un juego de rodillos sobre una mesa giratoria, idntico a un molino vertical convencional. Sin embargo, este diseo no incluye un clasificador ni ningn barrido con aire. Por lo tanto, slo se requiere un pequeo venteo en el molino. La recogida del producto se efecta por elevador que transporta el material molido al molino de cemento una vez que cae por el borde de la mesa. El material no se recicla normalmente. Se han suministrado varias mquinas para instalacin en molinos existentes, tal como se muestra en la Figura 8. Segn los informes, se han conseguido aumentos de produccin del 30-50%. Segn los operarios de premolinos verticales, estas mquinas son especialmente sensibles al clinker fino, lo cual puede resultar en una vibracin excesiva. Algunos proveedores japoneses tambin han ofrecido premolinos verticales con barrido de aire dotados de separadores estticos. El aumento de la capacidad de produccin es mayor que el obtenido con los premolinos sin barrido de aire debido al funcionamiento en circuito cerrado. Un ejemplo se muestra en la Figura 9.

2.3 Impactadores de ejes verticales Un tamao ms pequeo de alimentacin del molino reduce considerablemente la necesidad de triturar y deja espacio libre para una molienda fina adicional. En un molino de bolas de 2 cmaras, el trabajo de un pretriturador sustituye efectivamente al trabajo realizado en la primera cmara. Por lo tanto, se puede reducir el tamao de las bolas en esta cmara para una molienda ms fina con el fin de aumentar la capacidad del sistema. Dado que un molino de bolas no es muy eficiente para triturar partculas, el uso de un mtodo ms eficaz, no slo aumentar la tasa de produccin, sino que tambin reducir el consumo energtico especfico total. Los premolinos se ofrecen generalmente como opciones que reducen potencialmente el costo capital y los gastos de explotacin para obtener pequeos incrementos de la capacidad de molienda. Sin embargo, esto no ha ocurrido en el caso de las prensas de rodillos y los premolinos de los molinos verticales. Generalmente, las configuraciones que implican el uso de estas mquinas han ocasionado un costo capital similar o incluso ligeramente superior al de un molino de bolas, para el mismo incremento de la capacidad. Para las prensas de rodillos, los ahorros en los gastos de explotacin para un consumo energtico menor son generalmente ms que anulados por el aumento de los gastos de mantenimiento para la reparacin de los rodillos de molienda. Las ofertas para impactadores de ejes verticales (VSI) sugieren que podran ofrecer una solucin de costo ms bajo. Las prensas de rodillos y los molinos verticales se han diseado como alternativas autnomas a los molinos de bolas, mientras que los pretrituradores se han diseado especficamente para obtener un aumento moderado de la capacidad de un molino existente, reduciendo la granulometra.


La alimentacin de un VSI entra en el centro de un rotor que arroja el material hacia fuera y lo acelera a una alta velocidad. El material choca contra una serie de estaquillas estticas o un lecho de material compacto en la envuelta que rodea al triturador. La propia naturaleza de la accin trituradora lo hace ms eficaz sobre las partculas quebradizas de mayor tamao. Los principios se muestran en la Figura 10. El movimiento del material a travs de los componentes internos del VSI producen desgaste, especialmente durante el proceso de material abrasivo, como el clinker. La idea del diseo del triturador ha sido aceptar que estas reas sufrirn desgaste e instalar revestimientos renovables que se pueden cambiar fcilmente. Las mquinas por s solas no pueden controlar el tamao del producto. Por lo tanto, la granulometra del producto obtenida por una sola pasada de la mquina contendr una amplia distribucin de los tamaos de partculas con algunas de ellas de ms de 5 mm. Para obtener el beneficio mximo del premolino, las instalaciones incluyen normalmente un tamiz para funcionamiento en circuito cerrado para una mayor reduccin de los gruesos. En rendimiento del molino puede aumentar en un 10-25% en funcin de las caractersticas de fractura del material de alimentacin y segn el VSI funcione en circuito abierto o cerrado.

