ES2412454B1 - Material refractario de protección para hornos de clinker (cemento) que evita el ataque termo-químico sin la formación de encostramiento o anillos. - Google Patents

Material refractario de protección para hornos de clinker (cemento) que evita el ataque termo-químico sin la formación de encostramiento o anillos. Download PDF

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Abstract

Material refractario de protección para hornos de clinker (cemento) que evita el ataque termo-químico sin la formación de encostramiento o anillos.#Este material está formado por una composición de minerales definidos como un porcentaje en peso de andalucita o mullita sinterizada o alúmina sinterizada o alúmina fundida o alúmina-circonio electrofundida, entre un 30 y un 80 %, carburo de silicio entre un 5 y un 60 %, silicato de circonio entre un 5 y un 60 % y un porcentaje en arcilla entre un 5 y un 15 %; o bien minerales definidos como un porcentaje en peso de andalucita o mullita sinterizada o alúmina sinterizada o alúmina fundida o alúmina-circonio electrofundida, entre un 30 y un 80 %, un porcentaje en peso de silicato de circonio entre un 5 y un 60 % y un porcentaje en arcilla entre un 5 y un 15%.

Description

MATERIAL REFRACTARIO DE PROTECCION PARA HORNOS DE CLINKER (CEMENTO), OUE EVITA EL ATAOUE TERMO-oulMICO SIN LA FORMACION DE ENCOSTRAMIENTO O ANILLOS
OBJETO DE LA INVENCIÓN
El objeto de la presente invención se refiere a un material refractario de protección para hornos de c1inker (cemento), que evita el ataque tenno-químico sin la formación de encostramiento o anillos; de taJ modo que resiste el ataque tenno-químico en los hornos de clinker ( cemento) extendido a las zonas de transición, seguridad y calcinación sin que el revestimiento produzca ningún tipo de encostramiento, anillos o pegaduras.
Este nuevo material refractario (el revestimiento refractario es fundamental en el rendimiento del horno rotativo así como en las partes estáticas del horno de clinker (cemento) puesto que la duración del revestimiento refractario detennina la duración del propio horno, lo cual es un factor clave en el rendimiento económico de la industria cementera) se aplica en los revestimientos interiores de la parte rotativa de los hornos de clinker (cemento), en las zonas de transición inferior, superior, seguridad y calcinación en donde por sus especiales características fisico-químicas se necesita una protección importante frente al ataque químico producido en el proceso, así como WUl resistencia pirosc6pica más elevada que pueda soportar los awnentos puntuales de temperaturas y fonnación de fase liquida producidos por la utilización de combustibles alternativos en la industria del cemento. Todo ello lo veremos en la descripción del invento que detallaremos más adelante.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los hornos rotativos están divididos en seis zonas principales, en cada una de las cuales y debido a las temperaturas y reacciones alcanzadas en las mismas, se caracteriza el tipo de refractario que precisan. Se trata de las zonas de enfriamiento, transición, clinkerización, transición alta, seguridad y calcinación. Las zonas de transición baja, clinkerización y transición alta se revisten con refractarios básicos donde el MgO (óxido de magnesio) es el componente principal. Estos revestimientos refractarios ronnan una costra con el clinker (cemento) en fase líquida que sirve de protección, proporcionando con ello duraciones superiores a otros refractarios.
Estas zonas tradicionaJes de un horno rotativo de clínker son:
•
Zona de salida (A): tiene una longitud de 0,5 veces el diámetro del horno. El clinker (cemento) enfriado se encuentra en estado sólido y produce una gran abrasión.
•
Zona de transición baja (B): tiene una longitud de I vez el diámetro del horno, tras la zona de enfriamiento. En esta zona se enfría el clinker (cemento) de los 1450 oC por debajo de los 12500C. Esta zona se reviste con materiales refractarios básicos de manera que se fonne una costra que proteja las superficies del revestimiento que contengan aoo fase líquida.
•
Zona de clinkerización (e): tiene una longitud de 5 veces el diámetro de horno, tras la zona de transición baja. El clinker (cemento) se mantiene siempre en fase líquida con temperaturas entre los 1400-1450°C al efecto de llevar a cabo las reacciones necesarias para la plena formación del clinker (cemento). Esta zona se reviste con materiales refractarios básicos de manera que se forme una costra que proteja las superficies del revestimiento.
•
Zona de transición alta (D): tiene lUla longitud de 2 veces el diámetro del horno, tras la zona de clinkerización. Esta es la zona previa a la fonnación de fase líquida, que se reviste con refractario básico para que se forme la costra de protección en caso de fonnación puntual de fase líquida.
•
Zona de seguridad (E); tiene una longitud de 2 veces el diámetro del horno, tras la zona de transición alta. En esta zona se emplea material refractario aluminoso, con temperaturas comprendidas entre los 1000 a 1200 oC.
