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WO2002059057A1 - Material refractario para hornos de la industria del cemento y su utilizacion - Google Patents

Material refractario para hornos de la industria del cemento y su utilizacion Download PDF

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WO2002059057A1
WO2002059057A1 PCT/ES2001/000017 ES0100017W WO02059057A1 WO 2002059057 A1 WO2002059057 A1 WO 2002059057A1 ES 0100017 W ES0100017 W ES 0100017W WO 02059057 A1 WO02059057 A1 WO 02059057A1
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    • C04B2235/80—Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase

Definitions

  • the invention protected in this Patent consists of a refractory material for furnaces of the cement industry and its use.
  • refractory materials are widely known in the cement industry for the interior coating of the furnaces that produce said product, in order to withstand the high working temperatures, which reaches in some areas around 1,500 degrees Celsius, and its consequent physicochemical reactions.
  • the various compositions of the refractory materials also entail different degrees of hardness and resistance to deformation which is caused, among other factors, by the different temperatures of the furnaces in different areas of the same furnace.
  • a refractory material of greater hardness and resistance to those already employed is achieved.
  • JP11130485 as prefabricated panels, or No. JP11201649 as glass textures, or also in relation to the arrangement of forms of materials
  • the European Patent No. EP0911594 and the German DE19729582 of prefabricated bricks stand out, all of them as prior to the invention that is presented, but generic and imprecise with respect to it and often destined for the steel industry; inventions all of which result in chemical compositions or forms either not applied to the specificity of the cement industry, or not detailed and insufficiently determined in relation to that described.
  • a neosilicate such as Andalucite (AI11SIO4), a crystalline solid such as Silicon Carbide (SiC), and a hydroaluminic silicate pelvic rock such as Clay - which overcomes the limitations before cited and increases its operability and performance, and also presents in its application some elements that significantly favor its use in the kilns of the cement industry.
  • a neosilicate such as Andalucite (AI11SIO4)
  • SiC Silicon Carbide
  • Clay hydroaluminic silicate pelvic rock
  • This tripartite combination of crystalline solid compounds constituted by silicon can be made with variable character in percentages by weight for each substance, in order to look for a greater or lesser degree of thermal conductivity according to the destination and functions of the refractory material throughout the furnace .
  • Figure 1 Profile projection of a rotary kiln for the cement industry with satellite coolers, in an assembly formed by a heat exchanger (1) and a calcination zone (2), safety zone (3), transition zone (4), sintering zone (5), outlet zone (6), coolers (7) furnace head (8), and flame burner lance (9).
  • Figure 2 Profile projection of a rotary kiln for the cement industry with grill coolers, in an assembly formed by a heat exchanger (1) and a calcination zone (2), safety zone (3), zone of transition (4), sintering zone (5), outlet zone (6), chillers (7), furnace head (8) and flame burner lance (9).
  • the refractory material can be made and arranged as follows:
  • Silicon Carbide between 10 - 80% and a clay weight percentage between 10 - 15%.
  • An average composition of the following values being illustrated is preferred:
  • SiC Silicon Carbide
  • Kaolinite Al [(OH) ⁇ (SiO)]
  • Andalusite in equal percentages due to its economic advantages.
  • the areas of use of this refractory material are: the calcination zone (2), the safety zone (3), the transition zone (4), the exit zone (6 ) and in the chillers (7).

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Abstract

El material refractario para hornos de la industria del cemento y su utilización, que constituye el objeto de esta patente, permite su empleo en el interior de los mencionados hornos para contrarestar la deformación térmica y fisico-química que sufren. Su composición se basa en una combinación de un porcentaje en peso mayor o igual a 10 de Andalucita (Al11SiO4), de un porcentaje mayor o igual a 10 de Carburo de Silicio (SiC), y de un porcentaje en peso mayor o igual a 5 de Arcilla. Asimismo, puede ser empleada la Caolinita ( Al4 [ (OH)8 (SiO4)4 ] en sustitución de la Andalucita en iguales proporciones. En su utilización, este material refractario puede ser dispuesto como recubrimiento en el interior de los hornos de cemento, en las zonas de calcinación (2), en la zona de seguridad (3), en la zona de salida (6) y en los enfriadores (7).

