Đồ án gốm thiết kế nhà máy sản xuất gạch chịu lửa cao alumin, công suất 60000 tấn năm

Môc lôc Tªn môc Trang Lêi më ®Çu A – PhÇn kh¸i qu¸t chung. Ch­¬ng1 Giíi thiÖu s¶n phÈm. Ch­¬ng2 – Giíi thiÖu nguyªn liÖu, nhiªn liÖu, n¨ng l­îng. TÝnh to¸n vµ kiÓm tra thµnh phÇn phèi liÖu. B –PhÇn thiÕt kÕ c«ng nghÖ. Ch­¬ng 1 – Lùa chän ®Þa ®iÓm nhµ m¸y. Ch­¬ng 2 – Ph­¬ng ph¸p s¶n xuÊt. D©y chuyÒn c«ng nghÖ. Ch­¬ng 3 – TÝnh c©n b»ng vËt chÊt. Ch­¬ng 4 – Lùa chän , tÝnh to¸n vµ kiÓm tra trang thiÕt bÞ. Ch­¬ng 5 TÝnh to¸n thiÕt bÞ sÊy thïng quay sÊy ®Êt sÐt. Ch­¬ng 6 – TÝnh to¸n thiÕt bÞ lß nung con thoi. Ch­¬ng 7 – KiÕn tróc x©y dùng, ®iÖn , n­íc, kinh tÕ, an toµn lao ®éng. Lêi më ®Çu Trong sù tiÕn bé vµ ph¸t triÓn nh­ vò b·o cña nÒn khoa häc thÕ giíi, khoa häc c«ng nghÖ s¶n xuÊt vËt liÖu x©y dùng còng kh«ng n»m ngoµi xu thÕ ®ã. Víi mét vÞ trÝ ®Æc biÖt trong ngµnh x©y dùng c¸c c«ng tr×nh, chÊt l­îng cña vËt liÖu gèm x©y dùng cã ¶nh h­ëng rÊt lín ®Õn chÊt l­îng vµ tuæi thä c«ng tr×nh. Do ®ã, c«ng nghÖ vËt liÖu nung ®ang ngµy cµng hoµn thiÖn vµ ®æi míi c«ng nghÖ hiÖn ®¹i cho phï hîp víi xu thÕ chung, theo kÞp khoa häc thÕ giíi. Trong ®ã c«ng nghÖ s¶n xuÊt c¸c lo¹i s¶n phÈm vËt liÖu chÞu löa lµ mét yªu cÇu b¾t buéc ph¶i hiÖn ®¹i ho¸ ®èi víi ngµnh c«ng nghÖ vËt liÖu nung. Víi ®Æc tÝnh riªng biÖt cña nã, c¸c s¶n phÈm vËt liÖu chÞu löa ®ang trë thµnh lÜnh vùc nghiªn cøu vµ ®Çu t­ träng t©m cña ngµnh c«ng nghÖ vËt liÖu nung. Bªn c¹nh ®ã, nhu cÇu cña thÞ tr­êng vÒ mÆt hµng nµy cho c¸c ngµnh nh­ luyÖn kim, s¶n xuÊt thuû tinh, thÐp…còng rÊt lín. §Æc biÖt c¸c s¶n phÈm cã ®é chÞu löa cao phôc vô cho c¸c ngµnh luyÖn kim lo¹i quý, lß ph¶n øng, c«ng nghiÖp hµng kh«ng…®ang lµ mét lÜnh vùc cÇn quan t©m vµ chó träng. Gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nµy lµ nhiÖm vô tÊt yÕu cña c¸c kÜ s­ ngµnh vËt liÖu x©y dùng. Do vËy, ®Ó chuÈn bÞ cho m×nh nh÷ng kiÕn thøc c¬ b¶n vÒ ngµnh s¶n xuÊt vËt liÖu chÞu löa, chóng em ®· lùa chän ®Ò tµi cho §å ¸n tèt nghiÖp lµ: ThiÕt kÕ Nhµ m¸y s¶n xuÊt vËt liÖu chÞu löa Cao alumin, c«ng suÊt 60.000 tÊnn¨m. Trong thêi gian thùc hiÖn ®Ò tµi em lu«n nhËn ®­îc sù h­íng dÉn tËn t×nh cña thµy gi¸o PGS, TS Vò Minh §øc_chñ nhiÖm khoa VËt LiÖu X©y Dùng – Tr­êng ®¹i häc x©y dùng. Qua ®©y chóng em xin bµy tá lßng biÕt ¬n s©u s¾c ®Õn thÇy gi¸o PGS, TS Vò Minh §øc. Chóng t«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¸c thÇy c« gi¸o trong bé m«n C«ng nghÖ vËt liÖu x©y dùng _ Khoa vËt liÖu x©y dùng _ Tr­êng ®¹i häc x©y dùng trong suèt thêi gian häc tËp võa qua. Víi tr×nh ®é vµ thêi gian cã h¹n ®å ¸n kh«ng tr¸nh khái nh÷ng sai sãt. Chóng t«i mong muèn nhËn ®­îc ý kiªn ®ãng gãp còng nh­ sù chØ b¶o cña c¸c thµy c« gi¸o, c¸c b¹n sinh viªn ®Ó hoµn thiÖn thªm kiÕn thøc cho b¶n th©n. §ång thêi qua ®©y cho chóng t«i göi lêi c¶m ¬n ®Õn tËp thÓ líp 45VL1, nh÷ng ng­êi ®· ®éng viªn vµ gióp ®ì chóng t«i trong suèt thêi gian häc tËp võa qua. Chóng t«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n Sinh viªn: TrÇn ViÖt TuÊn _ Lª Hång ViÖt. A Kh¸i qu¸t chung vÒ qu¸ tr×nh ph¸t triÓn s¶n phÈm vËt liÖu chÞu löa C«ng nghiÖp vËt liÖu chÞu löa lµ c«ng nghiÖp s¶n xuÊt c¸c s¶n phÈm lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao, song song víi c¸c c«ng nghiÖp kh¸c c«ng nghiÖp vËt liÖu chÞu löa kh«ng ngõng ph¸t triÓn. VËt liÖu chÞu löa lµ hËu ph­¬ng kh«ng thÓ thiÕu ®­îc cña c«ng nghiÖp luyÖn kim, c«ng nghiÖp n¨ng l­îng, c«ng nghiÖp ho¸ häc, c«ng nghiÖp xi m¨ng vµ mét sè ngµnh c«ng nghiÖp kh¸c. Do ®ãng vai trß ®Æc biÖt quan träng ®èi víi nÒn c«ng nghiÖp nªn c«ng nghiÖp vËt liÖu chÞu löa cã lÞch sö ph¸t triÓn kh¸ l©u dµi g¾n liÒn víi sù ph¸t triÓn cña khoa häc kÜ thuËt vµ c«ng nghiÖp thÕ giíi. T¹i Ch©u ¢u, kho¶ng cuèi thÕ kØ thø XIV vËt liÖu chÞu löa samèt ®ãng thµnh viªn tõ ®Êt sÐt chÞu löa b¾t ®Çu ®­îc s¶n xuÊt nh­ng cho ®Õn n¨m 1856 míi x©y dùng ®­îc nhµ m¸y vËt liÖu chÞu löa samèt ®Çu tiªn ë Nga. N¨m 1822 ë Anh cã nhµ m¸y vËt liÖu chÞu löa ®inat ®Çu tiªn vµ sau ®ã ë Nga vµo n¨m 1880. VËt liÖu chÞu löa ®«l«mit ®Çu tiªn còng ®­îc s¶n xuÊt t¹i Anh n¨m 1878. C«ng nghiÖp vËt liÖu chÞu löa ë c¸c n­íc ph¸t triÓn kh«ng ®Òu nhau, sè l­îng vµ møc ®é ë n­íc nµy hay n­íc kh¸c tuú thuéc vµo møc ®é ph¸t triÓn cña c«ng nghiÖp n­íc ®ã. HiÖn nay trªn toµn thÕ giíi cã kho¶ng 2000 c«ng ty s¶n xuÊt vËt liÖu chÞu löa víi tæng c«ng suÊt thiÕt kÕ kho¶ng 40 triÖu tÊnn¨m. Møc ®é tiªu thô cña ngµnh thÐp lµ lín nhÊt chiÕm kho¶ng 70% tæng s¶n phÈm vËt liÖu chÞu löa. TiÕp theo lµ ngµnh xi m¨ng chiÕm 7%, ho¸ chÊt vµ dÇu má chiÕm kho¶ng 4%, kim lo¹i mµu chiÕm kho¶ng 3%, c¸c ngµnh kh¸c chiÕm 6%. VÒ tiªu thô vËt liÖu chÞu löa trªn thÕ giíi theo khu vùc nh­ sau: nhiÒu nhÊt lµ khu vùc Ch©u ¸ Th¸i B×nh D­¬ng chiÕm 40%, §«ng ¢u chiÕm 23%, T©y ¢u chiÕm 15%, c¸c n­íc NAFTA( Mü, Canada, Mªxic« ) chiÕm 14%, c¸c n­íc Latinh chiÕm 4%, Ch©u Phi vµ Trung §«ng chiÕm 4%. (TS. Lª V¨n Thanh _ S¶n xuÊt vËt liÖu chÞu löa – s¶n phÈm vµ thÞ tr­êng _ T¹p chÝ X©y Dùng 72001). ë ViÖt Nam viÖc sö dông vËt liÖu chÞu löa ®· cã tõ rÊt l©u nh­ng do ®Êt n­íc bÞ chiÕm ®ãng do chiÕn tranh, c«ng nghiÖp chËm ph¸t triÓn nªn sau khi miÒn B¾c gi¶i phãng nhµ m¸y g¹ch chÞu löa ®Çu tiªn ®­îc x©y dùng taÞ CÇu §uèng n¨m 1959. Tõ nh÷ng nguyªn liÖu trong n­íc vµ tr×nh ®é khoa häc kü thuËt cßn h¹n chÕ nªn chÊt l­îng s¶n phÈm cßn kÐm, ch­a ®¸p øng ®­îc nhu cÇu cña c¸c ngµnh c«ng nghiÖp thÐp, xi m¨ng, thuû tinh...§Õn n¨m 1997, n­íc ta míi cã ba nhµ m¸y vËt liÖu chÞu löa s¶n phÈm chñ yÕu lµ samèt cã hµm l­îng oxýt nh«m thÊp h¬n 45%. Ngµy nay, trong ®iÒu kiÖn ®Êt n­íc ta tiÕn hµnh m¹nh mÏ c«ng nghiÖp ho¸hiÖn ®¹i ho¸, vËt liÖu chÞu löa ®ãng vai trß ®Æc biÖt quan träng trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp mµ ViÖt Nam cã nhiÒu tiÒm n¨ng nh­ xi m¨ng, gèm sø, thuû tinh...Do vËy, cÇn ph¶i t¨ng c­êng n¨ng lùc s¶n xuÊt vËt liÖu chÞu löa, ®Æc biÖt lµ c¸c lo¹i s¶n phÈm samèt Cao alumin cã hµm l­îng oxýt nh«m lín h¬n 45% ®Ó ®¸p øng ®­îc nhu cÇu cña c¸c ngµnh c«ng nghiÖp trong n­íc vµ tiÕn tíi xuÊt khÈu ra c¸c n­íc trong khu vùc. Theo thèng kª th× n¨ng lùc s¶n xuÊt g¹ch chÞu löa lo¹i samèt Cao alumin cña ViÖt Nam n¨m 2000 lµ 6.000tÊnn¨m, dù kiÕn n¨m 2005 lµ 13.000 tÊnn¨m, ®Õn n¨m 2010 lµ 33.000 tÊnn¨m. Tõ thùc tÕ trªn cho thÊy n¨ng lùc s¶n xuÊt s¶n phÈm vËt liÖu chÞu löa Cao alumin míi ®¸p øng ®­îc mét phÇn cña nhu cÇu sö dông hiÖn taÞ, trong t­¬ng lai nhu cÇu ®ã cßn t¨ng cao th× míi ®¸p øng ®­îc sø mÖnh lÞch sö c«ng nghiÖp ho¸ hiÖn ®¹i ho¸ cña ®Êt nø¬c, ®­a n­íc ta trë thµnh mét n­íc c«ng nghiÖp. Nh­ vËy c«ng nghiÖp vËt liÖu chÞu löa ®ang lµ ngµnh c«ng nghiÖp s¶n xuÊt cÇn ®­îc ®Çu t­ vµ ph¸t triÓn. Ch­¬ng 1 Giíi thiÖu s¶n phÈm vlcl cao alumin VËt liÖu chÞu löa nãi chung vµ s¶n phÈm cao alumin nãi riªng lµ vËt liÖu dïng ®Ó x©y dùng c¸c lß c«ng nghiÖp, c¸c buång ®èt nhiªn liÖu, c¸c thiÕt bÞ lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao h¬n 1000 0C. Tuú theo møc ®é ph¸t triÓn cña tõng n­íc mµ khèi l­îng vËt liÖu chÞu löa ®­îc tiªu thô kh¸ lín trong nhiÒu ngµnh c«ng nghiÖp nh­ luyÖn kim, s¶n xuÊt xi m¨ng, ho¸ chÊt, gèm sø, thuû tinh v.v…Bªn c¹nh nh÷ng s¶n phÈm chÞu löa th«ng th­êng, lµm viÖc ë nhiÖt ®é 1000  1700 0C, ng­êi ta cßn sö dung trong c¸c ngµnh kü thuËt hiÖn ®¹i mét khèi l­îng kh«ng lín nh­ng kh«ng thÓ thiÕu ®­îc c¸c s¶n phÈm chÞu löa ®Æc biÖt tõ c¸c «xit tinh khiÕt nh­ Al2O3, MgO v.v…C¸c lo¹i s¶n phÈm nµy cã thÓ sö dông l©u dµi ë nhiÖt ®é cao trong nh÷ng ®iÒu kiÖn ®èt nãng kh¾c nghiÖt: ë 1800  2000 oC vµ cao h¬n n÷a. Do ®ã, nã ®­îc øng dông trong nhiÒu ngµnh kü thuËt ®Æc biÖt nh­ luyÖn kim lo¹i quÝ hiÕm, s¶n xuÊt c¸c lo¹i thuû tinh ®Æc biÖt, lß ph¶n øng h¹t nh©n, chÕ t¹o m¸y bay, tªn löa. Ta cã thÓ ph©n lo¹i theo mét sè c¸ch sau: • Theo ®é chÞu löa : Lo¹i th­êng cã ®é chÞu löa : 1580  1770 0C Lo¹i chÞu löa cao : 1770  2000 0C Lo¹i chÞu löa rÊt cao : >2000 0C • Theo b¶n chÊt ho¸ lý : S¶n phÈm chøa SiO2 : §inat , qu¾c… S¶n phÈm hä Alum«silicat: b¸n axit, samèt, Cao Alumin… S¶n phÈm kiÒm tÝnh : Manhezi , cr«mmanhezi… S¶n phÈm chÞu löa ®Æc biÖt: chÕ t¹o tõ c¸c «xit tinh khiÕt... • Theo ®Æc tr­ng vËt liÖu vÒ cÊu tróc : Lo¹i ®Æc Lo¹i th­êng Lo¹i xèp nhÑ • Theo h×nh d¹ng vËt liÖu vµ kÝch th­íc : Lo¹i tiªu chuÈn Lo¹i dÞ h×nh (®¬n gi¶n, phøc t¹p ) Lo¹i rÊt phøc t¹p vµ khèi lín • Theo ph­¬ng ph¸p c«ng nghÖ : S¶n phÈm nÐn dÎo S¶n phÈm nÐn b¸n kh« S¶n phÈm ®óc tõ hå hay chÊt nãng ch¶y S¶n phÈm ®­îc c­a tõ quÆng • Theo ®Æc tÝnh gia c«ng nhiÖt : G¹ch nung kÕt khèi G¹ch kh«ng nung G¹ch ®óc tõ phèi liÖu nãng ch¶y Hµm l­îng Al2O3 kh«ng chØ lµ dÊu hiÖu ®Ó chia lo¹i s¶n phÈm mµ nã cßn quyÕt ®Þnh nh÷ng tÝnh chÊt c¬ b¶n cña s¶n phÈm vµ còng lµ c¨n cø ®Ó lùa chän nguyªn vËt liÖu, kü thuËt s¶n xuÊt thÝch hîp. C¸c lo¹i vËt liÖu chÞu löa tuú theo nguyªn liÖu sö dông còng nh­ c«ng nghÖ chÕ t¹o mµ chóng cã c¸c tÝnh chÊt kh¸c nhau. Nh­ng tÝnh chÊt quan träng lµ ®¹t ®­îc ®é chÞu löa yªu cÇu, nghÜa lµ kh¶ n¨ng chèng l¹i t¸c dông cña nhiÖt ®é cao mµ kh«ng bÞ nãng ch¶y. Th­êng lµ ®a sè c¸c vËt liÖu chÞu löa nãng ch¶y ë nhiÖt ®é cao 650oC 1750oC. Tuy nhiªn c¸c vËt liÖu ë nhiÖt ®é thÊp h¬n ®· b¾t ®Çu mÒm vµ mÊt c­êng ®é x©y dùng. V× vËy ng­êi ta ®¸nh gi¸ vËt liÖu chÞu löa b»ng chØ tiªu nhiÖt ®é b¾t ®Çu biÕn d¹ng d­íi t¶i träng tÜnh 2KGcm2 ®Ó x¸c ®Þnh nhiÖt ®é lµm viÖc. §èi víi s¶n phÈm CaoAlumin, ®©y lµ s¶n phÈm thuéc hä Alumo Silicat ®­îc sö dông trong vïng nung cña lß quay nung clanke xi m¨ng v× vËy ngoµi c¸c tÝnh chÊt nªu trªn s¶n phÈm cßn ph¶i ®¹t ®­îc nh÷ng tÝnh chÊt sau: ®é bÒn ho¸ häc, tÝnh æn ®Þnh thÓ tÝch, ®é bÒn nhiÖt, kh¶ n¨ng chèng mµi mßn cao,... Sau ®©y lµ tÝnh chÊt cña s¶n phÈm Cao Alumin. I> C¸c tÝnh chÊt cña s¶n phÈm Cao Alumin: I.1. §Æc tr­ng vÒ cÊu tróc vµ kÕt cÊu : I.1.1.CÊu tróc vµ kÕt cÊu cña vËt liÖu chÞu löa Cao Alumin. CÊu tróc ®ã lµ ®Æc ®iÓm vÒ cÊu t¹o cña vËt liÖu chÞu löa Cao Alumin. Nã x¸c ®Þnh bëi kÝch th­íc h¹t, h×nh d¹ng, c¸ch ph©n bè, h­íng vµ sù tiÕp xóc gi÷a c¸c h¹t, bëi sè l­îng vµ chÊt l­îng thµnh phÇn pha vµ bëi ®é rçng xèp. KÕt cÊu lµ ®Æc ®iÓm cña sù s¾p xÕp, ph©n bè t­¬ng hç gi÷a c¸c cÊu tö trong cÊu tróc vËt liÖu chÞu löa Cao Alumin. §Æc tr­ng vÒ cÊu tróc cña vËt liÖu chÞu löa: lµ d¹ng vËt liÖu gèm, bao gåm c¸c pha nh­ tinh thÓ, thuû tinh, khÝ. CÊu tróc cña vËt liÖu chÞu löa Cao Alumin (thuéc nhãm alum«silic¸t) cã cÊu t¹o chñ yÕu tõ Al2O3 vµ SiO2 c¸c «xit kh¸c trong s¶n phÈm lµ t¹p chÊt cña chóng. Sè l­îng vµ thµnh phÇn cña t¹p chÊt nµy phô thuéc vµo ®é tinh khiÕt cña nguyªn liÖu ban ®Çu. Sù biÕn ®æi thµnh phÇn ho¸ häc cña s¶n phÈm nhãm alum«silicat nãi chung hay s¶n phÈm Cao Alumin nãi riªng t­¬ng øng víi sù thay ®æi thµnh phÇn pha cña chóng. CÊu tróc ¶nh h­ëng lín vµ quyÕt ®Þnh ®Õn mäi tÝnh chÊt cña vËt liÖu chÞu löa. CÊu tróc cña vËt liÖu chÞu löa lµ tæng thÓ sù s¾p xÕp xen kÏ vµ kÕt hîp lÉn nhau cña c¶ ba pha: pha tinh thÓ, pha thuû tinh vµ pha khÝ. +Pha tinh thÓ: Bao gåm chñ yÕu lµ tinh thÓ mulÝt vµ nh÷ng h¹t qu¾c ch­a tham gia ph¶n øng, mét phÇn nhá h¹t kh«ng ho¹t tÝnh ë trong kho¸ng caolinnÝt vµ cßn l¹i ë d¹ng crist«balÝt. Trong s¶n phÈm gèm, mulÝt lu«n tån t¹i ë tinh thÓ nhá hoÆc lín, lµ yÕu tè quyÕt ®Þnh tÝnh chÊt c¬, ho¸ vµ nhiÖt cña s¶n phÈm gèm. Tinh thÓ mulÝt ®Çu tiªn h×nh thµnh ë 920950oC, gäi lµ tinh thÓ mulÝt nguyªn sinh, c¸c tinh thÓ nµy lµ c¸c h¹t lín, ph©n bè kh«ng ®ång ®Òu. Khi nhiÖt ®é t¨ng trªn 950oC, ph¶n øng h×nh thµnh tinh thÓ cµng nhiÒu, ®ång thêi song song t¹o ra pha thuû tinh cã nhiÖm vô hoµ tan tinh thÓ mulÝt míi h×nh thµnh vµ kÕt tinh thµnh tinh thÓ nhá h¬n, ph©n bè ®Òu t¹o ra m¹ng l­íi kh«ng gian lµm cÊu tróc cho s¶n phÈm gèm. S¶n phÈm mulÝt t¸i kÕt tinh gäi lµ mulÝt h÷u sinh. +Pha thuû tinh: Khi nung s¶n phÈm gèm sÏ h×nh thµnh chÊt nãng ch¶y alum«silic¸t kiÒm víi sè l­îng kh¸c nhau lµm ¶nh h­ëng ®Õn c¸c qu¸ tr×nh h×nh thµnh cÊu tróc s¶n phÈm vµ tÝnh chÊt cña chóng. ChÊt nãng ch¶y nguéi ®i, ®«ng ®Æc l¹i t¹o nªn pha thuû tinh. §Æc ®iÓm cÊu tróc cña nã: s¾p xÕp hçn lo¹n, kh«ng cã tÝnh chÊt h¹t, lµ chÊt nãng ch¶y ë nhiÖt ®é cao vµ kh«ng nhiÖt ®é nãng ch¶y x¸c ®Þnh, cã tÝnh chÊt ®¼ng h­íng, l­ìng chiÕt. V× s¶n phÈm Cao alumin ph¶i lµm viÖc l©u dµi ë nhiÖt ®é cao nªn cÇn ph¶i khèng chÕ hµm l­îng pha thuû tinh, víi thµnh phÇn hãa x¸c ®Þnh, cã sè l­îng nhá nhÊt. +Pha khÝ: Lµ thµnh phÇn cÊu tróc thø ba cña vËt liÖu, nã chiÕm ®Çy trong c¸c lç rçng kÝn th­êng cã trong vËt liÖu ngay c¶ khi ®é rçng hiÖu dông b»ng kh«ng. Nguyªn nh©n sù h×nh thµnh pha khÝ nµy lµ kh«ng khÝ chøa trong c¸c lç rçng, c¸c s¶n phÈm d¹ng khÝ cña qu¸ tr×nh khö n­íc (®Ò hy®rat), do qu¸ tr×nh ph©n ly, qu¸ tr×nh khö c¸cbon¸t, qu¸ tr×nh khö «xÝt s¾t, qu¸ tr×nh «xi ho¸ c¸c chÊt h÷u c¬ cßn l¹i trong nguyªn liÖu, t¸ch khÝ trong qu¸ tr×nh nãng ch¶y c¸c cÊu tö cña phèi liÖu vµ c¸c qu¸ tr×nh kh¸c. Pha khÝ ngoµi ¶nh h­ëng tíi tÝnh chÊt c¬ häc cña s¶n phÈm cßn t¹o ra m«i tr­êng khö, oxi ho¸ lµm ¶nh h­ëng tíi qu¸ tr×nh t¹o pha tinh thÓ. Cô thÓ chøa pha khÝ ë m«i tr­êng khö nh­ CO, SO2, SO3 th× d­¬Ý t¸c dông cña nhiÖt ®é c¸c pha khÝ xóc tiÕn h×nh thµnh pha láng lµm vËt liÖu chÞu löa nãng ch¶y, dÉn tíi gi¶m tuæi thä. Ng­êi ta sö dông c¸c ph­¬ng ph¸p hiÖn ®¹i nh­ ph©n tÝch nhiÖt, ph©n tÝch pha vµ cÊu tróc b»ng bøc x¹ R¬nghen, kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö, kÝnh hiÓn vi ph©n cùc,... cho phÐp x¸c ®Þnh b¶n chÊt vµ sè l­îng pha tinh thÓ trong s¶n phÈm, mèi quan hÖ ®Þnh l­îng còng nh­ c¸ch s¾p xÕp, h×nh d¹ng c¸c pha tinh thÓ, thuû tinh trong s¶n phÈm. B»ng c¸ch nghiªn cøu vi cÊu tróc vµ cÊu t¹o cña nã, ng­êi ta cã thÓ x¸c ®Þnh cÊu tróc cña vËt liÖu chÞu löa nãi chung. Nghiªn cøu vi cÊu tróc cho biÕt b¶n chÊt cña pha tinh thÓ, ®Æc tr­ng cÊu tróc cña nã vµ qui luËt kÕt hîp pha tinh thÓ víi pha thñy tinh vµ lç rçng trong s¶n phÈm. ViÖc nghiªn cøu kÕt cÊu nh»m x¸c ®Þnh thÓ tÝch c¸c lç rçng, kÝch th­íc, h×nh d¹ng vµ vÞ trÝ t­¬ng hç cña chóng trong s¶n phÈm. V× vËy nghiªn cøu c¸c tÝnh chÊt cña vËt liÖu chÞu löa cÇn nghiªn cøu cÊu tróc cña nã mét c¸ch toµn diÖn vµ tØ mØ. C¸c nhµ nghiªn cøu trªn thÕ giíi ®Òu cho r»ng: vËt liÖu chÞu löa, ®Æc tÝnh thµnh phÇn pha vµ cÊu tróc pha cña nã cã ý nghÜa quyÕt ®Þnh ®Õn tÝnh chÊt s¶n phÈm. Thµnh phÇn pha – ta nªn hiÓu ®ã lµ b¶n chÊt vµ ®Æc ®iÓm cÊu tróc cña pha tinh thÓ, sù kÕt hîp vÒ mÆt ®Þnh l­îng víi pha thñy tinh (v« ®Þnh h×nh). VÒ thµnh phÇn pha cÇn khèng chÕ l­îng pha thuû tinh, víi thµnh phÇn ho¸ x¸c ®Þnh, cã sè l­îng nhá nhÊt, ®ång thêi cÇn ph¶i h×nh thµnh nhiÒu kho¸ng cã Ých víi kÝch th­íc tinh thÓ nhÊt ®Þnh. §Ó nghiªn cøu vµ ®iÒu chØnh ®Æc ®iÓm cÊu tróc nµy ng­êi ta ph¶i sö dông c¸c ph­¬ng ph¸p ho¸ lý hiÖn ®¹i nh­ ph©n tÝch nhiÖt, ph©n tÝch pha vµ cÊu tróc pha b»ng nhiÔu x¹ R¬nghen kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö, kÝnh hiÓn vi ph©n cùc ... Ph©n tÝch b»ng tia R¬nghen cho phÐp x¸c ®Þnh b¶n chÊt vµ sè l­îng pha tinh thÓ cña s¶n phÈm. Ph©n tÝch nhiÖt vµ ph©n tÝch pha b»ng tia R¬nghen ë nhiÖt ®é cao cho phÐp x¸c ®Þnh nhiÖt ®é xuÊt hiÖn c¸c pha míi vµ sù chuyÓn ho¸ pha tinh thÓ trong qu¸ tr×nh nung chóng. Tuy nhiªn nh÷ng ph­¬ng ph¸p nµy kh«ng thÓ x¸c ®Þnh ®Çy ®ñ mèi quan hÖ ®Þnh l­îng gi÷a pha tinh thÓ vµ pha thuû tinh, ®Æc ®iÓm ph©n bè chóng. Bëi v× pha thuû tinh kh«ng g©y nªn sù ®Þnh h×nh bëi tia R¬nghen (v× pha thuû tinh kh«ng t¹o nªn sù khóc x¹ cña tia R¬nghen). §Ó kh¾c phôc ®iÓm yÕu nµy ng­êi ta sö dông ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch th¹ch häc ®Ó x¸c ®Þnh thµnh phÇn kho¸ng vµ ®Æc ®iÓm vi cÊu tróc cña s¶n phÈm. D­íi kÝnh hiÓn vi ph©n cùc ng­êi ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc c¸c ®Æc tr­ng quang häc nh­ sù ph©n bè thµnh phÇn kho¸ng, hÖ sè chiÕt suÊt cña chóng h×nh d¹ng c¸c kho¸ng... . Tõ ®ã ng­êi ta biÕt ®­îc qu¸ tr×nh h×nh thµnh kho¸ng trong s¶n phÈm. ViÖc nghiªn cøu th¹ch häc cßn cho phÐp x¸c ®Þnh mét c¸ch chi tiÕt, tØ mØ c¸c qu¸ tr×nh quan träng x¶y ra khi nung s¶n phÈm nh­ sù kÕt khèi, sù t­¬ng t¸c ho¸ häc x¶y ra gi÷a c¸c pha, hiÖn t­îng biÕn ®æi pha (c¸c qu¸ tr×nh hoµ tan, kÕt tinh vµ t¸i kÕt tinh...), sù ph©n bè lç xèp vµ pha thuû tinh, møc ®é ph¸t triÓn cña pha tinh thÓ. I.1.2.