Mantenimiento De Un Horno Rotativo
Jacinto Lozano Ballesteros
ÍDICE 1.Introducción: 2. Partes Sensibles de un Horno Rotativo a. La placa de base. b. Soportes de apoyo. c. Las roldanas de soporte. d. Aro de rodamiento. e. La Corona y Piñones. f. Sellos de Entrada y Salida.
3. Mantenimiento en General a. Inspección del horno --Inspección, mediciones y ajustes durante la operación normal --Inspección, mediciones y ajustes durante una parada del horno
b. Mantenimiento Preventivo c. Mediciones y ajustes d. Lubricación --Aro de rodamiento/roldanas de soporte. --Aro de rodamiento/bloques de soporte para aro de rodamiento o virolas del horno. --Lubricación entre la Corona y los Piñones.
4. Fallas y sus remedios a. Caso 1 b. Caso 2 c. Caso 3 d. Caso 4 e. Caso 5
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1. Introducción: Para hablar del mantenimiento de un horno rotativo para una fábrica de cemento, detallaremos algunos conceptos básicos para su entendimiento y desarrollo. El horno de las cementeras es un tubo largo horizontal con recubrimiento de ladrillo refractario. Un horno rotativo está ligeramente inclinado para permitir el paso del material sólido a través del mismo. En éste el combustible y las materias primas se introducen en sentido contrario, lo que es denominado flujo a contracorriente: los sólidos viajan en una dirección y los gases calientes junto con las emisiones de polvo viajan en la dirección contraria. En el proceso «seco», la materia cruda finamente estrujada es alimentada por el extremo superior, al contrario de lo que pasaría en un proceso húmedo donde la materia se mezcla en una masa de agua. El clinker, constituyente básico del cemento se crea a partir de la calcinación que se procesa con el paso de las materias primas en el horno, al llegar a los 550ºC, llegando en la zona de quema a los 1.500º C donde los materiales completan su calcinación y se fusionan. La adición de aproximadamente un 6% de yeso y otros aditivos completa el proceso de fabricación del cemento portland. Los elementos principales necesarios para la fabricación de cemento son calcio, sílice, aluminio y hierro. Estos elementos principales se consiguen a partir de la mezcla de: caliza, arcilla, pizarra y/o arena, y costra de óxido de la molienda de hierro o acero. Una alta disponibilidad del horno rotatorio es una de las claves importantes para el éxito de una planta de cemento. Por esto, la negligencia del cuidado y mantenimiento significará un gran riesgo para la economía total de la planta. Una alta disponibilidad mecánica sólo se asegura mediante un mantenimiento bueno y bien organizado, basado en un conocimiento profundo de la mecánica del diseño.
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2. Partes Sensibles de un Horno Rotativo: A continuación se describen las partes de las que consta el Horno
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Sellos de entrada y de salida
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Virola o casco del horno
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Aros de rodamiento
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Roldanas
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Rodillo guía
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Corona y piñones
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Estación motriz
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Cojinetes
La sustentación se compone de una placa de base, de dos roldanas de soporte, de cuatro soportes de apoyo y de un aro de rodamiento con bloques de soporte para aro de rodamiento y aros de guía . La sustentación puede además estar montada con un dispositivo de guía.
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a. La placa de base. La placa de base es una construcción de acero soldada que está parcialmente empotrada en el fundamento de hormigón. La placa de base forma la fundación para los cuatro soportes de apoyo y puede, mediante un voladizo o un caballete, adosado por soldadura, establecer el asiento para un dispositivo de guía. La placa de base está ejecutada de manera tal que debajo de la roldana de soporte hay una cavidad en la cual el agua refrigerante, proveniente de los rodamientos, se acumula antes de salir de la sustentación. El nivel de agua en la cavidad debe ser tan bajo que el agua no alcance a la roldana de soporte. Caso que hubiera necesidad de enfriar la roldana de soporte, es factible elevar el nivel de agua mediante un dispositivo de regulación hasta que la pista de la roldana de soporte inmerja en el agua refrigerante. El enfriamiento de las roldanas de soporte debe efectuarse por evaporación del agua refrigerante.
