Vật liệu chịu lửa - Chương 3 docx

VLCL Sămôt Sămôt là loại VLCL chứa AL2O3 30-40% , sản xuất từ đất sét và cao lanh chịu lửa cộng với phụ gia gầy Sămôt tức đất sét đã nung đến kết khối hoặc đất sét không dẻo cộng chất kế

Chương 3 VLCL Sămôt

Sămôt là loại VLCL chứa AL2O3 30-40% , sản xuất từ đất sét và cao lanh chịu lửa cộng với phụ gia gầy Sămôt (tức đất sét đã nung đến kết khối) hoặc đất sét không dẻo cộng chất kết dính là đất sét và cao lanh Sămôt là sản phẩm nằm trong họ alumosilicat Tùy theo hàm lượng Al2O3 trong sản phẩm mà họ này chia làm 3 loại như sau:

- Bán axit Al2O3 ≤30% (15-30%)

-Sămôt Al2O3 = 30-45%

- Cao Alumin Al2O3>45%

I/ Thành phần pha của các loại gạch chịu lửa alumosilicat

VLCL thuộc nhóm alumosilicat có cấu tạo chủ yếu từ SiO2 và Al2O3 Các oxyt khác có trong sản phẩm là các tạp chất Thành phần và hàm lượng của tạp chất này phụ thuộc vào độ tinh khiết của nguyên liệu ban đầu Hàm lượng Al2O3

dao động trong khoảng lớn từ 10-15% ở sản phẩm bán axit đến 99-100% ở sản phẩm cao alumin Sự thay đổi thành phần hóa học của sản phẩm alumosilicat tương ứng với sự thay đổi thành phần pha của chúng Từ thành phần pha ta có thể phán đoán được tính chất của sản phẩm

Trong kỹ thuật sản xuất sản phẩm alumosilicat chủ yếu dựa vào biểu đồ trạng thái 2 cấu tử Al2O3-SiO2 Từ biểu đồ này cho phép ta xác định được sự biến đổi thành phần pha và tính chất của chúng

Qua biểu đồ này ta thấy:

- Đối với thành phần chứa Al2O3 từ 5,5-71,8% có 1 pha bền vững đến

18500C là mulit A3S2 (71,8% Al2O3+28,2 % SiO2) Lượng mullit tạo thành phụ thuộc vào hàm lượng Al2O3 Ở nhiệt độ cao, ngoài lượng mullit ra chúng còn tạo 1 lượng pha lỏng có thành phần gồm lượng SiO2 dư lại sau khi đã kết tinh mullit và phần lớn các oxyt tạp chất Các oxyt tạp chất đóng vai trò chất trợ dung làm cho pha lỏng xuất hiện sớm hơn.Nếu không có chúng pha lỏng chỉ xuất hiện ở1595 0C ứng với 5,5% Al2O3 và 94,5% SiO2

- Với Al2O3> 72% có 2 pha bền vững hơn cả là mullit và corun.

- Trong phạm vi thành phần có Al2O3 từ 72-78% , mullit tạo thành dung dịch rắn với corun, pha lỏng chỉ xuất hiện ở 1850 0C và thành phần ứng với điểm nóng chảy là 79% Al2O3 + 21% SiO2 Như vậy vật liệu chứa Al2O3 trên 72% sẽ có nhiệt độ mềm rất cao Tuy nhiên thông thường trong nguyên liệu còn có tạp chất với 1 lượng từ 2-3% nên nó hạ thấp điểm nóng chảy xuống và tăng lượng pha lỏng lên Đó là nguyên nhân làm nhiệt độ mềm của gạch mullit hạ xuống còn

1620-1650 0C

Khảo sát biểu đồ trạng thái Al2O3-SiO2 cho ta kết luận: Nếu tăng hàm lượng Al2O3 sẽ tăng nhiệt độ chịu lửa và nhiệt độ mềm của các vật liệu alumosilicat Tuy rằng tính chất của vật liệu này không chỉ phụ thuộc vào hàm lượng Al2O3 mà còn phụ thuộc vào hàm lượng và tính chất của các tạp chất

II/ Nguyên liệu sản xuất VLCL Sămôt

Là đất sét và cao lanh chịu lửa

1/ Nguồn gốc:

Đât sét chịu lửa là các mảnh vỡ của quặng trầm tích, là các loại hydro alumosilicat phân tán rất cao, khi hợp nước nó cho ta một khối dẻo, duy trì được hình dạng sau khi sấy và có cường độ như đá sau khi nung

Quặng đầu tiên tạo thành đất sét hay cao lanh chịu lửa là đá hoa cương (granit), đá nai Ban đầu chúng bị phân hủy thành các quartz, mica, tràng thạch Sau đó dưới tác dụng của nước, CO2 trong môi trường chúng tiếp tục bị phân hủy Ví dụ trường hợp của trường thạch:

