CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un horno para el tratamiento térmico de arenas calizas y dolomíticas donde se descarbonatan y calcinan para producir cal viva y/o cal hidratada, dentro del mismo horno.

ANTECEDENTES

La producción de cal viva mediante la calcinación de piedra caliza en grandes cantidades se realiza generalmente empleando hornos verticales y hornos rotatorios. Los hornos convencionales procesan solamente las piedras de 35 a 100 mm, porque las piedras menores -llamadas "finos"- ahogan el tiro del horno y las piedras mayores tardan más de tres días en calcinarse. Igualmente, las arenas no se consideran como materia prima para producir cal porque también ahogan el tiro natural de los hornos convencionales de cal.

Es inevitable la generación de finos al triturar las piedras calizas. Los finos representan el 50% de la materia prima de los bancos de caliza, así que la industria calera solamente aprovecha el 50% de la materia prima del banco, el otro 50%, que son finos, se utiliza para otros fines. El Horno de la presente invención permite el aprovechamiento al 100% del banco de caliza, incluyendo a los finos que antes se desechaban, como materia prima para producir cal, logrando así, incrementar al doble el valor la vida de los bancos de caliza y en consecuencia aumentar al doble el valor comercial los mismos. Es muy importante considerar que la presente invención permitirá el aprovechamiento de los cerros de los finos del pasado, que se han acumulado por años en los tiraderos de las caleras. El Horno de la presente invención permite aprovechar los finos, los cuales se puede remoler hasta un tamaño homogéneo de arena para producir cal, sin generar desperdicios, subproductos, ni productos concomitantes en el proceso.

Los sistemas convencionales para la calcinación de finos, mediante "Lecho Fluidizado" requieren una limentación muy fina, en un rango de tamaño de partículo estrecho, para que sea adecuado para la fuidización. Debido a esa condición, requieren de una molienda adicional que genera más polvos, y polvos pequeñísimos que no se pueden recuperar fácilmente, reduciendo la eficiencia del equipo y elevando los costos.

Algunos procesos de calcinación de polvos calizos limitan el tamaño máximo-mínimo de alimentación. Por ejemplo, los procesos típicos de calcinación instantánea por suspensión requieren de una alimentación con un tamaño máximo de partícula de 1 170 mieras, lo cual implica costos de tamización previa o de separación continua en un horno equipado con dispositivos especiales para hacerlo. La patente alemana caducada DE3140582 y la patente DE312S320 y sus familias de fatentes divulgan un proceso a contracorriente de calcinación y sinterizado de material en trozos en un horno anular vertical. El horno divulgado está diseñado para calcinar piedras y no finos ya que en su sistema de aspiración de aire carece de medios para evitar la deposición de polvos en los ductos que reciclan el aire a los quemadores. El diseño del horno divulgado es aparentemente menos eficiente porque sus quemadores apuntan radialmente hacia el centro, calentando el poste huevo central, el cual contiene y conduce gases, y no material a calcinar. Parece contradictorio que dichos hornos mezclen gases calientes que bajan de los quemadores, con aire fría ascendente, para luego usar la mezcla como fuente de calor para calentar gases fríos en un recuperador. El horno divulgado en estas patentes comprende secciones donde existe un flujo de gases calientes y material en modo co-corriente, y la modalidad co-corríente tiene la desventaja de que es incapaz de elevar la temperatura del material a una temperatura tan alta como si fuera un modo a contra-corriente.

La patente estadounidense US4668184 además de que contiene algunas de las desventajas de las dos patentes arriba mencionadas, utiliza el tubo interior para calentar gases fríos en su totalidad provenientes del ambiente, lo cual resta eficiencia al horno en lugar de emplear el calor en calentar el material. Las solicitudes de patente MX2008002082 y MX2016011255 divulgan un horno vertical diseñado para calcinar piedras y arenas desde 2-17 cm que contiene una cámara de calcinación que se forma por una estrangulación del paso libre del horno formando una "cintura" tipo reloj de arena. En estos diseños existe una pérdida de energía en la zona caliente y en la cámara de calcinación, que no se recupera, ya que la fuente de calor esta dirigida hacia la pared del horno, en lugar de apuntarla al material. Esta energía en forma de calor, se pierde al exterior por radiación de la pared del horno. Es bienvenido, por lo tanto, un equipo para calcinar material arenoso, particularmente arenas de piedra caliza y dolomita, mediante un proceso simple y eficiente.

