BRPI0703955A2

BRPI0703955A2 - produto de cimento, sistema e mÉtodo para fabricar produto de cimento

Info

Publication number: BRPI0703955A2
Application number: BRPI0703955-7A
Authority: BR
Inventors: Ronald Robert Piniecki
Original assignee: Edw C Levy Co
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2010-01-19
Also published as: US8038791B2; CA2597842C; US20120015313A1; AU2007211938A1; CA2597842A1; AU2007211938B2; US20080053339A1; US8393894B2

Abstract

PRODUTO DE CIMENTO, SISTEMA E MÉTODO PARA FABRICAR PRODUTO DE CIMENTO. É descrita um produto de cimento. O produto de cimento inclui clínquer definido por um material de estoque de alimentação e um material de escória de facilidade metalúrgica de colherão derivado de um sistema de produção de aço de facilidade metalúrgica de colherão. São também descritos um sistema e método para fabricar clínquer.

Description

PRODUTO DE CIMENTO, SISTEMA E MÉTODO PARA FABRICAR PRODUTO DE

CIMENTO

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se, em geral, a clinquer e aum sistema e método para fabricação do mesmo.

ANTECEDENTES

Cimento e materiais similares são feitos pela provisãode um ou mais materiais em um tamanho reduzido, e a seguiraquecimento de um ou mais materiais para definir um produto,que é comumente mencionado na técnica como clinquer. Nafabricação de clinquer, um ou mais materiais podem seraquecidos em um forno giratório até aproximadamente 1400°C -1450°C por intermédio de uma chama dentro do forno giratórioque é abastecida por uma fonte de combustível. A faixa detemperatura extrema de 1400°C - 1450°C pode ser necessáriapara atender o nível de piroprocessamento de um ou maismateriais para refinar/combinar ainda mais um ou maismateriais em um clinquer apropriado.

Recentemente, foi estimado que aproximadamente 2,5bilhões de toneladas de cimento são fabricadas globalmente acada ano. Como tal, aperfeiçoamentos são sempre buscados nafabricação de clinquer devido a várias desvantagensmonetárias e ambientais que são inerentes ao processo defabricação de clinquer. Algumas das desvantagens conhecidasno processo de fabricação de clinquer podem incluir asseguintes: (1) as temperaturas extremas necessárias paraaquecer um ou mais materiais dentro do forno giratórioresultam na necessidade de uma quantidade significativa decombustível, (2) se, por exemplo, um ou mais materiais nareceita de clinquer incluírem calcáreo (CaC03) , a produção declinquer pode resultar na contribuição para gases de estufadevido à descarbonação do calcáreo durante opiroprocessamento de calcáreo, e (3) a queima de umcombustível fóssil para fornecer a chama dentro do fornogiratório também pode resultar na contribuição de gases deestufa.Por conseguinte, há necessidade na técnica de umareceita de clinquer aperfeiçoada bem como um sistema e métodopara fabricar clinquer que seja tanto monetariamenteeficiente como favorável ao meio ambiente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A descrição será descrita, como exemplo, com referênciaaos desenhos em anexo, nos quais:

A figura 1 ilustra um sistema para fabricar clinquer deacordo com uma modalidade exemplar da invenção; e

A figura 2 ilustra um sistema para fabricar clinquer deacordo com uma modalidade exemplar da invenção;

A figura 3 ilustra um sistema para fabricar clinquer deacordo com uma modalidade exemplar da invenção;

A figura 4 ilustra um sistema para fabricar clinquer deacordo com uma modalidade exemplar da invenção;

A figura 5 ilustra um método para fabricar clinquer deacordo com uma modalidade exemplar da invenção;

A figura 6 ilustra um método para fabricar clinquer deacordo com uma modalidade exemplar da invenção;

A figura 7 ilustra um método para fabricar clinquer deacordo com uma modalidade exemplar da invenção; e

A figura 8 ilustra um método para fabricar clinquer deacordo com uma modalidade exemplar da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

As figuras ilustram uma modalidade exemplar de umsistema e método para fabricar clinquer que é tantomonetariamente eficiente como favorável ao meio ambiente deacordo com uma modalidade da invenção. Com base no acima,deve ser genericamente entendido que a nomenclatura utilizadaaqui é simplesmente para conveniência e os termos utilizadospara descrever a presente invenção devem ter o significadomais amplo por uma pessoa versada na técnica.

