Đồ án gốm xây dựng GẠCH CHỊU LỬA SAMOT A.docx

đồ án gạch chịu lửa samot A

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU SẢN PHẨM, NGUYÊN LIỆU, NHIÊN LIỆU VÀ BÀI TOÁN PHỐI LIỆU 1.1 Giới thiệu sản phẩm 1.1.1 Khái niệm phân loại 1.1.1.1 Khái niệm Vật liệu chịu lửa (VLCL) samốt loại VLCL thuộc họ alumơsilicat có hàm lượng Al2O3 + TiO2: 30- 45% hàm lượng %Al 2O3 30% VLCL samốt loại VLCL phổ biến nhất, chiếm đến 70% tổng số VLCL sản xuất Gạch samốt sử dụng để xây lị cao (đáy lị, cổ lị…), lị gió nóng, thùng đổ gang Trong cơng nghiệp silicat dùng để xây lò nung xi măng, lò nấu thủy tinh, lò gốm sứ, lị khí hóa, ghi đốt nhiên liệu, buồng đốt nóng khơng khí,… 1.1.1.2 Phân loại Dựa vào hàm lượng nhơm, samốt chia làm loại: - Bán Axít Samốt Cao Alumin (samốt cao lanh) – hàm lượng AL2O3 + TiO2 ≤ 30% – hàm lượng AL2O3 + TiO2 : 30 ÷ 45% – hàm lượng AL2O3 + TiO2 ≥ 45% Hiện nay, nước ta phân loại VLCL samốt cao Alumin thành cấp bảng 1.1 (TCVN 7484:2005) Gạch chịu lửa samốt cao Alumin phân làm loại: - Gạch cao alumin cấp III: ký hiệu HAIII; Gạch cao alumin cấp II: ký hiệu HAII; Gạch cao alumin cấp I: ký hiệu HAI; Gạch corun: ký hiệu corun; Bảng 1.1 Những chỉ tiêu kỹ thuật Cấp Ký hiệu Hàm lượng nhơm oxít (Al2O3) % Gạch cao alumin cấp III HA III Từ 45 đến nhỏ 65 Gạch cao alumin cấp II HA II Từ 65 đến nhỏ 75 Gạch cao alumin cấp I HA I Từ 75 đến 90 Gạch corun Corun Lớn 90 1.1.2 Cấu trúc sản phẩm Cấu trúc VLCL có ảnh hưởng lớn định đến tính chất Cấu trúc VLCL tổng thể có xếp xen kẽ kết hợp lẫn ba pha: pha tinh thể, pha thủy tinh pha khí Trong hàm lượng pha tinh thể VLCL Alumơsilicat phụ thuộc vào hàm lượng Al2O3 Cịn pha thủy tinh gồm silic dư lại sau kết tinh mulit từ cao lanh nung ơxít tạp chất khác (chất trợ dung) Nhân tố quan trọng độ nhớt chất lỏng nóng chảy, tính chất VLCL khơng chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ xuất chất nóng chảy số lượng nó, mà cịn phụ thuộc vào độ nhớt chúng nhiệt độ cho Trong sản xuất sản phẩm alumôsilicát dựa vào biểu đồ hệ hai cấu tử Al 2O3–SiO2 Từ biểu đồ xác định thay đổi thành phần pha ta dựa vào tính chất sản phẩm samốt 2100 Dung dịch rắn Mulit + lỏng 2000 1910 Lỏn g 1900 Coru nlỏn g 1850 1800 1700 ddR Mulit + Corun Mulit + lỏng 1600 ddR Mulit 1585 1500 Cristopalit + Mulit 1400 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 %Al2 O3 Hình 1.1 Giản đồ hệ Al2O3 – SiO2 Qua giản đồ nhận thấy thành phần chứa Al 2O3 từ 5,5% đến 72% có pha rắn bền vững tới 1910oC mulit Lượng mulit tạo phụ thuộc vào hàm lượng Al2O3 vật liệu chịu lửa Tỉ lệ Al 2O3 – SiO2 chất lỏng tăng lên ứng với tỉ lệ oxit thành phần ban đầu vật liệu Khảo sát biểu đồ trạng thái Al2O3 – SiO2 đưa đến kết luận: Nếu tăng lượng Al 2O3 vật liệu chịu lửa alumơsilicat độ chịu lửa nhiệt độ mềm chúng tăng lên Tuy nhiên tính chất vật liệu chịu lửa alumôsilicat phụ thuộc không chỉ vào lượng Al2O3 mà vào tổng số tạp chất nóng chảy vào chất hóa học chúng 1.1.3.Tính chất sản