UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO CAMPUS MOSSORÓ
CENTRO DE ENGENHARIAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA E TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
RAFAEL LUCAS DE FREITAS SOUZA
AVALIAÇÃO DA QUALIDADE E HOMOGENEIZAÇÃO DO MATERIAL BRITADO DA EMPRESA POLIMIX CONCRETOS LTDA
MOSSORÓ - RN 2018
RAFAEL LUCAS DE FREITAS SOUZA
AVALIAÇÃO DA QUALIDADE E HOMOGENEIZAÇÃO DO MATERIAL BRITADO DA EMPRESA POLIMIX CONCRETOS LTDA
Relatório de Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Federal Rural do Semi-Árido – UFERSA, Centro de Engenharias – CE para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Química.
Orientadora: Profa. Dra. Geraldine Angélica Silva da Nóbrega – UFERSA
Supervisor do estágio: João Lucas Neves Coutinho – Eng. de Minas MIZU
MOSSORÓ - RN 2018
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S719a Souza , Rafael.
AVALIAÇÃO DA QUALIDADE E HOMOGENEIZAÇÃO DO MATERIAL BRITADO DA EMPRESA POLIMIX CONCRETOS LTDA / Rafael Souza . - 2018.
35 f. : il.
Orientadora: Geraldine Nóbrega.
Relatório (graduação) - Universidade Federal Rural do Semi-árido, Curso de Engenharia Química, 2018.
1. Cimento. 2. Controle de qualidade. 3.
Homogeneização. I. Nóbrega, Geraldine , orient. II. Título.
Dedico este trabalho a meus familiares, em especial à Osias Alves de Souza (In memorian) e Maria das Neves da Silva (In memorian).
AGRADECIMENTOS
Em primeiro lugar Deus, por me guiar no caminho certo;
A minha família e amigos que sempre me apoiaram durante todo o curso.
A empresa Mizu Cimentos Especiais LTDA por me oferecer uma oportunidade de estágio, e a todos os excelentes profissionais. Em especial, aos amigos João Lucas, Eduardo Marinho, Eduardo Ribeiro, Euniciano Sousa, Igor Ferreira.
A minha orientadora Geraldine Angélica Silva da Nobrega por sua orientação e disponibilidade.
A minha namorada, Renata Cristinne, pelo apoio em momentos difíceis.
A todos os colegas de curso que me ajudaram a enfrentar os desafios na sala de aula e fora dela.
“Só se pode alcançar um grande êxito quando nos mantemos fiéis a nós mesmos.”
RESUMO
O cimento Portland é um importante material para a construção civil, com vasta aplicação, utilizado particularmente para a realização das obras de concreto armado. O cimento Portland é resultado de uma mistura do clínquer com outras substâncias, tais como o gesso, pozolana e escória de ferro, em proporções que dependem do tipo de aplicação e das características desejadas para cada tipo de cimento. O cimento Portland comum é formado por aproximadamente 96% de clínquer e 4% de gesso. O clínquer que é o principal constituinte do cimento é produzido por transformação térmica a aproximadamente 1450ºC em fornos rotativos, de uma mistura de matérias-primas, denominada de cru ou farinha, contendo aproximadamente 80% de carbonato de cálcio (CaCO3), 15% de dióxido de silício (SiO2), 3% de trióxido de alumínio (Al2O3) e quantidades menores de outros constituintes, como o ferro e o enxofre. Estas matérias-primas são normalmente extraídas em pedreiras de calcário, ou margas, localizadas geralmente nas proximidades das plantas de produção de cimentos. Para garantir a qualidade do produto final, além do controle da matéria-prima é realizada uma homogeneização com o objetivo de reduzir a variação de composição do material britado. O presente trabalho teve como objetivo acompanhar o processo de controle de qualidade da matéria-prima, que é de essencial importância para que o produto final atenda todas as especificações exigidas.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Mina de Calcário... 15
Figura 2 - Fluxogramado processo de fabricação do Cimento Portland ... 19
Figura 3 – Pré-homo... ... 21
Figura 4 - Moinho de Coque. ... 23
Figura 5 - Forno Rotativo ... 25
Figura 6 - Planejamento detonação das bancadas.. ... 27
Figura 7 - Monitor software do analisador de calcário. ... 28
Figura 8 - Planilha de controle de qualidade do material britado... 29
LISTA DE TABELA
Tabela 1 - Características de cada tipo de Cimento Portland. ... 13
