1. Problemas identificados
Desde 2020, a Unidade A, uma linha de produção de cimento por processo a seco, tem enfrentado frequentemente vários problemas. Esses problemas incluíram a formação de aglomerados no interior dos silos de cimento, dificuldade na extração do cimento dos silos e acumulação de material durante o carregamento de comboios de granéis. A fábrica implementou medidas corretivas, tais como a limpeza dos silos, a redução do teor de humidade dos materiais de alimentação do moinho e a utilização de crivos vibratórios. Estas medidas aliviaram as dificuldades no transporte do cimento, mas não proporcionaram uma solução completa.
A Unidade A opera uma linha de fornos de cimento. O seu sistema de moagem de cimento utiliza um processo combinado (de circuito fechado) com um moinho de rolos e um moinho de bolas. O problema de aglomeração e obstrução ocorreu principalmente durante o transporte do cimento do tipo P·O 52,5. Este cimento utiliza escória e calcário como materiais misturados e gesso dessulfurado como retardador. O gesso dessulfurado continha 18,81% de água cristalina e 40,61% de SO₃. Os objetivos de controlo de qualidade da produção de cimento eram: resíduo de peneira de 45 μm (7 ± 2)%, área superficial específica (340 ± 10) m²/kg e teor de SO₃ (2,5 ± 0,2)%.
2. Investigação e ensaios
2.1. Situação de aglomeração e ensaios experimentais
O incidente mais recente ocorreu no Silo 3, onde se armazenava cimento P·O 52,5. Grumos de cimento bloquearam a saída de descarga, impedindo o fluxo do material. Os trabalhadores desobstruíram o bloqueio utilizando ar comprimido e removendo manualmente os grumos de maiores dimensões. Posteriormente, não se verificaram mais bloqueios nem problemas de fluxo durante uma semana. É de salientar que, seis meses antes deste bloqueio, tinha sido instalada uma crivagem vibratória na entrada do silo. A Figura 1 mostra as partículas de cimento aglomeradas que foram separadas na entrada. Os grandes aglomerados já tinham adquirido uma resistência considerável, uma vez que não se partiram quando foram lançados de uma altura de 0,5 metros. No entanto, as partículas mais pequenas podiam ser esmagadas com as mãos. A Figura 2 mostra aglomerados endurecidos removidos durante uma operação de limpeza anterior. Este cimento tinha endurecido e ganho resistência, resistindo também em grande parte à quebra após uma queda de 0,5 metros. Além disso, observou-se material aglomerado no cimento durante o processo de carregamento e expedição do Silo 3.
Pesámos a amostra de cimento extraída do silo e o material retido numa peneira de malha quadrada de 0,9 mm. A proporção em massa do material aglomerado/agrupado foi de 10,5%. Os testes revelaram que o teor médio de humidade deste material aglomerado era de 1,15%, e que a humidade média dos pedaços de escória peneirados (Figura 1) era de 0,97%. Estes valores excederam significativamente o limite de controlo de 0,6%. Procedemos à limpeza a seco e à trituração do material aglomerado na peneira de 0,9 mm. O material triturado apresentava uma área superficial específica de 405 m²/kg, cerca de 60 m²/kg superior à média. Isto indica um teor muito mais elevado de pó fino (partículas <3 μm) no material aglomerado, em comparação com o cimento de entrada médio. Por conseguinte, a aglomeração e a formação de grumos ocorrem provavelmente com maior facilidade no pó fino de cimento. Isto também pode ser interpretado como o pó fino ser mais propenso à pré-hidratação. Após a descarga, cerca de 1-2 toneladas de cimento residual permaneceram presas perto da saída de descarga no interior dos vagões-cisterna devolvidos. Este cimento apresentava aderência e era facilmente esfarelado com a mão. O seu teor médio de humidade era de 0,96%, semelhante à humidade excessiva encontrada nos grumos e bolas.
2.2. Investigação e verificação das causas
Com base na humidade claramente anormal observada nas bolas e nos grumos, deduzimos inicialmente a causa. Suspeitámos que pequenas partículas de cimento tivessem sofrido nucleação de hidratação ao serem expostas à água (ou ao absorverem-na) sob altas temperaturas. Estas partículas cresceram então gradualmente, formando aglomerados e grumos durante o armazenamento. Consequentemente, investigámos mais aprofundadamente a humidade do cimento, a temperatura à saída do moinho e a distribuição granulométrica.