2.4 Molinos de rodillos horizontales

Horomill El Horomill fabricado por FCB fue el primero de una nueva generacin de molinos llamados molinos de rodillos horizontales. El concepto de FCB de diseo del molino fue incorporar las mejores caractersticas de las plantas de molienda alternativas que ya estaban en servicio. Es decir, combinar las caractersticas de fiabilidad y de calidad del cemento del molino de bolas con la eficiencia de molienda de una prensa de rodillos y eliminar el alto requisito de energa de los ventiladores de un molino vertical. El nombre Horomill deriva del diseo de molino que es esencialmente un molino de rodillos horizontales, mostrado en la Figura 11. El molino es un tubo accionado que contiene un solo rodillo en su interior. El rodillo es empujado hacia el tubo por cilindros hidrulicos conectados a cada extremo del eje del rodillo. El material es molido entre el rodillo y una pista de molienda instalada dentro del casco del molino. Esta accin es muy similar a la molienda llevada a cabo en una prensa de rodillos o un molino vertical. Por lo tanto, se esperara un consumo energtico parecido. La velocidad rotacional del molino es un 150% de la crtica relativa al casco. FCB instal un molino de escala piloto en su centro de investigacin para fines experimentales. El primer Horomill de escala industrial fue uno de 30 t/h que se instal en la planta de molienda de cemento Trino de Buzzi Cement en Italia. Este molino tena u casco de 2,2 metros de dimetro y slo dos metros de longitud. El problema principal fue la baja temperatura de molienda en el circuito que poda afectar la deshidratacin del yeso. Posteriormente se instal un calentador auxiliar para poder aumentar la temperatura de molienda. El Horomill no requiere ningn barrido con aire. Por lo


tanto, slo se requiere un pequeo venteo para mantener una presin negativa a fin de impedir la emisin de polvo. Los proveedores de la planta mantienen que se puede obtener una granulometra similar a la de un molino de bolas. Aunque FCB trabajando en colaboracin con dos empresas importantes de cemento afirma ahora que el diseo es fiable, la experiencia que cpi tiene del Horomill en Republic Cement en Filipinas es decepcionante. Este molino no era fiable debido a problemas de vibracin del molino, fisuras en el casco y fallos del sistema de lubricacin. El rendimiento del molino tampoco era adecuada.


3. ENFRIAMIENTO Y VENTILACIN DEL MOLINO DE CEMENTO

3.1 Motivo del enfriamiento La mayor parte de la energa (aproximadamente el 92% de la energa de los ejes del molino) invertida en un proceso de molienda se convierte en calor, aumentando as la temperatura de la alimentacin del molino a ms de 100 C. Aunque estas temperaturas no son perjudiciales para el clinker en s, lo mismo no se puede decir para los materiales agregados, tales como el yeso. La deshidratacin del yeso comienza a 105 C. El yeso hidratado acta como retardador del fraguado del cemento. El cemento que contiene yeso muy deshidratado se endurecera demasiado deprisa cuando se mezcla con agua. Dicho cemento se denomina cemento de falso fraguado. Sin embargo, la deshidratacin parcial del yeso es aceptable y la temperatura de salida prevista del molino es aproximadamente 115 C, en lugar de 105 C. Para mayor informacin, remtase al documento sobre los aspectos cualitativos de la molienda del cemento. Tambin se cree que las temperaturas excesivas son una causa de encostramiento de la superficie de las bolas. Este encostramiento tendr un efecto amortiguador y reducir la eficiencia de la molienda. Otro motivo del enfriamiento del cemento es que los clientes de concreto tienen sus propios requisitos en cuanto a las temperaturas del cemento entregado, de acuerdo con las condiciones locales. Estos clientes desean controlar la temperatura de la reaccin de hidratacin y no pueden hacerlo fcilmente si el cemento entregado es demasiado caliente. Si fuese necesario, este requisito de temperatura se puede satisfacer por medio del enfriamiento dentro del separador o por un enfriador separado del cemento, sin afectar las temperaturas dentro del molino.

3.2 Opciones de enfriamiento Las exigencias actuales con respecto a las especificaciones de rendimiento y de produccin dificultan mucho la tarea de mantener las temperaturas de salida del molino por debajo de lmites aceptables para los sistemas de molienda en circuito abierto. La molienda en circuito cerrado permite mejor control de las temperaturas. La Figura 12 muestra los perfiles de temperaturas diferentes que se pueden obtener por distintos mtodos de enfriamiento del molino.