§é xèp vµ ®é thÊm khÝ (thÊm chÊt láng): S¶n phÈm gèm còng nh­ v©t liÖu chÞu löa cao alumin lµ mét tæng thÓ kÕt hîp cña c¸c vËt chÊt r¾n (tinh thÓ, thuû tinh) vµ pha khÝ (c¸c lç xèp). ThÓ tÝch lç xèp, kÝch th­íc vµ sù ph©n bè, h×nh d¹ng cña chóng ¶nh h­íng lín ®Õn tÝnh chÊt cña s¶n phÈm cao alumin. C­êng ®é c¬ häc cña s¶n phÈm phô thuéc chñ yÕu vµo ®é xèp cña s¶n phÈm, kh¶ n¨ng bÒn xØ cña vËt liÖu chÞu löa liªn quan trùc tiÕp ®Õn møc ®é thÊm ­ít xØ láng nãng ch¶y cña nã mµ møc ®é thÊm ­ít nµy l¹i phô thuéc vµo sù ph©n bè, sè l­îng, h×nh d¹ng, kÝch th­íc vµ ®Æc tÝnh cña lç xèp trªn bÒ mÆt còng nh­ trong lßng s¶n phÈm. Ng­êi ta chia c¸c lo¹i lç xèp thµnh c¸c nhãm sau: Lç xèp kÝn: n»m trong lßng s¶n phÈm kh«ng cho chÊt láng vµ chÊt khÝ thÊm qua. Lç xèp hë: n»m trªn bÒ mÆt s¶n phÈm, chøa ®Çy khÝ vµ chÊt láng nh­ng kh«ng cho chóng thÊm qua phÈm. Lç xèp hë th«ng nhau (d¹ng kªnh): hë hai ®Çu cho chÊt khÝ vµ chÊt láng dÔ dµng thÊm qua s¶n phÈm. Kh¶ n¨ng thÊm khÝ (thÊm chÊt láng) cña s¶n phÈm phô thuéc chñ yÕu vµo kÝch th­íc, h×nh d¹ng vµ sè l­îng cña lç xèp th«ng nhau vµ sù chªnh ¸p cña chÊt khÝ hay láng ë hai ®Çu lç. §é xèp cña s¶n phÈm cã thÓ ®­îc ®¸nh gi¸ qua c¸c chØ tiªu sau: + §é ®Æc thùc (khèi l­îng riªng): Lµ khèi l­îng mét ®¬n vÞ thÓ tÝch ®Æc tuyÖt ®èi (kh«ng cã lç rçng) ®©y lµ ®¹i l­îng vËt lÝ ®Æc tr­ng cho mçi vËt liÖu, nã phô thuéc vµo thµnh phÇn ho¸ häc, vµo cÊu tróc cña c¸c ph©n tè vËt liÖu cÊu thµnh vµ mËt ®é s¾p xÕp c¸c nguyªn tö trong chóng. §é ®Æc thùc ®­îc biÓu thÞ b»ng tØ sè gi÷a khèi l­îng cña vËt liÖu ë tr¹ng th¸i kh« (g) vµ thÓ tÝch cña nã (cm3) ë tr¹ng th¸i hoµn toµn ®Æc ( Theo TCVN 65301999 ). a= 2,62,7(gcm3) + §é ®Æc biÓu kiÕn (khèi l­îng thÓ tÝch): Lµ tØ lÖ gi÷a khèi l­îng vËt liÖu víi toµn bé thÓ tÝch nã chiÕm chç, kÓ c¶ lç rçng. Khèi l­îng thÓ tÝch cµng thÊp th× ®é rçng cµng cao vµ khi ®é Èm cµng thÊp(Theo TCVN 65301999). o= 2,32,4(gcm3) + §é ®Æc t­¬ng ®èi: Lµ phÇn thÓ tÝch cña vËt chÊt r¾n trong vËt liÖu. Nã lµ tØ sè gi÷a ®é ®Æc biÓu kiÕn vµ ®é ®Æc thùc ( Theo TCVN 65301999 ). + §é xèp thùc: Lµ tØ sè gi÷a tæng ®é xèp hë vµ ®é xèp kÝn so víi thÓ tÝch cña mÉu. TØ sè gi÷a ®é xèp thùc cña mÉu tr­íc khi nung vµ sau khi nung cho biÕt møc ®é kÕt khèi cña vËt liÖu khi nung ( Theo TCVN 65301999 ). + §é xèp biÓu kiÕn (®é xèp hë): Lµ tØ sè gi÷a thÓ tÝch cña lç xèp th«ng nhau vµ th«ng víi kh«ng gian bªn ngoµi n­íc cã thÓ chui vµo thÓ tÝch mÉu. §«i khi c¸c lç xèp hë cã thÓ th«ng suèt víi nhau, ®iÒu nµy g¾n liÒn víi sù t¨ng ®é thÊm n­íc cña s¶n phÈm. §é xèp biÓu kiÕn ®Æc tr­ng cho møc ®é hót n­íc. §é xèp gi¶m khi t¨ng ®é kÕt khèi cña s¶n phÈm ( Theo TCVN 65301999 ). §é xèp biÓu kiÕn = 1215 (%) + §é xèp kÝn : Lµ tØ sè gi÷a thÓ tÝch cña tÊt c¶ c¸c lç xèp trong vËt liÖu kh«ng th«ng víi m«i tr­êng bªn ngoµi (®ãng kÝn) víi thÓ tÝch mÉu (kÓ c¶ thÓ tÝch lç xèp). §é ®Æc t­¬ng ®èi còng cã thÓ ®­îc dïng lµm chØ tiªu cho ®é kÕt khèi cña vËt liÖu khi nung. §é xèp phô thuéc vµo thµnh phÇn phèi liÖu, ®é nghiÒn mÞn cña nguyªn liÖu ban ®Çu, vµo ®iÒu kiÖn t¹o h×nh vµ sù lµm chÆt cña s¶n phÈm t¹o h×nh, vµo nhiÖt ®é vµ thêi gian h»ng nhiÖt khi nung. Sù h×nh thµnh c¸c lç xèp ®­îc quyÕt ®Þnh bëi mét lo¹t c¸c yÕu tè c«ng nghÖ liªn quan ®Õn nh÷ng biÕn ®æi trong m¹ng l­íi tinh thÓ cña c¸c kho¸ng. Sù xuÊt hiÖn cña c¸c lç xèp lín bÐ g¾n liÒn víi tÝnh chÊt nguyªn liÖu ®­îc dïng trong s¶n xuÊt, víi c¸c ph­¬ng ph¸p gia c«ng vµ chuÈn bÞ phèi liÖu, nh÷ng ®iÒu kiÖn t¹o h×nh, sÊy vµ nung. C¸c yÕu tè c«ng nghÖ lµ chñ yÕu cã tÝnh chÊt quyÕt ®Þnh vµ nã t¸c ®éng ®Õn suèt qu¸ tr×nh chÕ t¹o s¶n phÈm. C¸c yÕu tè g©y ra sù thay ®æi trong m¹ng l­íi tinh thÓ chØ ®­îc thÓ hiÖn trong giai ®o¹n cuèi cña qu¸ tr×nh nung dÉn ®Õn h×nh thµnh c¸c lç xèp tÕ vi, ®«i khi lµ rÊt khã ph¸t hiÖn b»ng nh÷ng ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ®é xèp th«ng th­êng. VÒ mÆt tÝnh chÊt th× ®Æc tÝnh cña c¸c lo¹i lç xèp kh«ng gièng nhau. Theo nguån gèc h×nh thµnh, ng­êi ta chia ra c¸c lo¹i lç xèp: do cÊu t¹o s¾p xÕp c¸c h¹t cña côm ph©n tè, lç xèp do co kh«ng khÝ vµ co nung, lç xèp do sù t¹o bät vµ do lùc dÝnh kÕt,... Theo trÞ sè b¸n kÝnh cña lç xèp, ng­êi ta chia chóng ra thµnh lç xèp tÕ vi (b¸n kÝnh 2,5 5,0 m), lç xèp trung gian (b¸n kÝnh 5,0 100,0 m), vµ lç xèp lín (mao qu¶n vÜ m«) ®­êng kÝnh 200m. C¸c lç xèp cã b¸n kÝnh 10m ®­îc gäi lµ kh«ng mao dÉn, bëi v× chóng chØ ®­îc chøa ®Çy n­íc khi vËt liÖu bÞ d×m xuèng n­íc. Nh÷ng lç xèp cã b¸n kÝnh bÐ h¬n lµ nh÷ng mao qu¶n, chóng cã thÓ chøa ®Çy n­íc nhê sù thÊm ­ít c¸c thµnh cña chóng do sù d©ng mao dÉn d­íi t¸c dông cña lùc mao dÉn g©y nªn bëi søc c¨ng bÒ mÆt cña n­íc. ViÖc t¨ng ®é xèp kh«ng chØ lµ t¨ng sè l­îng mµ cßn t¨ng c¶ vÒ kÝch th­íc cña chóng n÷a. Sè l­îng lç xèp t¹o thµnh trong qu¸ tr×nh kÕt khèi lµ hµm sè cña thêi gian vµ nhiÖt ®é. Trong c¸c lç kÝn do t¨ng nhiÖt ®é mµ xuÊt hiÖn ¸p suÊt d­¬ng g©y c¶n trë qu¸ tr×nh lµm chÆt s¶n phÈm. D­íi nhiÖt ®é 1100oC, cÊu tróc cña s¶n phÈm ®­îc lµm chÆt ch­a cao, c¸c thµnh phÇn h¹t d¹ng vÈy tËp hîp c¹nh nhau tõng hµng, mét sè vïng riªng lÎ cßn ch­a nãng ch¶y. ë 1200oC xuÊt hiÖn pha thuû tinh, ë mét sè vïng riªng lÎ c¸c h¹t liªn kÕt l¹i víi nhau, nh×n râ ranh giíi c¸c lç xèp. ë 1250oC do søc c¨ng bÒ mÆt mµ kÝch th­íc cña c¸c lç xèp gi¶m xuèng. C¸c lç xèp ph©n bè ®Òu trong x­¬ng s¶n phÈm h×nh thµnh mét cÊu tróc ®ång nhÊt. Trªn thùc tÕ lç xèp hë biÕn mÊt hoµn toµn. Cã sù hîp nhÊt lç xèp bÐ thµnh tõng khu vùc riªng biÖt x¶y ra ë nhiÖt ®é 1300oC. KÝch thø¬c c¸c lç xèp t¨ng lªn. ë 1350oC ®é xèp cña s¶n phÈm t¨ng lªn. Do ¸p suÊt t¨ng mµ c¸c khu vùc riªng biÖt cña lç rçng bÐ x©m nhËp vµo trong nh÷ng lç xèp cã ®­êng kÝnh lín h¬n. ë 1400oC c¸c lç xèp l¹i t¨ng kÝch th­íc ®Õn 15m hoÆc lín h¬n vµ trë thµnh hë. + §é hót n­íc (HP): §Æc tr­ng b»ng møc ®é chøa ®Çy n­íc trong lç xèp hë cña vËt liÖu khi ®un s«i trong n­íc vµ ®­îc biÓu thÞ b»ng phÇn tr¨m. TrÞ sè hót n­íc lµ mét chØ tiªu vÒ ®é kÕt khèi cña s¶n phÈm ®Æc. §é hót n­íc vÒ trÞ sè tuyÖt ®èi th­êng nhá h¬n ®é xèp, bëi v× n­íc kh«ng chui vµo c¸c lç xèp kÝn vµ chØ thÊm mét l­îng kh«ng ®¸ng kÓ vµo c¸c lç rçng kÝn. N­íc kh«ng thÓ gi÷ l¹i ®­îc trong c¸c lç xèp lín mµ chØ thÊm ø¬t thµnh cña lç xèp ( Theo TCVN 65301999 ). + BÒ mÆt riªng cña vËt thÓ xèp: Lµ diÖn tÝch bÒ mÆt bªn trong cña lç xèp trong mét ®¬n vÞ thÓ tÝch. I. 2.TÝnh chÊt c¬ häc cña s¶n phÈm. I.2.1.TÝnh chÊt c¬ häc ë nhiÖt ®é th­êng. ë nhiÖt ®é th­êng, khi cã t¸c dông cña ngo¹i lùc ®ñ lín, s¶n phÈm chÞu löa bÞ ph¸ huû. §Æc tr­ng cña qu¸ tr×nh nµy lµ sù ph¸ ho¹i dßn, th­êng b¾t ®Çu sau khi ®· b¾t ®Çu biÕn d¹ng ®µn håi ë møc ®é kh«ng lín. Kh¸c víi kim lo¹i, s¶n phÈm chÞu löa khi ph¸ huû ë nhiÖt ®é th­êng cã sù biÕn d¹ng dÎo (Theo TCVN 65301999). BiÕn d¹ng ®µn håi ®­îc x¸c lËp do t¨ng kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c nguyªn tö khi t¨ng ngo¹i lùc t¸c dông t¸c dông nªn s¶n phÈm vµ nã cã liªn quan rÊt lín trùc tiÕp ®Õn n¨ng l­îng m¹ng l­íi tinh thÓ cña nã. TrÞ sè biÕn d¹ng ®µn håi ë giai ®o¹n ®Çu t­¬ng øng víi ®Þnh luËt Hook, tû lÖ víi trÞ sè øng suÊt :  =  Trong ®ã :  TrÞ sè d·n dµi t­¬ng ®èi (biÕn d¹ng ®µn håi).  øng suÊt kÐo cùc ®¹i . E M« ®un ®µn håi . HÖ sè tØ lÖ TrÞ sè m«®un ®µn håi E cña c¸c lo¹i vËt liÖu chÞu löa b×nh th­êng vµo kho¶ng 2  1.106 KGcm2, ®èi víi c¸c lo¹i vËt liÖu kÕt khèi ®Æc ®é bÒn lín nh­ corun, «xyt manhª... m«®un ®µn håi cã gi¸ trÞ E = 43.106 KGcm2. HiÖn t­îng biÕn d¹ng tr­ît ( hiÖn t­îng ch¶y d·o ) cña vËt liÖu ®­îc biÓu diÔn theo c«ng thøc :  =  Trong ®ã :  biÕn d¹ng ®µn håi tr­ît hay gãc tr­ît G M«®un tr­ît .  øng suÊt tr­ît cùc ®¹i cña s¶n phÈm . BiÕn d¹ng ®µn håi tr­ît cña s¶n phÈm thÓ hiÖn nh­ møc ®é nguyªn vÑn vÒ h×nh d¹ng, kÝch th­íc, ®é ®ång nhÊt, ®é ®Æc do qu¸ tr×nh t¹o h×nh vµ nung s¶n phÈm. Nãi chung c¸c yÕu tè kü thuËt cña mäi kh©u trong d©y chuyÒn s¶n xuÊt ®Òu ¶nh h­ëng ®Õn tÝnh chÊt c¬ häc cña s¶n phÈm ë nhiÖt ®é th­êng. I.2.2. TÝnh chÊt c¬ häc ë nhiÖt ®é cao. VËt liÖu chÞu löa ph¶i lµm viÖc l©u dµi ë nhiÖt ®é cao. V× vËy gi¸ trÞ c­êng ®é c¬ häc cña chóng ë nhiÖt ®é th­êng chØ cã ý nghÜa t­¬ng ®èi mµ kh«ng thÓ ®Æc tr­ng cho ®é bÒn thùc tÕ cña s¶n phÈm khi lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao. V× vËy ®Ó ®¸nh gi¸ tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu chÞu löa ë nhiÖt ®é cao ng­êi ta ph¶i sö dông c¸c th«ng sè kh¸c, ®ã lµ : c­êng ®é tøc thêi ë nhiÖt ®é lµm viÖc, nhiÖt ®é x¸c ®Þnh møc ®é biÕn d¹ng d­íi t¶i träng tÜnh kh«ng ®æi , sù biÕn d¹ng dÎo hay sù tr­ît, ®é bÒn l©u dµi ë nhiÖt ®é phôc vô (khi biÕn d¹ng dÎo ) I.2.2.1.C­êng ®é tøc thêi ë nhiÖt ®é lµm viÖc: Qu¸ tr×nh thay ®æi c­êng ®é cña s¶n phÈm chÞu löa khi n©ng dÇn ®Õn nhiÖt ®é lµm viÖc, cã liªn quan trùc tiÕp ®Õn chÊt l­îng phôc vô nã trong c¸c lß c«ng nghiÖp. Khi n©ng cao nhiÖt ®é, c­êng ®é c¬ häc cña vËt liÖu chÞu löa Cao Alumin gi¶m. §iÒu nµy cã thÓ gi¶i thÝch do sù suy yÕu c¸c lùc liªn kÕt bªn trong tinh thÓ do t¨ng chuyÓn ®éng dao ®éng cña c¸c nguyªn tö vµ ph©n tö cña chóng. Khi nhiÖt ®é cao h¬n 1100 12000C , trong vËt liÖu b¾t ®Çu xuÊt hiÖn biÕn d¹ng dÎo vµ mÊt dÇn tÝnh dßn ë nhiÖt ®é th­êng. V× vËy qu¸ tr×nh ph¸ hñy vËt liÖu ë nhiÖt ®é nµo ®ã phô thuéc vµo møc ®é biÕn d¹ng dÎo bªn trong vËt liÖu ë t¹i nhiÖt ®é ®ã. C­êng ®é c¬ häc cña vËt liÖu ë nhiÖt ®é cao cã liªn quan chÆt chÏ víi c¸c qu¸ tr×nh ho¸ lÝ x¶y ra trong chóng. TrÞ sè c¸c d¹ng øng suÊt ph¸ huû vËt liÖu (nÐn, kÐo, uèn ...) ë nhiÖt ®é kh¸c nhau còng rÊt kh¸c nhau. Víi c¸c lo¹i vËt liÖu chÞu löa kh¸c nhau, mèi quan hÖ phô thuéc c­êng ®é c¬ häc vµo nhiÖt ®é còng rÊt kh¸c nhau. Do sù h¹ thÊp ®é nhít cña pha thuû tinh dÉn ®Õn lµm t¨ng tÝnh dÎo cña vËt liÖu vµ lµm gi¶m dÇn khuynh h­íng ph¸ huû dßn s¶n phÈm. Sù cã mÆt cña pha thuû tinh lóc nµy còng t¹o ra kh¶ n¨ng hµn g¾n c¸c vÕt nøt tÕ vi s¶n phÈm h×nh thµnh sau khi nung ë bÒ mÆt ph©n chia gi÷a c¸c h¹t lµm t¨ng kh¶ n¨ng liªn kÕt cña chóng. YÕu tè ¶nh h­ëng lín ®Õn c­êng ®é tøc thêi ë nhiÖt ®é lµm viÖc lµ: nhiÖt ®é cña m«i tr­êng lµm viÖc cña vËt liÖu chÞu löa Cao Alumin, hµm l­îng pha tinh thÓ vµ pha thñy tinh, ®é nhít cña pha thñy tinh, kÝch th­íc thµnh phÇn h¹t cÊu thµnh s¶n phÈm Cao Alumin. §Ó biÕt ®­îc qui luËt biÕn ®æi c­êng ®é c¬ häc cña vËt liÖu ë nhiÖt ®é cao ng­êi ta tiÕn hµnh x¸c ®Þnh mèi quan hÖ phô thuéc cña tÝnh chÊt c¬ häc cña vËt liÖu vµo nhiÖt ®é. VÝ dô nh­ x¸c ®Þnh sù thay ®æi ®é bÒn uèn cña s¶n phÈm theo nhiÖt ®é b»ng c¸ch: tiÕn hµnh kiÓm tra c­êng ®é uèn cña cïng mét lo¹i s¶n phÈm ë nhiÖt ®é b×nh th­êng, sau ®ã tiÕn hµnh x¸c ®Þnh c­êng ®é uèn cña s¶n phÈm khi s¶n phÈm ®ang ë c¸c nhiªt ®é x¸c ®Þnh cao h¬n trong giíi h¹n nhiÖt ®é lµm viÖc cña s¶n phÈm. Tõ ®ã b»ng thùc nghiÖm cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc c­êng ®é tøc thêi ë nhiÖt ®é lµm viÖc. I.2.2.2.NhiÖt ®é biÕn d¹ng d­íi t¶i träng. Mét trong nh÷ng tÝnh chÊt quan träng cña vËt liÖu chÞu löa lµ kh¶ n¨ng chèng l¹i ®ång thêi t¸c dông cña nhiÖt ®é cao vµ t¶i träng c¬ häc. TÝnh chÊt nµy ®­îc ®Æc tr­ng b»ng nhiÖt ®« g©y ra sù biÕn d¹ng cña mÉu nÐn d­íi t¶i träng tÜnh æn ®Þnh 2KGcm2 ( ë Anh vµ Mü ng­êi ta ®Æt t¶i träng 1.75 KGcm2 ), ®­îc gäi lµ ®é biÕn d¹ng d­íi t¶i träng . Thùc tÕ t¶i träng t¸c dông lªn vËt liÖu chÞu ë c¸c lß nung c«ng nghiÖp th­êng nhá h¬n t¶i träng kiÓm tra rÊt nhiÒu vµ chØ trong nh÷ng tr­êng hîp c¸ biÖt míi ®¹t tíi 0.5 1 KGcm2. Khi ®èt nãng mét phÝa, t¶i träng t¸c dông lªn phÇn cã nhiÖt ®é thÊp sÏ lín h¬n phÇn bÞ ®èt nãng cã nhiÖt ®é cao cña líp lãt. Tuy nhiªn trong c¸c vßm lß, vïng nung l¸t cho lß quay nung clanhke xi m¨ng, nhÊt lµ khi ®èt nãng tÊt c¶ c¸c mÆt, hiÖn t­îng mÒm cña VLCL lµ nguyªn nh©n ph¸ ho¹i chóng. NhiÖt ®é biÕn d¹ng cña VLCL cã ý nghÜa khi sö dông ®Ó x©y c¸c chç chÞu lùc lín ®Êy cña vßm lß, trong c¸c vïng nung vµ buång ®èt nhiÖt ®é cao. Líp g¹ch Cao Alumin cßn bÞ ph¸ ho¹i do t¸c dông cña ho¸ häc. Lµm ¨n mßn vµ lµm thay ®æi thµnh phÈn kho¸ng ho¸ cña chóng, t¨ng l­îng pha thuû tinh dÔ ch¶y lµm gi¶m c­êng ®é x©y dùng cña s¶n phÈm ë nhiÖt ®é cao. NhiÖt ®é biÕn d¹ng d­íi t¶i träng lµ mét chØ tiªu rÊt quan träng. Nã ®Æc tr­ng cho c­êng ®é x©y dùng cña s¶n phÈm trong mét giíi h¹n nhiÖt ®é mµ ë ®ã cã t¶i träng. V× vËy chØ tiªu nµy ph¶n ¸nh ®óng kh¶ n¨ng sö dông cña s¶n phÈm Cao Alumin trong ®iÒu kiÖn lµm viÖc. Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh nhiÖt ®é biÕn d¹ng d­íi t¶i träng ë n­íc ta cã TCVN 202 – 1986 x¸c ®Þnh chØ tiªu nµy. §Ó x¸c ®Þnh nhiÖt ®é biÕn d¹ng d­íi t¶i träng ng­êi ta c¾t mÉu tõ vËt liÖu cÇn thö thµnh h×nh trô ®­êng kÝnh 36 mm, chiÒu cao 50 mm. MÉu nµy ®­îc ®Æt trong lß Cript«n vµ lu«n chÞu t¶i träng kh«ng ®æi 2 KGcm2. C¹nh lß cã hÖ thèng c¬ häc tù ghi biÕn d¹ng cña mÉu theo nhiÖt ®é. Tèc ®é n©ng nhiÖt nh­ sau: D­íi 800 0C tèc ®é n©ng nhiÖt kh«ng qu¸ 100phót. Trªn 800 0C tèc ®é n©ng nhiÖt 4  5 0phót. Qu¸ tr×nh ®èt nãng sÏ x¸c ®Þnh ®­îc c¸c nhiÖt ®é biÕn d¹ng sau: + NhiÖt ®é b¾t ®Çu biÕn d¹ng – øng víi ®é lón cña mÉu lµ 0,3 mm. + NhiÖt ®é biÕn d¹ng 4% øng víi ®é lón cña mÉu lµ 2 mm + NhiÖt ®é kÕt thóc biÕn d¹ng hay gäi lµ nhiÖt ®é ph¸ huû mÉu biÕn d¹ng 40 % øng víi ®é lón cña mÉu lµ 20 mm. Ph­¬ng ph¸p nµy cßn mang tÝnh chÊt ®Þnh tÝnh vµ ®é chÝnh x¸c kh«ng cao, bëi v×: ViÖc ®o møc ®é biÕn d¹ng cña mÉu trong ®iÒu kiÖn t¨ng nhiÖt ®é liªn tôc lµm mÉu kh«ng ®­îc ®èt nãng ®ång ®Òu theo toµn bé chiÒu dÇy cña nã. V× vËy nhiÖt ®é trung b×nh cña mÉu bao giê còng thÊp h¬n nhiÖt ®é cña kh«ng gian lß. MÆt kh¸c trong qu¸ tr×nh n©ng nhiÖt ®é, trong s¶n phÈm mÉu cã thÓ sÏ biÕn ®æi cÊu tróc, x¶y ra co phô...Lµm gi¶m chiÒu cao cña mÉu hay t¨ng thÓ tÝch lµm t¨ng chiÒu cao cña mÉu ( nh­ khi thö ®in¸t), trong khi ®ã hÖ thèng thiÕt bÞ chØ ®o ®­îc sù biÕn d¹ng kh«ng ®µn håi cña mÉu. Do ®ã kÕt qu¶ ®o kh«ng ph¶n ¸nh chÝnh x¸c møc ®é biÕn d¹ng cña vËt liÖu nung. Ngoµi ph­¬ng ph¸p nµy kh«ng thÓ ®¸nh gi¸ ®­îc vËn tèc biÕn d¹ng cña s¶n phÈm ë nhiÖt ®é nµy hay kh¸c hay biÓu diÔn kÕt qu¶ thö tÝnh chÊt nµy thµnh mét c«ng thøc th«ng qua c¸c biÕn d¹ng phøc t¹p kh¸c nh­ uèn, kÐo, xo¾n...Tuy vËy hiÖn nay nã vÉn lµ ph­¬ng ph¸p phæ biÕn nhÊt. C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn nhiÖt ®é biÕn d¹ng d­íi t¶i träng NhiÖt ®é biÕn d¹ng cña vËt liÖu chÞu löa chñ yÕu phô thuéc vµo thµnh phÇn kho¸ng ho¸, nghÜa lµ sù cã mÆt cña pha tinh thÓ nµy hay kh¸c, vµo ®Æc tÝnh cÊu tróc còng nh­ tû lÖ gi÷a l­îng pha tinh thÓ vµ pha thuû tinh ( v« ®Þnh h×nh), vµo ®é nhít cña pha láng t¹o ra khi nãng ch¶y pha thuû tinh vµ pha tinh thÓ dÔ ch¶y. Thµnh phÇn h¹t, cÊu tróc cña s¶n phÈm còng cã gi¸ trÞ lín. S¶n phÈm ®Æc ch¾c bao giê còng cã nhiÖt ®é b¾t ®Çu biÕn d¹ng cao h¬n. Nh­ng cÇn chó ý r»ng: CÊu tróc cña s¶n phÈm kh«ng cã ¶nh h­ëng g× ®Õn nhiÖt ®é kÕt thóc biÕn d¹ng. NhiÖt ®é biÕn d¹ng cña s¶n phÈm chÞu löa ®i tõ c¸c «xÝt tinh khiÕt th­êng gÇn nhiÖt ®é nãng ch¶y cña nã bëi v× trong thµnh phÇn pha cña s¶n phÈm, l­îng pha thuû tinh hÇu nh­ kh«ng cã hoÆc chØ tån t¹i rÊt Ýt. ë c¸c s¶n phÈm chÞu löa th«ng th­êng kh¸c ®Òu chøa mét l­îng t¹p chÊt kh¸ lín nªn ë nhiÖt ®é cao l­îng pha láng t¹o ra kh¸ nhiÒu vµ lµm gi¶m kh¸ lín nhiÖt ®é biÕn d¹ng cña s¶n phÈm. L­îng pha láng t¹o ra cµng nhiÒu, ®é nhít cña nã cµng nhá th× møc chªnh lÖch gi÷a nhiÖt ®é biÕn d¹ng vµ nhiÖt ®é chÞu löa cµng lín.. Tõ tèc ®é biÕn d¹ng cña s¶n phÈm cã thÓ tÝnh ®­îc ®é nhít biÓu kiÕn cña chóng theo c«ng thøc sau:  = Trong ®ã :  §é nhít poiz. p – Lùc t¸c dông ®in (1 kg = 981.000 ®in ). l – ChiÒu cao cña mÉu (cm). z Thêi gian (s). l – BiÕn thiªn chiÒu cao cña mÉu trong thêi gian z (cm). q – TiÕt diÖn ngang ( cm 2). §Ó chÝnh x¸c h¬n ng­êi ta x¸c ®Þnh ®é nhít biÓu kiÕn ë nhiÖt ®é cè ®Þnh. §«i khi ®èi víi vËt liÖu chÞu löa dïng ë nhiÖt ®é cao ng­êi ta x¸c ®Þnh ®é d·o – tøc lµ biÕn d¹ng khi t¸c dông l©u dµi cña t¶i träng tÜnh 0,54KG cm2 ë nhiÖt ®é cao. Ng­êi ta quy ­íc chän nhiÖt ®é lµm viÖc tíi h¹n cña vËt liÖu chÞu löa n»m gi÷a nhiÖt ®é b¾t ®Çu biÕn d¹ng vµ nhiÖt ®é biÕn d¹ng 4%. I.2.2.3.§é d·o (tÝnh tr­ît). Khi ph¶i lµm viÖc l©u dµi ë nhiÖt ®é cao trong ®iÒu kiÖn cã t¶i träng t¸c dông, vËt liÖu chÞu löa biÕn d¹ng kh«ng thuËn nghÞch – gäi lµ ®é d·o hay tÝnh tr­ît cña vËt liÖu. Sù d·o v× nhiÖt lµ qu¸ tr×nh ho¹t tÝnh. §Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh nµy cÇn ph¶i th¾ng ®­îc møc n¨ng l­îng x¸c ®Þnh, khi ®ã sù chuyÓn vÞ c¸c nguyªn tö ®­îc x¸c lËp b»ng møc chªnh lÖch vÒ thÕ ho¸ häc ë c¸c phÇn riªng biÖt cña h¹t tinh thÓ. C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn ®é d·o T¨ng kÝch th­íc cña pha tinh thÓ sÏ lµm gi¶m tæng diÖn tÝch bÒ mÆt cña c¸c h¹t, gi¶m vËn tèc tr­ît. Sù cã mÆt cña c¸c t¹p chÊt dÔ ch¶y trong vËt liÖu vµ møc ®é bao phñ bÒ mÆt c¸c h¹t cña chóng sÏ lµm t¨ng vËn tèc tr­ît cña vËt liÖu lªn nhiÒu. Ng­êi ta x¸c lËp b»ng thùc nghiÖm mèi quan hÖ phô thuéc vËn tèc tr­ît vµo kÝch th­íc h¹t: . Trong ®ã: VËn tèc tr­ît d §­êng kÝnh t­¬ng ®­¬ng cña h¹t vËt liÖu n H»ng sè, cã gi¸ trÞ b»ng 2 khi cã qu¸ tr×nh khuyÕc t¸n x¶y ra ë nhiÖt ®é t­¬ng ®è cao. Khi cã hiÖn t­îng tr­ît theo bÒ mÆt cña c¸c h¹t ë nhiÖt ®é thÊp h¬n nhiÒu th× gi¸ trÞ n lÊy b»ng 1. Vai trß chñ yÕu cña qu¸ tr×nh khuyÕch t¸n trong c¬ chÕ tr­ît ë nhiÖt ®é cao cña vËt liÖu chÞu löa ®a tinh thÓ lµ x¸c lËp mèi quan hÖ tuyÕn tÝnh gi÷a vËn tèc tr­ît vµ c¸c khuyÕt tËt trong m¹ng l­íi cña c¸c pha tinh thÓ chñ yÕu cã mÆt trong s¶n phÈm. TrÞ sè biÕn d¹ng dÎo vµ vËn tèc biÕn d¹ng cña vËt liÖu, khi nã chÞu t¸c dông ®ång thêi cña c¶ øng suÊt vµ nhiÖt ®é, trong nhiÒu tr­êng hîp lµ ®Æc tr­ng rÊt quan träng, nã ®¸nh gi¸ ®óng kh¶ n¨ng phôc vô cña vËt liÖu vÒ chÊt l­îng khi sö dông lµm cÊu kiÖn chÞu nhiÖt ®é cao. §é d·o cña vËt liÖu gèm vµ s¶n phÈm chÞu löa th­êng ®­îc x¸c ®Þnh theo vËn tèc biÕn d¹ng trong giai ®o¹n tr­ît nµo ®ã hay theo trÞ sè biÕn d¹ng sau mét kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh. Víi s¶n phÈm chÞu löa, ®é d·o th­êng x¸c ®Þnh ë nhiÖt ®é cao ( 1500  1800oC ) vµ øng suÊt kh«ng lín l¾m ( tõ 10  100KGNcm2 ). VËn tèc tr­ît cã thÓ biÓu diÔn theo ph­¬ng tr×nh sau: Trong ®ã: VËn tèc tr­ît, mmmm.h S YÕu tè cÊu tróc. Q N¨ng l­îng ho¹t ho¸. R H»ng sè khÝ lý t­ëng lÊy b»ng 1,98caloC.mol. T NhiÖt ®é oK.  øng suÊt. n H»ng sè  1  2. I.2.2.4.§é bÒn l©u dµi. §Ó ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng bÒn cña vËt liÖu chÞu löa khi t¸c dông l©u dµi cña t¶i träng trong giai ®o¹n biÕn d¹ng dÎo mµ kh«ng bÞ ph¸ huû, ng­êi ta sö dông chØ tiªu ®Æc tr­ng lµ ®é bÒn l©u dµi cña s¶n phÈm. Thùc tÕ tÝnh chÊt nµy Ýt dïng ®èi víi c¸c vËt liÖu chÞu löa th«ng th­êng mµ chØ cã ý nghÜa thùc nghiÖm ®èi víi c¸c s¶n phÈm tõ c¸c «xit tinh khiÕt nh­: Al2O3, MgO… nã cho phÐp t×m ®­îc mèi quan hÖ phô thuéc gi÷a ®é bÒn l©u dµi  vµ vËn tèc biÕn d¹ng tr­ît ë kho¶ng nhiÖt ®é 1400  1500oC ( khi cã øng suÊt 100 500 KGcm2 ) cña c¸c lo¹i s¶n phÈm nµy. Quan hÖ phô thuéc Êy cã thÓ biÓu diÔn theo hµm luü thõa sau: Trong ®ã :  §é bÒn l©u dµi. A HÖ sè phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn thö. n – H»ng sè dao ®éng tõ 1,5  3. Víi s¶n phÈm chÞu löa Cao Alumin th× tÝnh chÊt nµy Ýt dïng ®Õn v× Cao Alumin kh«ng ph¶i lµ s¶n phÈm tõ c¸c «xit tinh khiÕt nh­ Al2O3, MgO… I.3.TÝnh chÊt nhiÖt lý. I.3.1.§é dÉn nhiÖt. §é dÉn nhiÖt cña vËt liÖu chÞu löa ®­îc x¸c ®Þnh b»ng l­îng nhiÖt truyÒn qua vËt liÖu khi cã sù chªnh lÖch nhiÖt ®é (gra®ien nhiÖt ®é) gi÷a c¸c mÆt cña s¶n phÈm trong c¸c vËt liÖu chÞu löa nhiÖt ®­îc truyÒn chñ yÕu do dao ®éng ®µn håi cña c¸c nguyªn tö ë nót cña m¹ng l­íi tinh thÓ. Nã kh¸c víi h×nh thøc truyÒn nhiÖt do chuyÓn ®éng cña c¸c dßng ®iÖn tö. §é dÉn nhiÖt cña vËt liÖu chÞu löa ®Æc tr­ng b»ng hÖ sè dÉn nhiÖt  cã thø nguyªn kü thuËt (Kcalm.oC.h) hoÆc thø nguyªn vËt lý (CalcmoC.s) C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn ®é dÉn nhiÖt cña s¶n phÈm Cao Alumin: V× ®é dÉn nhiÖt cã quan hÖ phô thuéc gÇn nh­ tuyÕn tÝnh vµo nhiÖt ®é trong tõng kho¶ng nhiÖt ®é nªn hÖ sè dÉn nhiÖt th­êng ®­îc cho d­íi d¹ng trung b×nh cña mét kho¶ng nhiÖt ®é nµo ®Êy. §é dÉn nhiÖt cña vËt liÖu gèm cã cÊu tróc tinh thÓ gi¶m m¹nh khi n©ng cao nhiÖt ®é. Khi tiÕp tôc n©ng nhiÖt ®é, tèc ®é gi¶m ®é dÉn nhiÖt cµng nhá vµ mèi quan hÖ phô thuéc ®é dÉn nhiÖt vµo nhiÖt ®é hÇu nh­ hoµn toµn trë thµnh quan hÖ ®­êng th¼ng. Quy luËt biÕn ®æi ®é dÉn nhiÖt vµ trÞ sè cña nã theo nhiÖt ®é cã ý nghÜa quan träng khi gi¶i quyÕt c¸ch nhiÖt trong c¸c thiÕt bÞ nhiÖt vµ lß c«ng nghiÖp, gi¶m mÊt m¸t nhiÖt ra m«i tr­êng xung quanh. §é dÉn nhiÖt cã ¶nh h­ëng trùc tiÕp tíi kh¶ n¨ng chÞu sù dao ®éng nhiÖt ®é ®ét ngét cña s¶n phÈm (®é bÒn nhiÖt cña vËt liÖu khi sö dông). Mét trong nh÷ng hÖ sè liªn quan ®Õn ®é dÉn nhiÖt lµ hÖ sè dÉn nhiÖt ®é a. HÖ sè a ®Æc tr­ng cho vËn tèc lan truyÒn nhiÖt ®é theo chiÒu dµy cña s¶n phÈm chÞu löa khi thay ®æi nhiÖt ®é ®èt nãng. HÖ sè a phô thuéc tuyÕn tÝnh vµo hÖ sè dÉn nhiÖt ®é . (m2g). Trong ®ã : a – HÖ sè dÉn nhiÖt ®é (m2h).  HÖ sè dÉn nhiÖt (Kcalm.oC.h). C Tû nhiÖt (Kcalkg.oC ). 0 Khèi l­îng thÓ tÝch(gcm3). TØ nhiÖt C cña vËt liÖu chÞu löa ®Æc tr­ng cho l­îng nhiÖt tiªu tèn ®Ó ®èt nãng 1 kg s¶n phÈm lªn 10C vµ cã thø nguyªn (kcalkg.0C). L­îng nhiÖt nµy (hay n¨ng l­îng) ®­îc tiªu tèn ®­îc cung cÊp cho chuyÓn ®éng dao ®éng cña c¸c nguyªn tö vµ ion ë ®Çu nót cña m¹ng l­íi tinh thÓ (hay n©ng cao tr¹ng th¸i n¨ng l­îng cña ®iÖn tö). TØ nhiÖt t¨ng m¹nh khi n©ng dÇn nhiÖt ®é trong kho¶ng nhiÖt ®é 00K vµ 00C  200C. ë nhiÖt ®é cao h¬n tØ nhiÖt kh«ng phô thuéc vµo ®Æc tr­ng cÊu tróc cña c¸c vËt liÖu vµ Ýt t¨ng theo møc t¨ng nhiÖt ®é, ®Æc biÖt lµ nhiÖt ®é cao h¬n 10000C. I.3.2.Sù d·n në v× nhiÖt. Còng nh­ c¸c vËt liÖu kh¸c, s¶n phÈm chÞu löa khi ®èt nãng cã sù d·n në v× nhiÖt. HiÖn t­îng d·n në nµy cã tÝnh thuËn nghÞch, nghÜa lµ khi ®èt nãng th× në ra vµ khi lµm nguéi th× co vÒ thÓ tÝch ban ®Çu. B¶n chÊt cña hiÖn t­îng nµy lµ khi bÞ ®èt nãng kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c nguyªn tö t¨ng lªn do biªn ®é dao ®éng cña chóng. CÇn ph©n biÖt hÖ sè d·n në thÓ tÝch  vµ hÖ sè në dµi . Víi c¸c s¶n phÈm gèm hay vËt liÖu chÞu löa ®a tinh thÓ cã thÓ coi gÇn ®óng :  3 . ë c¸c vËt liÖu xèp, hÖ sè d·n në th­êng kh«ng phô thuéc vµo ®é xèp. Tuy nhiªn sù h×nh thµnh vÕt nøt theo bÒ mÆt ph©n chia c¸c tinh thÓ cã thÓ lµm thay ®æi hÖ sè d·n në nhiÖt. Trong c¸c vËt liÖu gèm nhiÒu pha, hÖ sè d·n në nhiÖt chung th­êng kh«ng ph¶i lµ trung b×nh céng cña hÖ sè nhiÖt cña tõng pha. HÖ sè d·n në nhiÖt cña vËt liÖu chÞu löa samèt A th­êng ®­îc ®Æc tr­ng b»ng c¸c chØ tiªu sau : HÖ sè d·n në nhiÖt cña vËt liÖu ®Æc tr­ng b»ng c¸c hÖ sè sau: (1) HÖ sè d·n në nhiÖt trung b×nh : tb= (2) HÖ sè d·n në nhiÖt thùc : t = x (3) D·n në nhiÖt phÇn tr¨m : % = (4) HÖ sè d·n në nhiÖt thÓ tÝch tÝch trung b×nh:   3 x  Trong ®ã : Lt ChiÒu dµi mÉu ë nhiÖt ®é ®o Lto – ChiÒu dµi mÉu ë 00C hoÆc nhiÖt ®é phßng Tèc ®é biÕn thiªn chiÒu dµi theo nhiÖt ®é TrÞ sè d·n në nhiÖt trong kho¶ng tõ 0°C ®Õn nhiÖt ®é nµo ®Êy tÝnh theo % cã thÓ tÝnh b»ng c«ng thøc: .t.100%. TÝnh d·n në ®ång ®Òu trong kho¶ng nhiÖt ®é riªng biÖt lµ mét ®Æc tr­ng quan träng.V× vËy ng­êi ta dïng hÖ sè d·n në nhiÖt ®Ó ®Æc tr­ng cho møc ®é ®ång ®Òu cña qu¸ tr×nh d·n në trong nhiÖt ®é riªng biÖt. Nh÷ng yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn : HÖ sè d·n në nhiÖt kh«ng chØ phô thuéc vµo nguyªn liÖu chÕ t¹o s¶n phÈm, vµo thµnh phÇn kho¸ng vµ thµnh phÇn pha cña nã mµ cßn phô thuéc vµo nhiÖt ®é. TrÞ sè d·n në nhiÖt cña c¸c tinh thÓ riªng biÖt vµ pha thuû tinh còng kh¸c nhau, cïng phô thuéc vµo cÊu tróc cña chóng, vµo ®é bÒn cña c¸c liªn kÕt ho¸ häc. Trong c¸c vËt chÊt tinh thÓ bÊt ®¼ng h­íng, sù d·n në theo c¸c trôc ®èi xøng riªng biÖt còng kh¸c nhau. Khi t¨ng nhiÖt ®é th× sù thay ®æi nµy bÞ gi¶m dÇn. CÊu tróc, thµnh phÇn kho¸ng, tû lÖ hµm l­îng pha tinh thÓ vµ pha thuû tinh cã ¶nh h­ëng lín ®Õn sù d·n në nhiÖt cña s¶n phÈm Cao Alumin. I.4.TÝnh chÊt nhiÖt. Ngoµi c¸c tÝnh chÊt ®· giíi thiÖu ë trªn, ®Ó ®Æc tr­ng cho kh¶ n¨ng chèng l¹i t¸c dông cña nhiÖt ®é cao, vËt liÖu chÞu löa cßn mét lo¹t tÝnh chÊt nhiÖt nh­ sau: ®é chÞu lña, tÝnh æn ®Þnh thÓ tÝch ë nhiÖt ®é cao, ®é bÒn nhiÖt vµ møc ®é l·o ho¸ v× nhiÖt . I.4.1.§é chÞu löa. §é chÞu löa cña vËt liÖu lµ kh¶ n¨ng chèng l¹i t¸c dông cña nhiÖt ®é cao mµ kh«ng bÞ nãng ch¶y. Theo ®é chÞu löa hay nhiÖt ®é nãng ch¶y vËt liÖu chÞu löa nãi chung cã thÓ chia lµm 4 nhãm : (1) Lo¹i dÔ ch¶y: bÞ nãng chÈy ë nhiÖt ®é kh«ng cao h¬n 13000C. C¸c vËt liÖu nµy chñ yÕu thuéc nhãm gèm th« s¶n xuÊt tõ nguyªn liÖu tõ ®Êt sÐt dÔ ch¶y. (2) Lo¹i khã ch¶y: nãng ch¶y ë nhiÖt ®é cao h¬n ë nhiÖt 15800C. (3) S¶n ph¶m chÞu löa th­êng: cã ®é chÞu löa n»m trong kho¶ng 1580020000C. Lo¹i nµy bao gåm phÇn lín c¸c vËt liÖu chÞu löa kh¸ cao nh­ samèt, cao alumin,...v v. (4) VËt liÖu chÞu löa cao: cã ®é chÞu löa hay nhiÖt ®é nãng ch¶y cao h¬n 20000C. Lo¹i nµy gåm hÇu hÕt c¸c s¶n phÈm chÞu löa ®Æc biÖt tõ «xÝt tinh khiÕt, hîp chÊt kh«ng chøa oxi, lo¹i s¶n phÈm chÞu löa kiÒm tÝnh. VËt liÖu chÞu löa nãi chung khi nung lªn nhiÖt ®é cao ®Òu bÞ biÕn d¹ng mÒm vµ ch¶y ra ë d¹ng láng ë ®é nhít nµo ®ã. Kh¸i niÖm vÒ ®é chÞu löa thùc tÕ vÒ ®é chÞu löa chØ dïng nhãm 3 vµ nhãm 4 cßn l¹i c¸c s¶n phÈm thuéc nhãm 1 vµ 2 th­êng kh«ng x¸c ®Þnh ®é chÞu löa . §é chÞu löa thùc tÕ lµ mét h»ng sè kü thuËt ®­îc x¸c ®Þnh tõ thùc nghiÖm. Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ®é chÞu löa cña Cao Alumin: §Ó x¸c ®Þnh ®é chÞu löa cña Cao Alumin ta cã thÓ x¸c ®Þnh nh­ s¶n phÈm chÞu löa samèt (theoTCVN – 179 – 1996), ng­êi ta lÊy mÉu cÇn thö nghiÒn nhá ®Õn lät sµng ®­êng kÝnh lç sµng lµ 0,2 mm, lÊy mÉu thö b»ng c¸ch chia t­. Sau ®ã t¹o mÉu d¹ng c«n h×nh th¸p côt th¼ng ®øng, hai ®¸y lµ hai tam gi¸c ®Òu cã c¹nh lµ 8 vµ 2 mm, chiÒu cao 3 mm. Khi lµm mÉu tõ vËt liÖu kh«ng cã tÝnh dÎo th× cho thªm mét l­îng nhá hå h÷u c¬ nh­ng kh«ng lµm ¶nh h­ëng tíi ®é chÞu löa cña vËt liÖu, ®èi víi vËt liÖu cã s½n tÝnh dÎo th× chØ cÇn trén víi n­íc läc ®Ó t¹o c«n. C«n nµy ®­îc thö trong lß ®iÖn Cripton víi tèc ®é n©ng nhiÖt ®é nh­ sau: + D­íi 1.0000C: Kh«ng qui ®Þnh. + Tõ 1.000  1.5000C: T¨ng tõ 15  200phót. + Tõ 1.5000C trë lªn: T¨ng tõ 4  60phót. D­íi t¸c dông cña nhiÖt ®é cao vËt liÖu chÕ t¹o c«n bÞ biÕn mÒm vµ gi¶m dÇn ®é nhít cña pha láng t¹o thµnh. §Õn mét nhiÖt ®é x¸c ®Þnh, tuú theo vËt liÖu thö ®Ønh c«n d­íi t¸c dông cña khèi l­îng b¶n th©n gôc ch¹m vµo bÒ mÆt cña ®Õ. NhiÖt t¹i thêi ®iÓm mµ ®Ønh c«n gôc s¸t bÒ mÆt ®Õ ®­îc gäi lµ ®é chÞu löa cña vËt liÖu. §é nhít cña vËt liÖu t¹i thêi ®iÓm nµy dao ®éng trong kho¶ng 103104 poiz. §Ó x¸c ®Þnh nhiÖt ®é gôc cña c«n thÝ nghiÖm, ng­êi ta kh«ng dïng nhiÖt kÕ quang häc mµ sö dông c¸c c«n tiªu chuÈn ®Æt bªn c¹nh c«n thÝ nghiÖm. C¸c c«n tiªu chuÈn nµy ®· biÕt tr­íc nhiÖt ®é gôc, nÕu ®Õn mét nhiÖt ®é nµo ®Êy mµ c¶ c«n thÝ nghiÖm vµ c«n tiªu chuÈn ®Òu gôc th× ta x¸c ®Þnh ®­îc ®é gôc cña mÉu c«n b»ng ®é gôc cña c«n tiªu chuÈn (ph¶i tiÕn hµnh thö víi nhiÒu c«n tiªu chuÈn). Trong s¶n xuÊt c«ng nghiÖp, nhiÖt ®é gôc cña c«n tiªu chuÈn (®é chÞu löa) ®­îc biÓu diÔn b»ng 110 gi¸ trÞ thùc cña nã. Qua thÝ nghiÖm ng­êi ta thÊy râ ®é chÞu löa vµ nhiÖt ®é nãng ch¶y: c«n thÝ nghiÖm bÞ gôc trong kho¶ng ®é nhít cña vËt liÖu kh¸ lín. V× vËy ngay c¶ vËt liÖu tõ c¸c «xÝt tinh khiÕt còng cã ®é chÞu löa kh¸c víi nhiÖt ®é nãng ch¶y. §é chÞu löa cña Cao Alumin bÞ ¶nh h­ëng cña nhiÒu yÕu tè :thuéc tÝnh chÊt cña vËt liÖu vµ ®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm nh­ : thµnh phÇn ho¸ häc, thµnh phÇn kho¸ng, thµnh phÇn h¹t, tèc ®é n©ng nhiÖt ®é trong lß, h×nh d¹ng kÝch th­íc mÉu thÝ nghiÖm, m«i tr­êng thÝ nghiÖm ... Ta thÊy r»ng khi thµnh phÇn ho¸, thµnh phÇn kho¸ng, thµnh phÇn h¹t cña phèi liÖu s¶n xuÊt s¶n phÈm Cao Alumin cã ¶nh h­ëng lín nhiÖt ®é kÕt khèi, ®é ®Æc ch¾c cña s¶n phÈm, ¶nh h­ëng trùc tiÕp ®Õn ®é chÞu löa cña s¶n phÈm Cao Alumin. §é ph©n t¸n cña h¹t còng ¶nh h­ëng ®Õn nhiÖt ®é gôc c«n. NÕu h¹t nÕu h¹t vËt iÖu cµng lín nhiÖt ®é gôc c«n cµng cao v× kÝch th­íc h¹t lín bÒ mÆt tiÕp xóc víi pha láng gi¶m, ®iÒu kiªn t¹o thµnh ®iÓm ¬tecti kÐm ®i, l­îng pha láng t¨ng chËm, nhiÖt ®é gôc c«n t¨ng lªn. M«i tr­êng khÝ còng ¶nh h­ëng ®Õn nhiÖt ®é gôc cña c«n. ë vËt liÖu chÞu löa th­êng chøa s¾t. Khi thö trong m«i tr­êng khö nhiÖt ®é gôc c«n bao giê còng thÊp h¬n so víi khi thö trong m«i tr­êng «xi ho¸ v× hîp chÊt chøa s¾t (II) dÔ ch¶y h¬n hîp chÊt chøa s¾t (III). Hµm l­îng s¾t cã trong Cao Alumin vµo kho¶ng 2 % cã ¶nh h­ëng ®Õn ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh nhiªt ®é gôc c«n. Ngoµi ra ®é gôc c«n cßn phô thuéc vµo thiÕt bÞ ®èt nãng hay lo¹i thiÕt bÞ ®Ó thÝ nghiÖm. ChÕ ®é nhiÖt, tèc ®é n©ng nhiÖt, nhiÖt ®é nung còng ¶nh h­ëng ®Õn nhiÖt ®é gôc c«n. KÝch th­íc h×nh d¹ng cña mÉu ®em thÝ nghiÖm còng ¶nh h­ëng ®Õn nhiÖt ®é gôc c«n. Tãm l¹i, nhiÖt ®é gôc c«n phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè, c¶ vÒ tÝnh chÊt s¶n phÈm, thµnh phÇn kho¸ng ho¸ còng nh­ c«ng nghÖ vµ ph­¬ng ph¸p thö. I.4.2.æn ®Þnh thÓ tÝch ë nhiÖt ®é cao. VËt liÖu chÞu löa khi phôc l©u dµi ë nhiÖt ®é cao trong s¶n phÈm sÏ x¶y ra sù biÕn ®æi thµnh phÇn pha, t¸i kÕt tinh vµ kÕt khèi phô. Do ®ã s¶n phÈm bÞ co phô hay në phô vµ hiÖn t­îng nµy dÉn tíi sù thay ®æi kh«ng thuËn nghÞch kÝch th­íc dµi cña chóng. NÕu hiÖn t­îng co phô cña vËt liÖu chÞu löa lín sÏ cã thÓ lµm nøt nÎ c¸c m¹ch v÷a, h¹ thÊp mËt ®é, ®é bÒn xØ vµ ®é bÒn nhiÖt cña t­êng lß, g©y vâng, tôt vßm lß vµ dÉn ®Õn ph¸ ho¹i chóng tr­íc thêi gian quy ®Þnh. HiÖn t­îng d·n në phô kh«ng lín l¾m cña vËt liÖu chÞu löa ®«i khi l¹i cã ¶nh h­ëng tèt ®Õn ®é bÒn cña m¹ch v÷a ®Æc biÖt khi x©y vßm lß. Nã lµm xÝt ®Æc m¹ch v÷a t¨ng lùc liªn kÕt vµ ®é cøng cña vßm lß. NÕu d·n në qu¸ nhiÒu th× l¹i lµm vßm lß n©ng lªn, mÊt h×nh d¹ng h×nh häc vµ ph¸ vì sù ph©n bè øng suÊt ®ång ®Òu cña vßm lß, cã thÓ g©y sôt lß. V× vËy æn ®Þnh thÓ tÝch ë nhiÖt ®é cao cïng víi ®é bÒn c¬ häc cña nã lµ ®iÒu kiÖn g¾n bã cÇn thiÕt ®Ó kÐo dµi tuæi thä cña c¸c cÊu kiÖn chÞu t¶i träng ë nhiÖt ®é cao. §Ó x¸c ®Þnh søc co hay në phô cña s¶n phÈm Cao Alumin (TCVN – 201 – 1996):ng­êi ta nung s¶n phÈm ë nhiÖt ®é x¸c ®Þnh. NhiÖt ®é nµy ®èi víi mçi lo¹i s¶n phÈm phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn sö dông sau nµy cña chóng. Thêi gian l­u ë nhiÖt ®é cùc ®¹i tõ 2  3 giê. X¸c ®Þnh sù biÕn ®æi thÓ tÝch cña mÉu khi nung ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau V= T×m ®é co dµi theo c«ng thøc sau : l = Trong ®ã : Vo vµ V1 lµ thÓ tÝch mÉu tr­íc vµ sau khi nung. Khi s¶n phÈm co phô dïng dÊu ( ), cßn në phô dïng dÊu ( + ). §é co phô trong 2 giê ë nhiÖt ®é nung 1400 0C ®èi víi s¶n phÈm Cao Alumin yªu cÇu kh«ng kh«ng lín h¬n 0,6%. I.4.3.§é bÒn nhiÖt. TÝnh chÊt cña vËt liÖu chÞu löa chèng l¹i sù dao ®éng nhiÖt ®é khi ®èt nãng vµ lµm nguéi mµ kh«ng bÞ ph¸ ho¹i gäi lµ ®é bÒn nhiÖt cña s¶n phÈm. HiÖn t­îng g©y nªn ph¸ huû nhiÖt s¶n phÈm lµ do xuÊt hiÖn trong s¶n phÈm øng suÊt nhiÖt t¹o nªn bëi qu¸ tr×nh biÕn d¹ng ®µn håi vµ biÕn d¹ng dÎo d­. §a sè vËt liÖu chÞu löa khi phôc vô ®Òu ph¶i chÞu ®ùng sù dao ®éng nhiÖt ®é do thay ®æi tèc ®é nung vµ lµm nguéi ë c¸c lß nung vµ buång ®èt nhiªn liÖu... V× vËy ®é bÒn nhiÖt cña s¶n phÈm lµ mét ®Æc tr­ng quan träng ®Ó n©ng cao chÊt l­îng phôc vô cña líp lãt. Sù chªnh lÖch nhiÖt ®é ë trong _ ngoµi, hoÆc phÝa nhiÖt ®é cao _ nhiÖt ®é thÊp. ChÝnh sù chªnh lÖch nµy g©y ra øng suÊt kÐo nÐn lµm ph¸ ho¹i s¶n phÈm. C¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn ®é bÒn nhiÖt cña Cao Alumin NÕu ta kÝ hiÖu hÖ sè bÒn nhiÖt lµ B th× B sÏ phô thuéc vµo c¸c yÕu tè ®­îc biÓu thÞ trong ph­¬ng tr×nh sau: B = Tuy nhiªn gi¸ trÞ ®é bÒn nhiÖt B nµy ch­a ph¶n ¸nh ®Çy ®ñ ®iÒu kiÖn ®èt nãng vµ lµm nguéi, còng nh­ ch­a nªu ®­îc ¶nh h­ëng cña kÝch th­íc, h×nh d¹ng s¶n phÈm lªn ®é bÒn nhiÖt. V× vËy hiÖn nay ng­êi ta cã xu h­íng: ®Æc tr­ng ®é bÒn nhiÖt theo hÖ sè gradien nhiÖt ®é cho phÐp ®èi víi vËt liÖu chÞu löa cÇn x¸c ®Þnh. Gradien nhiÖt ®é cho phÐp nµy phô thuéc c¸c yÕu tè sau: (1) Søc c¶n nhiÖt cña vËt liÖu (gi¸ trÞ R) ®­îc ®Æc tr­ng b»ng mèi quan hÖ t­¬ng hç gi÷a tÝnh chÊt ®µn håi vµ hÖ sè d·n në nhiÖt cña nã: R = = (Khi lµm nguéi) R = (Khi ®èt nãng). (2) §iÒu kiÖn ®èt nãng hay lµm nguéi (gi¸ trÞ K) phô thuéc vµo d¹ng truyÒn nhiÖt (hay hÊp thô nhiÖt). (3) H×nh d¹ng vµ kÝch th­íc s¶n phÈm (gi¸ trÞ S) ¶nh h­ëng rÊt nhiÒu ®Õn ®é bÒn nhiÖt. Tuy nhiªn tÝnh to¸n chuÈn sè S ngay c¶ trong nh÷ng vËt thÓ ®¬n gi¶n còng rÊt phøc t¹p. Do viÖc x¸c ®Þnh m«®un kÐo vµ m«®un tr­ît cña vËt liÖu ë c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau ®Æc biÖt lµ tÝnh to¸n gi¸ trÞ S rÊt phøc t¹p do ®ã g©y khã kh¨n trong viÖc sö dông réng r·i c¸c ®iÒu kiÖn phô thuéc ë trªn nh»m ®¸nh gi¸ s¸t thùc ®é bÒn nhiÖt cña s¶n phÈm. Trong qu¸ tr×nh nung, ë phÇn ranh giíi ph©n chia c¸c h¹t vËt liÖu gÇy vµ c¸c mµng máng chÊt kÕt dÝnh kÕt khèi th­êng xuÊt hiÖn øng suÊt, kÕt qu¶ dÉn ®Õn sù t¹o thµnh c¸c chç ®øt g·y vµ h×nh thµnh m¹ng c¸c vÕt nøt tÕ vi. Do ®ã t¹i nh÷ng vïng nµy vËt liÖu ®­îc ®Æc tr­ng b»ng “sù liªn kÕt ®iÓm” (tøc lµ dÝnh kÕt tiÕp xóc) vµ h×nh thµnh kh¶ n¨ng lµm gi¶m hay triÖt tiªu c¸c øng suÊt côc bé do sù dÞch chuyÓn t­¬ng hç c¸c cÊu tróc riªng biÖt.c¸c vÞ trÝ ®øt g·y vµ m¹ng c¸c vÕt nøt tÕ vi nµy cã thÓ lµm gi¶m vµ dõng h¼n c¸c vÕt nøt do nhiÖt g©y ra. §Ó t¨ng l­îng c¸c vÕt nøt tÕ vi xung quanh c¸c h¹t vËt liÖu gµy, hiÖn nay ng­êi ta hay dïng ph­¬ng ph¸p nh©n t¹o, thÝ dô ®­a thªm phô gia kÞ n­íc sÏ lµm t¨ng l­îng vÕt nøt tÕ vi ë ranh giíi ph©n chia c¸c h¹t vËt liÖu gµy vµ chÊt liªn kÕt sau khi nung. ViÖc h×nh thµnh vÕt nøt nh©n t¹o dÉn ®Õn n©ng cao ®é bÒn nhiÖt vµ møc ®é kÕt khèi cña s¶n phÈm. Sù kh¸c nhau vÒ ph­¬ng ph¸p s¶n xuÊt vµ kÜ thuËt s¶n xuÊt còng g©y nªn sù kh¸c nhau vÒ ®é bÒn nhiÖt cña s¶n phÈm. KÝch th­íc vµ h×nh d¹ng s¶n phÈm còng ¶nh h­ëng ®Õn ®é bÒn nhiÖt. KÝch th­íc s¶n phÈm x¸c ®Þnh trÞ sè tuyÖt ®èi cña sù tr­ît t­¬ng ®èi, còng nh­ c¶ trÞ sè riªng øng suÊt tr­ît xuÊt hiÖn trong s¶n phÈm. Sù suÊt hiÖn øng suÊt côc bé kh«ng ®ång ®Òu phô thuéc vµo h×nh d¹ng s¶n phÈm thÓ hiÖn kh¸ râ: s¶n phÈm dÞ h×nh nhiÒu gãc c¹nh, ®iÓm uèn l­în cã ®é bÒn nhiÖt ®é thÊp h¬n s¶n phÈm ®¬n gi¶n tiªu chuÈn ... KÝch th­íc h¹t trong phèi liÖu còng cã ¶nh h­ëng ®Õn ®é bÒn nhiÖt cña s¶n phÈm. Trong phèi liÖu, hµm l­îng cì h¹t lín nhiÒu sÏ lµm s¶n phÈm cã ®é bÒn nhiÖt tèt. Khi gi¶m hµm l­îng h¹t nhá vµ t¨ng Dmax th× ®é bÒn nhiÖt cña s¶n phÈm t¨ng. ë nhiÖt ®é 800o ®Õn 1000oC nhiÒu s¶n phÈm cã kh¶ n¨ng biÕn d¹ng dÎo. Sù xuÊt hiÖn øng suÊt ë kho¶ng nhiÖt ®é nµy®­îc kh¾c phôc b»ng hiÖn tuîng biÕn d¹ng dÎo cña s¶n phÈm. Do ®ã sù dao ®éng nhiÖt ®é trong kho¶ng nhiÖt ®é biÕn d¹ng dÎo kh«ng g©y nªn ph¸ huû s¶n phÈm nh­ ë vïng biÕn d¹ng ®µn håi (ë nhiÞet ®é thÊp). Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ®é bÒn nhiÖt cña Cao Alumin: Do tÝnh chÊt phøc t¹p còng nh­ møc ®é ch­a hoµn thiÖn cña ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n ®é bÒn nhiÖt ®ßi hái ph¶i cã ph­¬ng ph¸p thùc nghiÖm trùc tiÕp x¸c ®Þnh nã. C¸c ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ®é bÒn nhiÖt ®Òu dùa trªn c¬ së x¸c ®Þnh møc ®é ph¸ ho¹i mÉu thö hay mÊt m¸t c­êng ®é do kÕt qu¶ ®èt nãng ë nhiÖt ®é nµy hay nhiÖt ®é kh¸c, trong n­íc hay trong kh«ng khÝ. MÉu thö cÇn ph¶i tiÒn hµnh cïng mét h×nh d¹ng vµ kÝch th­íc ®Ó lo¹i trõ ¶nh h­ëng cña gi¸ trÞ S. Ph­¬ng ph¸p tiªu chuÈn ®Ó x¸c ®Þnh ®é bÒn nhiÖt (theo OCT 787556 cña Nga): ®èt nãng mét ®Çu mÉu thö trong lß ®iÖn cùc cacbuasilicSiC, ®Õn nhiÖt ®é 8500C hay 13000C. Sau ®ã nhóng vµo n­íc 200C s©u 5 cm ®Ó lµm nguéi chóng (hay ®Ó ngoµi kh«ng khÝ). TiÕp tôc ®èt nãng vµ lµm nguéi nh­ vËy ®Õn khi mÉu thö xuÊt hiÖn vÕt nøt vµ mÊt 20% khèi l­îng. Sè lÇn ®èt nãng vµ lµm nguéi nh­ vËy gäi lµ ®é bÒn nhiÖt cña s¶n phÈm. Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ®é bÒn nhiÖt cña Cao Alumin theo TCVN: Ph­¬ng ph¸p kh¸c x¸c ®Þnh ®é bÒn nhiÖt: ®èt nãng mét ®Çu mÉu thö trong lß ®iÖn, mét ®Çu ®Ó ngoµi dïng qu¹t lµm m¸t, ®ång thêi x¸c ®Þnh sù biÕn ®æi khèi l­îng mÉu ®Õn khi mÊt 20% khèi l­îng th× dõng. §é bÒn nhiÖt ®¸nh gi¸ b»ng thêi gian ®èt nãng hoÆc tuæi thä vËt liÖu lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao khi cã sù chªnh lÖch nhiÖt ®é ë 20oC vµ 1300oC. Ngoµi ra cßn sö dông c¸c phu¬ng ph¸p kh¸c nh­ ph­¬ng ph¸p “panen”, ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ®é bÒn nhiÖt cña bªt«ng chÞu nhiÖt vµ bªt«ng chÞu löa. I.4.4.Møc ®é l·o ho¸ v× nhiÖt ®é. Qu¸ tr×nh thay ®æi vi cÊu tróc bªn trong s¶n phÈm dÉn ®Õn lµm thay ®æi hµng lo¹t c¸c tÝnh chÊt cã liªn quan ®Õn tÝnh linh ®éng vÒ cÊu tróc cña nã. HiÖn t­îng ®ã gäi lµ “sù l·o ho¸” vËt liÖu, nghÜa lµ gi¶m kh¶ n¨ng chèng l¹i sù biÕn d¹ng sÏ dÉn tíi c­êng ®é tøc thêi còng nh­ ®é bÒn l©u dµi gi¶m kh¸ lín. HiÖn nay ch­a cã mét tµi liÖu thùc nghiÖm nµo miªu t¶ chÝnh x¸c ®Ó x¸c ®Þnh ®éng häc “sù gia nhiÖt” cña vËt liÖu. Mét sè tµi liÖu (gi¶ thiÕt) cho r»ng: ®é t¨ng ®­êng kÝnh trung b×nh c¸c h¹t DTb m, phô thuéc vµo nhiÖt ®é T, vµo thêi gian nung  (giê) cã thÓ biÓu diÔn theo ph­ong tr×nh : D = A.eQRT. n Trong ®ã : A H»ng sè ®Æc tr­ng cho ®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm. Q N¨ng l­îng ho¹t ho¸ cña qu¸ tr×nh t¸i kÕt tinh, ®èi víi vËt liÖu gèm lÊy b»ng 70  100 kcalmol. R – H»ng sè khÝ lÝ t­ëng = 1,98 cal0C.mol = 8,31 j0C .mol . T – NhiÖt ®é tuyÖt ®èi – 0K. n – ChØ sè møc ®é ®èi víi c¸c s¶n phÈm tõ c¸c «xÝt tinh khiÕt (13) Qui luËt cña qu¸ tr×nh t¸i kÕt tinh khi “gia nhiÖt” t­¬ng tù qu¸ tr×nh t¸i kÕt tinh khuyÕch t¸n khi kÕt khèi. ë nh÷ng s¶n phÈm chÞu löa th­êng, sè l­îng t¹p chÊt lín, l­îng pha thuû tinh nhiÒu, qu¶ tr×nh t¸i kÕt tinh x¶y ra t­¬ng ®èi yÕu. §iÒu nµy ®­îc gi¶i thÝch do c¸c h¹t tinh thÓ kh«ng trùc tiÕp tiÕp xóc víi nhau vµ sù trùc tiÕp tiÕp xóc víi nhau vµ sù chuyÓn vËt chÊt tinh thÓ vµ pha thuû tinh bÞ chËm l¹i nhiÒu. I.5.§é bÒn ho¸ häc. §é bÒn ho¸ häc cña vËt liÖu chÞu löa ®­îc hiÓu lµ kh¶ n¨ng chèng l¹i t¸c dông hoµ tan hay ph¸ huû cña s¶n phÈm khi nã tiÕp xóc víi c¸c t¸c nh©n ph¸ ho¹i d¹ng láng, r¾n vµ khÝ. §é bÒn ho¸ häc cã ¶nh h­ëng lín ®Õn thêi h¹n sö dông g¹ch chÞu löa trong lß c«ng nghiÖp. C¸c qu¸ tr×nh vµ hiÖn t­îng ph¸ ho¹i vËt liÖu chÞu löa: vËt liÖu chÞu löa lu«n tiÕp xóc víi m«i tr­êng x©m thùc, ¨n mßn ë nhiÖt ®é cao: xØ láng, t¸c nh©n nãng ch¶y...do ®ã hoµ tan pha thuû tinh, ®ång thêi t­¬ng t¸c t¹o ra s¶n phÈm míi cã nhiÖt ®é thÊp l

Chơng2 – Phần khái quát chung Giới thiệu nguyên liệu, nhiên liệu, năng lợng.

Tính toán và kiểm tra thành phần phối liệu

B – Phần khái quát chung Phần thiết kế công nghệ.

Chơng 1 – Phần khái quát chung Lựa chọn địa điểm nhà máy

Chơng 2 – Phần khái quát chung Phơng pháp sản xuất

Dây chuyền công nghệ

Chơng 3 – Phần khái quát chung Tính cân bằng vật chất

Chơng 4 – Phần khái quát chung Lựa chọn , tính toán và kiểm tra trang thiết bị

Chơng 5 - Tính toán thiết bị sấy thùng quay sấy đất sét

Chơng 6 – Phần khái quát chung Tính toán thiết bị lò nung con thoi

Chơng 7 – Phần khái quát chung Kiến trúc xây dựng, điện , nớc, kinh tế, an toàn lao động

Lời mở đầu

Trong sự tiến bộ và phát triển nh vũ bão của nền khoa học thế giới, khoa họccông nghệ sản xuất vật liệu xây dựng cũng không nằm ngoài xu thế đó Với một vịtrí đặc biệt trong ngành xây dựng các công trình, chất lợng của vật liệu gốm xâydựng có ảnh hởng rất lớn đến chất lợng và tuổi thọ công trình Do đó, công nghệ vậtliệu nung đang ngày càng hoàn thiện và đổi mới công nghệ hiện đại cho phù hợp với

xu thế chung, theo kịp khoa học thế giới Trong đó công nghệ sản xuất các loại sảnphẩm vật liệu chịu lửa là một yêu cầu bắt buộc phải hiện đại hoá đối với ngành côngnghệ vật liệu nung Với đặc tính riêng biệt của nó, các sản phẩm vật liệu chịu lửa

đang trở thành lĩnh vực nghiên cứu và đầu t trọng tâm của ngành công nghệ vật liệunung Bên cạnh đó, nhu cầu của thị trờng về mặt hàng này cho các ngành nh luyệnkim, sản xuất thuỷ tinh, thép…cũng rất lớn Đặc biệt các sản phẩm có độ chịu lửacũng rất lớn Đặc biệt các sản phẩm có độ chịu lửacao phục vụ cho các ngành luyện kim loại quý, lò phản ứng, công nghiệp hàngkhông…cũng rất lớn Đặc biệt các sản phẩm có độ chịu lửađang là một lĩnh vực cần quan tâm và chú trọng Giải quyết vấn đề này lànhiệm vụ tất yếu của các kĩ s ngành vật liệu xây dựng.

Do vậy, để chuẩn bị cho mình những kiến thức cơ bản về ngành sản xuất vật

liệu chịu lửa, chúng em đã lựa chọn đề tài cho Đồ án tốt nghiệp là: Thiết kế Nhà máy sản xuất vật liệu chịu lửa Cao alumin, công suất 60.000 tấn/năm

Trong thời gian thực hiện đề tài em luôn nhận đợc sự hớng dẫn tận tình của thày giáo PGS, TS Vũ Minh Đức_chủ nhiệm khoa Vật Liệu Xây Dựng – Phần khái quát chung Tr ờng đại học xây dựng Qua đây chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS,

TS Vũ Minh Đức.

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Công nghệ vật liệu xây dựng _ Khoa vật liệu xây dựng _ Trờng đại học xây dựng trong suốt thời gian học tập vừa qua.

Với trình độ và thời gian có hạn đồ án không tránh khỏi những sai sót Chúng tôi mong muốn nhận đợc ý kiên đóng góp cũng nh sự chỉ bảo của các thày cô giáo, các bạn sinh viên để hoàn thiện thêm kiến thức cho bản thân Đồng thời qua

đây cho chúng tôi gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp 45VL1, những ngời đã động viên

và giúp đỡ chúng tôi trong suốt thời gian học tập vừa qua.

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên: Trần Việt Tuấn _ Lê Hồng Việt.

A - Khái quát chung về quá trình phát triển

sản phẩm vật liệu chịu lửa

Công nghiệp vật liệu chịu lửa là công nghiệp sản xuất các sản phẩm làm việc

ở nhiệt độ cao, song song với các công nghiệp khác công nghiệp vật liệu chịu lửakhông ngừng phát triển Vật liệu chịu lửa là hậu phơng không thể thiếu đợc củacông nghiệp luyện kim, công nghiệp năng lợng, công nghiệp hoá học, công nghiệp

xi măng và một số ngành công nghiệp khác

Do đóng vai trò đặc biệt quan trọng đối với nền công nghiệp nên công nghiệpvật liệu chịu lửa có lịch sử phát triển khá lâu dài gắn liền với sự phát triển của khoahọc kĩ thuật và công nghiệp thế giới Tại Châu Âu, khoảng cuối thế kỉ thứ XIV vậtliệu chịu lửa samốt đóng thành viên từ đất sét chịu lửa bắt đầu đợc sản xuất nhngcho đến năm 1856 mới xây dựng đợc nhà máy vật liệu chịu lửa samốt đầu tiên ởNga Năm 1822 ở Anh có nhà máy vật liệu chịu lửa đinat đầu tiên và sau đó ở Ngavào năm 1880 Vật liệu chịu lửa đôlômit đầu tiên cũng đợc sản xuất tại Anh năm

1878 Công nghiệp vật liệu chịu lửa ở các nớc phát triển không đều nhau, số lợng vàmức độ ở nớc này hay nớc khác tuỳ thuộc vào mức độ phát triển của công nghiệp n-

ớc đó

Hiện nay trên toàn thế giới có khoảng 2000 công ty sản xuất vật liệu chịu lửavới tổng công suất thiết kế khoảng 40 triệu tấn/năm Mức độ tiêu thụ của ngành thép

là lớn nhất chiếm khoảng 70% tổng sản phẩm vật liệu chịu lửa Tiếp theo là ngành

xi măng chiếm 7%, hoá chất và dầu mỏ chiếm khoảng 4%, kim loại màu chiếm

2

khoảng 3%, các ngành khác chiếm 6% Về tiêu thụ vật liệu chịu lửa trên thế giớitheo khu vực nh sau: nhiều nhất là khu vực Châu á - Thái Bình Dơng chiếm 40%,

Đông Âu chiếm 23%, Tây Âu chiếm 15%, các nớc NAFTA( Mỹ, Canada, Mêxicô )chiếm 14%, các nớc Latinh chiếm 4%, Châu Phi và Trung Đông chiếm 4% (TS LêVăn Thanh _ Sản xuất vật liệu chịu lửa – Phần khái quát chung sản phẩm và thị trờng _ Tạp chí XâyDựng 7/2001)

ở Việt Nam việc sử dụng vật liệu chịu lửa đã có từ rất lâu nhng do đất nớc bịchiếm đóng do chiến tranh, công nghiệp chậm phát triển nên sau khi miền Bắc giảiphóng nhà máy gạch chịu lửa đầu tiên đợc xây dựng taị Cầu Đuống năm 1959 Từnhững nguyên liệu trong nớc và trình độ khoa học kỹ thuật còn hạn chế nên chất l-ợng sản phẩm còn kém, cha đáp ứng đợc nhu cầu của các ngành công nghiệp thép,

xi măng, thuỷ tinh Đến năm 1997, nớc ta mới có ba nhà máy vật liệu chịu lửa sảnphẩm chủ yếu là samốt có hàm lợng oxýt nhôm thấp hơn 45%

Ngày nay, trong điều kiện đất nớc ta tiến hành mạnh mẽ công nghiệp hiện đại hoá, vật liệu chịu lửa đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong các ngành côngnghiệp mà Việt Nam có nhiều tiềm năng nh xi măng, gốm sứ, thuỷ tinh Do vậy,cần phải tăng cờng năng lực sản xuất vật liệu chịu lửa, đặc biệt là các loại sản phẩmsamốt Cao alumin có hàm lợng oxýt nhôm lớn hơn 45% để đáp ứng đợc nhu cầu củacác ngành công nghiệp trong nớc và tiến tới xuất khẩu ra các nớc trong khu vực.Theo thống kê thì năng lực sản xuất gạch chịu lửa loại samốt Cao alumin của ViệtNam năm 2000 là 6.000tấn/năm, dự kiến năm 2005 là 13.000 tấn/năm, đến năm

hoá-2010 là 33.000 tấn/năm

Từ thực tế trên cho thấy năng lực sản xuất sản phẩm vật liệu chịu lửa Caoalumin mới đáp ứng đợc một phần của nhu cầu sử dụng hiện taị, trong tơng lai nhucầu đó còn tăng cao thì mới đáp ứng đợc sứ mệnh lịch sử công nghiệp hoá hiện đạihoá của đất nứơc, đa nớc ta trở thành một nớc công nghiệp Nh vậy công nghiệp vậtliệu chịu lửa đang là ngành công nghiệp sản xuất cần đợc đầu t và phát triển

Chơng 1

Giới thiệu sản phẩm vlcl cao alumin

Vật liệu chịu lửa nói chung và sản phẩm cao alumin nói riêng là vật liệu dùng

để xây dựng các lò công nghiệp, các buồng đốt nhiên liệu, các thiết bị làm việc ởnhiệt độ cao hơn 1000 0C Tuỳ theo mức độ phát triển của từng nớc mà khối lợng vậtliệu chịu lửa đợc tiêu thụ khá lớn trong nhiều ngành công nghiệp nh luyện kim, sảnxuất xi măng, hoá chất, gốm sứ, thuỷ tinh v.v…cũng rất lớn Đặc biệt các sản phẩm có độ chịu lửaBên cạnh những sản phẩm chịu lửathông thờng, làm việc ở nhiệt độ 1000  1700 0C, ngời ta còn sử dung trong cácngành kỹ thuật hiện đại một khối lợng không lớn nhng không thể thiếu đợc các sảnphẩm chịu lửa đặc biệt từ các ôxit tinh khiết nh Al2O3, MgO v.v…cũng rất lớn Đặc biệt các sản phẩm có độ chịu lửaCác loại sản phẩmnày có thể sử dụng lâu dài ở nhiệt độ cao trong những điều kiện đốt nóng khắcnghiệt: ở 1800  2000 oC và cao hơn nữa Do đó, nó đợc ứng dụng trong nhiềungành kỹ thuật đặc biệt nh luyện kim loại quí hiếm, sản xuất các loại thuỷ tinh đặcbiệt, lò phản ứng hạt nhân, chế tạo máy bay, tên lửa

Ta có thể phân loại theo một số cách sau:

 Theo độ chịu lửa :

Loại thờng có độ chịu lửa : 1580  1770 0CLoại chịu lửa cao : 1770  2000 0C

Loại chịu lửa rất cao : >2000 0C

 Theo bản chất hoá lý :

Sản phẩm chứa SiO2 : Đinat , quắc…cũng rất lớn Đặc biệt các sản phẩm có độ chịu lửaSản phẩm họ Alumôsilicat: bán axit, samốt, Cao Alumin…cũng rất lớn Đặc biệt các sản phẩm có độ chịu lửaSản phẩm kiềm tính : Manhezi , crôm-manhezi…cũng rất lớn Đặc biệt các sản phẩm có độ chịu lửa

Sản phẩm chịu lửa đặc biệt: chế tạo từ các ôxit tinh khiết

 Theo đặc trng vật liệu về cấu trúc :

Loại đặc Loại thờngLoại xốp nhẹ

 Theo hình dạng vật liệu và kích thớc :

Loại tiêu chuẩn Loại dị hình (đơn giản, phức tạp )Loại rất phức tạp và khối lớn

 Theo phơng pháp công nghệ :

Sản phẩm nén dẻo Sản phẩm nén bán khô

Sản phẩm đúc từ hồ hay chất nóng chảySản phẩm đợc ca từ quặng

 Theo đặc tính gia công nhiệt :

Gạch nung kết khối Gạch không nung Gạch đúc từ phối liệu nóng chảyHàm lợng Al2O3 không chỉ là dấu hiệu để chia loại sản phẩm mà nó cònquyết định những tính chất cơ bản của sản phẩm và cũng là căn cứ để lựa chọnnguyên vật liệu, kỹ thuật sản xuất thích hợp Các loại vật liệu chịu lửa tuỳ theonguyên liệu sử dụng cũng nh công nghệ chế tạo mà chúng có các tính chất khácnhau Nhng tính chất quan trọng là đạt đợc độ chịu lửa yêu cầu, nghĩa là khả năngchống lại tác dụng của nhiệt độ cao mà không bị nóng chảy Thờng là đa số các vậtliệu chịu lửa nóng chảy ở nhiệt độ cao 650oC 1750oC Tuy nhiên các vật liệu ởnhiệt độ thấp hơn đã bắt đầu mềm và mất cờng độ xây dựng Vì vậy ngời ta đánh giávật liệu chịu lửa bằng chỉ tiêu nhiệt độ bắt đầu biến dạng dới tải trọng tĩnh 2KG/cm2

4

để xác định nhiệt độ làm việc Đối với sản phẩm CaoAlumin, đây là sản phẩm thuộc

họ Alumo Silicat đợc sử dụng trong vùng nung của lò quay nung clanke xi măng vìvậy ngoài các tính chất nêu trên sản phẩm còn phải đạt đợc những tính chất sau: độbền hoá học, tính ổn định thể tích, độ bền nhiệt, khả năng chống mài mòn cao, Sau

đây là tính chất của sản phẩm Cao Alumin

I> Các tính chất của sản phẩm Cao Alumin:

I.1 Đặc tr ng về cấu trúc và kết cấu :

I.1.1.Cấu trúc và kết cấu của vật liệu chịu lửa Cao Alumin.

Cấu trúc - đó là đặc điểm về cấu tạo của vật liệu chịu lửa Cao Alumin Nó

xác định bởi kích thớc hạt, hình dạng, cách phân bố, hớng và sự tiếp xúc giữa cáchạt, bởi số lợng và chất lợng thành phần pha và bởi độ rỗng xốp

Kết cấu - là đặc điểm của sự sắp xếp, phân bố tơng hỗ giữa các cấu tử trongcấu trúc vật liệu chịu lửa Cao Alumin

Đặc trng về cấu trúc của vật liệu chịu lửa: là dạng vật liệu gốm, bao gồm cácpha nh tinh thể, thuỷ tinh, khí Cấu trúc của vật liệu chịu lửa Cao Alumin (thuộcnhóm alumôsilicát) có cấu tạo chủ yếu từ Al2O3 và SiO2 các ôxit khác trong sảnphẩm là tạp chất của chúng Số lợng và thành phần của tạp chất này phụ thuộc vào

độ tinh khiết của nguyên liệu ban đầu Sự biến đổi thành phần hoá học của sản phẩmnhóm alumôsilicat nói chung hay sản phẩm Cao Alumin nói riêng tơng ứng với sựthay đổi thành phần pha của chúng

Cấu trúc ảnh hởng lớn và quyết định đến mọi tính chất của vật liệu chịu lửa.Cấu trúc của vật liệu chịu lửa là tổng thể sự sắp xếp xen kẽ và kết hợp lẫn nhau củacả ba pha: pha tinh thể, pha thuỷ tinh và pha khí

+Pha tinh thể: Bao gồm chủ yếu là tinh thể mulít và những hạt quắc cha thamgia phản ứng, một phần nhỏ hạt không hoạt tính ở trong khoáng caolinnít và còn lại

ở dạng cristôbalít Trong sản phẩm gốm, mulít luôn tồn tại ở tinh thể nhỏ hoặc lớn,

là yếu tố quyết định tính chất cơ, hoá và nhiệt của sản phẩm gốm Tinh thể mulít

đầu tiên hình thành ở 920-950oC, gọi là tinh thể mulít nguyên sinh, các tinh thể này

là các hạt lớn, phân bố không đồng đều Khi nhiệt độ tăng trên 950oC, phản ứnghình thành tinh thể càng nhiều, đồng thời song song tạo ra pha thuỷ tinh có nhiệm

vụ hoà tan tinh thể mulít mới hình thành và kết tinh thành tinh thể nhỏ hơn, phân bố

đều tạo ra mạng lới không gian làm cấu trúc cho sản phẩm gốm Sản phẩm mulít táikết tinh gọi là mulít hữu sinh

+Pha thuỷ tinh: Khi nung sản phẩm gốm sẽ hình thành chất nóng chảyalumôsilicát kiềm với số lợng khác nhau làm ảnh hởng đến các quá trình hình thànhcấu trúc sản phẩm và tính chất của chúng Chất nóng chảy nguội đi, đông đặc lại tạonên pha thuỷ tinh Đặc điểm cấu trúc của nó: sắp xếp hỗn loạn, không có tính chấthạt, là chất nóng chảy ở nhiệt độ cao và không nhiệt độ nóng chảy xác định, có tínhchất đẳng hớng, lỡng chiết Vì sản phẩm Cao alumin phải làm việc lâu dài ở nhiệt

độ cao nên cần phải khống chế hàm lợng pha thuỷ tinh, với thành phần hóa xác

định, có số lợng nhỏ nhất

+Pha khí: Là thành phần cấu trúc thứ ba của vật liệu, nó chiếm đầy trong các

lỗ rỗng kín thờng có trong vật liệu ngay cả khi độ rỗng hiệu dụng bằng không.Nguyên nhân sự hình thành pha khí này là không khí chứa trong các lỗ rỗng, các sảnphẩm dạng khí của quá trình khử nớc (đề hyđrat), do quá trình phân ly, quá trìnhkhử cácbonát, quá trình khử ôxít sắt, quá trình ôxi hoá các chất hữu cơ còn lại trongnguyên liệu, tách khí trong quá trình nóng chảy các cấu tử của phối liệu và các quátrình khác Pha khí ngoài ảnh hởng tới tính chất cơ học của sản phẩm còn tạo ra môitrờng khử, oxi hoá làm ảnh hởng tới quá trình tạo pha tinh thể Cụ thể chứa pha khí ởmôi trờng khử nh CO, SO2, SO3 thì dơí tác dụng của nhiệt độ các pha khí xúc tiếnhình thành pha lỏng làm vật liệu chịu lửa nóng chảy, dẫn tới giảm tuổi thọ

Ngời ta sử dụng các phơng pháp hiện đại nh phân tích nhiệt, phân tích pha vàcấu trúc bằng bức xạ Rơnghen, kính hiển vi điện tử, kính hiển vi phân cực, cho

phép xác định bản chất và số lợng pha tinh thể trong sản phẩm, mối quan hệ định ợng cũng nh cách sắp xếp, hình dạng các pha tinh thể, thuỷ tinh trong sản phẩm.

l-Bằng cách nghiên cứu vi cấu trúc và cấu tạo của nó, ngời ta có thể xác địnhcấu trúc của vật liệu chịu lửa nói chung Nghiên cứu vi cấu trúc cho biết bản chấtcủa pha tinh thể, đặc trng cấu trúc của nó và qui luật kết hợp pha tinh thể với phathủy tinh và lỗ rỗng trong sản phẩm Việc nghiên cứu kết cấu nhằm xác định thể tíchcác lỗ rỗng, kích thớc, hình dạng và vị trí tơng hỗ của chúng trong sản phẩm Vì vậynghiên cứu các tính chất của vật liệu chịu lửa cần nghiên cứu cấu trúc của nó mộtcách toàn diện và tỉ mỉ

Các nhà nghiên cứu trên thế giới đều cho rằng: vật liệu chịu lửa, đặc tínhthành phần pha và cấu trúc pha của nó có ý nghĩa quyết định đến tính chất sảnphẩm Thành phần pha – Phần khái quát chung ta nên hiểu đó là bản chất và đặc điểm cấu trúc của phatinh thể, sự kết hợp về mặt định lợng với pha thủy tinh (vô định hình) Về thànhphần pha cần khống chế lợng pha thuỷ tinh, với thành phần hoá xác định, có số lợngnhỏ nhất, đồng thời cần phải hình thành nhiều khoáng có ích với kích thớc tinh thểnhất định Để nghiên cứu và điều chỉnh đặc điểm cấu trúc này ngời ta phải sử dụngcác phơng pháp hoá lý hiện đại nh phân tích nhiệt, phân tích pha và cấu trúc phabằng nhiễu xạ Rơnghen kính hiển vi điện tử, kính hiển vi phân cực

Phân tích bằng tia Rơnghen cho phép xác định bản chất và số lợng pha tinhthể của sản phẩm Phân tích nhiệt và phân tích pha bằng tia Rơnghen ở nhiệt độ caocho phép xác định nhiệt độ xuất hiện các pha mới và sự chuyển hoá pha tinh thểtrong quá trình nung chúng Tuy nhiên những phơng pháp này không thể xác định

đầy đủ mối quan hệ định lợng giữa pha tinh thể và pha thuỷ tinh, đặc điểm phân bốchúng Bởi vì pha thuỷ tinh không gây nên sự định hình bởi tia Rơnghen (vì phathuỷ tinh không tạo nên sự khúc xạ của tia Rơnghen) Để khắc phục điểm yếu nàyngời ta sử dụng phơng pháp phân tích thạch học để xác định thành phần khoáng và

đặc điểm vi cấu trúc của sản phẩm Dới kính hiển vi phân cực ngời ta có thể xác

định đợc các đặc trng quang học nh sự phân bố thành phần khoáng, hệ số chiết suấtcủa chúng hình dạng các khoáng Từ đó ngời ta biết đợc quá trình hình thànhkhoáng trong sản phẩm Việc nghiên cứu thạch học còn cho phép xác định một cáchchi tiết, tỉ mỉ các quá trình quan trọng xảy ra khi nung sản phẩm nh sự kết khối, sự t-

ơng tác hoá học xảy ra giữa các pha, hiện tợng biến đổi pha (các quá trình hoà tan,kết tinh và tái kết tinh ), sự phân bố lỗ xốp và pha thuỷ tinh, mức độ phát triển củapha tinh thể

I.1.2.Độ xốp và độ thấm khí (thấm chất lỏng):

Sản phẩm gốm cũng nh vât liệu chịu lửa cao alumin là một tổng thể kết hợpcủa các vật chất rắn (tinh thể, thuỷ tinh) và pha khí (các lỗ xốp) Thể tích lỗ xốp,kích thớc và sự phân bố, hình dạng của chúng ảnh hớng lớn đến tính chất của sảnphẩm cao alumin Cờng độ cơ học của sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào độ xốp củasản phẩm, khả năng bền xỉ của vật liệu chịu lửa liên quan trực tiếp đến mức độ thấm

ớt xỉ lỏng nóng chảy của nó mà mức độ thấm ớt này lại phụ thuộc vào sự phân bố,

số lợng, hình dạng, kích thớc và đặc tính của lỗ xốp trên bề mặt cũng nh trong lòngsản phẩm Ngời ta chia các loại lỗ xốp thành các nhóm sau:

*Lỗ xốp kín: nằm trong lòng sản phẩm không cho chất lỏng và chất khíthấm qua

*Lỗ xốp hở: nằm trên bề mặt sản phẩm, chứa đầy khí và chất lỏng nhngkhông cho chúng thấm qua phẩm

*Lỗ xốp hở thông nhau (dạng kênh): hở hai đầu cho chất khí và chất lỏng dễdàng thấm qua sản phẩm

Khả năng thấm khí (thấm chất lỏng) của sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vàokích thớc, hình dạng và số lợng của lỗ xốp thông nhau và sự chênh áp của chất khíhay lỏng ở hai đầu lỗ Độ xốp của sản phẩm có thể đợc đánh giá qua các chỉ tiêusau:

6

+ Độ đặc thực (khối lợng riêng): Là khối lợng một đơn vị thể tích đặctuyệt đối (không có lỗ rỗng) đây là đại lợng vật lí đặc trng cho mỗi vật liệu, nó phụthuộc vào thành phần hoá học, vào cấu trúc của các phân tố vật liệu cấu thành vàmật độ sắp xếp các nguyên tử trong chúng Độ đặc thực đợc biểu thị bằng tỉ số giữakhối lợng của vật liệu ở trạng thái khô (g) và thể tích của nó (cm3) ở trạng thái hoàntoàn đặc ( Theo TCVN 6530-1999 ) a= 2,62,7(g/cm3)

+ Độ đặc biểu kiến (khối lợng thể tích): Là tỉ lệ giữa khối lợng vật liệu với toàn

bộ thể tích nó chiếm chỗ, kể cả lỗ rỗng Khối lợng thể tích càng thấp thì độ rỗngcàng cao và khi độ ẩm càng thấp(Theo TCVN 6530-1999) o= 2,32,4(g/cm3) + Độ đặc tơng đối: Là phần thể tích của vật chất rắn trong vật liệu Nó là tỉ sốgiữa độ đặc biểu kiến và độ đặc thực ( Theo TCVN 6530-1999 )

+ Độ xốp thực: Là tỉ số giữa tổng độ xốp hở và độ xốp kín so với thể tích củamẫu Tỉ số giữa độ xốp thực của mẫu trớc khi nung và sau khi nung cho biết mức độkết khối của vật liệu khi nung ( Theo TCVN 6530-1999 )

+ Độ xốp biểu kiến (độ xốp hở): Là tỉ số giữa thể tích của lỗ xốp thông nhau vàthông với không gian bên ngoài nớc có thể chui vào thể tích mẫu Đôi khi các lỗ xốp

hở có thể thông suốt với nhau, điều này gắn liền với sự tăng độ thấm nớc của sảnphẩm Độ xốp biểu kiến đặc trng cho mức độ hút nớc Độ xốp giảm khi tăng độ kếtkhối của sản phẩm ( Theo TCVN 6530-1999 ) Độ xốp biểu kiến = 1215 (%) + Độ xốp kín : Là tỉ số giữa thể tích của tất cả các lỗ xốp trong vật liệu khôngthông với môi trờng bên ngoài (đóng kín) với thể tích mẫu (kể cả thể tích lỗ xốp)

Độ đặc tơng đối cũng có thể đợc dùng làm chỉ tiêu cho độ kết khối của vật liệu khinung

Độ xốp phụ thuộc vào thành phần phối liệu, độ nghiền mịn của nguyên liệuban đầu, vào điều kiện tạo hình và sự làm chặt của sản phẩm tạo hình, vào nhiệt độ

và thời gian hằng nhiệt khi nung Sự hình thành các lỗ xốp đợc quyết định bởi mộtloạt các yếu tố công nghệ liên quan đến những biến đổi trong mạng lới tinh thể củacác khoáng Sự xuất hiện của các lỗ xốp lớn bé gắn liền với tính chất nguyên liệu đ-

ợc dùng trong sản xuất, với các phơng pháp gia công và chuẩn bị phối liệu, những

điều kiện tạo hình, sấy và nung Các yếu tố công nghệ là chủ yếu có tính chất quyết

định và nó tác động đến suốt quá trình chế tạo sản phẩm Các yếu tố gây ra sự thay

đổi trong mạng lới tinh thể chỉ đợc thể hiện trong giai đoạn cuối của quá trình nungdẫn đến hình thành các lỗ xốp tế vi, đôi khi là rất khó phát hiện bằng những phơngpháp xác định độ xốp thông thờng Về mặt tính chất thì đặc tính của các loại lỗ xốpkhông giống nhau Theo nguồn gốc hình thành, ngời ta chia ra các loại lỗ xốp: docấu tạo sắp xếp các hạt của cụm phân tố, lỗ xốp do co không khí và co nung, lỗ xốp

do sự tạo bọt và do lực dính kết, Theo trị số bán kính của lỗ xốp, ngời ta chiachúng ra thành lỗ xốp tế vi (bán kính 2,5 5,0 m), lỗ xốp trung gian (bán kính5,0 100,0 m), và lỗ xốp lớn (mao quản vĩ mô) đờng kính 200m Các lỗ xốp cóbán kính 10m đợc gọi là không mao dẫn, bởi vì chúng chỉ đợc chứa đầy nớc khivật liệu bị dìm xuống nớc Những lỗ xốp có bán kính bé hơn là những mao quản,chúng có thể chứa đầy nớc nhờ sự thấm ớt các thành của chúng do sự dâng mao dẫndới tác dụng của lực mao dẫn gây nên bởi sức căng bề mặt của nớc Việc tăng độxốp không chỉ là tăng số lợng mà còn tăng cả về kích thớc của chúng nữa Số lợng lỗxốp tạo thành trong quá trình kết khối là hàm số của thời gian và nhiệt độ Trong các

lỗ kín do tăng nhiệt độ mà xuất hiện áp suất dơng gây cản trở quá trình làm chặt sảnphẩm Dới nhiệt độ 1100oC, cấu trúc của sản phẩm đợc làm chặt cha cao, các thànhphần hạt dạng vẩy tập hợp cạnh nhau từng hàng, một số vùng riêng lẻ còn cha nóngchảy ở 1200oC xuất hiện pha thuỷ tinh, ở một số vùng riêng lẻ các hạt liên kết lạivới nhau, nhìn rõ ranh giới các lỗ xốp ở 1250oC do sức căng bề mặt mà kích thớccủa các lỗ xốp giảm xuống Các lỗ xốp phân bố đều trong xơng sản phẩm hìnhthành một cấu trúc đồng nhất Trên thực tế lỗ xốp hở biến mất hoàn toàn Có sự hợpnhất lỗ xốp bé thành từng khu vực riêng biệt xảy ra ở nhiệt độ 1300oC Kích thứơccác lỗ xốp tăng lên ở 1350oC độ xốp của sản phẩm tăng lên Do áp suất tăng mà

các khu vực riêng biệt của lỗ rỗng bé xâm nhập vào trong những lỗ xốp có đờngkính lớn hơn ở 1400oC các lỗ xốp lại tăng kích thớc đến 15m hoặc lớn hơn và trởthành hở.

+ Độ hút nớc (HP): Đặc trng bằng mức độ chứa đầy nớc trong lỗ xốp hởcủa vật liệu khi đun sôi trong nớc và đợc biểu thị bằng phần trăm Trị số hút nớc làmột chỉ tiêu về độ kết khối của sản phẩm đặc Độ hút nớc về trị số tuyệt đối thờngnhỏ hơn độ xốp, bởi vì nớc không chui vào các lỗ xốp kín và chỉ thấm một lợngkhông đáng kể vào các lỗ rỗng kín Nớc không thể giữ lại đợc trong các lỗ xốp lớn

mà chỉ thấm ứơt thành của lỗ xốp ( Theo TCVN 6530-1999 )

+ Bề mặt riêng của vật thể xốp: Là diện tích bề mặt bên trong của lỗ xốptrong một đơn vị thể tích

I 2.Tính chất cơ học của sản phẩm.

I.2.1.Tính chất cơ học ở nhiệt độ thờng.

ở nhiệt độ thờng, khi có tác dụng của ngoại lực đủ lớn, sản phẩm chịu lửa bịphá huỷ Đặc trng của quá trình này là sự phá hoại dòn, thờng bắt đầu sau khi đã bắt

đầu biến dạng đàn hồi ở mức độ không lớn Khác với kim loại, sản phẩm chịu lửakhi phá huỷ ở nhiệt độ thờng có sự biến dạng dẻo (Theo TCVN 6530-1999)

Biến dạng đàn hồi đợc xác lập do tăng khoảng cách giữa các nguyên tử khităng ngoại lực tác dụng tác dụng nên sản phẩm và nó có liên quan rất lớn trực tiếp

đến năng lợng mạng lới tinh thể của nó Trị số biến dạng đàn hồi ở giai đoạn đầu

t-ơng ứng với định luật Hook, tỷ lệ với trị số ứng suất :

 = 

E

1

 Trong đó :  - Trị số dãn dài tơng đối (biến dạng đàn hồi)

 - ứng suất kéo cực đại

Hiện tợng biến dạng trợt ( hiện tợng chảy dão ) của vật liệu đợc biểu diễntheo công thức :

 = 

G

1

Trong đó :  - biến dạng đàn hồi trợt hay góc trợt

G - Môđun trợt

 - ứng suất trợt cực đại của sản phẩm

Biến dạng đàn hồi trợt của sản phẩm thể hiện nh mức độ nguyên vẹn về hìnhdạng, kích thớc, độ đồng nhất, độ đặc do quá trình tạo hình và nung sản phẩm Nóichung các yếu tố kỹ thuật của mọi khâu trong dây chuyền sản xuất đều ảnh h ởng

đến tính chất cơ học của sản phẩm ở nhiệt độ thờng

I.2.2 Tính chất cơ học ở nhiệt độ cao.

Vật liệu chịu lửa phải làm việc lâu dài ở nhiệt độ cao Vì vậy giá trị cờng độcơ học của chúng ở nhiệt độ thờng chỉ có ý nghĩa tơng đối mà không thể đặc trngcho độ bền thực tế của sản phẩm khi làm việc ở nhiệt độ cao Vì vậy để đánh giátính chất cơ học của vật liệu chịu lửa ở nhiệt độ cao ngời ta phải sử dụng các thông

số khác, đó là : cờng độ tức thời ở nhiệt độ làm việc, nhiệt độ xác định mức độ biếndạng dới tải trọng tĩnh không đổi , sự biến dạng dẻo- hay sự trợt, độ bền lâu dài ởnhiệt độ phục vụ (khi biến dạng dẻo )

I.2.2.1.Cờng độ tức thời ở nhiệt độ làm việc:

Quá trình thay đổi cờng độ của sản phẩm chịu lửa khi nâng dần đến nhiệt độlàm việc, có liên quan trực tiếp đến chất lợng phục vụ nó trong các lò công nghiệp

8

Khi nâng cao nhiệt độ, cờng độ cơ học của vật liệu chịu lửa Cao Alumin giảm Điềunày có thể giải thích do sự suy yếu các lực liên kết bên trong tinh thể do tăng chuyển

động dao động của các nguyên tử và phân tử của chúng Khi nhiệt độ cao hơn 1100

12000C , trong vật liệu bắt đầu xuất hiện biến dạng dẻo và mất dần tính dòn ởnhiệt độ thờng Vì vậy quá trình phá hủy vật liệu ở nhiệt độ nào đó phụ thuộc vàomức độ biến dạng dẻo bên trong vật liệu ở tại nhiệt độ đó Cờng độ cơ học của vậtliệu ở nhiệt độ cao có liên quan chặt chẽ với các quá trình hoá lí xảy ra trong chúng.Trị số các dạng ứng suất phá huỷ vật liệu (nén, kéo, uốn ) ở nhiệt độ khác nhaucũng rất khác nhau Với các loại vật liệu chịu lửa khác nhau, mối quan hệ phụ thuộccờng độ cơ học vào nhiệt độ cũng rất khác nhau Do sự hạ thấp độ nhớt của pha thuỷtinh dẫn đến làm tăng tính dẻo của vật liệu và làm giảm dần khuynh hớng phá huỷdòn sản phẩm Sự có mặt của pha thuỷ tinh lúc này cũng tạo ra khả năng hàn gắncác vết nứt tế vi sản phẩm hình thành sau khi nung ở bề mặt phân chia giữa các hạtlàm tăng khả năng liên kết của chúng

Yếu tố ảnh hởng lớn đến cờng độ tức thời ở nhiệt độ làm việc là: nhiệt độ củamôi trờng làm việc của vật liệu chịu lửa Cao Alumin, hàm lợng pha tinh thể và phathủy tinh, độ nhớt của pha thủy tinh, kích thớc thành phần hạt cấu thành sản phẩmCao Alumin

Để biết đợc qui luật biến đổi cờng độ cơ học của vật liệu ở nhiệt độ cao ngời

ta tiến hành xác định mối quan hệ phụ thuộc của tính chất cơ học của vật liệu vàonhiệt độ Ví dụ nh xác định sự thay đổi độ bền uốn của sản phẩm theo nhiệt độ bằngcách: tiến hành kiểm tra cờng độ uốn của cùng một loại sản phẩm ở nhiệt độ bìnhthờng, sau đó tiến hành xác định cờng độ uốn của sản phẩm khi sản phẩm đang ởcác nhiêt độ xác định cao hơn trong giới hạn nhiệt độ làm việc của sản phẩm Từ đóbằng thực nghiệm có thể xác định đợc cờng độ tức thời ở nhiệt độ làm việc

I.2.2.2.Nhiệt độ biến dạng dới tải trọng.

Một trong những tính chất quan trọng của vật liệu chịu lửa là khả năngchống lại đồng thời tác dụng của nhiệt độ cao và tải trọng cơ học Tính chất này đợc

đặc trng bằng nhiệt đô gây ra sự biến dạng của mẫu nén dới tải trọng tĩnh ổn định2KG/cm2 ( ở Anh và Mỹ ngời ta đặt tải trọng 1.75 KG/cm2 ), đợc gọi là độ biến dạngdới tải trọng

Thực tế tải trọng tác dụng lên vật liệu chịu ở các lò nung công nghiệp thờngnhỏ hơn tải trọng kiểm tra rất nhiều và chỉ trong những trờng hợp cá biệt mới đạt tới0.5 1 KG/cm2

Khi đốt nóng một phía, tải trọng tác dụng lên phần có nhiệt độ thấp sẽ lớnhơn phần bị đốt nóng có nhiệt độ cao của lớp lót Tuy nhiên trong các vòm lò, vùngnung lát cho lò quay nung clanhke xi măng, nhất là khi đốt nóng tất cả các mặt, hiệntợng mềm của VLCL là nguyên nhân phá hoại chúng Nhiệt độ biến dạng của VLCL

có ý nghĩa khi sử dụng để xây các chỗ chịu lực lớn đấy của vòm lò, trong các vùngnung và buồng đốt nhiệt độ cao

Lớp gạch Cao Alumin còn bị phá hoại do tác dụng của hoá học Làm ăn mòn

và làm thay đổi thành phẩn khoáng hoá của chúng, tăng lợng pha thuỷ tinh dễ chảylàm giảm cờng độ xây dựng của sản phẩm ở nhiệt độ cao

Nhiệt độ biến dạng dới tải trọng là một chỉ tiêu rất quan trọng Nó đặc trngcho cờng độ xây dựng của sản phẩm trong một giới hạn nhiệt độ mà ở đó có tảitrọng Vì vậy chỉ tiêu này phản ánh đúng khả năng sử dụng của sản phẩm CaoAlumin trong điều kiện làm việc

Ph

ơng pháp xác định nhiệt độ biến dạng d ới tải trọng

ở nớc ta có TCVN 202 – Phần khái quát chung 1986 xác định chỉ tiêu này

Để xác định nhiệt độ biến dạng dới tải trọng ngời ta cắt mẫu từ vật liệu cầnthử thành hình trụ đờng kính 36 mm, chiều cao 50 mm Mẫu này đợc đặt trong lòCriptôn và luôn chịu tải trọng không đổi 2 KG/cm2 Cạnh lò có hệ thống cơ học tựghi biến dạng của mẫu theo nhiệt độ Tốc độ nâng nhiệt nh sau:

Dới 800 0C tốc độ nâng nhiệt không quá 100/phút

Trên 800 0C tốc độ nâng nhiệt 4  5 0/phút.

Quá trình đốt nóng sẽ xác định đợc các nhiệt độ biến dạng sau:

+ Nhiệt độ bắt đầu biến dạng – Phần khái quát chung ứng với độ lún của mẫu là 0,3 mm

+ Nhiệt độ biến dạng 4% - ứng với độ lún của mẫu là 2 mm

+ Nhiệt độ kết thúc biến dạng hay gọi là nhiệt độ phá huỷ mẫu biến dạng 40 % ứng với độ lún của mẫu là 20 mm

-Phơng pháp này còn mang tính chất định tính và độ chính xác không cao, bởivì: Việc đo mức độ biến dạng của mẫu trong điều kiện tăng nhiệt độ liên tục làmmẫu không đợc đốt nóng đồng đều theo toàn bộ chiều dầy của nó Vì vậy nhiệt độtrung bình của mẫu bao giờ cũng thấp hơn nhiệt độ của không gian lò Mặt kháctrong quá trình nâng nhiệt độ, trong sản phẩm mẫu có thể sẽ biến đổi cấu trúc, xảy

ra co phụ Làm giảm chiều cao của mẫu hay tăng thể tích làm tăng chiều cao củamẫu ( nh khi thử đinát), trong khi đó hệ thống thiết bị chỉ đo đợc sự biến dạngkhông đàn hồi của mẫu Do đó kết quả đo không phản ánh chính xác mức độ biếndạng của vật liệu nung Ngoài phơng pháp này không thể đánh giá đợc vận tốc biếndạng của sản phẩm ở nhiệt độ này hay khác hay biểu diễn kết quả thử tính chất nàythành một công thức thông qua các biến dạng phức tạp khác nh uốn, kéo, xoắn Tuyvậy hiện nay nó vẫn là phơng pháp phổ biến nhất

Các yếu tố ảnh h ởng đến nhiệt độ biến dạng d ới tải trọng

Nhiệt độ biến dạng của vật liệu chịu lửa chủ yếu phụ thuộc vào thành phầnkhoáng hoá, nghĩa là sự có mặt của pha tinh thể này hay khác, vào đặc tính cấu trúccũng nh tỷ lệ giữa lợng pha tinh thể và pha thuỷ tinh ( vô định hình), vào độ nhớtcủa pha lỏng tạo ra khi nóng chảy pha thuỷ tinh và pha tinh thể dễ chảy Thành phầnhạt, cấu trúc của sản phẩm cũng có giá trị lớn Sản phẩm đặc chắc bao giờ cũng cónhiệt độ bắt đầu biến dạng cao hơn Nhng cần chú ý rằng: Cấu trúc của sản phẩmkhông có ảnh hởng gì đến nhiệt độ kết thúc biến dạng

Nhiệt độ biến dạng của sản phẩm chịu lửa đi từ các ôxít tinh khiết thờng gầnnhiệt độ nóng chảy của nó bởi vì trong thành phần pha của sản phẩm, lợng pha thuỷtinh hầu nh không có hoặc chỉ tồn tại rất ít

ở các sản phẩm chịu lửa thông thờng khác đều chứa một lợng tạp chất khálớn nên ở nhiệt độ cao lợng pha lỏng tạo ra khá nhiều và làm giảm khá lớn nhiệt độbiến dạng của sản phẩm Lợng pha lỏng tạo ra càng nhiều, độ nhớt của nó càng nhỏthì mức chênh lệch giữa nhiệt độ biến dạng và nhiệt độ chịu lửa càng lớn

Từ tốc độ biến dạng của sản phẩm có thể tính đợc độ nhớt biểu kiến củachúng theo công thức sau:

 = p q l z l

 3

.

Trong đó :  - Độ nhớt poiz

p – Phần khái quát chung Lực tác dụng đin (1 kg = 981.000 đin )

l – Phần khái quát chung Chiều cao của mẫu (cm)

z - Thời gian (s)

l – Phần khái quát chung Biến thiên chiều cao của mẫu trong thời gian z (cm)

q – Phần khái quát chung Tiết diện ngang ( cm 2)

Để chính xác hơn ngời ta xác định độ nhớt biểu kiến ở nhiệt độ cố định Đôikhi đối với vật liệu chịu lửa dùng ở nhiệt độ cao ngời ta xác định độ dão – Phần khái quát chung tức làbiến dạng khi tác dụng lâu dài của tải trọng tĩnh 0,54KG/ cm2 ở nhiệt độ cao

Ngời ta quy ớc chọn nhiệt độ làm việc tới hạn của vật liệu chịu lửa nằm giữanhiệt độ bắt đầu biến dạng và nhiệt độ biến dạng 4%

I.2.2.3.Độ dão (tính trợt).

Khi phải làm việc lâu dài ở nhiệt độ cao trong điều kiện có tải trọng tác dụng,vật liệu chịu lửa biến dạng không thuận nghịch – Phần khái quát chung gọi là độ dão hay tính trợt của vậtliệu

10

Sự dão vì nhiệt là quá trình hoạt tính Để thực hiện quá trình này cần phảithắng đợc mức năng lợng xác định, khi đó sự chuyển vị các nguyên tử đợc xác lậpbằng mức chênh lệch về thế hoá học ở các phần riêng biệt của hạt tinh thể

Các yếu tố ảnh h ởng đến độ dão

Tăng kích thớc của pha tinh thể sẽ làm giảm tổng diện tích bề mặt của cáchạt, giảm vận tốc trợt Sự có mặt của các tạp chất dễ chảy trong vật liệu và mức độbao phủ bề mặt các hạt của chúng sẽ làm tăng vận tốc trợt của vật liệu lên nhiều.Ngời ta xác lập bằng thực nghiệm mối quan hệ phụ thuộc vận tốc trợt vào kích thớchạt:

ε dn

Trong đó: ε - Vận tốc trợt

d - Đờng kính tơng đơng của hạt vật liệu

n - Hằng số, có giá trị bằng 2 khi có quá trình khuyếc tán xảy

ra ở nhiệt độ tơng đố cao Khi có hiện tợng trợt theo bề mặt của cáchạt ở nhiệt độ thấp hơn nhiều thì giá trị n lấy bằng 1

Vai trò chủ yếu của quá trình khuyếch tán trong cơ chế trợt ở nhiệt độ caocủa vật liệu chịu lửa đa tinh thể là xác lập mối quan hệ tuyến tính giữa vận tốc trợt

và các khuyết tật trong mạng lới của các pha tinh thể chủ yếu có mặt trong sảnphẩm

Trị số biến dạng dẻo và vận tốc biến dạng của vật liệu, khi nó chịu tác dụng

đồng thời của cả ứng suất và nhiệt độ, trong nhiều trờng hợp là đặc trng rất quantrọng, nó đánh giá đúng khả năng phục vụ của vật liệu về chất lợng khi sử dụng làmcấu kiện chịu nhiệt độ cao

Độ dão của vật liệu gốm và sản phẩm chịu lửa thờng đợc xác định theo vậntốc biến dạng trong giai đoạn trợt nào đó hay theo trị số biến dạng sau một khoảngthời gian nhất định Với sản phẩm chịu lửa, độ dão thờng xác định ở nhiệt độ cao( 1500  1800oC ) và ứng suất không lớn lắm ( từ 10  100KGN/cm2 ) Vận tốc trợt

có thể biểu diễn theo phơng trình sau:

I.2.2.4.Độ bền lâu dài.