Com referência à figura 1, um sistema de forno giratóriopara formar clinquer, C, é mostrado genericamente em 10a deacordo com uma modalidade. 0 sistema 10a inclui um fornogiratório 12 sustentado por flanges 14. O forno giratório 12inclui uma extremidade de alimentação 16 e uma extremidade decalor ou zona de queima 18, que é inclinada para baixo comrelação à extremidade de alimentação 16. Uma fonte decombustível 20 prove combustível que é queimado para criaruma chama 22 dentro da extremidade de calor 18 do fornogiratório 12. De acordo com uma modalidade, a chama 22 aqueceuma zona de sinterização ou interior 24 do forno giratório 12a uma temperatura de aproximadamente 1500°C. Embora a zona desinterização ou interior 24 do forno giratório 12 possa seraquecida até aproximadamente 1500°C, será reconhecido que azona de sinterização ou interior 24 do forno giratório 12pode ser aquecida a uma temperatura reduzida que é menor doque 150ooC dependendo de um ou mais materiais, F, S, que sãointroduzidos no forno giratório 12.

Uma ou mais matérias-primas, (isto é, estoque dealimentação) F, como, por exemplo, calcareo, argila, areia esimilar é/são carregadas por uma correia transportadora develocidade variável 26 em direção à extremidade dealimentação 16 do forno giratório 12. Se, por exemplo, umapasta úmida for utilizada, o estoque de alimentação F, podeser tratado por um moedor 28 antes de ser fornecido àextremidade de alimentação 16 do forno giratório 12.

A escória de facilidade metalúrgica de colherão (LMF),S, também pode ser introduzida, por exemplo, na extremidadede alimentação 16 por um dispositivo transportador 30, comopor exemplo, uma correia transportadora de velocidadevariável. Um controlador 32 pode controlar a velocidade dascorreias transportadoras 26, 30 de modo que a proporçãodesejada de escória LMF, S, para o estoque de alimentação, F,seja fornecido na extremidade de alimentação 16. Embora aescória LMF, S, seja mostrada sendo introduzida naextremidade de alimentação 16, será reconhecido que a escóriaLMF, S, pode ser introduzida em qualquer local desejável doforno giratório 12 (vide, por exemplo, a figura 4) devido aofato de que a escória LMF, S, é mais friável quando comparadocom a escória de aço não LMF, como descrito em mais detalheabaixo.

Após fornecimento para dentro do forno giratório 12 naextremidade de alimentação 16, o estoque de alimentação, F, eescória LMF, S, definem um fluxo de ingredientes de clinquer34 que é dirigido através do forno giratório 12 e em direçãoà chama 22. Após aquecimento e evacuação subseqüente naextremidade de calor 18, o fluxo de ingredientes de clinquer34 definido pelo estoque de alimentação, F, e escória LMF, S,sai do forno giratório 12 como clinquer de cimento, C, quepode ser adicionalmente processado, como desejado.

Dispositivos de controle de poluição 36, 38 sãofornecidos próximos à extremidade de alimentação 16 eextremidade de calor 18, respectivamente, do forno 12. Gasesde refugo 40 são expelidos para fora do dispositivo decontrole de poluição 36 para a atmosfera. Além disso,produtos de refugo recuperados 42 podem ser recuperados apartir do dispositivo de controle de poluição 36.

Na extremidade de alimentação 16, o dispositivo decontrole de poluição 36 remove os gases de refugo 4 4 que sãoexpelidos na atmosfera. Além disso, os produtos de refugorecuperados em 4 6 podem ser recuperados do dispositivo decontrole de poluição 38.

Como sabido na técnica, escória é um refugo produzido apartir da fusão de metais em um processo de fabricação deaço. Como tem sido reconhecido há muito tempo que muitos doscompostos quimicos em escória são comuns aos compostosquimicos de cimento, e como a escória é disponível em grandesquantidades e apresenta um grande problema de eliminação, osinventores da presente invenção mostraram que a escória LMF,S, pode ser utilizada no sistema de fabricação de cimento 10aenquanto não tenha efeito prejudicial sobre a operação doforno giratório 12.