b. Soportes de apoyo. La colocación de los soportes de apoyo en la placa de base es de significado decisivo para la alineación y equilibrio axial del horno. Los rodamientos están lubricados por aceite y provistos de enfriamiento por agua. Normalmente los rodamientos de tipo más nuevo también están dotados con control de temperatura.
c. Las roldanas de soporte . Una roldana de soporte se compone de una roldana con eje pasante. La roldana ha sido colocada en el eje por zunchado. Las roldanas de soporte están colocadas en la placa de base de manera tal que las generatrices de contacto, entre el aro de rodamiento y la roldana de soporte, están giradas 30 desde la línea central del horno. Las roldanas de soporte pueden ajustarse tanto en el plano horizontal como vertical mediante los soportes de apoyo. Las dos roldanas de soportes están cargadas igualmente, es decir que están
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colocadas a una misma distancia desde la línea central de la placa de base. Una excepción es en el caso donde dos roldanas de soporte, sobre una misma sustentación, tienen distintos diámetros. Las roldanas de soporte se lubrican por grafito, sin adición de aceite.
d. Aro de rodamiento. El objeto del aro de rodamiento es el de sustentar y reforzar el tubo del horno, es decir, el de limitar la ovalidad del tubo del horno. El aro de rodamiento sirve además para guiar el tubo del horno en sentido axial en conexión con un dispositivo de guía. El aro de rodamiento está emplazado sueltamente alrededor del tubo del horno en bloques de soporte que están empernados al tubo del horno. Los bloques de soporte para el aro de rodamiento están provistos de aros de guía que limitan los movimientos axiales del aro de rodamiento. Entre el aro de rodamiento y los bloques de soporte hay un juego, determinado de antemano que, durante la rotación del horno, crea un movimiento proporcional entre el tubo del horno y el aro de rodamiento, llamado desplazamiento del aro de rodamiento. Debido al desplazamiento del aro de rodamiento es preciso lubricar el aro de rodamiento y los bloques de soporte con una mezcla de aceite y grafito, o con un lubricante especial.
e. La Corona y Piñones. El sistema de accionamiento comprende un engranaje en dos piezas, por un lado la Corona (Que rodea la virola) y por otro los piñones. Ambos engranajes están acoplados por los embragues y reductores a los motores principales (Estación motriz). La corona dentada y sus piñones van envueltos por una caja de plancha de acero estanca para el aceite y el polvo. En la siguiente figura vemos un ejemplo de Estación Motriz: 1- Corona dentada 2- Fijación de la corona dentada 3- Piñón de transmisión
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4- Cojinete del piñón 5- Rueda noria 6- Baño de inmersión 7- Salida para lubricante 8- Rasqueta 9- Protección de la corona dentada 10- Anillo de fieltro
Figura 1
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f. Sellos de Entrada y Salida. Por razones de ahorro de energía térmica es necesario evitar, con tanta efectividad como sea posible, la infiltración del aire ambiente en el Horno rotativo, tanto en la alimentación (entrada) como en la descarga (salida). Se emplea para ello dispositivos de cierre resistentes a altas temperaturas y al desgaste que pueda causar el polvo abrasivo arrastrado por los gases del horno. Una vez descritas las partes en que se compone un horno rotativo, pasamos a estudiar el mantenimiento a llevar a cabo sobre cada uno de estos elementos.
3. Mantenimiento en General El mantenimiento del horno lo vamos a dividir en varias fases: •
Inspecciones y observaciones.
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Mantenimiento Preventivo.
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Mediciones.
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Lubricación.
a.Inspección del horno Hay que distinguir entre las inspecciones durante un régimen de operación normal de trabajo y durante un régimen de parada del mismo.
i.Inspección, mediciones y ajustes durante la operación normal: Los componentes que deben ser inspeccionados durante la marcha normal del horno son los siguientes: •
Roldanas de soporte y cojinetes.