Description

MATERIAL REFRACTARIO PARA HORNOS DE LA INDUSTRIA DEL CEMENTO Y SU UTILIZACIÓN
DESCRIPCIÓN
La invención que se protege en esta Patente, consiste en un material refractario para hornos de la industria del cemento y en su utilización.
Se trata, por tanto, de un material aplicable a los recubrimientos interiores de los hornos de la industria del cemento, así como a su distribución localizada en determinadas zonas del mismo en orden a su capacidad refractaria.
El uso de materiales refractarios es ampliamente conocido en la industria del cemento para el recubrimiento interior de los hornos que elaboran dicho producto, con objeto de soportar las altas temperaturas de trabajo, que alcanza en algunas zonas en torno a los 1.500 grados centígrados, y sus consiguientes reacciones físico-químicas. Sin embargo, las diversas composiciones de los materiales refractarios conllevan también distintos grados de dureza y resistencia a su deformación que es causada, entre otros factores, por las diferentes temperaturas de los hornos en zonas diferentes de un mismo horno. A tal efecto, con la presente invención se logra un material refractario de mayor dureza y resistencia a los ya empleados.
En la actualidad, ya se conocen y son utilizados diversos materiales refractarios; pero todos ellos presentan inconvenientes tanto operativos como funcionales, muy especialmente con respecto a su deformación progresiva por las altas temperaturas de los hornos, como por su desconchado y resquebrajamiento; con lo cual el uso de los medios ya desarrollados presentan siempre ciertas limitaciones frente a la invención que se presenta, en base a sus ventajas técnicas y económicas. Así, son ya conocidos como materiales refractarios, la incorporación de crisoles para la fabricación de vidrio, la cal, la sílice, el cromo, la magnetita, el óxido de aluminio, y los vidrios silicoaluminosos ( F.H. Norton, Refractarios, primera edición española de la editorial Blume del año 1972 ), o también las patentes japonesas n°
JP11230679 sobre el juego de la porosidad en los ladrillos refractarios, la n°
JP11130485 como paneles prefabricados, o la n° JP11201649 como texturas de vidrio, o también en relación a la disposición de formas de los materiales destaca la patente europea n° EP0911594 y la alemana DE19729582 de ladrillos prefabricados, todas ellas como anterioridades próximas a la invención que se presenta, pero genéricas e imprecisas con respecto a la misma y muchas veces destinadas a la industria del acero; invenciones todas de las que resultan composiciones químicas o formas o bien no aplicadas a la especificidad de la industria del cemento, o bien no detalladas e insuficientemente determinadas en relación a la que se describe.
Estas carencias se subsanan con la composición química de la invención - un neosilicato como la Andalucita ( AI11SÍO4 ), un sólido cristalino como el Carburo de Silicio ( SiC ), y una roca pelítica de silicatos hidroalumínicos como la Arcilla - la cual supera las limitaciones antes citadas y acrecienta su operatividad y rendimiento, y además presenta en su aplicación unos elementos que favorecen significativamente su uso en los hornos de la industria de cemento.
Todo ello contribuye a dotar unos resultados en orden a la cualidad refractaria junto con su resistencia a las alteraciones de su forma donde se incorpora la invención ( ya sea en configuraciones geométricas como los ladrillos o configuraciones sin forma como la argamasa ) y su disposición dentro de los hornos, que no se dan en los medios ya conocidos. Con referencia a la invención que se describe, se procede a una combinación de elementos químicos por razón de sus propiedades físicas - la Andalucita ( Al-j 1SÍO4 ) por su baja porosidad y baja conductividad térmica y su capacidad refractaria, el Carburo de Silicio ( SiC ) por su resistencia a la oxidación y a la abrasión y a la vez, ser altamente refractario, y la Arcilla por sus características plásticas -
Esta combinación tripartita de compuestos sólidos cristalinos constituidos por silicio puede ser confeccionada con carácter variable en porcentajes en peso por cada sustancia, con el fin de buscar un mayor o menor grado de conductividad térmica según el destino y funciones del material refractario a lo largo del horno.
