đồ án môn học môn vật liệu chịu lửa

1.1 Mở đầu phân loại Vật liệu chịu lửa loại vật liệu giữ ngun đặc tính hóa lý nhiệt độ 1580oC cao Công nghiệp chế tạo vật liệu chịu lửa công nghiệp sản xuất sản phẩm sử dụng nhiệt độ cao Vật liệu chịu lửa đùng rộng rãi ngành cơng nghiệp luyện kim, hố chất, nhiệt điện sành, sứ, thủy tinh, sản xuất xi măng Các vật liệu chịu lửa nhằm giới hạn không gian tiến hành q trình cơng nghệ giảm mát nhiệt lò Trong q trình vận hành thiết bị người ta tìm cách để tăng chất lượng gạch chịu lửa, kéo dài thời gian sử dụng gạch lò, góp phần tăng suất thiết bị, hạ thấp tiêu tốn nhiệt, tăng chất lượng hạ giá thành sản phẩm Ngày để đáp ứng đòi hỏi tiến kỹ thuật nhiều loại vật liệu đời, vật liệu siêu cao cấp dùng kĩ thuật máy bay siêu âm, tên lửa đại, vật liệu lò phản ứng hạt nhân, tàu vũ trụ Vật liệu chịu lửa phân loại theo nhiều dấu hiệu khác nhau: 1) Theo chất hố lí nguyên liệu ban đầu vật liệu chịu lửa chia thành nhóm: silic, alumơsilicat, manhêdi, forstenit, spinen, đơlơmi, cácbon, ziếccôn vật liệu chịu lửa từ ôxyt tinh khiết 2) Theo độ chịu lửa vật liệu chịu lửa chia thành loại: - Loại chịu lửa thường: độ chịu lửa từ 1580 đến 1770°C - Loại cao lửa: độ chịu lửa từ 1770 đến 2000°C - Loại cao: độ chịu lửa 2000°C 3) Theo hình dạng kích thước, gồm loại: loại thường khối hình hộp, gạch di hình, loại khối lớn 4) Theo phương pháp tạo hình có sản phẩm nén dẻo, nén bán khô, sản phẩm đúc từ hồ chất nóng chảy 5) Theo đặc tính gia cơng nhiệt: có sản phẩm chịu lửa loại nung loại khơng nung 6) Theo đặc tính xốp chia sản phẩm loại đặc, loại thường loại nhẹ Để lựa chọn sử dụng gạch chịu lửa cách đắn có hiệu cần phải biết tính chất quan trọng vật liệu chịu lửa điều kiện sử dụng chúng 1.2 Các tính chất vật liệu chịu lửa Vật liệu chịu lửa loại vật liệu chịu nhiệt độ cao 1000°C thời gian dài khơng bị biến dạng có tải trọng học 1.2.1 Tính chất vật lí vật liệu chịu lửa 1.Đặt tính cấu trúc vật liệu chịu lửa Đặc tính cấu trúc sản phẩm chịu lửa có ảnh hưởng định đến tính chất Xét mặt cấu trúc, vật liệu chịu lửa tổng thể có kết hợp xếp xen kẽ lẫn ba pha: tinh thể, thủy tinh (vơ định hình) khí (lỗ xốp) Bản chất hố lí số lượng pha hồn tồn khác Để nghiên cứu đặc tính cấu trúc vật liệu chịu lửa người ta dùng phương pháp hố lí đại phân tích nhiệt, phân tích pha cấu trúc nhiễu xạ rơnghen, kính hiển vi phân cực, tính hiển vi điện tử phương pháp phân tích thạch học Mật độ cuờng độ nhiệt độ thường a) Độ xốp: để tiện phân biệt đánh giá độ xốp sản phẩm người ta chia loại lỗ xốp nhóm sau (hình 1-1) - Lỗ xốp kín, nằm lòng sản phẩm, khơng cho chất lỏng khí thấm qua - Lỗ xốp hở, nằm bề mặt sản phẩm, chứa đầy chất lỏng hay khí khơng cho chúng thấm qua sản phẩm Hình 1.1: Các dạng lỗ xốp sản phẩm chịu lửa Lỗ xốp kín Lỗ xốp hở Lỗ xốp dạng kênh - Lỗ xốp dạng kênh, loại lỗ hở hai đầu cho chất lỏng khí thấm qua sản phẩm dễ dàng Khả thấm khí (hay lỏng) sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào kích thước số lượng dạng lỗ xốp dạng kênh chênh lệch áp suất khí (hay lỏng) hai đầu lỗ Độ xốp đánh giá thông số đặc trưng sau đây: - Mật độ thực (khối lượng riêng ρt) g/cm3, khối lượng cm3 vật liệu khơng có lỗ xốp - Mật độ biểu kiến (khối lượng riêng biểu kiến ρt) g/cm3, khối lượng l cm3 vật liệu kể lỗ xốp - Độ xốp thực Wt, % tỉ số thể tích lỗ xốp (cả lỗ hở lỗ kín) với thể tích vật liệu - Độ xốp hở hay biểu kiến Wbk, % tỉ số thể tích lổ hở chứa đầy nước đun sôi với thể tích vật liệu, - Độ xốp kín Wk, % hiệu số độ xốp thực độ xốp biểu kiến: Wk = Wt – W bk Nếu vật liệu bão hồ nước độ xốp biểu kiến xác định công thức: W bk = a1- Khối lượng mẫu khô tuyệt đối, g; a2- Khối lượng mẫu bão hoà nước, g; V - Thể tích mẫu, cm3 - Độ hút nước tỉ lệ lượng nước hấp thụ với khối lượng mẫu khơ: b) Độ thẩm khí k: độ thấm khí sản phẩm chịu lửa phụ thuộc vào lượng lỗ xốp hở chúng Độ thẩm khí khả cho khơng khí hay khói lò qua sản phẩm điều kiện Độ thẩm khí đặc trưng hệ số thấm khí k, đơn vị rút từ biểu thức sau: V = k 100% V - thể tích khí qua mẫu, lít; F - diện tích khí thẩm qua, m2; - chiều dày mẫu, m; τ - thời gian khơng khí (khói lò) qua sản phẩm, h; P1 – P2 chênh lệch áp suất hai đầu mẫu, mm H2O vây = Hệ số thẩm khí lượng khí tính lít qua mẫu có diện tích m2, có chiều dày l m, thời gian chênh lệch áp suất l mm H20 Độ thẩm khí phụ thuộc vào nhiệt độ nhiệt độ ảnh hưởng đến độ nhớt khí Nếu tăng nhiệt độ, độ nhớt η tăng, độ thẩm khí giảm Quan hệ độ thẩm khí độ nhớt chúng sau: Ngồi ra, độ thẩm khí phụ thuộc phương pháp sản xuất gạch Độ thẩm khí sản phẩm nén bán khô nhỏ 10 - 30 lần so vói sản phẩm nén dẻo c) Cường độ nén: cường độ nén sản phẩm nhiệt độ thường phụ thuộc vào thành phẩm sản phẩm, thành phần phối liệu, điều kiện nén nhiệt độ nung Qua tiêu cường độ nén đánh giá chất lượng sản phẩm nhanh đơn giản, đánh giá trình kĩ thuật sản xuất Đa số gạch chịu lửa có cường độ nén lớn 25N/mm2 Phương pháp tiêu chuẩn để xác định cường độ chịu nén đựa theo cường độ chịu nên mẫu lập phương có cạnh từ 40 – 100 mm Cường độ nén đa số gạch chịu lửa tăng nhiệt độ tăng đạt đến trị số cực đại 1000 - 1100°c Tiếp tục tăng nhiệt độ; cường độ nén hạ thấp nhiều Nguyên nhân biến đổi nhiệt độ xuất biến dạng dẻo d) Cường độ chịu kéo, uốn xoắn: trình sử dụng gạch chịu lửa xuất loại ứng suất khác ứng suất kéo, ứng suất uốn, ứng suất trượt Để đánh giá cường độ chịu kéo, uốn, xoắn lí tưởng xác định nhiệt độ làm việc chúng, người ta xác định Cường độ chịu kéo, uốn xoắn khơng có phương pháp tiêu chuẩn để xác định cường độ Có thể nói cường độ chịu uốn khoảng 2-3 lần nhỏ cường độ chịu nén khoảng 5-10 lần nhỏ cường độ chịu nén Độ dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, độ dẫn nhiệt độ a) Độ dẫn nhiệt: