O processo químico de produção de cimento, começa com um processo de calcinação, consistindo na decomposição do carbonato de cálcio (CaCO₃) a cerca de 900 °C em óxido de cálcio (CaO, cal) e dióxido de carbono (CO₂) gasoso libertado, seguido pelo processo de clinkering no qual o óxido de cálcio reage a alta temperatura (entre 1 400 a 1 500 °C) com sílica alumina e óxido ferroso para formar os silicatos, aluminatos e ferritas de cálcio que compõem o clínquer.

No cozedor de clínquer, a matéria-prima (ou pasta de matéria-prima, no caso do processo húmido) é alimentada ao sistema de forno rotativo, onde é seca, pré-aquecida, calcinada e sinterizada para produzir clínquer de cimento. Estes fornos podem ser equipados com um sistema de pré-aquecimento, verificando-se que no caso de processos secos, ou no caso de processos húmidos a pasta é alimentada diretamente no forno. O clínquer é depois arrefecido com ar e armazenado.

Pré-aquecimento

Existem dois sistemas principais de pré-aquecimento, pré-aquecedor de grelhas e torre de ciclones.

No pré-aquecedor de grelhas, a mistura é transportada horizontalmente numa grelha através de um túnel fechado, dividido entre uma câmara de gás quente e outra de secagem. Um ventilador puxa os gases de combustão do forno para o topo do pré-arrefecedor.

Na torre de ciclones dá-se o pré-aquecimento e uma calcinação parcial do cru através da suspensão deste nos gases de combustão em contra-corrente, aumentando a superfície de contacto e elevando a eficiência da transferência de calor. O número típico de ciclones nestes sistemas encontra-se entre 4 e 6.

Cozedura

Nos processos secos, a mistura de cru passa primeiro pelo processo de pré-aquecimento antes de entrar no forno rotativo, enquanto que no processo húmido, depois da homogeneização a mistura é adicionada diretamente no forno. No último caso, todo o processo de secagem, pré-aquecimento, calcinação e sinterização dá-se no forno. O material vai cozendo à medida que migra pelo forno abaixo devido à rotação e a uma inclinação do forno de cerca de 4 %.

Num forno com sistema de pré-calcinação o fornecimento de calor é dividido entre dois pontos. A combustão primária ocorre na zona da chama do forno. A combustão secundária dá-se numa câmara de combustão especial entre o forno rotativo e o pré-aquecedor. Nesta câmara, cerca de 65 % do combustível é consumido, onde a mistura de cru é quase completamente calcinada (cerca de 90 %) antes de entrar no forno rotativo.

Arrefecimento

A função do arrefecedor de clínquer é a recuperação máxima do calor e o arrefecimento do clínquer (a 1450 ˚C) até aos níveis de temperatura adequados aos processos a jusante. O calor é recuperado através do pré-aquecimento do ar a usar na combustão primária e secundária.

Os principais tipos de arrefecedores são os rotativos ou de grelhas. Dentro dos arrefecedores rotativos incluem-se os arrefecedores de tubos que usam princípios semelhantes ao forno rotativo. No arrefecimento com ar frio, há diferentes dispositivos, entre os quais, o arrefecedor planetário ou de satélites, que utilizam vários tubos instalados à saída do forno. O arrefecedor de satélites pode permitir maiores temperaturas de saída do ar, mas necessita de uma injeção adicional de água nos tubos mais frios ou no invólucro, garantindo arrefecimento adicional do clínquer.

Nos arrefecedores de grelha, o ar circula verticalmente através de uma camada de clínquer distribuído numa grelha. Os arrefecedores de grelha distinguem-se pelo método de transporte: grelhas móveis, grelhas alternadas ou de terceira geração.

Grelhas móveis

Neste sistema, o clínquer é transportado pelo movimento das grelhas até à saída. O ar é fornecido através de ventiladores em compartimentos por baixo da grelha. Apesar deste sistema permitir a troca de placas sem a paragem do forno, a complexidade mecânica e a fraca recuperação de calor, resultou no abandono desta tecnologia em instalações mais recentes.

Grelhas alternadas

As grelhas são compostas por placas perfuradas e sobrepostas em filas horizontais, dispostas alternadamente entre filas fixas e filas móveis. O movimento de vaivém das filas móveis empurra o clínquer até à saída do arrefecedor. A introdução de condutas de ar desde os ventiladores até às placas garante um arrefecimento mais uniforme e a diminuição do desgaste das placas devido ao calor.

Arrefecedores de terceira geração

O conceito dos arrefecedores de terceira geração consiste num conjunto de módulos acoplados, criando uma grelha totalmente estacionária. A grelha é composta por placas perfuradas com a instalação de um sistema mecânico de controlo que regula o ar que passa por cada uma destas placas. O transporte do clínquer dá-se por barras transversais, sistemas de walking floor, ou outros sistemas semelhantes. A separação dos sistemas de distribuição de clínquer e de ar, veio permitir uma otimização da regulação e controlo destes sistemas e o aumento da eficiência do arrefecimento.

Após o arrefecimento brusco até uma temperatura entre os 100 e os 200 ˚C, geralmente o clínquer passa por um britador de martelo, sendo depois enviado para a respetiva zona de armazenagem. Em geral, trata-se de um stock ou de um silo fechado, mas, nalguns casos, pode ser uma zona a céu aberto.

Medidas e Tecnologias para a Produção e Arrefecimento do Clínquer