MATERIAL REFRACTARIO DE PROTECCION PARA HORNOS DE CLINKER, QUE EVITA EL ATAQUE TERMO-QUÍMICO 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 clinker, 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 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 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 cemento, en las zonas de transición inferior, superior, seguridad y calcinación en donde por sus especiales características físico-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.

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 forman una costra con el clinker en fase líquida que sirve de protección, proporcionando con ello duraciones superiores a otros refractarios.

Estas zonas tradicionales de un horno rotativo de clinker son:

• Zona de salida (A): tiene una longitud de 0,5 veces el diámetro del horno. El clinker 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 de los 1450 °C por debajo 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 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. 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 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 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 termografía 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 fisicoquímicas necesarias para resistir las nuevas condiciones de los hornos de cemento. Una composición variable de andalucita (AI2SÍ05), mullita sinterizada (3AI203.2SÍ02), alúmina sinterizada, alúmina fundida (AI203), 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 AI203 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 prestaciones frente a la fluencia y una excelente estabilidad volumétrica además de poseer la cualidad de transformarse fácilmente en mullita, 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 AI203-SÍ02. Esta estabilidad conseguida de una forma 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 físicas a altas temperaturas.

La alúmina sinterizada es un material sintético de α-alúmina pura que ha sido densificado por una rápida sinterización con ayuda de agentes de sinterización, por encima de los 1800 °C. Presenta una alta estabilidad volumétrica a alta temperatura así como una excelente resistencia al choque térmico, 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 sinterizada aunque el proceso de fabricación se realiza por fusión. Posee unas excelentes propiedades termo-mecánicas, alta estabilidad volumétrica, 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 un horno eléctrico y colado en estado líquido en un molde. La composición de AI203 y Zr02 puede variar obteniéndose así las distintas composiciones del material. Es un 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 petróleo en un horno eléctrico a temperaturas cercanas a los 2200 °C con la reacción siguiente:

SÍ02 + 3C → SiC + 02

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 una excelente resistencia al desconchamiento o rotura térmico. 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.

Las arcillas, aportan a la mezcla del refractario motivo de la invención, las características plásticas necesarias para conformar la forma geométrica refractaria. 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 cemento, una menor conductividad térmica y un óptimo comportamiento frente a la formación de los tipos de anillos de deposición anteriormente mencionados.

Estas características hacen que el material motivo de la invención permita tiempos de operación del horno rotativo de 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 deformaciones causadas por excesivos calentamientos de la parte metálica o la presencia de puntos calientes en la misma.

Como consecuencia de su alta refractariedad combinada con el resto de propiedades la nueva invención es muy adecuada para zonas del horno de cemento en donde otros refractarios no soportan bien las condiciones térmicas 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 determinada, 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. REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

El material refractario de la presente invención tiene la siguiente composición variable que se describe en los siguientes ejemplos:

EJEMPLO 1

- Andalucita (AI2SÍO5): entre un 30 y un 80 %

carburo de silicio (SiC) entre un 5 y un 60 %,

silicato de circonio (ZrSiO4) entre un 5 y un 60 %

arcilla entre un 5 y un 15 % EJEMPLO 2

Mullita sinterizada (3AI2O3.2SÍO2): 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 sinterizada (AI2O3), entre un 30 y un 80 % carburo de silicio (SiC) entre un 5 y un 60 %, silicato de circonio (ZrSiO4) entre un 5 y un 60 % arcilla entre un 5 y un 15 %

EJEMPLO 4

alúmina fundida (AI2O3) entre un 30 y un 80 %

carburo de silicio (SiC) entre un 5 y un 60 %, silicato de circonio (ZrSiO4) entre un 5 y un 60 % arcilla entre un 5 y un 15 %

EJEMPLO 5

alúmina-circonio eiectrofundida, entre un 30 y un 80 % carburo de silicio (SiC) entre un 5 y un 60 %, silicato de circonio (ZrSiO4) entre un 5 y un 60 % arcilla entre un 5 y un 15 %

EJEMPLO 6

Andalucita (AI2SÍO5): entre un 30 y un 80 % - silicato de circonio (ZrSiO4) entre un 5 y un 60 %

arcilla entre un 5 y un 15 %

EJEMPLO 7

Mullita sinterizada (3AI2O3.2SÍO2): entre un 30 y un 80% - silicato de circonio (ZrSiO4) entre un 5 y un 60 %

arcilla entre un 5 y un 15 % EJEMPLO 8

- Alúmina sinterizada (AI2O3), entre un 30 y un 80 %

» - silicato de circonio (ZrSiO4) entre un 5 y un 60 %

- arcilla entre un 5 y un 15 %

EJEMPLO 9

alúmina fundida (AI2O3) entre un 30 y un 80 %

silicato de circonio (ZrSiO4) 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 (ZrSiO4) 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 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, E y F

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 términos en que se ha redactado esta memoria deberán ser tomados siempre en sentido amplio y no limitativo. Los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos serán susceptibles de variación siempre y cuando ello no suponga una alteración de las características esenciales del invento que se reivindican a continuación: