Trên thế giới hiện nay, ngành công nghiệp vật liệu chịu lửa đang không ngừng phát triển, nó đóng vai trò quan trọng, góp phần cho sự phát triển của các ngành công nghiệp khác như: công nghiệp xi măng, công nghiệp gốm sứ, công nghiệp thuỷ tinh… Và hơn nữa, ở những nước đang có ngành công nghiệp luyện kim phát triển thì họ đã tập trung phát triển ngành công nghiệp này từ rất sớm. Hiện nay nhu cầu về số lượng, chất lượng, chủng loại của vật liệu chịu lửa ngày càng phong phú, đa dạng. Tuy nhiên, trên thực tế ngành sản xuất vật liệu chịu lửa tại Việt Nam hiện tại vẫn còn hạn chế chưa thể đáp ứng được nhu cầu trong nước, cũng như chưa thể hoà nhập với các nước trong khu vực và trên thế giới. Nhìn lại hiện trạng của ngành sản xuất vật liệu chịu lửa của Việt Nam còn tồn tại nhiều hạn chế cần phải nâng tầm và định hướng phát triển đáp để ứng nhu cầu hiện hữu cũng như tiến tới có thể xuất khẩu loại vật liệu này. Chính vì những hạn chế trên, nhóm em đã quyết định chọn đề tài “Vật liệu chịu lửa” cho bài tiểu luận của nhóm mình.
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO TIỂU LUẬN MÔN HỌC *** CHỦ ĐỀ 1: VẬT LIỆU CHỊU LỬA MÃ MÔN HỌC: THỰC HIỆN: LỚP: NĂM HỌC: GVHD: TÊN MSSV Thành Phố Hồ Chí Minh, 23 tháng 03 năm 2022 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….………………… ………………………….………………….………………….……………… MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài .1 Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp đánh giá CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU CHỊU LỬA 1.1 Định nghĩa phân loại vật liệu chịu lửa 1.1.1 Định nghĩa .2 1.1.2 Phân loại vật liệu chịu lửa .2 1.2 Tính chất vật liệu chịu lửa 1.2.1 Đặc tính cấu trúc vật liệu chịu lửa 1.2.2 Mật độ cường độ nhiệt độ thường 1.2.3 Độ dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, độ dẫn nhiệt độ .6 1.2.4 Độ chịu lửa 10 1.2.5 Độ bền nhiệt 11 1.2.6 Độ bền học 11 1.2.7 Tính ổn định thể tích nhiệt độ cao 12 1.2.8 Độ bền xỉ .12 1.2.9 Dãn nỡ nhiệt 12 1.3 Ứng dụng vật liệu chịu lửa 13 1.3.1 Trong công nghiệp 13 1.3.2 Trong dân dụng .15 1.4 Ví dụ hệ thống có sử dụng vật liệu chịu lửa 17 1.4.1 Cấu tạo 20 1.4.2 Sơ đồ hệ thống .20 1.4.2.1 Các thông số kĩ thuật 21 1.4.2.2 Thơng số lị quay đá vơi 21 1.4.3 Tính tốn lý thuyết 22 1.4.3.1 Gạch chịu lửa lò 22 1.4.3.2 Nguyên lý hoạt động .24 KẾT LUẬN 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO 28 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trên giới nay, ngành công nghiệp vật liệu chịu lửa không ngừng phát triển, đóng vai trị quan trọng, góp phần cho phát triển ngành công nghiệp khác như: công nghiệp xi măng, công nghiệp gốm sứ, công nghiệp thuỷ tinh… Và nữa, nước có ngành cơng nghiệp luyện kim phát triển họ tập trung phát triển ngành công nghiệp từ sớm Hiện nhu cầu số lượng, chất lượng, chủng loại vật liệu chịu lửa ngày