Tabela 2 – Composição dos Cimentos Portland segundo a ABNT.. ... 14
Tabela 3 - Reações de formação dos cristais do clínquer. ... 17
Tabela 4 - Efeitos FS sobre o cru e o clínquer ... 18
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 11
2. REFERENCIAL TEÓRICO ... 12
2.1. História do cimento ... 12
2.2. Tipos de cimento ... 12
2.3. Matérias-primas para fabricação do cimento portland ... 14
2.3.1. Calcário ... 15
2.3.2. Argilas ou Pozolanas ... 15
2.3.3. Minério de ferro e Arisco ... 16
2.3.4. Gesso ... 16 2.3.5. Clínquer ... 17 2.4. Controle de módulos ... 17 2.4.1. Fator de Saturação ... 18 2.4.2. Módulo de Sílica ... 18 2.4.3. Módulo de Alumina ... 19
2.5. Fabricação do cimento e suas principais características ... 19
2.5.1. Extração e britagem das matérias-primas do cru ... 20
2.5.2. Pré-homogeneização da matéria-prima do cru ... 20
2.5.3. Dosagem das matérias-primas ... 21
2.5.4. Moagem de cru ... 22 2.5.5. Moagem de Coque ... 22 2.5.6. Clinquerização ... 23 3. ATIVIDADES DESENVOLVIDAS ... 25 3.1. Gestão da empresa ... 26 3.2. Controle de qualidade ... 26
3.2.1. Planejamento de detonção de bancadas ... 26
3.2.2. Acompanhamento da composição do material britado... 27
3.2.3. Pré-homo ... 30
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 32
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1. INTRODUÇÃO
O cimento Portland é um importante material para a construção civil, com vasta aplicação, utilizado particularmente para a realização das obras de concreto armado. O cimento é o produto utilizado mais frequentemente em todo mundo, sua produção é a maior em quantidade de massa em relação a todos os outros produtos produzidos no mundo (SILVA, 1994).
O cimento Portland é resultado de uma mistura do clínquer com outras substâncias, tais como o gesso, pozolana e escória de ferro, em proporções que dependem do tipo de aplicação e das características desejadas para cada tipo de cimento. O clínquer é resultado da queima principalmente de materiais calcários e argilosos provenientes da natureza. As matérias-primas são extraídas na forma de rochas, que posteriormente passam por um processo de britagem. Após a britagem, as matérias-primas são homogeneizadas e armazenadas. Em proporções adequadas, as matérias-primas, e se necessário, aditivos, são moídas até ficarem na forma de um pó fino, denominado cru ou farinha. A farinha é alimentada em um forno rotativo, onde ocorrem as reações de transformação da farinha no clínquer (RAMOS, 2015).
O presente trabalho expõe as principais etapas do processo produtivo da fabricação de cimento realizado na empresa POLIMIX CONCRETOS LTDA na unidade MIZU CIMENTOS ESPECIAIS, localizada em Baraúna, no estado do Rio Grande do Norte, assim como apresenta os principais pontos do controle de qualidade no processo de produção do clínquer.
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2. REFERENCIAL TEÓRICO
Nesse tópico será abordado todo o embasamento teórico necessário para dar auxilio durante a elaboração do trabalho.
2.1. História do cimento
A palavra CIMENTO é originada do latim CAEMENTU, que significa uma pedra natural de rochedos e não esquadrejada. A origem do cimento foi a aproximadamente 4500 anos. Os grandes monumentos do Egito antigo utilizavam uma massa constituída por uma mistura de gesso calcinado (BOGUE, 1995). Obras gregas e romanas, como o Panteão e o Coliseu, foram construídas com o uso de materiais de origem vulcânica da ilha grega de Santorino ou das proximidades da cidade italiana de Pozzuoli, pois possuíam propriedades de endurecimento em contato com a água.
O cimento vem sendo utilizado na construção civil. Conhecido como cimento Portland. A patente do cimento Portland foi em 1824 pelo inglês Joseph Aspdin. Aspdin escolheu esse nome pela semelhança de sua coloração e dureza com as de uma pedra encontrada na ilha de Portland na Inglaterra. Gradativamente, o cimento começou a fazer parte do desenvolvimento das civilizações, pelo seu uso e comercialização. Na atualidade, o cimento é de extrema importância e ainda é objeto de estudo para aprimoramento do mesmo (ABCP, 2002).
2.2. Tipos de cimento
O mercado brasileiro apresenta vários tipos de cimentos disponíveis, esses tipos se diferenciam de acordo com a proporção de clínquer e sulfatos de cálcio, silicatos cálcicos e de adições, tais como escórias, pozolanas e calcário, acrescentadas no processo de moagem de cimento. Apresentam diferenças também pelas características desejadas, como alta resistência inicial, coloração, e outras propriedades dependendo da utilização. Determinadas características dos vários tipos de cimento são decorrentes da composição química essencialmente do clínquer (SILVA, 1994).
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Cada tipo de cimento apresenta uma propriedade diferente, dependendo das especificações de cada um, seu uso é indicado. De acordo com a tabela 1.
Tabela 1: Características de cada tipo de Cimento Portland.
Propriedades Tipos CP I e II Comum e composto CP III Alto Forno CP IV Pozolânico CP V Alta resistência inicial Resistência a compressão Padrão Menor nos primeiros dias e maior no final da cura. Menor nos primeiros dias e maior no final da cura. Muito maior nos primeiros dias
Impermeabilidade Padrão Maior Maior Padrão
Durabilidade Padrão Maior Maior Padrão
Resistência a agentes agressivos (água do mar e esgotos)
Padrão Maior Maior Menor
Fonte: (MIZU, 2018).
No Brasil, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) prepara e divulga normas técnicas que são usadas no mercado como padrão de referência. No Brasil são produzidos vários tipos de cimento dependendo de sua composição. Os utilizados em maior escala na construção civil são os Cimentos Portland comuns (CP I e CP I-S), compostos (CP II-E, CP II-Z e CP II-F), alto forno (CP III) e pozolânicos (CP IV). Em menor escala, é produzido o Cimento Portland de alta resistência inicial (CP V-ARI) (PAULA, 2009). Como pode-se observar na tabela 2.
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Tabela 2: Composição dos Cimentos Portland segundo a ABNT.
Tipo de Cimento Portland Sigla Classes resistência MPa Composição (% em massa) Norma ABNT Clínquer+ Gesso Escória de alto-forno Material Pozolânico Material Fíler Comum CPI 25 32 40 100 95 - 99 0 1 – 5 NBR 5732 CPI-S 25 32 40 Composto CP II-E 25 32 40 56 - 94 6 – 34 0 0 – 10 NBR 11578 CP II-Z 25 32 40 76 - 94 0 6 – 14 0 – 10 CP II-F 25 32 40 90 - 94 0 0 6 – 10
Alto forno CP III 25 32 40 25 – 65 35 - 70 0 0 – 5 NBR
5735 Pozolânico CP IV 25 32 40 45 - 85 0 15 – 50 0 - 5 NBR 5737 Alta Resistência Inicial CP V-ARI - 95 - 100 0 0 0 - 5 NBR 5733 Fonte: (PAULA, 2009).
2.3. Matérias-primas para fabricação do cimento Portland
O processo produtivo do cimento Portland é composto por cinco matérias-primas essenciais para sua constituição com proporções adequadas para fornecer características desejáveis para ser aplicado. São elas: calcário, argila, clínquer, escória de alto forno e gesso. A seguir, será apresentado cada uma detalhadamente.
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2.3.1. Calcário
O calcário é a principal matéria-prima para a fabricação do cimento, mais de 70% em peso na composição da matéria-prima crua (SILVA, 1994), esta é uma forte razão para que as fábricas de cimento sejam localizadas próximas às jazidas. A extração do calcário segue as etapas de prospecção, mapeamento e projeto da lavra. A Figura 1 mostra uma mina de calcário a céu aberto.
Figura 1: Mina de Calcário.
Fonte: Autoria própria, 2018.
2.3.2. Argila ou Pozolanas
A argila usada na fabricação do cimento é essencialmente composta de silicatos de alumínio hidratados, óxidos de ferro, alumínio e silício, essenciais para fabricação do cimento.
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Na produção de cimento, é utilizada a argila pozolânica que passa por calcinação para adquirir propriedade de ligante hidráulico, e assim, podendo ser empregada no processo produtivo do cimento. A argila passa ainda por um processo de moagem, ficando na forma de um pó fino. Porém, o material pozolânico em contato com água não tem a propriedade de endurecer como outros materiais que constitui a sua composição do cimento (SOUZA, 2013).
2.3.3. Minério de Ferro e Arisco
São aditivos usados para suprir as deficiências da argila frente a alguns de seus componentes que se mostram insuficientes ao processo.
