MATERIAL REFRACTARIO DE PROTECCIÓN PARA HORNOS DE CLINKER (CEMENTO) QUE EVITA EL ATAQUE TERMO-QUÍMICO SIN LA FORMACIÓN DE ENCOSTRAMIENTO O ANILLOS.

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%.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201101133.

Solicitante: REFRACTARIA, S.A.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: SUAREZ ALVAREZ,CARLOS OMAR, PENA VÁZQUEZ,José Luis.

Fecha de Publicación: 11 de Julio de 2013.

Clasificación Internacional de Patentes:

C04B35/66 QUIMICA; METALURGIA. › C04 CEMENTOS; HORMIGON; PIEDRA ARTIFICIAL; CERAMICAS; REFRACTARIOS. › C04B LIMA; MAGNESIA; ESCORIAS; CEMENTOS; SUS COMPOSICIONES, p. ej. MORTEROS, HORMIGON O MATERIALES DE CONSTRUCCION SIMILARES; PIEDRA ARTIFICIAL; CERAMICAS (vitrocerámicas desvitrificadas C03C 10/00 ); REFRACTARIOS (aleaciones basadas en metales refractarios C22C ); TRATAMIENTO DE LA PIEDRA NATURAL. › C04B 35/00 Productos cerámicos modelados, caracterizados por su composición; Composiciones cerámicas (que contienen un metal libre, de forma distinta que como agente de refuerzo macroscópico, unido a los carburos, diamante, óxidos, boruros, nitruros, siliciuros, p. ej. cermets, u otros compuestos de metal, p. ej. oxinitruros o sulfuros, distintos de agentes macroscópicos reforzantes C22C ); Tratamiento de polvos de compuestos inorgánicos previamente a la fabricación de productos cerámicos. › Refractorios monolíticos o morteros refractarios, incluyendo los que contienen arcilla.

PDF original: ES-2412454_A1.pdf

Fragmento de la descripción:

5 MATERIAL REFRACTARIO DE PROTECCION PARA HORNOS DE CLINKER (CEMENTO) , QUE EVITA EL ATAQUE TERMO-QUÍMICO SIN LA FORMACION DE ENCOSTRAMIENTO O ANILLOS

OBJETO DE LA INVENCIÓN

1º El objeto de la presente invención se refiere a un material refractario de protección para hornos de clinker (cemento) , que evita el ataque termo-químico sin la formación de encostramiento o anillos; de tal modo que resiste el ataque termo-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.

15 20 25 Este nuevo material refractario (el revestimiento refractario es fundamental en el rendimiento del horno rotativo así como en las partes estáticas del horno de clink:er (cemento) puesto que la duración del revestimiento refractario determina 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 una resistencia piroscópica más elevada que pueda soportar los aumentos puntuales de temperaturas y formación de fase líquida 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.

30 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, clink:erización y

transición alta se revisten con refractarios básicos donde el MgO (óxido de magnesio) es el componente principal. Estos revestimientos refractarios forman una costra con el clinker (cemento) en fase líquida que sirve de protección, proporcionando con ello duraciones superiores a otros refractarios.

Estas zonas tradicionales 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 1 vez el diámetro del horno, tras la zona de enfriamiento. En esta zona se enfría el clinker (cemento) de los 1450 °C por deb~o de los 1250°C. Esta zona se reviste con materiales refractarios básicos de manera que se forme una costra que proteja las superficies del revestimiento que contengan aun fase líquida.

• Zona de clinkerización (C) : 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 una longitud de 2 veces el diámetro del horno, tras la zona de clinkerización. Esta es la zona previa a la formación de fase líquida, que se reviste con refractario básico para que se forme la costra de protección en caso de formación 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 °C.

• 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 900°C.

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 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 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 los 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 para tener un control del 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 naturaleza, por cuestiones principalmente de disponibilidad. Esta inestabilidad produce incrementos de temperatura 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 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 encostramiento en fase de desencostramiento. Los citados factores generan esfuerzos, que sumados al relajamiento, pueden producir la pérdida de ladrillos enteros del revestimiento y teniendo en cuenta que la pérdida de un solo ladrillo produce la falta de apoyo en los ladrillos contiguos, esto desembocaría en un fallo 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 termografia que se realiza sobre la coraza del horno.

Para solventar los inconvenientes mencionados anteriormente, se ha creado el material refractario de la presente invención que soportara los ataques termo-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 formación 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 un 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 (A}zSi05) , mullita sinterizada (3Alz0J.2Si02) , alúmina sinterizada, alúmina fundida (A}z03) , alúmina-circonio electrofundida, 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 físicas que soportan mejor las condiciones de operación de las instalaciones de cemento.

La andalucita es un silicato de aluminio (neosilicato) que contiene entre un 58 y un 60% de A}z03 y que forma 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... [Seguir leyendo]

Reivindicaciones:

1. Material refractario de protección para hornos de clinker que evita el ataque termoquímico sin la formación de encostramiento o anillos, del tipo de los 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 electrofundida, entre un 30 y un 80 %, un porcentaje en peso de carburo de silicio entre un 5 y un 60 %, 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 %.

2. Material refractario de protección para hornos de clinker que evita el ataque termoquímico 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 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 %.

3. Material refractario de protección para hornos de clinker que evita el ataque termoquímico sin la formación de encostramiento 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 entrada del horno, la zona de calcinación, la zona de seguridad, la zona de salida del horno y el enfriador .

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