Cemento, Calce e Cartiere

La volta del ciclone superiore è principalmente esposta all'abrasione gassosa, causata dall'azione delle particelle volatili della carica. In questa zona, l’influenza della temperatura e delle sollecitazioni meccaniche è minimia, il che si traduce in condizioni operative relativamente lievi. Il rivestimento della volta è composto da più strati sovrapposti, nei quali i mattoni a cuneo svolgono un ruolo essenziale sia nello strato di lavoro sia in quello isolante. La struttura multistrato assicura una protezione adeguata contro i gas aggressivi e riduce l’usura del materiale refrattario. Data la moderata severità delle condizioni operative, in questa zona sono particolarmente adatti i prodotti a basso contenuto di allumina della serie EXTRATON, nonché i mattoni isolanti leggeri ISOLUX. Questi materiali garantiscono una resistenza sufficiente all’abrasione gassosa, mantenendo al tempo stesso ottime proprietà isolanti.

Il cilindro del ciclone superiore è esposto a sollecitazioni di tipo abrasivo e meccanico, sebbene di entità moderata. Le sollecitazioni meccaniche non sono elevate, il che consente l’impiego di soluzioni refrattarie standard. Il rivestimento del cilindro è costruito analogamente a quello della volta e si compone di più strati, con un uso predominante di mattoni a cuneo sia nella parte di lavoro sia in quella isolante. Questa costruzione garantisce una distribuzione uniforme dei carichi e una protezione duratura contro l’usura. In presenza di condizioni operative moderate, per questa zona si impiegano gli stessi materiali della volta – EXTRATON a basso contenuto di allumina e mattoni isolanti ISOLUX – ottenendo così un buon equilibrio tra resistenza all’abrasione e isolamento termico.

Il cono rappresenta la parte del ciclone soggetta a maggiori sollecitazioni meccaniche, anche se nel complesso il rischio per il rivestimento refrattario resta contenuto. Ciò è dovuto alla geometria particolare di questa zona, che influenza l’intensità delle sollecitazioni meccaniche. Per adattarsi meglio alla geometria complessa del cono e facilitarne la posa, il rivestimento è realizzato in calcestruzzo refrattario. Questo tipo di costruzione consente una distribuzione uniforme del materiale sulle superfici irregolari, garantendo resistenza e stabilità.

La volta del ciclone inferiore è principalmente esposta all’abrasione da parte dei gas carichi di particelle volatili. Sebbene le sollecitazioni meccaniche e termiche siano relativamente contenute, le condizioni operative risultano più impegnative rispetto a quelle tipiche dei cicloni superiori. Inoltre, il rivestimento deve resistere ad attacchi chimici e alla formazione di incrostazioni, fenomeni che aumentano il rischio di degrado. La volta è costruita con una struttura multistrato composta da diversi livelli sovrapposti, nei quali i mattoni a cuneo svolgono un ruolo centrale sia nello strato di lavoro sia in quello isolante. Questa configurazione permette una distribuzione graduale dei carichi e una maggiore protezione contro l’abrasione abrasiva e l’aggressione chimica.

Il cilindro del degli stadi inferiori dei cicloni è soggetto a una combinazione di sollecitazioni: abrasione, usura meccanica e attacco chimico aggressivo, compresa la corrosione alcalina. Tali carichi multidirezionali richiedono che il rivestimento sia resistente sia all’erosione meccanica intensa sia alla degradazione chimica, rendendo le condizioni operative in questa zona particolarmente difficili. Come per la volta, il rivestimento del cilindro è costituito da più strati, in cui prevalgono i mattoni a cuneo utilizzati sia nella parte di lavoro sia in quella isolante. La struttura multistrato consente di distribuire uniformemente le sollecitazioni e prolungare la durata del rivestimento.

Il cono degli stadi inferiori dei cicloni è la zona più sollecitata da forze meccaniche, chimiche e abrasive. A causa della geometria irregolare del cono e della complessità del processo di posa, il rivestimento in questa zona viene realizzato con calcestruzzo refrattario. Questa soluzione permette di adattare con precisione il materiale alla forma complessa del cono, minimizzando il rischio di tensioni localizzate e danni strutturali. In questa zona è fondamentale che il rivestimento sia altamente resistente alle sollecitazioni di tipo meccanico, chimico e abrasivo.