độ dẫn nhiệt vật liệu đặc trưng hệ số dẫn nhiệt λ, W/mK Độ dẫn nhiệt có ỹ nghĩa lớn xác đinh nhiệt tổn thất qua tường, vòm lò Độ dẫn nhiệt ảnh hưởng đến độ bền nhiệt sản phẩm độ dẫn nhiệt với nhiệt dãn nở nguyên nhân gây ứng suất vật liệu Hình 1.2: Sự phụ thuộc số dẫn nhiệt số vật liệu chịu lửa vào nhiệt độ Đinat: λ1 = 1,16 + 0.00064t; Samôt: λ1 = 1,27 + 0,00064t; Manhêdi: λ1 = 4,65 - 0,00175t; Crômit: λ1 = 1,28 + 0,00040t; Manhêdi - crômit: λ1 = 4,07 - 0,001 l0t; Crôm - manhêdi: λ1 = 2,00-0,00035t; Bêtông chịu lửa: λ1 = 1,45 - 0,00052t Khi nhiệt độ tăng độ dẫn nhiệt vật liệu chịu lửa thường tăng Tuy nhiên,một số vật liệu chịu lửa pha tinh thể nhiễu chứa tạp chất ít, tăng nhiệt độ hệ số dẫn nhiệt giảm (manhêdi, cacbonrun, corun) (hình 1.2) Nếu độ xốp tăng, độ dẫn nhiệt giảm Nếu kích thước lỗ xốptăngvới điều kiện khác nhau, nhiệt độ cao độ dẫn nhiệt tăng lên nhiều Đa số vật liệu chịu lửa loại dẫn nhiệt Độ dẫn nhiệt samốt, đinat khoảng 50 100 lần, nhỏ độ dẫn nhiệt kim loại b) Nhiệt dung riêng: nhiệt dung riêng vật liệu chịu lửa thường biểu thị nhiệt dung riêng đẳng áp Cp Nhiệt dung riêng phụ thuộc vào nhiệt độ với mức độ xác đạt yêu cầu xác định theo phương trình thực nghiêm sau: Cp = Co + at + bt2 + c) Độ dẫn nhiệt độ: độ dẫn nhiệt độ đặc trưng cho tốc độ thay đổi nhiệt độ chi tiết, cho trình truyền nhiệt đặc trưng hệ số dẫn nhiệt độ a a = m2 / s Hệ số dẫn nhiệt độ ảnh hưởng đến độ bền nhiệt nên hệ số để đánh giá độ bền nhiệt vật liệu chịu lửa d) Độ dẫn điện: nói chung vật liệu chịu lửa nhiệt độ thấp chất điện mơi tốt Nếu đốt nóng, khả dẫn điện tăng lên, 800 - 1000°Cnó trở thành vật dẫn điện - Tính chất điện vật liệu chịu lửa định chất vật liệu - Giữa điện trở R vật liệu chịu lửa nhiệt độ Đặc trưng tính chất vật liệu chịu lửa điện trở đo Đa số vật liệu chịu lửa 10000C, điện trở dao động khoảng 104 -105, 1500O C hạ xuống 103 1.2.2.Tính chất sử dụng vật liệu chịu lửa Độ chịu lửa Độ chịu lửa vật liệu khả chống lại trình biến dạng chi tiết làm việc nhiệt độ cao Độ chịu lửa tính chất để xác định khả sử dụng vật liêu chịu lửa, phụ thuộc vào thành phần hoá học vật liệu Độ bền nhiệt Độ bền nhiệt khả chống lại phá huỷ điều kiện nhiệt độ thay đổi Nguyên nhân dẫn đến nứt vỡ sản phẩm dao động nhiệt độ xuất ứng suất bên sản phẩm chênh lệch nhiệt độ đốt nóng làm nguội Trong q trình nung nóng khơng vật liệu nên xuất ứng suất trượt lớp vật liệu dãn nở nhiệt không Khi làm nguội, lớp bề mặt bị co lại bên nhiệt độ cao, vật liệu chịu lửa có ứng suất kéo xuất kẽ nứt ởcác mặt thẳng góc với bề mặt làm nguội Khả vật liệu chịu lửa chống lại ứng suất xuất bên sản phẩm; phụ thuộc vào tính chất học tính chất đàn hồi 3.Độ bền học Một tính chất quan trọng vật liệu chịu lửa khả chống lại đồng thời tác dụng nhiệt độ tải trọng Độ bền học đặc trưng nhiệt độ biến dạng tải trọng 0,2 N/mm2, biểu thị khoảng mềm sản phẩm bị biến dạng dẻo Tải trọng thực tế làm việc thường nhỏ tải trọng kiểm tra (0,2 N/mm2) nhiều Nhiệt độ biến dạng tải trọng tiêu quan trọng vật liệu đặc trưng cho khả làm việc tác dụng nhiệt độ tải trọng Chỉ tiêu phản ánh khả sử dụng so với độ chịu lửa điều kiện cụ thể Tính ổn định thể tích nhiệt độ cao Vật liệu chịu lửa sử dụng thường phải chịu tác dụng nhiệt độ cao lâu nhiệt độ nung chế tạo chúng Do vậy, làm việc có thay đổi thành phần pha, kết tinh lại kết khối phụ Do vật liệu bị co nở phụ; tượng làm sản phẩm biến đổi khơng thuận nghịch kích thước dài chúng Ở nhiệt độ cao, phần lớn sản phẩm chịu lửa xít chặt lại kết khối Sự xít chặt xảy căng bề mặt pha lỏng, gây nên tượng xếp lại có sát nhập hạt vật liệu Khi trì lâu dài nhiệt độ cao, tinh thể lớn dần sản phẩm trở nên xít chặt Hiện tượng co phụ làm xuất kẽ nứt mạch vữa viên gạch, bong vữa dẫn đến hạ thấp độ bền xỉ, độ bền nhiệt vật liệu chịu lửa Tường vòm lò bị lún xuống dần bị phá hủy Độ bền xỉ Trong lò công nghiệp nhiệt độ cao vật liêu chịu lửa thường phải tiếp xúc với môi trường lỏng, môi trường khí mơi trường rắn Mơi trường lỏng tiếp xúc với gạch xỉ nóng chảy, kim loại nóng chảy, thủy tinh lỏng, tro xỉ, nhiên liệu chảy lỏng Môi trường khí phá hoại chi tiết thường sản phẩm cháy, nhiên liệu khí, khí co lò cao, khí cácbuahyđro lò cốc hố Các khí thấm sâu vào lỗ gạch phá hoại hạ thấp độ bền chúng Môi trường rắn tác dụng với gạch chịu lửa bụi quặng, bụi phối liệu, bụi xỉ xỉ rắn tiếp xúc hai loại vật liệu chịu lửa với Xỉ phá hoại gạch chịu lửa có hai dạng: ăn mòn xâm thực 6.Dãn nở nhiệt Các vật liệu chịu lửa đốt nóng thường bị giãn nở, sau làm nguội trở thể tích ban đầu Sự dãn nở đốt nóng khác với tượng dãn nở phụ biến đổi thành phần pha cấu tạo vật liệu Ứng suấ vật liệu hình thành đốt nóng làm nguội nhanh; phụ thuộc vào độ dãn nở nhiệt Hệ số dãn nở nhiệt vật liệu xác định tiêu sau: Hệ số dãn nở nhiệt trung bình: ; l/ K Hê số dãn nở nhiêt thực: Lto- chiều dài mẫu 0°c hay nhiệt độ phòng, m; Lt- chiều dài mẫu nhiệt độ đo, m; dL/dt- biến đổi chiều dài theo nhiệt độ 1.3 Các loại vật liệu chịu lửa Vật liệu chịu lửa loại vật liệu dùng để xây lắp lò thiết bị công nghiệp làm việc nhiệt độ cao Theo quy ước chung, vật liệu gọi vật liệu chịu lửa có độ chịu lửa lớn 15800C, tức nhiệt độ mà khối vật liệu hình chóp khơng bị phá hủy Ngồi phải đảm bảo độ bền học hóa học, ổn định mặt kích thước để làm việc ổn định lâu dài điều kiện cụ thể nhiệt độ cao ăn mòn hóa học Các vật liệu chịu lửa quan trọng vật liệu gốm 1.3.1 Vật liêu Đinat (Silica) Vật liệu silica có hàm lượng SiO2lớn 93%, gọi đinát, khống tridimit crisobalit sản xuất từ nguyên liệu thiên nhiên có hàm lượng SiO2 cao (cát thạch anh, quarztzit, sa thạch) phương pháp thiêu kết dạng bột Đinát loại gạch chịu lửa axít Đặc tính đặc biệt đinát độ chịu lửa gần nhiệt độ nóng