El Horno de la presente invención no se ahoga con la arena, porque tiene una presión interna generada en parte por los gases de la combustión, que los obliga a fluir por entre los pequeños huecos que existen entre los granos de arena.

El Horno de la presente invención no solo es capaz de aprovechar los "finos", sino que los muele aún más, debido a que la presión ejercida por el gas dióxido de carbono (C0 ₂ ) producido en el interior del materia, busca una salida a la superficie, formando grietas y fragmentando las partículas de arena, generando nuevas y más pequeñas partículas. Esta fragmentación, aunque también ocurre en piedras grandes, no produce un incremento en la cantidad de partículas, sino que solo divide a las piedras.

El Homo de la presente invención está presurizado por tres agentes:

* Por los gases de combustión generados en sus sopletes internos.

• Por los vapores sobrecalentados generados

• Por la inyección de aire, tanto de combustión como de enfriamiento.

El concepto de "arenas" abarca un rango muy amplio de tamaños de partícula, desde polvos, limos, arenas, gravas finas (6 mm). Una masa de arenas es permeable porque permite el flujo de un fluido no viscoso por entre los pequeños huecos que existen entre sus partículas. Todas las arenas porque permiten el paso de gases entre los espacios vacíos que existen entre sus granos o partículas, y por lo tanto, las arenas orgánicas son calculables haciendo pasar gases suficientemente calientes en su seno.

Por definición, la Calcinabilidad depende de la relación que existe entre el Area Superficial y el Volumen de una partícula (ASA'). El Volumen determina la masa a calcinar de la partícula y el Area Superficial determina la superficie de contacto de la partícula donde tendrá lugar la transferencia de masa (pérdida de CO2) y de calor con los gases de combustión calientes del Horno.

Debido a la enorme área superficial de la arena, se tiene un intercambio de calor entre 20- 100 veces mayor que el que ocurre con piedras calizas. Esto se debe a que 1 kg de arena puede tener entre 20-100 veces más área superficial que una piedra de 1 kg, ya que el área (A) de una esfera, crece con el cuadrado de su diámetro (D), mientras que su volumen (V) crece con el cubo de su diámetro (Figura 1). En consecuencia, puede inferirse que una longitud de I metro del Homo de la presente invención equivale a 20-100 metros de chimenea de un horno de piedras.

Al trabajar con arenas en lugar de piedras, se aprovecha la alta relación (Area

Superficial)/Volumen de las partículas para multiplicar la calcinabilidad. La altísima calcinabilidad de las arenas se debe a que las arenas tienen una mayor relación Area Superficial/Volumen que las piedras ( 100: 1 ).

La consecuencia del diminuto tamaño de la materia prima arenosa es que la

descarbonatación y la calcinación de la materia prima se efectúa en menos de 2 horas, comparado con las 70 horas necesarias en hornos convencionaes (Figura 2). Además, el tamaño diminuto de las partículas de arena, permite disminuir la temperatura de operación del Horno casi hasta la temperatura de calcinación teórica, hasta tener 950-1000°C. El alto gradiente de temperatura (ΔΤ = 1200-950°C) que se usa en los hornos convencionales se aplica para alcanzar a calcinar las zonas más internas en las piedras de caliza, situación que no ocurre con las arenas.

Las arenas se calcinan en el 3% del tiempo que necesita una piedra, porque la el frente de calor calcinante avanza hasta el corazón del grano en un tiempo muy corto. Al principio del proceso, avanza rápido (1.8 mm/h hacia el centro del grano), pero va disminuyendo su velocidad gradualmente cuando la distancia es mayor, como en una piedra (Figura 2).