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Aros de rodamiento.
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Rodillo(s) de guía.
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Estación motriz incluido dispositivo de giro lento.
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Casco del horno.
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Sellos de entrada y salida del horno.
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Roldana de soporte y cojinete:
- Comprobación de la lubricación de grafito. - Estado de la superficie del gorrón. - Estado de la pista de rodadura (1). - Temperatura de la pista de rodadura. - Verificar la dirección de la reacción entre la roldana soporte y el aro de rodamiento. - Distribución del aceite por la superficie del gorrón (2). - Nivel de aceite en el calibre (3). - Rascador de aceite donde sea relevante (4). - Suministro de agua de refrigeración.
Aro de rodamiento
- Estado de la pista de rodadura. - Desplazamiento del aro de rodamiento. - Posición del aro de rodamiento en relación con los anillos de
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apriete. - Estado de los anillos de apriete. - Estado de los bloques de soporte. - Lubricación entre los aros de rodamiento y los bloques de soporte/horno.
Estación motriz
- Estado de las placas resortes y sus pernos. - Estado de los dientes. Pisada entre los dientes Piñones/corona, sobre la marcha. - Vibraciones (Si se sienten, deben de ser medidas). - Temperatura a lo largo de la pisada de los dientes.
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- Condición y nivel del aceite. - Fugas de lubricantes. Rascadores - Estado de la limpieza. -Estado del acoplamiento de membranas. - Estado de los reductores principales. - Estado del sistema de marcha lenta
Rodillos de Guía - Control de la lubricación de grafito. - Estado de la cara de contacto (Picaduras, facetas, escamaciones, desgaste, otros). - Nivel de Aceite. - Presión de Aceite. - Funcionamiento del sistema hidráulico - Control del sistema de mando.
Sello de entrada: - Condiciones de los anillos de desgaste. - Chapa portadora y tirantes. - Cilindros neumáticos. - Sistema, aire comprimido, - Sistema lubricación
Sello de salida - Condición de las placas resorte. - Condición de la manta aislante. - Desgaste de la cubierta de refrigeración. - Condición de los sectores de salida.
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- Condición del ventilador.
ii. Inspección, mediciones y ajustes durante una parada del horno: •
Mediciones del eje del horno.
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Inclinación de las roldanas de soporte y ajustes si necesarios.
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Inspección del piñón y corona dentada para la estación de mando. Medición del juego, temperaturas y ajustes, si son necesarios.
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Inspección del montaje de la corona dentada.
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Estación de mando. Medición del alineamiento
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Inspección del interior del horno.
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Casco del horno, detección de grietas y corrosión.
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Ajustes del juego entre aros de rodamiento y horno.
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Ajustes de las guías laterales de los aros de rodamiento.
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Repuestos de piezas de desgaste en los sellos de entrada y salida.
b. Mantenimiento Preventivo -
Limpieza.
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Medidas de desgaste y corrosión.
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Medidas de vibraciones.
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Medidas de temperatura.
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Condiciones de los lubricantes.
c. Mediciones y ajustes: •
Medición y ajuste del eje del horno.
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Medición de la inclinación de las roldanas.
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Medición de cargas sobre los soportes y cigüeñal del eje.
