Vật liệu chịu lửa

CHƯƠNG KHÁI NIỆM MỞ ĐẦU VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VLCL I/Khái niệm VLCL vật liệu dùng để xây dựng lò công nghiệp, ghi đốt, thiết bị làm việc nhiệt độ cao (>10000), chúng chịu đựng lâu dài tác dụng khác mặt học hoá lí Chúng khác với vật liệu xây dựng khác yêu cầu sau: Nhiệt độ đốt nóng ghi đốt lò công nghiệp đại dao động khoảng 1000-1800oC Vì VLCL phải có độ chịu lửa, nghĩa khả chống lại tác dụng nhiệt độ cao không bị nóng chảy Thường đa số vật liệu chịu lửa nóng chảy nhiệt độ cao 1650-1750 0C nhiệt độ thấp nhiều VLCL bắt đầu mềm cường độ xây dựng Vì tác dụng nhiệt độ cao lên VLCL giới hạn nhiệt độ nóng chảy chúng mà chất lượng VLCL đánh giá khả chống lại tác dụng tải trọng xây dựng nhiệt độ xác định Khi chịu tác dụng nhiệt độ cao, phần lớn VLCL giảm thể tích tượng kết khối phụ Một số khác lại tăng thể tích Dinat Sự biến đổi thể tích VLCL gây nên hư hỏng phá huỷ vỏ lò Vì VLCL phải tích ổn định nhiệt độ dùng chúng Sự thay đổi nhiệt độ lò đốt nóng làm nguôị đốt nóng vỏ lò không đồng gây nên nứt VLCL Do cần phải có độ bền nhiệt Lớp gạch lót lò công nghiệp hay ghi đốt dễ bị huỷ hoại tác dụng hoá học với tro xỉ nhiên liệu hay với vật liệu nấu hay nung đó, yêu cầu cần có độ bền hoá Hiện chưa có loại VLCL tập hợp đầy đủ tính chất làm việc cần thiết để sử dụng cách chắn điều kiện Mỗi dạng VLCL đặc trưng tính chất nó, sở người ta xác định phạm vi sử dụng thích hợp Ví dụ: Dinat nhiệt độ cao có cường độ xây dựng lớn, dùng tốt để xây vòm lò làm việc nhiệt độ cao Trong gạch manhêdi thường có độ chịu lửa cao bền xỉ độ bền nhiệt thấp, nhiệt độ biến dạng dưói tải trọng thấp dùng vòm lò có lực xiên ngang II/ Phân loại: Có nhiều cách phân loại Theo chất hoá lí nguyên vật liệu ban đầu chia VLCL làm nhóm chính: 1/ Nhóm silic: Gồm nhóm nhỏ dinat thạch anh 2/ Nhóm Alumôsilicat: Gồm nhóm nhỏ: Bán axit, sămôt, cao alumin 3/ Nhóm Manhêdi: Gồm nhóm nhỏ: Đôlômit, Forsterit, Spinen, manhêdi 4/ Nhóm crômit: Gồm nhóm nhỏ: Crômit, crôm manhêdi 5/ Nhóm Zircôn: Gồm nhóm nhỏ: Silicat Zircôn (ZrSiO4) Zircôn (ZrO2) 6/ Nhóm cácbon: Gồm nhóm nhỏ: Cốc Grafit 7/ Nhóm Cacbua Nitrua: Gồm nhóm nhỏ: Cacborun loại khác 8/ Nhóm oxyt: Các oxyt tinh khiết Theo độ chịu lửa: Chia làm loại: - Loại chịu lửa thường: Độ chịu lửa từ 1580-17700C - Loại cao lửa: Độ chịu lửa 1770-20000C - Loại cao lửa : độ chịu lửa >20000C 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 Theo đặc tính gia công nghiệt: loại - Loại không nung - Loại nung - Loại đúc từ chất nóng chảy Theo phương pháp sản xuất: loại dẻo Sản phẩm nén dẻo, nén bán khô nén dập từ phối liệu dạng bột không - Sản phẩm đúc từ hồ chất nóng chảy - Sản phẩm cưa từ quặng Theo độ xốp: loại - Loại kết khối : Có độ xốp nhỏ % - Loại đặc: Có độ xốp từ 10-30 % - Loại kết khối :Có độ xốp lớn 50 % III/ Các tính chất Độ chịu lửa: Là khả chống lại tác dụng nhiệt độ cao không bị nóng chảy Độ chịu lửa số kỹ thuật, khác với nhiệt độ nóng chảy vật liệu số lí học Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ ứng với trạng thái cân pha tinh thể pha lỏng Điểm nóng chảy nhiệt độ kết tinh vật chất bị nóng chảy, nhiệt độ trạng thái cân trình nóng chảy kết tinh thuận nghịch Để xác định độ chịu lửa vật liệu người ta dùng côn để đo Côn khối chóp cụt, đáy tam giác có cạnh mm 2mm, cao 30mm Vật liệu làm côn phải nghiền nhỏ lọt sàng 900 lỗ/cm Côn đặt lò nung Lò nung dùng lò điện, lò dùng khí hay loại lò khác miễn lò đảm bảo nhiệt độ đồng toàn thể