Durante la calcinación, las partículas de carbonato de calcio (CaCCh) liberan dióxido de carbono (C(¼), que sale a través de poros y grietas de la partícula, lo que produce un incremento en la presión interna. El C0 ₂ encuentra en un grano de arena una salida más corta, más rápida y a menor presión interna que en una piedra. La granulometría de la arena, medida por el número de malla, aumenta al ser calcinada, porque el escape del dióxido de carbono (C0 ₂ ) generado, fragmenta los granos de arena. La temperatura de operación del Horno de la presente invención es menor que la de los hornos caleros convencionales debido a que no es necesario elevar tanto la temperatura como en los hornos convencionales de piedras, para poder calcinar el corazón de un grano de arena. La temperatura de operación en el Horno de la presente invención se encuentra entre los 950- 1000°C, que es suficiente para calcinar arenas, en comparación de los 1 , 100- 1 ,200°C necesarios en los hornos convencionales que calcinan piedras. Las arenas requieren menos tiempo y el horno opera a menor temperatura porque el corazón de las partículas de arena se encuentra a solamente milímetros de la superficie y el CO2 que se desprende en el proceso se libera fácilmente. La operación de un horno que procesa arenas a baja temperatura y en un tiempo menor, reduce enormemente la emisión de gases contaminates y los costos de producción, sobre todo si se considera que, en la Industria Calera, el 90% de los costos de producción son: materia prima y combustible. En los hornos convencionales de piedras, la calcinación nunca es homogénea. Las piedras mas grandes salen de un horno convencional con el corazón de caliza crudo y un forro grueso de cal, mientras que las piedras pequeñas salen sobrecalcinadas. La cal que forma el forro de las piedras grandes debe abandonar el horno para evitar sobrecalcinación, pero desafortunadamente permanece en su piedra inútilmente dos días más en proceso, esperando a que se le calcine el corazón. Por esta razón, la descarga de piedras de cal se selecciona manualmente para apartar las piedras más grandes, a fin de romperlas y extraerles manualmente los corazones crudos para reprocesarlos. El Horno de la presente invención está libre de éste problema, porque la arena es tan homogénea que toda la carga se calcina simultáneamente y la descarga está libre de crudos.

Los gases de escape de la presente invención salen del Horno a muy baja temperatura (80- 100°), porque existe un extenso intercambio de calor en la Zona de Precalentamiento (13) del Horno debido a que la arena tiene 100 veces mas superficie que las piedras (Figura 1), y por lo tanto se tiene 100 veces mas transferencia de calor. Esta ventaja se traduce en un menor consumo específico de combustible y en un mejor trato al medio ambiente.

En los hornos convencionales, frecuentemente, las piedras se acuñan unas con otras al descender, formando bóvedas estáticas y deja de fluir el material dentro del horno. Las bóvedas de piedras se desploman picando la carga con unas barretas muy largas para mover y desacuñar las piedras. Cuando la bóveda se desploma, cae al fondo del horno una cascada de toneladas de piedras que dañan el aislamiento refractario. El Horno de la presente invención, procesa arenas que descienden libre y suvemente por gravedad sin que exista la menor posibilidad de formarse bóvedas y obstruir el Horno, ya que la arena se mantiene en movimiento continuo dentro del Horno, para evitar que las partículas de arena se estacionen en el Cono de Reposo (19), frente a las llamas directas de los Sopletes Subterráneos (14) y se puedan fundir.

La cal viva (CaO) que se obtiene de la presente invención no requiere de ninguna molienda de prehidratación, porque desde que se carga el Horno, la materia prima ya es arena, y se encuentra en condiciones óptimas para ser hidratada, etapa que también se realiza dentro del Horno de la presente invención.

En los procesos caleros de actualidad, la cal viva (CaO) que se produce en piedra se transporta a otra Planta en donde se muele y se hidrata. La Planta de calcinación, los molinos y la Planta de hidratación son tres entidades distintas totalemente separadas. El Horno de la presente invención puede realizar interna y simultáneamente tanto la calcinación de arenas calizas, como la hidratación de la cal viva (CaO) producida. Todo esto en un proceso continuo para producir cal hidratada también conocida como cal "apagada". La hidratación de la cal viva (CaO) dentro de un horno de calcinación es una novedad tecnológica a nivel mundial. Ambos, el agua de hidratación y el calor liberado de la reacción de hidratación, generan un vapor de agua sobrecalentado a más de 800°C. Esta considerable cantidad de energía térmica no sale del Horno ni se desperdicia como en los procesos actuales, sino que se conserva dentro del Horno y contribuye al aumento de la temperatura y de la presión interna del Horno, para incrementar la eficiencia energética del Horno. La recuperación del calor generado por la hidratación exotérmica de la cal (CaO) es otra novedad tecnológica, que contribuye en un ahorro adicional de combustible.