•
Zona de calcinación (F): su extensión va desde el fin de la zona de seguridad hasta la entrada de material en el horno rotativo. En esta zona se emplea material refractario aluminoso. En esta zona finaliza la calcinación de los materiales que provienen del precalcinador entrando en el horno rotativo por encima de los 9000C.
Con el uso de combustibles fósiles tradicionales en la industria del cemento estas zonas se
han mantenido estables, siendo las perturbaciones algo inusual y causa de errores en la
operativa de la instalación. En un proceso continuo como éste, la estabilidad de las zonas
influye directamente en el control del proceso y por lo tanto en la calidad del producto que
5
se obtiene. Pero en los últimos años la industria del cemento ha comenzado a usar de forma
masiva combustibles alternativos para quemar en los hornos. Este cambio tecnológico ha
sido motivado, entre otras razones, por la necesidad de conseguir un rendimiento
económico a través de una mejor eficiencia energética y por una clara apuesta por la
preservación medioambiental y el aprovechamiento de residuos. Los combustibles
10
alternativos se introducen, bien a través del quemador principal del horno rotativo o bien
por el precalcinador. La introducción de los combustibles alternativos produce
fluctuaciones importantes en Jos balances químicos y energéticos provenientes del
combustible. A pesar de la existencia de sistemas de control en la alimentación de los
alternativos~ su empleo puede afectar al régimen estable deseable pam tener un control del
15
proceso en cada una de las zonas del horno. La inestabilidad de las temperaturas y
reacciones químicas producidas en cada zona se está viendo incrementada no sólo por la
falta de homogeneidad que tiene cada combustible alternativo si no por la necesidad de
emplear varios combustibles alternativos de muy distinta naturaJeza, por cuestiones
principalmente de disponibilidad. Esta inestabilidad produce incrementos de temperatura
20
frecuentes en las zonas de transición baja, alta y seguridad que producen la existencia de
fase líquida en dichas zonas de manera mucho más frecuente. Esto conduce a la aparición
de ciclos de encostramiento y desencostramiento los cuales reducen de manera directa la
duración de los refractarios de carácter básico empleados en las zonas de transición baja y
alta, dado que con cada ciclo de desencostramiento el clinker (cemento) arrastra las capas
25
exteriores del refractario que está en contacto con él. A esto se le añade el riesgo de
pérdida de zonas enteras de revestimiento refractario, debido a los esfuerzos mecánicos
que el paso del clinker (cemento) y la rotación producen sobre cúmulos de encostrarniento
en fase de desencostramiento. Los citados factores generan esfuerzos, que sumados al
relajamiento, pueden producir la pérdida de ladrillos enteros del revestimiento y teniendo
JO
en cuenta que la pérdida de un solo ladrillo produce la falta de apoyo en los ladrillos
contiguos, esto desembocaría en un falJo que implicaría la parada inmediata y urgente de
la instalación. Además el fenómeno de encostramiento-desencostramiento dificulta, más si
cabe, el control de proceso, dado que cambia de manera radical los resultados de la tennografia que se realiza sobre la coraza del horno.
Para solventar Jos inconvenientes mencionados anterionnente, se ha creado el material refractario de la presente invención que soportara los ataques tenno-químicos existentes en las zonas de transición baja, transición alta, seguridad y calcinación en las variables circunstancias que se producen con el uso de combustibles alternativos, sin la fonnación de encostramientos o anillos sobre el revestimiento refractario, tal y como describiremos a continuación.
DESCRIPCiÓN DE LA INVENCION
El objeto de esta invención consiste en Wl refractario compuesto por minerales cuidadosamente elegidos para conseguir las características fisico-químicas necesarias para resistir las nuevas condiciones de los hornos de clinker (cemento). Una composición variable de andalucita (AI,SiO,l. mullita sinterizada (3A1,O,.2SiO,l. alúmina sinterizada, alúmina fundida (AhOJ), alúmina-circonio electro fundida, carburo de silicio (SiC), silicato de circonio ( ZrSi04 ), y una arcilla refractaria como elemento auxiliar en el proceso de conformado, ofrecen al nuevo refractario unas propiedades tanto químicas como fisicas que soportan mejor las condiciones de operación de las instalaciones de cemento.
La andaJucita es un silicato de aluminio (neosilicato) que contiene entre un 58 y un 60% de AhO) y que fonna por sinterización cerámica aproximadamente un 72 % de fase mullita. Posee una alta pureza con bajos contenidos de fundentes, buena resistencia al choque térmico, baja porosidad, baja conductividad térmica, buena refractariedad bajo carga, buenas prestaciones frente a la fluencia y una excelente estabilidad volumétrica además de poseer la cualidad de transformarse fácilmente en muJlita, fase estable a alta temperatura.