chảy chúng Cơ sở hố lí a) Sự biến đổi thù hình ôxyt silic: nguyên liệu chủ yếu để sản xuất đinat quặng quắc Cấu tử chủ yếu tạo thành quắc ôxyt silic dạng tinh thể hay dạng vơ định hình Ơxyt silic SiO2 khơng ngậm nước có 13 dạng thù hình: (α,β) quắc; (α,β,γ) triđimit; (α,β) cristôbalit thủy tinh quắc Dạng ổn định nhiệt độ cao kí hiệu α , sau đến β đến γ Hình 1.4: Sự phụ thuộc hệ số dãn nở nhiệt a dạng thù hình SiO2 vào nhiệt độ Phổ biến rộng rãi thiên nhiên β quắc β quắc thường ổn định nhiệt độ thường, β đốt nóng đến 5730C biến thành α quắc, α quắc khơng tổn thiên nhiên nhiệt độ ổn định nằm khoảng 573 – 8700C Ở nhiệt độ 8700C, αquắc chuyển chậm thành α triđimit, đốt nhanh đến nhiệt độ lớn 16000C silic nóng chảy nhiệt độ tồn α triđimit 870 14700C thực tế khơng tồn ngồi tự nhiên Khi làm nguội α biến thành β triđimit biến thành γ triđimit Trên 1470°C α chuyển chậm thành α cristơbalit Nếu đốt nóng nhanh đến nhiệt độ cao 16700C, α triđimit chuyển thành thuỷ tinh quắc, β triđimit dạng trung gian biến đổi nhanh α triđimit Phạm vi tồn chúng từ 117-1630C λ triđimit tạo thành biến đổi nhanh β triđimit nhiệt độ 1170C, thường gặp quặng núi lửa dạng hình góc SƠ ĐỒ BIẾN ĐỔI THÙ HÌNH CỦA SiO2 Các mũi tên nằm ngang chiều hướng biến đổi (sự biến đổi tiến hành chậm) thuận nghịch điều kiện đặc biệt Các mũi tên dọc biến đổi nhanh đốt nóng làm nguội Điểm quan trọng kĩ thuật biến đổi đa hình SiO2 biến đổi thù hình có thay đổi khối lượng riêng thể tích Sự khơng ổn định thể tích ngun nhân làm sản phẩm có độ bền nhiệt thấp Khi biến đổi thù hình nhanh, thể tích thay đổi nhiều, độ bền nhiệt thấp Sự phụ thuộc vào nhiệt độ hệ số dãn nở nhiệt vào thay đổi thể tích dạng thù hình SIO2 trình bày hình 1.4 b) Q trình hố lí sản xuất đinat: thực nghiệm cho thấy tất dạng thù hình ơxyt silic SiO2, triđimit tinh thể bền vững ổn định Do sản xuất sản phẩm đinát cần tạo nhiều triđimit Sự biến đổi từ quắc sang triđimit khó khăn Để thúc đẩy q trình cần thiết phải có chất khống hố Các chất khống hố CaO, MgO, MnO, BaO, FeO, Fe2O3, A12O3 Để q trình triđimit hố tiến hành tốt nhất, pha lỏng cần có độ thấm ướt tốt Với mục đích đó, q trình sản xuất thường bổ sung phụ gia sắt mangan vào phối liệu sản xuất đinát Nguyên liệu vật liệu: Đinát sản xuất từ nguyên liệu chứa nhiều SiO2 cát quắc, sa thạch, quắc Cát quắc sản phẩm phân hủy quặng núi chứa quắc đá hoa cương tác dụng khí quyển, gió biến đổi nhiệt độ Cát quắc qua nhiều kỷ thấm ướt nước có chứa tạp chất mịn đất sét, vôi, thạch cao Các tạp chất liên kết hạt lại tạo thành quặng rắn gọi sa thạch Sa thạch xít đặc gọi quawcszzit Còn quắc thường gặp dạng mạch nhỏ , lớp quắczít tinh thể Kỹ thuật sản xuất đinát Phần chuẩn bị phối liệu có hai cơng đoạn: chuẩn bị quắc zit cấu tử chủ yếu chuẩn bị sữa vơi, sắt keo chất khống kết dính a) Chuẩn bị quắc zit: để sản phẩm đồng có tính chất xác định phải đập nghiền mịn quắc zit Thành phần hạt có giá trị định lên q trình chuyển hóa quắc, lên mật độ sản phẩm, độ tả chúng nung dùng phải tìm thành phần hạt đảm bảo cấu trúc sản phẩm sau nung thật chặt chẽ, hạn chế độ nở nung, sau nung có khối lượng riêng nhỏ tả dùng Thành phần hạt đặc trưng hệ số hạt Hệ số hạt tỉ lệ phần trăn hạt nhỏ 0.88mm hạt lớn 0.54mm Nếu tăng hệ số hạt giảm tượng tả tăng độ xốp sản phẩm Cỡ hạt tốt là: hạt lớn không lớn 3mm, hạt 0,5mm không lớn 55 65%, hạt 0,088mm: 30 - 40% b) Chuẩn bị phụ gia khống hố * Vơi: Chất khống hố sản xuất đinát vơi dạng sữa Vơi sữa làm tăng tính chất đóng khn phối liệu, phân phối phụ gia, liên kết hạt quắczit nghiền nhỏ, làm viên bán thành phẩm có cường độ trước sau sấy, xúc tiến chuyển hố quắc q trình nung, Để có vơi sữa phải thực phản ứng sau: CaCO3—> CaO + C02↑ - Q (CaO vôi sống) CaO + H2O = Ca(OH)2 + Q (tôi vôi) *Phụ gia sắt: Sắt hai (FeO) dùng để hạ thấp nhiệt độ tạo thành chất nóng chảy Thường dùng vảy sắt, xỉ nấu thép, mẫu pirít cháy Độ hạt chúng 0,2mm Để đảm bảo độ ẩm phối liệu, phụ gia chứa sắt nghiền mịn máy nghiền bi không dùng nước mà dùng vôi sữa Sau dung dịch vơi sắt khuấy liên tục để tránh lắng tăng độ đồng *Keo kết dính: tác dụng keo làm trình liên kết nén phối liệu dễ dàng, tăng cường độ viên mộc trước sau sấy Thường dùng keo SSB nước thải trình sản xuất giấy Để sản xuất đinát dùng 0,5-0,8% phụ gia SSB nằm dạng dung dịch c) Chuẩn bị phối liệu: phối liệu hỗn hợp cấu tử quắczit, chất khoáng hố, vơi, sắt, phụ gia keo kết dính Các cấu tử phối liệu đảm bảo có độ ẩm để đóng khn phải trộn Độ ẩm phối liệu sữa vôi sắt đem vào dao động khoảng - 6% tuỳ loại máy nén Phối liệu trộn máy trộn lăn d) Tạo hình, đóng khn sản phẩm: sản phẩm đinát tạo hình phương pháp bán khơ Phối liệu nén đổ vào khuôn nén áp suất 15N/mm2 e) Sấy sản phẩm: mục đích sấy sản phẩm loại trừ nước khỏi sản phẩm, kết tinh hydoxytcanxi, tăng cường độ học sản phẩm Nhiệt độ sấy cao 1000C Sau sấy độ ẩm lại - 1,5% cường độ viên mộc tăng lên - N/mm2 Sấy lò Tuynen, lò buồng, thời gian sấy từ 4-16 tùy loại sản phẩm g) Nung sản phẩm: Khi nung đinat xảy trình sau: - CaO SiO2 tác dụng tạo Sillicat canxi Sillicát canxi tạo thành dung dịch rắn với sillicát sắt Khi đạt đến nhiệt độ cao chúng tạo thành chất nóng chảy giàu SiO2 từ chất nóng chảy kết tinh tinh thể triđimit, làm ngi chất nóng chảy đơng lại thành thủy tinh - Biến đổi thù hình quắc thành triđimit cristobalit - Dãn nở gạch đinát biến đổi thù hình quắc - Biến đổi cường độ học đinát Nhiệt độ nung cao 1400°C Tốc độ nung: từ nhiệt độ thường đến 1200°C: 20 - 25°C/h; Từ 1200 - 1350°C: 10°C/h; 1350 - 1460°C: - 5°C/h Duy trì nhiệt độ cực đại khoảng 40h Thời gian nung: lò Tuỵnen 70 - 85h; lò buồng đốt khí loại nhỏ: 135 - 215h, lò buồng lớn 270 - 360h -Làm nguội đinát: từ nhiệt độ cao đến 400 - 350°C