O minério de ferro é utilizado para correção da composição pela falta de alumínio, ferro e sílica para obtenção da farinha. Com sua adição eleva os níveis de óxidos de 𝐴𝑙2𝑂3, 𝐹𝑒2𝑂3 e
de 𝑆𝑖𝑂2 necessários para o clínquer. Podem ser utilizados outros materiais para obtenção da correção como: bauxita, areia e escória de aciaria (SIGNORETTI, 2008).
Já o arisco é basicamente constituído por dióxido de sílica (SiO2). É uma matéria-prima
essencial para suprir a necessidade de sílica.
2.3.4. Gesso
O gesso apresenta-se na natureza em jazidas sedimentares sob a forma de gipsita (CaSO4.2H2O). A gipsita é a forma mais usada na indústria cimenteira, em menor escala, é
utilizado o gesso precipitado em salinas. O gesso é utilizado no cimento para regular o tempo de pega, ou seja, mantê-lo trabalhável por mais tempo e isto funciona na medida em que se forma uma espécie de película ou membrana que envolve as partículas do cimento, onde a gipsita dificulta o contato direto das partículas do cimento com a água retardando seu endurecimento (BUGALHO, 1998).
É um produto de adição final do processo. O gesso está presente em todos os tipos de cimentos portland: CPI; CPI-S; CPII-E; CPII-Z; CPII-F; CP III; CP IV e CP V-ARI.
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2.3.5. Clínquer
O clínquer é um mineral granulado acinzentado e fosco, que apresenta propriedades hidráulicas, formado basicamente por quatro compostos cristalinos, responsáveis pela mineralogia, morfologia e características físico-químicas do concreto. O clínquer é resultado da queima da farinha dentro do forno, reações entre os óxidos presentes no cru, geram os principais componentes do clínquer, os quatro principais são a alita (C3S), belita (C2S),
aluminato tricalcico (C3A) e o ferro-aluminato tetracálcico (C4AF) (SILVA, 1994).
Tais reações podem ser vistas na tabela 3.
Tabela 3: Reações de formação dos cristais do clínquer. 2 CaO + SiO2 2CaO.SiO2 (C2S) – Silicato Dicálcico
3 CaO + SiO2 3CaO.SiO2 (C3S) – Silicato Tricálcico
3 CaO + Al2O3 3CaO.Al2O3 (C3A) – Aluminato Tricálcico
4 CaO + Al2O3 + Fe2O3 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (C4AF) – Ferro Aluminato Tetracálcico
Fonte: (SILVA,1994)
2.4. Controle dos módulos
A determinação da porcentagem de cada componente para composição da farinha depende essencialmente da composição química das matérias-primas e da composição que se deseja para o clínquer. O efeito sobre a queima dos óxidos CaO, SiO2, Al2O3 e Fe2O3 depende das
relações de teores entre os mesmos. Estas relações são definidas pelos Módulos de Controle da Mistura. Os mais utilizados são: Módulo de Sílica, Módulo de Alumina e Fator de Saturação de Cal.
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2.4.1. Fator de saturação (FS)
O fator de saturação de Cal (FS), relaciona a concentração de CaO presente no cru ou no clínquer com os demais compostos com os quais reage. Onde, os valores dos compostos são dados em porcentagem em relação ao peso na composição do cru ou do clínquer. Sendo (FS) coeficiente adimensional expresso em % e definido pela Equação 1.
𝐹𝑆 =2,8∗𝑆𝑖𝑂2+1,18∗𝐴𝑙2𝑂3+0,65∗𝐹𝑒2𝑂3𝐶𝑎𝑂∗100 (1)
Os valores considerados ótimos são de 90% < FS < 100%. O FS determina a quantidade máxima de óxido de cálcio que pode reagir com os outros óxidos, e o conteúdo da alita do clínquer (SWAIN, 1995).
A tabela 4 mostra os efeitos do fator de saturação no cru e no clínquer.
Tabela 4: Efeitos FS sobre o cru e o clínquer.
FS baixo Cru fácil de queimar; menos consumo de combustível; clínquer muito queimado.
FS alto Cru difícil de queimar; maior consumo de combustível; cal livre alto. FS baixo Clínquer de péssima qualidade (C3S< 50 %) baixa resistência.
FS alto Clínquer de excelente qualidade (C3S> 50 %) alta resistência.
Fonte: (SWAIN, 1995)
2.4.2. Módulo de Sílica (MS)
O Módulo de Sílica exerce uma influência sobre: a queima do cru, a formação de colagem, a granulometria do clínquer, a fase líquida, a qual danifica a queima do clínquer. (SWAIN, 1995). O Módulo de Sílica é obtido pela relação (% em peso) entre as proporções
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dos óxidos de Sílica e a soma dos óxidos de Alumínio e Ferro, presentes na matéria-prima, conforme a equação 2 (SILVA, 1994).