La mullita sinterizada se obtiene sintéticamente por sinterización cerámica en un horno rotativo a partir de alúmina calcinada, bauxita y arcilla o caolinita. La mullita es la única fase estable del sistema binario AhO)-SiÚ2. Esta estabilidad conseguida de una fonna artificial, confiere a la materia prima y por tanto a los refractarios en los que participa de unas muy altas propiedades de resistencia química así como excelentes propiedades fisicas a altas temperaturas.
La alúmina sinterizada es un material sintético de a-alúmina pura que ha sido densificado por una rápida sinterización con ayuda de agentes de sinterización, por encima de los 1800 oc. Presenta una alta estabilidad volumétrica a alta temperatura así como una excelente resistencia al choque ténnico. alta refractariedad. resistencia mecánica y abrasión, resistencia al ataque de ácidos y álcalis, así como a otros agentes químicos.
La alúmina fundida o corindón artificial es también un material puro de a-alúmina muy similar en muchos aspectos a la alúmina sintetizada aunque el proceso de fabricación se realiza por fusión. Posee unas excelentes propiedades tenno-mecánicas, alta estabilidad volwnétri~ refractariedad estabilidad química y resistencia al ataque químico y resistencia mecánica y a la abrasión.
La alúmina-circonio electrofundida es un material que se produce por solidificación de una mezcla de alúmina y circonio el cual ha sido fundido en Wl horno eléctrico y colado en estado líquido en Wl molde. La composición de Ah03y ZrOz puede variar obteniéndose así las distintas composiciones del material. Es Wl material refractario muy usado como revestimiento de las soleras de los hornos de vidrio. Este producto molturado y convenientemente clasificado, se puede usar como materia prima de otro producto refractario, aprovechando su excelente resistencia al ataque químico.
El carburo de silicio es un mineral artificial fabricado a partir de arenas de sílice y coke de petroleo en un horno eléctrico a temperaturas cercanas a los 2200 oC con la reacción siguiente:
SiO, + 3C ~ SiC +0,
Esta materia prima presenta una extrema dureza y una alta resistencia a la abrasión. Soporta la corrosión en contacto con escorias fundidas y posee un coeficiente de expansión térmica bajo con Wla excelente resistencia al desconchamiento o rotura ténnico.
El silicato de circonio o circón (ZrSi04), es un mineral de origen natural que presenta una alta dureza, una gravedad específica elevada y una alta refractariedad. Posee a su vez una alta resistencia a la corrosión y al ataque químico.
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Las arciJIas~ aportan a la mezcla del refractario motivo de la invención, las características plásticas necesarias para conformar la forma geométrica refractaria.
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Por lo expuesto anteriormente, la nueva invención refractaria está caracterizada por una alta resistencia al ataque químico, una refractariedad más alta que la que poseen los habituales refractarios usados en las zonas de aplicación del horno de c1inker (cemento). una menor conductividad térmica y un óptimo comportamiento frente a la formación de los tipos de anillos de deposición anteriormente mencionados.
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Estas características hacen que el material motivo de la invención pennita tiempos de operación del horno rotativo de cJinker (cemento) más largos debido a su más alta durabilidad lo que implica un ahorro económico muy importante al minimizar las paradas de la instalación por estrangulamiento del paso del clinker a través del horno y deterioro del revestimiento refractario por ataque químico. Así mismo, preserva mejor las condiciones de la coraza metálica del horno, disminuyendo las defonnaciones causadas por excesivos calentamientos de la parte metálica o la presencia de puntos calientes en la misma.
25 30
Como consecuencia de su alta refractariedad combinada con el resto de propiedades la nueva invención es muy adecuada para zonas del horno de clinker (cemento) en donde otros refractarios no soportan bien las condiciones ténnicas y de ataque actuales del proceso de los hornos rotativos, debido a la introducción de combustibles alternativos, por ejemplo en zonas como el precalcinador donde se producen adiciones muy importantes de estos combustibles reciclados con una elevación de la temperatura local que conlleva una mayor velocidad de las reacciones indeseables para el revestimiento refractario. La nueva invención define una composición química detenninada, caracterizada por la adición de porcentajes en peso de los minerales descritos anteriormente, susceptibles de combinaciones en distintas proporciones.
DESCRIPCiÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un plano, en donde con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:
La figura 1 muestra las distintas zonas del horno rotativo de producción de cemento.