Để đánh giá khả năng bền của vật liệu chịu lửa khi tác dụng lâu dài của tảitrọng trong giai đoạn biến dạng dẻo mà không bị phá huỷ, ngời ta sử dụng chỉ tiêu

đặc trng là độ bền lâu dài của sản phẩm Thực tế tính chất này ít dùng đối với các vậtliệu chịu lửa thông thờng mà chỉ có ý nghĩa thực nghiệm đối với các sản phẩm từcác ôxit tinh khiết nh: Al2O3, MgO…cũng rất lớn Đặc biệt các sản phẩm có độ chịu lửa nó cho phép tìm đợc mối quan hệ phụ thuộcgiữa độ bền lâu dài  và vận tốc biến dạng trợt ε ở khoảng nhiệt độ 1400  1500oC( khi có ứng suất 100 500 KG/cm2 ) của các loại sản phẩm này Quan hệ phụ thuộc

ấy có thể biểu diễn theo hàm luỹ thừa sau:

εn

A

τ 

Trong đó :  - Độ bền lâu dài

A - Hệ số phụ thuộc vào điều kiện thử

n – Phần khái quát chung Hằng số dao động từ 1,5  3

Với sản phẩm chịu lửa Cao Alumin thì tính chất này ít dùng đến vì CaoAlumin không phải là sản phẩm từ các ôxit tinh khiết nh Al2O3, MgO…cũng rất lớn Đặc biệt các sản phẩm có độ chịu lửa

I.3.Tính chất nhiệt lý.

I.3.1.Độ dẫn nhiệt

Độ dẫn nhiệt của vật liệu chịu lửa đợc xác định bằng lợng nhiệt truyền qua vậtliệu khi có sự chênh lệch nhiệt độ (građien nhiệt độ) giữa các mặt của sản phẩmtrong các vật liệu chịu lửa nhiệt đợc truyền chủ yếu do dao động đàn hồi của cácnguyên tử ở nút của mạng lới tinh thể Nó khác với hình thức truyền nhiệt do chuyển

động của các dòng điện tử

Độ dẫn nhiệt của vật liệu chịu lửa đặc trng bằng hệ số dẫn nhiệt  có thứnguyên kỹ thuật (Kcal/m.oC.h) hoặc thứ nguyên vật lý (Cal/cmoC.s)

Các yếu tố ảnh h ởng đến độ dẫn nhiệt của sản phẩm Cao Alumin :

Vì độ dẫn nhiệt có quan hệ phụ thuộc gần nh tuyến tính vào nhiệt độ trongtừng khoảng nhiệt độ nên hệ số dẫn nhiệt thờng đợc cho dới dạng trung bình củamột khoảng nhiệt độ nào đấy

Độ dẫn nhiệt của vật liệu gốm có cấu trúc tinh thể giảm mạnh khi nâng caonhiệt độ Khi tiếp tục nâng nhiệt độ, tốc độ giảm độ dẫn nhiệt càng nhỏ và mối quan

hệ phụ thuộc độ dẫn nhiệt vào nhiệt độ hầu nh hoàn toàn trở thành quan hệ đờngthẳng

Quy luật biến đổi độ dẫn nhiệt và trị số của nó theo nhiệt độ có ý nghĩa quantrọng khi giải quyết cách nhiệt trong các thiết bị nhiệt và lò công nghiệp, giảm mấtmát nhiệt ra môi trờng xung quanh Độ dẫn nhiệt có ảnh hởng trực tiếp tới khả năngchịu sự dao động nhiệt độ đột ngột của sản phẩm (độ bền nhiệt của vật liệu khi sửdụng)

Một trong những hệ số liên quan đến độ dẫn nhiệt là hệ số dẫn nhiệt độ a Hệ số a

đặc trng cho vận tốc lan truyền nhiệt độ theo chiều dày của sản phẩm chịu lửa khithay đổi nhiệt độ đốt nóng Hệ số a phụ thuộc tuyến tính vào hệ số dẫn nhiệt độ 

0 

Tỉ nhiệt C của vật liệu chịu lửa đặc trng cho lợng nhiệt tiêu tốn để đốt nóng 1

kg sản phẩm lên 10C và có thứ nguyên (kcal/kg.0C) Lợng nhiệt này (hay năng lợng)

đợc tiêu tốn đợc cung cấp cho chuyển động dao động của các nguyên tử và ion ở

đầu nút của mạng lới tinh thể (hay nâng cao trạng thái năng lợng của điện tử) Tỉnhiệt tăng mạnh khi nâng dần nhiệt độ trong khoảng nhiệt độ 00K và 00C  200C ởnhiệt độ cao hơn tỉ nhiệt không phụ thuộc vào đặc trng cấu trúc của các vật liệu và íttăng theo mức tăng nhiệt độ, đặc biệt là nhiệt độ cao hơn 10000C

I.3.2.Sự dãn nở vì nhiệt

Cũng nh các vật liệu khác, sản phẩm chịu lửa khi đốt nóng có sự dãn nở vìnhiệt Hiện tợng dãn nở này có tính thuận nghịch, nghĩa là khi đốt nóng thì nở ra vàkhi làm nguội thì co về thể tích ban đầu Bản chất của hiện tợng này là khi bị đốtnóng khoảng cách giữa các nguyên tử tăng lên do biên độ dao động của chúng

Cần phân biệt hệ số dãn nở thể tích  và hệ số nở dài  Với các sản phẩmgốm hay vật liệu chịu lửa đa tinh thể có thể coi gần đúng :  3 ở các vật liệuxốp, hệ số dãn nở thờng không phụ thuộc vào độ xốp Tuy nhiên sự hình thành vếtnứt theo bề mặt phân chia các tinh thể có thể làm thay đổi hệ số dãn nở nhiệt Trongcác vật liệu gốm nhiều pha, hệ số dãn nở nhiệt chung thờng không phải là trung bìnhcộng của hệ số nhiệt của từng pha Hệ số dãn nở nhiệt của vật liệu chịu lửa samốt Athờng đợc đặc trng bằng các chỉ tiêu sau :

Hệ số dãn nở nhiệt của vật liệu đặc trng bằng các hệ số sau:

12

(1) Hệ số dãn nở nhiệt trung bình : tb=

) (t to Lo

Lto Lt

dt dL

(3) Dãn nở nhiệt phần trăm : % =   100 %

Lto

Lto Lt

(4) Hệ số dãn nở nhiệt thể tích tích trung bình:   3 x 

Trong đó : Lt - Chiều dài mẫu ở nhiệt độ đo

Lto – Phần khái quát chung Chiều dài mẫu ở 00C hoặc nhiệt độ phòng

Tính dãn nở đồng đều trong khoảng nhiệt độ riêng biệt là một đặc trng quantrọng.Vì vậy ngời ta dùng hệ số dãn nở nhiệt để đặc trng cho mức độ đồng đều củaquá trình dãn nở trong nhiệt độ riêng biệt

Cấu trúc, thành phần khoáng, tỷ lệ hàm lợng pha tinh thể và pha thuỷ tinh có

ảnh hởng lớn đến sự dãn nở nhiệt của sản phẩm Cao Alumin

I.4.Tính chất nhiệt.

Ngoài các tính chất đã giới thiệu ở trên, để đặc trng cho khả năng chống lạitác dụng của nhiệt độ cao, vật liệu chịu lửa còn một loạt tính chất nhiệt nh sau: độchịu lủa, tính ổn định thể tích ở nhiệt độ cao, độ bền nhiệt và mức độ lão hoá vìnhiệt

I.4.1.Độ chịu lửa.

Độ chịu lửa của vật liệu là khả năng chống lại tác dụng của nhiệt độ cao màkhông bị nóng chảy Theo độ chịu lửa hay nhiệt độ nóng chảy vật liệu chịu lửa nóichung có thể chia làm 4 nhóm :

(1) Loại dễ chảy: bị nóng chẩy ở nhiệt độ không cao hơn 13000C Các vậtliệu này chủ yếu thuộc nhóm gốm thô sản xuất từ nguyên liệu từ đất sét dễ chảy

(2) Loại khó chảy: nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn ở nhiệt 15800C

(3) Sản phảm chịu lửa thờng: có độ chịu lửa nằm trong khoảng

1580020000C Loại này bao gồm phần lớn các vật liệu chịu lửa khá cao nh samốt,cao alumin, v v

(4) Vật liệu chịu lửa cao: có độ chịu lửa hay nhiệt độ nóng chảy cao hơn

20000C Loại này gồm hầu hết các sản phẩm chịu lửa đặc biệt từ ôxít tinh khiết, hợpchất không chứa oxi, loại sản phẩm chịu lửa kiềm tính

Vật liệu chịu lửa nói chung khi nung lên nhiệt độ cao đều bị biến dạng mềm

và chảy ra ở dạng lỏng ở độ nhớt nào đó Khái niệm về độ chịu lửa thực tế về độchịu lửa chỉ dùng nhóm 3 và nhóm 4 còn lại các sản phẩm thuộc nhóm 1 và 2 thờngkhông xác định độ chịu lửa

Độ chịu lửa thực tế là một hằng số kỹ thuật đợc xác định từ thực nghiệm Ph

ơng pháp xác định độ chịu lửa của Cao Alumin:

Để xác định độ chịu lửa của Cao Alumin ta có thể xác định nh sản phẩm chịulửa samốt (theoTCVN – Phần khái quát chung 179 – Phần khái quát chung 1996), ngời ta lấy mẫu cần thử nghiền nhỏ đến lọtsàng đờng kính lỗ sàng là 0,2 mm, lấy mẫu thử bằng cách chia t Sau đó tạo mẫu

dạng côn hình tháp cụt thẳng đứng, hai đáy là hai tam giác đều có cạnh là 8 và 2

mm, chiều cao 3 mm Khi làm mẫu từ vật liệu không có tính dẻo thì cho thêm một ợng nhỏ hồ hữu cơ nhng không làm ảnh hởng tới độ chịu lửa của vật liệu, đối với vậtliệu có sẵn tính dẻo thì chỉ cần trộn với nớc lọc để tạo côn Côn này đợc thử trong lò

l-điện Cripton với tốc độ nâng nhiệt độ nh sau:

+ Dới 1.0000C: Không qui định

+ Từ 1.000  1.5000C: Tăng từ 15  200/phút

+ Từ 1.5000C trở lên: Tăng từ 4  60/phút

Dới tác dụng của nhiệt độ cao vật liệu chế tạo côn bị biến mềm và giảm dần

độ nhớt của pha lỏng tạo thành Đến một nhiệt độ xác định, tuỳ theo vật liệu thử

đỉnh côn dới tác dụng của khối lợng bản thân gục chạm vào bề mặt của đế

Nhiệt tại thời điểm mà đỉnh côn gục sát bề mặt đế đợc gọi là độ chịu lửa củavật liệu Độ nhớt của vật liệu tại thời điểm này dao động trong khoảng 103104 poiz

Để xác định nhiệt độ gục của côn thí nghiệm, ngời ta không dùng nhiệt kếquang học mà sử dụng các côn tiêu chuẩn đặt bên cạnh côn thí nghiệm Các côn tiêuchuẩn này đã biết trớc nhiệt độ gục, nếu đến một nhiệt độ nào đấy mà cả côn thínghiệm và côn tiêu chuẩn đều gục thì ta xác định đợc độ gục của mẫu côn bằng độgục của côn tiêu chuẩn (phải tiến hành thử với nhiều côn tiêu chuẩn) Trong sản xuấtcông nghiệp, nhiệt độ gục của côn tiêu chuẩn (độ chịu lửa) đợc biểu diễn bằng 1/10giá trị thực của nó

Qua thí nghiệm ngời ta thấy rõ độ chịu lửa và nhiệt độ nóng chảy: côn thínghiệm bị gục trong khoảng độ nhớt của vật liệu khá lớn Vì vậy ngay cả vật liệu từcác ôxít tinh khiết cũng có độ chịu lửa khác với nhiệt độ nóng chảy

Độ chịu lửa của Cao Alumin bị ảnh h ởng của nhiều yếu tố :thuộc tính chấtcủa vật liệu và điều kiện thí nghiệm nh : thành phần hoá học, thành phần khoáng,thành phần hạt, tốc độ nâng nhiệt độ trong lò, hình dạng kích thớc mẫu thí nghiệm,môi trờng thí nghiệm

- Ta thấy rằng khi thành phần hoá, thành phần khoáng, thành phần hạt củaphối liệu sản xuất sản phẩm Cao Alumin có ảnh hởng lớn nhiệt độ kết khối, độ đặcchắc của sản phẩm, ảnh hởng trực tiếp đến độ chịu lửa của sản phẩm Cao Alumin

- Độ phân tán của hạt cũng ảnh hởng đến nhiệt độ gục côn Nếu hạt nếu hạtvật iệu càng lớn nhiệt độ gục côn càng cao vì kích thớc hạt lớn bề mặt tiếp xúc vớipha lỏng giảm, điều kiên tạo thành điểm ơtecti kém đi, lợng pha lỏng tăng chậm,nhiệt độ gục côn tăng lên

Môi trờng khí cũng ảnh hởng đến nhiệt độ gục của côn ở vật liệu chịulửa thờng chứa sắt Khi thử trong môi trờng khử nhiệt độ gục côn bao giờ cũng thấphơn so với khi thử trong môi trờng ôxi hoá vì hợp chất chứa sắt (II) dễ chảy hơn hợpchất chứa sắt (III) Hàm lợng sắt có trong Cao Alumin vào khoảng 2 % có ảnh hởng

Kích thớc hình dạng của mẫu đem thí nghiệm cũng ảnh hởng đến nhiệt

độ gục côn Tóm lại, nhiệt độ gục côn phụ thuộc vào nhiều yếu tố, cả về tính chấtsản phẩm, thành phần khoáng hoá cũng nh công nghệ và phơng pháp thử

I.4.2.ổn định thể tích ở nhiệt độ cao

Vật liệu chịu lửa khi phục lâu dài ở nhiệt độ cao trong sản phẩm sẽ xảy ra sựbiến đổi thành phần pha, tái kết tinh và kết khối phụ Do đó sản phẩm bị co phụ hay

nở phụ và hiện tợng này dẫn tới sự thay đổi không thuận nghịch kích thớc dài củachúng

Nếu hiện tợng co phụ của vật liệu chịu lửa lớn sẽ có thể làm nứt nẻ các mạchvữa, hạ thấp mật độ, độ bền xỉ và độ bền nhiệt của tờng lò, gây võng, tụt vòm lò vàdẫn đến phá hoại chúng trớc thời gian quy định

14

Hiện tợng dãn nở phụ không lớn lắm của vật liệu chịu lửa đôi khi lại có ảnhhởng tốt đến độ bền của mạch vữa đặc biệt khi xây vòm lò Nó làm xít đặc mạch vữatăng lực liên kết và độ cứng của vòm lò Nếu dãn nở quá nhiều thì lại làm vòm lònâng lên, mất hình dạng hình học và phá vỡ sự phân bố ứng suất đồng đều của vòm

lò, có thể gây sụt lò

Vì vậy ổn định thể tích ở nhiệt độ cao cùng với độ bền cơ học của nó là điềukiện gắn bó cần thiết để kéo dài tuổi thọ của các cấu kiện chịu tải trọng ở nhiệt độcao

Để xác định sức co hay nở phụ của sản phẩm Cao Alumin (TCVN – Phần khái quát chung 201 – Phần khái quát chung 1996):ngời ta nung sản phẩm ở nhiệt độ xác định Nhiệt độ này đối với mỗi loại sảnphẩm phụ thuộc vào điều kiện sử dụng sau này của chúng Thời gian lu ở nhiệt độcực đại từ 2  3 giờ

Xác định sự biến đổi thể tích của mẫu khi nung đợc tính theo công thức sau V= 100

0

0 1

x V

Trong đó : Vo và V1 là thể tích mẫu trớc và sau khi nung

Khi sản phẩm co phụ dùng dấu (- ), còn nở phụ dùng dấu ( + )

Độ co phụ trong 2 giờ ở nhiệt độ nung 1400 0C đối với sản phẩm Cao Aluminyêu cầu không không lớn hơn 0,6%

Sự chênh lệch nhiệt độ ở trong _ ngoài, hoặc phía nhiệt độ cao _ nhiệt độthấp Chính sự chênh lệch này gây ra ứng suất kéo nén làm phá hoại sản phẩm

Các yếu tố ảnh h ởng đến độ bền nhiệt của Cao Alumin

Nếu ta kí hiệu hệ số bền nhiệt là B thì B sẽ phụ thuộc vào các yếu tố

đợc biểu thị trong phơng trình sau:

B =

E C C

a

.

.

.

.

Tuy nhiên giá trị độ bền nhiệt B này cha phản ánh đầy đủ điều kiện

đốt nóng và làm nguội, cũng nh cha nêu đợc ảnh hởng của kích thớc, hình dạng sảnphẩm lên độ bền nhiệt Vì vậy hiện nay ngời ta có xu hớng: đặc trng độ bền nhiệttheo hệ số gradien nhiệt độ cho phép đối với vật liệu chịu lửa cần xác định Gradiennhiệt độ cho phép này phụ thuộc các yếu tố sau:

(1) Sức cản nhiệt của vật liệu (giá trị R) đợc đặc trng bằng mối quan hệtơng hỗ giữa tính chất đàn hồi và hệ số dãn nở nhiệt của nó:

(3) Hình dạng và kích thớc sản phẩm (giá trị S) ảnh hởng rất nhiều đến

độ bền nhiệt Tuy nhiên tính toán chuẩn số S ngay cả trong những vật thể đơn giảncũng rất phức tạp

Do việc xác định môđun kéo và môđun trợt của vật liệu ở các nhiệt độkhác nhau đặc biệt là tính toán giá trị S rất phức tạp do đó gây khó khăn trong việc

sử dụng rộng rãi các điều kiện phụ thuộc ở trên nhằm đánh giá sát thực độ bền nhiệtcủa sản phẩm

Trong quá trình nung, ở phần ranh giới phân chia các hạt vật liệu gầy vàcác màng mỏng chất kết dính kết khối thờng xuất hiện ứng suất, kết quả dẫn đến sựtạo thành các chỗ đứt gãy và hình thành mạng các vết nứt tế vi Do đó tại nhữngvùng này vật liệu đợc đặc trng bằng “sự liên kết điểm” (tức là dính kết tiếp xúc) vàhình thành khả năng làm giảm hay triệt tiêu các ứng suất cục bộ do sự dịch chuyểntơng hỗ các cấu trúc riêng biệt.các vị trí đứt gãy và mạng các vết nứt tế vi này có thểlàm giảm và dừng hẳn các vết nứt do nhiệt gây ra

Để tăng lợng các vết nứt tế vi xung quanh các hạt vật liệu gày, hiện nayngời ta hay dùng phơng pháp nhân tạo, thí dụ đa thêm phụ gia kị nớc sẽ làm tăng l-ợng vết nứt tế vi ở ranh giới phân chia các hạt vật liệu gày và chất liên kết sau khinung Việc hình thành vết nứt nhân tạo dẫn đến nâng cao độ bền nhiệt và mức độ kếtkhối của sản phẩm

Sự khác nhau về phơng pháp sản xuất và kĩ thuật sản xuất cũng gây nên

sự khác nhau về độ bền nhiệt của sản phẩm

Kích thớc và hình dạng sản phẩm cũng ảnh hởng đến độ bền nhiệt.Kích thớc sản phẩm xác định trị số tuyệt đối của sự trợt tơng đối, cũng nh cả trị sốriêng ứng suất trợt xuất hiện trong sản phẩm Sự suất hiện ứng suất cục bộ không

đồng đều phụ thuộc vào hình dạng sản phẩm thể hiện khá rõ: sản phẩm dị hìnhnhiều góc cạnh, điểm uốn lợn có độ bền nhiệt độ thấp hơn sản phẩm đơn giản tiêuchuẩn

Kích thớc hạt trong phối liệu cũng có ảnh hởng đến độ bền nhiệt của sảnphẩm Trong phối liệu, hàm lợng cỡ hạt lớn nhiều sẽ làm sản phẩm có độ bền nhiệttốt Khi giảm hàm lợng hạt nhỏ và tăng Dmax thì độ bền nhiệt của sản phẩm tăng

ở nhiệt độ 800o đến 1000oCnhiều sản phẩm có khả năng biến dạng dẻo

Sự xuất hiện ứng suất ở khoảng nhiệt độ nàyđợc khắc phục bằng hiện tuợng biếndạng dẻo của sản phẩm Do đó sự dao động nhiệt độ trong khoảng nhiệt độ biếndạng dẻo không gây nên phá huỷ sản phẩm nh ở vùng biến dạng đàn hồi (ở nhiịet độthấp)

Ph ơng pháp xác định độ bền nhiệt của Cao Alumin :

Do tính chất phức tạp cũng nh mức độ cha hoàn thiện của phơng pháp tínhtoán độ bền nhiệt đòi hỏi phải có phơng pháp thực nghiệm trực tiếp xác định nó Cácphơng pháp xác định độ bền nhiệt đều dựa trên cơ sở xác định mức độ phá hoại mẫuthử hay mất mát cờng độ do kết quả đốt nóng ở nhiệt độ này hay nhiệt độ khác,trong nớc hay trong không khí Mẫu thử cần phải tiền hành cùng một hình dạng vàkích thớc để loại trừ ảnh hởng của giá trị S

Phơng pháp tiêu chuẩn để xác định độ bền nhiệt (theo OCT 7875-56 củaNga): đốt nóng một đầu mẫu thử trong lò điện cực cacbuasilic-SiC, đến nhiệt độ

8500C hay 13000C Sau đó nhúng vào nớc 200C sâu 5 cm để làm nguội chúng (hay

để ngoài không khí) Tiếp tục đốt nóng và làm nguội nh vậy đến khi mẫu thử xuấthiện vết nứt và mất 20% khối lợng Số lần đốt nóng và làm nguội nh vậy gọi là độbền nhiệt của sản phẩm

Ph

ơng pháp xác định độ bền nhiệt của Cao Alumin theo TCVN :

Phơng pháp khác xác định độ bền nhiệt: đốt nóng một đầu mẫu thử trong lò

điện, một đầu để ngoài dùng quạt làm mát, đồng thời xác định sự biến đổi khối lợngmẫu đến khi mất 20% khối lợng thì dừng Độ bền nhiệt đánh giá bằng thời gian đốtnóng hoặc tuổi thọ vật liệu làm việc ở nhiệt độ cao khi có sự chênh lệch nhiệt độ ở

20oC và 1300oC

16

Ngoài ra còn sử dụng các phuơng pháp khác nh phơng pháp “panen”, phơngpháp xác định độ bền nhiệt của bêtông chịu nhiệt và bêtông chịu lửa.

I.4.4.Mức độ lão hoá vì nhiệt độ.

Quá trình thay đổi vi cấu trúc bên trong sản phẩm dẫn đến làm thay đổihàng loạt các tính chất có liên quan đến tính linh động về cấu trúc của nó Hiện tợng

đó gọi là “sự lão hoá” vật liệu, nghĩa là giảm khả năng chống lại sự biến dạng sẽdẫn tới cờng độ tức thời cũng nh độ bền lâu dài giảm khá lớn

Hiện nay cha có một tài liệu thực nghiệm nào miêu tả chính xác để xác

định động học “sự gia nhiệt” của vật liệu Một số tài liệu (giả thiết) cho rằng: độtăng đờng kính trung bình các hạt DTb - m, phụ thuộc vào nhiệt độ T, vào thời giannung  (giờ) có thể biểu diễn theo phong trình :

D = A.e-Q/RT n

Trong đó : A - Hằng số đặc trng cho điều kiện thí nghiệm

Q - Năng lợng hoạt hoá của quá trình tái kết tinh, đối với vật

liệu gốm lấy bằng 70  100 kcal/mol

R – Phần khái quát chung Hằng số khí lí tởng = 1,98 cal/0C.mol = 8,31 j/0C mol

T – Phần khái quát chung Nhiệt độ tuyệt đối – Phần khái quát chung 0K

n – Phần khái quát chung Chỉ số mức độ đối với các sản phẩm từ các ôxít tinh khiết

I.5.Độ bền hoá học.

Độ bền hoá học của vật liệu chịu lửa đợc hiểu là khả năng chống lại tác dụng

hoà tan hay phá huỷ của sản phẩm khi nó tiếp xúc với các tác nhân phá hoại dạnglỏng, rắn và khí Độ bền hoá học có ảnh hởng lớn đến thời hạn sử dụng gạch chịulửa trong lò công nghiệp

Các quá trình và hiện t ợng phá hoại vật liệu chịu lửa: vật liệu chịu lửa luôntiếp xúc với môi trờng xâm thực, ăn mòn ở nhiệt độ cao: xỉ lỏng, tác nhân nóngchảy do đó hoà tan pha thuỷ tinh, đồng thời tơng tác tạo ra sản phẩm mới có nhiệt

độ thấp làm biến đổi pha dẫn tới ăn mòn Hiện tợng xâm thực do tơng tác các vật thểrắn, khí lên bề mặt vật liệu chịu lửa nh: bụi, xỉ, quặng nguyên liệu sẽ bào mòn bềmặt sản phẩm, rửa trôi pha thuỷ tinh dẫn tới vật liệu dần bị phá hoại Hai hiện tợngnày xảy ra đồng thời Quá trình hoà tan bề mặt là đặc trng chủ yếu đối với gạch chịulửa alumôsilicat

Quá trình ăn mòn vật liệu chịu lửa do các môi trờng nh axit, bazơ: ngời ta xác

định tính chất của vật liệu chịu lửa làm việc trong các môi trờng tơng ứng:

- Sự hình thành các pha thuỷ tinh làm tăng quá trình ăn mòn và xâm thực mạnh,dẫn tới phá hoại cấu trúc vật liệu

- Môi trờng khí trong bản thân vật liệu và môi trờng làm việc gây hình thành phalỏng dễ chảy khi có nhiệt độ cao

- Tính chất của tác nhân ăn mòn: axit hoặc bazơ có ảnh hởng lớn tới sự hìnhthành pha mới khi tơng tác pha lỏng, đó là pha tinh thể có nhiệt độ thấp hoặc phathuỷ tinh có nhiệt độ nóng chảy thấp làm cho vật liệu bị mềm và bị phá huỷ

Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình ăn mòn bằng xỉ của vật liệu chịu lửa, đólà: nhiệt độ tác dụng, số lợng xỉ và đặc tính tái sinh (bổ xung) của nó, hiện tợng bàomòn đồng thời với quá trình xâm thực Các yếu tố này tác động đồng thời trong quátrình phá huỷ gạch chịu lửa bởi xỉ

Các yếu tố ảnh h ởng đến độ bền hoá học của Cao Alumin :

Vật thể lỏng tác dụng với gạch chịu lửa nh xỉ nóng chảy ở lò luyện kim,kim loại nóng chảy, thuỷ tinh nóng chảy, tro nhiên liệu hoá lỏng ở các ghi đốt hay

lò khí hoá

Vật thể rắn tác dụng với gạch chịu lửa nh các bụi quặng, bụi phế liệu, bụi

xỉ hay xỉ rắn, hoặc khi tiếp xúc với hai gạch chịu lửa với nhau

Môi trờng khí gây tác dụng phá hoại gạch chịu lửa nh khí thải lò nung,nhiên liệu dạng khí, sản phẩm hóa học nh khí CO, CO2, cácbua hyđro trong các lòcốc hóa Các sản phẩm này thấm sâu vào gạch qua các lỗ xốp gây phản ứng pháhoại hay hạ thấp cờng độ của chúng

Pha lỏng hình thành trong vật liệu chịu lửa cũng là một yếu tố hạ thấp

độ bền xỉ của nó Vì vậy để nâng cao độ bền xỉ của vật liệu là nguyên liệu sản xuấtphải sạch, ít tạp chất chảy

Tóm lại xỉ ăn mòn gạch chịu lửa phụ thuộc vào bản chất hoá học củagạch và xỉ Do đó việc lựa chọn gạch để xây lò (có tính axít, trung tính, kiềm) phảicăn cứ vào nhóm sản phẩm có thành phần khoáng hoá tơng ứng Độ bền xỉ của vậtliệu chịu lửa thuộc nhóm này hay khác có thành phần khoáng hoá gần nh nhau đợcxác định trớc hết do mật độ và tính chất cấu trúc của chúng Vì vậy để làm việctrong điều kiện tiếp xúc với xỉ hoạt tính cần sử dụng gạch chịu lửa có mật độ cao.Hiện nay công nghiệp vật liệu chịu lửa có khả năng sản xuất các sản phẩm có mật

Trong đó : K - Là hằng số Bônzơman, bằng 1,38 10-23J.oC-1

r - Bán kính hạt khuyếch tán

 - Độ nhớt của môi trờng khuyếch tán

Trị số Q là bề mặt của sản phẩm bị hoà tan bao gồm: bề mặt ngoài, với tất cả

bề mặt của các lỗ xốp và vết nứt xỉ lỏng xâm nhập Do đó trị số Q phụ thuộc vào độxốp chung sản phẩm và vào đặc trng liên kết giữa các lỗ xốp, tức là khả năng thẩmthấu của sản phẩm

Trị số (C0-Cx) - đặc trng cho mức độ bão hoà sản phẩm hoà tan trong phalỏng, vì Cx là nồng độ hòa tan của dung dịch ở thời điểm đang xét, còn C0 là nồng độbão hoà Khi tái sinh nhanh và liên tục các tác nhân hoà tan thì giá trị Cx thực tếbằng không Trị số C0 xác định nồng độ bão hoà của pha lỏng tác dụng do sản phẩmhoà tan ở nhiệt độ và mật độ cho trớc, phụ thuộc vào bản chất hoá học của các cấu

tử tác dụng với nhau

Khi chịu tác dụng của xỉ luyện kim kiềm tính thờng chứa 50  75 % các ôxítkiềm (CaO, MgO, MnO, FeO) thì gạch chịu lửa alumosilicát (trong thành phần của

có có khoảng 95% ôxít Al2O3 và SiO2) có nồng độ bão hoà C0 tăng theo mức tăngnhiệt độ và nó tăng đáng kể Kết quả phản ứng giữa SiO2 và Al2O3 với xỉ kiềm tínhhình thành các hợp chất dễ chảy có độ nhớt nhỏ Khi tăng nhiệt độ thì sức phá hủy

xỉ lên gạch chịu lửa trở nên khá mạnh Đối với xỉ luyện kim thì gạch chịu lửa samốtcaoalumin bền hơn gạch chịu lửa kiềm tính

