Avances en la configuración y aplicación de materiales refractarios amorfos en nuevos hornos de cemento por vía seca

Los requisitos de los materiales refractarios varían según la parte de los sistemas de hornos de cemento, con sus diferentes especificaciones. Durante el diseño y la adaptación, es fundamental seleccionar materiales refractarios que se ajusten a sus necesidades. Además, las diferencias en las materias primas, la calidad del combustible, las condiciones del equipo, los hábitos de operación, etc., utilizadas por los distintos fabricantes de cemento presentan requisitos de rendimiento ligeramente diferentes para ls materiales refractarios. A continuación, se analizan los principales problemas que plantea el uso de materiales refractarios amorfos (principalmente hormigones) en nuevos hornos de cemento por vía seca y su configuración actual.

Aplicación y problemas existentes de los materiales refractarios amorfos en sistemas de cemento

1.1 Bocas frontal y trasera del horno rotatorio

La mayoría de los materiales refractarios utilizados en las bocas frontal y trasera de los hornos rotatorios se diseñan actualmente como hormigones, especialmente los de la boca frontal. Además de soportar altas temperaturas superiores a 1400 °C, también se dañan principalmente por estrés mecánico, estrés térmico y erosión química causada por azufre, cloro y sustancias alcalinas durante su uso. Actualmente, los problemas más comunes son: la falta de resistencia al desgaste y a la erosión, la facilidad de desprendimiento y la corta vida útil de los refractarios en las bocas delantera y trasera del horno es generalmente de 4 a 8 meses.

1.2 Tubería de inyección de carbón (quemador de horno de cemento)

Los refractarios para tuberías de inyección de carbón, además de soportar la alta temperatura de 1400 °C en el entorno de trabajo, también deben soportar la tensión del ciclo térmico y la erosión del flujo de aire de polvo S. El problema actual radica en los frecuentes cambios de temperatura y las grandes diferencias de temperatura. El revestimiento refractario a 1 m de la tubería de inyección de carbón es propenso a la coquización y el desprendimiento, especialmente en la parte inferior del extremo frontal, que también es propensa a la coquización y la formación de azufre, lo que produce desprendimiento similar a escamas. Su vida útil es corta, generalmente de 3 a 7 meses.

1.3 Tapa del cabezal del horno

Los hormigones para la tapa del cabezal del horno incluyen las paredes laterales superior e inferior. La parte superior de la tapa está sujeta principalmente a la abrasión del flujo de aire polvoriento a alta temperatura. Las paredes laterales de la tapa no solo deben soportar la abrasión del polvo a alta temperatura, sino también el desgaste del clínker de cemento. El problema actual radica en la dificultad de su construcción y la facilidad de rotura si no se realiza el horneado después de la construcción, lo que resulta en una vida útil corta, generalmente de 6 a 12 meses.

1.4 Enfriador de parrilla y pared baja

Los hormigones para el enfriador de parrilla incluyen las paredes superior y laterales de la primera etapa y las paredes superior y laterales de la segunda etapa.

La parte superior de la primera etapa del enfriador de parrilla está expuesta a una alta radiación térmica del clínker de cemento y a la convección térmica del aire, y la temperatura de trabajo cambia con frecuencia, lo que provoca un choque térmico severo. Las paredes bajas a ambos lados de la primera etapa del enfriador de parrilla están sujetas al desgaste a largo plazo del clínker a alta temperatura, además de sufrir daños causados por el estrés térmico y el estrés mecánico. La temperatura de la segunda etapa del enfriador de parrilla es relativamente inferior a la de la primera. El problema actual radica en su construcción compleja y la facilidad de rotura si el horno no se realiza correctamente después de la construcción. El desgaste es severo y la vida útil es corta, generalmente de 6 a 12 meses.

1.5 Sistema de descomposición fuera del horno

El sistema de descomposición fuera del horno incluye principalmente ciclones de 1 a 5 niveles, tuberías de alimentación, conos del horno de descomposición y cámaras de humo. El ciclón se ve afectado principalmente por la continua volatilización y condensación de componentes nocivos como álcali, cloro y azufre en las materias primas del cemento, que circulan y enriquecen constantemente, lo que provoca una fuerte erosión química en los refractarios y daños por agrietamiento alcalino. La tubería de descarga, el cono del horno de descomposición y la cámara de humo se ven afectados principalmente por la calcinación de materias primas de baja calidad, residuos y polvo de carbón combustible de baja calidad durante el proceso de producción de cemento, lo que resulta en el enriquecimiento de sustancias nocivas como cloro, azufre y álcali en todo el sistema del horno. Los conos ciclónicos de 4.º y 5.º nivel, las tuberías de descarga de 4.º y 5.º nivel, los conos del horno de descomposición y las cámaras de humo son propensos a la formación de costras, lo que resulta en el uso frecuente de cañones de aire y pistolas de agua, lo cual no solo es riesgoso, sino que también afecta la producción normal del proceso y reduce la velocidad de operación del sistema del horno de cemento.