𝑀𝑆 = 𝐴𝑙2𝑂3+𝐹𝑒2𝑂3𝑆𝑖𝑂2 (2)
2.4.3. Módulo de Alumina (MA)
Esta relação influencia principalmente o processo de queima atuando na velocidade de reação entre o Calcário e Sílica. Este módulo também determina a composição da fase líquida no clínquer (SWAIN, 1995).
O Módulo de Alumina é obtido pela relação (% em peso) entre as proporções dos óxidos de Alumínio e os óxidos de Ferro, contida na matéria-prima. Segue a relação na equação 3.
𝑀𝐴 = 𝐴𝑙2𝑂3𝐹𝑒2𝑂3 (3)
2.5. Fabricação do cimento e suas principais características
A produção de cimento Portland apresenta várias etapas, como mostra o fluxograma da figura 2 seguir.
Figura 2: Fluxograma do processo de fabricação do Cimento Portland.
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2.5.1. Extração e britagem das matérias-primas do cru
A extração da matéria-prima primária é feita em uma mina a céu aberto. A partir de análise de pó de perfuração, é determinado o teor médio aproximado de calcário por conjunto de furos na bancada. Cada furo tem aproximadamente 15 metros de profundidade, nos quais serão inseridos os explosivos para detonação. O plano de fogo é de responsabilidade do Engenheiro de Minas, devido a utilização de explosivos e de treinamento adequado. Após a detonação, é feita uma avaliação visual do material, e começam os trabalhos de tombamento do material por questões de segurança e para secagem. Com o material já seco, iniciasse o processo de carregamento deste material para ser britado. O material é carregado em caminhões basculantes com a utilização de pás carregadeiras. O controle de qualidade da produção do produto final se inicia na própria mina, com o controle do material que é inserido na moega do britador. O britador utilizado na empresa é do tipo de martelos. Após passar pelo britador, o material passa por um analisador de raios-x, que informa a composição do material em tempo real. A partir dos dados obtidos com o analisador são tomadas decisões de correção de desvios relacionados a variação de composição do material britado.
2.5.2. Pré-homogeneização da matéria-prima do cru
A pré-homogeneização do material britado ocorre na pré-homo, cuja função é reduzir ao máximo o desvio de composição do material britado. A homogeneização ocorre através de empilhamento do material britado. O empilhamento segue o modelo de chevron continuo, onde o material vindo do britador é empilhado por um braço mecânico chamado de stacker, que tem como função a formação da pilha por empilhar o material do inicio ao topo da pilha, formando camadas de mesma espessura. Cada camada apresenta uma composição diferente, porém, quanto maior o número de camadas, maior é a homogeneização. Sua função é que todo o material tenha a mesma composição na saída (SELLITTO, 1999).
A pré-homo da empresa possui capacidade de aproximadamente 50 mil toneladas, cuja produção diária de britagem gira em torno de 5 mil toneladas. O método Chevron contínuo possibilita o empilhamento e a retomada do material ao mesmo tempo. Em uma extremidade da pilha ocorre o empilhamento pela stacker, e na outra extremidade ocorre a retomada do
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material britado pelo equipamento chamado retomadora. A retomadora, através de uma estrutura metálica denominada por desagregador, raspa a pilha de modo que várias camadas sejam retiradas ao mesmo tempo. A retomadora age de forma a complementar a homogeneização. A entrada do material já homogeneizado ocorre em um duto no centro da pré-homo, que leva a um conjunto de correias subterrâneas, que leva o material para o silo de calcário para seguir para as etapas seguintes do processo. O processo de empilhamento pode ser observado na figura 3.
Figura 3: Pré-homo.
Fonte: Autoria própria, 2018.
2.5.3. Dosagem das matérias-primas
As matérias-primas, calcário, argila, arisco, minério de ferro são armazenados separadamente em silos equipados com balanças dosadoras na base. São feitas análises nas matérias-primas, a partir das quais, são tomadas as decisões de quanto de cada silo será extraído. A dosagem depende das concentrações de determinados componentes em cada matéria-prima, com base em parâmetros químicos pré-estabelecidos (módulos químicos). A
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dosagem de cada matéria-prima é feita por meio das balanças dosadoras automatizadas, controladas pelo Painel Central.
