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Strength. Performance. Passion.

Refractarios (en el enfriador)

© 2014 Holcim Ltd

Objetivos • • • •

Comprender las principales funciones de refractario Familiarizarse con los materiales refractarios y su instalación Mostrar correlación entre procesos y desgaste del refractario Mostrar buenos diseños de refractarios

2014-04-10

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Contenido • • • • •

Funciones del refractario para enfriamiento Los materiales refractarios Instalación de refractario Influencia en el proceso por desgaste del refractario Diseño y concepto Holcim para refractarios

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Funciones del refractario para enfriamiento • Protección del acero de la estructura /paredes contra temperatura excesiva • Aislamiento y reducción de las pérdidas de calor • La protección contra la abrasión / impacto

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Clasification de materiales refractarios • Comportamiento químico o al tipo de unión:  

Reacción química – Acido/ basico Tipos de uniones: ceramic/ hydraulic/ chemical / organic bonds

• Clasificación de los materiales refractarios de acuerdo a su proceso de fabricación:  

Proceso de fabricación: con / sin forma Porosidad: 45

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básico

alumina

Materiales Refractarios

Refractario en el enfriador

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Materiales Refractarios • A temperaturas de proceso ≥ 800°C los álcalis reaccionan con los silicatos de aluminio (principalmente mullita) del material refractario formando eutécticos y minerales nuevos (feldespatos) con un aumento de volumen de hasta 45%

70% Al2O3

Destrucción debido a expansión de álcalis

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Materiales Refractarios Arcilla Refractaria Al2O3: 30 - 45 % SiO2: 50 - 63 %

Bauxita Al2O3: up to 89 % SiO2: 4 - 10 %

m.p.: max. 1450 °C

m.p.: max. 1700 °C

Corundum Al2O3: up to 99,8 % SiO2: -

m.p.: max. 1850 °C

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Materiales Refractarios Proporciones menores de aditivos se utilizan para mejorar las propiedades específicas del producto Carburo de Silicio – SiC Para mejorar la resistencia a los álcalis (y refractariedad)

Silicato de Zirconio - ZrSiO4 Para mejorar el choque térmico y resistencia a la abrasión (y refractariedad)

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Materiales Refractarios • Adición de SiC en la mezcla de materia-prima con alta alúmina C SiC + 2 O2 → SiOT2>+900°CO 2

• Impregnación de los ladrillos con sílice amorfa Alkalis

Refractory grain SiO2 layer

no SiC

Alkali silicate layer

Not impregnated

Impregnated, protected and reaction-sealed

with SiC

En ambos casos, el ácido SiO2 reacciona con las sales básicas alcalinas en los gases del horno y se forma una capa vítrea altamente viscosa en la parte superior de los materiales refractarios para sellar y proteger el revestimiento de ataque alcalino 2014-04-10

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Instalación de Refractarios Con forma

Ventajas

Desventajas

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• Producto con propiedades constantes y homogéneas • Bajo riesgo de defectos en el revestimiento • Calentamiento rápido hasta es posible

• Formas especiales requeridas en el caso de geometría complicada • Necesario anclajes para paredes planas

Sin forma • Método de recubrimiento rápido • Usar en caso de geometría compleja (adaptación a la estructura de acero) • Sólo con pocas juntas

• Sensibilidad de agua - cemento

en la trabajabilidad y las propiedades del producto • Anclajes siempre necesarias • Requerido calentamiento lento del hormigón

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Instalación de Refractarios Sensibilidad de la relación agua-cemento en la trabajabilidad y las propiedades del material sin forma (concreto) Performance of Low Cement Castable 120% Cold compressive strength Cold bending strength Raw density

100%

80%

60%

40%

20%

0%

Source: DGFS (Möller)

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Water addition © 2014 Holcim Ltd

Instalación de Refractarios Curva típica de calentamiento para secado de refractario sin forma, requerida para evitar la explosión del vapor de agua

Evaporación del exceso de agua

Evaporación del agua de cristalización

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Instalación de Refractarios Métodos de instalación de refractarios sin forma Fundición Seco Húmedo Agua + mescladora cemento

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Agua + cemento (boquilla)

Agua + cemento (bomba)

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Instalación de Refractarios Eficiencia de Instalación

100% 90%

Assembly effort (h/t) Total assembly time (days) Cost

80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%

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Proceso y desgaste del refractario Las principales áreas de desgaste del refractario Pecho de Paloma

Herradura

Banca ?? 2014-04-10

Martillos rompedores y levantadores

Entrada satelites © 2014 Holcim Ltd

Proceso y desgaste del refractario • Pecho de Paloma • Alta carga térmica (alta temperatura de aire secundario, operación inestable del horno, acumulación de polvo en el techo del enfriador, etc.) • Desgaste por abrasión mecánica (alta velocidad de gases*, granulometría fina de clinker, etc.… • Alto impacto térmico (operación inestable del horno) * Velocidad de diseño requerida por proceso para nuevos enfriadores: < 7 m/s