phẩm 1.1.3.1 Đặc trưng cấu trúc vật liệu chịu lửa a Cấu trúc vật liệu chịu lửa Cấu trúc vật liệu chịu lửa nói chung có ảnh hưởng lớn định đến tính chất Cấu trúc vật liệu chịu lửa tổng thể có xếp xen kẽ kết hợp lẫn ba pha: pha tinh thể, pha thủy tinh (vơ định hình) pha khí (tức lỗ xốp) Mỗi pha có chất hóa lý riêng số lượng riêng Bằng cách nghiên cứu vi cấu trúc cấu tạo nó, người ta xác định cấu trúc vật liệu chịu lửa b Độ xốp độ thấm khí (thấm chất lỏng) Sản phẩm vật liệu chịu lửa tổng thể kết hợp vật chất rắn (pha tinh thể pha thuỷ tinh) pha khí (các lỗ xốp) Thể tích lỗ xốp; kích thước phân bố, hình dạng chúng ảnh hưởng lớn đến tính chất sản phẩm chịu lửa như: tính chất vật lý (độ đặc, khối lượng riêng, độ xốp, độ dãn nở, độ xuyên thấm, độ hút ẩm), tính chất học (độ bền kéo, uốn, nén) Cường độ học sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào độ xốp sản phẩm, khả bền xỉ vật liệu chịu lửa liên quan trực tiếp đến mức độ thấm ướt xỉ lỏng nóng chảy mà mức độ thấm ướt lại phụ thuộc vào số lượng, phân bố, kích thước, hình dạng đặc tính lỗ xốp bề mặt lòng sản phẩm Độ xốp sản phẩm vật liệu chịu lửa đánh giá qua số chỉ tiêu đặc trưng sau (Theo TCVN 178-65 nhóm H) + Độ đặc thực (khối lượng riêng): Là khối lượng đơn vị thể tích vật liệu đặc tuyệt đối (khơng có lỗ rỗng) Khối lượng riêng VLCL xác định phương pháp bình đo tỷ trọng Vật liệu nghiền nhỏ qua sàng 900 lỗ/cm2 Tuỳ thành phần sản phẩm người ta dùng nước dầu hoả bình tỷ trọng Khối lượng riêng xác định sau: γ a= g γ1 g0 −g Trong đó: g0 khối lượng mẫu cân khơng khí (g), g khối lượng mẫu cân thuỷ tĩnh chất lỏng (g), 1 khối lượng riêng chất lỏng (g/cm3) + Độ đặc biểu kiến : Là tỷ lệ giữa khối lượng vật liệu với toàn thể tích chiếm chỗ nó, kể lỗ rỗng Khối lượng thể tích vật liệu thấp độ rỗng cao độ ẩm thấp Độ đặc biểu kiến xác định theo công thức sau: X bk = g2 −g x 100 % g2−g + Khố lượng thể tích : Là khối lượng đơn vị thể tích vật liệu trạng thái tự nhiên độ ẩm tiêu chuẩn Khối lượng thể tích xác định theo cơng thức sau: γ= g1 xρ g2−g3 Trong đó: g1 khối lượng mẫu khơ tuyệt đối cân khơng khí (g), g khối lượng mẫu bão hồ cân khơng khí (g), g khối lượng mẫu cân nước (g), ρ1 khối lượng riêng chất lỏng (g/cm3) + Độ đặc tương đối: Là phần thể tích vật chất rắn vật liệu Nó tỷ số giữa độ đặc biểu kiến độ đặc thực Nếu độ đặc thực độ đặc biểu kiến vật liệu hoàn toàn đặc + Độ xốp thực: Là tỷ số giữa tổng độ xốp hở độ xốp kín so với thể tích mẫu Tỷ số giữa độ xốp thực mẫu trước nung sau nung cho biết mức độ kết khối vật liệu nung Độ xốp thực tính % xác định theo công thức: X T = γ a−γ x 100 % γ0 Trong đó: a khối lượng riêng vật liệu đem thử (g), 0 khối lượng thể tích vật liệu đem thử (g) + Độ xốp biểu kiến (độ xốp hở): Là tỷ lệ giữa thể tích những lỗ xốp thơng thơng với khơng gian bên ngồi mà nước chui vào với thể tích mẫu, đơi lỗ xốp hở thơng suốt với Điều gắn liền với tăng độ thấm nước sản phẩm Độ xốp biểu kiến thường đặc trưng giá trị hút nước Độ xốp giảm tăng độ kết khối sản phẩm Độ xốp biểu kiến xác định theo công thức sau: X BK = g2−g1 x 100 % g2−g3 Trong đó: g1 khối lượng mẫu khơ tuyệt đối cân khơng khí (g), g khối lượng mẫu bão hồ cân khơng khí (g), g3 khối lượng mẫu cân nước (g) + Độ xốp kín: Là tỷ số giữa thể tích tất lỗ xốp vật liệu không thông với môi trường bên ngồi (đóng kín) với thể tích mẫu (kể thể tích tất lỗ xốp) + Độ hút nước (W): Được đặc trưng mức độ chứa đầy nước lỗ xốp hở vật liệu đun sôi nước biểu thị % Độ hút nước xác định theo công thức sau: W = g2 −g x 100 % g1 Trong đó: g1 khối lượng mẫu bão hồ cân khơng khí (g), g khối lượng mẫu khơ tuyệt đối cân khơng khí (g) + Bề mặt riêng thể xốp: Là diện tích bề mặt bên lỗ đơn vị thể tích vật liệu Độ đặc thực sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào số lượng khối lượng riêng pha tinh thể có mặt sản phẩm Số lượng pha tinh thể nhiều, khối lượng riêng lớn độ đặc thực sản phẩm cao Sự biến đổi thù hình khống có mặt sản phẩm nung dẫn đến làm thay đổi độ đặc Giá trị độ xốp sản phẩm dấu hiệu chủ yếu để đánh giá mức độ kết khối sản phẩm 1.1.3.2 Tính chất học sản phẩm chịu lửa a Tính chất học nhiệt độ thường Ở nhiệt độ thường có tác dụng ngoại lực đủ lớn, sản phẩm chịu lửa bị phá huỷ Đặc trưng trình phá hoại dòn, thường bắt đầu sau bắt đầu biến dạng đàn hồi mức độ không lớn Khác với kim loại, sản phẩm chịu lửa phá huỷ nhiệt độ thường có biến dạng dẻo Biến dạng đàn hồi xác lập tăng khoảng cách giữa nguyên tử tăng ngoại lực tác dụng lên sản phẩm có liên quan lớn trực tiếp đến lượng mạng lưới tinh thể Trị số biến dạng đàn hồi giai đoạn đầu tương ứng với định luật E Hook, tỷ lệ với trị số ứng suất:  =  Trong đó:  trị số dãn dài tương đối (biến dạng đàn hồi),  ứng suất kéo cực đại, E môđun đàn hồi Trị số mơđun đàn hồi E loại bình thường vào khoảng  1.106 KG/cm2, loại vật liệu kết khối đặc độ bền lớn corun, ơxyt manhê mơđun đàn hồi có giá trị E =  3.106 KG/cm2 Hiện tượng biến dạng trượt (hiện tượng chảy dão) vật liệu biểu diễn theo cơng thức: =  G Trong đó:  biến dạng đàn hồi trượt hay góc trượt, G môđun trượt,  ứng suất trượt cực đại sản phẩm Biến dạng đàn hồi trượt sản phẩm thể mức độ nguyên vẹn hình dạng, kích thước, độ đồng nhất, độ đặc q trình tạo hình nung sản phẩm Nói chung yếu tố kỹ thuật khâu dây chuyền sản xuất ảnh hưởng đến tính chất học sản phẩm nhiệt độ thường b Tính chất học nhiệt độ cao Vật liệu chịu lửa phải làm việc lâu dài nhiệt độ cao, giá trị cường độ học chúng nhiệt độ thường chỉ có ý nghĩa tương đối mà đặc trưng cho độ bền thực tế sản phẩm làm việc nhiệt độ cao Vì để đánh giá tính chất học vật liệu chịu lửa nhiệt độ cao người ta phải sử dụng thơng số khác, là: cường độ tức thời nhiệt độ làm việc, nhiệt độ xác định mức độ biến dạng tải trọng tĩnh không đổi, biến dạng dẻo - hay trượt, độ bền lâu dài nhiệt độ phục vụ (khi biến dạng dẻo) b1 Cường độ tức thời nhiệt độ làm việc Quá trình thay đổi cường độ vật