El proceso de cocción de productos refractarios consta principalmente de tres pasos: carga del horno, cocción a alta-temperatura y descarga del horno.
01 Carga del horno
En elladrillos refractariosDurante el proceso de cocción, hay un dicho que dice: "70% apilamiento, 30% cocción". Esto revela profundamente que la carga del horno (o carga del horno) es la piedra angular de la calidad de la cocción. La carga del horno es el proceso crítico para apilar ladrillos científicamente de acuerdo con la estructura del horno y el sistema térmico. Para garantizar la calidad, las operaciones deben realizarse de acuerdo con diagramas de carga del horno estandarizados y normas técnicas. Los principios básicos son optimizar el flujo de aire y la distribución del calor, y colocar correctamente los diferentes ladrillos dentro del horno.
1. Adaptación del requisito: determinar el método de apilamiento según el tipo y la forma del ladrillo
Configuración del tipo de ladrillo: determine la altura de carga del horno y el método según el tipo de ladrillo. Por ejemplo, los ladrillos de magnesia y los ladrillos de alúmina de primer-grado-alto se apilan normalmente a una altura de 1 a 1,1 metros, los ladrillos de sílice a 1 a 1,7 metros y los ladrillos de arcilla en algún punto intermedio. En términos de métodos de apilamiento, generalmente se usa embalaje plano, mientras que los ladrillos de sílice a menudo se apilan verticalmente y los ladrillos de arcilla se pueden cargar de lado.
Disposición por tipo de ladrillo: se debe planificar una proporción razonable de ladrillos de forma estándar y{0}}especial en el carro del horno, normalmente en una proporción de 6:4. En términos de diseño espacial, los ladrillos estándar y estándar generalmente se apilan en la parte inferior, mientras que los ladrillos con formas especiales-se apilan en la parte superior. Los ladrillos-con formas especiales, que son particularmente propensos a agrietarse, requieren un embalaje protector utilizando un método de "ladrillo-en-ladrillo".
2. Optimización de la densidad: equilibrio entre calidad, producción y consumo de energía
Al tiempo que se garantiza la calidad de la cocción, se debe maximizar la densidad de carga del carro del horno. Esto afecta directamente la producción del horno y reduce el consumo de combustible por unidad de producto, lo que lo hace crucial para una producción eficiente y energéticamente-eficiente.
3. Garantizar el campo de flujo: controlar los parámetros clave para optimizar la transferencia de calor
Para garantizar un flujo de aire fluido y una transferencia de calor uniforme durante la cocción, el diagrama de carga del horno requiere un control estricto de dos parámetros clave:
Valor K (relación de área del canal): esto se refiere a la relación entre el área de la sección transversal-del canal exterior (fout) y el área de la sección transversal-del canal interior (aleta), es decir, K=fout/aleta. Este valor afecta la distribución de la llama dentro del horno.
Rango común: 1,3-1,6 para ladrillos de arcilla y ladrillos de sílice; 1,3-1,4 para ladrillos con alto contenido de alúmina y productos de magnesia.
Propósito: Un valor AK superior a 1 garantiza llamas suficientes en las superficies exteriores de la pila de ladrillos. Sin embargo, un valor demasiado grande puede provocar llamas insuficientes en el centro, provocando una quema insuficiente.
Valor m-(módulo de sección transversal-efectivo): Esto se refiere al porcentaje del área total de todos los canales longitudinales (fout + aleta) respecto del área de sección transversal-total del horno (ftotal), es decir, m=(fout + aleta) / ftotal × 100%.
Rango común: 25-35% para ladrillos de arcilla y ladrillos de sílice; 35-50% para ladrillos con alto contenido de alúmina y ladrillos de magnesia.
Propósito: Un valor m-mayor reduce la resistencia al flujo de aire, pero la capacidad de carga se reducirá en consecuencia.
4. Operación estándar: Garantiza la estabilidad de la pila de ladrillos y evita que se peguen
Incluso con un plan de carga del horno razonable, una operación inadecuada puede provocar la deformación del producto. Por lo tanto, el requisito fundamental para la calidad de la carga del horno es garantizar que la pila de ladrillos sea "plana, estable y recta". Uso de arena de relleno: Para evitar que los ladrillos se peguen a altas temperaturas y reducir la deformación, se debe distribuir uniformemente arena de relleno con un tamaño de partícula de 0,5 a 3 mm entre cada capa de ladrillos al cargar el horno.
Selección de relleno de arena:
Ladrillos de arcilla/ladrillos con alto contenido de alúmina: utilice arena de sílice, virutas de bauxita, cáscara de arroz o ceniza de cáscara de arroz.