tích Khi tăng nhiệt độ, pha lỏng xuất tăng theo nhiệt độ, độ nhớt giảm làm khối chóp mềm cong lại Khi đầu côn chạm tới mặt đế nhiệt độ nhiệt độ gục côn hay nhiệt độ chịu lửa hay nhiệt độ nóng chảy có điều kiện vật liệu Trong công nghiệp thường gọi độ chịu lửa 1/10 nhiệt độ chịu lửa Ví dụ: Nhiệt độ chịu lửa dinat 1710 0C độ chịu lửa 171 Để xác định độ gục côn, đo trực tiếp nhiệt kế quang học mà cách so sánh với nhiệt độ gục côn tiêu chuẩn Các côn tiêu chuẩn sản xuất từ hỗn hợp cao lanh, oxyt nhôm, quắc Côn nhiệt độ thấp người ta thêm số chất trợ dung trường thạch Bảng 1: Các côn tiêu chuẩn Côn Nhiệt độ (0C) Côn Nhiệt độ (0C) Côn Nhiệt độ (0C) 1250 18 1500 32 1710 1280 19 1520 33 1730 10 1300 20 1530 34 1750 11 1320 21-25 1530 35 1770 12 1350 26 1580 36 1790 13 1380 27 1610 37 1825 14 1410 28 1630 38 1850 15 1430 29 1650 39 1870 16 1460 30 1670 40 1910 17 1480 31 1690 41 1960 Độ chịu lửa vật liệu thí nghiệm phụ thuộc vào tính chất vật liệu điều kiện thí nghiệm như: Thành phần hoá, thành phần khoáng, thành phần hạt, tốc độ nâng nhiệt, hình dạng kích thước mẫu thí nghiệm, môi trường thí nghiệm Các vật liệu có thành phần hoá thành phần khoáng khác có nhiệt độ chịu lửa khác Bảng 2: Nhiệt độ chịu lửa số VLCL Loại vật liệu Độ chịu lửa (0C) Loại vật liệu Độ chịu lửa (0C) Quắc 1730-1750 Cao Alumin 1780-2000 Dinat 1710-1720 Manhêdi >2300 Đất sét chịu lửa 1580-1750 Crôm-manhêdi >2000 Cao lanh 1740-1770 Đôlômit >2000 Sămôt 1610-1750 Forsterit (2MgO.SiO2 1800-1850 85% +MgO.Fe2O3 15%) Bán Axit 1610-1710 Thành phần cở hạt: Nếu hạt vật liệu lớn, nhiệt độ gục côn cao Nguyên nhân: Nếu kích thước hạt lớn, bề mặt tiếp xúc với bé, điều kiện tạo thành điểm ơtecti đi, lượng pha lỏng tăng chậm, nhiệt độ gục côn tăng lên Ví dụ: hỗn hợp 50% đất sét 50% quắc có cỡ hạt 0,5mm có nhiệt độ gục 1710 0C Nếu hạt nhỏ 0,06mm có nhiệt độ gục 1640 0C Tuy nhiên, tăng tốc nhiệt độ chậm khoảng 230C /phút cỡ hạt ảnh hưởng đến nhiệt độ gục côn - Tốc độ nâng nhiệt: Thay đổi tốc độ nâng nhiệt trước giai đoạn kết nối sản phẩm không ảnh hưởng đến kết thí nghiệm Tăng tốc độ nâng nhiệt giai đoạn vật liệu mềm tăng nhiệt độ gục côn Tuy nhiên tăng tốc độ nâng nhiệt độ tăng nhiệt độ gục côn khác không giống Nguyên nhân chính: ảnh hưởng tốc độ nâng nhiệt lên tốc độ phản ứng hoá học tạo thành pha lỏng vật liệu khác không giống Vì qui định: Tốc độ nâng nhiệt 4-60C/phút nhiệt độ kết khối sản phẩm - Môi trường khí: VLCL thường chứa sắt Sắt tồn dạng Fe 2+ Fe3+, chúng biến đổi thuận nghịch tuỳ theo môi trường Hợp chất Fe 2+ dễ chảy nên nhiệt độ gục côn thấp Qua nhiều thực nghiệm thấy rằng: VLCL chứa sắt nên xác định môi trường trung tính hay oxi hoá Cường độ xây dựng nhiệt độ cao Là khả chống lại đồng thời tác dụng nhiệt độ tải trọng học Tính chất đặc trưng nhiệt độ biến dạng dưói tải trọng tĩnh kg/cm 2, biểu thị khoảng mềm sản phẩm bị biến dạng dẻo Tải trọng thực tế thường nhỏ tải trọng kiểm tra nhiều lần Cao 0,5-1kg/cm Để xác định nhiệt độ biến dạng dưói tải trọng tĩnh 2kg/cm theo tiêu chuẩn Liên Xô (GOST 4070-48) ngưòi ta cắt sản phẩm thành hình trụ có đường kính 36mm, cao 50mm Mẫu đặt lò điện chịu tải trọng không đổi 2kg/cm Cạnh lò có hệ thống học ghi biến dạng sản phẩm Tốc độ nâng nhịêt: đến 8000C không qúa 100C /phút >8000C 4-50C/phút Quá trình xác định tìm nhiệt độ: - Nhiệt độ bắt đầu biến dạng: Ứng với độ lún mẫu 0,3mm - Nhiệt độ biến dạng 4%: Ứng với độ lún mẫu 2mm Nhiệt độ kết thúc biến dạng nhiệt độ phá huỷ: Ứng với độ lún