liệu chịu lửa nâng dần đến nhiệt độ làm việc, có liên quan trực tiếp đến chất lượng phục vụ lị cơng nghiệp Khi nâng cao nhiệt độ, cường độ học vật liệu chịu lửa giảm Khi nhiệt độ cao 1100 12000C, vật liệu bắt đầu xuất biến dạng dẻo dần tính dịn nhiệt độ thường Vì trình phá hủy vật liệu nhiệt độ phụ thuộc vào mức độ biến dạng dẻo bên vật liệu nhiệt độ Yếu tố ảnh hưởng lớn đến cường độ tức thời nhiệt độ làm việc là: nhiệt độ môi trường làm việc vật liệu chịu lửa, hàm lượng pha tinh thể pha thủy tinh, độ nhớt pha thủy tinh, kích thước thành phần hạt cấu thành sản phẩm Phương pháp xác định: Để biết quy luật biến đổi cường độ học vật liệu nhiệt độ cao ta tiến hành xác định mối quan hệ phụ thuộc tính chất học vật liệu vào nhiệt độ Ví dụ xác định thay đổi độ bền uốn sản phẩm theo nhiệt độ cách: tiến hành kiểm tra cường độ uốn loại sản phẩm nhiệt độ bình thường, sau tiến hành xác định cường độ uốn sản phẩm sản phẩm nhiệt độ xác định cao giới hạn nhiệt độ làm việc sản phẩm Từ thực nghiệm xác định cường độ tức thời nhiệt độ làm việc b2 Nhiệt độ biến dạng tải trọng Một những tính chất quan trọng vật liệu chịu lửa khả chống lại đồng thời tác dụng nhiệt độ cao tải trọng học Tính chất đặc trưng nhiệt độ gây biến dạng mẫu nén tải trọng tĩnh ổn định 2KG/cm (ở Anh Mỹ người ta dùng tải trọng 1.75 KG/cm2), gọi độ biến dạng tải trọng Nó biểu thị khoảng mềm nhiệt độ sử dụng sản phẩm Phương pháp xác định nhiệt độ biến dạng tải trọng (TCVN 6530-6-1999): Để xác định nhiệt độ biến dạng tải trọng người ta cắt mẫu từ vật liệu cần thử thành hình trụ đường kính 36 mm, chiều cao 50 mm Mẫu đặt lị Criptơn chịu tải trọng không đổi KG/cm Cạnh lị có hệ thống học tự ghi biến dạng mẫu theo nhiệt độ Tốc độ nâng nhiệt sau: Dưới 1000 0C tốc độ nâng nhiệt  100/phútphút, 10000C tốc độ nâng nhiệt  0/phútphút Q trình đốt nóng xác định nhiệt độ biến dạng sau: + Nhiệt độ bắt đầu biến dạng - ứng với độ lún mẫu 0,3 mm + Nhiệt độ biến dạng 4% - ứng với độ lún mẫu mm + Nhiệt độ kết thúc biến dạng hay gọi nhiệt độ phá huỷ mẫu biến dạng 40 % ứng với độ lún mẫu 20 mm Thực tế tải trọng tác dụng lên vật liệu chịu lửa lò nung công nghiệp thường nhỏ tải trọng kiểm tra nhiều chỉ những trường hợp cá biệt đạt tới 0.5  KG/cm2 Nhiệt độ biến dạng vật liệu chịu lửa có ý nghĩa lớn sử dụng xây chỗ chịu lực đẩy vòm lò, lò nung buồng đốt cao Sự biến mềm những phần vòm lị chịu tải trọng nung nóng ngun nhân làm võng, biến dạng phá huỷ vòm lò Lớp gạch chịu lửa bị phá hoại tác dụng hoá học xỉ tro nhiên liệu, bụi quặng, khí Nhiệt độ biến dạng tải trọng chỉ tiêu quan trọng Nó đặc trưng cho cường độ xây dựng sản phẩm giới hạn nhiệt độ mà có tải trọng học Vì chỉ tiêu phản ánh đắn khả sử dụng sản phẩm điều kiện cụ thể lị cơng nghiệp c Độ dão (tính trượt) Khi phải làm việc lâu dài nhiệt độ cao điều kiện có tải trọng tác dụng, VLCL biến dạng không thuận nghịch – gọi độ dão hay tính trượt vật liệu Sự dão nhiệt q trình hoạt tính Để thực q trình