làm nguội nhanh (có thể dùng quạt) Từ 300°C trở xuống phải làm nguội chậm có biến đổi thù hình đinát Thời gian làm nguội: lò Tuynen: 50 - 60h; lò buồng nhỏ 136 - 215h, lò buồng lớn: 180 - 240h Tính chất đinát Đặc tính đặc biệt đinát đốt nóng chúng nở (khác với samốt đốt nóng chúng co lại), nhiệt độ bắt đầu biến dạng tải trọng cao Sử dụng gạch đinát Theo mục đích sử dụng, gạch dinat phân loại theo ba loại: đinát dùng lò cốc hố, lò luyện kim lò thuỷ tinh tuỳ theo tính chất chúng Theo hình dạng phân hai loại, loại thường loại dị hình Loại dị hình đơn giản thường dùng lò luyện kim, loại dị hình phức tạp dùng lò cốc lò thuỷ tinh Như lò cốc dùng tói 250 - 260 loại đinát có kích thước hình dạng khác Xây lò cốc gạch đinát tốt nhiều xây gạch samốt đinát có tác dụng thúc đẩy q trình cốc hóa Đinát hay dùng để xây nóc, tường vòm phần lò Mác tanh, xây tường lò điện nấu thép loại nhỏ theo q trình axít, xây lò phản xạ Gạch đinát sử dụng rộng rãi làm vòm lò khơng bị co dùng; độ dãn nở đinát đủ làm chặt mạch xây, làm vòm lò vững hơn, độ thẩm khí giảm nhiều Ngồi đinát sử dụng để xây lò nồi phần lò bể nấu thuỷ tinh, làm đệm lò gió nóng, xây buồng hồi nhiệt, lò nung vơi, lò Tuynen Các loại đinát khác a) Đinát nhiều silic mặt độ cao: yêu cẩu sử dụng lò nấu thép, để tăng chất lượng đinát chống lại tác dụng xỉ sắt, giảm độ xốp, khắc phục tượng tả nhiệt độ cao người ta sản xuất sản phẩm nhiều silic mật độ cao b) Đinát-crôm: để nâng cao độ bền xỉ, người ta sản xuất gạch đinát crôm cách cho vào phối liệu crơmít (khoảng 30%) Cho Cr2O3 vào làm độ chịu lửa độ bền xỉ tăng crơmít làm giảm khả nãng thấm chất nóng chảy silicat vào lỗ gạch c) Đinát-cácborun: để tăng độ bền nhiệt đinát người ta cho phụ gia cácborun vào phối liệu (20 - 30%) Đinát-cácborun giảm độ giãn nở nhiệt tăng độ bền trượt, tăng độ đẫn nhiệt, cường độ chống bào mòn cao 1.3.2 Sản phẩm họ aluminnosilicat Tùy hàm lượng ôxyt nhôm sản phẩm mà họ chia làm ba loại: - Bán axit: A12O3+ TIO2< 30% - Samốt: AlB2O3+ TiO2< 30 - 45% - Cao alumin: A12O3+TiO2> 45% Samốt Samốt loại vật liệu chịu lửa phổ biến nhất, chiếm đến 70% tổng số vật liệu chịu lửa Sản xuất samốt từ đất sét cao lanh chịu lửa Đất sét chịu lửa mảnh vỡ quặng trầm tích, loại hyđtơ aluminosilicat phân tán cao, hợp với nước, chúng cho khối thể dẻo, trì hình dáng sau sấy có cường độ đá sau nung Khống chủ yếu cao lanh caolinit (Ai2O3 2SiO2 2H2O) b) Các loại sản phẩm samốt khác * Sản phẩm samốt cao lanh: dùng cao lanh làm nguyên liệu ban đầu, tăng hàm lượng A12O3 đến 42 - 45% giảm tổng số chất nóng chảy từ - 6% xuống 2,5 - 3% Kĩ thuật sản xuất samốt cao lanh kĩ thuật sản xuất samôt khác nguyên liệu tinh khiết hơn, nhiệt độ nung thành sản phẩm cao Tính chất samốt cao lanh samốt thường thể bảng 1.3 Bảng 1.3: Tính chất samot cao lanh samot thường Loại sản phẩm %Al2O3 Nhiệt độ nung 0C Độ chịu lửa 0C Tổng tạp Nhiệt độ chất biến nóng dạng chảy Bắt đầu 2.5 – 1500 40% Sa mốt 40 – 44 145017501650 cao lanh 1500 1770 Sa mốt 38 – 40 135017105–6 1400 1600 đất sét 1420 1750 Sản phẩm bán axit: sản phẩm bán axit sản phẩm sản xuất từ đất sát bán axit cao lanh làm gầy vật liệu quắc, chứa Al2O3 + TiO2 khơng q 30% Vật liệu quắc dùng nguyên liệu thiên nhiên nhân tạo Tùy theo nguyên liệu sử dụng có sản phẩm quắc cao lanh quắc đất sét Quắc cao lanh có độ chịu lửa không thấp 17100C chứa gần 70% SiO2 (25%Al2O3), độ xốp cao (hơn 25%) độ bền khơng cao Trong sản phẩm bán axít hạt quắc nhỏ có ảnh hưởng tới đặc tính kết khối sản phẩm nung Ở nhiệt độ thấp (đến 1200°C) làm sản phẩm tả, xốp dãn nở từ βSiO2sang αSiO2 bắt đầu chuyển thành cristobalit Ở nhiệt độ cao 1300 - 1350°C sản phẩm kết khối xít đặc lại Sự dãn nở quắc nhiệt độ thấp bù trừ độ co đất sét kết khối thể tích ổn định Nhiệt độ bắt đầu biến dạng cao thể tích ổn định hai ưu điểm lớn sản phẩm bán axít khiến dùng nhiều gạch samốt loại C Gạch bán axít thường xây tường lò cốc hố làm việc ởnhiệt độ thấp Sản phẩm bán axít với chất làm gày quắc thiên nhiên dễ kiếm, rẻ samốt, thay cho gạch samốt C, phương pháp sản xuất giống sản xuất gạch samốt C Phương pháp sản xuất giống sản xuất gạch samốt khác mức độ làm gầy phối liệu (tốt cho vào 10 - 20% samốt) c) Tính chất ứng dụng * Độ chịu lửa: độ chịu lửa samốt, samốt cao lanh, bán axít dao động khoảng 1580 – 1700 tuỳ theo thành phần hoá học thành phần pha sản phẩm Sản phẩm samốt theo độ chịu lửa chia làm bốn loại: - Loại đặc biệt: độ chịu lửa 1750 - 1770oC; - Samốt A: độ chịu lửa không nhỏ 1730°C; - Samốt B: độ chịu lửa không nhỏ 1670°C; - Samốt C: độ chịu lửa không nhỏ 1610°C; * Nhiệt độ biến dạng tải trọng: nhân tố kĩ thuật ảnh hưởng chủ yếu lên nhiệt độ bắt đầu biến dạng nhiệt độ biến dạng 40% Nhân tố đảm bảo cấu trúc vật liệu đặc hơn, bền vững tăng nhiệt độ bắt đầu biến dạng tăng nhiệt độ biến dạng hồn tồn 40% Tăng nhiệt độ biến dạng điều kiện khác thay phương pháp nén dẻo phương pháp bán khô Sản phẩm nung nhiệt độ nhiệt độ kết khối, đất sét kết dính co phụ nên hạ thấp nhiệt độ nhiệt độ bắt đầu biến dạng Sản phẩm samốt thường nhiệt độ bắt đầu biến dạng: 1250 – 14000C(độ bền nhiệt ứng với 850°C làm nguội nước) Độ bền nhiệt độ biến dang 40%: 500 – 16000C Samôt cao lanh, nhiệt độ bắt đầu biến dạng: 1450 - 15500C, kết thúc biến dạng 1600 – 16500C Bán axít: nhiệt độ nhiệt độ bắt đầu biến dạngcao so với samốt nhiệt độ biến dạng hoàn toàn lại thấp samốt (1450 – 15500C) * Ổn định thể tích: gạch, samốt dùng lâu lò nung nhiệt độ cao nhiệt độ nung, làm sản phẩm có độ co phụ Nếu nhiệt độ nung cao, tường gạch samốt biến dạng, cường độ học chúng Đại lượng co phụ phụ thuộc chủ yếu thành phần phối liệu sản xuất nhiệt độ nung Độ co phụ nhỏ sản phẩm tải trọng độ chịu lửa độ xốp sản phẩm từ phôi liệu