BÁO CÁO MÔN VẬT LIỆU NHIỆT LẠNH Đề tài GỐM CÁCH NHIỆT VÀ VẬT LIỆU NHIỆT LẠNH HIỆN ĐẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO  BÁO CÁO MÔN: VẬT LIỆU NHIỆT LẠNH Đề tài: GỐM CÁCH NHIỆT VÀ VẬT LIỆU NHIỆT LẠNH HIỆN ĐẠI GVHD: TS Đặng Hùng Sơn Danh sách thành viên nhóm: S Họ tên MSSV Nguyễn Quỳnh 18147229 Hồ Phi Anh Sơn 18147231 Nguyễn Hùng Sơn 18147233 TT Lê Phước Tài 18147235 Lê Minh Tâm 18147237 Nguyễn Xuân 18147240 Thạnh Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2020 Nhận xét giảng viên Bảng phân công công việc STT Họ tên MSSV Cơng việc Tỷ lệ hồn thành Phan Thanh Điền Phần 1.1 19147093 2.1 100% A PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Sợi gốm xuất lần Hoa Kỳ vào năm 1941, suốt trình phát triển từ thời điểm đến nay, loại vật liệu cách nhiệt sản xuất từ sợi gốm trở nên phổ biến khơng Hoa Kỳ mà cịn tồn giới, có Việt Nam Với ưu điểm nối bật đa dạng chủng loại, khối lượng riêng nhỏ, hệ số dẫn nhiệt thấp, khả hoạt động nhiệt độ cao, độ bền tốt …, vật liệu gốm cách nhiệt sử dụng rộng rãi lĩnh vực hóa dầu, khí, sản xuất thủy tinh, tơ… Trong bối cảnh nguồn nhiên liệu hóa thạch giới dần cạn kiệt, yêu cầu việc sử dụng lượng cách hiệu tăng cao, với hiệu cách nhiệt tốt 10-13% so với loại vật liệu cách nhiệt truyền thống, việc ứng dụng vật liệu gốm cách nhiệt vào việc hạn chế tổn thất lượng ngày tăng cao Chính đặc điểm ưu việt kể trên, nhóm chúng em định chọn đề tài vật liệu gốm cách nhiệt để tìm hiểu rõ đặc tính kỹ thuật loại vật liệu này, từ đánh giá tính hiệu gốm cách nhiệt ứng dụng thực tiễn đời sống sản xuất, góp phần nâng cao kiến thức mở rộng hiểu biết loại vật liệu mảng nhiệt - lạnh Mục đích nghiên cứu: Nâng cao kiến thức mở rộng hiểu biết loại vật liệu mảng nhiệt - lạnh ứng dụng thực tiễn đời sống sản xuất Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu bao gồm gốm cách nhiệt, vật liệu nhiệt lạnh phổ biến có nước nước ngồi Phương pháp đánh giá: Để đạt mục đích đề trên, nhóm áp dụng phương pháp nghiên cứu sau: - Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Đọc, tra cứu, nghiên cứu tài liệu từ trang mạng, kênh tài liệu có liên quan đến vật liệu nghiên cứu - Phương pháp phân tích tổng hợp: Để hiểu ý nghĩa, chức năng, phạm vi sử dụng vật liệu - Phương pháp thống kê: Nhằm xử lí thơng tin thu cách xác để đưa phương hướng đề xuất sử dụng vật liệu nghiên cứu B PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI GỐM CÁCH NHIỆT, VẬT LIỆU NHIỆT LẠNH 1.1 Định nghĩa, cấu tạo gốm cách nhiệt : Vật liệu gốm cách nhiệt loại vật liệu tạo hình từ khối ceramic tạo rỗng khơng có cốt liệu, từ khối ceramic đặc (hoặc tạo rỗng) chứa cốt liệu khó chảy chịu lửa, sau nung đế ốn định cấu trúc Tuỳ thuộc vào nguyên vật liệu ban đầu, công nghệ chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt phân thành hai nhóm là: vật liệu cách nhiệt ceramic vật liệu chịu lửa nhẹ Các sản phẩm cách nhiệt ceramic thành hình từ khối ceramic, sau sấy, nung điều kiện nhiệt độ cao Nhiệt độ nung sản phẩm có ảnh hưởng định đến nhiệt độ sử dụng sản phẩm: t sd= 900 – 1000 oC sản phấm tạo hình từ đất sét dễ chảy tsd= 1000-1200 oC sản phẩm tạo hình từ đất sét chịu lửa Vật liệu gốm cách nhiệt