Ladrillos de sílice: utilice arena de ladrillos de sílice de desecho o arena de sílice.
Ladrillos de magnesia: utilice arena de magnesia o arena de mineral de cromo.
02 Cocción a alta temperatura
Durante el proceso de cocción, los ladrillos sufren una serie de reacciones físicas y químicas que los hacen densos, aumentan su resistencia, estabilizan su volumen y garantizan dimensiones externas precisas.
1. Tres etapas del proceso de cocción.
Cuando se cuecen materiales refractarios, todo el proceso de cocción se puede dividir en tres etapas según las características de los cambios en los productos:
(1) Etapa de calentamiento, que es desde que el producto ingresa al horno o se enciende hasta que el producto alcanza la temperatura más alta de cocción. Durante esta etapa, los ladrillos se calientan, se descargan el agua residual y el agua de cristalización química, se descomponen determinadas sustancias y se forman nuevos compuestos, se genera la transformación policristalina y la fase líquida, incluyendo la descomposición y combustión por oxidación de aglutinantes y aditivos orgánicos e inorgánicos, que liberan CO2, agua y otras moléculas pequeñas. Durante esta etapa, por las razones anteriores, se reduce el peso del ladrillo, se aumenta la porosidad y se reduce la resistencia. A medida que aumenta la temperatura, se alcanzan la temperatura de formación de la fase líquida y la temperatura de síntesis de la fase. Debido a la difusión, flujo, disolución, precipitación y transferencia de masa de la fase líquida, las partículas se acercan aún más bajo la acción de la tensión superficial del líquido, lo que promueve la densificación del ladrillo, aumenta su resistencia, reduce su volumen, reduce su porosidad y el ladrillo se sinteriza.
(2) La etapa de conservación del calor a la temperatura de cocción más alta: varias reacciones en el ladrillo tienden a ser completas y suficientes, la cantidad de fase líquida aumenta, la fase cristalina crece aún más y el ladrillo alcanza la densificación. Durante el proceso de cocción, no sólo la superficie del producto debe alcanzar la temperatura de cocción, sino que también el interior del producto debe alcanzar la temperatura de cocción. Este proceso de uniformidad de temperatura se logra mediante transferencia de calor, lo que requiere una cierta cantidad de tiempo. Se puede observar que cuanto mayor sea el producto y mayor la densidad del horno, mayor será este tiempo. Además, debido a la temperatura desigual de varias partes del horno, también se requiere una cierta cantidad de tiempo de aislamiento.
(3) La etapa de enfriamiento se refiere al período desde la temperatura más alta de cocción hasta la temperatura de descarga del horno. Durante esta etapa se fijan básicamente los cambios estructurales y químicos del producto a alta temperatura. En la etapa inicial de esta etapa, también se producen algunos cambios físicos y químicos en el producto, como cristalización de fases, transformación cristalina de ciertos cristales, solidificación de la fase vítrea, generación de microfisuras, etc. El sistema de enfriamiento afectará las propiedades físicas del producto, como la fuerza y la resistencia al choque térmico.
2. Sistema de disparo
Para realizar razonablemente la cocción de diversos productos refractarios, se debe determinar de antemano el sistema de cocción de cada producto, que incluye: la temperatura de cocción más alta; la tasa de calentamiento en cada etapa; el tiempo de aislamiento a la temperatura más alta; la velocidad de enfriamiento cuando se enfría el producto; y las propiedades de la atmósfera en el horno durante las etapas anteriores. El programa de cocción se puede trazar como una curva con el tiempo (horas) en el eje horizontal y la temperatura (grados) en el eje vertical, o se puede presentar como una tabla con el rango de temperatura, la velocidad de calentamiento y el tiempo como contenido.
La temperatura de cocción de los productos refractarios depende principalmente de:
1) Las propiedades de las materias primas utilizadas. El punto de fusión de las principales fases minerales de las materias primas, la temperatura eutéctica más baja entre las fases minerales y el número de estas fases están directamente relacionados con la temperatura de cocción. La temperatura de cocción de referencia para los productos refractarios es aproximadamente 0,8 veces el punto de fusión de las principales fases minerales. Por lo tanto, la temperatura de cocción de los ladrillos de magnesia de alta-pureza es más alta que la de los ladrillos de magnesia y espinela; la temperatura de cocción de los ladrillos de corindón es más alta que la de los ladrillos de mullita; y la temperatura de cocción de los productos refractarios básicos es más alta que la de los productos refractarios con alto contenido de alúmina.