In questa zona le temperature variano tra 700 °C e 900 °C. I principali fattori di rischio per il rivestimento refrattario sono l’abrasione meccanica e l’erosione chimica, dovute all’ingresso della farina cruda. Talvolta si osservano formazioni di incrostazioni sul rivestimento, in particolare derivanti da zolfo e cloro (nei casi di utilizzo di combustibili alternativi). Sono preferibili rivestimenti in calcestruzzo refrattario ad alto tenore di allumina con aggiunta di ZrO₂ o SiC. Se il rivestimento è realizzato con in mattoni, è necessario scegliere qualità ad alto tenore di allumina con buona resistenza all’abrasione e allo shock termico.

In questa zona le temperature superano i 1000 °C e possono raggiungere localmente i 1200 °C nella zona dei bruciatori. È una delle aree più critiche per il funzionamento dei refrattari all’interno dell’intero cementificio. Ciò è dovuto all’utilizzo prevalente di combustibili alternativi, che provocano forti attacchi alcalini. I materiali refrattari – siano essi calcestruzzi o mattoni – devono essere ad alto tenore di allumina, arricchiti con additivi che migliorano la resistenza agli agenti chimici e all’abrasione.

In questa zona le temperature si mantengono elevate, attorno ai 1000 °C. Il rischio principale è rappresentato dagli alcalini che si formano a seguito della combustione del processo di calcinazione. Si utilizzano calcestruzzi ad alto tenore di allumina, a basso contenuto o privi di cemento. Per i rivestimenti in mattoni si raccomandano qualità ad alto tenore di allumina con aggiunta di carburo di silicio. Il rivestimento si incrosta spesso di depositi chimici, sottoprodotto dell’uso di combustibili alternativi; tali incrostazioni devono essere rimosse con aria compressa o acqua durante la manutenzione. Il rivestimento deve inoltre resistere agli impatti meccanici, per resistere alle incrostazioni che si staccano dalle zone superiori del forno.

La principale difficoltà legata al rivestimento refrattario del condotto d’aria terziaria è dovuta al suo diametro ridotto, che amplifica l’effetto dell’ambiente abrasivo – le particelle attraversano il condotto ad alta velocità e sotto forte pressione. Per aumentare la durata del rivestimento, PCO consiglia l’uso di mattoni sagomati EXTRATON e calcestruzzi a base di chamotte PCOCAST arricchiti con additivi anti-abrasione come carburo di silicio o zirconio. In condizioni ancora più gravose, quali – pressione o temperatura elevate, – si raccomanda l’impiego di mattoni a base di chamotte con aggiunta di con carburo di silicio della gamma ABRAL.

Nella parte superiore del condotto, dove le temperature non superano i 700 °C, si impiegano mattoni a base di chamotte per lo strato di lavoro. PCO Żarów raccomanda i prodotti EXTRATON o ABRAL, che si distinguono per la loro elevata resistenza all’abrasione. In condizioni più impegnative, è possibile utilizzare mattoni ad alto tenore di allumina a base di bauxite – BAUXITEX – che offrono una protezione supplementare.

In questa sezione, caratterizzata da condizioni operative più severe, il rivestimento deve resistere a temperature fino a 1100 °C e ad intensi attacchi chimici. Si utilizzano comunemente materiali ad alto tenore di allumina a base di andalusite o bauxite, integrati con additivi che aumentano la resistenza meccanica e chimica. PCO Żarów raccomanda i prodotti delle gamme ABRAL e, ANDALUX oppure calcestruzzi ultra-basso cemento come NxGel, progettati per precessi di riscaldo rapido e in grado di garantire protezione ottimale in questa zona critica.