chịu lửa nhẹ, có thành phần chủ yếu Alumina Silica (Al2O3 - SiO2) Tỉ lệ phần trăm Silica Alumina vật liệu thay đổi, thơng thường tỉ lệ 43-54% Alumina 43.5-54% Silica Sợi gốm sản xuất từ loại đất sét hình thành tự nhiên cao lanh từ loại nguyên liệu tổng hợp có độ tinh khiết cao Đối với sợi gốm sản xuất từ nguyên liệu tự nhiên, có tồn sẵn nguyên liệu chất khống hóa TiO 2, Fe2O3, CaO, MgO, Na2O, K2O B2O3, nguyên liệu tổng hợp cần phải thêm vào oxit số oxit khác cho mục đích riêng biệt Vai trò thành phần chưa hiểu rõ, tồn B 2O3 oxit bazơ làm giảm nhiệt độ hóa lỏng hỗn hợp Alumina-Silica, chúng đóng vai trị chất trợ chảy trình sản xuất Các dạng sản phẩm gốm cách nhiệt phổ biến: chăn (blanket), giấy, dải (strip), dây, foam, vải nỉ (felt), … Các dạng sản phẩm có đặc tính tương đương nhau, phụ thuộc trực tiếp vào đặc tính sợi gốm sử dụng để sản xuất Hình Bơng sợi gốm[1] Hình Tấm cách nhiệt sợi gốm[2] Hình Chăn gốm [1] Hình Dải gốm cách nhiệt[2] CHƯƠNG 2: CÁC TÍNH CHẤT CỦA GỐM CÁCH NHIỆT VÀ VẬT LIỆU NHIỆT LẠNH 2.1 Tính chất gốm cách nhiệt: 2.1.1.Nhiệt độ sử dụng: Các sản phẩm gốm cách nhiệt có độ bền nhiệt tốt, thường lựa chọn để cách nhiệt cho thiết bị hoạt động nhiệt độ cao đường ống hơi, lò lửa, lị hơi, tuabin khí Nhiệt độ nóng chảy vật liệu gốm cách nhiệt thông thường 1700°C Nhiệt độ tối đa mà gốm cách nhiệt chịu thông thường khoảng 1000- 1315°C, số trường hợp sản phẩm gốm cách nhiệt có thêm thành phần ZrO2, nhiệt độ hoạt động tối đa lên đến 1425°C Tuy nhiên, điều kiện tiếp xúc liên tục với nhiệt độ cao, gốm cách nhiệt chịu đựng nhiệt độ thấp nhiệt độ sử dụng tối đa khoảng 100°C, thông thường nằm khoảng 9001325°C Bảng Nhiệt độ sử dụng số loại chăn gốm từ Nutec Maxwool Blanket [3] Tính chất vật lý điển hình Giới hạn sử dụng tối đa, °F (°C) LTS HPS 1832 (1000) 2400 (1315) 2600 (1425) Giới hạn sử dụng liên tục, °F (°C) 1652 (900) Điểm nóng chảy, °F (°C) HTZ 2200 (1204) 2417 (1325) 3200 (1760) 3200 (1760) 3200 (1760) 2.1.2 Hệ số dẫn nhiệt: Hệ số dẫn nhiệt vật liệu gốm cách nhiệt thấp,thông thường khoảng 0.05 - 0.06 W/m.K nhiệt độ 260°C , nhiệt độ tăng hệ số dẫn nhiệt tăng theo Hệ số dẫn nhiệt vật liệu gốm phụ thuộc vào tỉ trọng vật liệu, tỉ trọng lớn hệ số dẫn nhiệt nhỏ Mối quan hệ tỉ trọng đạt khoảng 200 kg/m3, vượt qua mức này, hệ số dẫn nhiệt gần không đổi, nhiên, tỉ trọng đạt khoảng 400 kg/m3, hệ số dẫn nhiệt bắt đầu tăng Hình Quan hệ hệ số dẫn nhiệt với nhiệt độ tỉ trọng[6] Hệ số dẫn nhiệt gốm cách nhiệt phụ thuộc vào đặc tính lưu chất tiếp xúc nằm xen kẽ lỗ trống vật liệu Hệ số dẫn nhiệt áp suất lưu chất hai thông số quan trọng ảnh hưởng đến thay đổi hệ số dẫn nhiệt gốm cách nhiệt, hai thông số tăng dẫn đến hệ số dẫn nhiệt vật liệu tăng 2.1.3.Độ bền sốc nhiệt: Các vật liệu gốm cách nhiệt không bị ảnh hưởng sốc nhiệt hoạt động điều kiện khắc nghiệt đột ngột, tính tồn vẹn vật liệu giữ nguyên, dẫn đến tính ổn định hồn tồn vật liệu cách nhiệt có sử dụng sợi gốm Một ví dụ cho tính chất việc sử dụng nỉ gốm ướt (wet felt) để quấn đầu đốt khí dư nhà máy lọc hóa dầu giàn khoan biển, phận đặt ngồi trời, tiếp xúc với mưa tuyết đột ngột hoạt động nhiệt độ xấp xỉ 1000°C cần đốt khí dư khẩn cấp 2.1.4 Khả phân bố nhiệt: Khả phân bố nhiệt vật liệu gốm cách nhiệt tương đối tốt phù hợp cho cơng trình mà cần vật liệu chịu chênh lệch nhiệt độ lớn.Thực tế thấy cơng trình nhà máy nhiệt điện sử dụng sợi gốm cách nhiệt ceramic cho tuabin khí ống Hình Bọc cách nhiệt tuabin,đường ống nhà máy nhiệt điện sợi gốm ceramic[4] 2.1.5.