Bài giảng Công nghệ vật liệu cách nhiệt - Chương 4: Vật liệu gốm cách nhiệt

Bài giảng Công nghệ vật liệu cách nhiệt - Chương 4: Vật liệu gốm cách nhiệt tìm hiểu về nguyên vật liệu chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt; một số phương pháp tạo rỗng có thể sử dụng trong sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt; các quá trình hóa lý diễn ra khi nung; công nghệ sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt.

Chương 4: Vật liệu gốm cách nhiệt I Giới thiệu chung: II Nguyên vật liệu chế tạo vật liệu GCN: III.Một số phương pháp tạo rỗng sử dụng sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt: IV.Các trình hóa lý diễn nung: V Cơng nghệ sản xuất vật liệu GCN: I Giới thiệu chung: Vật liệu gốm cách nhiệt loại vật liệu tạo thành từ khối ceramic có chứa phụ gia cháy (than nghiền, mùn cưa), cốt liệu rỗng (peclit – có khơng) hay từ khối ceramic tạo rỗng bọt kỹ thuật khơng có cốt liệu rỗng Sau đưa sấy nung để ổn định cấu trúc  Vật liệu gốm cách nhiệt loại vật liệu cách nhiệt nhiệt độ cao, nên chúng thường sử dụng để cách nhiệt bảo vệ lò nung, buồng đốt, thiết bị làm việc điều kiện nhiệt độ cao  II Nguyên vật liệu chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt: Diatomite trepen:  Trong chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt, loại nguyên liệu thường hay sử dụng diatomite trepen  Diatomite chủ yếu tạo thành từ xác tảo diatomite có lẫn tạp chất từ khống sét hạt mịn, có nhiệt độ nóng chảy lên đến 1700oC độ rỗng khoảng 80 ÷ 85%  II Nguyên vật liệu chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt:  Trepen tạo thành từ tích tụ xác phần tảo diatomite phần lại loại sinh vật khác sống nước biển hay từ khống vật vơ opal, chanxedon Có cơng thức chung mSiO2.nH2O II Nguyên vật liệu chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt: Thành phần hóa học diatomite trepen: 74,1 ÷ 92,5% Al2O3: 1,5 ÷ 11,3%  SiO2:  CaO: 0,52 ÷ 2,1% Fe2O3: 0,4 ÷ 5,5% 0,2 ÷ 1,0% MKN: 4,3 ÷ 10%  MgO:  Nhận xét: diatomite trepen có lượng nung lớn, nhờ vật mà phối liệu có chứa diatomite trepen sau nung có độ rỗng xốp cao  II Nguyên vật liệu chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt: Đất sét:  Đất sét loại đá trầm tích học hạt mịn, hợp thành từ phần tử khống dẻo có kích thước 0,01 ÷ μm   Theo thành phần khoáng vật, đất sét gồm khoáng dẻo alumo silicat ngậm nước (công thức chung mAl2O3.nSiO2.pH2O) tạp chất vô cơ, hữu II Nguyên vật liệu chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt:      Trong đất sét, hạt sét thường có kích thước (0,01 ÷ μm), cịn hạt có kích thước lớn hơn, hạt thơ từ 2μm trở lên sét mà tạp chất Đất sét phân thành loại dựa vào nhiệt độ chịu lửa: Đất sét dễ chảy: có nhiệt độ chịu lửa < 1250oC Đất sét khó chảy: có nhiệt độ chịu lửa 1300 ÷ 1500oC Đất sét chịu lửa: có nhiệt độ chịu lửa > 1500oC II Nguyên vật liệu chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt:    Phụ gia cháy: Loại phụ gia cháy sử dụng phổ biến than đá nghiền mịn (mạt than antraxit hay than cốc), mùn cưa đơi sử dụng licnhin (phế thải cơng nghiệp sản xuất giấy) Lưu ý: q trình sản xuất loại vật liệu cách nhiệt tạo rỗng theo phương pháp dùng phụ gia cháy giai