cần phải thắng mức lượng xác định, chuyển vị nguyên tử xác lập mức chênh lệch hoá học phần riêng biệt hạt tinh thể Hiện tượng biến dạng dẻo vật thể đa tinh thể có liên quan tới trượt tinh thể mức độ trượt chúng từ mặt phảng sang mặt phẳng khác Cơ chế biến dạng thể rõ ứng suất lớn nhiệt độ tương đối cao, đặc trưng chủ yếu cho kim loại Các yếu tố ảnh hưởng đến độ dão: Tăng kích thước pha tinh thể làm giảm tổng diện tích bề mặt hạt, giảm vận tốc trượt Sự có mặt tạp chất dễ chảy vật liệu mức độ bao phủ bề mặt hạt chúng làm tăng vận tốc trượt vật liệu lên nhiều Người ta xác lập thực nghiệm mối quan hệ phụ thuộc vận tốc trượt vào kích thước hạt: ε =d −n Trong đó: ε vận tốc trượt, d đường kính tương đương hạt vật liệu, n số, có giá trị có q trình khuyếch tán xảy nhiệt độ tương đố cao Khi có tượng trượt theo bề mặt hạt nhiệt độ thấp nhiều giá trị n lấy Vai trị chủ yếu q trình khuyếch tán chế trượt nhiệt độ cao vật liệu chịu lửa đa tinh thể xác lập mối quan hệ tuyến tính giữa vận tốc trượt khuyết tật mạng lưới pha tinh thể chủ yếu có mặt sản phẩm Các khuyết tật là: Sự sai lệch tỷ lệ kết hợp pha, tạp chất hay khuyết tật (lỗ trống, vị trí khuyết…) cân nhiệt Tất vật liệu gốm chịu tác dụng tải trọng giai đoạn đầu biến dạng đàn hồi Các vật liệu giòn vật liệu gốm, vật liệu chịu lửa có trị số biến dạng đàn hồi nhỏ tăng ứng suất dẫn đến phá huỷ sản phẩm mà không trải qua giai đoạn biến dạng dẻo Ở nhiệt độ cao tượng lại xảy khác: Vật liệu gốm vật liệu chịu lửa có khả biến dạng dẻo Phương pháp xác định độ dão: Độ dão vật liệu gốm vật liệu chịu lửa thường xác định theo vận tốc biến dạng giai đoạn trượt hay theo trị số biến dạng sau khoảng thời gian định Với sản phẩm vật liệu chịu lửa, độ dão thường xác định nhiệt độ cao (1500  1800 C) ứng suất không lớn (từ 10  100KN/cm2) Vận tốc trượt biểu diễn theo phương trình sau: o ε =S e−Q/RT σ n Trong đó: ε vận tốc trượt (mm/mm.h), s yếu tố cấu trúc, Q lượng hoạt hoá, R số khí lý tưởng lấy 1,98 cal/oC.mol, T nhiệt độ oK,  ứng suất, n số   d Độ bền lâu dài Để đánh giá khả bền vật liệu chịu lửa tác dụng lâu dài tải trọng giai đoạn biến dạng dẻo mà không bị phá huỷ, người ta sử dụng chỉ tiêu đặc trưng độ bền lâu dài sản phẩm Thực tế tính chất dùng VLCL thơng thường mà chỉ có ý nghĩa thực nghiệm sản phẩm từ ơxit tinh khiết như: Al2O3, MgO… Nó cho phép tìm mối quan hệ phụ thuộc giữa độ bền lâu dài  vận tốc biến dạng trượt ε khoảng nhiệt độ 1400  1500oC (khi có ứng suất 100 500 KG/cm2) loại sản phẩm Quan hệ phụ thuộc biểu diễn theo hàm luỹ thừa sau: τ = A εn Trong đó:  độ bền lâu dài, A hệ số phụ thuộc vào điều kiện thử, n số dao động từ 1,5  1.1.3.3 Tính chất nhiệt lý a Độ dẫn nhiệt Độ dẫn nhiệt vật liệu chịu lửa xác định lượng nhiệt truyền qua vật liệu có chênh lệch nhiệt độ (gradien nhiệt độ) giữa mặt sản phẩm Trong vật liệu gốm vật liệu chịu lửa, nhiệt truyền chủ yếu dao động đàn hồi nguyên tử nút mạng lưới tinh thể Nó khác với hình thức truyền nhiệt