K2O.Al2O3.6SiO2 + 2 H20 + CO2 = Al2O3.2SiO2.2H20 + K2CO3 + 4SiO2

K2CO3 là chất hòa tan nên bị dòng nước mang đi, cất còn lại là cao lanh

Khoáng chủ yếu trong cao lanh là caolinit AS2H2 ngoài ra còn có:

-Galuazit Al2O3.2 SiO2.4H20 (rất hiếm)

-Pirôfilit Al2O3.4 SiO2.H20 (chỉ dùng trong gốm tinh)

-Môntmôrilonit Al2O3.4 SiO2.n H20 (không chịu lửa)

- Mônotermit 0,2 K20 Al2O3.3 SiO2.1,5 H20 (chịu lửa)

Cao lanh ở chỗ phân hủy đầu tiên tạo thành các mỏ ngay vùng núi phong hóa gọi là cao lanh bán phong hóa Khi chúng bị cuốn đi theo dòng nước và không khí đến vùng xa hơn ta có cao lanh phong hóa hoàn toàn Vì vậy cao lanh bán phong hóa ít tạp chất hơn cao lanh phong hóa hoàn toàn

Đất sét chịu lửa khác cao lanh ở những điểm sau:

- Có độ phân tán cao hơn

-Hàm lượng tạp chất nhiều hơn: Fe 3 đến 5 %; K20,Na20, Ca0, Mg0 3 đến

4 % Trong cao lanh ,sắt <1%, các oxyt khác <1-1,5%

-Không có hoặc có rất ít các quặng dư: Các quartz, đá dăm, tràng thạch, mica…là các quặng trường thạch trong cao lanh

-Khó làm giàu hơn cao lanh Có thể làm giàu cao lanh với hàm lượng caolinit đạt 95-98% lượng lí thuyết

2/ Thành phần hóa và thành phần khoáng

Trong thiên nhiên không khi nào gặp cao lanh hay đất sét có thành phần đúng dạng AS2H2 ( 39,5% Al2O3, 46,6% SiO2, 13,9% H20) mà thường lẫn các tạp chất khác

Thông thường : SiO2 chiếm đến 70% hoặc hơn, ở dạng quartz, chúng sẽ làm giảm độ dẻo và độ chịu lửa, tăng độ kết khối, một vài trường hợp làm tả đất sét khi nung ở nhiệt độ cao

Hàm lượng Al2O3 dao động rất lớn:

- Ở loại đất sét cao bazơ: >40%

- Loại bazơ: 30-40%

- Loại bán axit 15-30%

- Loại axit: <15%

Hàm lượng nhôm càng tăng, độ chịu lửa của đất sét càng tăng Al2O3 trong đất sét ở dạng caolinit, hydro alumosilicat, đôi khi ở dạng hydrat nhôm

Các tạp chất: 6-7% gồm sắt, vôi, manhê, natri, titan… Sắt ở dạng pyrit, mackazit (Fes, FeC03) trong đất sét chịu lửa tính ra Fe203 = 0,3-3,5%, trong cao lanh 0,5-1,5 %.Kiềm 0,5-3,5 % TiO2 0,1-2 % Ca0, MgO :0,5-1,5 %

Các tạp chất hữu cơ khác: như than đá, than bùn, cây cối mục nát 10-15%

Các oxyt titan, sắt xúc tiến quá trình tạo mullit, CaO và các chất chứa kiềm đều cản trở quá trình mullit hóa, gây khó khăn cho quá trình kết khối của sản phẩm Sămôt khi nung

3/ Độ phân tán của đất sét

Được đặc trưng bằng kích thước hạt của chúng, Độ phân tán có 1 giá trị lớn để đánh giá độ dẻo, độ liên kết, độ kết khối và độ bẩn của đất sét

Đất sét và cao lanh là những vật liệu phân tán rất mịn, trong đó thành phần hạt của đất sét có nhiều hạt nhỏ hơn so với cao lanh (<0,001mm) Điều đó giải thích vì sao đất sét dẻo hơn cao lanh Đặc biệt loại đất sét bentonit có nhiều hạt nhỏ nên rất dẻo

Bảng 10: Thành phần hạt của cao lanh, đất sét, bentonit

Lượng hạt (%)<

Tên nguyên

4/ Độ dẻo và khả năng liên kết của đất sét

Độ dẻo là tính chất quan trọng của đất sét Nhờ dẻo mà đất sét duy trì được hình dạng của nó, không có kẽ nứt khi ta tác dụng một lực không lớn lắm, duy trì được hình dạng của nó khi không còn lực tác dụng nữa