3.2.1 Enfriamiento del molino por ventilacin La ventilacin del molino de cemento es necesaria para eliminar el vapor de agua y favorecer el transporte del producto desde la entrada a la salida del molino. El aire de ventilacin fro tambin ayuda a enfriar el molino y su contenido. Hay varios mtodos diferentes para establecer la tasa de ventilacin a travs de un molino de cemento.


Los tres mtodos habituales para determinar la ventilacin de un molino de cemento son por tasa de produccin, por nmero de cambios de aire por minuto y por velocidad del aire. Basndose en los nmeros recomendados indicados con cada mtodo, los 2 mtodos primeros darn tasas de ventilacin muy similares para cualquier molino de cemento especfico, mientras que el mtodo de velocidad del aire dar tasas de ventilacin ligeramente superiores. Sin embargo, estos nmeros slo son recomendaciones y no son rgidos. De hecho, diferentes fuentes recomiendan nmeros ligeramente diferentes. La tabla siguiente contiene algunas directrices.

Mtodo Valores recomendados

1. Por tasa de produccin Sistemas de molinos en circuito abierto Sistemas de molinos en circuito cerrado

0,25 kg/kg de cemento 0,40 kg/kg de cemento

2. Por cambios de aire Sistemas de molinos en circuito abierto Sistemas de molinos en circuito cerrado

3 cambios de aire por minuto 5 cambios de aire por minuto

3. Por velocidad del aire Sistemas de molinos en circuito abierto Sistemas de molinos en circuito cerrado

0,8 m/s 1,2 m/s En seccin transversal libre del molino

3.2.2 Enfriamiento del molino por sprayes de agua externos

Si la ventilacin del molino no proporciona suficiente enfriamiento, una opcin es enfriar la superficie externa del casco del molino con sprayes de agua a lo largo de la longitud del molino. Est previsto que estos sprayes puedan enfriar la temperatura de descarga del molino entre un 30 y un 40%. Este mtodo de enfriamiento slo es eficaz para molinos largos y estrechos que tengan una alta relacin entre el rea superficial y el volumen del molino. La Figura 2, perfil A, muestra que con sprayes externos, el enfriamiento se produce a lo largo de toda la longitud del molino suministrando un perfil de temperaturas ms uniforme. La principal desventaja de este sistema es la oxidacin y la corrosin del casco del molino y, por consiguiente, una reduccin de la eficiencia de enfriamiento. Segn la cantidad de polvo fugitivo dentro del edificio del molino, tambin podran experimentarse regularmente obstrucciones de los sistemas de drenaje. Aunque a veces se utiliza el enfriamiento del casco, no se recomienda como buena prctica o como solucin a largo plazo.


3.2.3 Enfriamiento del molino por sprayes de agua internos Para los molinos de mayor tamao, la ventilacin y los sprayes del casco del molino no proporcionarn suficiente enfriamiento. En estos casos, otra opcin consiste en enfriar mediante sprayes de agua internos regulados. El spray de agua suele estar situado en el compartimiento final del molino para enfriar la parte ms caliente del mismo. Si la temperatura de alimentacin del molino es muy alta, entonces podra ser necesario instalar sprayes de agua en la primera cmara del molino, as como en la ltima cmara. El agua slo debe inyectarse en la primera cmara si la temperatura a la salida de la primera cmara excede de 100 C para evitar la hidratacin del cemento con el agua libre. Dicha hidratacin degradar las propiedades de resistencia del cemento. La Figura 12 demuestra que con bajas temperaturas de alimentacin de un molino (perfil BE), un spray en la ltima cmara es suficiente. Con altas temperaturas de alimentacin del molino, tambin se necesita un spray en la primera cmara (perfil CF). El agua se inyecta en el molino a travs de una tobera que rompe el agua en gotas diminutas para permitir la evaporacin instantnea. Se recomienda que el enfriamiento se realice sobre una longitud considerable del molino. No se recomienda la atomizacin muy fina del agua ya que esto producira una zona de enfriamiento corta con el riesgo de un fraguado falso y humedad libre en el cemento. Los sprayes de agua se utilizan para reducir las tasas de ventilacin que de otro modo seran necesarias para el enfriamiento. El ejemplo siguiente muestra las diferencias tpicas en las tasas de ventilacin que seran necesarias con y sin pulverizadores internos. Temperatura mxima de alimentacin del molino 100oC Temperatura prevista a la salida del molino 115oC Tasa de ventilacin (kg/kg de cemento)