mẫu 40% chiều cao ban đầu Ta có bảng nhiệt độ biến biến dạng tải trọng 2kg./cm2 VLCL: Bảng 3: Nhiệt độ biến dạng dưói tải trọng kg/cm2 [0C] VLCL BD 4% 40% Dinat 1650 Bán Axit 1400 1430 1500 Sămôt B 1250 1320 1500 A(Al2O3 1400 1470 1600 (Al2O3 1450 1550 1650 khối 1600 1660 1800 Côrun (Al2O3 99%) 1870 1900 Sămôt 40%) Cao lanh 42%) Mullit kết (Al2O3 70%) 1670 Manhêdi (99%Mg0) 1550 1580 Crôm-manhêdi 1450-1550 1480-1600 Forsterit 1550-1650 1650-1710 Đôlômit 1550-1610 1630-1680 1650-1690 Nhiệt độ biến dạng VLCL chủ yếu phụ thuộc vào thành phần khoáng hoá, vào đặc tính cấu trúc, vào tỉ lệ pha tinh thể pha thuỷ tinh, vào độ nhớt pha lỏng tạo nóng chảy pha thuỷ tinh tinh thể dễ chảy Nhiệt độ biến dạng tải trọng VLCL từ oxyt tinh khiết thường gần với nhiệt độ nóng chảy nó, thành phần pha sản phẩm lượng pha thuỷ tinh có Khi pha tinh thể chủ yếu bắt đầu hoá mềm biến dạng dẻo (sắp nóng chảy) sản phẩm bắt đầu bị biến dạng Nhưng VLCL thường chứa lượng tạp chất nên nhiệt độ cao chúng tạo lượng pha lỏng làm hạ thấp nhiệt độ biến dạng sản phẩm so với độ chịu lửa lớn Lúc đặc tính cấu trúc phần tinh thể có giá trị lớn Các tinh thể chủ yếu đủ lớn tạo khung xương vững chắc, khắc phục ảnh hưởng có hại pha lỏng làm tăng nhiệt độ biến dạng Thể rõ Dinat Dinat: có cấu trúc mạng lưói tinh thể trydimit rối loạn xen kẽ chặt chẽ làm cho nhiệt độ mềm dinat cao so với độ chịu lửa đạt tới 1650-1670 0C Khoảng cách độ chịu lửa độ biến dạng gần 50-70 0C dinat SiO2 có 4-6% tạp chất tạo 10-15% pha lỏng Độ nhớt pha thuỷ tinh nóng chảy cao Các tinh thể dinat liên kết bền vững, hoà tan pha lỏng không đáng kể.Vì dinat bị phá huỷ tridimit bắt đầu nóng chảy 1650-1670 0C Ở nhiệt độ tốc độ phá huỷ sản phẩm nhanh (hiệu nhiệt độ bắt đầu biến dạng kết thúc biến dạng có 10-20 0C) đường cong biến dạng gần dốc thẳng đứng Sản phẩm manhêdi: Chứa 91% MgO, gồm 90% tinh thể periclaz, 10% lại gồm MgO+ tinh thể dễ chảy chủ yếu silicat pha thuỷ tinh Tinh thể periclaz tái kết tinh lớn lên có dạng hạt que hay trụ nên không tạo mạng tinh thể chặt chẽ sản phẩm Các hạt tinh thể liên kết lớp chất dễ chảy mỏng Nếu lớp mềm ra, chảy làm sản phẩm mềm biến dạng Vì nhiệt độ biến dạng manhêdi xấp xỉ 1550 0C tức nhiệt độ nóng chảy chất liên kết Khoảng cách nhiệt độ biến dạng nhiệt độ chịu lửa khoảng 700 0C Độ nhớt pha liên kết giảm nhanh tăng nhiệt độ nên sản phẩm manhêdi có khoảng biến dạng ngắn (20-50 0C), đường cong biến dạng giai đoạn cuối dốc gần thẳng đứng Sămốt: Sản phẩm bị biến dạng khác tăng nhiệt độ Sămốt chứa gần 50% mullit (A3S2) chịu lửa cao tinh thể hình kim nhỏ không tạo thành liên tinh thể bền vững Phần lại pha thuỷ tinh silic có độ nhớt cao Vì tăng nhiệt độ khối thuỷ tinh mềm ra, độ nhớt giảm dần, pha lỏng tăng lên làm Sămốt biến dạng từ từ Mẫu thí nghiệm không bị phá huỷ mà bị phình theo hình tang trống Khoảng biến dạng dài 150-200 0C Đường cong biến dạng số VLCL 12 Độ bền nhiệt (bền xung nhiệt) Sự thay đổi nhiệt độ lò nung thiết bị làm việc gián đoạn hay dao động nhiệt độ lò thiết bị làm việc liên tục gây nứt vỡ gạch xây dựng Tính chất VLCL chống lại dao động nhiệt độ không bị phá huỷ gọi độ bền nhiệt Nguyên nhân làm vỡ gạch dao động nhiệt đốt nóng làm nguội sản phẩm có chênh lệch nhiệt độ dẫn đến xuất ứng xuất sản phẩm Sự chênh lệch nhiệt độ lớp song song với bề mặt đốt nóng làm nguội sản phẩm phụ thuộc vào điều kiện đốt nóng làm nguội, vào hệ số dẫn nhiệt độ a Hệ số dẫn nhiệt độ a đặc trưng tốc độ phân phối nhiệt độ vật liệu phụ thuộc vào đại lượng vật lí sau: a= m2/h λ : hệ số dẫn nhiệt Kcal/mh 0C C: tỉ nhiệt Kcal/kg 0C γ: trọng lượng thể tích vật liệu kg/m3 Như điều kiện đốt nóng làm nguội vật liệu có hệ số dẫn nhiệt lớn, gradien nhiệt độ vật liệu nhỏ Khi có chênh lệch nhiệt độ sản phẩm xuất ứng suất giãn nỡ nhiệt không đều, Như muốn cho sản phẩm bền vững chênh lệch nhiệt độ lớp phải nhỏ, nghĩa hệ số dẫn nhiệt lớn hệ số giãn nõ nhiệt nhỏ Ngoài người ta thấy rằng: -Sản phẩm bền nhiệt tính chất đàn hồi vật liệu cao - Kích thước hình dạng sản phẩm ảnh hưởng đến độ bền nhiệt sản phẩm có hình dạng nhiều góc cạnh, nhiều điểm uốn lượn bền nhiệt so với sản phẩm dạng đơn giản - Thực tế cách làm tăng kích thước hạt phối liệu (gạch Sămốt, manhêdi, corun) làm tăng độ bền nhiệt vật liệu Nguyên nhân: với thành phần hạt cấu trúc sản phẩm có vết nứt li ti, mối đứt gần quanh hạt lớn làm tính linh động hạt tăng lên làm tăng độ bền nhiệt - Phương pháp gia công phôi liệu đóng khuôn sản phẩm thay đổi độ bền nhiệt Phương pháp xác định độ bền nhiệt: Theo tiêu chuẩn Liên Xô (GOST 7875-56) gồm bước: + Mẫu thử chọn viên gạch có kích thước tiêu chuẩn: 230x113x65 mm + Đốt nóng đẫu mẫu lò điện có nhiệt độ 850 0C hay 1300 0C + Nhúng đầu đốt nóng vào nước lạnh 20 0C đến mẫu thử rạn nứt hao hụt đến 20 % khối lượng ban đầu Số lần đốt nóng làm nguội gọi độ bền nhiệt vật liệu Bảng 4: Độ bền nhiệt vài loại VLCL Loại VLCL Độ bền nhiệt (nung 850 0C) Dinat 1-2 Sămốt: loại hạt nhỏ sít đặc 5-8 Loại hạt vừa 10-15 Loại hạt thô 25-100 Mahêdit 2-3 Crôm-Mahêdi 2-3 Crôm-Mahêdi bên nhiệt >30 Khi làm nguội, bề mặt co lại chịu ứng suất kéo, vết nứt vuông góc bề mặt làm nguôi Khi đốt nóng bề mặt giãn nỡ chịu ứng suất nén, kẽ nứt xuất góc 45 so với bề mặt bị đốt nóng Ổn định thể tích nhiệt độ cao VLCL thường dùng phải chịu tác dụng lâu dài nhiệt độ cao Vì sản phẩm VLCL xảy tượng sau: - Biến đổi thành phần pha - Tái kết tinh - Kết khối phụ Do sản phẩm bị nở phụ hay co phụ tương làm sản phẩm biến đổi không thuận nghịch kích thước dài chúng Hiện tượng co phụ làm mối hàn viên gạch bị hở ra, bong vữa, làm hạ thấp mật độ, độ bền nhiệt, bền xỉ mạch vữa Tường vòm lò bị lún xuống dẫn tới phá huỷ chúng Sức co phụ lớn làm vòm lò võng tụt gạch Hiện tượng giãn phụ không lớn lại làm tăng cường độ mạch vữa đặc biệt vòm lò Nếu giãn nhiều làm vòm lò phồng lên, hình dạng hình học phá huỷ phân phối ứng suất đồng vòm lò, gây tụt vòm lò Sự ổn định thể tích VLCL nhiệt độ cao với cường độ xây dựng chúng điều kiện cần thiết để đảm bảo sử dụng chúng cấu trúc chịu tải trọng lò nung ghi đốt Phần lớn sản phẩm chịu lửa nhiệt độ cao sít chặt lại so kết khối,làm co sản phẩm Sự sít chặt xảy sức căng bề mặt pha lỏng tạo ra, gây nên tượng phân phối lại làm gần hạt sản phẩm Khi trì nhiệt độ cao lâu dài, pha tinh thể lớn dẫn làm sít chặt sản phẩm tinh thể tạo có mật độ lớn so với nguyên liệu ban đầu Ví dụ: Sản phẩm cao alumin, tượng sít đặc lại tái kết tinh γ - AL2O3 thành αAL2O3 tinh thể corun lớn lên làm sản phẩm co phụ Nhũng VLCL co phụ Sămốt, Manhêdi, crôm Manhêdi - Nếu nung nhiệt độ cao ~ 1500-1600 0C periclaz kết tinh tốt ta manhêdi kết khối , đóng rắn với dung dịch nhiệt độ 600C CaO tự : Rất dễ bị hydrat hoá tạo thành Ca(OH)2 gây nứt nẻ phá huỷ sản phẩm MF ( manhêdi ferit MgO.Fe2O3 manhêdi vustit MgO FeO ) : tạo thành dung dịch rắn với MgO có tác dụng tốt cho trình tái kết tinh periclaz làm tăng trình kết khối C2F ( dicanxi ferit ) : Có tác dụng kết khối tốt làm giảm nhiệt độ biến dạng tải trọng độ chịu lưả vật liệu Cần phải hạn chế C4AF tương tự C2F CMS : Làm tăng trình kết khối khoáng dễ cháy ( Nhiệt độ nóng chảy 1460 0C )làm giảm nhiệt độ biến dạng tải trọng tăng độ co nung Khoáng có hại M2S ( forterit ) : làm tăng nhiệt độ biến dạng tải trọng ( nhiệt độ nóng chảy cao ) để có liên kết forsterit vật liệu phải nung nhiệt độ cao > 16000C C3S C2S : Đều có ảnh hưởng không tốt đến trình kết khối C 3S làm nguội đến 115012500C bị phân huỷ C3S → C2S + CaO tự CaO tự có ảnh hưởng không tốt nêu Còn C 2S không ổn định làm nguội có biến đổi thù hình từ βC2S → γC2S kèm theo tượng tăng thể tích 10% gây tả sản phẩm III/ Kỹ thuật sản xuất Gồm hai giai đoạn : Sản xuất manhêdi kết khối sản xuất sản phẩm manhêdi 1/ Sản xuất manhêdi kết khối : - Đập nhỏ quặng manhêdit rổi nung 1550 0C- 16000C để loại trử hết CO2 khỏi quặng loại trừ H2O khỏi hydrôxyt sản xuất từ nước biển Trong trình nung sản phẩm kết khối kèm theo có 20 - 25% đồng thời kích thước MgO tăng lên , trọng lượng riêng tăng lên Mặt khác hoạt tính tác dụng hoá học giảm - Có thể nung lò đứng lò quay - Manhêdi kết khối để sản xuất gạch chịu lửa manhêdi phải nung nhiệt độ cao so với nhiệt độ nung sản phẩm để tránh tăng độ co sản phẩm - Manhêdi kết khối đem nghiền nhỏ bột luyện kim , dùng để hàn , vá , đắp tường lò điện nấu thép 2/ Sản xuất sản phẩm manhêdi : a/ Nguyên liệu : - Dung manhêdi kết khối tốt : MgO ≥ 90-92% ; CaO ≤ 2,5 %; SiO2 ≤ 4% ; MKN ≤ 0,6% - Để sản xuất sản phẩm đặc biệt , dùng thêm mảnh vỡ , phế phẩm chúng ổn định thành phần pha , CaO tự không , tạp chất phân phối đồng - Muốn sản xuất sản phẩm mật độ cao , cho vào phối liệu 1,1 ± 0,3% phụ gia TiO - Để sản xuất manhêdi bền nhiệt với chất liên kết spinen MgO Al 2O3 cho vào phối liệu 8-12%Al2O3 kỹ thuật , 5% bụi lọc điện (từ lò quay sản xuất manhedi kết khối ) - Để tăng độ kết khối sản phẩm bền nhiệt thêm vào 5% Cromit SƠ ĐỒ SẢN XUẤT GẠCH MANHÊDI b/ Chuẩn bị nguyên liệu * Thành phần hạt tốt nhất: Hạt 2-0,8mm Hạt 0,8-0,088mm 45-55% 5-15% Hạt 800kG/cm Nếu tăng áp lực nén, mật độ, cường độ, độ bền nhiệt, nhiệt độ biến dạng tải trọng tăng Nhiệt độ nung giảm xuống vài chục độ Áp lực nén tăng đến1200 đến 2000kG/cm d/ Sấy sản phẩm * Sau ép, viên mộc có cường độ không cao lắm:15-20kG/cm 2, chuyển vào lò phải cẩn thận, phải xếp nghiêng thưa để tăng bề mặt sấy thông gió tốt * Quá trình sấy phức tạp trình hyđrat hoá MgO tiếp tục tiến hành Để tránh nứt sản phẩm trình hyđrat hoá làm tăng thể tích, sấy phải để cường độ hyđrat hoá thấp nhất, nơi ẩm tháot nhanh nhất, nhiệt độ sấy thấp, tốt dung khí nóng hồi lưu Nhiệt độ vào 55-750C, nhiệt độ 35-500C * Thường dùng lò sấy phòng, lò sấy tuynen, lò sấy xích Độ ẩm sau sấy 0,1-0,2%, cường độ viên mộc ≥ 70kG/cm2 e/ Nung sản phẩm * Sản phẩm manhêdi nung biến đổi đa hình nên giai đoạn co giãn đặc biệt * Ở nhiệt độ thấp< 10000C hyđroxyt, keo SSB bị phân huỷ làm cường độ học viên mộc giảm 23000C; người ta giảm tăng nhiệt độ Nhiệt độ biến dạng tải trọng không cao lắm: 1500-1550 0C, phụ thuộc vào loại khoáng liên kết Nếu monticelit (CMS) nhiệt độ biến dạng tải trọng thấp so với khoáng liên kết forsterit (M 2S) (~ 16000C) Nếu SiO2 20000C, sản xuất từ quặng crômit manhêdi kết khối a/ Sơ đồ sản xuất b/ Phối liệu: Tính chất sản phẩm phụ thuộc vào tỷ lệ cấu tử Sự phụ thuộc biểu diễn sau: 1) Cường độ nén [kG/cm2] 2) Độ xốp [%] 3) Nhiệt độ biến dạng tải trọng [0C] 4) Độ bền nhiệt 5) Co phụ nung 16000C 24h Qua hình ta thấy có loại