La camera d’ingresso (camera fumi) è soggetta principalmente ad attacco chimico da parte dei gas caldi in uscita dal forno. Inoltre, il rivestimento è soggetto a urti meccanici dovuti alla caduta del materiale dal condotto e al suo scorrimento verso il forno rotativo, con conseguente intensa abrasione. Un problema frequente è la formazione di incrostazioni derivanti dalle materie prime, che possono provocare occlusioni el canale. Il rivestimento refrattario deve contenere additivi come carburo di silicio o zirconio per migliorarne la resistenza agli urti e prevenire l’adesione del materiale (grazie a una bassa porosità e bagnabilità), riducendo la formazione di incrostazioni e facilitando il flusso della farina calcarea verso il forno.

Il rivestimento refrattario in questa zona è esposto a temperature estremamente elevate e all’azione aggressiva dei combustibili alternativi, richiedendo interventi frequenti di riparazione. L’applicazione del rivestimento nella zona di fiamma è particolarmente complessa, soprattutto quandonel processo di applicazione del calcestruzzo direttamente sul bruciatore. Questo richiede non solo tecnologie adeguate, ma anche una notevole esperienza da parte dei muratori. È fondamentale ottenere una consistenza omogenea del calcestruzzo, in modo da garantire una distribuzione uniforme del materiale e un riscaldamento rapido, indispensabile per mantenere la continuità operativa del forno. A causa delle condizioni di lavoro estreme presenti nella zona della fiamma, il materiale refrattario deve possedere una resistenza molto elevata sia agli shock termici sia all’azione aggressiva dei combustibili alternativi.

La zona terminale del forno – detta "Nose Ring" – presenta condizioni simili a quelle della zona di uscita. Le temperature sono variabili e la carica esercita pressioni meccaniche elevate, il che richiede l’utilizzo di materiali con ottima resistenza meccanica. La struttura del forno rotativo prevede l’impiego di prodotti monolitici, colati in opera durante la manutenzione. Le proprietà fondamentali di questi materiali sono la resistenza alla compressione e all’abrasione, garantendo l’integrità strutturale in condizioni di carico intenso. Sono raccomandati calcestruzzi ad alto tenore di allumina della linea MULCAST e calcestruzzi a basso contenuto di cemento della linea PCOCAST.

Nella zona di raffreddamento, , la sfida principare per i materiali refrattari è l’urto meccanico, causato dalla frammentazione del clinker che, cambia il proprio volume a casua dei rapidi sbalzi di temperatura. Le temperature variano tra 900 °C e 1100 °C. Il rivestimento è composto da uno strato unico di mattoni a cuneo, e le caratteristiche fondamentali richieste ai materiali refrattari sono un’elevata resistenza allo shock termico e un’ottima resistenza meccanica agli urti e all’abrasione.

In questa zona il clinker sinterizzato si raffredda gradualmente, con temperature che scendono fino a circa 1200 °C. Nonostante la ridotta temperatura, si continuano ad utilizzare materiali refrattari resistenti a variazioni termiche dinamiche. In questa zona prevalgono i prodotti a base di magnesite e spinello, che garantiscono protezione continua del rivestimento e limitano le sollecitazioni termiche.

La zona di cottura è l’area in cui si raggiungono le temperature più elevate – fino a 1500 °C – e dove avvengono le trasformazioni chimiche complete. La carica calcarea è sottoposta a intense reazioni che portano alla formazione dei minerali del clinker. In questa zona si consigliano materiali a base di magnesite, che offrono un’eccellente resistenza alle condizioni termiche e chimiche estreme del processo di combustione.

Qui si registrano sollecitazioni termiche molto intense, con temperature che superano i 1200 °C. Le condizioni sono instabili e variabili, e il rivestimento – composto da uno strato unico di mattoni a cuneo – deve resistere a rapide variazioni di temperatura. In questa zona si usano prevalentemente prodotti in magnesite-spinello, mentre al confine con la zona di sicurezza si installano materiali silico-alluminosi di altissima qualità, per una protezione ottimale contro gli shock termici.

