Combustione
I primi forni in cui il cemento veniva bruciato in lotti erano forni a bottiglia, seguiti da forni a camera e poi da forni a tino continuo. Il forno a tino in una forma modernizzata è ancora usato in alcuni paesi, ma il mezzo dominante di combustione è il forno rotativo. Questi forni – lunghi fino a 200 metri (660 piedi) e con un diametro di sei metri negli impianti a umido, ma più corti per il processo a secco – sono costituiti da un guscio cilindrico in acciaio rivestito di materiali refrattari. Ruotano lentamente su un asse inclinato di qualche grado rispetto all’orizzontale. L’alimentazione della materia prima, introdotta all’estremità superiore, si muove lentamente lungo il forno fino all’estremità inferiore, o di cottura. Il combustibile per la cottura può essere carbone polverizzato, petrolio o gas naturale iniettato attraverso un tubo. La temperatura all’estremità di cottura varia da circa 1.350 a 1.550 °C (da 2.460 a 2.820 °F), a seconda delle materie prime bruciate. Una qualche forma di scambiatore di calore è comunemente incorporata all’estremità posteriore del forno per aumentare il trasferimento di calore alle materie prime in entrata e ridurre così il calore perso nei gas di scarico. Il prodotto bruciato emerge dal forno come piccoli noduli di clinker. Questi passano nei raffreddatori, dove il calore viene trasferito all’aria in entrata e il prodotto viene raffreddato. Il clinker può essere immediatamente macinato in cemento o immagazzinato in scorte per un uso successivo.
Nel processo semisecco le materie prime, sotto forma di noduli contenenti dal 10 al 15% di acqua, sono alimentate su una griglia a catena mobile prima di passare al forno rotativo più corto. I gas caldi provenienti dal forno vengono aspirati attraverso i noduli grezzi sulla griglia, preriscaldando i noduli.
L’emissione di polvere dai forni per cemento può essere un serio fastidio. Nelle aree popolate è usuale e spesso obbligatorio installare tra l’uscita del forno e la ciminiera dei camini degli arrestatori a ciclone, dei sistemi di filtraggio a sacco o dei precipitatori elettrostatici di polveri. Più del 50% delle emissioni della produzione di cemento sono intrinsecamente legate alla produzione di clinker e sono un sottoprodotto della reazione chimica che guida il processo attuale. C’è il potenziale per miscelare il clinker con materiali alternativi per ridurre la necessità del clinker stesso e quindi contribuire a ridurre l’impatto sul clima del processo di produzione del cemento.
I moderni cementifici sono dotati di un’elaborata strumentazione per il controllo del processo di combustione. Le materie prime in alcuni impianti sono campionate automaticamente, e un computer calcola e controlla la composizione della miscela grezza. I più grandi forni rotativi hanno produzioni che superano le 5.000 tonnellate al giorno.