tỷ lệ phối liệu tốt nhất: Crômit:Manhêdi = 30:70 Ta sản phẩm bền nhiệt Crômit:Manhêdi = 65:35 Sản phẩm có nhiệt độ biến dạng tải trọng cao Gạch Cr-Mg bền nhiệt gọi gạch Mg-Cr lượng manhêdi kết khối nhiều thường dùng để xây vòm lò Martin, bền bị phồng rộp loại thứ hai Thành phần hóa học loại [%] Loại gạch SiO2 Al2O3 Cr2O3 Fe2O3 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 phối liệu Phối liệu Crômit Manhêdi kết khối Crôm-manhêdi bền nhiệt Hạt 3-0,8mm:30% Hạt 2-0mm: 65-70% > 3mm < 0,06mm :30-39% < 0,8mm Cr-Mg thường ≤ 5% ≤ 10% Hạt 0,8-0mm :60% Hạt 2-0mm :40% Phối liệu trộn máy trộn bánh xe, cho hạt lớn vào → làm ẩm → cho tiếp hạt nhỏ vào, độ ẩm phối liệu ~3-3,5% Để tăng độ liên kết cho thêm 1,2-1,5% keo SSB c/ Tạo hình sấy * Gạch Cr-Mg khó kết khối nung nên gạch mộc thường tạo hình với áp lực > 800 kG/cm2 Để tăng độ bền nhiệt, trọng lượng riêng, cường độ học sản phẩm áp lực nén lên đến 2000kG/cm2 Trọng lượng riêng gạch mộc sau nén ≥ 3,1g/cm Thường dùng máy ép thuỷ lực máy ép khí để tạo hình * Sấy sản phẩm Cr-Mg tương tự sấy gạch manhêdi: Dùng lò tuynen, nhiệt độ khí vào ≤ 1400C, nhiệt độ khí ≤ 70 0C, thời gian sấy ≥ 30h, độ ẩm cuối 0,4% với cường độ mộc 50kG/cm2 e/ Nung sản phẩm: - Nung sản phẩm Cr-Mg nung gạch manhêdi, nung lẫn với manhêdi Nhiệt độ nung max ≥ 15000C Tốt 1600-17000C - Lò nung: Tuynen - Khi nung gạch Cr-Mg tiến hành trình lý hoá phức tạp f/ Tính chất ứng dụng: - Cường độ học tương đối cao 200-400kG/cm2 - Nhiệt độ biến dạng tải trọng không cao 1450-15500C - Độ bền hoá cao - Độ bền nhiệt tương đối cao Phụ thuộc vào lượng crômit sản phẩm - Được sử dụng rộng rãi 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 sử dụng với gạch manhêdi để xây tường lò mactanh chỗ không tiếp xúc với thép, không làm bẩn thép crôm gạch Để xây gạch Cr-Mg thường dùng vữa xây manhêdi kết khối nghiền mịn Tốt dùng nhẵng thép mỏng dày 1,5-2mm để xây, nung nhiệt độ cao, thép bị oxi hoá tạo với MgO gạch thành manhêdiferit (t0nc= 17500C) hàn viên gạch lại với 4/ Gạch Crôm manhêdi không nung * Người ta thấy rằng: nung gạch Cr-Mg co không nhiều nên sản xuất sản phẩm không nung * Khi sản xuất thành phần hóa khống chế 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/cm2 - Sản phẩm phải sấy 1200C để đạt W=0,5% - Tốt nén phối liệu vào hộp thép mỏng hở có tác dụng thép mạch xây, nung kết tường lò thành khối thống sản phẩm nung kéo dài thời gian sử dụng chúng - Gạch không nung dùng tốt 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 đốt nóng đến 500-1000 0C keo SSB bị phân huỷ Nhiệt độ biến dạng tải trọng thấp nhiều so với sản phẩm nung, sau nung sau dùng, nhiệt độ biến dạng giống loại nung - Nếu dùng Periclaz (ximăng manhêdi) làm chất liên kết cho gạch không nung, độ bền loại không thua loại nung Trên sở đó, người ta làm bê tông chịu lửa CHƯƠNG 7: VLCL CÁCH NHIỆT I/ Khái niệm chung 1/ Mục đích sử dụng VLCL cách nhiệt: Giảm thấp mức tiêu tốn nhiên liệu hạ nhiệt độ môi trường, đặc trưng tính cách nhiệt Nghĩa phải thoả mãn yêu cầu: Nhiệt tích luỹ nhỏ độ dẫn nhiệt nhỏ Nhiệt tích luỹ nhỏ giảm trọng lượng thể tích, tức tăng độ xốp Độ dẫn nhiệt VLCL nhẹ phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt pha tinh thể, pha thuỷ tinh, phân bố chúng, vào độ xốp kích thước lỗ xốp Độ dẫn nhiệt giảm độ xốp tăng, kích thước lỗ xốp giảm Nếu kích thước lỗ xốp lớn gradient nhiệt độ lớn có xạ nhiệt dẫn nhiệt đối lưu lớn nên nhiệt độ cao, nhiệt độ tăng độ dẫn nhiệt tăng Hệ số dẫn nhiệt tích