In questa zona le temperature superano i 1000 °C e favoriscono la decomposizione del calcare. Le condizioni operative sono variabili e fortemente influenzate dal processo, soprattutto quando aumenta la quota di CSS nel combustibile. Il rivestimento – composto da uno strato unico di mattoni a cuneo – è esposto ad attacchi alcalini, liquidi eutettici, sollecitazioni instabili e a un’aggressione chimica e termica continua. La scelta del materiale refrattario deve essere flessibile per adattarsi alle condizioni specifiche. Si utilizzano prodotti ad alto tenore di allumina con additivi in carburo di silicio – come ABRAL o ANDALUX – oppure BAUXITEX con a legame chimico

In questa zona, oltre all’intensa abrasione meccanica causata dal movimento della carica, si verifica un'ulteriore azione di composti alcalini derivanti dalle materie prime e dai combustibili. Le temperature si mantengono tra 1000 e 1100 °C. Il rivestimento è costituito da uno strato unico di mattoni a cuneo. Le caratteristiche richieste sono alta resistenza meccanica e alla corrosione, per garantire il funzionamento continuo anche in presenza di condizioni di processo variabili. In questa applicazione si utilizzano con successo i prodotti della linea ABRAL, noti per l’elevata resistenza all’usura chimica e meccanica.

Questa zona rappresenta l’inizio del rivestimento del forno ed è soggetta ad abrasione meccanica intensa causata dallo scorrimento della carica. Per affrontare questa sfida, si utilizzano calcestruzzi refrattari resistenti all’usura. È essenziale impiegare calcestruzzi ad alto tenore di allumina; i prodotti consigliati sono i calcestruzzi a medio contenuto di cemento della linea MULCAST oppure i calcestruzzi privi di cemento GELCAST, entrambi in grado di offrire sufficiente resistenza e durata contro l’usura meccanica.

Nella zona calda del raffreddatore le temperature possono raggiungere i 1000 °C, ma calano bruscamente in prossimità della griglia mobile. Queste condizioni generano forti shock termici. Sul letto di clinker, la principale minaccia per il rivestimento refrattario è l’abrasione meccanica intensa, causata sia dallo spostamento del materiale sia dai flussi dinamici di aria e polveri. Il rivestimento viene realizzato con elementi prefabbricati in calcestruzzo, chiamati muretti di contenimento, che offrono sia isolamento termico efficace sia stabilità meccanica in condizioni termiche variabili. Un aspetto fondamentale per la durata del rivestimento è l’impiego di calcestruzzo ad alto tenore di allumina, caratterizzato da ottima resistenza agli shock termici e all’abrasione. Questo materiale mantiene le sue proprietà operative anche in presenza di rapidi cali di temperatura e sollecitazioni meccaniche elevate.

La zona fredda del raffreddatore è caratterizzata da condizioni termiche molto stabili, con temperature che non superano i 500 °C. Grazie all’azione più mite delle temperature e alle minori variazioni dinamiche, questa parte del raffreddatore presenta un basso stress termico meccanico he si traduce in una minore frequenza degli interventi di manutenzione. Il rivestimento viene realizzato con calcestruzzo a spruzzo, che garantisce una superficie uniforme e continua. Inoltre, lungo la griglia vengono si installano muretti di contenimento prefabbricati, realizzati con refrattari di qualità specifica, come MULCAST BN45M S5.

La volta, presente sia nella zona calda che in quella fredda, è soggetta ad abrasione provocata da polveri volatili e a rapide variazioni termiche lungo tutta la lunghezza del raffreddatore. I materiali refrattari devono resistere sia all’usura meccanica sia agli sbalzi termici. Nella zona calda è fondamentale utilizzare materiali con ottime proprietà meccaniche e termiche, in particolare con aggiunta di SiC per rafforzare la resistenza del rivestimento. Nelle zone fredde, la priorità è mantenere coesione e durabilità del rivestimento anche a temperature inferiori, permettendo un esercizio prolungato senza necessità di manutenzione frequente.

La funzione principale della cappa del forno (kiln hood) è raccogliere il clinker e trasferirlo al raffreddatore, in condizioni di forte sollecitazione meccanica e termica. Particolare attenzione va prestata alla zona denominata "bullnose" – una parete verticale tra le più vulnerabili. Il rivestimento refrattario in questa zona è sottoposto a sollecitazioni meccaniche causate dagli impatti del clinker in caduta e a improvvisie variazioni di temperatura, che richiedono materiali altamente performanti. Il rivestimento del kiln hood è forno viene realizzato solitamente con mattoni sagomati, che garantiscono stabilità termica e isolamento adeguato, riducendo le perdite di calore e l’influenza dei fattori esterni. Per il bullnose ring, invece, data l’intensità delle sollecitazioni meccaniche, si impiegano calcestruzzi refrattari di alta qualità o prefabbricati in calcestruzzo.