Como visto na figura 1, escória LMF, S, resulta de umprocesso/sistema de produção de aço 100 que inclui umaestação de refinamento de colherão (não-mostrada). A estaçãode refinamento de colherão executa uma "etapa LMF" que conduzgrande parte do refinamento metalúrgico para realizar: umaadição de ligas, aquecimento, dessulfurização, decarburizaçãoultrabaixa, desgaseificação, bem como inclusão, remoção, oumodificação de materiais, produtos quimicos e similares queresultam em uma escória favorável ao meio ambiente, que émencionada como escória LMF, S.

A escória LMF resultante, S, do sistema de produção deaço 100 inclui características significativamente diferentesdo que aquelas de escória não LMF (isto é, "escória de aço")produzida de um forno de arco de eletrodo convencional (EAF).Escória LMF, S, por exemplo, tem teor elevado de alumínio(Al) e cálcio (Ca), que inclui uma quantidade significativade cal livre. Escória LMF, S, também inclui um teor muitobaixo de ferro (Fe) que tem um grau mais elevado defriabil idade do que aquele de escória de aço EAFconvencional. Fisicamente, a escória LMF, S, também pode sermencionada como ^escória branca' devido a sua cor, que édiretamente relacionada a sua composição quimica.

Para fins comparativos, a Tabela 1 abaixo mostra acomposição quimica (isto é, % em massa) de escória LMF, S, eescória EAF.

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Fisicamente, escória LMF, S, é mais fácil de moer, ecomo resultado, é mais fácil de reduzir em partículasminúsculas (isto é, trituração); por conseguinte, o indice detrabalho de escória LMF, S, é 20%-40% mais baixo do que aescória de aço, não LMF, com teor elevado de ferro (Fe) ,; convencional. Além disso, como a escória LMF, S, édescarbonatada até niveis ultrabaixos, menos carbono éliberado na atmosfera, desse modo diminuindo a contribuiçãopara gases estufa na atmosfera. Desse modo, em vista dasdeclarações acima, e, por comparação das diferenças entreescória LMF, S, e escória de aço não LMF, na Tabela 1 acima,pode ser presumido que escória LMF, S, é um material deescória ótimo que pode ser utilizado no sistema 10a para afabricação de clinquer, C.

Além dos beneficios ambientais de utilizar escória LMF,S, ao fabricar clinquer, C, como descrito acima, escória LMF,S, também pode contribuir para economia monetária relacionadaà fonte de combustível 20 que abastece a chama 22. Quandointroduzido no forno giratório 12, a fração de cálciodescarbonatado (Ca) da escória LMF, S, eliminaaproximadamente 420 kilo-calorias/quilograma de energia que éutilizado para aquecer um fluxo comparativo de ingredientesde clinquer que pode incluir, por exemplo, escória de aço nãoLMF. Por conseguinte, a combinação do estoque de alimentação,F, e o cálcio descarbonatado (Ca) de escória LMF, S, forma oclinquer, C, incluindo uma forma exotérmica cristalina decálcio (Ca), silício (Si), alumínio (Al), e ferro (Fe).

O resultado final de utilizar escória LMF, S, emcombinação com o estoque de alimentação, F, aumenta aquantidade de calor liberado durante o processo deaquecimento por intermédio da chama 22 de tal modo que umaeconomia em combustível da fonte de combustível 20 da ordemde três a quatro Btu/ton (isto é, 700 kilo-calorias/quilograma) é realizada. Desse modo, o consumo dafonte de combustível 20 é reduzido, e cada tonelada decimento que é produzida não cria dióxido de carbono adicional(C02) resultando da descarbonização da escória LMF, S. Alémdisso, à medida que uma quantidade aumentada de escória LMF,S, é introduzida, uma quantidade de estoque de alimentação decalcareo (CacC>3) , F, pode ser reduzida para reduziradicionalmente emissões de dióxido de carbono (CO2) a partirde uma quantidade de outro modo maior de calcáreo que seriaincluída no fluxo de ingredientes de clinquer 34. Além disso,a capacidade funcional do forno giratório 12 é aumentada àmedida que fluxos de gás de refugo são reduzidos.