Monitorizámos e registámos continuamente o teor de humidade do cimento P·O 52.5 à entrada do silo. A Tabela 2 apresenta os resultados. A humidade média foi de 0,441 % na saída do moinho e de 0,551 % na saída do silo. Em contrapartida, a humidade média do cimento aglomerado e com grumos foi de 1,06%. Isto indica que o cimento absorveu humidade durante o armazenamento, aumentando a humidade global em 0,11%. A humidade no cimento aglomerado/com grumos aumentou em 0,62%.
Monitorizámos também a temperatura do gás na saída do moinho durante a produção de P·O 52,5 (Tabela 3). A temperatura do gás era 5–10 °C inferior à temperatura do pó. A temperatura do cimento era de aproximadamente 110 °C. Esta temperatura elevada proporcionou a condição necessária para a desidratação do gesso dessulfurado durante o armazenamento. A água cristalina libertada do gesso converteu-se em água livre, que foi então absorvida pelo cimento.
Recolhemos amostras de cimento na saída do moinho para verificar a granulometria. Os valores de finura obtidos pelo método da peneira de 45 μm foram 7,1%, 5,5% e 6,0%. Estes valores corresponderam basicamente aos resultados da análise do tamanho das partículas por laser: 6,79%, 5,22% e 5,25%. Os valores da área superficial específica, determinados pelo método de permeabilidade ao ar de Blaine, foram 342 m²/kg, 336 m²/kg e 345 m²/kg. Os coeficientes de uniformidade da distribuição granulométrica foram 1,107, 1,042 e 1,090. Num sistema de moagem de circuito fechado, isto indica uma distribuição granulométrica relativamente estreita. O teor de partículas <3 μm foi de 18,68%, 19,04% e 19,15%, respetivamente, indicando um teor relativamente elevado de pó fino. Este elevado teor de pó fino induziu provavelmente a aglomeração e a formação de grumos no cimento.
A análise dos dados meteorológicos públicos relativos à região da Fábrica A nos últimos anos revelou uma tendência geral de aumento da humidade relativa média do ar. Além disso, a humidade relativa ultrapassou os 80 % no último ano. Este ar húmido favoreceu a absorção de humidade e a hidratação do cimento durante o armazenamento.
Consequentemente, concluímos que a principal causa da aglomeração na Fábrica A foi o elevado teor de pó fino (<3 μm). As altas temperaturas provocaram a desidratação do gesso dessulfurado. Este efeito, combinado com a humidade do ar, induziu conjuntamente a hidratação e o endurecimento do cimento. Este processo teve início com a nucleação e a formação de grânulos, evoluindo gradualmente para formações aglomeradas.
3. Medidas de melhoria e resultados
Com base nas conclusões acima referidas, a Fábrica A implementou as seguintes medidas:
(1) Reduziram a temperatura do cimento à saída do moinho, aumentando o fluxo de ar na parte posterior do moinho e introduzindo mais ar de refrigeração no classificador. Além disso, alternaram regularmente a saída de descarga do clínquer. Consequentemente, a temperatura dos gases à saída do moinho diminuiu de 100 °C para cerca de 90 °C.
(2) Reduziu-se a proporção de gesso dessulfurado de 5,51 % para 4,81 %.
(3) Melhorou-se o efeito de dispersão do auxiliar de moagem para acelerar o fluxo de material no moinho de bolas. Isto aumentou a carga de circulação do moinho de bolas, reduziu a acumulação localizada de calor e minimizou a geração de pó fino. O teor de pó fino <3 μm foi mantido abaixo de 17%. Além disso, minimizaram o tempo de armazenamento do cimento nos silos.
Após o esgotamento do stock existente de cimento armazenado ao longo de um determinado período, a quantidade de cimento aglomerado e com grumos extraída dos silos diminuiu significativamente. Nos últimos seis meses, não se registaram mais incidentes de bloqueio da saída de descarga nem de acumulação de material durante o carregamento dos comboios.
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