dẻo co lớn - phối liệu bán khô nhiều samôt,phối liệu samốt thường nén bán khô nằm trung gian Sản phẩm bán axit sử dụng có mức độ co nhỏ so với samốt có vài loại lại nở Đó ưu điểm lớn sản phẩm bán axít so với gạch samốt Muốn có sản phẩm bán axit tích ổn định cần lựa chọn lượng kích thước hạt quắc phối liệu *Độ bền nhiệt: sản phẩm samốt nói chung có độ bền nhiệt cao, loại điển hình cho gạch chịu lửa họ aluminơsilicat Tuy nhiên độ bền nhiệt sản phẩm dao động khoảng lớn tùy thuộc vào phần phối liệu, phương pháp nén, tạo hình, cấu trúc sản phẩm Độ bền nhiệt phụ thuộc vào phương pháp sản xuất sản phẩm tạo hình phương pháp dẻo có độ bền nhiệt - 12, tạo hình phương pháp bán khơ: - 50 (đốt nóng đến 13000C làm nguội nước) Nếu tăng hàm lượng samốt lên, độ bền nhiệt tăng Ví dụ, sản phẩm có tỉ lệ samốt đất sét sau: Từ 40/606 đến 606/406 độ bền nhiệt: 10 – 15 90/10 độ bền nhiệt 150 (độ bền nhiệt ứng với 8500C làm nguội nước) Độ bền nhiệt sản phẩm samốt không phụ thuộc vào độ xốp sản phẩm mà phụ thuộc vào nhiệt độ nung chúng * Độ bền xỉ: Yếu tố định đến độ bền xỉ sản phẩm samốt, bán axít cấu trúc hạt mật độ chúng Sản phẩm có lỗ, khe hở, vết nứt có nguy xỉ thấm vào, ăn mòn nhanh Ngược lại loại có cấu trúc hạt nhỏ, đặc có độ bền xỉ lớn Ngồi độ bền xỉ phụ thuộc vào lượng lỗ xốp có sản phẩm Tất nhân tố kỹ thuật làm giảm độ xốp sản phẩm làm tăng độ bền xỉ chúng Thành phần hóa học sản phẩm Al2O3 khoảng 30 - 40% không làm ảnh hưởng đến độ bền xỉ Khi Al2O3> 40% độ bền xỉ tăng Gạch bán axít có độ bền xỉ cao xỉ axít với xỉ basic * Tiêu chuẩn gạch samốt bán axít: tính chất lí sản phẩm samốt trình bày bảng 1-4 Bảng 1.4: Tính chất lý sản phẩm samot Các tiêu Loại A Loại B o Độ chịu lửa C ≤ 1730 1670 Sức co phụ % ≥ 0,7 0.7 Ở nhiệt độ 1400 1350 Nhiệt độ B.Đ, 0C ≤ 1300 Cường độ chịu 12.5 12.5 nén, N/mm2 ≤ Độ xốp biểu kiến , 30 30 %≥ Tính chất lý sản phẩm bán axit cho bảng 1-5 Bảng 1.5: Tính chất lý sản phẩm bán axit Loại C 1610 0.7 1250 10.0 - Các tiêu Loại A Loại B Loại C Độ chịu lửa 0C ≤ 1710 1670 1610 Co phụ % ≥ 0.5 0.5 1.0 Ở nhiệt độ 1400 1350 1250 Nhiệt độ B.Đ, 0C 1400 1300 ≤ Cường độ chịu 10.0 10.0 10.0 nén, N/mm2 ≤ * ứng dụng: samốt có độ bền nhiệt cao, độ chịu lửa đạt yêu cầu, độ bền xỉ lớn nhấ, nguyên liệu sản xuất dễ kiếm nên loại gạch dùng nhiều số lượng phạm vi sử dụng Trong sản xuất gang samốt dùng để xây lò cao (đáy lò, cổ lò), lò gió nóng, thùng đổ gang Trong luyện thép samốt dùng để xây số tường lò làm việc nhiệt độ cao phận lò Máctanh Trong cơng nghiệp silicát dùng để xây lò nung đồ gốm, đổ sành sứ, lò nấu thuỷ tinh, lò nung xi măng, lò khí hố, buồng đốt Ngồi samốt dùng xây lò luyện cốc, lò luyện kim màu, nồi Theo thành phần hoá học samốt loại sản phẩm trung tính kiềm yếu cho phép ta dùng xây lò tiếp xúc với xỉ axít xỉ bazơ Thực tế, samốt chống tác dụng xỉ axít tốt, chống tác dụng bazơ Gạch samốt A, dùng chỗ tiếp xúc trực tiếp với kim loại, xỉ, thủy tinh chảy lỏng, cần độ thẩm khí nhỏ dãy đầu lò cao, thùng đúc thép, lò quay, lò khí hố, hàng chân vòm lò, tường tháp chưng luyện lò múp Gạch samốt B, dùng lò tiếp xúc trực tiếp với kim loại, xỉ, thủy tinh chảy lỏng, phận tường lò khơng làm việc ví dụ: dãy thứ hai, thứ ba lò cao, lò đứng, lồ khí hố, buồng đốt than củi Gạch smốt C, dùng phận khơng quan trọng lò nung đồ gốm, tường ống khói Bảo quản sản phẩm samốt cần giữ khỏi bị ẩm gạch độ ẩm lớn, cường độ viên gạch bị hạ thấp nhiều Sản phẩm cao alumin Cao alumin loai sản phẩm chịu lửa có hàm lương Al2O3+ TiO2 lớn 45% Vật liệu chịu lửa cao alumin có chất lượng cao, đáp ứng yêu cầu tăng cường trinh nhiệt lò, đảm bảo độ bền, chịu tải trọng học chịu tác dụng mơi trường khí nhiệt độ cao , sử dụng điều kiện làm việc nặng nề mà samốt chịu đựng Tùy hàm lượng ôxyt nhơm có sản phẩm người ta chia cao alumin loại: - Loại A: từ 45 - 50% AL2O3; - Loại B: từ 60 - 75% A12O3; - Loại C: > 75% A12O3 Hàm lượng ôxyt nhôm không tiêu để phân loại sản phẩm mà định tính chất sản phẩm cao alumin qua lựa chọn nguyên liệu kĩ thuật thích hợp 1.3.3 Vật liệu chịu lửa manhêdi Vật liệu chịu lửa manhêdi loại vật liệu chịu lửa kiềm tính điển hình, chứa khống periklaz (MgO) thường từ 80 - 85% Độ chịu lửa chúng cao hon 2000OC (nhiệt độ nóng chảy MgO nguyên chất 28000C), có độ bền lớn tác dụng xỉ bazo (ngay 1600OC xỉ bazo, kim loại nóng chảy 25 khơng có tác dụng với nó) Vật liệu manhêđi có hai loại, loại bột loại viên Loại viên để xây tường lò tiếp xúc với xỉ bazo nóng chảy cốc đổ thép Loại bột để đặp lò luyện kim, làm nguyên liệu để sản xuất sản phẩm chứa manhêdi gạch đôlômi, forstenit 1.3.4.Vật liệu chịu lửa Forstenit Forstenit loại sản phẩm chủ yếu chứa khoáng forstenit 2MgO.SiO2 (đến 85%) manhêdi ferit MgO Fe2O3 (đến 15%) Nguyên liệu để sản xuất gạch forsteni manhêdi kết khối với khống chứa silicat manhêdi như: ơlivin [(Mg, Fe)2SiO4 + tạp chất], serpentin [3(Mg, Fe)O 4SiO2 H2O + tạp chất)] Các tạp chất có hại nguyên liệu CaO A12O3 Ứng dụngcủa gạch forstenit: Gạch forstenit chủ yếu dùng làm đệm buồng hồi nhiệt lò Máctanh thay cho đinat samôt Gạch làm đệm cho hai buồng: buồng đốt nóng khơng khí buồng đốt nóng nhiên liệu khí Gạch I forstenit chống lại tác dụng bụi xỉ nóng chảy tốt nên tăng nhiệt độ đốt nóng đệm đến 1350 - 14000C tăng đươc nhiệt độ lò, suất lò tăng Gạch forstenit có độ bền xỉ bazơ cao nên thay gạch manhêdi, đặc biệt điều kiện tác dụng với xỉ sắt Gạch forstenit dùng xây lò Máctanh, lò luyện kim màu, lò phản xạ nấu đồng Gạch forstenit dùng tốt để xây vùng nung lò quay ximăng lò nung manhêdi Gạch forstenit nhiệt độ cao 15000C tiếp xúc với gạch samốt hay đinát chúng tạo thành hợp chất dễ nóng chảy 1.3.5 Vật liệu chịu lửa nhóm spinen Vật liệu chịu lửa họ spinen gồm crơmit, crơm-manhêdi