luỹ nhiệt VLCL nhẹ nhỏ so với VLCL thường Chúng giảm từ 1/2 – 2/3 độ dẫn nhiệt tích luỹ nhiệt VLCL thường VLCL cách nhiệt sản xuất dạng gạch khối lớn hay dạng bột Hiện giới sản xuất hầu hết loại VLCL nhẹ có thành phần tính chất khác từ loại thường đinat, samốt, đến loại VLCL đặc biệt từ oxit tinh khiết Al 2O3, ZrO2, BeO 2/ Phân loại: Gạch cách nhiệt ( vật liệu nhẹ) dùng rộng rãi gồm loại: - Loại cách nhiệt thấp: Nhiệt độ làm việc 12000C Loại cách nhiệt thấp: Điatomit, trêpen, amiăng Các loại VLCL nhẹ Loại cách nhiệt trung bình cao VLCL nhẹ VLCL nhẹ dùng lò công nghiệp bao gồm loại: - Loại cách nhiệt bên trong: loại dùng lót lò trường hợp không cáo tác dụng xỉ, kim loại, thuỷ tinh chảy lỏng - loại cách nhiệt bên ngoài: loại phải xây bên nơi bên có nhiệt độ cao nhiệt độ làm việc chúng có tác dụng chất nóng chảy 3/ Yêu cầu: Yêu cầu đặt cho kỹ thuật sản xuất loại vật liệu là: sản phẩm có độ xốp lớn, cường độ học đảm bảo bền nhiệt II/ Phương pháp sản xuất Hai phương pháp phổ biến: - Sử dụng phụ gia cháy - Sử dụng phụ gia tạo bọt 1/ Phương pháp dùng phụ gia cháy nung Phương pháp dựa nguyên tắc đưa vào phối liệu vật liệu cháy nghiền mịn than cốc, antraxit, than đá, mùn cưa, mùn linhin (sản phẩm thải công nghiệp giấy), chất hữu dạng rắn tro Sản phẩm tạo hình phương pháp ép dẻo hay ép bán khô, sau sấy, sản phẩm nung môi trường oxi hoá theo chế độ nung đảm bảo cháy hoàn toàn phụ gia hình thành lỗ xốp mà không bị nứt vỡ hay biến dạng 2/ Phương pháp dùng phụ gia tạo bọt Nguyên tắc: Sử dụng yếu tố tạo bọt huyền phù phối liệu chịu lửa thêm vào chất ổn định bọt để giữ cấu trúc viên mộc dạng bọt xốp - Tạo bọt từ không khí: Dùng phụ gia hoạt tính bề mặt xà phòng côlôphan, sapônin (gốc xà phòng) tiến hành khuấy trộn để tạo bọt huyền phù phối liệu Còn chất ổn định bọt dùng keo da trâu, ximăng alumin từ hồ bão hoà bọt, đúc sản phẩm khuôn sau đem sấy nung - Tạo bọt phản ứng hoá học: Dùng phản ứng sinh khí CO đôlômit nghiền mịn với axit HCl H2SO4, phụ gia định hình cấu trúc bọt thạch cao nửa nước (CaSO4.0,5H2O) Hồ phối liệu đổ vào khuôn gỗ đến ½ chiều cao khuôn, phối liệu nở phồng chiếm toàn thể tích, sấy, nung (Phản ứng đôlômit với HCl, đóng rắn thạch cao, tốc độ thời gian tiến hành với nhiệt độ phản ứng có giá trị định đến tính chất sản phẩm Rất khó điều chỉnh Phương pháp sử dụng thực tế) [...]... Nếu tăng hàm lượng Al 2O3 sẽ tăng nhiệt độ chịu lửa và nhiệt độ mềm của các vật liệu alumosilicat Tuy rằng tính chất của vật liệu này không chỉ phụ thuộc vào hàm lượng Al 2O3 mà còn phụ thuộc vào hàm lượng và tính chất của các tạp chất II/ Nguyên liệu sản xuất VLCL Sămôt Là đất sét và cao lanh chịu lửa 1/ Nguồn gốc: Đât sét chịu lửa là các mảnh vỡ của quặng trầm tích, là các loại hydro alumosilicat phân... CaO CaO làm giảm rất ít độ chịu lửa của SiO 2, làm cho phối liệu liên kết, đạt độ bền cao hơn và đặc biệt khi sấy nóng CaO dễ điều chế Lấy từ đá vôi nung binh thường Dinat có chất phụ gia sắt màu nâu vàng hay nâu hung gọi là "dinat đen" Dùng vôi thì có màu xám hoặc trắng II/ Nguyên liệu Trong kỹ thuật sản xuất dinat người ta thường dùng các nguyên liệu chứa SiO 2 làm nguyên liệu chính: cát quắc, sa... của sản phẩm dinat Thông thường dùng loại có SiO2>=95% Ngoài ra còn có Al 2O3, TiO2, CaO, MgO, Na2O, K2O Đặc biệt có hại nhất là Al2O3 và kiềm vì nó hạ thấp độ chịu lửa của quaczit d/ Độ chịu lửa Để sản xuất dinat yêu cầu quaczit có độ chịu lửa >= 1750 0C Loại < 1730 0C dùng làm phụ gia 3/ Quaczit ở