Sin sprayes de agua 1,08 (mnimo requerido para el enfriamiento) Recomendado 0,40 (5 cambios de aire por minuto para circuito

cerrado) Pulverizacin mxima interior 0,16 (mnimo requerido para el enfriamiento)

Sin sprayes de agua internos, la tasa de ventilacin es mucho ms alta que la recomendada. Esto significa que el clinker ser barrido a travs del molino con una molienda inadecuada y el molino tambin necesitar equipos de tratamiento de gases excesivamente grandes, tales como ventiladores y filtros de bolsa. La tasa mxima de spray de agua est limitada por la necesidad de asegurarse de que toda el agua se evapore y no vuelva a condensarse en el molino o en el sistema de tratamiento de los gases de escape. Se recomienda que los gases de escape tengan una temperatura de punto de roco mxima de 65 C. Se puede observar que una tasa de spray mxima dara lugar a una tasa de ventilacin mucho ms baja que la recomendada de 0,4 kg/kg de cemento.


Las tasas de ventilacin ms bajas requieren equipos de tratamiento de gases ms pequeos y por lo tanto, menos costos de capital y de explotacin. Por qu no se usa la tasa mxima de spray y, por consiguiente, las tasas de ventilacin ms bajas? Un motivo es que las tasas de ventilacin ms altas son necesarias para barrer el material desde la entrada hasta la salida del molino. Otra razn es que los sprayes internos no son fiables y son difciles de controlar debido al alto riesgo de obstrucciones de las toberas en un entorno polvoriento y hmedo. Depender tanto de los sprayes internos y operar tan cerca del lmite podra considerarse demasiado arriesgado. La tasa de spray de agua en la primera cmara suele ser controlada por la temperatura en el diafragma intermedio. La tasa de spray de agua en la cmara final suele ser controlada por la temperatura de los slidos de salida. Es errneo usar la temperatura de los gases de salida, dado que podra obtenerse una lectura falsa debido a cualquier aire falso. 3.2.4 Enfriadores del cemento En Norteamrica, a veces se usan enfriadores de cemento separados, donde el cemento es transportado a travs de una camisa enfriada por agua. El cemento caliente se alimenta al fondo del tanque de enfriamiento y se recoge por paletas espirales rotativas internas. Por la combinacin del movimiento vertical con la fuerza centrfuga, el cemento forma una capa delgada de movimiento ascendente presionada contra el interior del casco que es enfriado externamente por el agua. Con la llegada de los separadores de alta eficiencia, los enfriadores separados han dejado de ser necesarios.


4. MOLIENDA EN CIRCUITO CERRADO La funcin del separador es retirar la parte del material de salida del molino que es suficientemente fino para considerarse como producto acabado y retornar al molino el material que necesita ms molienda. Trabajando de esta forma, se aumenta la eficiencia del proceso de molienda. La molienda en circuito cerrado permite obtener un cemento molino muy fino, aunque el producto del molino es bastante grueso y, por lo tanto, se pueden reducir normalmente los problemas de encostramiento y aglomeracin. Otra ventaja es que es fcil cambiar de un tipo de cemento a otro mediante el ajuste del separador. Sin embargo, una instalacin de molienda en circuito cerrado es ms complicada y, en cierta forma, ms costosa que una instalacin de molienda en circuito abierto. Para la molienda del cemento tipo 1 con una finura de aproximadamente 3000 Blaine, es posible que la molienda en circuito cerrado no est a menudo justificada. Sin embargo, para una molienda ms fina y en casos cuando hay que producir dos o ms tipos diferentes de cemento en el mismo molino, la molienda en circuito cerrado es la mejor solucin. Por esta razn, la molienda en circuito cerrado es la que predomina claramente en la actualidad. Un diagrama de flujo tpico para una instalacin de molienda en circuito cerrado aparece en la Figura 1. 4.1 Separadores para molienda en circuito cerrado Para la molienda en circuito cerrado, se han utilizado diferentes tipos de separadores desde hace ms de 60 aos. Los primeros separadores (denominados de primera generacin) tenan un diseo compacto. El rotor del separador, el ventilador de circulacin del aire, el cono de rechazo y el cicln para la recogida de finos estaban alojados en una misma unidad. Ejemplos de este tipo de separador son el Sturtevant, el Heyd y el FLS-CV. Las caractersticas de estos separadores, en comparacin con los diseos modernos, son su baja capacidad y baja eficiencia de separacin. Su modo de funcionamiento es el siguiente:

