Selección Refractario para hornos de Cemento

Diapositiva 1

REFRACTARIOS

Seleccin de refractarios para hornos de cemento (proceso va seca)

Repblica Bolivariana de Venezuela

Ministerio del poder popular para la educacin superior

Instituto Universitario de Tecnologa Dr. Federico Rivero Palacio

Departamento de tecnologa de materiales

Programa nacional de formacin ingeniera de materiales industriales

Trayecto IV

Julio, 2013

Profesor: Camillo Francesco

Alumnos:

Carrillo, Elisa.

Curso?

1

Indice

Introduccin

Objetivos

Cemento

Composicin qumica del cemento

Descripcin general del proceso

Tipos de Proceso

Reacciones qumicas y transformaciones

Etapas de la seleccin

Criterios de Seleccin

Requisitos mnimos y/o mximos de los refractarios requeridos

Seleccin de fabricante y planta de cemento Cerro Azul

Bibliografa

Objetivo General

Seleccionar los Refractarios utilizados en la industria cementera especficamente en Hornos Rotatorios.

Cemento

Fases mineralgicas :

C3S ( Alita)

C2S ( Belita)

C3A ( Celita)

C4AF ( F. ferritica)

Material Inorgnico compuesto silico aluminatos clcicos que al combinarse con el agua genera reacciones qumicas en la cual, la matriz obtenida genera propiedades de adhesin y cohesin con el posterior desarrollo de resistencias y endurecimiento de su conjunto.

Fuente: Vsquez Pablo, Seleccin de refractarios para hornos rotativos de cemento tipo portland

Materias Primas

Caliza

Caliza

Yeso

Arcilla

Composicin qumica del Clinker

Fuente: http://materias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/13_Clase%20Cemento.pdf
Fase MineralgicaCompuesto QumicoFormula QumicaNotacin CementeraAlitaSilicato Tricalcico3CaO.SiO2C3SBelitaSilicato Diclcico2CaO.SiO2C2SAluminato clcicoAluminato Tricalcico3CaO.Al2O3C3AFerritaFerroAluminato Tetra clcico4CaO.Al2O3.Fe2O3C4AF

5

Descripcin general del proceso seleccionadoDiagrama de flujo (Va Seca)


6

Tipos de proceso del cemento

Seccin del horno: Etapa donde se diferencian los procesos

Va Hmeda

Va Seca

Condicin de material: Slurry

Condicin de material: Seco

Fuente : http://www.understanding-cement.com/kiln.html

Horno Rotatorio - Va Seca
LongitudDimetroInclinacinVelocidad de rotacinTiempo de permanencia en el horno60 80 m4,2 - 7.0 m3,0 4,5 %Hasta 2,5 r.p.m.40 60 minutos
Fuente: http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/LECCION23.Proceso.COCCION.pdf

Esquema de ProcesosCaudales y Presin

Fuente: http://www.understanding-cement.com/kiln.html

ACOMODARRRR

9

Reacciones Qumica yTransformaciones presentadas (Va Seca)

Fuente: http://www6.uniovi.es/usr/fblanco/LECCION23.Proceso.COCCION.pdf
Punto del procesoT CProcesoTransformaciones qumicas ms importantes> 900Descomposicin de la caliza con formacin de CS y CA y formacin de CO2CaCO3 CaO + CO23CaO + 2SiO2 + Al2O3 2(CaOSiO2) + CaOAl2O31100 - 1310Fijacin de la cal por CS (silicato clcico) y CA (aluminato clcico) con formacin de C4AF (aluminoferrito tetraclcico) y C3A (silicato triclcico).CaO2SiO2 + CaO 2CaOSiO22CaO + SiO2 2CaOSiO2CaOAl2O3 + 2CaO 3CaOAl2O3CaOAl2O3 + 3CaO + Fe2O3 4CaOAl2O3Fe2O31250 - 1450Nueva fijacin de cal por C2S (silicato biclcico) con formacin de C3S en presencia de fase lquida2CaOSiO2 + CaO 3CaOSiO2
HORNO ROTATORIO