spinen Đó loại vật liệu chịu lửa chủ yếu chứa dạng khống spinen khác Spinen nhóm hợp chất có cơng thức chung R2+O R2 3+O, R2+ Mg, Fe, Zn, Mn, co, Ni, R3+ Fe, Al, Cr, Mn Ví dụ: Khống manheđi spinen MgO Al2O3, manhêdi pherit MgO Fe2O3, phericrômit FeO.CR2O3… Vật liệu chịụ lửa crômit Nguyên liệu chủ yếu quặng crơmit Crơmit quặng mà thành phần khống (Fe, Mg)O (Cr2, Al2)O3 chiếm khoảng 80% Phụ gia manhêdi bazơ (9%) quặng đunit (6%) Trong crơmit có lẫn serpentin khoảng không chịu lửa phải có MgO để tạo forstenit chịu lửa cao Để tăng lượng forstenit cần phải thêm quặng đunit Lượng MgO cho vào nhằm biến Fe2O3 thành manhêdi ferit chịu lửa Đunit, manhêdi bazơ, crômit nghiền mịn trộn theo tỉ lệ hạt định Để tăng tính liên kết phối liệu thêm 0,5% keo SBB Áp suất tạo hình 60 N/mm2, nhiệt độ nung gạch crơmit 1450 - 15500C Duy trì nung nhiệt độ cực đại giờ, thời gian nung tổng cộng 100 - 120 giờ, Tính chất sản phẩm crơmit: Cường độ nén, N/mm2: 30 - 70; Độ xốp biểu kiến, %: 16 - 19; Khối lượng thể tích, g/cm3: 3,0 - 3,1; Độ chịu lửa, 0C: 1900; Nhiệt độ B.Đ, 0C: 1570 - 1650; Nhiệt độ phá huỷ, 0C: 1600 - 1690; Độ bền nhiệt, lần: 94 - 16 (làm nguội khơng khí); Hệ số nở dài đến 15000C, 1/độ: 1,0 10-5; Co phụ 17000C giờ, %: Gạch crơmit gạch trung tính, tiếp xúc với gạch axit bazơ 17000C mà khơng tác dụng đáng kể Vì gạch crômit để xây lớp ngăn cách hai loại vật liệu Tuy nhiên khơng tiếp xúc với gạch samốt độ chịu lửa hỗn hợp crơmit với cao lanh bị hạ hấp Ngoài gạch crơmit dùng xây lò đốt nóng đòi hỏi độ bền xỉ cao Vật liệu chịu lửacrôm-manhêdi Gạch crôm-manhêdi sản xuất từ quặng crômit manhêdi kết khối loại tốt với tỉ lệ tốt crômit manhêdi 30/70 (đối với gạch crôm-manhêdi bền nhiệt) 65/35 (đối với gạch có nhiệt độ biến dạng cao) Toàn phối liệu nghiền nhỏ trộn theo tỉ lệ xác định, với thành phần hạt đinh Độ ẩm phối liệu -3,5% Để tăng độ liên kết cần thêm 1,2 - 1,5% keo SSB Tạo hình áp suất từ 80 - 100 N/mm2 Sấy sản phẩm lò Tuynen nhiệt độ 1400C(nhiệt độ vào tác nhân sấy) thời gian 30 giờ, đến độ ẩm cuối 0,4% Nung sản phẩm lò Tuynen, nhiệt độ nung cực đại khơng nhỏ 1500OC Trong q trình nung có phản ứng MgO với Crômit tạp chất crômit thành hợp chất chịu lửa Nhằm giảm tăng thể tích, nung sản phẩm crơm-manhêdi phải nung mơi trường ơxyhố Tính chất gạch crơm-manhêdi thể tích ổn định nhiệt cao Cường độ nén 20 - 40 N/mm2, khối lượng thể tích 2,85 g/cm3, độ xốp 23,3%, nhiệt độ B.Đ: 1450 - 15200C, nhiệt độ phá hủy: 1480 - 15500C, độ bền nhiệt - lần (làm nguội nước) % MgO: 54,9; % Cr2O3:17,2; % Fe2O3: 13,5 Độ chịu lửa >2000 Gạch crơm-manhêdi dùng rộng rãi để xây vòm lò Mác (nơi chịu dao động nhiệt độ nhiều), xây tường lò Máctanh (nơi khơng tiếp xúc với thép lỏng), xây lò điện nấu thép, lò nấu đồng, xây vùng nung lò quay nung ximăng tốt Gạch Crơm-manhêdi bền nhiệt dùng để lót vòm lồ Máctanh Độ chịu lửa 23400C, độ bền nhiệt ≥ 25 lần (làm nguội nước), nhiệt độ B.Đ: ≥ 15000C, độ xốp ≤ 25%, % Cr2O3 < 8; % MgO ≥ 5,7 Độ dẫn nhiệt giảm nhiệt độ tăng Vật liệu chịu lửa spinen Vật liệu chịu lửa spinen loại vật liệu chủ yếu khoáng spinen MgO.Al2O3 khoảng 85% Spinen thiên nhiên khơng gặp nhiều ngun liệu để sản xuất gạch spinen manhêdi bazơ với ôxyt nhôm kĩ thuật theo tỉ lệ khối lượng 30/60 với bốc xít tỉ lê 50/50 SƠ ĐỒ SẢN XUẤT GẠCH SPINEN Oxyt nhôm kim loại Manhedibazo Cromit Nghiền mịn mịn Nghiền mịn Trộn, làm ẩm Nén viên thô Dung dịch MgCl2 Nung 16500C Đập, nghiền, sàng Nghiền Trộn phối liệu Nén Sấy Nung 1650oC Sản phẩm Như để sản xuất gạch spinen trước tiên phải sản xuất samốt clanhke spinen phối liệu nung co đến 20- 24% Các nguyên liệu nghiền mịn, trộn làm ẩm đến 4% dung dịch MgCl2 nồng độ 5% Gạch spinen nén áp suất 50 - 60 N/mm2 Nung sản phẩm 1650°C trong110 Thời gian làm nguội 110 Tính chất gạch spinen cho bảng1-8 Bảng 1.8: Tính chất gạch Spinen Loại gạch Cường độ nén N/mm Spinen kết khối Từ > 50 oxyt nhôm Từ bốc 80-120 xít độ > 1900 chịu lửa Khối lượng riêng g/cm3 Độ xốp % Nhiệt độ biến dạng 0C Bắt đầu Phá hủy Độ bền nhiệt % Al2O3 % MgO 2.652.95 1725 16001650 16001650 30-40 (KK 65.4 26.7 ≈3 1822 1510550 1570640 4-5 (nước) 39.4 31.2 Sản phẩm spinen bền vững với xỉ lò Máctanh, xỉ lò nấu thép Ở 16000Cnó khơng tác dụng với gạch manhêdi corun bề mặt Với sản phẩm samốt 16000Cspinen tác dụng mạnh, đặc biệt nhiệt độ tiếp xúc với đinát Spinen bị phá huỷ nhanh sắt, quạng sắt pherơmangan Khi ơxyt sắt Fe2O3 hấp thụ vào gạch làm gạch bở giòn, cuối bị phá huỷ 1.3.6 Vật liệu chịu lửa đôlômi Vật liệu đôlômi sản xuất từ đá đơlơmít với thành phần khống periklaz (MgO), ơxyt canxi số khoáng khác như: 3CaO SiO2; 2CaO SiO2; 4CaO Al2O3 FeA; 3CaO Al2O3 2CaO Fe2O3 Sản phẩm đơlơmi có hai loại: loại chứa vơi tự loại không chứa vôi tự do, chúng sản xuất dạng gạch dạng bột Đôlômi luyện kim - Loại khơng nung hay đơlơmít sống - Loại nung hay đơlơmít kết khối hay clanhke đơlơmi 29 a) Đôlômi luỵên kim không nung: quặng đôlômit quặng kép cácbônát manhê cácbônát canxi CaMg(CO3)2, đập nhỏ đến cỡ hạt - 20mm, hạt nhỏ nhỏ 5mm không 5% Đôlômi luyện kim khơng nung có hai loại sau: Thành phần % Loại Loại MgO ≥ 19 29 SiO2 ≤ 3,5 11 Ơxyi R2O3 10 Cơng dụng: đơlơmi luyện kim nung sử dụng để hàn vá lò nấu thép (lò Máctanh, lò điện) để sản xuất gạch đơlơmi chứa vơi tự đầm tường lò chun nấu thép 2.Gạch đôlômi a) Gạch đôlômi ổn định (hay bên nước): loại gạch tất ơxyt canxi đơlơmit liên kết hồn tồn thành silicatđicanxi silicattricanxi Trong phối liệu để sản xuất clanhke đôlômi ổn định ngồi đơlơmit có SiO2 dạng quắczit Serpentin để liên kết CaO tự thành silicat canxi để ổn định silicat caxni người ta cho thêm P2O5 dạng phốt phát vào Từ clanhke đôlômi phối liệu chuẩn bị theo cỡ hạt thành phần định tạo hình áp suất 50 - 