Độ bền học: Các sợi gốm thơng thường có độ dài dao động từ hàng micromet đến khoảng 250 mm Đặc tính khơng có mối quan hệ xác định với hệ số dẫn nhiệt, sợi gốm dài có định hướng tự cho phép sản xuất loại nỉ gốm khơng sử dụng chất kết dính chăn gốm Các loại chăn gốm cách nhiệt có độ bền học tốt khoảng nhiệt độ hoạt động Gốm cách nhiệt có khả giữ vững độ bền học trước chí sau gia nhiệt Sợi gốm không bị thấm ướt kim loại nóng chảy, thường dùng ứng dụng tiếp xúc trực tiếp với kim loại nóng chảy nhơm, chì, kẽm, đồng hợp kim chúng Sợi gốm dùng ứng dụng “một lần dùng” với sắt nóng chảy hợp kim niken/crôm Bảng 2.Độ bền kéo số loại chăn gốm hãng Morgan Avanced Materials[5] 2.1.6 Độ bền hóa học: Gốm cách nhiệt hồn tồn khơng bị oxi hóa có độ bền tốt tiếp xúc với chất thải công nghiệp Gốm cách nhiệt chịu tốt tiếp xúc với axit sulfuric nhiệt độ thấp, lý này, gốm cách nhiệt ngày sử dụng nhiều lớp cách nhiệt hỗ trợ cho lò lửa buồng đốt mà sản phẩm cháy có chứa khí SOx ngưng tụ lại vỏ buồng đốt dạng axit sunfuaric Gốm cách nhiệt chống lại tốt tác động dầu nhớt, nước hầu hết chất hóa học, trừ loại axit flohydric, axit photphoric bazơ mạnh Hầu hết ưu điểm gốm cách nhiệt thu chúng không sử dụng với chất kết dính, số trường hợp cần thiết phải sử dụng chất kết dính, chất phải đảm bảo có thành phần hóa học tương thích với vật liệu gốm cách nhiệt 2.1.7 Khả cách âm chịu rung động: Vật liệu gốm cách nhiệt dạng chăn gốm có đặc tính hấp thụ âm tốt, quy luật chung tỉ trọng thấp hấp thụ âm tần số cao ngược lại, tỉ trọng cao hấp thụ âm tần số thấp Khả chịu đựng rung động tốt sản phẩm gốm cách nhiệt có sợi gốm dài có định hướng ngẫu nhiên Các sản phẩm bảo tồn tính ngun vẹn số điều kiện mà bơng khống hay sản phẩm gốm cách nhiệt có sợi ngắn bị phá hủy Nhờ đặc tính mà chăn gốm cách nhiệt sử dụng để cách nhiệt cho hệ thống xả khí thải loại động đốt Chăn gốm cách nhiệt thỏa mãn điều kiện thử nghiệm khả hoạt động môi trường nhiều tiếng ồn rung động nhà máy điện CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG THỰC CỦA GỐM TRONG LÒ NUNG TUYNEL 4.1 Sơ lược cấu tạo, nguyên lý hoạt động lò nung TUYNEL: 4.1.1 Cấu tạo lò nung TUYNEL: Lò nung tuynel di dộng hay lò nung tuynel kiểu xoay đại loại lò nung phổ biến nước ta So với lị nung gạch tuynel truyền thống trước loại lị di dộng tiết kiệm thời gian, cơng sức, lượng tiêu thụ nhiều sản lượng chất lượng gạch tạo lại tốt Hình 10 Sơ đồ cấu tạo lị nung tuynel[10] Nền lò nung dạng tròn Đường ray tròn Vỏ lò nung Hệ thống bánh xe Khơng gian bên lị Bảng 10 Các thơng số lò.[10] Dài 168m Rộng lòng lò 8.6m Cao lòng lò 1.420 mm Số tầng gạch xếp 10 tầng Đường kính đường trung tâm 117.7m Đường kính ray đường ngồi 130m Hình 10 Mặt cắt ngang mơ tả kích thước cách xếp lị.[10] 4.1.2 Ngun lý hoạt động lị nung tuynel di động: Hình 10 Ngun lý hoạt động lị nung tuynel.