Những tính chất quan trọng nhất xác định trực tiếp khả năng của VLCL chống lại các nhãn tố phá hoại trong mỏi trường làm việc của nó là:
- Độ chịu lửa
- Cườnc độ xây dưng ở nhiệt độ cao (nhiệt độ hiến dạng dưới tải trọng) - Sự ổn định thể tích ở nhiệt độ cao
- Độ bền nhiệt - Độ bền xỉ
Ngồi ra cịn có mót sơ tính chất: - Độ dẫn điện
- Nhiệt dung riêng
- Cấu trúc của VLCL . độ xốp. và độ thơng khí - Tính chất CƯ học ở nhiệt độ ihường
Để Ihuận tiện trong sản xuất neười ta quy định những tiêu chuẩn cụ thể để xác định trực tiếp các tính chất đó.
1.5.1. Đ ộ ch ịu lử a c ủ a v ậ t liệu. > K h á i niệm :
Độ chịu lửa của vật liệu là khả năng chông lại tác dụng của nhiệt độ cao. khơng bị nóng chảy
> Cách x á c đ ịn h độ c h ịu lửa
Độ chịu lừa được xác định bằng nhiệi độ gục của CƠI1 hình chóp cụt được làm hằng vật liệu đó, dài 30mm hai đáy là tam giác đều có cạnh Hmm và 2mm. được đặt vng góc trên đ ế và nung trong lị điện. Nhiệt độ này chính là giới hạn làm việc của VLCL và thường thấp hơn nhiệt độ nóng chảy của nó. Các vật liệu làm cơn được nghiền mịn qua sàng 900 lỗ/ cm2.
Cỏn (1) và (3) biết trước độ chịu lửa (con tiêu chuẩn) côn (2) là cỏn thực
nghiệm.
Đặt 3 cỏn lẻn đế. sau đó đặt đế vào lị điện sao cho lị phải có nhiệt độ đổng đều trong toàn bộ thể tích lị. Khi nhiệt độ tăng thì pha lỏng tăng ,độ nhớt ẹiảm đến một nhiệt độ chính xác (tuỳ theo vật liệu thử ) khối tháp trụ cụt mềm ra và cons lại. khi đáu của cỏn tháp cụt chcỊm tới mặt phảng nằm nsang
của đ ế thì nhiệt độ • • tưưns. Ü ứng với thời điểm đó soi là nhiệt đỏ £UC của côn hayc - ơ • • • c . J sọi ià độ chịu lửa (hình vẽ 2)
Dùng 3 cỏn để thu hẹp độ chịu iửa lại. Đê chính xác cao hơn người ta dùng tổ còn khác nhau. Độ chịu lửa giữa côn (ĩ) và (3) sẽ thu hẹp dần. Khoảng nhiệt độ giãn hai côn sẽ xác định độ chịu lửa của cơn (2) chính xác hon.
> M ụ c đích xác định độ ch ịu lửa.
Đề đánh giá so sánh độ tinh khiết của nsuvén liệu, của sản phẩm. Đê so sánh giữa vật liệu này với vật liệu khác chứ khóng phải để xác định nhiệt độ sử dụng lớn nhất của chúng. Độ chịu lừa phụ thuộc thành phần khoáng hoá cùa nguyên liệu và của sản phẩm khi cỡ hạt đã đạt vêu cầu.
- Các yếu tó ảnh hư ở ng đến độ chịu lửa
• Tóc độ nàng nhiệt:
- Tăng tốc độ dản nhiệt trong lò ở giai đoạn vật liệu đã mềm thì độ chịu lửa tăng do độ nhớt thay đổi rất ít khi ta tăng tốc độ náns nhiệt.
- Thay đổi tốc độ náng nhiệt trước giai đoạn kết khối thì khơng ảnh hướng đốn độ chịu lửa.
- Nếu cùng tăng lốc độ nâng nhiệt 2°- 7°/phút của hai cơn khác nhau thì độ tăng nhiệt độ eục của hai côn cũng khác nhau (tất nhicn hai côn làm từ hai vật liệu khác nhau).