el material se alimenta a una mesa de distribucin giratoria que lo lanza hacia fuera las partculas gruesas caen en el cono (de rechazo) interno por gravedad

la separacin se lleva a cabo por la combinacin de las tres fuerzas

fuerza centrfuga: que empuja a las partculas al borde exterior del cono interior fuerza de arrastre del barrido de aire generado por las palas del ventilador que

transporta las partculas a la parte superior del separador y el cono (de finos) exterior, a travs de las paletas del selector

fuerza de gravedad: los finos son recogidos en el cono exterior por el proceso ciclnico, recirculndose el flujo de aire al rea de seleccin a travs de las paletas de aire de retorno


En los separadores de segunda generacin, los ciclones de finos estaban separados de la parte del separador con rotor, esparcidora y cono de rechazo. Adems, el ventilador de circulacin de aire estaba situado fuera del separador. Los separadores Wedag y el FLS-REC son ejemplos tpicos de este tipo. stos tienen mayor capacidad, mayor eficiencia y ofrecen un control ms exacto del flujo de aire y de la finura del producto que el tipo anterior. Estos diseos todava tienen ventilacin externa, pero incorporan una jaula de rotor interna diseada de forma que todo el material pasa a travs de la zona de clasificacin. Hoy da, existen varios fabricantes de separadores de alta eficiencia, que son similares al diseo inicial del separador ONODA o 0-SEPA. Desde comienzos de la dcada de los ochenta, estos separadores se han instalado en un gran nmero de fbricas en todo el mundo. Evidentemente, estn instalados en plantas de molienda de cemento nuevas, pero tambin se han usado para la transformacin de plantas de molienda existentes, cuando se requera una produccin ms alta y un consumo energtico inferior. 4.2 Separadores de primera generacin Los separadores de primera generacin son de eje simple o de doble eje:

eje simple (Tipo Sturtevant) en los que las principales paletas del selector y del ventilador estn en el mismo eje doble eje (Tipo Heyd) las paletas del ventilador y del selector tienen motores separados

Un ejemplo del tipo de eje simple aparece en la Figura 13. Este tipo de separador es slo adecuado para los cementos gruesos y es difcil cambiar el tipo de producto durante el funcionamiento. En la mayora de los casos, es necesario parar el molino para cambiar el nmero de paletas del selector, aunque algunos tienen telemando para el ajuste del diafragma si hay uno: cuanto ms cerrado, ms fino ser el producto acabado. Desde la posicin abierta a la cerrada, la finura variar aproximadamente 100 m/kg en el cemento puro. Es mejor trabajar con el diafragma en la posicin abierta para intentar mejorar la eficiencia de separacin. 4.3 Separadores de segunda generacin Para los separadores de segunda generacin, la separacin se basa en el mismo principio que los separadores de primera generacin, vase la Figura 14. Las diferencias principales son:

Hay un circuito de ventilacin externo compuesto de un ventilador de recirculacin que permite al barrido por aire del separador tener una recogida separada del polvo en ciclones externos, con el retorno del aire a travs de las paletas de aire de retorno.

La separacin externa de los finos es ms eficiente que con la recogida interna del polvo El aire fresco puede introducirse en el sistema si se necesita enfriamiento adicional Puede permitir un aumento de la capacidad de secado en el molino, por ejemplo, cuando se

aade caliza, escoria o puzolana.


4.4 Separadores de tercera generacin Los principios de separacin se basan en el mismo juego de fuerzas que con las generaciones anteriores (es decir, la combinacin de las fuerzas centrfuga, de arrastre y de gravedad). Sin embargo, la gravedad deja de actuar en el proceso de seleccin. En los separadores de primera y segunda generacin, la zona de clasificacin no tiene lmites claramente definidos y est sujeta al equipo interno. En los diseos de tercera generacin (Figura 15), el material es primeramente dispersado sobre la mesa de distribucin (parte superior de la jaula) y cae en el espacio entre la jaula y las paletas gua, formando una fina cortina de material. A continuacin, se somete a la interaccin de las dos fuerzas en una zona de clasificacin que est claramente definida por la jaula y las paletas fijas (que pueden ajustarse para asegurar un flujo constante de aire alrededor de la jaula giratoria). El aire tira las partculas pequeas a travs de la jaula rpidamente, mientras que las partculas de mayor tamao con una inercia superior se desplazan con una trayectoria giratoria al interior del cono de rechazo. Los altos flujos de aire son muy importantes para una buena eficiencia, siendo la relacin cemento/flujo de aire de estos separadores entre 2 kg/m y 2,5 kg/m.