2) Para el mismo material, cuanto mayor sea la pureza de la materia prima, mayor será la temperatura de cocción. Los productos básicos unidos directamente de alta-pureza tienen una temperatura de cocción más alta que los productos básicos-unidos con silicato.
3) El tamaño de las partículas de los finos de la materia prima. Un mayor grado de dispersión da como resultado una mayor área superficial específica, mayor energía libre superficial y mayor cinética de sinterización. Por tanto, los polvos finos pueden favorecer la sinterización y reducir las temperaturas de cocción. Durante el proceso de cocción, la velocidad de calentamiento (enfriamiento) permitida y el tiempo de mantenimiento requerido de los productos refractarios durante los procesos de calentamiento y enfriamiento dependen de: 1) las tensiones internas generadas por los cambios físicos y químicos que ocurren dentro del producto durante el calentamiento y enfriamiento; 2) la temperatura y el tiempo necesarios para completar estos cambios físicos y químicos; y 3) las tensiones generadas por el gradiente de temperatura, expansión térmica y contracción del producto refractario durante la cocción.
Los productos refractarios se pueden cocer mediante dos métodos de calentamiento: cocer a una temperatura más baja durante más tiempo o cocer a una temperatura más alta durante menos tiempo. Sin embargo, debido a la lenta transferencia de calor dentro del horno y al calentamiento desigual del producto dentro del horno, el uso de cocción rápida para productos refractarios tiene limitaciones.
La atmósfera del horno durante la cocción puede ser oxidante, neutra, reductora o inerte y debe controlarse de acuerdo con los requisitos de sinterización. La atmósfera del horno durante la cocción afecta los cambios químicos en el producto durante la cocción. Por ejemplo, cocer ladrillos de arcilla en una atmósfera oxidante convierte el FeO del producto en Fe₂O₃, mejorando su refractariedad y permitiendo que la materia orgánica de los ladrillos se queme y se volatilice. Los ladrillos de sílice, por otro lado, normalmente se cuecen en una atmósfera reductora para mejorar la mineralización de los mineralizadores de hierro añadidos. Los productos que contienen carbono-, para evitar la oxidación del carbono, requieren cocción en una atmósfera reductora aislada del aire o en una atmósfera controlada de nitrógeno. Por lo tanto, diferentes productos requieren diferentes atmósferas de cocción.
El programa de cocción de productos refractarios depende no sólo del tipo, forma y tamaño del producto, sino también del tipo de equipo de cocción. Por ejemplo, los hornos de tiro descendente grandes requieren una velocidad de calentamiento más lenta y tiempos de mantenimiento más prolongados para garantizar una temperatura uniforme en todos los ladrillos. Un programa de cocción inadecuado puede aumentar las tasas de desperdicio y reducir la calidad del producto. El programa de cocción adecuado se basa en orientaciones teóricas y en la experiencia práctica.
03 Descarga del horno
La descarga del horno se refiere al proceso de retirar los productos cocidos completamente enfriados del horno o del vagón del horno. La estandarización y competencia de este vínculo están directamente relacionadas con la calidad de apariencia del producto. Una operación incorrecta puede provocar fácilmente defectos en el producto y es un factor clave que afecta la tasa de rendimiento. En la producción de materiales refractarios, generalmente se deben tener en cuenta los siguientes puntos al operar el horno:
(1) Al tomar y colocar ladrillos, se deben manipular con cuidado para evitar defectos en la apariencia del producto causados por una operación descuidada.
(2) Los productos con diferentes números de ladrillos deben apilarse estrictamente por separado, es decir, los productos con diferentes números de ladrillos no se pueden colocar en la misma tabla de ladrillos al salir del horno; de lo contrario, es fácil causar confusión durante la inspección y selección de productos terminados. Porque la apariencia de algunos productos con diferentes números de ladrillos puede ser exactamente igual, pero hay una pequeña diferencia en un determinado tamaño (unos pocos mm o más de diez mm). Si se mezclan sobre una tabla de ladrillos, es fácil confundir el producto de un número de ladrillos con desperdicio durante la inspección y selección. Esto no sólo provocará desperdicio, sino que también afectará el uso. Después de apilar ladrillos de diferentes modelos, conviene marcarlos.
(3) Los ladrillos para herramientas (ladrillos de rejilla, ladrillos fundidos, etc.) deben clasificarse y apilarse para su uso continuo al cargar el horno.
(4) Preste atención a la operación segura y a la protección laboral al sacar ladrillos del horno y transportarlos.