1.6 Compuerta y codo del conducto de aire de tres vías

La temperatura del aire terciario con polvo en el conducto es de 800 a 1000 °C, y la velocidad del viento es de aproximadamente 25 m/s. El revestimiento refractario de los codos, las compuertas y otras partes del conducto con clínker es fácil de desprender o incluso romper. Su vida útil mínima es de tan solo 3 o 4 meses, y la máxima, de tan solo 6 meses. Una vez desgastado el revestimiento refractario de la compuerta o el codo del conducto, la compuerta y el codo se desgastan, y el horno debe detenerse para su reemplazo. En vista de los problemas existentes con los materiales refractarios en la nueva línea de producción de cemento por vía seca mencionados anteriormente, este artículo recomienda la siguiente configuración de materiales refractarios amorfos para su uso en diferentes partes de las líneas de producción de hornos de cemento por vía seca de tamaño grande y mediano.

2.1 Hormigones para la boca del horno

De acuerdo con las características de uso de la boca frontal del horno, se recomienda utilizar hormigones de andalucita de baja expansión y resistencia al choque térmico JD-80AS para la boca del horno de 5000 t/d o menos; hormigones de andalucita de alto rendimiento y resistentes al desgaste JD-85AS para 5000 t/d o más; y hormigones de corindón-mullita resistentes al desgaste JD-75M para la boca trasera del horno. Este tipo de producto presenta excelente resistencia al desgaste, resistencia a los álcalis a altas temperaturas y resistencia a la corrosión, así como buena resistencia al choque térmico y al desconchado.

2.2 Tubos de inyección de carbón refractarios

Dado que la temperatura de los tubos de inyección de carbón cambia con frecuencia y la diferencia de temperatura es grande, el extremo frontal es propenso a agrietarse y descascarillarse, especialmente la parte inferior, propensa a la coquización y la deposición de azufre. Se recomienda utilizar tubos de inyección de carbón de andalucita de baja expansión y resistencia al choque térmico JD-80AS refractarios para 5000 t/d o menos, y tubos de andalucita de alto rendimiento y resistencia al desgaste JD-85AS refractarios para 5000 t/d o más. Este tipo de producto presenta una excelente estabilidad al choque térmico y buena resistencia a la erosión.

2.3 Materiales refractarios para la campana del horno

Dado que la parte superior de la campana del horno está sujeta principalmente a la erosión del flujo de aire polvoriento a alta temperatura, la pared lateral de la campana no solo debe soportar la erosión del polvo a alta temperatura, sino también el desgaste del clínker de cemento. Si no se hornea en su lugar después de la construcción, es fácil que reviente. Debido a las características de esta pieza durante su funcionamiento, se recomienda utilizar el refractario resistente al desgaste de corindón-mullita JD-75M, con buena estabilidad de volumen a alta temperatura, buen rendimiento antidesgaste y relativa resistencia al desgaste.

2.4 Materiales refractarios para enfriadores de parrilla y paredes bajas

De acuerdo con las características de temperatura y uso de las paredes superiores y laterales de la primera etapa del enfriador de parrilla y las paredes superiores y laterales de la segunda etapa, se puede utilizar el refractario resistente al desgaste de mullita JD-M20-65 de alta resistencia en la zona de alta temperatura de la primera etapa, y el refractario resistente al desgaste de aluminio JD-16F de alta resistencia en la segunda etapa. Para la pared baja del enfriador de parrilla se puede utilizar el refractario de pared baja JD-M20-70 o ladrillos prefabricados especiales resistentes al desgaste JDY-M70. En particular, los ladrillos prefabricados especiales resistentes al desgaste para muros bajos se caracterizan por su fácil instalación, larga vida útil y rápida sustitución, por lo que deben promoverse enérgicamente.

2.5 Materiales refractarios para el sistema de descomposición fuera del horno

Debido a la alta concentración de componentes nocivos como álcali, azufre y cloro en el sistema fuera del horno, y a la fácil formación de costras en el cono del 4.º y 5.º ciclón, los 4.º y 5.º conductos de alimentación, el cono del horno de descomposición y la cámara de humo, se recomienda utilizar hormigón refractario JD-13NL de alta resistencia y resistente a los álcalis para los niveles 1.º, 2.º y 3.º del precalentador; hormigón refractario JD-16 de alta resistencia y alto contenido de aluminio para los niveles 4.º y 5.º del precalentador, el horno de descomposición y la sección recta del conducto de aire terciario. Hormigones antiincrustantes de carburo de silicio para la cámara de humo y el tubo de alimentación. Además, la cámara de humo también puede construirse con ladrillos prefabricados especiales resistentes al desgaste.

