Estudio de los fenómenos de corrosión que se dan en hornos de fabricación de clinker, tratando especialmente la parte metálica, sin dejar atrás la degeneración del ladrillo refractario.

1. FENÓMENOS DE
CORROSIÓN EN HORNOS DE
CLINKER
José María Cruz Oria
Master de Ciencia yTecnología de Nuevos Materiales. Curso 2016/2017
1

2. OBJETO
Estudio de los fenómenos de corrosión que se dan en hornos
de fabricación de clinker, especialmente en la parte metálica del
mismo, sin dejar atrás la degeneración por distintos mecanismos
del ladrillo protector.

3. ÍNDICE
1. Definición de Clinker
2. Proceso de Fabricación del Clinker de Cemento Portland
3. Química del proceso de clinkerización
4. Horno Rotatorio
1. Zonas del horno rotatorio
2. Interior del horno rotatorio
5. El ladrillo como puerta de entrada a la corrosión.Tipos de Ladrillo Refractario.
6. Mecanismos de degeneración del ladrillo refractario
7. Tipos de corrosión en la virola
1. Corrosión por SO2
2. Corrosión por Cloruros

4. DEFINICIÓN: CLINKER
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• Producto artificial
• Compuesto principalmente por silicatos de calcio cristalizados
• Se obtiene por la calcinación de las materias primas, calizas y
arcillas, en un proceso industrial controlado.
• Es el producto base para la fabricación del Cemento Portland.

5. PROCESO DE
FABRICACIÓN DEL CLINKER
5
Horno
Mechero

6. QUÍMICA DEL PROCESO DE
CLINKERIZACIÓN
6
Horno
CO2
NOx
Combustible
C, H, N, S
Materias Primas
Clinker

7. QUÍMICA DEL PROCESO DE
CLINKERIZACIÓN
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8. HORNO ROTATORIO
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• Tubo cilíndrico
• Diámetro hasta 7 m
• Relación L/D entre 15 y 17
• Inclinación entre 3,0% y 4,5 %
• Velocidad de Rotación hasta 2,5 r.pm.

9. ZONAS DEL HORNO ROTATORIO
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• Exterior
• Constituido porTubos metálicos
llamados "Virolas" de unos 2,2m de
longitud soldados entre sí.
• Espesor entre 4,0cm y 11cm según zonas
• Interior
• Anclajes metálicos
• Ladrillos refractarios

10. INTERIOR DEL HORNO
ROTATORIO
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Zona De Calcinación
Zona DeTransición A AltaTª
Zona Clinkerización
Encostramiento Inestable
Zona Clinkerización
Encostramiento Estable
Zona De Salida
Los requerimientos
térmicos, mecánicos y
químicos van a determinar
el tipo de ladrillo a usar
en cada zona.
Zona De Pre-Calcinación

11. EL LADRILLO COMO PUERTA DE
ENTRADA A LA CORROSIÓN
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Agentes Corrosivos

12. TIPOS DE LADRILLO REFRACTARIO
Ladrillos Silico-Aluminosos
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Ladrillos Básicos
Altas prestaciones mecánicas.
Aparición de fases líquidas aTemperaturas sobre
1200ºC.
Formación de costra protectora favorecida
Suelen montarse en la zona de clinkerización con
costra estable
Altas prestaciones térmicas.
Más estables teóricamente respecto a la
formación de líquidos.
Suelen montarse en la zona de clinkerización sin
costra estable

13. MECANISMOS DE DEGENERACIÓN DEL
LADRILLO REFRACTARIO
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Provenientes de …
Materiales Llama Virola
Gránulos de clinker/crudo
Abrasión
Exigencia MecánicaExigenciaTérmicaExigencia Química
Fase líquida del clinker.
Infiltración + Corrosión
(1300ºC)
Gases de Sales Alcalinas
Condensación
(700-1000ºC)
Cenizas
Infiltración + Corrosión
Sulfatos
Condensación
Atmósfera
Reducción/Oxidación
Temperatura
Recalentamiento
Cambios deTemperatura
Ovalidad. Deformaciones.
Dealineación.
Presión
Flexión
Tracción
Esfuerzos Cortantes

14. 14
EXIGENCIAS MECÁNICAS SOBRE
EL LADRILLO REFRACTARIO
Movimiento del revestimiento por mala
colocación, ovalidad o deformación de la virola
•Desplazamientos.
•Aflojamiento del
revestimiento.
•Expansión térmica.
•Deformación/ovalidad de la
virola