En suma, el resultado obtenido por la combinación de elementos permite obtener una ventaja técnica con un producto de mayor dureza y de mayor resistencia a la deformación por el calor del interior de los hornos en la producción del cemento y por las reacciones físico-químicas que sufre, y de la que derivan notables ventajas económicas, puesto que con la nueva invención se reduce el número de los ciclos de paradas de los hornos para su mantenimiento y su consiguiente restitución del material desgastado en cada periodo de trabajo, así como también conlleva además de las mencionadas mejoras técnica y económica, a una ventaja en el proceso productivo para los hornos más frecuentes y extendidos - los de tipo rotatorio - ya que la función del material distribuido en su interior para el avance del clínquer del cemento en fase de elaboración como son las llamadas retenciones y zonas perfiladas o los enfriadores satélites - con formas escalonadas y bocas de entrada elípticas, respectivamente - consiguen una mayor resistencia y dureza, y por tanto, una mayor eficacia al mantener su diseño. Para una mejor comprensión de las características generales anteriormente mencionadas, se acompañan unos dibujos a la presente invención los cuales exponen como se especifica a continuación:
Figura 1: Proyección de perfil de un horno rotativo para la industria del cemento con enfriadores satélites, en un conjunto formado por un intercambiador de calor ( 1 ) y una zona de calcinación ( 2 ), zona de seguridad ( 3 ), zona de transición ( 4 ), zona de sinterización ( 5 ), zona de salida ( 6 ), enfriadores ( 7 ) cabeza de horno ( 8 ), y lanza quemador de llama ( 9 ).
Figura 2: Proyección de perfil de un horno rotativo para la industria del cemento con enfriadores de parrilla, en un conjunto formado por un intercambiador de calor ( 1 ) y una zona de calcinación ( 2 ), zona de seguridad ( 3 ), zona de transición ( 4 ), zona de sinterización ( 5 ), zona de salida ( 6 ), enfriadores ( 7 ), cabeza de horno ( 8 ) y lanza quemador de llama ( 9 ).
El material refractario puede ser realizado y dispuesto de la siguiente manera :
En relación a los componentes químicos, un porcentaje en peso de Andalucita ( AI-11SÍO4 ) entre un 10 - 80 %, un porcentaje en peso de
Carburo de Silicio ( SiC ) entre un 10 - 80 % y un porcentaje en peso de Arcilla entre un 10 - 15 %. Siendo preferente una composición media de los siguientes valores que se ilustran :
Porcentaie en peso
Andalucita ( Al<| 1SÍO4 ): 55 %
Carburo de Silicio ( SiC ): 35 %
Arcilla : 10 %
También puede ser empleada la Caolinita ( Al [(OH)β (SiO ) ] ) en sustitución de la Andalucita en iguales porcentajes por sus ventajas de índole económico.
Y en relación a su disposición en los hornos, las zonas de utilización de este material refractario son: la zona de calcinación ( 2 ), la zona de seguridad ( 3 ), la zona de transición ( 4 ), la zona de salida ( 6 ) y en los enfriadores ( 7 ).

Claims

REIVINDICACIONES
Λ. - Material refractario para hornos de la industria del cemento y su utilización para una resistencia a la deformación térmica y físico -química caracterizado porque su composición química comprende la combinación de un porcentaje en peso mayor o igual a 10 de Andalucita ( AI-11SÍO4 ), de un porcentaje en peso mayor o igual a 10 de Carburo de Silicio ( SiC ), y de un porcentaje en peso mayor o igual a 5 de Arcilla.
2. - Utilización del material refractario según la Reivindicación 1, caracterizado porque se dispone en el recubrimiento interior de los hornos de la industria del cemento en las zonas de calcinación ( 2 ), en la zona de seguridad ( 3 ), en la zona de salida ( 6 ) y en los enfriadores ( 7 )
3. - Material refractario para hornos de la industria del cemento y su utilización para una resistencia a la deformación térmica y físico-química caracterizado porque su composición química comprende la combinación de un porcentaje en peso mayor o igual a 10 de Caolinita ( Al [(OH)8 (SiO4)4] ) , de un porcentaje en peso mayor o igual a 10 de Carburo de Silicio ( SiC ), y de un porcentaje en peso mayor o igual a 5 de Arcilla.
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