Vật liệu chịu lửa - Chương 6 potx

CHƯƠNG 6 VLCL CRÔM-MANHÊDI, CRÔMIT VLCL Crôm manhêdi (Cr-Mg) là sản phẩm sản xuất từ 2 nguyên liệu crômit và manhêdi kết khối. Khoáng chủ yếu trong sản phẩm này thuộc loại nhóm khoáng Spinen với công thức chung R 2+ O, R 3+ 2 O 3 . (R 2+ là Mg 2+ , Fe 2+ ; R 3+ là Cr 3+ , Fe 3+ , Al 3+ ) I/ Nguyên liệu Crômit. * Crômit là quặng mà thành phần khoáng (Fe,Mg).(Cr,Al) 2 O 4 chiếm ~ 80%. Khoáng nguyên chất của crômit là FeO.Cr 2 O 3 nhưng hiếm gặp trong thiên nhiên. * Trong quặng crômit ngoài crômspinen ra còn có lẫn 20% khoáng tạp như Serpentin (M 3 S 2 H 2 ) clorit, một ít canxit. * Thành phần hoá của quặng crômit dao động trong một khoảng rộng: Cr 2 O 3 18-62%, Fe 2 O 3 0-3%, FeO 0-20%, MgO 6-16%, Al 2 O 3 0-33%. Ngoài ra còn có: 2% TiO 2 , 0,2% V 2 O 5 , 1% MnO, 0,1% NiO, 0,01% CoO và đến 2% CaO. * Tuỳ theo hàm lượng Cr 2 O 3 chia quặng crômit làm 4 loại : - Quặng nghèo: Cr 2 O 3 <40% - Quặng trung bình 40-45% - Quặng giàu 45-50% - Quặng rất giàu >50% * Crômit để sản xuất VLCL yêu cầu: Cr 2 O 3 =35-40%, phần phi quặng <20% ( là Serpentin thì tốt hơn là clorit vì clorit chịu lửa kém hơn, khó biến đổi khi nung hơn). Quặng phải đồng nhất, đặc, không có mạch rỗng. Fe 2 O 3 ≤10%, SiO 2 ≤ 6-8%, CaO ≤ 1-1,5% là hợp chất có hại vì tạo ra monticelit dễ nóng chảy. 2/Kỹ thuật sản xuất VLCL Crômit: * Sơ đồ sản xuất Quặng crômit Đập thô Nghiền mịn Sàng Bunke Manhêdi bazic Định lượng Mấy khuấy Bơm Định lượng Máy trộn bánh xe Nén (nén thuỷ lực) Sấy (Tuynen) Nung (lò tuynen hoặc lò khác) Bun ke Quặng Đunit Đập thô Nung (800-900 0 C) Bunke Nghiền bi Keo SSB * Phối liệu gồm: Quặng crômit, phụ gia manhêdi bazic (9%), quặng Đunit (6%) Quặng đunit là ôlivin M 2 S đang trong giai đoạn serpentin hoá chứa ~45-60% olivine và 40-55% serpentin. * Trong quặng crômit có serpentin là khoáng không chịu lửa phải cho vào 9% manhêdi bazic đã nung ở 1000 0 C để hợp với serpentin thành chất liên kết Forsterit chịu lửa cao, đồng thời hợp với Fe 2 O 3 thành manhêdiferit chịu lửa. Và để tăng hàm lượng forsterit còn cho thêm khoáng đunit vào phối liệu. Khi đó trong quá trình nung xảy ra phản ứng: 3MgO2SiO 2 2H 2 O + MgO = 2(2MgOSiO 2 ) + 2H 2 O (Serpetin) (manhêdibazic) (forsterit) và trong môi trường ôxi hoá ở nhiệt độ cao >1000 0 C sẽ xảy ra phản ứng: (Fe n ,Mg m )O.(Cr,Al) 2 O 3 + MgO = (Fe n-1 ,Mg m-1- )O.