De acordo com uma modalidade, entre aproximadamente 1% -12% do fluxo de ingredientes de clinquer 34 é composto deescória LMF, S. Será reconhecido que à medida que apercentagem de escória LMF, S, é aumentada dentro do fluxo34, o custo do clinquer, C, pode ser reduzido devido ao fatode que escória LMF, S, é mais barato do que estoque dealimentação virgem, F. Além disso, como a escória LMF, S, temuma friabilidade mais elevada, o consumo da fonte decombustível 20 é reduzido devido ao fato de que o ajuste dachama 20 pode ser reduzido para um ajuste inferior. Aindaadicionalmente, à medida que o consumo de fonte decombustível 20 é reduzido, e como a escória LMF, S, édescarbonizada, a contribuição geral para gases estufa noprocesso de fabricação de clinquer é reduzida.

Com referência à figura 2, um sistema de forno giratóriopara formar clinquer, C, é mostrado genericamente em 10b deacordo com uma modalidade. 0 sistema 10b é substancialmentesimilar ao sistema 10a com a exceção de que a escória LMF, S,é triturada por um triturador 48 e subseqüentemente filtradapor um filtro 50 antes da introdução da escória LMF, S, naextremidade de alimentação 16. O triturador 48 reduz odiâmetro de partícula da escória LMF, S, a aproximadamente1,5" ou menos de diâmetro de tal modo que aproximadamente 70%da escória LMF triturada, S, passe através, por exemplo, deum filtro de malha do tipo 200, 50.

Com referência à figura 3, um sistema de forno giratóriopara formar clinquer, C, é mostrado genericamente em 10c deacordo com uma modalidade. O sistema 10c é substancialmentesimilar ao sistema 10a com a exceção de que a escória LMF, S,possa ser misturada e preaquecida com o estoque dealimentação, F, em um preaquecedor 52 antes de introduzir aescória LMF, S, e estoque de alimentação, F, na extremidadede alimentação 16. Será também reconhecido que a escória LMF,S, pode ser introduzida na extremidade de alimentação 16 comoescória LMF grossa, de diâmetro maior, S, (vide, por exemplo,a figura 1) , ou alternativamente, como uma escória LMFtriturada e filtrada, S (vide, por exemplo, a figura 2) antesde ser preaquecida em 52.

Com referência à figura 4, um sistema de forno giratóriopara formar clinquer, C, é mostrado genericamente em lOd deacordo com uma modalidade. O sistema lOd é substancialmentesimilar ao sistema 10a com a exceção de que a escória LMF, S,não é misturada com o estoque de alimentação, F, nemfornecido para dentro do forno giratório 12 na extremidade dealimentação 16. Como ilustrado na figura 4, e como descritoacima, devido ao grau mais elevado de friabilidade da escóriaLMF, S, a escória LMF, S, é introduzida no forno giratório 12em uma zona de alimentação intermediária 54 entre aextremidade de alimentação 16 e a extremidade de aquecimento18, porém antes da chama 22. Será reconhecido que a escóriaLMF, S, pode ser introduzida na zona de alimentação -intermediária 54 como escória LMF grossa, de diâmetro maior,S (vide, por exemplo, a figura 1), ou alternativamente, comouma escória LMF triturada e filtrada, S (vide, por exemplo, afigura 2). Ainda adicionalmente, será reconhecido que aescória LMF, S, pode ser preaquecida por um preaquecedor(vide, por exemplo, o preaquecedor 52 da figura 3) de talmodo que a escória LMF, S, é preaquecida, porém não pré-misturada com o estoque de alimentação, F.