đoạn đầu trình nung sản phẩm cần thực mơi trường oxi hóa II Ngun vật liệu chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt: Sa mốt nghiền:  Trong sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt, sa mốt nghiền đóng vai trị phụ gia gầy có tác dụng giảm độ co phơi sấy nung  Sa mốt nghiền sử dụng phải có độ nghiền mịn nằm khoảng 3400 ÷ 3900 cm2/g (xác định theo phương pháp đo tỷ diện tích bề mặt); khối lượng thể tích đổ đống khoảng 1150 ÷ 1200 kg/m3  II Nguyên vật liệu chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt: Chất tạo bọt:  Trong sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt sản phẩm tạo rỗng theo phương pháp tạo bọt ta dùng số loại chất tạo bọt sau: chất tạo bọt xà phịng – keo nhựa thơng, nhựa saponin, huyết thủy phân  III Một số phương pháp tạo rỗng sử dụng sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt: Tùy theo phương pháp chuẩn bị phối liệu, thành hình sản phẩm (phương pháp ướt, phương pháp dẻo hay phương pháp bán khô) mà vật liệu gốm cách nhiệt tạo rỗng theo phương pháp  Phương pháp tách chất tạo rỗng:  Phương pháp tạo bọt:  III Một số phương pháp tạo rỗng sử dụng sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt: Phương pháp tách chất tạo rỗng: sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt dùng phương pháp tách chất tạo rỗng bao gồm số dạng sau:  a Phương pháp tăng lượng nước nhào trộn:  Theo phương pháp độ rỗng tạo nước bay để lại lỗ rỗng  III Một số phương pháp tạo rỗng sử dụng sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt: Vật liệu gốm cách nhiệt tạo rỗng theo phương pháp có độ rỗng thấp nên phương pháp sử dụng, nhiên dùng kết hợp phương pháp với phương pháp khác để làm tăng phần độ rỗng sản phẩm  Ví dụ phối liệu thành hình chuẩn bị theo phương pháp ướt thường chứa lượng nước lớn (w = 35 ÷ 40%)  III Một số phương pháp tạo rỗng sử dụng sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt: b Phương pháp dùng phụ gia cháy:  Trong sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt, phương pháp tạo rỗng sử dụng phổ biến nay, sử dụng phương pháp tạo rỗng cho phép sử dụng phương pháp tạo hình sản phẩm từ phối liệu có độ ẩm thấp, phương pháp tạo hình dẻo hay phương pháp tạo hình ép bán khơ  III Một số phương pháp tạo rỗng sử dụng sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt: Phương pháp tạo bọt:  Trong sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt ta sử dụng phương pháp tạo rỗng cho sản phẩm phương pháp tạo bọt  Theo phương pháp phụ gia tạo bọt đưa vào trộn trực tiếp với hỗn hợp tạo hình lỏng hay trộn hỗn hợp tạo hình lỏng với bọt chuẩn bị trước tạo hỗn hợp xốp có độ rỗng xác định  III Một số phương pháp tạo rỗng sử dụng sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt:   Nhận xét: hiệu tạo rỗng phương pháp tạo bọt dùng sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt khơng cao, nhiên ta dùng kết hợp phương pháp với phương pháp tạo rỗng khác để làm tăng phần độ rỗng cho sản phẩm Ví dụ dùng kết hợp phương pháp tạo bọt với phương pháp tăng lượng nước nhào trộn (hỗn hợp tạo hình chuẩn bị theo phương pháp ướt có độ ẩm cao w = 35 ÷ 40%) IV Các q trình hóa lý diễn nung: Khi nung khối ceramic