N guyên n h ã n : Do ảnh hướng của tốc độ nâng nhiệt độ nên tốc độ phán ứng
hoá học tạo thành pha lỏng ở các vật liệu khác nhau Ihì khóng giống nhau nên người la quy ước khi thử độ chịu lửa tốc độ tăng nhiệt 4-6°/phút từ nhiệt độ kết khối trở đi,.
» Thành phần hạt (độ phân tán cua hạt)
Nếu hat vậi liệu càng lớn thì nhiệt độ gục của cơn càng cao.
Nguyên n h ả n:D o kích thước hạt tăng, bề mật tiếp xúc với pha lỏng, giảm,
điều kiện để lạo ra điểm etecti kém , lương pha lỏng tăn s chám. nhiệt độ cục cua côn tăng lên.
Ví dụ: Sán phẩm sam ot có 50% đất sét. 50% quắc Cỡ hạt 0,5m m thì độ chịu lứa 1710°c
Còn cỡ hạt 0,06 mm thì độ chịu lửa 1640°c
Nếu tăng nhiệt độ với tốc độ chậm 2-3% /phút. thì thành phần hạt ảnh hưởng rất ít đến độ chịu lửa.
• Mơi trường khí.
Vật liệu chịu lửa có chứa oxit Fe11, Fem cho thấy độ chịu lửa của VLCL chứa Fe11 nhỏ hơn độ chịu lửa của VLCL chứa Fe111
• Độ chịu lửa mịi trường khử nhỏ hơn mịi trường ỏxi hố
M ói irường
F e '+ ---------- ► F e24
Thông thườnc chọn môi trường ôxi hoá (trừ đinai chọn mỏi trường khứ)
BẢNG 18: ĐỘ CHỊU LỬA CỦA MỘT SÔ VLCL THÔNG DỤNG [3]
Loại vật liệu Độ chịu lửa (°C) Loại vật liệu Đó chiu lửa (°C)
Quác 1730-1750 Bán axit 1610-1710
Đinal 1710-1720 Cao aluminc 1780-2000
Đál sét chịu lứa 1580-1750 Manhezi > 2000
Cao lanh 1740-1770 Forslerit 1800-1850
Samot 1610-1750 Crom - manhezi > 2000
Đolomit > 2000
1.5.2. C ư ờ n g độ x ây d ư n « (n h iệ t đ ộ biến d ạ n g dưới tả i t r o n « )
- K h á i n iệ m, bản chát
Kha nàng chịu tải Irọng của vật liệu ở điều kiện làm việc được, gọi là cường độ xây dựng.
Tính chất này được xác định bằng nhiệt độ biến dạng dẻo ở tải trọng tĩnh 2kg/cm : . Thực tê tải trọng chịu đựnc cúa vật liệu trong các lị nung cơng nghiệp nhó hơn nhiều so với tải trọng ta kiểm tra 0,51kg/crrr.
Khi xâv lò bằng gạch chịu lửa các lớp lót bị đốt nóng một phía, phần lanh chịu tải trọng lớn hơn phần nóne những ở vịm lị hoặc các bệ đỡ. các chân ván chịu lứa. Khi đốt nóng một phía, hav các phía thì vật liệu mềm ra. bị phá huỷ hởi tải trọng và nhiệt độ, ở vòm lò chịu tải ưọng chính, khi đốt q nóng so với sự chịu đimg của nó thì sẽ bị võng, bị lún và bị biến dạng dẫn đến phá huỷ. Các tường thẩng đứnc, do trọng lượng của toàn thân tăng, nó quá nậnc kết hợp với nhiệt độ tác dụng vật liệu cũng bị mềm ra biến dạng gây sụt lở tường lị.
Ngồi yếu tồ' tài trọng và nhiệt độ, dồng thời cịn có lác dụng cùa bụi xỉ, hụi quậne, các mói irưừng khí thay đổi làm cho phán khoáng hoá cùa sản phẩm chịu lửa cũns bị hiến đổi, tăng lượng pha thuỷ tinh hay tăng thuỷ tinh dễ chày làm cường độ hi hạ thấp.