phong phú, đa dạng Tuy nhiên, thực tế ngành sản xuất vật liệu chịu lửa Việt Nam hạn chế chưa thể đáp ứng nhu cầu nước, chưa thể hoà nhập với nước khu vực giới Nhìn lại trạng ngành sản xuất vật liệu chịu lửa Việt Nam tồn nhiều hạn chế cần phải nâng tầm định hướng phát triển đáp để ứng nhu cầu hữu tiến tới xuất loại vật liệu Chính hạn chế trên, nhóm em định chọn đề tài “Vật liệu chịu lửa” cho tiểu luận nhóm Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu tìm hiểu, thu thập thơng tin đặc tính vật liệu chịu lửa có tính ưu việt để góp phần nhỏ cho phát triển ngành công nghiệp vật liệu chịu lửa nước Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu bao gồm vật liệu có tính chịu lửa, đóng vai trị quan trọng cho phát triển ngành cơng nghiệp ngồi nước 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 CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU CHỊU LỬA 1.1 Định nghĩa phân loại vật liệu chịu lửa 1.1.1 Định nghĩa Vật liệu chịu lửa loại vật liệu giữ nguyên đặc tính hóa lý nhiệt độ 1580C cao Công nghiệp chế tạo vật liệu chịu lửa công nghiệp sản xuất sản phẩm sử dụng nhiệt độ cao Ngày nay, vật liệu chịu lửa chế tạo nhiều hình dạng cấu tạo khác nhau, dạng nhỏ, hình dạng cầu kỳ, tinh xảo, dạng to lớn, ngun khối Mỗi loại có đặc tính, khoảng thời gian điều kiện sử dụng không giống Tuy nhiên đặc điểm chung hầu hết loại vật liệu chịu lửa khả chịu nhiệt độ 1000°F (538°C) Vật liệu chịu lửa đùng rộng rãi ngành công nghiệp luyện kim, hoá chất, nhiệt điện sành, sứ, thủy tinh, sản xuất xi măng Các vật liệu chịu lửa nhằm giới hạn khơng gian tiến hành q trình cơng nghệ giảm mát nhiệt lị Trong trình vận hành thiết bị người ta tìm cách để tăng chất lượng gạch chịu lửa, kéo dài thời gian sử dụng gạch lị, góp phần tăng suất thiết bị, hạ thấp tiêu tốn nhiệt, tăng chất lượng hạ giá thành sản phẩm Hình 1.1: Lò luyện kim [1] 1.1.2 Phân loại vật liệu chịu lửa a) Theo chất hố lí ngun liệu ban đầu vật liệu chịu lửa chia thành nhóm: - Nhóm Silic: gồm nhóm nhỏ Dinat Thạch anh - Nhóm Aluminơsilicat: gồm nhóm nhỏ Bán axit, Samơt, Cao Alumin - Nhóm Manhêdi: gồm nhóm nhỏ Đơlơmit, Forsterit, Spinen, Manhêdi - Nhóm Crơmit: gồm nhóm nhỏ: Crơmit, Crơm - manhêdi - Nhóm Zircơn: gồm nhóm nhỏ: Silicat Zircơn (ZrSiO4) Zircơn (ZrO2) - Nhóm Cácbon: gồm nhóm nhỏ: Cốc Grafit - Nhóm Cacbua Nitrua: gồm nhóm nhỏ: Cacborun loại khác - Nhóm Oxit: gồm Oxit tinh khiết b) Theo độ chịu lửa: chia làm loại - Loại chịu lửa thường: độ chịu lửa từ 1580°C đến 1770°C - Loại cao lửa: độ chịu lửa từ 1770°C đến 2000°C - Loại cao: độ chịu lửa 2000°C c) Theo hình dạng kích thước: Chia làm loại: - Gạch tiêu chuẩn thường: Gạch hình chữ nhật gạch hình chêm - Gạch dị hình đơn giản - Loại phức tạp - Loại phức tạp khối lớn d) Theo đặc tính gia cơng nhiệt: loại - Loại khơng nung - Loại nung - Loại đúc từ chất nóng