Questa è l’area in cui la pietra calcarea mescolata al combustibile viene caricata ciclicamente. Il processo genera un’usura abrasiva intensa dovuta al movimento meccanico della carica, unita a temperature elevate. I materiali impiegati devono offrire un’elevata resistenza all’abrasione – per questo si utilizzano prodotti allumino-silicatici EXTRATON. Inoltre, per ridurre le perdite termiche, si applica uno strato isolante composto da prodotti ISOLUX abbinati a lana minerale, ottenendo ottime prestazioni di isolamento termico. È fondamentale combinare proprietà meccaniche e isolanti per garantire la durabilità del rivestimento e il corretto bilancio termico del forno.

Questa zona, spesso identificata con quella di calcinazione, è dove si svolge l’intensa reazione di cottura della carica, ad esempio della pietra calcarea o dolomitica. La temperatura e la composizione della carica determinano le specifiche interazioni chimiche e termiche, compreso il rischio di idratazione. In condizioni normali, Al₂O₃ e SiO₂ sono stabili chimicamente, ma è essenziale scegliere materiali che mantengano stabilità anche in presenza di umidità. I prodotti MULITEX, ANDALUX o BAUXITEX sono ideali per questa zona, poiché garantiscono elevata resistenza all’idratazione e stabilità chimica a temperature elevate.

In questa zona, il rivestimento è soggetto a un abbassamento progressivo della temperatura, comportando sollecitazioni termiche meno intense, ma richiedendo comunque resistenza all’abrasione. Nei forni a colonna singola, il raffreddamento avviene in modo uniforme lungo tutta l’altezza, consentendo l’uso di soluzioni isolanti omogenee. I materiali chamottati, in particolare i prodotti SUPERTON, sono ideali grazie alla loro buona resistenza alla compressione e all’abrasione. Lo strato isolante, lungo tutta l’altezza del forno, è composto da moduli ISOLUX integrati con lana minerale, formando una barriera termica continua e affidabile.

Questa zona si estende dal livello inferiore dei bruciatori alla parte alta del forno, dove la pietra calcarea miscelata al combustibile viene caricata ciclicamente. Qui si verifica una forte abrasione meccanica e un’intensa sollecitazione termica, dovute al contatto diretto tra la carica e il rivestimento e alle fluttuazioni di temperatura. Per garantire la durata e l’efficienza del forno, è essenziale impiegare materiali resistenti all’usura e con buone capacità isolanti. Nella parte inferiore, in prossimità dei bruciatori, si utilizzano prodotti magnesia-spinello, resistenti all’abrasione e agli agenti aggressivi generati dalla combustione. Nella parte superiore della colonna si impiegano invece materiali allumino-silicatici ad alta resistenza all’usura, come quelli della linea EXTRATON.

Per consentire un passaggio graduale tra lo strato magnesia-spinello e quello allumino-silicatico, si inserisce una zona di transizione realizzata con materiali ad alto tenore di allumina (andalusitici). Lo spazio tra l’involucro in acciaio e lo strato di lavoro viene riempito con un sistema isolante, composto da pannelli ISOLUX e materassini in lana minerale. In alcuni casi si prevede un ulteriore strato isolante in prodotti SUPERTON o EXTRATON, posto tra lo strato di lavoro e l’isolamento principale. L’intero rivestimento della colonna termina con uno strato in calcestruzzo convenzionale, che funge da finitura e protezione strutturale.

La zona di cottura si estende dal livello inferiore delle volte portanti fino al livello inferiore dei bruciatori (lance a gas). In questa parte del forno la carica subisce una calcinazione intensiva, generando temperature molto elevate e condizioni chimicamente aggressive, variabili in funzione del tipo di pietra trattata (calcarea o dolomitica). PCO Żarów fornisce i materiali per lo strato protettivo e isolante di questa zona. L’intero rivestimento della colonna, a partire dalla zona di dilatazione, è realizzato con pezzi sagomati speciali (tipi AS1, AS2 e simili), prodotti con materiali delle gamme MULITEX o ANDALUX, garantendo stabilità strutturale e resistenza a condizioni di esercizio variabili.