Việt Nam Bản Thái Lạng Sơn- quaczit chứa 98,4% SiO2 và 0,97% Al2O3 Đồn Vàng Phú Thọ- quaczit chứa 97%... đun sôi so với thể tích của vật liệu Nếu vật liệu được bảo hòa nước thì độ xốp biểu kiến được xác định bằng công thức: a1: trọng lượng mẫu khô tuyệt đối (g) a2: trọng lượng mẫu trên được bảo hòa nước (g) V : thể tích mẫu (cm3) + Độ hút nước B: tỷ lệ giữa lượng nước hấp thụ so với lượng mẫu + Trọng lượng thể tích: tỷ lệ giữa độ xốp biểu kiến với độ hút nước +Mức độ đặc cảu vật liệu: tỷ lệ giữa trọng lượng... của lò cao do phối liệu đổ vào hay bụi tro xỉ than chuyển động với tốc độ lớn, hoặc trong lò nung xi măng vật liệu nung cọ xát với gạch đều gây nên hiện tượng bào mòn gạch Nếu gạch không chống được tác dụng bào mòn sẽ bị phá hủy nhanh chóng Khả năng chống lại tác dụng bào mòn không chỉ phụ thuộc vào mật độ cường độ của sản phẩm mà còn vào cấu trúc, cường độ liên kết giữa các hạt vật liệu + Cường độ xung... Nhưng mảnh dinat lại làm tăng độ xốp, nếu dùng mảnh nhiều thì độ chịu lửa bị hạ thấp Sản phẩm càng phức tạp và kích thước càng lớn thì dùng mảnh càng nhiều hơn có thể đến 20-30% - Phối liệu phải có độ ẩm nhất định để đóng khuôn cũng như phải trộn thật đều Độ ẩm của phối liệu do sữa vôi sắt mang vào, độ ẩm này dao động 5-7% Độ ẩm của phối liệu có giá trị lớn, nếu tăng độ ẩm đến giới hạn nào đó thì vôi... SiO2 Như vậy vật liệu chứa Al2O3 trên 72% sẽ có nhiệt độ mềm rất cao Tuy nhiên thông thường trong nguyên liệu còn có tạp chất với 1 lượng từ 2-3% nên nó hạ thấp điểm nóng chảy xuống và tăng lượng pha lỏng lên Đó là nguyên nhân làm nhiệt độ mềm của gạch mullit hạ xuống còn 1620-1650 0C Khảo sát biểu đồ trạng thái Al2O3-SiO2 cho ta kết luận: Nếu tăng hàm lượng Al 2O3 sẽ tăng nhiệt độ chịu lửa và nhiệt... lên VLCL gồm có 3 dạng: Lỏng, khí, rắn Vật thể lỏng tác dụng lên VLCL như xỉ nóng chảy ở lò luyện kim, kim loại nóng chảy, thuỷ tinh lỏng, tro xỉ nhiên liệu chảy lỏng ở các ghi đốt hay lò khí hoá Vật thể rắn tác dụng lên VLCL như các bụi quặng , bụi phối liệu, bụi xỉ hoặc xỉ rắn, hay khi tiếp xúc giữa 2 VLCL với nhau Môi trường khí tác dụng như sản phẩm cháy, nhiên liệu khí, sản phẩm hoá học như CO trong... các cấu tử phải được tính toán trước hàm lượng cần thiết cho vào phối liệu Đầu tiên người ta cho sữa vôi vào, sau đó đến vôi sắt cuối cùng là keo SSB Sau khi tổng hợp ở bể khuấy chung phải lấy mẫu để xác định hàm lượng CaO và FeO 3/ Chuẩn bị phối liệu - Sau khi gia công quaczit, phụ gia khoáng hoá, ta chuẩn bị phối liệu để nén Phối liệu ngoài quaczit, phụ gia khoáng hoá còn sử dụng 1 lượng mảnh dinat... thường, chỉ quan tâm đến điện trở riêng của chúng Ở các sản phẩm chịu lửa đặc biệt, các đặc trưng về điện được nghiên cứu toàn diện và chi tiết hơn Theo độ dẫn điện VL chia làm 3 loại: + Chất điện môi có ρ =109Ω cm (ở 20 0C) + Chất bán dẫn có ρ =109- 10-2Ω cm (ở 20 0C) + Chất dẫn điện có ρ ... thí nghiệm Các vật liệu có thành phần hoá thành phần khoáng khác có nhiệt độ chịu lửa khác Bảng 2: Nhiệt độ chịu lửa số VLCL Loại vật liệu Độ chịu lửa (0C) Loại vật liệu Độ chịu lửa (0C) Quắc... hay nhiệt độ chịu lửa hay nhiệt độ nóng chảy có điều kiện vật liệu Trong công nghiệp thường gọi độ chịu lửa 1/10 nhiệt độ chịu lửa Ví dụ: Nhiệt độ chịu lửa dinat 1710 0C độ chịu lửa 171 Để xác... Các oxyt tinh khiết Theo độ chịu lửa: Chia làm loại: - Loại chịu lửa thường: Độ chịu lửa từ 1580-17700C - Loại cao lửa: Độ chịu lửa 1770-20000C - Loại cao lửa : độ chịu lửa >20000C Theo hình dạng