2.6 Materiales refractarios para codos y válvulas de conductos de aire terciario

Dadas las características de los codos y válvulas de conductos de aire terciario y la alta velocidad de los fluidos polvorientos presentes en los conductos, se pueden utilizar moldes refractarios JD-17MF de alta resistencia al desgaste y a la corrosión para codos de conductos de aire terciario, así como compuertas prefabricadas para conductos de aire terciario. Este producto se moldea y cuece directamente antes de salir de fábrica, y se puede instalar y utilizar directamente después de salir de fábrica. Ofrece las ventajas de una fácil elevación y uso, además de una larga vida útil.

Además, en las reparaciones de emergencia en plantas de cemento, se pueden utilizar recubrimientos refractarios por pulverización, que ofrecen las ventajas de una construcción sin molde, una alta eficiencia de pulverización y un buen rendimiento a prueba de explosiones. Los recubrimientos refractarios por pulverización de mullita JD-PT-M45 se pueden utilizar en precalentadores, hornos de descomposición, campanas de horno, conductos de aire terciarios, enfriadores de parrilla y otras piezas. Los recubrimientos refractarios por pulverización antiincrustantes JD-PT-50S se pueden utilizar en cámaras de humo y hornos de descomposición.

Precauciones para la construcción de materiales refractarios amorfos

Excepto una pequeña cantidad de ladrillos prefabricados, como los ladrillos prefabricados resistentes al desgaste de cambio rápido para muros bajos y los ladrillos prefabricados especiales resistentes al desgaste para cámaras de humo, que se pueden ensamblar y colocar directamente en obra, y los materiales de recubrimiento por pulverización que se pueden aplicar directamente en obra, el resto de los materiales refractarios amorfos utilizados en hornos de cemento son principalmente hormigones refractarios, que son materiales a granel que deben moldearse y moldearse en la planta de producción. Además, la cantidad de agua añadida y el tiempo de construcción de cada tipo de material son diferentes. Los métodos de vertido y vibrado también varían en cada obra. La calidad de la construcción afecta directa y seriamente la vida útil de los hormigones posteriores. Por lo tanto, al construir hormigones, es necesario seguir estrictamente el proceso de construcción y el sistema de horneado especificados por el fabricante para garantizar su vida útil. Los requisitos básicos de construcción son los siguientes:

(1) La cantidad de agua añadida al hormigonado debe cumplir con los requisitos de construcción. Cuanto menor sea el agua añadida, mejor será el rendimiento general. El hormigonado debe agotarse en 30 minutos y no se debe utilizar el material refractario que haya reaccionado y fraguado inicialmente.

(2) Se debe utilizar una mezcladora forzada para mezclar los hormigones. Esta debe limpiarse cuidadosamente antes de su uso para garantizar su limpieza. Durante la mezcla, el árido, el polvo y el aglutinante deben mezclarse uniformemente, y luego se debe agregar aproximadamente un 80 % de agua limpia. Finalmente, se debe agregar el agua restante hasta obtener la fluidez adecuada para la construcción.

(3) El hormigonado refractario vertido en el encofrado debe vibrarse uniformemente. No debe vibrarse durante mucho tiempo en la misma posición para evitar la segregación del material. No toque las piezas metálicas de anclaje ni la capa de aislamiento ligero. Una vez que se observe que la superficie del hormigón está pastosa y que las burbujas disminuyen, se debe retirar lentamente la varilla vibratoria para evitar la segregación y la formación de agujeros en la capa de hormigón.

(4) Para vertidos a gran escala, se debe construir en bloques, con un área de 1,5 m² por bloque. Las juntas de expansión deben reservarse según los requisitos del diseñador y no deben omitirse.

(5) Una vez endurecida la superficie del revestimiento, la resistencia requerida debe ser superior al 70 % antes de poder retirar el molde.

(6) Tras retirar el encofrado, el revestimiento debe inspeccionarse sistemáticamente lo antes posible. Si se detectan problemas de calidad, como desprendimientos, agujeros y panales, se puede utilizar el mismo tipo de hormigón para continuar con la reparación, el vibrado y el curado. La superficie del revestimiento debe ser lisa y limpia, sin picaduras.

Conclusión

El nuevo sistema de horno de cemento de proceso seco ofrece ventajas que los hornos de cemento de proceso húmedo y los hornos de cemento de proceso seco tradicionales no pueden igualar. La selección de materiales refractarios amorfos también difiere de otros tipos de hornos de cemento; cada empresa puede optimizar la configuración de los materiales refractarios amorfos según las características reales de sus equipos, combustible y materias primas, y seguir estrictamente las instrucciones de construcción del fabricante del refractario para garantizar la vida útil esperada, reduciendo así el número de paradas del horno y el tiempo de mantenimiento, mejorando la tasa de operación del sistema y logrando el objetivo de producción estable, alta producción y bajo consumo energético.