2.5.4. Moagem do Cru
Após a dosagem as matérias-primas são transportadas ao moinho vertical de rolos, onde são misturadas e moídas. Nesta fase inicial a mistura das matérias-primas é ao mesmo tempo sua pulverização, de modo a reduzir o tamanho das partículas, formando grãos muito finos denominados de farinha ou cru. Quanto menores estiverem os grânulos, mais fáceis se tornam as reações químicas entre seus componentes. De hora em hora são coletadas amostras da farinha para controle de suas características físico-químicas.
No silo CF, a farinha proveniente da moagem de cru, é armazenada de forma a aumentar sua homogeneização antes de entrar na torre de ciclones. O silo CF tem um conjunto de regueiras que são abertas em pares simultâneos de modo que distribuam a farinha, aumentando sua homogeneização, impedindo assim distúrbios relacionados a concentração de componentes do cru antes da alimentação da farinha na torre de ciclones (SELLITTO, 1999).
O silo CF tem aproximadamente 8 mil toneladas de capacidade de armazenamento de farinha. Levando em consideração o grau de homogeneização, o silo não pode ficar com nível muito baixo, pois assim a homogeneização não seria eficaz.
2.5.5. Moagem de Coque
A América do Norte é a maior produtora de coque de petróleo no mundo, com cerca de 70% da produção, seguido pela América do Sul e Caribe, juntos somando 9%. O consumo de coque é maior no próprio setor de produção de coque, cerca de 40%. Em seguida está a indústria de cimento com cerca de 16% e o setor de energia, nas termoelétricas com aproximadamente14% do consumo. Em escala mínima as siderúrgicas. O coque é moído em um moinho de bolas, sendo possível sua injeção no maçarico na forma de um pó fino, sendo assim mais eficiente sua ignição no interior do forno. O coprocessamento é uma alternativa à utilização do coque, onde são destruídos resíduos danosos ao meio ambiente. Além de reduzir
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o consumo de coque, o coprocessamento gera receita para a empresa, pois a mesma recebe pela destruição de resíduos (CARVALHO, 2008).
A moagem do coque é feita em um moinho de bolas como pode ser observado na figura 4 a seguir.
Figura 4: Moinho de Coque.
Fonte: Autoria própria, 2018.
2.5.6. Clinquerização
A clinquerização é uma das etapas que exigem maior atenção na produção do cimento. É o processo que ocorre dentro do forno rotativo onde ocorrem reações químicas responsáveis pela transformação da farinha em clínquer. O clínquer é um produto sintético resultante do aquecimento das matérias-primas até a fusão parcial com posterior reação química entre seus óxidos. O clínquer é constituído basicamente pelos silicatos alita (C3S) e belita (C2S), em
torno de 75% e em menor quantidade por aluminato tricálcico (C3A) e ferro aluminato
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A farinha proveniente do silo CF, é alimentada no duto de ascensão do segundo estágio da torre de ciclones, que tem como objetivo a secagem e pré-calcinação do material. Os gases quentes provenientes da combustão no forno fazem o trabalho de aquecimento da farinha desde a saída do moinho de cru. Os gases quentes passam em contracorrente com a farinha alimentada na torre de ciclones, até a farinha chegar no calcinador, que possui dois maçaricos, que tem por função calcinar a farinha, descarbonatando o carbonato de cálcio. Após passar pelo calcinador, a farinha entra no forno rotativo, onde o maçarico principal fornece a energia necessária para que haja a fusão dos minerais da farinha, e assim se iniciem as reações de formação do clínquer. Após a clinquerização é necessário o resfriamento abrupto do clínquer (SIGNORETTI, 2008).
As principais reações envolvidas na queima do clínquer se desenvolvem no forno, segundo intervalos de temperatura conforme indicado na tabela 5.
Tabela 5: Reações que ocorrem em cada intervalo de temperatura do forno.
Temperatura ºC Reação
100-200 Liberação de água livre
500-700 Desidroxilação de argilominerais, associada às modificações e transformações estruturais e aumento da atividade de superfície 700-900 Calcinação do carbonato (CaCO3); Reação parcial do CaO
liberado com alumina e óxido de ferro formando aluminatos e ferroaluminatos .
900-1200 Combinação da sílica remanescente com CaO para formação de belita; Conversão dos aluminatos e ferroaluminatos em C3A e
C4AF.
1200-1350 Fusão dos aluminatos ferroaluminato0s cálcicos; Início da cristalização de alita (C3S) a partir de belita (C2S) e CaO não
combinado.