(Cr,Al) 2 O 3 + FeO 4FeO + O 2 = 2Fe 2 O 3 ; MgO + Fe 2 O 3 = MgOFe 2 O 3 * Nhiệt độ nung: Đối với sản phẩm chất lượng cao 1550 0 C, chất lượng vừa phải 1450 0 C duy trì ở nhiệt độ cực đại ~6h Tính chất và ứng dụng: * Tính chất: Là loại gạch trung tính, nó có thể tiếp xúc với gạch axit (đinat) và gạch bazơ (manhêdi) ngay ở nhiệt độ cao. khoảng 1700 0 C mà không có tác dụng gì đáng kể - Cường độ nén [kG/cm 2 ] : 300-700 - Độ xốp biểu kiến [%] : 16-19 - Trọng lượng thể tích [g/cm 3 ]: 3-3,1 - Độ chịu lửa [ 0 C] : 1960; t 0 bđ : 1570-1650 0 C - Độ bền nhiệt (làm nguội bằng không khí) : 9-10 lần * Ứng dụng: Dùng để xây lớp ngăn cách giữa 2 loại gạch bazơ và axit. Ví dụ giữa đinat và manhêdi. Nhưng crômit không thể xây tiếp xúc với samốt vì ở nhiệt độ cao chúng tác dụng với nhau tạo chất có độ chịu lửa thấp. Thường dung để lót lò đốt nóng, ở đó đòi hỏi độ bền xỉ cao. Hiện nay, crômit ít được dung mà thường dùng gạch Cr-Mg nhiều hơn. 3/ VLCL Crômmanhêdi Có độ chịu lửa cao > 2000 0 C, sản xuất từ quặng crômit và manhêdi kết khối a/ Sơ đồ sản xuất Nghiền mịn (hạt <0,8-1mm) Mannhêdi kết khối Đập, nghiền (0,8-3mm) Crômit Trộn phối liệu Nén Sấy Nung Định lượng Keo kết dính Định lượng b/ Phối liệu: Tính chất của sản phẩm phụ thuộc vào tỷ lệ các cấu tử. Sự phụ thuộc ấy được biểu diễn như sau: 1) Cường độ nén [kG/cm 2 ] 2) Độ xốp [%] 3) Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng [ 0 C] 4) Độ bền nhiệt 5) Co phụ khi nung ở 1600 0 C trong 24h Qua hình trên ta thấy có 2 loại tỷ lệ phối liệu tốt nhất: Crômit:Manhêdi = 30:70. Ta được sản phẩm bền nhiệt Crômit:Manhêdi = 65:35. Sản phẩm có nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng cao. Gạch Cr-Mg bền nhiệt còn được gọi là gạch Mg-Cr vì lượng manhêdi kết khối nhiều hơn thường được dùng để xây vòm lò Martin, bền hơn và ít bị phồng rộp hơn loại thứ hai. Thành phần hóa học của 2 loại [%] Loại gạch SiO 2 Al 2 O 3 Cr 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO Crômit 30% 4,5 3,9 9,1 11,0 1,7 69,7 Crômit 65% 3,8 9,9 31,0 12,6 1,3 40,5 Thành phần hạt của phối liệu Phối liệu Crômit Manhêdi kết khối Crôm-manhêdi bền nhiệt Hạt 3-0,8mm:30% Hạt 2-0mm: 65-70% > 3mm ≤ 5% < 0,06mm :30-39% < 0,8mm ≤ 10% Cr-Mg thường Hạt 0,8-0mm :60% Hạt 2-0mm :40% Phối liệu được trộn trong máy trộn bánh xe, đầu tiên cho hạt lớn vào → làm ẩm → cho tiếp hạt nhỏ vào, độ ẩm của phối liệu ~3-3,5%. Để tăng độ liên kết cho thêm 1,2-1,5% keo SSB . c/ Tạo hình và sấy * Gạch Cr-Mg khó kết khối khi nung nên gạch mộc thường được tạo hình với áp lực > 800 kG/cm 2 . Để tăng độ bền nhiệt, trọng lượng riêng, cường độ cơ học của sản phẩm đôi khi áp lực nén lên đến 2000kG/cm 2 . Trọng lượng riêng của gạch mộc sau khi nén ≥ 3,1g/cm 3 . Thường dùng máy ép thuỷ lực hoặc máy ép cơ khí để tạo hình. * Sấy sản phẩm Cr-Mg tương tự như sấy gạch manhêdi: Dùng lò tuynen, nhiệt độ khí vào ≤ 140 0 C, nhiệt độ khí ra ≤ 70 0 C, thời gian sấy ≥ 30h, độ ẩm cuối cùng 0,4% với cường độ mộc 50kG/cm 2 . e/ Nung sản phẩm: - Nung sản phẩm Cr-Mg như nung gạch manhêdi, đôi khi có thể nung lẫn với manhêdi. Nhiệt độ nung max ≥ 1500 0 C. Tốt nhất là 1600-1700 