Cườnc độ biên dạng dưới tải trọng, biên dạng có giá trị rấi lớn ờ vòm lò và các chi đốt. Cường độ biến dạng dưới tải trọng là chí liêu rất quan Irọng nó đặc irinm cho cườnu độ xáv dựnc cùa sản phẩm ờ một giới hạm nhiệi độ mà ờ nhiệt đó đó tài tro ne cơ học và chỉ tiêu này phản ánh đúnc đán nhát khá năng sử dụnc VLCL trong diều kiện cụ thể cùa lị cơng nghiệp.
> Cách xác định
Đò xác định nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng người ta lạo mảu hình trụ có dườne kính 36mm cao 50mm. Mẫu này được dạt tronu lò điện Cripton dưới tải irọnc
2k2/cm \ bén cạnh có hê thốne tự chi sự biến dane của mẫu.• • c • c • • G
TỐC độ tãng nhiệt độ 4° - 5°/phút kê từ lúc nhiệt độ kết khối của sản phám, quá irình hiến dạng sẽ dược máy tự ghi ở ba nhiệt độ.
Nhiệt độ băi đầu biến dạne ứng với mảu lún 3mm nhiệt độ hiến dạns 49r so với chiều cao ban đẩu là 2mm nhiệt độ phá huỷ lún 40% ■ ■
BẢNG 19: NHIỆT ĐỘ BIẾN DẠNG DƯỚI TẢI TRỌNG CỦA MỘT s ố VLCL [3]
Loai VLCL Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng 2kg/cnr
Bát đáu 4% 40% Đi nat 1650 - 1670 Bán axit 1400 1430 1500 Samot B 1250 1320 1500 Samoi A 1400 1470 1600 Cao lanh 1450 1550 1650 Co run 1870 1900 - Manhezi 1550 - 1580 Crom-manhezi 1450 - 1480 Forsterit 1550 - 1650 Đolomii 1550 1630 1650
Hình (3) (lương cong biến dạng dưới lải trọng một vài VLCL Ị9Ị (1): Đi nat (2): Manhezi (3): Cao alumin (4): Samot A (5): Samot B (6) Bán axil
> Cúc yếu tố ảnh h ư ở n g đéìĩ n hiệt độ biến d ạ n g dưới tải trọng
• Thành phần khống, sự có mặt của pha tinh thể cấu trúc của pha tinh thể, tỷ lệ giữ pha linh thể và pha thuỷ tinh.
Ví dụ dUí'mc cong (1) đường cong biến dang dưới tải trọng của đinal. Đinat có nhiêt đô bien (Jane cao do nó có khốnc triđimit khốnc này có cấu trúc• • c c G? J
mạng lưới rất bền vữns: sắp xếp rồi len đan vào nhau chặt chẽ nhiệt độ biến dạng cao 1650-1670°c Mặt khác lượng pha Ihuỷ tinh của đinat chiểm 10- 15%. Nhưng có độ nhớt lớn nên nhiệt độ biến dạng cao nhiệt độ chênh lệch lúc han đẩu 4% rất nhỏ do độ nhớl thay đổi đột ngột . Đinat chỉ bị phá huỷ khi triđimit bát đầu nóng chảy nên đường cong càng dốc.
ơ đường cong (2) đường cong biến dạng dưới tải trọng của vật liệu manhezi có chứa 92% MgO khoáng periclaz độ chịu lửa 2 3 0 0 °c 8% chất liên
kết , nhưnu chất liên kết lại hao gồm các chất dẻ chảv và pha thuv tinh dễ chảy do đó nhiệt độ hiến dạng dưới tải trọng của manhezi không cao, thuộc chất liên kết vì pha tinh thể khơng có cấu trúc chật chẽ, độ nhớt thay đổi đột ngột khi tăng nhiệt độ. khoảng biến đổi manhezi rất ngần, đường cong dốc đứng, độ nhớl lãng dản đến nhiệt độ biến đang dưới lải trọng tăng.
Ớ dường cong (3) các tinh thể corum rất bền vừng do đó độ nhới thay đổi từ từ theo nhiệt độ nên đường cong thoai thoải.