FIGURA 1 Circuitos de Molienda

Molino de

Molino de bolas

Separador

Figura 1 1a

Figura 1 1b

Molino de bolas

SeparadorPrensa de

rodillos o molino vertical

Figura 1 2

Prensa de rodillos o molino vertical

Separador

El separador puede ser una unidad individual o parte integrante del molino

Figura 1 3


FIGURA 2 Molino de bolas tpico con 2 cmaras

1 Alimentacin 2 Muro divisorio 4 Rejilla de salida 5 Elevadores

6 Casco del Molino 7 Revestimiento 8 Injeccin interna de agua 9 Sello rotatorio del sistema de agua 10 Eje de torsion de accionamiento central

1 2 4

8 8 159

67


FIGURA 3 Diafragmas ajustables

Leyenda Adjustable scoop Cucharn ajustable Adjustable flange Brida ajustable Partial Parcial Adjustable blades Palas ajustables Full Total Adjustment of tube Ajuste del tubo Material passage Ruta de material


FIGURA 4 Placas de revestimiento de la primera cmara

FIGURA 5

Revestimiento de clasificacin


FIGURA 6 Prensa de rodillos bsica

Leyenda

Hydraulic unit Unidad hidrulica Fixed roller Rodillo fijo Moving roller Rodillo mvil Feed Alimentacin

Basic Roll Press


FIGURA 7 Molino de rodillos tpico con separador dinmica

Typical Roller Mill With Dynamic Separator

Leyenda Guide vanes Paletas de gua Gas/Product outlet Salida de gas/producto Roller Rodillo Dynamic cage Jaula dinmica Nozzle ring Anillo de tobera Feed chute Tolva de alimentacin Rejects Rechazos Rotating table Mesa rotativa

Pull rod Barra tirante


FIGURA 8 Premolino vertical

Leyenda

Pull rod Barra tirante Gear Engrenaje Product Producto Table Mesa Roller Rodillo Feed Alimentacin

Vertical Pre-Grinder


FIGURA 9 Premolino vertical ventilado

Airswept Vertical Pre-Grinder

Leyenda Static separator Separador esttico Product Producto Upper case Caja superior Seal gate Puerta de sellado Grinding roller Rodillo de molienda Feed chute Tolva de alimentacin Grinding table Mesa de molienda Swing lever Palanca de vaven External circulation Circulacin exterior Stand Soporte Motor Motor Hydraulic cylinder Clindro hidrulico

Reduction gear Engrenaje redactor


FIGURA 10 Impactor de eje vertical

Leyenda

Feed Alimentacin Material bed Cama de materia Product (to screen if closed circuit) Producto (a la criba en circuito cerrrado) Rotor Rotor Motor Motor

Vertical Shaft Impactor


FIGURA 11 Horomill FCB

Leyenda Material inlet Entrada de material Housing Cubierta Shell Casco Roller arm Brazo de rodillo Hydraulic cylinder Clindro hidrulico Roller articulation Articulacin de rodillo Roller Rodillo Pinion shaft Eje de pin

FCB Horomill


FIGURA 12 Prfiles de temperatura del molino de cemento

Leyenda

Shell sprays Sprayes del casco Internal sprays Sprayes internos No sprays Sin spray Water Agua

160

150

140

130

120

110

100

90

80

70

60

50

160

150

140

130

120

110

100

90

80

70

60

50

degC

A

B

C

D

F

G

H

TIC

A IR

W A T E RW A T E R

A IR

TIC

E

K E Y

S he ll S p rays

N o S p rays

In te rna l S prays


FIGURA 13 Separador de Primera Generacin


FIGURA 14 Figura de Segunda Generacin


FIGURA 15

Separador de Tercera Generacin

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