El Horno de la presente invención puede producir diferentes tipos de cal, enfocados a satisfacer diferentes demandas del mercado. Esto se puede realizar ajustando el gasto del Horno mediante el Tapón de Descarga (32), y la temperatura del Homo, mediante los Sopletes Subterráneos (14). Con estos dos instrumentos se controlan el tiempo de residencia y la cantidad de energía transferida a la materia prima, y en consecuencia, se controlan el grado de calcinación y los niveles de C0 ₂ residuales en la cal y la reactividad de la misma. El Tapón de Descarga (32) controla el tiempo de residencia de la carga de arena dentro del Horno, sin necesidad de otros sistemas de recirculación de arenas gruesas crudas, ni separación de arenas finas calcinadas instantáneamente.

Los diferentes tipos de cal que pueden producirse con el Horno de la presente invención se pueden destinar para la industria de la construcción y para otros mercados específicos, como para la estabilización de suelos, para la remoción de azufre en chimeneas de combustibles fósiles, para la precipitación de los carbonatos en procesos de recubrimiento de papel, para la neutralización de corrientes, para la industria minera en la recuperación de cobre, oro, alúmina, minerales, etc.

Todavía en la actualidad, en muchos hornos caleros obsoletos, la cal (CaO), en forma de piedras, sale del horno a muy alta temperatura (1000 °C) y se deja enfriar al aire, desperdiciando su enorme energía térmica. Una manera práctica de medir la eficiencia de un horno esta en la medición de dos temperaturas: la de sus gases de escape, y la de la cal que descargan.

El Horno de la presente invención tiene una alta eficiencia térmica, lo que se traduce en ahorro de combustible por dos razones:

^■ Los gases de escape, salen relativamente fríos (80-100°C)

^■ La cal sale fría del Horno (100-120°C) Una ventaja del horno de la presente invención, es su simplicidad de operación, ya que se trata de un horno vertical, estacionario, que no requiere de ventiladores, sopladores, filtros, ciclones, transportadores, etc. La presente invención, su diseño estructural y la manera de tratar al material produce incrementos significativos en la productividad y la eficiencia energética de los hornos.

DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

Figura 1. Calcinabilidad de una partícula. Relación V/A.

Figura 2. Velocidad de calcinación de una partícula de arena. Figura 3. Se ilustra la elevación en corte del Horno de la presente invención para la producción de cal a partir de materia prima arenosa. Los numerales que aparecen es esta figura se describen a continuación:

16 Mirilla 32 Tapón de Descarga

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION

La presente invención se refiere a un Horno para la calcinación de materiales arenosos preferentemente con alto contenido de carbonato de calcio (CaC0 ₃ ), como caliza y dolomita. El cuerpo del Horno (20) es una estructura cilindrica, metálica, vertical, tubular, revestida interiormente por un Recubrimiento Refractario (25) de cerámica.

El Horno recibe la arena caliza o dolomítica en la Zona de Carga (01), que comprende un Cono de Carga (04) con su Tubo de Carga (06) que parte de su vértice hacia abajo, para conducir las arenas hacia el interior del Horno (20). Enseguida se encuentra el Colector de Polvos ( 11 ) que sirve de tapa o techo del Horno (20), y consiste en una Tina de Lodos (09) con agua, la cual contiene una pluralidad de tubos en forma de "J" invertida llamados Snórqueles (02) que comunican el interior del Horno con el exterior. Los gases de la combustión, los vapores, los humos y los polvos microscópicos, suben por dentro del Horno (20) y se hacen pasar los Snórqueles (02) burbujeándolos en el agua a fin de limpiarlos.

El material arenoso desciende al centro del Horno (20) por gravedad a través del Tubo dre Carga (06), y entra en la Zona de Precalentamiento (13). El procesamiento del material arenoso de alimentación comprende la descarbonatación y la calcinación de las arenas de carbonato de calcio (CaC0 ₃ ) en descenso por contacto directo con gases de combustión y vapores calientes provenientes de la hidratación, que viajan hacia arriba a contracorriente.

El intercambio térmico en la Zona de Precalentamiento (13) es entre 20 y 100 veces más eficiente que en un horno de piedras porque 1 kg de arena tiene entre 20 y 100 veces más superficie que una piedra de 1 kg. A mayor superficie, mayor área de contacto entre material y gases calientes para el intercambio térmico. Por esta razón, los gases de escape salen del Horno (20) a baja temperatura (80-100°), lo cual da lugar a una mayor eficiencia térmica del Horno (20). Los gases de escape del Horno (20) no solamente salen relativamente fríos (80-100°C) sino también salen limpios de polvos y parcialmente lavados, gracias al Colector de Polvos ( 1 1), para tener un horno calero de bajo impacto ambiental, en una Industria Calera conocida mundialmente por ser contaminante. En la parte central del Horno (20) hay una Cámara Subterránea de Combustión Interna (17), que consiste en un clindro hueco dispuesto verticalmente en el centro del Horno (20), abierto por taparte inferior, y con un techo donde se encuentran unos Sopletes