15. 15
EXIGENCIAS MECÁNICAS SOBRE
EL LADRILLO REFRACTARIO
Desgaste por rozamiento con la chapa
Movimiento relativo de los ladrillos respecto
a la virola
•Desplazamientos.
•Aflojamiento del
revestimiento.
•Expansión térmica.
•Deformación/ovalidad de la
virola

16. 16
EXIGENCIAS MECÁNICAS SOBRE
EL LADRILLO REFRACTARIO
•Desplazamientos.
•Aflojamiento del
revestimiento.
•Expansión térmica.
•Deformación/ovalidad de la
virola
Expansión en forma de bóveda, por no
respetar las juntas de dilatación

17. 17
EXIGENCIAS MECÁNICAS SOBRE
EL LADRILLO REFRACTARIO
En la zona de aros, apriete y descargue en
cada vuelta
•Desplazamientos.
•Aflojamiento del
revestimiento.
•Expansión térmica.
•Deformación u ovalidad
de la virola

18. EXIGENCIAS QUÍMICAS SOBRE
EL LADRILLO REFRACTARIO
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Compuestos sulfato-alcalinos se depositan en los
poros del ladrillo, se condensan y se solidifican,
migrando hacia la cara fría del ladrillo.
• Infiltración de sales
alcalinas.
• Efectos redox.
• Hidratación.

19. 19
EXIGENCIAS QUÍMICAS SOBRE
EL LADRILLO REFRACTARIO
Cambio de hierro trivalente al bivalente o ser,
causando un aflojamiento de la estructura
• Infiltración de sales alcalinas.
• Efectos redox.
• Hidratación.

20. 20
EXIGENCIAS QUÍMICAS SOBRE
EL LADRILLO REFRACTARIO
En ladrillos básicos, si se ven expuestos a humedad,
forman brucita.
• Infiltración de sales alcalinas.
• Efectos redox.
• Hidratación.

21. EXIGENCIASTÉRMICAS SOBRE
EL LADRILLO REFRACTARIO
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•Carga térmica excesiva.
•Migración de silicatos.
•ChoqueTérmico
•Infiltración de fase líquida. Ladrillos ricos en fundentes presentan
recristalización con dilatación en dirección del
gradiente de temperatura. Disminución de la
resistencia.

22. 22
EXIGENCIASTÉRMICAS SOBRE
EL LADRILLO REFRACTARIO
•Carga térmica excesiva.
•Migración de silicatos.
•ChoqueTérmico
•Infiltración de fase líquida.
Por funcionamiento sin costra, el ladrillo se
reblandece y se produce la migración de los
silicatos hacia la cara fría.

23. 23
EXIGENCIASTÉRMICAS SOBRE
EL LADRILLO REFRACTARIO
•Carga térmica excesiva.
•Migración de silicatos.
•Choque Térmico
•Infiltración de fase líquida.
Los cambios bruscos de temperatura originan
tensiones térmicas que conducen a la rotura.

24. 24
EXIGENCIASTÉRMICAS SOBRE
EL LADRILLO REFRACTARIO
•Carga térmica excesiva.
•Migración de silicatos.
•ChoqueTérmico
•Infiltración de fase
líquida. El ladrillo es infiltrado en la cara caliente por fase
líquida de clinker, rellenándose los poros y
compactándose el ladrillo.

25. EXIGENCIASTÉRMICAS. INFILTRACIÓN
DE FASE LÍQUIDA.
REFRACTARIO SILICO-ALUMINOSO
• Mecanismo:
1. Penetración de la fase vitrea del
clinker en los poros del ladrillo
2. Difusión de este líquido con la fase
líquida del ladrillo
3. Reacción del nuevo líquido con las
fases sólidas del ladrillo.
Refractarios con mayor contenido de
Alúmina y menor contenido de
impurezas reducen las temperaturas de
los puntos invariables del sistema
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26. EXIGENCIASTÉRMICAS. INFILTRACIÓN
DE FASE LÍQUIDA.
REFRACTARIO BÁSICO
• Gran parte del tetraedro
S-C-A-M ocupado por la fase
primaria Periclasa.
• Planos isotermos paralelos.
• Mecanismo semejante que en
los ladrillos milico-aluminosos
• La solubilidad máxima del MgO
en la fase líquida del clinker es
del 4-5% a 1400-1500ºC.
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27. TIPOS DE CORROSIÓN EN LA
VIROLA
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Corrosión
a alta
Temperatura
Procesos de corrosión que
pueden ocurrir a
temperaturas por encima
de la posible existencia de
fase acuosa.
El metal se combina con el
medio por reacción directa
Corrosión
atmosférica
Corrosión en el aire, en
presencia de humedad, en
un rango de temperaturas
cercano al punto de rocío
del agua, sin la participación
de medios corrosivos
como soluciones
electrolíticas, sustancias
fundidas o gases
Corrosión
ácida
Corrosión en el rango
de temperaturas del
punto de rocío de los
ácidos que se pudieran
formar
Corrosión de Fe (acero): consiste en la transformación del hierro del
estado sin carga al estado iónico, como óxido o como sal.