>1350 Recristalização e desenvolvimento dos cristais de alita (C3S) e
belita (C2S) na presença de fase líquida
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A Figura 5 a seguir apresenta um forno rotativo, no qual ocorrem as reações de clinquerização.
Figura 5: Forno Rotativo.
Fonte: Autoria própria, 2018.
3. ATIVIDADES DESENVOLVIDAS
Todas as atividades exercidas durante o período do estágio foram concentradas na empresa, no qual compreendeu ao acompanhamento no planejamento de detonação das bancadas na mina de calcário, na elaboração de planilhas de controle de qualidade do material britado, acompanhamento da composição em tempo real do material britado, acompanhamento da quantidade de material britado no interior da pré-homo, assim como, algumas atividades relacionadas ao funcionamento de equipamentos e resolução de problemas operacionais.
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3.1. Gestão da empresa
Durante os primeiros dias do estágio, foi observado a rotina e organização dos trabalhos realizados pelos funcionários. Acompanhamento nas atividades e definição de atividades a serem realizadas. Constatou-se a necessidade de algumas melhorias em relação a homogeneização do material no interior da pré-homo, assim como um maior controle de qualidade no material proveniente da mina, diminuindo ao máximo suas variações.
3.2. Controle de qualidade
3.2.1. Planejamento de detonação das bancadas
O controle de qualidade começa no planejamento de detonação das bancadas na mina, realizado pelo Engenheiro de Minas. Inicialmente é feita uma análise visual da bancada, a partir daí é feita uma análise preliminar da quantidade de componentes presentes em cada bancada. Então com a decisão de qual bancada será utilizada, inicia-se o processo de perfuração, onde são utilizados os equipamentos próprios para perfuração de rochas, denominados de perfuratrizes.
A partir de coletas de amostras de pó de perfuração é constatada a quantidade aproximada de cada componente presente em cada bancada. Após a perfuração são inseridos explosivos e é feita a detonação, realizando o desmonte da bancada. Após o desmonte, se restarem blocos muito grandes, chamados de matacos, é utilizado um equipamento denominado de rompedor para quebrar este bloco grande em pedaços menores, possíveis de serem carregados. Quando o material está disponível para carregamento, a partir das quantidades presentes dos componentes de cada bancada, é realizado o planejamento de carregamento, no qual consiste na disposição de maquinário para carregamento. É comum as bancadas apresentarem teores muito diferentes dos componentes calcários e argilosos, sendo assim necessária a retirada de material de pontos diferentes ao mesmo tempo, com objetivo de trazer a composição do material para a faixa desejada. Com a definição dos pontos de retirada de material, são deslocadas as escavadeiras e pás carregadeiras para carregamento dos caminhões basculantes, que levam o material proveniente da mina para o britador. Cada caminhão basculante tem
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capacidade de carga de aproximadamente 25 toneladas. O planejamento pode ser visto conforme a figura 6.
Figura 6: Planejamento detonação das bancadas.
Fonte: Autoria própria, 2018.
3.2.2. Acompanhamento da composição do material britado
Após passar pelo britador de martelos, o material proveniente da mina passa por um analisador de raios-x, de fabricação australiana, Scantech, denominado de GEOSCAN. O GEOSCAN analisa continuamente os materiais transportados em tempo real, fornecendo resultados precisos a cada minuto. O GEOSCAN se encaixa nas correias transportadoras que levam o material britado para a etapa de homogeneização. O equipamento de análise utiliza a técnica conhecida como Análise de Ativação de Neutrões de Gama Prompt (PGNAA) para determinar a composição do material que passa na correia, fornecendo a composição do material, bem como sua umidade que são enviados via cabo para o processador, que disponibiliza dos dados utilizando o software fornecido pela própria empresa, no qual podemos acompanhar através de gráficos e valores a composição do material (SCANTECH, 2015). Conforme a figura 7.
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Figura 7: Monitor software do analisador de calcário.
Fonte: Autoria própria, 2018.
A partir do acompanhamento dos gráficos e valores obtidos pelo equipamento, são tomadas decisões de alteração de quantidade retirada de cada local da mina. Caso seja necessário, deverá cessar o carregamento de material de determinado ponto da mina, a fim de manter o material britado na faixa desejada. De 30 em 30 minutos, é alimentada uma planilha com os dados do equipamento. O software do equipamento exibe a quantidade de material que passou pelo equipamento, bem como sua composição através de uma média ponderada de composição por massa no decorrer dos 30 minutos. A figura 8 apresenta uma planilha utilizada para controle de qualidade na empresa com dados fictícios porém coerentes com o praticado na empresa.