Subterráneos (14) que dirigen su flama hacia abajo. Las arenas descienden dentro del cuerpo del Horno (20) cubriendo por completo la Cámara Subterránea de Combustión Interna (17) y continuando su flujo hacia abajo. Durante su descenso, las arenas se precalientan por contacto directo con los gases calientes que suben a contracorriente, y se empiezan a calcinar. Seguida de la Zona de Precalentamiento ( 13) está la Zona de Calcinación ( 18) que es la parte más caliente del Horno (20). Esta zona recibe el calor generado en los Sopletes Subterráneos (14) que contiene la Cámara Subterránea de Combustión Interna (17). Los Sopletes Subterráneos (14) están instalados por dentro, en el techo de la Cámara

Subterránea de Combustión Interna (17). Sus llamas están dirigidas hacia abajo, apuntando al Cono de Reposo ( 19). El Cono de Reposo ( 19) es un vórtice formado por la masa de partículas de material arenoso justo debajo de la Cámara Subterránea de Combustión Interna (17) y constituye la parte principal de la Zona de Calcinación (18), que es en donde ocurre principalmente el proceso de calcinación del material arenoso, para transformarlo en cal viva (CaO).

La cal viva continua descendiendo dentro del Horno (20), para entrar a una Zona de Hidratación (23), donde un Distribuidor de Agua de Hidratación (24) inyecta agua al Horno (20) para hidratar la cal viva (CaO) y convertirla en cal hidratada ó conocida comúnmente como cal apagada (Ca(OH) ₂ ) principalmente.

La cal hidratada (Ca(OH) ₂ ) es un polvo blanco cuando se hidrata con la cantidad estequimétrica de agua (0.32 g de agua/g de CaO). Cuando se opta por hidratar con agua en exceso, el producto adquiere una consistencia desde pastosa hasta fluida, que depende de la cantidad de agua en exceso añadida.

La hidratación de la cal viva (CaO) es una reacción química exotérmica que genera 278.1 cal/g de cal viva (Ca(OH)i). Esta enorme cantidad de energía es generalmente desperdiciada al aire en todas las Plantas Hidratadores de cal del mundo. El Horno de la presente invención presenta la novedad tecnológica de recuperar el calor generado de la reacción exotérmica de la hidratación de la cal viva (CaO) y emplearlo en el

precalentamiento y la calcinación, y así lograr un gran ahorro en el consumo de combustible. Asimismo, el vapor de agua generado por las altas temperaturas contribuye también a presurizar el interior del Horno (20).

Seguida de la Zona de la Zona de Hidratación (23) se encuentra la Zona de Enfriamiento (26) donde se encuentra el Distribuidor de Aire de Enfriamiento (27). Este aire enfría el material y su calor absorbido por el aire se aprovecha mas arriba en las Zonas de Calcinación (18) y de Precalentamiento (13).

Las arenas calizas o dolomíticas alimentadas, debidamente precalentadas, calcinadas, convertidas en cal viva (CaO), hidratadas en cal apagada (Ca(OH) ₂ ), expandidas y enfriadas, llegan a la Zona de Descarga (31 ) y salen del Horno (20) a través de un Tapón de Descarga (32), o del mecanismo que lo substituya. Mediante la regulación de la velocidad de descarga y de la cantidad de agua suministrada se podrá obtener cal de diferente calidad. El cuerpo del Horno (20) está envuelto en una coraza hueca por donde se pasa agua formando una Camisa de Agua (22) que sirve para absorber el calor de la coraza exterior del Horno (20), mejorando el consumo de combustible.