10

Etapas de seleccin
Seleccin de Refractarios en Hornos de cementoEtapaInformacinIDiagrama de flujo:Descripcin del proceso Va HmedaSeleccionado Va SecaEsquema de proceso con: Temperatura por zonas Composicin qumica de la cargaReacciones qumicas y transformacinIIExplicacin de los criteriosSegn zonas
Fuente: Normativa de presentacin Seleccin de refractario 2012

Esfuerzos

Corrosin

Abrasin

Temperatura

Diagramas de fases

Mecnicos

Qumicos

Trmicos

Etapas de seleccin
EtapaInformacinIIIClasificacin:Relacin de criterios Por su comportamiento concon RefractariosRespecto a otros elementos Composicin qumica Densidad Por su aplicacin y/o presentacinIVPropieda-des Densidad aparente (g/cm) BDTabla requisitos mnimos Porosidad aparente (Vol %) APy/o mximos de los refractarios requeridos Resistencia a la compresin en caliente (N/mm) CCS Resistencia al choque trmico (ciclos) TSR (Aire= Bsicos) (Agua= Al2O3)
Mecnicos

Qumicos

Trmicos

Fsicos


Etapas de seleccin
EtapaInformacinIV(continuacin)Ladrillos Refractariedad bajo carga (C) RUL, ta t0,5 Conductividad trmica (W/m K) TC Materia primaMoldeables Expansin lineal trmica (%) LTE 1000 C.VSegn ZonaTabla con la seleccin deIZona de cargaRefractarios (Datos del IICalentamiento y ClinkerizacinFabricante y Planta Cerro Azul)IIIEnfriamiento y/o Zona de descargaVIConclusionesVIIReferencias

Dependiente de las solicitaciones de las ZONAS del horno
CriteriosExplicacinAlta resistencia mecnicaEsfuerzos mecnicos carcasa-refractario/ refractario-refractario/refractario/cargaPoder RefractarioEstabilidad frente a carga trmicaEstabilidad ante los cambios de temperatura T=400C entre superficie y base de ladrilloCapacidad de Resistencia QumicaClinker 65% CaO-Alta basicidad, Sinterizacin: fase lquida 20-25%Dilatacin por el calor o estabilidad de volumenFuertes solicitaciones de compresin que producen desconchamiento por diferencia de dilatacin entre carcasa y refractarioConductividad trmicaInfluencia de formacin de costra, : Formacin de costraResistencia al rozamiento Solo se tiene en cuenta para el arranque y para la formacin de costraPorosidad Gran importancia poros abiertos ya que una alta porosidad abierta activa la permeabilidad, promoviendo el paso de los gases y fases lquidas.
Criterios de seleccin

Fuente: ARNAL, A. 2010

14

Zona ICargaZona IIQuemadorTransicin AltaSeguridadCalcinacinZona IIIDescarga
Dependiente de las solicitaciones de las ZONAS del horno

Fuente: RHI. Brochure y Vsquez, Pablo Seleccin de refractarios para hornos rotativos de cemento tipo portland
Alta Al2O3 -Buena resistencia mecnica y a la abrasinAlta almina Al2O3 -Buena resistencia mecnica y a la abrasin, Resistencia a altas temperaturasSi2O3.Al2O3 -Buena resistencia mecnica y a la abrasinMgO -Resistencia al desconchamiento y los lcalis-Buena Resistencia mecnica
Criterios de seleccin

15

Requisitos mnimos y/o mximos de los Refractarios requeridos
PropiedadesZonas dentro del horno Rotatorio (RHI)IIIIIICargaCalcinacinSeguridadTransicin AltaQuemadorDescargaBD g/cm)2,232,432,783,013,032,78AP (Vol %)1714,5151817,515CCS (N/mm)50801206555120TSR (ciclos) 20 Water>30Water30>100>10030RUL (C) 13001350t0,51500>1650>16001500TC (W/mK)500 C1,201,852,502,702,902,50750 C1,301,902,252,502,602,51000 C1,401,952,202,302,302,20Materia PrimaSiO2-Al2O3Alta Al2O3Alta Al2O3Mg-CrMg-CrAlta Al2O3
Segn fabricante RHI