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Proceso y desgaste del refractario • Banca del Enfriador • Desgaste por abrasión mecánica (demasiado gruesa / fina granulometría del clinker) • Sobrecalentamiento (operación inestable de la enfriadora, acumulo de clinker)

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Proceso y desgaste del refractario • Entrada Enfriador (Satélites) • Alto desgaste por abrasión mecánica (velocidad excesiva de gas debido a la operación forzada o sub dimensionamiento del horno, granulometría fina de clinker) • Sobrecalentamiento (inestable / inadecuada operación del horno)

Entrada Enfriador 2014-04-10

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Proceso y desgaste del refractario • Codo y zona de rompedores / levantadores • Alto desgaste por abrasión mecánica / impacto (clinker excesivamente fino / grueso) • Ataque de álcalis (aumento de los niveles de volátiles, uso de AFR) Rompedores / levantadores

Nuevo / Desgastado

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Diseño de Refractarios – Enfriador de parrillas Pecho de Paloma (soluciones avanzadas)

Bloques prefabricados • • •

Cambio rápido a través de la fijación desde el exterior - no a cabo en seco – sin secado Pecho de paloma no es accesible desde la parte posterior (estructura civil) Necesario ventilación externa para enfriar los anclajes 2014-04-10

Ladrillos con formas especiales • • • •

No requiere refrigeración No requiere ninguna adaptación en el pecho de paloma Necesario sustitución completa de la sección Numero limitado de proveedores (ej.: KRONAL® 63 AR Refratechnik)

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Diseño de Refractarios – Enfriador de parrillas Banco del Enfriador (con bloques prefabricados) Bloques refractarios prefabricados monolíticos con ~25% SiC

~1.2 m

• •

Cambio rápido (la fijación desde el exterior) - no es necesario secar Sustitución individual de los bloques es difícil

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Diseño de Refractarios – Enfriador de parrillas En general enfriadores de parrillas están bajo el concepto de Holcim para refractarios, que se basa en los siguientes pilares:  Instalación de refractarios de alta resistencia alcalina (ej.: refractarios de alto contenido de alúmina - base de carburo de silicio u óxido de zirconio) para evitar exfoliación alcalina y daños en las planchas de acero, debido a la expansión de revestimientos refractarios.  Instalación de un sistema/diseño hermético para el gas en la zona de recuperación del enfriador para evitar la corrosión por alta temperatura en anclas de acero y bridas  Aumento de la temperatura de la virola de acero 150 – 180°C en la zona de recuperación para evitar la corrosión ácida y oxidación de la virola del horno  La instalación de bloques monolíticos prefabricados y pre-templados en las zonas con revestimiento monolítico que están expuestos a un desgaste rápido

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Diseño de Refractarios – Enfriador de parrillas • Gas tight capsulated refractory design

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Diseño de Refractarios – Enfriador de parrillas

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Diseño de Refractarios – Enfriador de satélites Entrada enfriador (hierro fundido + monolítico) • fácil y rápido reemplazo Entrada en elipse de hierro fundido • Desgaste (sensible a abrasión)

Chute descarga con monolitico

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Diseño de Refractarios – Enfriador de satélites Entrada enfriador (solo refractario) • Resistencia a la abrasión • Instalación compleja

Entrada en elipse con ladrillos prefabricados SiC

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Type A Type B Type C

Lining pattern around inlets

Diseño de Refractarios – Enfriador de satélites Strengths • Reducing cracks in castables • Repairing limited areas possible

Weaknesses • Time consuming in installing (manpower, handling of kiln)

Strengths • Easier and faster to install

Weaknesses • Uncontrolled cracks (but less than C)

Strengths • Fastest installation • Possible for large kiln diameters

Weaknesses • Uncontrolled cracks • Problems with smaller kilns (gap between inlets)

Strengths • Experience in OZ • More protection of segments • Elements are turnable

Weaknesses • Higher costs

preferred

most commonly used  time! to be evaluated

Remark (for cold conditions): Materials and water for casting shall heated to 20-25°C  lower hardening time (4 to 6 hours)

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Diseño de Refractarios – Enfriador de satélites Rompedores / Levantadores

Sin refractario Con refractario Solo revestimientos con ladrillos SiC

Rompedores de acero fundido con ladrillos Levantadores de acero fundido con ladrillos 2014-04-10

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Diseño de Refractarios – Enfriador de satélites Rompedores / Levantadores • Buenas condiciones de refractarios y piezas internas en la sección revestida es crucial para lograr una vida satisfactoria en las siguientes secciones sin refractarios

• Uso de refractarios muy densos, que contengan SiC, resistentes al desgaste y ladrillos resistente a álcalis (ej.: R2000 de Refracta)

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new cam lining cam lining partly spalled or totally damaged (1 year operation)

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