Com referência à figura 5, um método 500 para fabricarclinquer, C, é mostrado genericamente nas etapas S.501-S.505.O método 500 refere-se ao sistema 10a mostrado na figura 1.Na etapa S.501, um material de estoque de alimentação declinquer, F, é derivado e, na etapa S. 502, uma escória LMF,S, é derivada de um sistema de produção de aço 100. Na etapaS.503, um operador determina uma proporção de material deestoque de alimentação de clinquer, F, para escória LMF, S,que comporá os ingredientes da receita para o clinquer, C. Aetapa S.503 pode incluir, por exemplo, uma programação ouajuste de uma velocidade para um transportador 26 que forneceo material de estoque de alimentação de clinquer, F, para umforno giratório 12 e uma velocidade para um transportador 30que fornece escória LMF, S, ao transportador giratório 12.

De acordo com uma modalidade, por exemplo, cadatransportador 26, 30 é carregado com um volumesubstancialmente similar de material, F, S. Então, otransportador 30 pode ser ajustado em uma velocidade 1/10daquela do transportador 26. Se programado como descritoacima, etapa, S.504, pode incluir, por exemplo, umatransferência ou entrega de aproximadamente 1/10 daquantidade de escória LMF, S, para o forno giratório 12 doque aquela do material de estoque de alimentação de clinquer,F. Após entrega ao forno giratório 12, o material de estoquede alimentação de clinquer, F, e escória LMF, S, é aquecidopela chama 22 para definir o clinquer, C.

Com referência à figura 6, um método 600 para fabricar oclinquer C, é mostrado genericamente nas etapas S.601-S.608.O método 600 refere-se ao sistema 10b mostrado na figura 2.Em geral, o método 600 é substancialmente similar ao método500 com a exceção de um pré-tratamento dos materiais, S, F,nas etapas S.603-S.605 antes da introdução no forno giratório12. Na etapa, S.603, o material de estoque de alimentação declinquer, F, pode ser moido, triturado ou de outro modoreduzido em partículas menores. Na etapa, S.604, a escóriaLMF, S, pode ser similarmente moida, triturada, ou de outromodo reduzida em partículas menores. Subseqüentemente, naetapa, S.605, a escória LMF, S, pode ser filtrada parafiltrar as partículas reduzidas a partir de partículasmaiores que não se deseja incluir na receita do clinquer, C.

Com referência à figura 7, um método 700 para fabricar oclinquer, C, é mostrado genericamente nas etapas S.701-S.706.

O método 700 refere-se ao sistema 10c mostrado na figura 3.Em geral, o método 700 é substancialmente similar ao método500 com a exceção de um pré-tratamento dos materiais, S, F,na etapa, S.704, antes da introdução no forno giratório 12.Na etapa, S.704, o material de estoque de alimentação declinquer, F, e escória LMF, S, pode ser preaquecido antes deser superaquecido a uma temperatura extrema, mais elevadadentro do forno giratório 12.

Com referência à figura 8, um método 800 para fabricarclinquer, C, é mostrado genericamente nas etapas S.801-S.806.O método 800 refere-se ao sistema lOd mostrado na figura 1. Ométodo 800 é substancialmente similar ao método 500 com aexceção de como os materiais S, F, são entregues ao fornogiratório 12. Na etapa, S.804, por exemplo, o material deestoque de alimentação, F, é entregue à extremidade dealimentação 16 do forno giratório 12. Na etapa, S.805, aescória LMF, S, pode ser fornecida em um local de alimentaçãoapós a extremidade de alimentação 16 do forno giratório 12,como por exemplo, uma zona de alimentação intermediária 54.

A presente invenção foi descrita com referência a certasmodalidades exemplares da mesma. Entretanto, ser facilmenteevidente para aqueles versados na técnica que é possivelincorporar a invenção em formas especificas diferentesdaquelas das modalidades exemplares descritas acima. Issopode ser feito sem se afastar do espirito da invenção. Asmodalidades exemplares são meramente ilustrativas e não devemser consideradas de modo algum limitativas. O âmbito dainvenção é definido pelas reivindicações apensas e seusequivalentes, em vez de pela descrição anterior.

Claims

1. Produto de cimento, caracterizado por compreenderclinquer definido por:um material de estoque de alimentação; eum material de escória de facilidade metalúrgica decolherão derivado de um sistema de produção de aço defacilidade metalúrgica de colherão.