chảy e) Theo phương pháp sản xuất: loại - Sản phẩm nén dẻo, nén bán khô nén dập từ phối liệu dạng bột không dẻo - Sản phẩm đúc từ hồ chất nóng chảy - Sản phẩm cưa từ quặng f) Theo độ xốp: loại - Loại kết khối: Có độ xốp nhỏ 1% - Loại đặc: Có độ xốp từ 10-30% - Loại kết khối: Có độ xốp lớn 50% 1.2 Tính chất vật liệu chịu lửa 1.2.1 Đặc tính cấu trúc vật liệu chịu lửa Đặc tính cấu trúc sản phẩm chịu lửa có ảnh hưởng định đến tính chất Xét mặt cấu trúc, vật liệu chịu lửa tổng thể có kết hợp xếp xen kẽ lẫn ba pha: tinh thể, thủy tinh (vơ định hình) khí (lỗ xốp) Bản chất hố lí số lượng pha hoàn toàn khác Để nghiên cứu đặc tính cấu trúc vật liệu chịu lửa người ta dùng phương pháp hố lí đại phân tích nhiệt, phân tích pha cấu trúc nhiễu xạ Rơnghen, kính hiển vi phân cực, tính hiển vi điện tử phương pháp phân tích thạch học 1.2.2 Mật độ cường độ nhiệt độ thường a) Độ xốp: để phân biệt đánh giá độ xốp sản phẩm, người ta chia loại lỗ xốp nhóm sau (hình 2.1): Hình 2.1: Các dạng lỗ xốp sản phẩm chịu lửa [2] Lỗ xốp kín - Lỗ xốp hở - Lỗ xốp dạng kênh - Lỗ xốp kín, nằm lịng sản phẩm, khơng cho chất lỏng khí thấm qua - Lỗ xốp hở, nằm bề mặt sản phẩm, chứa đầy chất lỏng hay khí khơng cho chúng thấm qua sản phẩm - Lỗ xốp dạng kênh, loại lỗ xốp hở hai đầu cho chất lỏng khí dễ dàng thấm qua sản phẩm Khả thấm khí (hay lỏng) sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào kích thước số lượng dạng lỗ xốp dạng kênh chênh lệch áp suất khí (hay lỏng) hai đầu lỗ Độ xốp đánh giá thông số đặc trưng sau đây: - Mật độ thực (khối lượng riêng t) g/cm3, khối lượng cm3 vật liệu khơng có lỗ xốp - Mật độ biểu kiến (khối lượng riêng biểu kiến t) g/cm3, khối lượng l cm3 vật liệu kể lỗ xốp - Độ xốp thực Wt, % tỉ số thể tích lỗ xốp (cả lỗ hở lỗ kín) với thể tích vật liệu - Độ xốp hở hay biểu kiến Wbk, % tỉ số thể tích lổ hở chứa đầy nước đun sơi với thể tích vật liệu - Độ xốp kín Wk, % hiệu số độ xốp thực độ xốp biểu kiến: Wk = Wt - Wbk Nếu vật liệu bão hoà nước độ xốp biểu kiến xác định công thức: Wbk a2 a1 100% V Trong đó: a1: Khối lượng mẫu khơ tuyệt đối (g) a2: Khối lượng mẫu bão hòa nước (g) V: Thể tích mẫu (cm3) - Độ hút nước tỉ lệ lượng nước hấp thụ với khối lượng mẫu khô: B a2 a1 100% V b) Độ thẩm khí k: độ thấm khí sản phẩm chịu lửa phụ thuộc vào lượng lỗ xốp hở chúng Độ thẩm khí khả cho khơng khí hay khói lị qua sản phẩm điều kiện Độ thẩm khí đặc trưng hệ số thấm khí k, đơn vị rút từ biểu thức sau: P1 P2 F V k l Trong đó: V: Thể tích khí qua mẫu (lít) F: Diện tích khí thẩm qua (m2) l : Chiều dài mẫu (m) : Thời gian khơng khí (khói lị) qua sản phẩm (h) P1 - P2: chênh lệch áp suất hai đầu mẫu (mmH2O) Hệ số thẩm khí lượng khí tính lít qua mẫu có diện tích m 2, có chiều dày l m, thời gian chênh lệch áp suất l mmH2O Độ thẩm khí cịn phụ thuộc vào nhiệt độ nhiệt độ ảnh hưởng đến độ nhớt khí