Nh vậy biểu thức trên xác định đợc vai trò của từng yếu tố riêng biệt ảnh ởng đến quá trình ăn mòn của xỉ nhng không có khả năng xác định trị số ăn mònbằng phơng pháp tính toán vì việc xác định trực tiếp các giá trị (trớc hết là D và  )của nó rất khó khăn

h-18

ơng pháp thử độ bền xỉ của vật liệu chịu lửa: đây không phải là phơng pháp

đặc trng đầy đủ mọi yếu tố liên quan đến độ bền xỉ của vật liệu chịu lửa Phơng pháp

đúng đắn nhất là nghiên cứu so sánh độ bền xỉ của vật liệu chịu lửa trong điều kiệnphục vụ cụ thể của nó Sử dụng phơng pháp so sánh tơng đối độ bền xỉ: dùng mẫugạch vật liệu chịu lửa có khoét lỗ hình trụ đờng kính từ 25  50 mm, cao 20  40

mm, thành và đáy dày hơn 30 mm Lấy xỉ nghiền mịn (kích thớc nhỏ hơn 0,5 mm),

đổ đầy lỗ và nung mẫu ở 1400  1500oC, hằng nhiệt 2 giờ ở nhiệt độ cực đại Sau

đó làm nguội xác định tổn thất khối lợng và thể tích của mẫu (ca đôi viên gạch qua

đờng kính của lỗ và quan sát mức độ ăn mòn) Đây là phơng pháp tĩnh, mới kể đếntác nhân ăn mòn, cha kể đến xâm thực

Phơng pháp này có nhợc điểm là: hoạt tính của xỉ đối với gạch theo thời giannung bị giảm dần Quá trình ăn mòn xảy ra thực tế không có tác dụng xâm thực của

xỉ Kết quả thí nghiệm chỉ có tính chất để so sánh tơng đối độ bền xỉ của các loạisản phẩm với nhau

Đa ra phơng pháp thí nghiệm động, phơng pháp này khắc phục đợc khuyết

điểm trên và sản phẩm đợc thí nghiệm trong điều kiện nặng nề nhất Phơng phápnày, chuẩn bị mẫu nh trên, ngời ta đặt mẫu lên một bao nung, bao nung này đặt trênmột giá quay trong lò điện, đốt nóng mẫu đến 1400  1500oC Mẫu luôn quay vớimột vận tốc xác định trong thời gian thí nghiệm (2 giờ hằng nhiệt) và cũng xác địnhtổn thất khối lợng và thể tích của mẫu nh phơng pháp trên

Ngoài ra ngời ta còn xác định tính bền (chịu đựng) của vật liệu chịu lửa với

ôxít cácbon trong thời gian dài và xác định hệ số thấm khí (Theo OCT 11573-65của Nga)

I 6.Tính chính xác về hình dạng và kích th ớc của sản phẩm

Trong thực tế sử dụng ở các lò và buồng đốt công nghiệp, trong toàn bộ tờng lòthì mạch xây là chỗ yếu nhất, dễ bị ăn mòn, phá hoại nhất vì mật độ của nó thấphơn nhiều so với mật độ của gạch Chính vì vậy để tờng lò bền vững, nâng cao tuổithọ lò thì mạch xây phải mỏng, chắc, chiều dày phải nhỏ hơn 3 mm, đặc biệt có khiyêu cầu phải nhỏ hơn 0.5 mm Để đạt đợc điều đó kích thớc của sản phẩm gạch chịulửa phải chính xác

Các sản phẩm to, hình dạng phức tạp mà đảm bảo chính xác về hình dạng vàkích thớc là một vấn đề khó Độ co dãn của sản phẩm khi sấy, nung theo chiều hớngkhác nhau làm sản phẩm sai lệch về kích thớc, vênh méo về hình dạng

Nguyên nhân làm sản phẩm co dãn không đều là tính chất nguyên liệu không

ổn định, kỹ thuật sản xuất cha ổn định khống chế chặt chẽ nh cấu tử không đúng,thành phần hạt không đúng, thành phần hạt không đảm bảo, độ ẩm phối liệu không

đều, phối liệu không đồng nhất, áp lực tạo hình không đảm bảo, chế độ sấy- nungcha đúng Vì vậy khi sản xuất có thể không phải chỉ sai một vài viên mà có khi bịhỏng hàng loạt

Muốn tăng độ chính xác về kích thớc và hình dạng sản phẩm phải gắn liềnviệc hoàn thiện kĩ thuật sản xuất, cơ khí hoá và tự động hoá dây chuyền công nghệvới vấn đề kiểm tra theo dõi thực hiện các chỉ tiêu sản xuất Phơng pháp bán khô chosản phẩm chính xác về hình dạng và kích thớc hơn so với phơng pháp dẻo do độ cochung của nó nhỏ

Theo tiêu chuẩn: sai số về kích thớc sản phẩm samốt không quá 2%

Trong quá trình sản xuất, ngoài yêu cầu về hình dạng và kích thớc chính xác,sản phẩm còn phải đảm bảo các cạnh, các mặt phải bằng phẳng, sắc nét Nếu mặtsản phẩm bị lồi lõm, cong vênh cũng dẫn đến làm tăng chiều dày mạch vữa Cạnh,góc sản phẩm bị sứt mẻ hay bị vẹt cũng làm tuổi thọ của chúng giảm do dễ dàng bị

xỉ phá hoại Trên sản phẩm sau khi nung thờng có những vết hay đám do nóng chảycục bộ tạo nên Nguyên nhân chủ yếu là do lẫn trong nguyên liệu những hạt tạp chấtlớn ở nhiệt độ nung, chúng bị chảy lỏng ra do phản ứng với gạch Hiện tợng nóngchảy này cũng phải hạn chế vì nó làm giảm chất lợng sản phẩm ở những sản phẩm

nh samốt, manhêzi, đinát những vết cháy đó yêu cầu có đờng kính nhỏ hơn 5  8mm.

Ngoài ra ở sản phẩm chịu lửa còn có các khuyết tật khác là các vết rạn nứttrên bề mặt và vào sâu bên trong sản phẩm, cũng cần đợc quy định chặt chẽ Sảnphẩm đạt yêu cầu chỉ đợc phép có các vết rạn nứt nhỏ hơn 0,5 mm (độ rộng khe nứt)với độ sâu 0,5 mm Những sản phẩm phải làm việc trong những môi trờng ăn mònyêu cầu không đợc phép rạn nứt

II>Sản phẩm gạch Cao Alumin.

Hiện nay nớc ta mới chỉ có duy nhất nhà máy VLCL Cầu Đuống sản xuất Caoalumin với công suất 6000 tấn/năm Trong khi đó nhu cầu sử dụng sản phẩm CaoAlumin của các nhà máy thép, xi măng, luyện kim, thuỷ tinh,…cũng rất lớn Đặc biệt các sản phẩm có độ chịu lửalại rất lớn Do vậyhàng năm nớc ta phải nhập một số lợng lớn sản phẩm Cao Alumin

Nhiệm vụ thiết kế là nhà máy sản xuất vật liệu chịu lửa Cao Alumin loại nêm

đứng sử dụng lát vùng nung lò quay clanhke xi măng vói đờng kính lò là 2,5m.Nhiệt độ vùng nung từ 1300oC đến 1450oC

Đây là sản phẩm chịu lửa thuộc họ Alumo Silicat, đợc sản xuất từ đất séthoặc cao lanh chịu lửa Phối liệu bao gồm chất kết dính (đất sét hay cao lanh chịulửa), chất làm gầy (là đất sét hay cao lanh chịu lửa nung đến kết khối) Ngoài ra còn

sử dụng thêm phụ gia (ví dụ: phụ gia tăng dẻo,…cũng rất lớn Đặc biệt các sản phẩm có độ chịu lửa)

II.1.Tiêu chuẩn TCVN 4170-1998 về tính chất cho sản phẩm.

R C

C



1

Trong đó: RT là bán kính trong của lò quay

RN là bán kính ngoài của lò quay

n là số viên gạch dùng lát lò

R

R C

5 , 2

2 2

2 1 2

4

0,65,6233,112

0,65,64

C C L B

Tính công suất thiết kế của nhà máy:

Tổng công suất dự kiến là: 60.000 tấn sản phẩm Cao alumin /năm

Sản phẩm Cao alumin sản xuất có hàm lợng Al2O3+TiO2= 45%, do đó khối ợng thể tích thiết kế: o = 2,30 g/cm3

l-Thể tích của một viên gạch là: V = 1.624,375 cm3

Khối lợng của một viên gạch là:

G = o x V = 2,30 x 1.624,375 =3736,06(g) =3,7361(kg) =3,7361x10-3 (tấn) Vậy, công suất của nhà máy tính theo sản phẩm là:

16 059 528

10 7361 , 3

000 60

Chơng 2

Giới thiệu về nguyên liệu, nhiên liệu, năng lợng Tính toán và kiểm tra thành phần phối liệu

I>Giới thiệu về nguyên vật liệu sử dụng:

Nguyên vật liệu dùng để sản xuất gạch chịu lửa Cao alumin là đất sét và caolanh chịu lửa, phối liệu bao gồm:

- Chất kết dính: là đất sét hay cao lanh chịu lửa

- Chất làm gầy: samốt (đất sét hay cao lanh đã nung đến kết khối )

I.1.Chất kết dính: nguyên liệu đất sét chịu lửa, lấy từ mỏ đất sét Trúc Thôn – Phần khái quát chung Hải

Dơng về Nhà máy

Đất sét là loại chất đa khoáng hợp lại có độ phân tán rất cao đợc tạo ra do sựphong hoá của các mảnh vỏ quặng trầm tích có khả năng khi nhào trộn với nớc thìhình thành khối vữa dẻo, có độ bền nhất định sau khí sấy và có tính chất nh đá saukhi nung

Các chỉ tiêu cơ bản của nguyên vật liệu đất sét dùng cho sản xuất vật liệuchịu lửa cao alumin là:

I.1.1.Thành phần hoá:

Là một đặc trng quan trọng của đất sét, nó xác định phạm vi sử dụng thíchhợp của loại đất sét để sản xuất các loại sản phẩm xác định

Lựa chọn nguyên liệu đất sét Trúc Thôn có thành phần hoá nh sau:

Oxýt SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O TiO2 SO3 MKN

% 56.9 28.2 1.50 0.70 1.80 0.50 0.50 3.54 0.10 7.60Hàm lợng Al2O3 trong loại đất sét này chiếm 28,2% do đó đây là loại đất sétbán axít ( hàm lợng Al2O3 = 1530% ) Lợng oxýt nhôm này nằm ở dạng khoángcaolinit, hyđrô alumôsilicát, hyđrat nhôm Nếu tăng hàm lợng Al2O3 thì độ chịu lửacủa sản phẩm tăng lên Hàm lợng oxit TiO2 là 3,54%

Hàm lợng SiO2 trong đất sét có thể lớn tới 70% và tạp chất silic này ở dạngquắc làm giảm độ dẻo và độ chịu lửa, tăng nhiệt độ kết khối và có lúc làm tả đất sétkhi nung ở nhiệt độ cao Trong loại nguyên liệu này hàm lợng SiO2 chiếm 56,9%

Các tạp chất chiếm khoảng 5-6% gồm sắt, canxi, magiê, kiềm , trong đóhàm lợng kiềm là 1%, hàm lợng sắt là 1,5%; kiềm thổ là 2,5% Các tạp chất này có

ảnh hởng đến độ chịu lửa và độ kết khối của đất sét và cao lanh, đặc biệt là tạp chấtCaO cản trở nhiều quá trình kết khối của đất sét và cao lanh, của sản phẩm samốtkhi nung Tạp chất sắt có kích thớc hạt đến 3-5mm có thể làm hỏng máy nghiền, cỡhạt 2mm sẽ tạo nên nốt đen trên sản phẩm gọi là nốt đầu ruồi Tạp chất CaO làm

22

khoảng nóng chảy của đất sét bị thu hẹp, gây khó khăn cho quá trình nung sảnphẩm Các tạp chất kiềm gây ra sự bạc màu trên bề mặt sản phẩm

I.1.2.Thành phần khoáng:

Đất sét chịu lửa chia ra làm 3 loại:

+Đất sét loại caolinit

+Đất sét loại hyđrô mica và mônôtermi

+Đất sét loại hyđratgilit

Phổ biến nhất là khoáng caolinit, còn hyđragilit thì hiếm gặp hơn Đất sétcaolinit và hyđrômica có thành phần hoá học gần giống nhau, nhng đất sét caolinitchứa nhiều ôxit nhôm, có tính kết khối cao còn loại hyđrômica là loại nhiều kiềm

nh mônôtermit có độ kết khối thấp Loại nguyên liệu sử dụng là đất sét loại caolinitvới hàm lợng nhôm cao, tính kết khối cao

-Khoáng Caolinit (Al2O3.2SiO2.2H2O) có khối lợng riêng từ 2,58  2,59 g/cm3,

có màu trắng hay vàng tơi nếu có lẫn tạp sắt hay hữu cơ Nhiệt độ kết khối khôngnhỏ hơn 1250 oC Tinh thể hình lăng trụ hay những tấm riêng biệt

-Khoáng mônôternit (0,2R2O.Al2O3.3SiO2.1,5H2O + aq), đất sét có nhiềukhoáng này thì độ dẻo cao, nhiệt độ kết khối thấp Tinh thể hình tấm, không tạothành liên tinh thể

-Khoáng hyđragilit Al2(OH)2 có khối lợng riêng 2,35 g/cm3, độ rắn trung bình2,5  3,5, mầu trắng Tinh thể dạng vẩy mỏng

Nguyên liệu đã chọn có độ ẩm tơng đối W=1820% Để sử dụng trong sảnxuất sản phẩm Cao alumin, đất sét phải đợc gia công qua máy sấy thùng quay để hạthấp độ ẩm xuống còn từ 7  10%

I.1.4.Độ dẻo:

Đất sét Trúc Thôn là loại đất sét dẻo cao Độ dẻo D = 20

Đây là tính chất quan trọng đối với đất sét, nhờ tính chất này mà đất sét duytrì đợc hình dạng sau khi ngừng lực tác dụng, không có vết nứt khi tác dụng một lựcnhỏ, đất khô khi miết có ánh trơn nh mỡ Cho đất sét tác dụng với nớc xảy ra quátrình phồng trơng, tan rữa, độ dẻo của đất sét tăng lên đến giá trị cực đại

Độ phân tán có liên quan đến độ dẻo, song mức độ phân tán và độ dẻo đềuliên quan đến lợng nớc nhào trộn để làm đất sét trở nên dẻo Lợng nớc này liên quan

đến độ co của đất sét khi sấy Với sản xuất Cao alumin th ờng trộn phối liệu trongmáy trộn con lăn và tạo hình nén bán khô thì độ dẻo cao không phải là tính chấtquan trọng lắm của phối liệu ép khô Phổ biến nhất là xác định khả năng liên kết củachúng

I.1.5.Khả năng liên kết của đất sét:

Là khả năng tạo hình của đất sét sau khi đã làm khô mà vẫn duy trì đợc hìnhdạng và cờng độ nhất định Đất sét càng dẻo thì khả năng liên kết càng tốt, khả năngnày có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất các sản phẩm chịu lửa nhiều samốt vì khả

năng liên kết tốt của đất sét cho phép dùng nhiều samốt làm gầy mà phối liệu vẫn

đảm bảo tính chất tạo hình, ít co khi nung và có kích thớc chính xác

I.1.6.Độ kết khối:

ở nhiệt độ nung xác định, tính chất này cho ta khả năng nhận đợc sản phẩm

có mật độ và cờng độ cần thiết Độ kết khối của đất sét đặc trng bằng các chỉ tiêu:

* Mức độ đặc của sản phẩm ở nhiệt độ xác định

* Khối lợng thể tích

* Độ hút nớc

Nguyên liệu đất sét Trúc Thôn có khối lợng thể tích: o= 1,45 g/cm3

Nhiệt độ kết khối là nhiệt độ khi đó sản phẩm xít đặc nhất Khoảng kết khối

là khoảng nhiệt độ mà sản phẩm đợc tiến hành xít đặc nhất

Đất sét có ít chất nóng chảy, nhiệt độ kết khối và khoảng kết khối có thể kéodài ra Nguyên liệu đất sét Trúc Thôn có hàm lợng chất nóng chảy thấp: K2O chiếm0,5%; Na2O chiếm 0,5% Do đó đây là loại đất sét có nhiệt độ kết khối và khoảngkết khối có thể kéo dài ra mà sản phẩm không bị phồng hay bị biến dạng khi tăngnhiệt độ nung lên 50100 0C

Sự kết khối của đất sét kèm theo hiện tợng co lửa, khoảng 1016% Các tạpchất kích thớc lớn, đặc biệt là quắc làm giảm độ co lửa của đất sét và giảm mật độcủa sản phẩm nung Loại nguyên liệu này đã đợc làm giàu loại bỏ đi các tạp chất cóhại đến mật độ của sản phẩm nung

I.1.7.Độ chịu lửa:

Nguyên liệu đất sét Trúc Thôn có độ chịu lửa lớn hơn 1580oC Hàm lợng chấtnóng chảy trong thành phần nguyên liệu nhỏ, chiếm khoảng 12 % Hàm lợngnhôm cao và chất nóng chảy thấp sẽ làm tăng các tính chất của vật liệu chịu lửa

I.2.Chất làm gầy: Samốt

I.2.1.Nguyên liệu gầysử dụng: Là đất sét hay cao lanh chịu lửa đã nung đến kết

khối trong lò đứng, lò vòng, lò quay Chất làm gầy samốt có thành phần hoá học t ợng tự nh chất kết dính là đất sét hay cao lanh chịu lửa Độ hút nớc của samốt khôngquá 5% Độ ẩm của nguyên liệu là 1%

-Nguyên liệu chọn sử dụng để nung samốt là cao lanh Tấn Mài- Quảng Ninh

có độ chịu lửa lớn hơn 1750 oC Cao lanh đợc nung samốt ở cơ sở khác rồi mới vậnchuyển về nhà máy theo đờng bộ

Thành phần hoá của cao lanh Tấn Mài:

Oxýt SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO MKN

Từ đó ta có thành phần hoá của samốt Tấn Mài-Quảng Ninh:

Oxýt SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO

% 60.79 38.93 0.51 1.26 0.73

Do sản phẩm gạch chịu lửa cao alumin là loại nhiều samốt có hàm lợngAl2O3 + TiO2  45%, để đảm bảo thành phần hoá của sản phẩm ta phải lựa chọnthêm nguyên liệu làm gầy khác để bổ xung thêm lợng Al2O3

Chọn loại nguyên liệu là samốt Trung Quốc nhập khẩu vận chuyển theo đờngsắt qua cửa khẩu Lạng Sơn Samốt Trung Quốc với hàm lợng nhôm cao sẽ cung cấpthêm oxýt nhôm đảm bảo thành phần hoá cho phối liệu

Các chỉ tiêu tính chất của Samốt Trung Quốc:

 Độ chịu lửa cao, lớn hơn 1790 oC

Thành phần hoá của samốt Trung Quốc:

24

% 8.5 87.0 1.0 3.5

I.2.2 Lựa chọn thành phần hạt cho nguyên liệu gầy:

Đối với sản phẩm cao alumin: thành phần hạt samốt có tính chất quyết định

đến tính chất cuả sản phẩm, đặc biệt là hàm lợng các hạt có kích thớc nhỏ hơn0,10,2mm (hạt mịn) Hơn nữa loại hạt mịn này còn làm giảm độ co thể tích khinung, mức độ đứt rời giữa đất sét kết dính và các hạt samốt lớn sẽ rất nhỏ, tăng tínhchất cơ lý vì vai trò quyết định nhất của các hạt samốt mịn là tác dụng làm gầy đấtsét kết dính

Nếu giảm lợng hạt nhỏ và tăng lợng hạt lớn một cách tơng đối thì sản phẩm

sẽ giảm độ co và tăng độ bền nhiệt Vì khi tăng lợng hạt nhỏ mà giảm Dmax thì sảnphẩm có cờng độ tăng, mật độ tăng và độ bền xỉ tăng Ngợc lại nếu giảm lợng hạtnhỏ và tăng Dmax thì lại tăng độ bền nhiệt

Với sản phẩm Cao alumin thì sự sắp xếp các hạt, thành phần hạt của nó cógiá trị quyết định đến tính chất của sản phẩm Do vậy, thành phần hạt của nguyênliệu gầy lựa chọn sử dụng nhiều cỡ hạt phối hợp sẽ cho sản phẩm có mật độ cao, xốpthấp Lựa chọn thành phần hạt gián đoạn với 3 cỡ hạt có Dmax=3 mm bao gồm các cỡhạt là:

Theo tính toán lý thuyết thì sản phẩm nhiều samốt, chứa đất sét kết dính1520% đạt đợc mật độ cao nhất khi nung với các cỡ hạt nh sau:

Sản phẩm Cao alumin là loại sản phẩm có mật độ cao, sử dụng nhiều samốt,

do đó hình dáng và phơng pháp sắp xếp các hạt sao cho đảm bảo các hạt xít chặtnhất, liên kết tốt nhất Do đó ta chọn: n = 0,38

Ta tính phần trăm các cỡ hạt của nguyên liệu gầy samốt :

+ Hàm lợng hạt mịn có kích thớc d < 0,088 mm là:

y0,088 =

38 , 0 3

088 , 0

5 , 0

5 , 1

y2-3 = 100 - y0,5-1,5 - y0,088 = 100 – Phần khái quát chung 26,22 – Phần khái quát chung 26,16 = 47,62%

Vậy có thành phần hạt của nguyên liệu gầy samốt nh sau:

Kết luận: Thành phần hạt của nguyên liệu gầy nằm trong vùng thành phần hạt tính

đợc theo thực nghiệm, đảm bảo sản xuất đợc sản phẩm vật liệu chịu lửa Cao alumin

I.3.Phụ gia:

Rỉ mật đờng: sử dụng loại phụ gia rỉ mật đờng mua từ nhà máy đờng Loại

phụ gia này đa vào phối liệu để tăng độ kết dính của phối liệu Tỉ lệ phụ gia rỉ mật

đờng đa vào tính theo trọng lợng khô là 0,5kg bã giấy

Chất điện giải: Để làm tốt hơn sự liên kết giữa đất sét và hạt samốt, ngời ta

thấm ớt hạt samốt bằng đất sét ở dạng bùn, để làm loãng bùn cho thêm chất điện

giải

II>Nhiên liệu sử dụng:

Sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên từ nguồn khí ở Tiền Hải- Thái Bình với

thành phần hoá nh sau:

Nhiệt trị của nhiên liệu: Q = 8700 kcal/m3ch

III>Tính toán phối liệu-Kiểm tra phối liệu:

Thành phần hoá của nguyên liệu ban đầu:

-Chuyển thành phần hoá nguyên liệu về 100%:

Đất sét 56.15 27.83 1.48 0.69 1.78 0.49 0.49 3.49 0.10 7.51

26

Chuyển về thành phần hoá của nguyên liệu đã nung:

Đất sét 60.70 30.08 1.6 0.75 1.92 0.53 0.53 3.78 0.11Samốt

-Samốt

-Sản phẩm Cao alumin là loại sản phẩm có hàm lợng %Al2O3 + TiO2  45%

Chọn sản xuất sản phẩm cao alumin 45% (Al2O3 + TiO2)

Ta gọi: x% là lợng nguyên liệu đất sét Trúc Thôn đa vào phối liệu

y% là lợng nguyên liệu samốt Tấn Mài đa vào phối liệu

z% là lợng nguyên liệu samốt Trung Quốc đa vào phối liệu

 %(Al2O3 + TiO2) đa vào bởi đất sét là: (30,08+3,78)x (%)

%Al2O3 đa vào bởi samốt Tấn Mài là: 38,93y (%)

%(Al2O3 + TiO2) đa vào bởi samốt Trung Quốc là: (87+3,5)z (%)

z y x z y x

Cao alumin là sản phẩm có hàm lợng chất kết dính chiếm từ 15%  20%

Chọn lợng chất kết dính đa vào phối liệu là 15%

% 76 , 71 7176 , 0

z y

Nh vậy ta có công thức trộn phối liệu nh sau:

15% đất sét kết dính

71,76% samốt Tấn Mài

13,24% samốt Trung Quốc

Nh vậy phối liệu có hàm lợng %Al2O3 + TiO2 = 45%

Kiểm tra thành phần hoá của phối liệu:

06 , 60

34 , 52

3

494 , 0 8715 ,

0

431 , 0

08 , 0 62

08 , 0 3 , 40

79 , 0 1 , 56

98 , 0

0,1 0,2 0,3

2

3 2

SiO O Al

Biểu đồ Avgustinhik

1 Đất sét cho gốm tinh và các sản

phẩm chịu lửa (Samốt)

4 Đất sét để sản xuất ngói

5 Đất sét để sản xuất gạch Clanh ke

6 Đất sét để sản xuất gạch xây

7 Đất sét để sản xuất Keramzít

Kết luận:

Thành phần hoá của phối liệu nằm

trong vùng cho phép sản xuất sản phẩm

vật liệu chịu lửa, đảm bảo sản xuất đợc

sản phẩm Cao alumin 45%(Al2O3+TiO2)

Thành phần phối liệu cho sản phẩm Cao alumin:

Trong phối liệu sử dụng là 71,76% samốt Tấn Mài và 13,24% samốt TrungQuốc, do đó ta tính đợc thành phần hạt của phối liệu nh sau:

 Thành phần hạt mịn (d<0,088mm) của samốt Tấn Mài là:

18 , 77 %

100

16 , 26 76 ,

Vậy thành phần phối liệu của sản phẩm Cao alumin nh sau:

28

1 Đất sét Trúc Thôn  0,5 15,0

B – Phần thiết kế công nghệ Phần thiết kế công nghệ

chơng 1

Lựa chọn địa điểm nhà máy

Để xây dựng một nhà máy sản xuất vật xây dựng nói chung và sản xuất gạchchịu lửa Cao alumin nói riêng, ngời thiết kế phải lựa chọn địa điểm nhà máy sao chohợp lí, điều này có ý nghĩa rất quan trọng, nó không những đáp ứng tuổi thọ nhàmáy, giá thành sản phẩm, mà còn đáp ứng các yêu cầu khoảng cách giữa nhà máyvới các mỏ nguyên liệu cũng nh với nơi tiêu thụ sản phẩm là ngắn nhất

Cùng xem xét các vấn đề trên và qua những khảo sát, tìm hiểu thực tế và học hỏi

đợc em đã quyết định chọn Khu công nghiệp Quế Võ - Huyện Quế Võ – Phần khái quát chung Tỉnh BắcNinh làm nơi đặt nhà máy, với diện tích xây dựng là 20.000 m2, nhà máy có tên gọi

là Nhà máy Vật liệu chịu lửa Quế Võ Đây là Khu công nghiệp nằm gần đô thị Kinh

Bắc hiện đại, trong phạm vi qui hoạch Vùng Thủ đô của nớc ta ở vị trí này nhà máy

sẽ đáp ứng đợc hầu hết các yêu cầu của một nhà máy sản xuất vật liệu chịu lửa Caoalumin vì :

 Tình hình phát triển về công nghiệp và các xí nghiệp sản xuất vật liệu chịu lửa: Địa điểm đặt Nhà Máy nằm trong Khu công nghiệp đã có qui hoạch về phân chiangành nghề bao gồm:

 Khu sản xuất vật liệu xây dựng

 Khu cơ khí lắp ráp điện tử

 Khu sản xuất bao bì

Về các xí nghiệp sản xuất vật liệu chịu lửa trong vùng: mới có duy nhất Nhà máyvật liệu chịu lửa Cầu Đuống nằm ở thị trấn Yên Viên- Gia Lâm-Hà Nội với côngsuất 6000 tấn gạch Cao alumin/năm

 Vị trí địa lý: Nằm ở vị trí thuận lợi cho kinh doanh và sản xuất Nhà máy đặttrong khu công nghiệp nằm giữa đờng quốc lộ 18 và quốc lộ 18B Hạ Long-Nội Bài,cách thủ đô Hà Nội 33 km, cách xa lộ 1A mới 2,5km, nằm giáp với Cảng Sông Cầu

 Đờng giao thông vận chuyển nguyên vật liệu, nhiên liệu, sản phẩm:

- Nguyên liệu sét có độ ẩm từ 1822%, nhà máy có thể nhập nguyên liệu đất sét

từ Trúc Thôn-Hải Dơng theo đờng 5 và đờng quốc lộ 1B, vận chuyển bằng ôtô

- Nguyên liệu samốt Tấn Mài mua về ở dạng viên có kích thớc nh viên gạch xâydựng Vận chuyển samốt Tấn Mài từ Quảng Ninh về nhà máy theo đờng bộ hoặc đ-ờng thuỷ

- Samốt Trung Quốc mua với cỡ hạt xác định (hạt mịn và hạt trung bình) đợc

đóng bao Nhập khẩu samốt Trung Quốc vận chuyển theo đờng sắt qua biên giớiLạng Sơn về nhà máy

- Nhiên liệu khí dùng cho lò nung theo đờng bộ nhận về từ Tiền Hải-Thái Bình.Khí thiên nhiên đợc hoá lỏng chứa trong bình Nhiên liệu rắn than cám dùng cho sấythùng quay mua tại các cơ sở kinh doanh than trong địa bàn

- Sản phẩm đợc xếp thành từng lô và bao gói Quá trình phân phối sản phẩm nhờ

hệ thống đờng giao thông gần kề, thuận lợi cho vận chuyển bán sản phẩm bằng đờng

bộ, đờng thuỷ hay đờng sắt

+ Xử lý nớc thải: trạm xử lý công suất 3700 m3/ ngày đêm

 Nguồn nhân lực: Khu công nghiệp nằm gần khu dân c và đô thị Kinh Bắc lại

ở vị trí thuận lợi về tiềm năng phát triển, Nhà máy dễ dàng tuyển chọn nguồn lao

động dồi dào tại địa phơng Hơn nữa Nhà máy có thể sử dụng lao động có chất lợng

từ các trờng Đại học, Cao đẳng và Trung cấp tại các địa bàn phụ cận nh: Hà Nội,Bắc Giang, Quảng Ninh, Hải Dơng, Hải Phòng

 Điều kiện địa chất cho xây dựng và khí hậu thuỷ văn : Nơi đây là khu côngnghiệp cho nên nền đất ổn định, khả năng chịu tải nền cao thuận lợi để đổ móng,không bị lún, không bị sạt lở Tại đây khu vực mặt đất xây dựng tơng đối bằngphẳng, ít mất nhiều công san lấp, gia cố Với điều kiện về địa chất công trình nh vậyrất thuận lợi để xây dựng một nhà máy sản xuất vật liệu chịu lửa Cao alumin

-Khí hậu nơi đây rất thuận lợi quanh năm không có lũ lụt, hạn hán

-Nhiệt độ trung bình của không khí :23,6 0C

-Độ ẩm trung bình của không khí : 86 %

-Vận tốc gió trung bình :2,6 m/s

 Điều kiện về giao thông: Nhà máy có hệ thống đờng giao thông liên kết giữamạng giao thông nội bộ khu công nghiệp với các tuyến quốc lộ và tỉnh lộ thuận lợicho các hoạt động sản xuất và kinh doang của Nhà máy

 Điều kiện về thông tin liên lạc: Với vai trò là một khu công nghiệp chủ lựccủa tỉnh Bắc Ninh, khu công nghiệp Quế Võ đợc trang bị hệ thống thông tin liên lạckết nối với cả nớc và thế giới

 Điều kiện về Phòng cháy chữa cháy- An toàn lao dộng- Bảo vệ môi trờng:Khu công nghiệp đợc trang bị đầy đủ các phơng tiện và hệ thống các qui định theotiêu chuẩn về Phòng cháy chữa cháy-An toàn lao dộng-bảo vệ môi trờng

 Thị trờng tiêu thụ: Sản phẩm gạch chịu lửa Cao alumin là loại vật liệu có độchịu lửa cao thờng sử dụng cho các ngành công nghiệp nh luyện kim, xay lò nung ximăng, bể nấu thuỷ tinh, lò nung gạch, sản xuất thép Do đó với vị trí này, Nhà máy

có thể cung cấp sản phẩm cho các Nhà máy nh: Xi măng Hải Phòng, Bỉm Sơn ; cácnhà máy thép ở Hải Phòng, Hải Dơng; các nhà máy thuỷ tinh tại Bắc Ninh; nhà máyluyện kim ở Thái Nguyên Đồng thời còn có thể mở rộng địa bàn tiêu thụ ra cả nớc

chơng 2

Phơng pháp sản xuất – Phần thiết kế công nghệ dây chuyền công nghệ

30

Phơng pháp chủ yếu để tạo hình sản phẩm chịu lửa Cao Alumin là phơng phápdẻo và phơng pháp bán khô.