Debido a todas las características ya mencionadas del presente Horno es que se logran incrementos significativos en la productividad y la eficiencia del mismo. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Para efectos de la presente invención se llama arenas a cualquier partícula que tenga un tamaño de partícula igual o menor a 6 mm. Las arenas comprenden desde gravas finas (6 mm), hasta arenas muy gruesas ( 1 -3 mm), arenas gruesas (0.5-1 mm), arenas medianas (0.25-0.5 mm), arenas finas (0.12-0.25 mm), arenas muy finas (0.06-0.12 mm) y limos (menores a 0.06 mm). Aunque el Horno de la presente invención es capaz de calcinar gravas finas (6 mm) hasta limos, la materia prima ideal son arenas y gravas entre 2-6 mm. El Horno de la presente invención sirve para tratar y procesar arenas provenientes de piedras calizas y dolomíticas con alto contenido de carbonato de calcio (CaCCh), con el fin de descarbonatarlas y calcinarlas para obtener un producto sólido que contiene mayormente óxidos, preferentemente óxidos de calcio, conocido comunmente como cal viva (CaO). El presente Horno también puede producir opcionalmente cal hidratada (Ca(OH)2)), si se opta por suministrarle agua para la hidratación de la cal viva (CaO).

La presente invención consiste en un Horno (20) con cuerpo tubular, hueco, vertical, aislado térmicamente con un Recubrimiento Refractario (25) interno, y envuelto por una Camisa de Agua (22) de enfriamiento para absorber el calor de la coraza del Horno (20) y reintroducirlo posteriormente como agua caliente en el Distribuidor del Agua de

Hidratación (24) en la Zona de Hidratación (23) y a la Tina de Lodos (09). La Camisa de Agua (22) tiene una entrada de Agua Fría (29) en la parte inferior y una Purga (30).

El Horno (20) recibe las arenas calizas dolomíticas en la Zona de Carga (01), que comprende un Cono de Carga (04) y su Tubo de Carga (06) al centro para conducir las arenas hacia el interior del Horno (20). El Cono de Carga (04) está sostenido por puntales (05).

Bajo el Cono de Carga (04) se encuentra un Colector de Polvos (11), que sirve de techo y tapón del Horno (20). El Colector de Polvos (11) es un medio para lavar los polvos, vapores y gases de escape del Horno. Alrededor del Colector de Polvos (11) hay un andador circular (10) con un barandal (08) y su pasamanos (07). El Colector de Polvos (11) lava parcialmente los gases de combustión que son principalmente: Dióxido de Carbono (CO2), Dióxido de Azufre (SO2) y Monóxido de Carbono (CO) así como retiene partículas de polvo y otros gases solubles.

El Colector de Polvos (11) tiene una Tina de Lodos (09), que es una gran bandeja que sierve de techo o tapa superior del Horno (20). Su fondo es plano e inclinado. En el punto más bajo, tiene un tubo para purgar los Lodos de Escape (12). La Tina de Lodos (09) tiene una boca central soldada herméticamente a el Tubo de Carga (06) vertical por donde pasa la arena de alimentación. La Tina de Lodos (09) tiene en su piso una pluralidad de medios para burbujear gases. Estos medios para burbujear gases pueden ser Snórqueles (02), que son unos tubos en forma de "J" invertida, con una pata mas larga que otra, dispuestos verticalmente con las bocas hacia abajo. La pata larga se fija al fondo de la Tina de Lodos (09), atravesándolo y estableciendo un conducto de comunicación con el interior del Horno (20). La Tina de Lodos (09) se mantiene parcialmente llena de agua durante la operación del Homo (09). La boca de la pata corta de los Snórqueles (02) debe estar siempre sumergida en agua para poder burbujear los gases y humos provenientes del interior del Horno (20) que entran por la boca de la pata larga. El nivel del agua no debe de cubrir la curva entre las dos patas de los Snórqueles (02) para reducir el riesgo de que el agua entre al Horno (20), así como tampoco debe descubrir la boca de la pata corta de los Snórqueles (02). Una válvula con flotador mantiene permanentemente el nivel correcto del agua, en la Tina de Lodos (09). Los gases de combustión, los vapores de la hidratación, los humos y los polvos microscópicos de la arena suben por el interior del Horno (20), impulsados por la propia presión interna, y se limpian parcialmente pasando por los Snórqueles (02) y

burbujeandolos en el agua de la Tina de Lodos (09), en donde se retienen los sólidos y se lavan los gases, vapores y humos.