[10] 4.1.3 Bơng gốm lị nung TUYNEL: Bơng gốm cách nhiệt 126 °C ép thành khối dày khoảng 250mm, sau ghép chặt vào khung lị để bảo ơn nhiệt độ lò nung Khả hấp thụ nhiệt, độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp giúp đảm bảo nhiệt độ lò ln mức quy định Bơng gốm cách nhiệt có khả không thấm nước chống ẩm giúp không ảnh hưởng đến nhiệt độ bên lị nung Hình 10 Gốm cách nhiệt lò nung.[10] Lò nung thiết bị hoạt động nhiệt độ cao, nhiệt độ vách ngồi lị nung ln cao nhiệt độ môi trường gây nên tổn thất nhiệt tỏa nhiệt mơi trường, làm giảm hiệu suất lị nung Chính lý mà việc cách nhiệt cho lị nung đóng vai trị quan trọng, góp phần nâng cao hiệu sử dụng nhiên liệu lò nung Đối với loại lò nung tuynel gạch vào khoang sinh nhiệt gia nhiệt sản phẩm cháy bên ngồi lị nung đưa đến khâu khác Cho nên việc tính tốn lớp cách nhiệt cho lị nung tuynel toán truyền nhiệt qua vách phẳng, nhiệt lượng tổn thất tính theo cơng thức sau q= Trong : t f 1−t f δ δ [W/m2] + + + α λ λ2 α q - Nhiệt lượng tổn thất (W/m2) t f 1, t f - Nhiệt độ khói lị nhiệt độ khơng khí bên ngồi (C) α 1, α - Hệ số tỏa nhiệt lưu chất bên ngồi lị (W/m2.K) λ 1, λ - Hệ số dẫn nhiệt lớp cách nhiệt vách lò (W/m.K) δ 1, δ - Chiều dày lớp cách nhiệt vách lò (m) Với điều kiện thông số t f 1, t f , α 1, α 2, λ δ cho trước, nhiệt lượng tổn thất nhỏ δ1 tăng Việc tăng chiều dày lớp cách nhiệt làm tăng kích thước lị λ1 chi phí lắp đặt, nhiên, gốm cách nhiệt có hệ số dẫn nhiệt thấp, khoảng 0.3-0.4 W/m.K nhiệt độ 1200C, khơng cần sử dụng lớp cách nhiệt dày mà trì tổn thất nhiệt mức thấp, đồng thời giảm nhiệt độ vách lị nung đến mức an tồn cho người tiếp xúc C KẾT LUẬN Qua phân tích trên, thấy vật liệu gốm cách nhiệt loại vật liệu tuyệt vời với trọng lượng nhẹ, chịu nhiệt cao, ổn định nhiệt tốt, hệ số dẫn nhiệt thấp, nhiệt dung riêng rung động học thấp, dễ gia công thi công thuận tiện. Do đó, sản phẩm sợi gốm sử dụng rộng rãi khí, luyện kim, hóa chất, dầu khí, gốm, thủy tinh, điện tử ngành công nghiệp khác Các sản phẩm làm từ sợi gốm sản xuất công nghệ thiết bị đặc biệt có độ bền kéo cao, chống rung chống va đập nhiệt độ cao, đặc biệt hiệu tiết kiệm lượng đáng ý Mặt khác chúng tơi cịn nhận thấy tầm quan trọng việc phát triển công nghệ gốm cách nhiệt phần để tiết kiệm lượng nỗ lực kiềm chế nóng lên tồn cầu Điều cho thấy khơng có kết thúc việc cải thiện chất lượng vật liệu cách nhiệt Do cần phát triển loại vật liệu cách nhiệt để giúp bảo tồn lượng bảo vệ mơi trường, tài nguyên thiên nhiên để tạo lượng vô hạn D TÀI LIỆU THAM KHẢO ... sợi gốm[ 1] Hình Tấm cách nhiệt sợi gốm[ 2] Hình Chăn gốm [1] Hình Dải gốm cách nhiệt[ 2] CHƯƠNG 2: CÁC TÍNH CHẤT CỦA GỐM CÁCH NHIỆT VÀ VẬT LIỆU NHIỆT LẠNH 2.1 Tính chất gốm cách nhiệt: 2.1.1 .Nhiệt. .. trúc Tuỳ thuộc vào nguyên vật liệu ban đầu, công nghệ chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt phân thành hai nhóm là: vật liệu cách nhiệt ceramic vật liệu chịu lửa nhẹ Các sản phẩm cách nhiệt ceramic... thu cách xác để đưa phương hướng đề xuất sử dụng vật liệu nghiên cứu B PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: ĐỊNH NGHĨA VÀ PHÂN LOẠI GỐM CÁCH NHIỆT, VẬT LIỆU NHIỆT LẠNH 1.1 Định nghĩa, cấu tạo gốm cách nhiệt