2. Produto de cimento, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o clinquer é composto deaproximadamente 1% a 12% de material de escória de facilidademetalúrgica de colherão.

3. Produto de cimento, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o material de estoque dealimentação inclui um ou mais de uma combinação selecionadade um grupo consistindo em calcáreo, argila e areia.

4. Produto de cimento, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o material de escória defacilidade metalúrgica de colherão é definido para incluir:oxido de cálcio maior do que 45% em massa,oxido de alumínio maior do que 3% em massa, eoxido férrico menor do que 12% em massa.

5. Sistema para fabricar produto de cimento,caracterizado por compreender:um forno giratório definindo uma extremidade dealimentação e uma extremidade de calor,um transportador que fornece escória de facilidademetalúrgica de colherão produzida por um sistema de produçãode aço de facilidade metalúrgica de colherão para o fornogiratório, eum transportador que transporta um material de estoquede alimentação para o forno giratório, onde o forno giratórioaquece o referido material de estoque de alimentação e umaescória de facilidade metalúrgica de colherão para definirclinquer.

6. Sistema, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado por compreender um controlador que respectiva eindividualmente controla a velocidade de fornecimento dosreferidos transportadores para definir uma proporção dematerial de estoque de alimentação para a escória defacilidade metalúrgica de colherão.

7. Sistema, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado por compreender um moedor que mói o referidomaterial de estoque de alimentação antes de ser introduzidona referida extremidade de alimentação.

8. Sistema, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado por compreender:um triturador que reduz um diâmetro de partícula daescória de facilidade metalúrgica de colherão em um diâmetrode aproximadamente 1,5" ou menos; eum filtro que passa subseqüentemente aproximadamente 70%da escória de facilidade metalúrgica de colherão triturada.

9. Sistema, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado por compreender:um preaquecedor que pré-aquece um ou mais entre aescória de facilidade metalúrgica de colherão e material deestoque de alimentação antes de ser introduzido no fornogiratório.

10. Sistema, de acordo com a reivindicação 5,caracterizado por compreender:uma zona de alimentação intermediária que permite aintrodução da escória de facilidade metalúrgica de colherãono forno giratório, onde a zona de alimentação intermediáriaé formada no forno giratório entre a extremidade dealimentação e a extremidade de calor, porém antes de umachama abastecida por uma fonte de combustível próxima àextremidade de calor.

11. Método para fabricar produto de cimento,caracterizado por compreender as etapas de:derivar um material de estoque de alimentação declinquer;derivar uma escória de facilidade metalúrgica decolherão produzida por um sistema de produção de aço defacilidade metalúrgica de colherão;determinar uma proporção de material de estoque dealimentação de clinquer para escória de facilidademetalúrgica de colherão que deve ser fornecida a um fornogiratório;transportar a proporção de material de estoque dealimentação de clinquer para escória de facilidademetalúrgica de colherão para o forno giratório; eaquecer a proporção de material de estoque dealimentação de clinquer para a escória de facilidademetalúrgica de colherão no forno giratório.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de que após a derivação de uma etapade escória de facilidade metalúrgica de colherão, compreendeainda as etapas de:triturar a escória de facilidade metalúrgica decolherão; efiltrar a escória de facilidade metalúrgica de colherão.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de que após derivar a etapa dematerial de estoque de alimentação de clinquer, compreendeainda a etapa de:moer o material de estoque de alimentação de clinquer.

14. Método, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de que antes da etapa de transportar,compreende ainda a etapa de:preaquecer um ou mais entre o material de estoque dealimentação de clinquer e a escória de facilidade metalúrgicade colherão.

15. Método, de acordo com a reivindicação 11,caracterizado pelo fato de que a etapa de transportar incluias etapas de:transportar o material de estoque de alimentação declinquer para uma extremidade de alimentação do fornogiratório, etransportar a escória de facilidade metalúrgica decolherão para uma zona de alimentação intermediária do fornogiratório, onde a zona de alimentação intermediária é formadano forno giratório entre a extremidade de alimentação e umaextremidade de aquecimento, porém antes de uma chamaabastecida por uma fonte de combustível próxima à extremidadede calor.