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Medición de la migración de los anillos
d. Lubricación: i. Aro de rodamiento/roldanas de soporte. Para la lubricación de la pista entre el aro de rodamiento y la roldana de soporte se utiliza grafito. La lubricación se efectúa con un bloque de grafito (99,5% de grafito), que va colocado en un bastidor, que por su peso propio reposa en la pista de una de las roldanas. El grafito entizna la pista lubricándola de este modo. El grafito es traspasado de la roldana al aro de rodamiento y a la otra roldana de soporte. Sólo debe utilizarse grafito de manera que roldanas de soporte y aro de rodamiento adquieran una superficie semiseca y brillante. Si con el correr del tiempo se forman escamas de grafito en el aro de rodamiento y en las roldanas, éstas se quitan fácilmente con un trapo saturado de aceite. El aceite debe quitarse nuevamente por secado, cuando las escamas hayan sido eliminadas. Cuando esté desgastada aproximadamente la mitad del bloque de grafito puede compensarse por la falta de peso con un trozo de hierro que se coloca encima del bloque de grafito. Sin embargo, es preciso asegurarse que la forma y colocación del hierro imposibiliten que el hierro escape del bastidor, de modo que se agarre entre aro de rodamiento y roldana de soporte o entre roldana de soporte y bastidor.
ii. Aro de rodamiento/bloques de soporte para aro de rodamiento o virolas del horno. En consideración al desplazamiento del aro de rodamiento es preciso efectuar una lubricación entre la superficie interior del aro de rodamiento y los bloques de soporte del aro o la virola del horno, y entre los flancos del aro de rodamiento y los aros de guía. Una minuciosa lubricación a fondo debe llevarse a cabo cada vez que el horno haya estado parado durante largo tiempo. Mientras el horno está en servicio, la frecuencia de lubricación depende de la índole del lubricante (prescripciones del proveedor) y de la temperatura de la sustentación.
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El consumo de lubricantes es empírico. -
tratándose de sustentaciones calientes: aprox. 50 kg. por aro de rodamiento por año.
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tratándose de sustentaciones frías: aprox. 20 kg. por aro de rodamiento por año.
iii. Lubricación entre la Corona y los Piñones. La lubricación por rueda de noria constituye una variante especial de la lubricación por baño de inmersión. Contrariamente a la lubricación por baño de inmersión, anteriormente tratado y en cuyo caso el lubricante está recogido desde el baño directamente por los dientes del piñón o de la corona dentada, en el punto aquí tratado, son las ruedas noria las que transmiten el lubricante al piñón o a la corona dentada. Este método de aplicación del lubricante ofrece la ventaja de aportar una cantidad reducida pero suficiente de lubricante sobre los flancos de dientes, evitando así la circulación con excesivas cantidades de lubricante en el sistema de transmisión. La figura 1 muestra un ejemplo de un sistema de lubricación por ruedas noria en un horno rotativo tubular, con transmisión de piñón doble. En este caso, dichas ruedas noria están situadas directamente debajo de los piñones los cuales ejercen el accionamiento sobre ellos. Esta lubricación por transferencia se aplica en la mayoría de los casos, en sistemas de transmisiones para hornos con velocidades lentas. Tanto en la lubricación por inmersión como en la lubricación por transferencia, el lubricante debería ser aplicado en los piñones y no en la corona dentada. Si es la corona la que se sumerge en lubricante o la que se impregna de él mediante rueda noria, la lubricación de los flancos de diente portantes puede resultar insuficiente, sobre todo cuando la temperatura del lubricante es reducida, y, por tanto, aumenta la viscosidad del lubricante, haciendo que se formen surcos en el mismo. Otra variante es la lubricación de transferencia por piñón: el lubricante se bombea a través del cubo del piñón de transferencia y llega a los flancos de diente del piñón de accionamiento mediante unos orificios. Este método de aplicación puede utilizarse tanto para fluidos como para grasas.
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A continuación vemos un ejemplo de este tipo de lubricación: 1- Depósito del lubricante. 2- Llave de paso. 3- Bomba de lubricante. 4- Válvula de seguridad 5- Llave de paso. 6- Filtro del lubricante. 7- Válvula antiretorno. 8- Tubo de lubricación. 9- Sensor de caudal en el tubo de lubricación.