El Colector de Polvos (11) funciona sin compresores ni sopladores porque el Horno (20) tiene su propia presión interna que empuja a los gases hacia el exterior a través de los Snórqueles (02). Alrededor del Colector de Polvos ( 11 ) hay un Andador Circular ( 10) con un Barandal (08), Pasamanos (07) y una válvula de Lodos de Escape (12) para el mantenimiento de la Tina de Lodos. El material de alimentación cae por gravedad al Horno (20) por el Tubo de Carga (06) y entra a la Zona de Precalentamiento (13) por donde suben a contracorriente los gases calientes de la combustión y los vapores sobrecalentados de la hidratación de la cal. En la Zona de Precalentamiento, es donde se precalienta (600-800°C aprox.) el material de alimentación por contacto directo con gases y vapores calientes. A medio cuerpo, el Horno (20) tiene al centro una Cámara Subterránea de Combustión Interna (17), que tiene forma de un cilindro hueco, vertical, diseñada para trabajar sumergida completamente en la materia prima arenosa. Tiene un techo cónico cuyo ángulo del vértice puede ser desde 10- 90°, para que las arenas fluyan hacia abajo y no se estacionen encima de él. El vértice del cono puede terminar en forma de punta o en una superficie redondeada tipo esférico.

La fuente de calor de la Cámara Subterránea Interna (17), es la combustión que ocurre en los Sopletes Subterráneos (14) llamados así porque sus llamas persisten aun estando sumergidas en otros materiales, como arena, ya que estos sopletes tienen ductos independientes de suministro de aire y combustible, para que la flama no dependa del oxígeno ambiental. En techo de la Cámara Subterránea de Combustión Interna (17) se encuentran los Sopletes Subterráneos (14) que operan con una concentración de oxígeno desde estequiométrico hasta con 10% de exceso, preferentemente estequiométríco. La boca de la Cámara Subterránea de Combustión Interna (17), apunta hacia abajo y es abierta. La Cámara tiene una Mirilla (16) radial, tubular que conecta con el exterior del Horno, que sirve tanto para encender los Sopletes Subterráneos (14) con mecheros, como para inspeccionar la flama. La longitud de la Cámara Subterránea de Combustión Interna (17) puede ser entre 2 y 3 veces el diámetro de la misma.

El flujo del material arenoso desciende desde las Zona de Precalentamiento (13) y entra al espacio anular formado entre la Cámara Subterránea de Combustión Interna (17) y el cuerpo del Horno (20) llamado Zona Anular de Paso (15). La Zona de Precalentamiento (13) se extiende desde el final del Tubo de Carga (06) hasta la boca de la Cámara Subterránea de Combustión Interna (17) justo antes de la Zona de Calcinación (18) e incluye la Zona Anular de Paso (15). El material arenoso al avanzar y cruzar la Cámara Subterránea de Combustión Interna (17) por su parte externa, forma un Cono de Reposo (19) en la boca de la Cámara. Este Cono de Reposo (19) forma la Zona de Calcinación (18). El movimiento de descenso continuo del material arenoso evita que se estacione y se sobrecaliente, lo que podría ocasionar que se se vaporice en C0 ₂ , o se funda y se aglomere, con la consecuente formación de piedras y obstaculización del paso. La presión interna de la Cámara Subteránea de Combustión Interna ( 17), generada principalmente por los gases de combustión, los fuerza a penetrar en el Cono de Reposo (19) de la Zona de Calcinación (18), convirtiendo la arena ya precalentada, en cal viva (CaO). Los gases calientes de combustión descienden por dentro de la Cámara Subterránea de Combustión Interna (17), salen de la Cámara, entran en contacto con el material del Cono de Reposo (19) y ascienden por la Zona Anular de Paso (15), continuando por la Zona de Precalentamiento (13) y llegan a la boca del Horno para escapar burbujeando por los Snórqueles (02) del Colector de Polvos (11).

El Horno (20) se presuriza por:

1 ) La presión parcial los gases de combustión generados.

2) La presión de los vapores generados.

3) La presión parcial del aire inyectado: aire de combustión y Aire de Enfriamiento (28) suministrado.

La eficiencia térmica del Horno se incrementa debido a que a medida que suben los gases y vapores del Horno (20), intercambien su energía térmica con la arena y a medida que se va precalentando la arena, se van enfriando los gases, hasta salir a baja temperatura (80- 100°C) por los Snórqueles (02). Los gases de escape del Horno se expulsan relativamente fríos al exterior, lavados y libres de partículas y polvos, para tener un horno calero ambientalmente amigable.