0 C. - Lò nung: Tuynen - Khi nung trong gạch Cr-Mg sẽ tiến hành các quá trình lý hoá phức tạp f/ Tính chất và ứng dụng: - Cường độ cơ học tương đối cao 200-400kG/cm 2 - Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng không cao lắm 1450-1550 0 C - Độ bền hoá cao - Độ bền nhiệt tương đối cao. Phụ thuộc vào lượng crômit trong sản phẩm - Được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp luyện kim, để xây xây vòm lò mactanh, lót lò điện nấu thép, lò nấu đồng, lót zôn nung lò quay xi măng. - Gạch Cr-Mg được sử dụng cùng với gạch manhêdi để xây tường lò mactanh chỗ không tiếp xúc với thép, không làm bẩn thép do crôm của gạch. Để xây gạch Cr-Mg thường dùng vữa xây là manhêdi kết khối nghiền mịn. Tốt hơn cả là dùng nhẵng tấm thép mỏng dày 1,5-2mm để xây, khi nung ở nhiệt độ cao, các tấm thép này sẽ bị oxi hoá và tạo với MgO của gạch thành manhêdiferit (t 0 nc = 1750 0 C) hàn các viên gạch lại với nhau rất chắc. 4/ Gạch Crôm manhêdi không nung * Người ta thấy rằng: khi nung gạch Cr-Mg co không nhiều lắm nên có thể sản xuất sản phẩm không nung. * Khi sản xuất thành phần hóa khống chế như loại nung, nhưng: - Lượng hạt < 0,088mm ≤ 30-35% để giảm độ co. - Dùng loại hạt manhêdi kết khối tốt, cường độ cao. - Dùng 1,5-2,5% keo SSB (theo khối lượng khô) để tăng độ dính kết - Dùng áp lực nén ≥ 800-1000 kG/cm 2 - Sản phẩm phải được sấy ở 120 0 C để đạt W=0,5% - Tốt nhất là nén phối liệu vào những hộp thép mỏng hở có tác dụng như những lá thép ở mạch xây, khi nung sẽ kết tường lò thành một khối thống nhất như sản phẩm nung và kéo dài thời gian sử dụng của chúng. - Gạch không nung dùng rất tốt trong Zôn nung lò quay ximăng, vòm lò mactanh (thời gian sử dụng lâu gấp 2-3 lần đinat). Nhược điểm: - Cường độ bị hạ thấp khi đốt nóng đến 500-1000 0 C do keo SSB bị phân huỷ. Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng thấp hơn nhiều so với sản phẩm nung, nhưng sau khi nung hoặc sau khi dùng, nhiệt độ biến dạng cũng giống như loại nung. - Nếu dùng Periclaz (ximăng manhêdi) làm chất liên kết cho gạch không nung, độ bền loại này không thua kém loại đã nung. Trên cơ sở đó, người ta làm bê tông chịu lửa. . gì đáng kể - Cường độ nén [kG/cm 2 ] : 30 0-7 00 - Độ xốp biểu kiến [%] : 1 6- 1 9 - Trọng lượng thể tích [g/cm 3 ]: 3-3 ,1 - Độ chịu lửa [ 0 C] : 1 960 ; t 0 bđ : 157 0-1 65 0 0 C - Độ bền nhiệt. 9,1 11,0 1,7 69 ,7 Crômit 65 % 3,8 9,9 31,0 12 ,6 1,3 40,5 Thành phần hạt của phối liệu Phối liệu Crômit Manhêdi kết khối Crôm-manhêdi bền nhiệt Hạt 3-0 ,8mm:30% Hạt 2-0 mm: 6 5-7 0% > 3mm. phần hoá của quặng crômit dao động trong một khoảng rộng: Cr 2 O 3 1 8 -6 2%, Fe 2 O 3 0-3 %, FeO 0-2 0%, MgO 6- 1 6% , Al 2 O 3 0-3 3%. Ngoài ra còn có: 2% TiO 2 , 0,2% V 2 O 5 , 1% MnO, 0,1% NiO,