Khi cho nước vào đất sét, đầu tiên độ dẻo tăng lên đến giá trị max, sau đó

hạ xuống do quá nhiều nước và chuyển sang dạng huyền phù

Độ dẻo của đất sét có được là do tính chất phân tán keo của chúng Giảm các hạt có kích thước lớn độ dẻo của đất sét tăng

Hỗn hợp của đất sét và nước có các trạng thái đặc trưng sau:

-Giới hạn trên của độ lưu động: Vữa đất sét chảy thành dòng liên tục

-Giới hạn dưới của độ lưu động: Lớp đất sét dày 1-1,5 cm nằm dưới đáy bát

sứ bị vạch làm đôi sẽ dính lại với nhau khi rung động mạnh 3 lần

-Giới hạn lăn vê: Đất sét chứa nước khi vê chưa tạo thành sợi được

-Trạng thái của đất sét mất khả năng liên kết và tả ra khi bị ép

Để xác định độ dẻo của đất sét 1 cách cụ thể ta dùng khái niệm"hạn dẻo", đó là hiệu số giữa độ ẩm của đất sét ở giới hạn dưới của độ lưu động và độ ẩm của giới hạn lăn vê

Giá trị hạn dẻo càng lớn, đất sét càng dẻo Có thể phân loại đất sét như sau:

Loại 1: hạn dẻo >15%

Loại 2 hạn dẻo 7-5%

Loại 3 hạn dẻo 1-7%

Loại 4 hạn dẻo <1% (đất sét không dẻo)

5/ Sự biến đổi của đất sét khi cho nước vào

Khi cho nước vào đất sét khô tuyệt đối, các hiện tượng hóa lí phức tạp xảy ra:

Tỏa nhiệt (nhiệt thấm ướt)

Phồng đất sét (nở thể tích)

Tùy lượng nước cho vào có thể tạo thành khối bán khô, dẻo, huyền phù có khuynh hướng keo tụ

Nhiệt thấm ướt chỉ khoảng 0,5-5Kcal/kg nên không ảnh hưởng lắm đến quá trình kỹ thuật

Hiện tượng phổng có giá trị lớn đặc biệt khi đất sét không làm ẩm đến trạng thái dẻo

Keo tụ có ảnh hưởng quá trình kỹ thuật vì làm giảm bề mặt chung của các hạt, làm giảm khả năng liên kết Để phá hiện tượng keo tụ người ta dùng chất điện giải cho vào tạo được huyền phù bền vững Chất điện giải thường dùng: kiềm, soda, thuỷ tinh lỏng, NH4Cl …Nếu dùng với nồng độ quá cao, chất điện giải lại có tác dụng keo tụ huyền phù lại Phải chọn nồng độ thích hợp đối với mỗi chất điện giải bằng thực nghiệm

6/Độ kết khối của đất sét

Độ kết khối của đất sét đặc trưng bằng các chỉ tiêu sau:

-Mức độ đặc của sản phẩm: Đất sét sau khi nung sẽ sít đặc lại, độ hút nước<2%, trọng lượng thể tích= 2,4-2,5 g/cm3 Khi nung quá đất sét sẽ phồng lên trọng lượng thể tích giảm, độ hút nước có thể không tăng vì khi nung quá lửa sẽ tạo pha thủy tinh, tạo thành các lỗ kín không cho nước thấm qua

- Nhiệt độ kết khối: Là nhiệt độ nung mà ở đó sản phẩm đạt độ sít đặc cao nhất

- Khoảng nhiệt độ kết khối: Là khoảng nhiệt độ sản phẩm tiến hành sít đặc nhanh, là khoảng cách giữa nhiệt độ kết khối và nhiệt độ biến dạng (phồng mềm ).Nhiệt độ và khoảng kết khối của đất sét biểu thị bằng độ co khi nung Xem hình:

Độ kết khối của đất sét phụ thuộc vào lượng chất nóng chảy và độ phân tán của chất nóng chảy trong đất sét Ở loại đất sét phân tán cao (hạt mịn) chứa 4-6% chất nóng chảy có khoảng nhiệt độ kết khối từ 100-150 0C Như vậy ta có thể tăng nhiệt độ nung lên 50-100 0C sản phẩm vẫn không bị phồng hay biến dạng Đất sét

có nhiều chất nóng chảy nhiệt độ kết khối thấp và khoảng kết khối ngắn, khó vận hành lò Nếu tăng lượng chất nóng chảy khả năng phồng và biến dạng sản phẩm tăng.(Phồng là do sản phẩm khí tạo ra khi nóng chảy các phần dễ chảy nhất của đất sét Sự kết khối và tạo thủy tinh trên bề mặt sản phẩm làm không khí không thoát ra được nên phồng) , Khống chế lượng chất nóng chảy ≤ 5-7%