Nếu tăng nhiệt độ, độ nhớt η tăng, độ thẩm khí giảm Quan hệ độ thẩm khí độ nhớt chúng sau: kt1 t kt2 t1 Ngoài ra, độ thẩm khí cịn phụ thuộc phương pháp sản xuất gạch Độ thẩm khí sản phẩm nén bán khơ nhỏ 10 - 30 lần so với sản phẩm nén dẻo c) Cường độ nén Cường độ nén sản phẩm nhiệt độ thường phụ thuộc vào thành phẩm sản phẩm, thành phần phối liệu, điều kiện nén nhiệt độ nung Qua tiêu cường độ nén đánh giá chất lượng sản phẩm nhanh đơn giản, đánh giá trình kĩ thuật sản xuất Đa số gạch chịu lửa có cường độ nén lớn 25N/mm2 Phương pháp tiêu chuẩn để xác định cường độ chịu nén đựa theo cường độ chịu nên mẫu lập phương có cạnh từ 40mm – 100 mm Cường độ nén đa số gạch chịu lửa tăng nhiệt độ tăng đạt đến trị số cực đại 1000°C – 1100°C Tiếp tục tăng nhiệt độ; cường độ nén hạ thấp nhiều Nguyên nhân biến đổi nhiệt độ xuất biến dạng dẻo d) Cường độ chịu kéo, uốn xoắn Trong trình sử dụng gạch chịu lửa xuất loại ứng suất khác ứng suất kéo, ứng suất uốn, ứng suất trượt Để đánh giá cường độ chịu kéo, uốn, xoắn lí tưởng xác định nhiệt độ làm việc chúng, người ta xác định Cường độ chịu kéo, uốn xoắn khơng có phương pháp tiêu chuẩn để xác định cường độ Có thể nói cường độ chịu uốn khoảng 2-3 lần nhỏ cường độ chịu nén khoảng 5-10 lần nhỏ cường độ chịu nén 1.2.3 Độ dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, độ dẫn nhiệt độ a) Độ dẫn nhiệt Độ dẫn nhiệt vật liệu đặc trưng hệ số dẫn nhiệt λ, W/mK Độ dẫn nhiệt có ý nghĩa lớn xác đinh nhiệt tổn thất qua tường, vòm lò Độ dẫn nhiệt ảnh hưởng đến độ bền nhiệt sản phẩm độ dẫn nhiệt với nhiệt dãn nở nguyên nhân gây ứng suất vật liệu 1.3.2 Trong dân dụng Ngày nay, ngành sắt thép chiếm đến 70% nhu cầu sử dụng vật liệu chịu lửa sản xuất giới Vật liệu chịu lửa sử dụng để thiết kế thiết bị chống cháy, ngăn nhiệt Ngồi thạch cao cịn dùng y tế để bó bột cho trường hợp bị gãy tay, gãy chân hay chấn thương liên quan đến xương khớp để vết thương mau lành cố định vết thương di chuyển Hiện nhu cầu số lượng, chất lượng, chủng loại vật liệu chịu lửa ngày phong phú, đa dạng, nhiên, thực tế ngành sản xuất vật liệu chịu lửa Việt Nam chưa đáp ứng nhu cầu nước; chưa thể hoà nhập với nước khu vực toàn giới Ví dụ: a) Thạch cao Hình 3.3: Thạch cao [10] - Tính chất: Cấu tạo thạch cao gồm lớp thạch cao nằm lớp giấy Đây lớp giấy loại X có đặc tính cháy chậm, làm giảm nguy lửa lan rộng Trong lớp thạch cao lại có lõi khơng cháy, gồm canxi sulfat Hóa chất tiếp xúc với lửa tạo hiệu ứng nước có hiệu ngăn cản truyền nhiệt cho khả chống lửa thời gian dài - Ứng dụng: Ở số cơng trình lớn nhỏ trọng đến việc lót thêm lớp phủ bên ngồi thạch cao để tăng sức chịu lửa lên mức cao Không thể không kể đến ứng dụng thạch cao việc điêu khắc, đúc tượng Thạch cao nhẹ nên tạo khuôn, đổ thạch cao vào khn để hồn thành tượng mang tính thẩm mỹ cao cần phải có tỉ mỉ cẩn thận 16