60N/mm2, sấy 90 – 180oC 12 - 15 từ độ ẩm 4% xuống 0,8% Nung gạch đơlơmi nhiệt độ 1450- 1600OC lò Tuynen Sơ đồ sản xuất gạch đơlơmi sau: b) Gạch đôlômi chứa vôi tự do: gạch có chứa CaO tự có ý nghĩa thực tế lớn, để chế tạo sản phẩm nhiệt độ cao Trong sản phẩm có phần CaO liên kết với SiO2 thành silicat phần nằm ởtrạng thái tự Vì có CaO tự nên khơng bền nước trộn phối liệu khơng dùng nước mà dùng dầu khí cốc hố than dầu antracen, nhựa đường bitum dầu hoả Tỉ lệ dầu cốc phối liệu 5% Thành phần dầu: 60 - 70% nhựa đường, 30 - 40% antracen Chuẩn bị phối liệu sau: dầu kết dính hâm nóng đến 1100C, đơlơmi kết khối sấy nóng đến 45 - 500Crồi trộn nóng với máy trộn có bao nước nóng xung quanh, sau ép thành viên áp suất 100N/mm2 Nung sản phẩm 1550 - 16000C Để tránh hydrat hoá, sản phẩm làm nguội đến nhiệt độ nóng nhúng vào dầu cốc tạo màng bảo vệ gạch Công dụng: bột đôlômi kết khối có chứa vơi tự dùng để vá đáy lò máctanh, đặc biệt để sửa tường dốc lò Máctanh, lò điện nấu thép theo q trình bazơ, để rải cửa lò Máctanh Gạch khối đơlơmi nung hai loại dùng để xây tường phía lò nói trên, để xây lò nấu gang, nấu đồng Các phối liệu đầm chứa đôlômi luyện kim để đầm đáy tường lò chuyển tơ mát, tường lò đứng, đáy tường dốc lò Máctanh Người ta dùng loại sản phẩm manhêdi - đôlômi không nung gổm: 68 - 72% đôlômi, 28 - 32% bột manhêdi; 4,5 - 5,5% nhựa đường than đá; 0,8 - 1,2% dầu antracen (C4H10), nén áp súất 95 - 105 N/mm2,để lót lò chuyển nấu thép nhiệt độ 1600 - 17000C tốt 1.3.7 Vật liệu chịu lửa sản xuất theo phương pháp nấu chảy Một số vật liệu gốm oxyt chịu lửa chế tạo không theo phương pháp thiêu kết thông thường mà phương pháp nấu chảy phối liệu lò điện hồ quang đúc rót khn Vật liệu thu có tổ chức gốm thơ, độ sít chặt cao với tỷ lệ pha vơ định hình từ đến 25% Ngồi tổ chức thường có rỗ khí tương đối lớn, phân bố khơng Vật liệu chịu lửa chế tạo theo phương pháp nấu chảy gồm có: - corindong: 92-98%Al2O3 - coridong-mulit: 80%Al2O3 + 20%SiO2 - batđêlêit-coridong: 10-45%ZrO2 + 42-54%Al2O3 + 10-20%SiO2 - beta nhôm oxyt: β-Al2O3(Na2O.12Al2O3) 31 - crom oxyt-corindong: 60-80%Al2O3 + 10-30%Cr2O3 - magnesia: MgO Vật liệu SiO2 nấu chảy loại vật liệu chịu lửa quan trọng có cấu trúc vơ định hình nên trình bày Đó loại thủy tinh thạch anh khơng suốt Các tính chất bật loại vật liệu chịu lửa sản xuất theo phương pháp nấu chảy độ chịu lửa cao, độ bền học cao (hơn 100MPa) đặc biệt độ bền chống ăn mòn, xâm thực cao Chúng sử dụng phổ biến để xây bề chứa lò nấu thủy tinh nấu chất nóng chảy khác Tính chất số vật liệu vơ đúc nóng chảy trình bày bảng sau: Bảng 1.9: Tính chất số vật liệu vơ đúc nóng chảy STT Tính chất Khối lượng Thứ nguyên g/cm3 Cotindong 2.8-3.0 βAl2O3 2.8-3.0 batđêlêitcoridong 3.7-4.0 crom oxytcorindong 3.4-3.8 riêng Độ xốp Điện trở suất 1000OC Nhiệt độ biến dạng 0.6% với tải trọng 0.2MPa % Ωcm 5-15 103 0C 15-18 103/2 1-15 107/2 4-6 - - 1950- 2020 - 1700 1.3.8 Vật liệu chịu lửa sở graphit silic cacbit Các sản phẩm chịu lửa thuộc nhóm loại vật liệu mà thành phần có chứa bon Loại gạch chịu lửa nhóm gặp ơxy khơng khí nhiệt độ cao bị ơxy hố nhanh cháy hồn tồn (như gạch cácbon) ơxy hố chậm (như gach cácborun) Đồng thời có loại gạch chịu lửa nằm trung gian loại loại samốt - cácborm, samốt-graphit Gạch chịu lửa cacbon Gạch chịu lửa cácbon sản xuất từ nguồn nguyên liệu chứa cácbon nguyên chất thành phần hồn tồn gồm cácbon lượng tạp chất nhò - Gạch bon chia làm ba loại: - Gạch cácbon từ sản phẩm cốc hoá (gạch cốc hoá); - Sản phẩm từ graphít nhân tạo (gạch graphít hố); - Sản phẩm từ graphít thiên nhiên (gạch gaphit) a) gạch cacsbon từ sản phẩm cốc hóa Nguyên liệu: thường dùng cốc than đá antraxit nhiệt phân nhựa than đá Sản phẩm nhiệt phân antraxit cốc đóng vai trò chất làm gầy nhựa than đá chất liên kết Nhưa than đá có tính dẻo, dính, liên kết tốt hạt vật liệu gầy kết khối tốt gạch chịu lửa nung Nếu mật độ sản phẩm thấp phụ thêm vào phối liệu graphit Thành phần antraxit nhiệt phân cốc yêu cầu: - Hàm lượng tro không lớn - 12%; - Hàm lượng lưu huỳnh không lớn 1-5% Than cốc nghiền nhỏ đến cỡ hạt khơng lớn 0,2mm antxit nhiệt phân đến - 10mm Phối liệu trộn máy đốt nóng nước nhiệt đem tạo hình nhiệt độ 90 - 1000C áp suất yêu cầu khoảng 30N/mm2 Sản phẩm nung lò gián đoạn hay lò buồng dùng nhiên liệu khí có bao nung samốt Các bao nung chít kín để tránh khơng khí xâm nhập, để hở sản phẩm bị rỗ xốp bị cháy phần Đối với sản phẩm lớn, nung phải bố trí lớp đệm cácbon tốt nung môi trường khử mạnh Nhiệt độ nung phụ thuộc vào mức độ graphit hoá than cốc thường dao động từ 1100 - 11500C, thời gian lưu nhiệt độ cực đại 20 - 30 Sản phẩm mộc nung theo chế độ nâng nhiệt sau: nhiệt độ < 3500C: - 4%/h; từ 350 - 8000C: 15 - 10%/h; >800OC: 15 - 20%/h; Thời gian nung tuỳ thuộc loại sản phẩm dao động từ 15 - 30 ngày Sản phẩm làm nguội với lò đến 40 - 600C bắt đầu dỡ sản phẩm Sản phẩm cốc hóa chứa 85- 92% cacsbon nhỏ 10% lưu huỳnh, hồn tồn khơng bị nóng chảy biến dạng nhiệt độ cao Sản phẩm có cường độ học kém, dễ gia cơng, tính chất cho bảng 1.10 Bảng 1.10: Tính chất sản phẩm cốc hóa Graphit hóa Tính chất Hàm lượng bon, % Mât biểu kiến, g/cm3 Đô xốp biểu kiến, % Giới han bền nén, N/mm2 Hệ số dãn nở nhiệt (0°900°C) 10-6, 1/độ Hệ sô' dẫn nhiệt (W/mK) - 200C - 500OC ở15000C Điện trở riêng 104, Ωcm Nhiệt độ bắt đầu ơxy hố, 0C - khơng khí - nước - khí CO2 Sản phẩm Cốc hoá >85 1,55-1.65 15-20 12-50 Graphit hoá 99 1.45-1.7 15-30 15-45 5,0-5,8 2.6 0,014 0,0185 0,023 46-60 0.359 0.232 0.058 10-25 375 650 750 450 700 900 b) Sản phẩm graphit hoá: nguyên liêu để sản xuất sản phẩm graphit hóa cốc dầu mỏ có độ tinh khiết cao Cốc tạo thành cốc hoá cặn dầu mỏ từ trình crắc kinh dầu mỏ Chất liên kết cặn Pek nhựa