16

Seleccin de los Refractarios segn fabricante

FabricanteZonas dentro del hornoComposicin Qumica (%)MgoCaOSiO2Al2O3Fe2O3Cr2O3RHIICarga54411,5IICalcinacin42541,6Seguridad19761,5Transicin Alta76,71,80,82,89,98,0Quemador81,41,80,82,28,05,8IIIDescarga19761,5PropiedadesDensidad Aparente BD (g/cm)Porosidad Aparente AP (Vol %)Resistencia a la Compresin CCS (N/mm)Resistencia al Choque Trmico TSR (ciclos) Refractariedad Bajo Carga RUL (C)

17

5.60m

12.57m

Zona presinterizacin y calcinacin: 41.02m

Largo total: 60m

0.76m

Plano de Horno Rotatorio de Planta Cerro Azul

Zona de entrada

Precalentamiento

Calcinacin y Clinkerizacin

Zona de salida

752HAR/701

708

720

720

Detalles zona de entrada y salida

752HAR

701

720

Fuente: Polysius,2008

* HAR= High Alkali-Resistent for example because of high amount of SiC and/or Low and Ultra Low Cement refractory concrete

Requerimientos de refractarios Planta Cerro Azul

PropiedadesMateriales HornoQuemador752HAR*701708720758HAR%Al2O345-5039-4375-803-1090-95%SiO245-5050-54150,55-10%MgO---82-91-BD (Kg/cm3)2,352,252,83,13,25%Po1515181716%KDF (N/mm2)100 (1000C)5010050130 (1000C)TSR (Lutuf air)-50-100-TSR (Wasser water)--30--Tmx (C)1500---1750DFB(ta) (C)-140015801700-WLF (W/mK)3001,611,8543,57001,71,11,732,810001,81,21,752,7-


Condiciones de operacin Planta Cerro Azul

Para ser considerados en la seleccin de materiales

Plano de Quemador del Rotatorio de Planta Cerro Azul

Largo total: 81m

Clinkerizacin

Zona de salida

Espesor capa: 0,30m


Comparacin entre Fabricante y Planta Cerro Azul

Fuente: RHI y Cerro Azul
rea del HornoRHICerro AzulCargaSi2O.Al2O3Si2O.Al2O3CalcinacinAlta alminaAlta alminaClinkerizacinMagnesia-AlminaMagnesia-AlminaDescargaAlta alminaMagnesia-Almina

Vista de instalaciones de enladrillado de hornos de Cemento

Vista de costra aprox. 12cm

Obsrvese la reparacin con ladrillos refractarios en hornos de cemento

Conclusiones

Los refractarios utilizados en los hornos de la industria cementera estn expuestos a diferentes solicitaciones mecnicas, qumicas y trmicas de forma variante debido a las diferentes zonas del mismo.

Los requisitos generales de estos refractarios son: Buena Resistencia mecnica, abrasin, a altas temperaturas, corrosin por ataque del lcalis y a los choques trmicos.

Debido los volmenes y esfuerzos manejados por el equipo las reparaciones son frecuentes, esto se minimiza garantizando la vida del refractario manteniendo condiciones ptimas de operacin.

Si bien no se especific en el resumen la tendencia de los Fabricantes es el no uso de Cr en las composiciones MgO-Cr por ser agente txico

POLYSIUS AG. Refractory Lining, Rotary Kiln.2008

Villanueva Rodrguez T. Minerales industriales. Junta de Castilla y Len (2007).

Manufacturing-thecementkiln.

http://www.understanding-cement.com/kiln.html

http://materias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/13_Clase%20Cemento.pdf

Ramayo M. Dimensionamiento de un horno rotatorio para la produccin de clinker de cemento Portland (2008).

RHI Brochure - Cement Lining Concepts.www.rhi-ag.com

Planos planta Cerro Azul

Referencias Bibliografica

Figura N 4. Diagrama de fase CaO-Al2O3-SiO2. Ubicacin de los tipos de cementos obtenidos.

Fuente: J.J. Neville. J.Phys. Chem

Diagramas de fases

Si2O-Al203-CaO

Diagrama de fase MgO-CaO-SiO2

Fuente: Tecnologa cermica aplicada. SACMI, volumen 1

Diagrama de fase MgO-Al2O3-SiO2

Fuente: Tecnologa cermica aplicada. SACMI, volumen 1

Selección Refractario para hornos de Cemento

Documents

Transcript of Selección Refractario para hornos de Cemento