Las arenas con alto contenido de carbonato de calcio (CaCO _í ) se calcinan por debajo de la Cámara Subterránea de Combustión Interna (17) en la Zona de Calcinación (18), para convertirse en cal viva (CaO). La cal viva (CaO) que se obtiene en la Zona de Calcinación (18) contiene mayormente óxidos, principalmente óxido de calcio. La cal viva (CaO) producida continúa descendiendo dentro del Horno (20) para entrar a una Zona de Hidratación. En la Zona de Hidratación (23) del Horno (20) se encuentra un Distribuidor de Agua de Hidratación (24) por donde se le inyecta agua al Horno (20), regulando una Válvula de Agua (21), para convertir la cal viva (CaO) en cal apagada (Ca(OH ₂ )). El Distribuidor de Agua de Hidratación (24) es un dispositivo tubular en forma circular que suministra agua del exterior, provisto de una pluralidad de orificios en su parte inferior, por los que sale agua, generando numerosos chorros de agua dirigidos hacia abajo. La Zona de Hidratación comienza después del Cono de Reposo (19) hasta un punto intermedio entre el Distribuidor de Agua de Hidratación (24) y el Distribuidor de Aire de Enfriamiento (27) que se encuentra más abajo.

Al contacto con el agua, la cal viva (CaO), se hidrata y transforma en cal hidratada o comúnmente conocida como cal apagada (Ca(OH)z), que contiene mayormente hidróxidos, principalemente hidróxido de calcio. La hidratación de la cal viva (CaO) es una reacción exotérmica que libera una enorme cantidad de energía térmica (278.1 cal/g de cal) que se aprovecha dentro del Horno para reducir el consumo de combustible en la producción de cal. La gran cantidad de energía calorífica térmica generada en la hidratación de la cal viva (CaO) se mantiene dentro del Horno (20) y se conduce hacia arriba para transferirse paulatinamente al material arenoso y contribuir a su precalentamiento y a su calcinación. Esta gran cantidad de energía térmica también vaporiza parte del agua presente y produce un vapor sobrecalentado a mas de 800°C, que sube por dentro del Horno (20) y también aporta su energía térmica al material. La inclusión de una Zona de Hidratación (23) y la contención dentro del Horno (20) del calor generado en la reacción de hidratación y aprovecharlo para precalentar y calcinar el material arenoso contribuye grandemente reducir el consumo de combustible y es otra novedad en los procesos de producción de cal.

En la base del Horno (20) hay una Zona de Enfriamiento (26) comprendida entre el Distribuidor de Aire de Enfriemiento (27) y una tolva de descarga. El enfriamiento se bas en un flujo de aire, para recuperar la energía térmica de la cal hidratada (Ca(OH) ₂ )). El Aire de Enfriamiento (28) se suministra al Horno (20) por medio del Distribuidor de Aire de Enfriamiento (27) que es una especie de dona tubular con una pluralidad de

perforaciones en su parte inferior, por donde sale el Aire de Enfriamiento (28). Un compresor exterior suministra el aire a presión necesario y su consumo se controla mediante una válvula de aire de enfriamiento. El Aire de Enfriamiento (28) absorbe calor y sube por del interior del Horno (20) mezclándose con otros gases, a través del material arenoso hasta llegar a la Zona de Precalentamiento (13) para escapar por los Snórqueles (02) del Colector de Polvos ( 11). El Aire de Enfriamiento (28) también contribuye a la presurización del Horno (20).

En la parte más inferior del Horno (20) se localiza la Zona de Descarga (31 ) que inicia en una tolva de descarga por donde baja el producto calcinado, hidratado y enfriado, y termina en un mecanismo de descarga que puede ser un Tapón de Descarga (32) o un Tornillo de Arquímedes vertical, o por un par de Engranes de Descarga dentro de un cárter que expulsan el material por su perímetro y hacia abajo, por donde sale el producto al exterior. La cal hidratada (Ca(OH) ₂ ), ya sea en forma de polvo, pasta o fluido, forma un tapón natural que hermetiza el Tapón de Descarga (32), el cual obliga a todos los gases, aire y vapores a salir hacia arriba ascendiendo por dentro del Horno, hasta el Colector de Polvos (1 1).

El flujo del materia], o gasto, a través del dispositivo de descarga, determina el tiempo de residencia, el volumen de producción del horno y el grado de calcinación. Esto significa que, mediante la regulación de la velocidad de descarga y de la cantidad de agua suministrada se podrá obtener cal de diferente calidad, medida por su contenido de óxidos e hidróxidos de calcio principalmente y por la presencia de otros óxidos como óxidos de silicio y aluminio.