REALlZACION PREFERENTE DE LA INVENCiÓN
El material refractario de la presente invención tiene la siguiente composición variable que se describe en los siguientes ejemplos:
EJEMPLO I
Aodalucita (Ai,SiO,): entre un 30 y un 80 % carburo de silicio (SiC) entre un 5 y un 60 %. silicato de circonio (ZrSi04) entre un 5 y un 60 % arcilla entre un 5 y un 15 %
EJEMPLO 2
Mullila sinterizada (3Ai,O,.2SiO,): entre un 30 y un 80% carburo de silicio (SiC) entre un 5 y un 60 %, silicato de circonio (ZrSi04) entre un 5 y un 60 % arcilla entre un 5 y un 15 %
EJEMPLO 3
Alúmina ,inlerizada (AI,O,), entre un 30 y un 80 %
carburo de silicio (SiC) entre un 5 y un 60 %, silicato de circonio (ZrSi04) entre un 5 y un 60 % arcilla entre un 5 y un 15 %
EJEMPLO 4
alúmina fundida (AhO,) entre un 30 y un 80 %
carburo de silicio (SiC) entre un 5 y un 60 %, silicato de circonio (ZrSi04) entre un 5 y un 60 % arcilla entre un 5 y un 15 %
EJEMPLOS
alúmina-circonio electrofundida, entre un 30 y un 80 %
carburo de ,i1icio (SiC) entre un S y un 60 %,
silicato de circonio (ZrSi04) entre un 5 y un 60 %
arcilla entre Wl 5 Y un 15 %
EJEMPLO 6
Andalucita (AhSiO,): entre un 30 y un 80 %
silicato de circonio (ZrSi04) entre un 5 y un 60 %
arcilla entre un 5 y un 15 %
EJEMPLO 7
. Mu1lita ,inlerizada (3AI,O,.2SiO,): entre un 30 y un 80%
silicato de circonio (ZrSi04) entre un 5 y un 60 %
arcilla entre un 5 y un 15 %
EJEMPLO 8
-
Alúmina sinterizada (AI,O,), entre un 30 y un 80 %
silicato de circonio (ZrSi04) entre un 5 y un 60 % arcilla entre un 5 y un 15 %
EJEMPLO 9 alúmina fundida (AhO,) entre un 30 y un 80 %
silicato de circonio (ZrSi04) entre un 5 y un 60 % arcilla entre un 5 y un 15 %
EJEMPLO 10 alúmina-circonio electrofundida. entre un 30 y un 80 % silicato de circonio (ZrSi04) entre un 5 y un 60 % arcilla entre un 5 y un 15 %
Las zonas de aplicación de la nueva invención quedan perfectamente definidas en el horno rotativo de clinker ( cemento). tanto en los tipos con enfriador de parrillas como con enfriador de satélites. (ver figura 1)
Zona de salida (A) : Zona de transición baja (B): Zona de Clinkerización (C) Zona de transición alta (D) Zona de seguridad (E) Zona de calcinación (F)
El material refractario objeto de la presente invención, será utilizado en las zonas A, B, D, EyF
No se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto
en la materia comprenda el alcance de la invención y las ventajas que de la misma se
derivan. Los ténninos
en que se ha redactado esta memoria deberán ser tomados siempre
en sentido amplio y
no limitativo. Los materiales, fonna, tamaño y disposición de los
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elementos serán susceptibles de variación siempre y cuando ello no suponga una alteración
de las características esenciales del invento que se reivindican a continuación:
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25
JO

Claims (3)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Material refractario de protecclón para hornos de clinker que evita el ataque termoquímico sin la formación de encostramiento o anillos, del tipo de Jos utilizados en los hornos rotativos y especialmente diseñado para su uso en distintas zonas de dicho horno, caracterizado por una composición de minerales definidos como un porcentaje en peso de andalucita o mullita sinterizada o alúmina sinterizada o alúmina fundida o alúmina-circonio electroftmdida, entre un 30 y un 80 %, un porcentaje en peso de carburo de silicio entre tul 5 Y un 60 %, un porcentaje en peso de silicato de circonio entre un 5 y un 60 % Yun porcentaje en arcilla entre un 5 y un 15 %.
  2. 2.-Material refractario de protección para hornos de clinker que evita el ataque tennoquímico sin la formación de encostramiento o anillos, según la primera reivindicación, caracterizado por tener una composición de minerales definidos como un porcentaje en peso de andalucita o mullita sinterizada o alúmina sinterizada o alúmina fundida o alúmina-circonio electro fundida, entre un 30 y un 80 %, un porcentaje en peso de silicato de circonio entre un 5 y un 60 % Yun porcentaje en arcilla entre un 5 y un 15 %.
  3. 3.-Material refractario de protección para hornos de clinker que evita el ataque termoquímico sin la formación de encostrarniento o anillos, según las anteriores reivindicaciones, caracterizado por su utilización como revestimiento interior de los hornos rotativos de la industria del cemento para el precalcinador • la cámara de humos, la entmda del horno, la zona de calcinación, la zona de seguridad, la zona de salida del horno y el enfriador.
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