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Fonte: Autoria própria, 2018.
Além da qualidade, é acompanhada também a produtividade, onde é necessário aliar o máximo de qualidade ao máximo de produtividade, já que é um processo industrial se é necessário um controle rígido entre essas duas variáveis.
São definidas faixas pré-estabelecidas pelo controle de qualidade. Tais faixas se referem ao fator de saturação (FS), ao módulo de sílica (MS), e ao módulo de alumina (MA), os quais são controlados inicialmente com o controle de qualidade do material britado. Com a disponibilidade de vários locais de extração de matéria-prima, é feito o controle preliminar de qualidade, no qual consiste de inserir calcário de alto teor para aumentar o FS e material argiloso para aumentar os módulos, MS e MA. A tomada de decisões quanto a qual material utilizar é necessária constantemente, pois caso haja algum desvio abrupto, a medida corretiva deve ser imediata.
3.2.3. Pré-homo
Após passar pelo analisador com algumas flutuações de composição, a função da pré-homo é reduzir as flutuações na composição de todos os componentes do material britado. O desvio padrão dessas variações deve ser reduzido ao máximo, ficando em torno de 5 na saída. A pré-homo se apresenta na forma de um grande domo, onde a pilha de material tem formato circular, utilizando o método Chevron contínuo. No interior da pré-homo existem dois equipamentos, a empilhadeira (Stacker) e a retomadora (Reboiler). Tanto a stacker como a retomadora giram em torno do eixo central da pré-homo. No método Chevron contínuo, a empilhadeira denominada Stacker, alimenta a formação da pilha fazendo o movimento de arco, e a retomadora consome o material empilhado de modo a consumir o material sempre do raio externo ao centro da circunferência da pré-homo. A formação da pilha é decorrente do movimento de vai e vem da Stacker, que age com uma angulação de 60º. A Stacker é responsável pela formação das camadas da pilha, onde quanto maior o número de camadas maior é o grau de homogeneização. O grau de homogeneização pode ser obtido pela equação 4.
𝛿(𝑠𝑎í𝑑𝑎) =𝛿(𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎)
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Sendo:
𝛿(saída), desvio padrão na extração.
𝛿(entrada), desvio padrão no empilhamento. N, número de camadas da pilha.
O desvio padrão na saída é obtido após o cálculo do desvio padrão da entrada que é obtido através das tabelas de alimentação e controle de qualidade que são alimentadas pelos dados obtidos do analisador de calcário GEOSCAN. O número de camadas depende da velocidade da Stacker, que é fixada em 60 Hertz. Cada camada alimentada na forma de um arco, com ângulo fixo de 60º que tem inicio na parte mais alta da pilha. A partir da parte mais alta da pilha, a stacker faz um movimento de arco acompanhando o perfil da pilha, descendo gradativamente, até parar na ponta mais baixa da pilha, de modo a não projetar o material muito longe ou de forma desordenada, e evitando o levantamento de poeira. A alimentação da Stacker gira em torno de 1.000 (mil) toneladas por hora na pré-homo, onde esse material é armazenado em pilhas circulares de em média 13 metros de altura com uma base de aproximadamente 40 metros de raio. A figura 9 representa a formação das camadas da pilha de homogeneização.
Figura 9: Camadas da pilha de homogeneização.
Fonte: Autoria própria, 2018.
A altura da pilha tem ligação direta com o desmoronamento, algo indesejado, pois o material mais fino, com menor peso, tende a ficar na parte superior da pilha, enquanto o material maior e mais pesado tente a rolar até a base da pilha, causando um efeito negativo no fator de homogeneização.
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4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
A Produção do Cimento Portland envolve várias etapas, das quais, através do estágio, pôde-se acompanhar e desenvolver na prática o que foi aprendido em sala de aula. Todas as etapas são de extrema importância para a produção de clínquer, mantendo o controle da qualidade do mesmo, determinando as características desejadas do produto final.
Durante o desenvolvimento das atividades de estágio foi possível o aprimoramento de conhecimentos relacionados aos processos nos quais participei. Mostrando que há muito mais para aprender do que vimos em sala de aula. Durante o estágio, além de aprendizado operacional e técnico, foi possível o crescimento profissional relacionado à gestão de pessoas e recursos. Foi possível também, aprendizado em relação à organização e administração de tempo.
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5. REFERÊNCIAS
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