than đá chất liên kết tổng hợp nhựa phênol phoócmal đêhyt hay rượu Phurinốp Thành phẫn phối liệu 75% cốc lầu mỏ 25% chất liên kết Trước chuẩn bị phối liệu, cốc dầu mỏ lược nung ở1200 - 13500C để tách ẩm chất bốc Quá trình graphit hố thực lò điện trở pha (về nguyên tắc tương tự lò điện criptôn) nhiệt độ gần 25000C môi trường khử Sản phẩm graphít hố khác hẳn tính chất so với sản phẩm cốc hố (xem bảng 1-10) Nó*có độ đẫn điện, đẫn nhiệt lớn dễ dàng gia công học Q trình graphit hố làm tăng độ tinh khiết vật liệu cácbon q trình phần lớn tạp chất bị bay c) Sản phẩm graphit: sản phẩm graphit sản xuất từ nguyên liệu graphit thiên nhiên, chứa từ - 30% tro Graphit làm giàu phương pháp tuyển nổi, sau tinh luyện nhiệt, điện tương tự q trình hố nói - Các ơxyt kim loại khử thành bít chúng tiếp tục bị phân huỷ bị bay nâng cao nhiệt độ lò Do phải khử lượng tro nên phải tiêu tốn lượng lớn cácbon graphit nguyên liệu hiệu suất tạo sản phẩm nhỏ (60 - 70%) Vì người ta dùng graphit thiên nhiên để sản xuất gạch chịu lửa cácbon d) Tính chất ứng dụng: gạch chịu lửa cácbon ứng dụng nhiều lĩnh vực công nghiệp khác Do trị số môđun đàn hổi nhỏ, hệ số dãn nở nhiệt độ, độ dẫn nhiệt cao nên độ bền nhiệt vật liệu cao có khả bị nứt vỡ sử dụng Khi nâng cao nhiệt độ, độ bền học vật liệu chịu lửa cácbon tăng (trong khoảng nhiệt độ nhỏ 24000C gạch cácbon không bị thấm ướt xỉ lỏng luyện kim dù thành phần xỉ nào, gạch cácbon khơng bị phá hủy xâm thực hay ăn mòn xỉ phục vụ Đó đặc tính q Đáy tường lò cao xây gạch cácbon sử dụng - năm, độ dẫn nhiệt gạch lớn nên cần có thiết bị làm nguội đáy vỏ lò Sản phẩm samốt-graphit Sản phẩm samốt-graphit loại vật liệu sản xuất từ đất sét chịu lửa dẻo graphit có phụ gia samốt khơng có Dùng graphit để sản xuất vật liệu chịu lửa nhờ tính chất: - Độ dẫn nhiệt lớn, nhiệt độ thường gấp - lần so với samốt; - Hệ số nở dài nhỏ; 35 - Graphit khơng bị xỉ thấm ướt độ bền xỉ cao; - Có graphit độ dẻo phối liệu tăng; - Nhiệt độ nóng chảy graphit cao 3850 ± 500C; - Graphit cháy nhược điểm chúng, q trình cháy chậm Nếu có đất sét đất làm thành màng bảo vệ ngăn ngừa trình cháy chúng Sản phẩm samơt thấm than Gạch chịu lửa thấm than làm theo hai phương pháp -Thấm ướt sản phẩm samốt nhựa hay nhựa đường than đá sau gia công nhiệt; -Gia công nhiệt sản phẩm samốt dòng khí chứa ơxyt cácbon cácbua hiđro (như khí lò cốc hố) Q trình thấm cácbon tiến hành bể đốt nóng đặc biệt Gạch samốt đặt vỏ thép nhúng vào bể chứa nhựa đường nóng chảy, phần lớn bề mặt tiếp xúc với nhựa Nhiệt độ nhựa lúc nhúng gạch vào 2000C, sau nhúng gạch vào, tăng nhiệt độ đến 3000C (nhiệt độ sôi nhựa) trì đến lúc thấm ướt hồn toàn Thời gian thấm 24 Gạch sau thấm nhựa xong tiếp tục gia công nhiệt theo chế sau: nâng đến 700°C 24 giờ, trì 700°C sau làm nguội đến 1000C lấy sản phẩm 4.Gạch chịu lửa cacborun (SiC) Gạch cácborun loại gạch chịu lửa có chứa cácbua silic SiC với hàm lượng từ 20 - 99% lại chất kết dính vơ hữu a) Sản xuất cácborun: cácborun sản xuất từ hỗn hợp cát quắc (> 98% SiO2) than cốc giàu cácbon nghiền mịn, đem nung lò điện trở nhiệt độ 2000 - 22000C khoảng 26 - 36 Phản ứng tạo thành cácborun tiến hành theo hai pha: Si02 + 2C = Si (hơi) + 2CO Si (hơi) + C = SiC Hoặc: SiO2 + C = SiO +CO SiO +C = Si(hơi) + CO Si (hơi) +C = SiC Quắc cácbon bát đầu phản ứng gần 10000C, đến 1600 - 16500C tạo thành cácborun vơ định hình Nâng nhiệt độ đến 1900 - 20000C nhận cácborun tinh thể Tuy nhiên nâng đến 23000C SiC bị phá huỷ theo phản ứng SiC = Si + C , Thành phần khối lượng phối liệu dao động khoảng sau (%): - Cát quắc, quắtzit: 44,5 - 59; - Than angtraxit tro, cốc: 34 - 44; - Mùncưa: - 11; - Muối ăn: 0,8 Mùn cưa phối liệu làm cho sản phẩm có độ xốp cần thiết, xúc tiến 38 tạo khí phối liệu đặc biệt CO Muối ăn cho vào để loại trừ tạp chất sắt, nhôm cách tạo A1Cl3 FeCl3bay b) Sản phẩn cácborun: sản phẩm chịu lửa cácborun sản xuất sở chất liên kết khác tổng hợp trực tiếp trình gia công nhiệt như: gạch chịu lửa cácbonrun sở liên kết: Alumơsilicat, SiO2, nitrit, ơxynitric (còn gọi sản phẩm tự liên kết) liên kết hợp nhiều hợp chất chứa sillic SiỌ2, SiC, Si,N4,Si2ON2 Sản phẩm SiC liên kết alumôsilicat: đất sét dùng dạng hồ với số lượng - 20% Trong phối liệu có thêm phụ gia keo SSB Sản phẩm tạo hình cách đập, ép nung nhiệt độ 1350 - 14850C TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Công Dưỡng (chủ biên), Vật liệu học; Nhà xuất KHKT– 2000 B.N.ARZAMAXOV (Người dịch: Nguyễn Khắc Cường, Đỗ Minh Nghiệp, Chu Thiên Trường, Nguyễn Khắc Xương)Vật liệu học; Nhà xuất Giáo dục-2000 Nguyễn Đức Lợi (chủ biên), Vũ Diễm Hương, Nguyễn Khắc Xương, Vật liệu kỹ thuật nhiệt lạnh, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội - 2012 Lê Thị Chiều, Vật liệu kim loại kỹ thuật, Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội – 2015 Lê Thị Chiều, Nguyễn Dương Nam; Vật liệu sử dụng tàu thủy; Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội – 2013 Nguyễn Đăng Hưng, Kỹ thuật sản xuất vật liệu chịu lửa, Nhà xuất Giáo dục, 1996 Trần Văn Địch, Ngô Tri Phúc, Sổ tay tra cứu mác thép giới; Nhà xuất khoa học - kỹ thuật, 2002 ... Các loại vật liệu chịu lửa Vật liệu chịu lửa loại vật liệu dùng để xây lắp lò thiết bị cơng nghiệp làm việc nhiệt độ cao Theo quy ước chung, vật liệu gọi vật liệu chịu lửa có độ chịu lửa lớn 15800C,... Tính chất điện vật liệu chịu lửa định chất vật liệu - Giữa điện trở R vật liệu chịu lửa nhiệt độ Đặc trưng tính chất vật liệu chịu lửa điện trở đo Đa số vật liệu chịu lửa 10000C, điện trở dao... chất sử dụng vật liệu chịu lửa Độ chịu lửa Độ chịu lửa vật liệu khả chống lại trình biến dạng chi tiết làm việc nhiệt độ cao Độ chịu lửa tính chất để xác định khả sử dụng vật liêu chịu lửa, phụ thuộc