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4. Fallas y sus remedios a.Caso 1 Falla: La fuerza de tracción de la roldana de soporte es descendente. Causa 1 La posición de la roldana en relación al eje del horno se ha modificado. Remedio: A justar la posición de las roldanas de soporte. Causa 2: Irregularidades en el servicio del horno, costra que origina efecto de
cigüeñal térmico, etc. Remedio: Esta situación puede ser temporaria. En consecuencia, debe
aguardarse a que el servicio del horno se estabilice. En caso de que el problema no se resuelva, deberá ajustarse la posición de la roldana de soporte.
b.Caso 2 Falla: Franjas brillantes y facetas en las roldanas de soporte y en el aro de rodamiento. Causa: Posición incorrecta de la roldana de soporte. Debido a aceite en las pistas
ocurre un deslizamiento axial entre roldanas y aro de rodamiento. Esto se percibe como pequeños impactos al poner la mano en la tubuladura de salida de agua en los soportes. Remedio: Controlar la reacción axial con el equipo de medición axial
y efectuar corrección de la posición de las roldanas de soporte. Una ayuda provisional puede efectuarse secando las roldanas.
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c. Caso 3 Falla: Temperatura demasiado alta. Causa 1: Carga axial demasiado grande en el cuello de presión de los cojinetes. Remedio: Controlar la carga con el equipo de medición axial.
Descargar el soporte repartiendo la carga axial equitativamente entre todos los soportes de apoyo y el dispositivo de guía.
Causa 2: Radiación térmica proveniente del horno. Remedio: Controlar que la pantalla protectora contra calor del soporte
se encuentre en su lugar. Montar una pantalla extra, entre el tubo del horno y el soporte de apoyo, si fuera necesario.
Causa 3: Abastecimiento de calor demasiado grande de las roldanas de soporte y
del aro de rodamiento. Remedio: Si la temperatura de la pista de la roldana de soporte excede
130, es preciso enfriar la roldana. Esto se hace, normalmente, elevando el nivel de agua en la placa de base tanto que la roldana inmerja en el agua. Primero es necesario asegurarse de que la superficie del agua se encuentre exenta de aceite sucio y otras contaminaciones. Elevar seguidamente el tubo interior en el dispositivo de regulación tanto que el nivel de agua, en la placa de base, llegue hasta la roldana de soporte. Observar; A pesar de que la roldana es enfriada al inmergir en el agua refrigerante, es preciso que la pista esté seca cuando se encuentre con el aro de rodamiento. Es decir que, la roldana de soporte debe estar tan caliente que el agua alcance a evaporar antes de que llegue a tocar el aro de rodamiento. Gotas de agua, entre roldana de soporte y aro de rodamiento, pueden, debido al alto efecto de aplanamiento por compresión, crear el riesgo de formación de picaduras. 17
Hornos con sistemas cerrados de enfriamiento por agua cuentan con una instalación para enfriamiento de las roldanas de soporte que, en principio, corresponde al que va mostrado en la figura siguiente. A través de una fila de agujeros en un tubo, que está montado paralelamente a la roldana de soporte, es que el agua refrigerante es rociada contra la pista de las roldanas.
Observar la colocación del tubo en relación al sentido de rotación de las roldanas. Aquí también es cuestión de que el agua refrigerante alcance a evaporar antes de que llegue al aro de rodamiento.
d.Caso 4 Falla: Picaduras en aro de rodamiento y en roldanas de soporte. Causa: Aplanamiento a la compresión demasiado pronunciado entre aro de
rodamiento y roldanas de soporte. Remedio: Ajuste de la inclinación de las roldanas de soporte,
eventualmente alineación del horno. Rectificación de los componentes dañados.
e. Caso 5 Falla: Laminación de la roldana de soporte Causa •
Posición incorrecta de roldana de soporte.
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Lubricación deficiente.
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Limpieza deficiente.
Remedio: Efectuar un torneado de la roldana de soporte con desgaste en
forma de hoyo. Si el aro de rodamiento está desgastado con alabeo o convexidad, éste también deberá ser torneado. Ajustar la posición de las roldanas de soporte y controlar la instalación de lubricación.
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