trình nung diễn chủ yếu q trình thiêu kết, nhờ thành phần nguyên vật liệu ban đầu quyện chặt với biến thành dạng đá  (có thể xem lại phần “Q trình hóa lý diễn nung” Chương – môn Vật liệu xây dựng môn Công nghệ gốm xây dựng)  V Công nghệ sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt: Công nghệ sản xuất sản phẩm cách nhiệt diatomite (D): Công nghệ sản xuất sản phẩm cách nhiệt diatomite nung sử dụng phụ gia cháy tạo rỗng thực theo trình tự  Diatomite sau sấy, nghiền mịn trộn với phụ gia cháy tạo rỗng (loại phụ gia cháy sử dụng trường hợp mùn cưa) => trộn khô hỗn hợp A  V Công nghệ sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt: Hỗn hợp A sau làm ẩm, cách cho nước vào trộn ẩm => hỗn hợp B  Hỗn hợp B sau cho vào máy ép lento để tạo hình sản phẩm => bán thành phẩm C (hay sản phẩm mộc)  Bán thành phẩm C sau sấy nung tạo thành sản phẩm cách nhiệt diatomite nung D  V Công nghệ sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt:    Trong trình nung, phụ gia cháy tạo rỗng mùn cưa bị cháy tạo cấu trúc rỗng, đồng thời lượng nung (4,3 ÷ 10%) diatomite góp phần tạo cấu trúc rỗng cho sản phẩm, phần rắn diatomite bị thiêu kết tạo cường độ cần thiết cho sản phẩm Tính chất số sản phẩm gốm cách nhiệt diatomite nung sử dụng phụ gia cháy tạo rỗng (mùn cưa) trình bày bảng sau: Ghi chú: D kí hiệu cho sản phẩm gốm cách nhiệt diatomite nung Mác sản Khối Độ dẫn nhiệt (w/m.oC) phẩm lượng thể Cường độ (theo khối tích trung nén (Mpa) lượng thể bình Đo o Đo 25 C tích) (kg/m3) 350oC D – 500 420 ÷ 525 0,6 0,116 0,186 D – 600 525 ÷ 630 0,6 0,139 0,209 V Công nghệ sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt:         Công nghệ sản xuất vật liệu chịu lửa nhẹ sa mốt: Thành phần phối liệu để sản xuất vật liệu chịu lửa nhẹ sa mốt theo phương pháp tạo bọt kết hợp phương pháp tăng lượng nước nhào trộn gồm có: Đất sét chịu lửa: 15 ÷ 20% Sa mốt nghiền: 80 ÷ 85% Chất tạo bọt: 1,5 ÷ 1,7% Độ ẩm khối ceramic tạo bọt: 35 ÷ 37% Độ nghiền mịn phối liệu thành hình sản phẩm sa mốt nhẹ loại B khoảng 5500 ÷ 6000 cm2/g Tính chất sản phẩm gốm cách nhiệt sa mốt nhẹ loại B tạo rỗng theo phương pháp tạo bọt kết hợp phương pháp tăng lượng nước nhào trộn trình bày bảng sau: Khối lượng thể Cường độ tích trung nén (Mpa) bình (kg/m3) 400 ÷ 600 ÷ 2,5 Độ chịu lửa (oC) 1680oC Độ dẫn nhiệt (w/m.oC) Độ bền nhiệt (số lần) Đo 350oC Đo 850oC 0,545 2÷3  Theo độ chịu lửa, vật liệu chịu lửa nhẹ sa mốt phân thành loại sau: Loại Độ chịu lửa (oC) Hàm lượng Al2O3 (%) O 1750 40 ÷ 45 A 1730 38 ÷ 42 B 1670 32 ÷ 38 C 1580 30 ÷ 34  CÂU HỎI LT CHƯƠNG 4: ... thiết bị làm việc điều kiện nhiệt độ cao  II Nguyên vật liệu chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt: Diatomite trepen:  Trong chế tạo vật liệu gốm cách nhiệt, loại nguyên liệu thường hay sử dụng diatomite... kỹ thuật khơng có cốt liệu rỗng Sau đưa sấy nung để ổn định cấu trúc  Vật liệu gốm cách nhiệt loại vật liệu cách nhiệt nhiệt độ cao, nên chúng thường sử dụng để cách nhiệt bảo vệ lò nung, buồng... 630 0,6 0,139 0,209 V Cơng nghệ sản xuất vật liệu gốm cách nhiệt:         Công nghệ sản xuất vật liệu chịu lửa nhẹ sa mốt: Thành phần phối liệu để sản xuất vật liệu chịu lửa nhẹ sa mốt