La struttura del forno Maerz comprende pilastri, volte tra i pilastri, volte piane e un canale di collegamento, tutti realizzati in calcestruzzi a basso contenuto o privi di cemento. La costruzione dei pilastri richiede l’utilizzo combinato di pezzi sagomati tipo VK-76x e WL-76, che assicurano un’elevata stabilità meccanica. Nei forni Maerz senza pilastri, anche la base del cilindro sospeso è costruita con calcestruzzi resistenti. Sulle volte piane viene applicato uno strato isolante in calcestruzzo leggero tipo ISOCAST o ISOGUN, completato da lana minerale.

Questa zona si estende dal primo livello del rivestimento fino al livello inferiore delle volte tra i pilastri. In questa sezione la temperatura si riduce progressivamente, stabilizzando il processo di raffreddamento. Nonostante il calo termico, il rivestimento è comunque soggetto ad abrasione e sollecitazioni meccaniche, dovute sia al movimento del materiale che agli sforzi termici. Lo strato di lavoro è realizzato con prodotti chamottati – SUPERTON o EXTRATON – ideali per queste condizioni. Le zone tra i pilastri vengono generalmente rivestite con mattoni EXTRATON. Lo strato isolante è composto da moduli ISOLUX, pannelli in silicato di calcio e materassini in lana minerale, creando una barriera termica continua.

Questa zona copre l’aumento della temperatura da circa 200 °C a 1100 °C. Qui la sospensione viene essiccata e parzialmente calcinata. Il rivestimento è soggetto ad abrasione e a erosione chimica. La sospensione contiene sali alcalini, composti solforati e cloruri, che rappresentano un rischio di infiltrazione chimica. Inoltre, la carica è umida (fino al 20 %), quindi il rivestimento deve resistere alla penetrazione dell’acqua nei pori. Per lo strato di lavoro si consigliano mattoni chamottati di alta qualità, a bassa porosità e resistenti agli alcali – come quelli della linea EXTRATON. Nelle aree più vicine alla zona di cottura, dove le temperature sono più elevate, si possono impiegare mattoni ad alto tenore di allumina o con legante chimico – come quelli della gamma ANDALUX.

In questa zona le temperature variano tra 1100 °C e 1300 °C lungo tutta la sua estensione. Le condizioni operative sono variabili, con sollecitazioni termiche provenienti dalla fiamma del bruciatore e stress chimico da parte dei gas di processo. La sospensione calcarea subisce sinterizzazione e trasformazione da fanghiglia contenente carbonati a CaO puro (calce viva). Il rivestimento refrattario deve resistere allo shock termico, all’alta temperatura, e alla corrosione chimica e meccanica. Lo strato è a doppia struttura; per lo strato di lavoro si raccomandano mattoni andalusitici con legante chimico della linea ANDALUX.

È la sezione più corta del forno, che si estende per alcuni metri prima dell’ingresso nel raffreddatore. Qui la temperatura cala bruscamente da 1000 °C a circa 200 °C, generando forti shock termici. In questa fase la calce è già formata e agisce abrasivamente sul rivestimento durante lo spostamento. La rotazione del forno e la geometria a restringimento (riduzione del diametro) causano sollecitazioni meccaniche critiche. Il rivestimento è a doppio strato: nei restringimenti si utilizza calcestruzzo refrattario ad alto tenore di allumina per lo strato di lavoro, mentre per l’isolamento si impiegano pannelli sagomati ISOLUX con alta resistenza alla compressione.

La soglia di carico è realizzata in ceramica refrattaria e serve a uniformare la distribuzione della carica all’uscita del forno. Il rivestimento in questa zona è soggetto a forte abrasione e stress meccanico. Si consigliano mattoni andalusitici di altissima qualità, capaci di regolare il flusso della carica in modo efficiente.