28. MECANISMOS DE CORROSIÓN EN
LAVIROLA. CORROSIÓN POR SO2
28
Del SO2 formado en la combustión
5 FeO + 2 SO2 → Fe3O4 + 2 FeS
4 FeO + 2 SO2 → Fe3O4 + 2 FeS2
Atmósfera Reductora
Del SO2 formado en la combustión
6 SO2 + 3 O2 → 6 SO3
6 SO3 + 6 H2O → 6 H2SO4
H2SO4 + 4 Fe → FeSO4 + 4 H2
4 H2 + 2 O2 → 4 H2O
4 FeSO4 + 2 H2SO4 → 2 Fe2(SO4)3 + H2O
2 Fe2(SO4)3 → 2 Fe2O3 + 6 SO3
6 SO3→ 6 SO2 + 3 O2
4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3
Reacciones que se dan tanto en el horno como
en la torre de precalcinación:
ciclo de sulfatos
Atmósfera Oxidante

29. MECANISMOS DE CORROSIÓN EN LA
VIROLA. CORROSIÓN POR CLORUROS
29
Reacciones Principales
2 KCl(g) + H2O(g) + SO2(g) + 0,5 O2 → K2SO4 + 2 HCl(g) (sobre 1100ºC-1300ºC)
2HCl(g) + 0,5 O2 → Cl2 + H2O(g) (T<400ºC)
Fe + Cl2 → FeCl2
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
Reacciones Secundarias
(Cloruros de Hierro)
FeCl2 → FeCl2(g) (T>500ºC)
(deja expuesta a la superficie del metal a otras reacciones)
2 FeCl2 + 1,5 O2 → Fe2O3 + 2 Cl2 (T<500ºC)
Fe + Cl2 → FeCl2
Reacciones Secundarias
(Alcalinos y alcalinoterreos)
corrosión sobre aleaciones de Cr y Cr-Ni
(T>500ºC)
2 Cr2O3 + 5 O2 + 8 KCl→K2Cr2O4 + 4 Cl2(g)
Fe + Cl2 → FeCl2

30. 30
MECANISMOS DE CORROSIÓN EN LA
VIROLA. CORROSIÓN POR CLORUROS
1. Las moléculas de Cl2 difunden desde la fase
gaseosa por los poros ultrafinos y zonas
defectuosas de la capa de óxido de la virola,
donde la presión de oxígeno es muy baja
2. Se forma el FeCl2
3. Se volatiliza por la temperatura en esa zona
4. En su salida, pasa por zonas con mayor
presión de oxígeno, y se descompone,
formando óxidos metálicos
• En atmósfera reductora, el proceso puede
acontecer aún más rápido.

31. CONCLUSIONES
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El horno rotatorio no presenta un ambiente homogéneo en
su interior.
• Factores con influencia en la corrosión:
• Composición de las materias primas (contenidos en Na, K, Cl, SO3)
• Composición del Combustible (contenidos en Cl y SO3)
• Condiciones de operación del Horno (Temperaturas, ciclos, etc.)
• Tipo de ladrillo refractario. (puerta de entrada a la corrosión en la virola)
• El diseño del sistema (p.ej: número de precalcinadores)

32. FORMAS DE EVITARLA
• Reducción de las entradas de cloro y sulfatos al sistema de las materias primas y
el fuel
• Reducción de la carga de cloro y sulfatos en el sistema por la instalación de By-
pass
• Cambios en los parámetros del proceso.
• Evitar las condiciones reductoras
• Minimización de las paradas de horno
• Revisión y sustitución de ladrillos por degradación o falta de espesor
• Recubrimiento de aluminio
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33. BIBLIOGRAFÍA
• “Fisicoquímica del sistema refractario-clinker en los hornos de cemento”. Francisco
Soria Santamaría. Materiales de ConstrucciónVol 12. Nº 105. Enero, Febrero, Marzo
1962.
• “Acerca de la corrosión interna de la envolvente de acero de los hornos rotatorios
para fabricar cemento” Jose Calleja. Materiales de ConstrucciónVol 21. Nº 142.
Abril, Mayo, Junio 1971.
• “Desing Information about corrosion in rotary Kiln, kiln inlet, calciner, preheater
cyclones. Polysius. Publication nº 230763D
• Ponencia sobre “refractarios y hormigones”. Fundación FLACEMA.
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34. GRACIAS
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