• Độ nhới của pha lỏng ảnh hưởng đến nhiệt độ hiến dạng dưới tải trọng đặc hiệt pha thuỷ tinh và pha tinh thể dễ chảy độ nhớt nhỏ và biến đổi nhanh theo nhiệt độ thì nhiệt độ biến dạng càng giảm.
• Thành phần cỡ hạt và cấu trúc của sản phẩm. Nếu sản phẩm đặc chắc, Ihành phần hạt hợp ]ý thì độ hiến dạng dưới tải trọng cao nhưng ở nhiệt độ phá huỷ, cấu trúc sản phấm khơng cịn ý nghĩa.
• Tạp chất có trong sản phẩm : Khi có mặt tạp chất dễ tạo ra pha lỏng ở nhiệt độ thấp và lưựng pha lỏng nhiều dẫn đến nhiệt độ biến dạnc dưới tải trọng siảm .
C-
Trong bốn yêu tố trén thì thành phẩn khống, cấu trúc là ảnh hưởnũ rõ
rệt nhất. Nizoài ra mộl số chất trợ dunc cũng làm giảm nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng.
Ví dụ: Các sán phẩm samot cho thêm chất kiềm Na:0 . K:0 thì nhiệt độ biến dạng giảm, các sản phẩm manhezi cho thêm SiO,; sản phẩm điriat cho thêm A1:0 , làm cho nhiệt độ biến dạnc giảm.
Trong thực tê qui ước chọn t°ev tới hạn nàm giữa nhiệt độ bắt đầu biến dạng và nhiệt độ biến dạng 4% chiều cao ban đầu.
Nhược điém: Việc xác định nhiệt độ hiến dạng chỉ có tính chất định tính,
độ chính xác khơng cao do đó sự biến dạng của mẫu trong điều kiện tăng nhiệt độ của lò liên tục, nhiệt độ của lò lớn hơn nhiệt độ của mẫu, bản thân mẫu không được đốt nóng đều. Mặt khác mẫu có thể bị biến đổi cấu trúc, có thê co phụ hoặc nở phụ trong quá trình náng nhiệt độ, nhưng chỉ đo được biến dạnc khơng đàn hồi do đó khơng phản ánh đúng mức độ biến dạnc khi nung, khône xác định được vận tốc biến dạng ở các nhiệt độ khác nhau.
1.5.3. Đ ô ổn đ ịn h th ẻ tích ỏ n h iệt độ cao > K h á i niệm và bản chát
Trong quá uình làm việc, hên tronc, viên gạch chịu lửa thường xảy ra sự biến đổi thành phan pha. sự lái kết linh, sự kêì khối phụ dẫn đến hiện tượnũ co hoặc dãn viên gạch. Sự co làm bong vữa \ảy và lớp lót lị. và phá huy chúng.
Còn sự dãn nêu khơng lớn lám, có lác dụng tăng cường độ của lớp lót lị do chúng xít đặc lại đặc biệt là vòm lò, nếu sự dãn lớn dẫn đến phá huỷ vịm lị, vì thế. sự ổn định thể tích của VLCL là điều kiện cần thiết để sử dụng chúng ở iứiững cấu trúc chịu lải trọng trong lị cơng nghiệp.
Đa số vật chất đều co phụ. Sản phẩm co phụ: samot, cao alumine, manhezi . crom- manhezi spinel, đolơmi... một số nở phụ do tói kết tinh một số vật chất có mật độ thực (mật độ thưc của vật chất han đầu )
V í du: dinal (quác) _____ ^ triđimit. cristobalit
2,65g/cmJ 2.2 đến 2,32g/cm 3
Nguyên nhan CO'. Do vật liệu ban đầu nung chưa hoàn thiện, thời gian
nung chưa thích hợp. nhiệt độ nung chưa thích hợp hoặc thời gian lưu ỏ' nhiệt độ cao chưa thích hợp.