* Phơng pháp tạo hình dẻo: Đất sét chiếm 40  50  Phải sử dụng loại đất sétdẻo có độ phân tán cao, tan rữa trong nớc thành khối dẻo Độ ẩm tơng đối đến 30%

Ưu điểm : Có độ đồng nhất tơng đối cao, khả năng liên kết tốt, hàm lợng sétlớn dễ tạo hình

Nhợc điểm: Do độ ẩm viên mộc lớn ảnh hởng xấu đến kích thớc và hình dạngchính xác sau này của sản phẩm nung, dễ có phế phẩm trong khâu vận chuyển mộcvì cờng độ mộc nhỏ Thời gian sấy lâu, chiếm nhiều diện tích trong quá trình sấy tựnhiên

* Phơng pháp tạo hình bán khô: Phơng pháp này hàm lợng chất kết dính không

v-ợt 20% Độ ẩm phối liệu khoảng 6  7%

Ưu điểm: Sản phẩm cho chất lợng cao Hình dạng, kích thớc chính xác, ít phếphẩm Hàm lợng Al2O3 lớn nên có độ bền nhiệt cao Chính do độ ẩm phối liệu thấpnên rút ngắn đợc thời gian gia công nhiệt giảm chi phí nhiệt, rút ngắn thời gian gián

đoạn sản xuất, tăng năng xuất, có khả năng tự động hoá cao

Nhợc điểm: Do độ ẩm thấp, gần 50% sét kết dính tồn tại ở dạng phồng trơngkhi trộn với samốt liên kết kém khó tạo hình Tuy nhiên có thể khắc phục bằng cáchcho thêm phụ gia tăng dẻo nh nớc bã giấy, rỉ mật đờng, chất điện giải Sử dụng cấphạt hợp lý tăng mật độ cho sản phẩm Ngoài ra sử dụng các loại máy ép có áp lựccao nh máy ép thuỷ lực để tăng khả năng liên kết cho sản phẩm mộc

Trên đây là so sánh tơng quan giữa hai phơng pháp tạo hình dẻo và bán khô

Từ đó ta có thể thấy hiệu quả của phơng pháp bán khô đối với qui trình sản xuất sảnphẩm Cao alumin

 Nguyên liệu sử dụng cho sản xuất sản phẩm Cao alumin chủ yếu là nguyênliệu gầy samốt có độ ẩm thấp (1%), kích thớc hạt phối liệu nhỏ Nguyên liệu đất sét

sử dụng cần có độ dẻo cao và khả năng liên kết lớn nên cần phải gia công thật kĩ l ỡng  lựa chọn phơng pháp gia công nguyên liệu theo phơng pháp bán khô

- Sản phẩm Cao alumin yêu cầu có cờng độ, mật độ cao, hình dạng kích thớcsản phẩm chính xác, ổn định, cấu tạo đồng nhất, độ bền nhiệt cao  lựa chọn phơngpháp tạo hình sản phẩm theo phơng pháp bán khô

 Vì sản phẩm đợc gia công và tạo hình theo phơng pháp bán khô nên độ ẩmphối liệu thấp (7%) nên không cần đa qua sấy  lựa chọn phơng án gia công nhiệt

đem nung ngay trong lò nung con thoi

Dựa vào những u điểm nổi trội của phơng pháp bán khô trong sản xuất sảnphẩm Cao alumin, nên chọn gia công và tạo hình sản phẩm Cao alumin theo phơngpháp bán khô

II>lập dây chuyền công nghệ.

II.1.Biện luận dây chuyền công nghệ:

Lựa chọn sản xuất sản phẩm Cao alumin theo phơng pháp gia công nguyênliệu và tạo hình bán khô Do đó bố trí hai tuyến gia công nguyên liệu đất sét vàsamốt theo phơng pháp bán khô Quá trình vận chuyển nguyên liệu giữa các thiết bịvới nhau dùng băng tải hoặc gầu nâng, tại các vị trí nguyên liệu ở trạng thái khô,kích thớc nhỏ thì sử dụng gầu nâng để tránh bụi

 Tuyến gia công đất sét: Nguyên liệu đất sét trong kho có độ ẩm 1820%, do

đó phải đợc sấy trong máy sấy thùng quay để hạ độ ẩm Đất sét trong kho ở dạngcục nên cần gia công qua máy cắt thái trớc khi đem sấy, cắt đất sét thành các dảidầy 10 mm, rộng rừ 6-7 mm Vì đất sét cho sản xuất sản phẩm yêu cầu cỡ hạt d <0,5 mm do đó sử dụng sàng rung để phân loại, cỡ hạt nào không lọt sàng đa quamáy nghiền lô xô nghiền đến cỡ hạt yêu cầu Quá trình nghiền - sàng lập thành chutrình kín Sau đó, đất sét đợc đa vào bunke chứa

 Tuyến gia công samốt: Samốt Tấn Mài mua về có kích thớc nh viên gạch đỏxây dựng phải đa qua đập sơ bộ sau đó mới đa vào máy nghiền begun Cấp hạt củanguyên liệu gầy là thành phần hạt gián đoạn nên phải dùng sàng rung sau máy

nghiền để nhận đợc thành phần hạt thô và hạt trung bình Cỡ hạt thô và trung bình

đ-a ngđ-ay vào bunke chứđ-a, các cỡ hạt không lọt sàng đđ-a quđ-a máy nghiền bi để nghiềnthành cỡ hạt mịn, cỡ hạt sau máy nghiền bi rất nhỏ (<0,1mm) đa vào bunke SamốtTrung Quốc mua về với cỡ hạt d<50mm đợc gia công trong máy nghiền begun, sau

đó gia công tiếp trong máy ngiền bi để thu đợc cỡ hạt mịn

 Tuyến tạo hình: Nhờ xe cân định lợng các thành phần nguyên liệu đa vào máytrộn theo tỷ lệ của bài toán phối liệu Đầu tiên là trộn khô trong máy trộn cánh Z cónhiệm vụ làm đồng đều phối liệu Nhờ gầu nâng, phối liệu đợc vận chuyển vàobunke và đa sang máy trộn con lăn (trộn ẩm), đồng thời đa thêm nớc, rỉ mật đờng,chất điện giải để tăng độ liên kết giữa các thành phần nguyên liệu Máy trộn con lăn

có nhiệm vụ liên kết giữa các hạt samốt lại với nhau, làm đất sét dính chặt vớisamốt, tăng mật độ làm phối liệu xít chặt với nhau Sau khi trộn, phối liệu đợc đem ủtrong bunke, sau đó nghiền lại trong máy nghiền lôxô rồi mới đa đi tạo hình bằngmáy ép thuỷ lực

 Tuyến gia công nhiệt: Sản phẩm mộc đợc vận chuyển bằng xe đẩy tay ra vị tríxếp vagông Sản phẩm đợc xếp trên va gông nung đa nung trong lò nung con thoi.Sau khi nung, sản phẩm ra lò đợc dỡ, phân loại và xếp vào kho

II.2.Lập dây chuyền công nghệ:

32

III>công nghệ sản xuất:

III.1.Chuẩn bị phối liệu: Phơng pháp bán khô

Trong sản xuất sản phẩm cao alumin, đất sét chịu lửa đợc sử dụng để sản xuấtvật liệu làm gầy và chất kết dính Công nghệ sản xuất gạch cao alumin ở giai đoạnchuẩn bị phối liệu gồm 2 phần: chuẩn bị đất sét chất kết dính và chuẩn bị chất làmgầy samốt Sau khi chuẩn bị đầy đủ samốt và chất kết dính ngời ta tiến hành phốiliệu trộn, tạo hình rồi tiến hành nung đến kết khối

III.1.1.Chuẩn bị đất sét làm chất kết dính:

Đất sét trong phối liệu sản xuất gạch Cao alumin cần phải mịn, phải phân bố

đều giữa các hạt samốt, do đó phải gia công kĩ nghiền mịn đến cỡ hạt yêu cầu, phảinhỏ hơn bằng 1mm Đất sét trong kho nhà máy có độ ẩm 1820% phải đa qua sấykhô, để sấy khô có hiệu quả phải gia công trớc qua máy cắt thái Để sấy đất sét th-ờng sử dụng lò sấy thùng quay, làm việc theo nguyên tắc cùng chiều giữa dòng khínóng và đất sét Độ ẩm đất sét vào lò 20%, sau sấy còn 8% Chuyển động cùngchiều của khí cho phép nâng nhiệt độ của chúng đến 600800C mà không sợ đấtsét bị quá nóng hay bị đehydrat hoá Đất sét ra lò có nhiệt độ 105120 C

Khi đất sét chuyển động trong lò sấy thùng quay nó bị đập vụn ra Đất sét

tr-ớc khi đa vào bunke dự trữ cần phải làm nguội để tránh hiện tợng ngng tụ hơi ntr-ớctrong bunke Đất sét sau khi làm nguội đợc phân loại bằng sàng rung 1mm, nhữnghạt không lọt sàng đợc qua bộ phận tiếp liệu đa vào máy nghiền lôxô Độ mịn khinghiền với vận tốc quay cố định phụ thuộc vào độ ẩm đất sét và sự phân bố độ ẩmtrong đất sét Sau khi nghiền xong đất sét đợc đa trở lại sàng tạo thành chu trìnhsàng - nghiền kín

III.1.2.Chuẩn bị chất làm gầy samốt.

Samốt đợc sản xuất bằng cách nung đất sét hay cao lanh chịu lửa đến kếtkhối Chỉ tiêu để đánh giá chất lợng samốt là độ hút nớc, thờng không quá 5% Độhút nớc phụ thuộc nhiệt độ nung và phơng pháp chuẩn bị đất sét hay cao lanh Giáthành của samốt đắt gấp 23 lần đất sét, vì thế phải tận dụng các mảnh vỡ sảnphẩm Samốt Tấn Mài đợc nung từ cao lanh Tấn Mài, sau đó chuyển về nhà máy giacông Samốt Trung Quốc mua về với kích thớc nhỏ hơn 50mm, sau đó gia côngthành một cỡ hạt mịn

III.1.2.1.Nung samốt.

Nung đất sét hay cao lanh chịu lửa thành samốt có thể thực hiện trong lòquay, lò đứng Quá trình nung samốt từ cao lanh Tấn Mài này nhà máy không thựchiện mà mua sẵn nguyên liệu samốt đã nung từ cơ sở khác

III.1.2.2.Nghiền samốt.

Samốt sau khi nung phải nghiền nhỏ, kích thớc hạt lớn nhất là 3mm, trong đólợng hạt nhỏ hơn 0,5mm chiếm 4050% Ra khỏi lò nung samốt phải đợc gia côngnghiền nhỏ Trớc tiên samốt đợc đập nhỏ trong máy đập hàm đến kích thớcd<30mm Sau đó nghiền nhỏ trong máy nghiền begun, phân loại cỡ hạt bằng máysàng rung Cỡ hạt thô (d=23mm) và trung bình (d=0,51,5mm) đợc đa tới bunkechứa Các cỡ hạt không lọt sàng chuyển sang máy nghiền bi để nghiền lấy cỡ hạtmịn (d<0,008mm) Samốt kết khối tốt khi nó đợc nghiền trong máy nghiền bi vì đạt

đợc 100% kích thớc hạt nhỏ hơn 0,1mm

Đối với sản phẩm Cao alumin, tính chất của nó phụ thuộc bậc nhất vào chất ợng samốt sử dụng, nghĩa là vào mật độ, vào thành phần hạt Samốt nghiền phảiphân loại bằng cách sàng, sau đó hỗn hợp lại theo một tỉ lệ nhất định, có tỉ lệ xác

l-định giữa hạt lớn và hạt mịn

III.2.Ph ơng pháp tạo hình sản phẩm phơng pháp bán khô

Phơng pháp tạo hình bán khô đảm bảo cho sản phẩm có chất lợng cao, nghĩa

là kích thớc và hình dạng chính xác ổn định, cấu tạo đồng nhất, độ bền nhiệt cao.Mật độ, cờng độ của sản phẩm ép bán khô đạt cao đặc biệt đối với các sản phẩmnhiều samốt

ép bán khô độ ẩm của phối liệu trong khoảng 67% ở độ ẩm này gần 50%

đất sét kết dính không ở trạng thái dẻo mà ở trạng thái nở phồng, khi trộn với samốtliên kết kém Phải sử dụng thêm phụ gia (nh nứơc, rỉ mật đờng) cho quá trình trộnphối liệu để tăng độ liên kết đồng thời phải gia công kĩ lỡng và ép phối liệu dới áplực cao, khoảng 600-800KG/cm2, dùng máy ép thuỷ lực Để làm tốt hơn sự liên kếtcủa đất sét và samốt, ngời ta thấm ớt hạt samốt bằng đất sét ở dạng bùn, để làmloãng bùn có thể cho thêm chất điện giải

Tiến hành trộn phối liệu khô trong máy trộn cánh Z để làm đồng đều phốiliệu Trộn ẩm trong máy trộn con lăn kiểu hành tinh, dới tác dụng của con lăn quayquanh mâm làm đất sét dính chặt với samốt, phối liệu xít chặt tạo cho sản phẩm cócờng độ và mật độ cao Nhiệm vụ của máy trộn không chỉ phân phối đồng đều đấtsét giữa các hạt samốt, mà còn làm nhiệm vụ liên kết giữa các hạt samốt lại vớinhau

Thứ tự quá trình trộn phối liệu nh sau: Trớc hết cho máy chạy ổn định, sau đócho các cỡ hạt samốt thô vào máy, làm ẩm bằng nớc có rỉ mật đờng đạt 2/3 lợng ẩmquy định, trộn đều trong 23 phút Đa tiếp lợng samốt mịn vào máy, trộn 23 phút,cho tiếp bột sét kết dính và nốt lợng nớc còn lại vào, trộn thêm 23 phút nữa rồitháo liệu

Sau khi trộn, phối liệu đợc đem ủ trong bunke để làm đồng nhất, rồi đa quamáy nghiền lôxô, sau đó vận chuyển tới bunke máy ép thuỷ lực Máy ép thuỷ lựcthực hiện tạo hình sản phẩm Cờng độ và mật độ sản phẩm phụ thuộc vào quá trìnhnén Các lớp đất sét trên bề mặt hạt samốt khi nén cần phải tiếp xúc chặt chẽ để đảmbảo kết khối khi nung áp lực nén càng lớn, sự tiếp xúc càng nhiều thì quá trình làmchặt hay kết khối càng tốt Tuy nhiên áp lực nén quá cao dễ gây phế phẩm Quá nén

là do biến dạng đàn hồi của viên mộc theo chiều cao sau khi ngừng lực tác dụngnén Đại lợng biến dạng đàn hồi này phụ thuộc vào lợng không khí bị nén, vì vậycác biện pháp khử không khí trong khuôn nén đều giảm khả năng quá nén Các biệnpháp đó là: phối liệu gia công đợc làm xít đặc và đợc khử không khí, tăng lợng hạtsamốt, phối liệu nén có hạt lớn, lựa chọn độ ẩm thích hợp nhất, tăng thời gian chutrình ép và thời gian duy trì ở áp lực cuối cùng, đốt nóng phối liệu, chọn phơng pháp

ép tốt nhất, chế độ ép thích hợp Khi nén phối liệu bị ma sát vào thành khuôn chonên mật độ ở thành khuôn nhỏ hơn ở giữa, lớp phối liệu sát bề mặt thớt nén xít đặchơn lớp ở giữa Vì thế, để tăng chất lợng sản phẩm thờng nén hai phía và có thànhkhuôn di động

Sử dụng máy ép thuỷ lực, chế độ ép nhiều bậc, ép từ hai phía với thành khuôn

di động để tạo hình sản phẩm Cao alumin Để tránh dính khuôn trớc khi tạo hìnhphải bôi dầu Nén bán khô cờng độ viên mộc cao nên có thể cơ khí hoá việc tháokhuôn và dỡ sản phẩm

Quá trình ép viên mộc: Khi máy chạy ổn định, bắt đầu chu kỳ ép, chày éptrên nâng lên, chày ép dới hạ xuống, bộ phận nạp liệu chuyển động về vị trí trên hốckhuôn và nạp liệu Nạp liệu xong bộ phận nạp liệu trở về vị trí ban đàu, chày ép trênhạ xuống , khuôn di động xuống theo, không khí thoát ra tốt hơn do đồng thời chày

ép dới nâng lên ép nhiều bậc do đó áp lực ép không cần quá lớn và có thời giangiảm áp lực để không khí có thời gian thoát ra và sau đó tăng áp lực lại Khi hếthành trình ép, chày ép trên nâng lên đồng thời viên mộc cũng đợc đẩy lên trên nhờchày ép dới, hệ thống cần gạt đa viên mộc ra vị trí dỡ sản phẩm Quá trình ép kháctiếp tục Với chế độ ép này cho viên mộc có mật độ, cờng độ cao, giảm đợc biến ứng

bề mặt và biến dạng đàn hồi

III.3.Gia công nhiệt:

34

Sản phẩm Cao alumin đợc gia công và tạo hình theo phơng pháp bán khô có

độ ẩm viên mộc thấp (<5%) nên có thể xếp lên vagông đa đi nung Nung là công

đoạn quan trọng cuối cùng của sản xuất vật liệu chịu lửa, là giai đoạn quyết địnhnhất Nhiệm vụ của quá trình nung là kết khối làm xít chặt đến mức cần thiết để

đảm bảo ổn định thể tích, cờng độ sản phẩm tăng Nhiệt độ nung quá cao thì sảnphẩm có cờng độ cao, mật độ lớn, nhng làm mềm sản phẩm và nó bị biến dạng doclanhke hoá, có thể nứt nẻ Hiện tợng nứt nẻ có thể do ứng suất xuất hiện khi nunglớn, hoặc do nhiệt độ phân bố không đều

Sản phẩm Cao alumin đợc gia công nhiệt trong lò gián đoạn, loại lò nung conthoi Đây là loại lò nung theo chu kỳ nhng bán thành phẩm đợc xếp trên vagông đavào lò

30  50

600  1000

Kết thúc phản ứng ôxy hoá và phản ứngphân huỷ, phân li cacbonat:

CaCO3  CaO + CO2, ôxy hoá pirit:

FeS2 + 5OFeO + 2SO2, thay đổi thể tích,

co tơng ứng 11,5%

50  70

1000  1200

Hình thành chất nóng chảy đồng thời bắt

đầu tạo thành tinh thể mulít và cristôbalít Al2O3 + 2SiO2  Al2O3 SiO2 + SiO2Al2O3 SiO2  3Al2O3.2SiO2 + 4SiO2

chơng 3

Tính cân bằng vật chất

I>chế độ làm việc của nhà máy:

Nhà máy đợc thiết kế bao gồm 3 phân xởng:

 Phân xởng gia công nguyên liệu

 Phân xởng trộn phối liệu và tạo hình sản phẩm

o Ca 1: Từ 6h00 – Phần khái quát chung 14h00

o Ca 2: Từ 14h00 – Phần khái quát chung 22h00

Số ngày trong năm: 365 ngày

Số ngày nghỉ chủ nhật: 52 ngày

Số ngày nghỉ lễ, tết: 8 ngày

Số giờ làm việc trong ca: 8 giờ

36

Số ngày nghỉ sửa chữa, bảo dỡng thiết bị: 10 ngày

 Số ngày làm việc trong năm là: 365 – Phần khái quát chung 52 – Phần khái quát chung 8 – Phần khái quát chung 10 = 295 ngày

 Số ca làm việc trong năm là: 295 x 2 = 590 ca

 Số giờ làm việc trong năm là: 590 x 8 = 4720 giờ

I.2.Phân x ởng phối liệu và tạo hình sản phẩm:

Phân xởng làm việc 2 ca/ngày:

o Ca 1: Từ 6h00 – Phần khái quát chung 14h00

o Ca 2: Từ 14h00 – Phần khái quát chung 22h00

Số ngày trong năm: 365 ngày

Số ngày nghỉ chủ nhật: 52 ngày

Số ngày nghỉ lễ, tết: 8 ngày

Số giờ làm việc trong ca: 8 giờ

Số ngày nghỉ sửa chữa, bảo dỡng thiết bị: 10 ngày

 Số ngày làm việc trong năm là: 365 – Phần khái quát chung 52 – Phần khái quát chung 8 – Phần khái quát chung 10 = 295 ngày

 Số ca làm việc trong năm là: 295 x 2 = 590 ca

 Số giờ làm việc trong năm là: 590 x 8 = 4720 giờ

I.3.Phân x ởng nung sản phẩm:

Phân xởng nung làm việc liên tục 3 ca/ngày

Số ngày trong năm: 365 ngày

Số ngày dừng để sửa chữa thiết bị trong năm: 15 ngày

Số ca làm việc trong ngày: 3 ca

Số giờ làm việc trong ca: 8 giờ

 Số ngày làm việc trong năm là: 365 – Phần khái quát chung 15 = 350 ngày

 Số ca làm việc trong năm là: 350 x 3 = 1050 ca

 Số giờ làm việc trong năm là: 1.050 x 8 = 8400 giờ

II>Kế hoạch sản xuất của nhà máy:

Nhà máy thiết kế sản xuất sản phẩm vật liệu chịu lửa samốt Cao alumin vớicông suất 60.000 tấn/năm

Sản phẩm thiết kế có khối lợng thể tích: o=2,30 g/cm3

STT Thiết bị hao hụt - a (%)

IV.1 Tính cân bằng vật chất tuyến tạo hình, sấy – Phần khái quát chung nung

1 Năng suất của nhà máy

000 60

3 Năng suất cho quá trình ra lò phân loại.

Hao hụt tại kho thành phẩm : 0,5% ( Tính theo đơn vị viên)

N2= N1

5 , 0 100

100

 = 16.204.420 ( viên/năm)

G2 = N2 gsp = 16.204.420 3,74 = 60.604.530 (kg/năm)

V2 = N2 Vsp = 26.322,46 ( m3/năm )

4 Năng suất vào lò nung.

Hao hụt trong quá trình sấy nung liên hợp : 3%

N3= N2

3 100

100

 = 16.705.587 (viên /năm)

38

G3 = N3 gtaohinh

gtaohinh = gsp  MKN

 100

100

 100 100

5 N¨ng suÊt t¹i s©n xÕp b¸n s¶n phÈm lªn va g«ng nung.

Hao hôt lµ : 0,5%

N4= N3100100 0,5= 16.789.535 (viªn/n¨m)G4= N4 gtaohinh = 68.333.408 (kg/n¨m) V4= N4 Vtaohinh = 16.789.535  1632,6.10-6V4= 27.926,03 ( m3/n¨m )

6 N¨ng suÊt kho chøa s¶n phÈm méc

Hao hôt kh©u chøa s¶n phÈm méc : 0,5%

N5= N41001000,5

 = 16.873.905 (viªn/n¨m)G5= N5 gtaohinh = 68.676.792 (kg/n¨m)V5= N5 Vtaohinh = 28.066,37 ( m3/n¨m)

7 N¨ng suÊt cho qu¸ tr×nh xÕp lªn xe ®Èy

Hao hôt kh©u xe ®Èy lµ 0,01%

N6= N51001000,01

 = 16.875.592 (viªn/n¨m)G6= N6 gtaohinh = 68.683.660 (kg/n¨m)V6= N6 Vtaohinh = 28.069,17 ( m3/n¨m)

8 N¨ng suÊt t¹i m¸y t¹o h×nh

Hao hôt t¹i m¸y t¹o h×nh lµ 0,5%

N8= N7100100 0,5= 16.960.394 ( viªn /n¨m )G8= N8 gtaohinh= 69.028.808 ( kg/n¨m)V8= N8  Vtaohinh= 28.210,22 ( m3/n¨m)

9 N¨ng suÊt t¹i bunke cung cÊp liÖu cho m¸y Ðp

HÖ sè hao hôt t¹i bunke : 0.0%

G9 = G8 = 69.028.808 ( kg/n¨m)

10 N¨ng suÊt t¹i gÇu n©ng sè 6

Hao hôt t¹i gÇu n©ng lµ 0,2%

G108= G9100100 0,2= 69.167.142(kg/n¨m)

11 N¨ng suÊt t¹i m¸y nghiÒn l«x« sè 2

Hao hôt t¹i m¸y nghiÒn l«x« : 0,5%

G11= G10100100 0,5 =69.514.716 ( kg/n¨m)

12 N¨ng suÊt t¹i bun ke ñ phèi liÖu.

Hao hôt t¹i bun ke ñ phèi liÖu : 0,0 %

G12= G11 =69.514.716 ( kg/năm)

13 Năng suất tại gầu nâng số 5

Hao hụt tại gầu nâng là 0,2%

G138= G121001000,2

 = 69.654.024 (kg/năm)

14 Năng suất tại máy trộn con lăn

Hao hụt tại máy trộn con lăn là 0,5%

G14 = G13 100100 0,5=70.004.044 (kg/năm)Khối lợng nớc cần trộn là :

Trong đó : WDS =8% : Là độ ẩm của đất sét sau khi đã sấy

WTM =1% : Là độ ẩm của Samốt Tấn Mài

WTQ =1% : Là độ ẩm của Samốt Trung Quốc

Khối lợng phối liệu ở trạng thái khi trộn các nguyên liệu ở độ ẩm tự nhiên là :

G14* = G14 - GNớc = 70.004.044 - 3.465.200 G14* = 66.538.844 (kg/năm)

Khối lợng thể tích của phối liệu khi trộn khô là:

 taohinh= 2493 (kg/ m3)

Khối l ợng thể tích của Samốt ứng với từng loại cỡ hạt:

0 5 , 1 5 , 0 1

0 008

= 1,396 ( g/cm3 )  phoilieu = 1396 (kg/ m3)

Khối lợng thể tích của phối liệu khi trộn ẩm là :