Khắc phục: Nung ở nhiệt độ cao đúnc của nó. lưu ở nhiệt độ cao đúng
thời gian lưu. không được nung nhiệt độ quá cao ở điểm kết khối, giảm co phụ bằng cách cho vào phối liệu các phụ gia dãn nở để hù trừ sức co.
Ví dụ: samot từ đất sét cho thêm quắc > C ách xác định
Để xác định độ ổn định Ihê tích của VLCL người ta nung viên gạch ở nhiệt độ làm việc khoảng 2-3 giờ và xác định biên đổi thể tích theo cóng ihức sau: AV = (V - Vo)/Vo
V- Thể tích sản phám sau khi nung Vo - Thể tích sản phẩm trước khi nung Nếu AV > 0 Thì sản phẩm nở phụ
AV <0 Sản phẩm co phụ
Tiêu chuẩn cho phép của VLCL là AV <1%
- C ác xéu t ố ả n h h ư ở n g
Chế độ nhiệt: Nhiệt độ nung han đổu và nhiệt độ khi sử dụnu Thời gian lưu ở nhiệt độ cao khi nung ban đầu và khi dúno Thời gian nung sản phẩm và thời gian sử dụng
1.5.4. D ã n nỏ n h iệ t
Dãn nở nhiệt là sự co dãn theo nhiệt độ. Các VLCL khi đốt nóng thườnc bi dãn nỏ' ra và sau khi làm nguội nó lai trở về thể tích han đầu. Sư dãn nở nàv khác với sự (Jãn nỏ' phụ. do sự biến đổi thành phần pha và cấu trúc của vật liệu. Úng suất có thế suất hiện trong sản phẩm khi ta đốt nóng hay làm nguội nhanh, ühü suất này phụ thuộc độ dãn nở nhiệt của sản phẩm, hay dãn ở nhiệt anh hưởng đến độ bền nhiệt của sán phẩm. Dãn nở nhiệt phụ thuộc thành phần khoáng hoá của sản phẩm và không lác dụng vào cấu trúc của sản phẩm . mật độ của sản phẩm, cường độ của sản phẩm.
Các chỉ số đặc trưnc cho dãn nở nhiệt là:
Hệ số dãn nở trung bình: On^CLt - Lo) /Lo(t - to)
Hệ sổ dãn nở thực : aj-= (l/L).(dL/dt)
Dãn nở nhiệt phần trăm: a (%) = (Li - Lo)/Lo . 100(%)
Trong đó: Lo - chiều dài mẫu ở nhiệt độ to (t°phòng, t( const)
L - Chiều dài mẫu ở nhiệi độ t (t° đo) clL/dt- Biến đổi chiều dài theo nhiệt độ t(, - nhiệt độ phòng, t nhiệt độ đo.
Độ bền của VLCLkhơng phải chí phụ thuộc vào CXTÍ1 mà cịn phụ thuộc vào a T. hệ số này đặc inrnc cho tính dãn nở đồng đều của vật liệu.
BẢNG 20: ĐỘ DÃN NỞ NHIỆT TRUNG BỈNH CỦA MỘT s ố VLCL . [3]
Tên VLCL a TO trong khoảng 20" - 100° (x .10'6)
Samol 4,5-6
Cao lanh 4,5-5,5
M ulil (70% M A ) 5,5-5,8
Mulit - Corun (80-90% AKO.0 7-7.5
M anhezi (90-92% MgO) 14-15
Cromit 9-11
Đinat 11,5-13
Người ta có the đo hệ sỏ dãn nở nhiệt (%) trone khoảng nhiệt độ hoặc ở
nhiệt độ bái kỳ khi biếl a ra.
a% của sản phám samot ở nhiệt độ t khi biếi (Xpi, là a % = Oj-j, . I. 100 (%)
Trong mỗi sản phẩm có thể dãn nỏ' khơng donc đều khi thay đổi nhiệt độ. Đẽ thay cho dãn nở đồng đều dùng Op
Khi biết được tính dãn nị' nhiệt của sản phẩm mà người la xây gạch chịu lửa để khe hở hợp lý để bảo vệ các cóng trình.
1.5.5. C á c t ín h c h á t v ậ t lý