7/ Làm giàu đất sét và cao lanh

Mục đích: Loại trừ các tạp chất như sắt, cát, sỏi , trường thạch, mica… Phương pháp: ướt, khô, điện từ hỗn hợp

-Phương pháp ướt: Dựa theo tốc độ lắng khác nhau của các hạt khác nhau dưới tác dụng của lực hút trọng trường: Nghiền đất sét cao lanh thành bùn loại các tạp chất bẩn có kích thước lớn bằng máy ruột gà, sau đó đi qua bể lắng chữ chi để lọai các hạt cát nhỏ, qua máy ép lọc khung bản (huyền phù vào có độ ẩm 85-90%

ra 33-35%, áp lực nén 5-6 at)

-Phương pháp khô: Sau khi nghiền khô (độ ẩm 3-5%) dùng máy phân li không khí: Các hạt min nhẹ hơn bay theo dòng không khí Các tạp chất lớn nặng hơn rơi xuống đáy

-Phương pháp điện từ: Để khử các tạp chất sắt như FeCO3, Fe2O3, Fe3O4 Phương pháp từ có thể kết hợp phương pháp khô bằng cách đặt bộ phận hút từ ở tang quay băng tải Kết hợp với phương pháp ướt bằng cách đặt bộ phận hút từ dưới dòng chảy của đất sét và cao lanh

III/ Quá trình kỹ thuật sản xuất VLCL Sămôt

Gồm 5 giai đoạn:

-Chuẩn bị nguyên liệu: gồm 2 phần, chuẩn bị đất sét kết dính và chuẩn bị phụ gia gầy Sămôt

- Phối liệu

-Tạo hình

-Sấy

-Nung

1/Giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu

a/ chuẩn bị đất sét làm chất kết dính

Đất sét trong kho nhà máy thường có độ ẩm W=15-25% và kích thước lớn Qua máy thái cắt hoặc nghiền trục răng để cắt sơ bộ thành những mẫu nhỏ rồi sấy khô Thường dùng máy sấy thùng quay cùng chiều để đạt W=7-8% Nhiệt độ khi vào sấy 600-800 0C, nhiệt độ khi ra 110-120 0C Đất sét trước khi vào bun ke dự trữ phải làm nguội để tránh hiện tượng ngưng tụ hơi nước trong lòng bun ke Yêu cầu đất sét làm chất kết dính phải phân phối đều giữa các hạt Sămôt, nên sau khi làm nguội đất sét phải được nghiền mịn, thường nghiền lôxô cho cỡ hạt <1,5-2mm trong đó cỡ hạt <0,5 mm đạt 80% Hạt >1,5-2 mm còn lại trên sàng rung sẽ quay về máy nghiền Có thể dùng máy phân ly không khí phân li hạt

nhưng tiêu tốn điện gấp 2-3 lần sàng rung Hiệu quả nhất là dùng máy sấy nghiền liên hợp chu trình kín

b/ Chuẩn bị phụ gia gầy Sămôt

Phụ gia gầy Sămôt được sản xuất bằng cách nung đất sét và cao lanh đến nhiệt độ kết khối (1200-1250 0C) Tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng Sămôt

là độ hút nước Độ hút nước ≥ 5% cho Sămôt thường và <2% cho loại đặc biệt

Lò nung: lò quay, lò đứng, lò vòng

Sơ đồ sản xuất phụ gia gầy Sămôt

Đất sét nung thành Sămôt trong lò vòng có thể đóng thành viên thô

150-300 mm Phương pháp này rất tiện lợi cho nhũng nhà máy sản xuất VLCL Sămôt bằng lò vòng (kết hợp nung Sămôt luôn ở những nơi yếu lửa)

Đất sét nung thành Sămôt trong lò đứng yêu cầu kích thước hạt phải đồng đều 100-150mm để đảm bảo sức cản nhỏ và thông gió trong lò tôt (nếu kích thước không đồng đều các hạt lớn bị cuốn ra rìa lò, còn ở giữa tập trung các hạt nhỏ Vì thế khí lò chuyển động tốt ở thành lò do sức cản nhỏ còn ở trung tâm do vật liệu sếp sít đặc hơn nên khí đi kém hơn làm đất sét nung không đạt yêu cầu)

Thiết bị tạo viên: Dùng máy nén 2 trục Trên vỏ của 2 trục người ta làm lõm vào 1/2 hình cầu Khi trục quay ngược chiều sẽ nén thành viên hình cầu

Lò nung: Lò đứng, lò quay Tốt nhất là lò quay, vì năng suất lớn, ra vào lò đơn giản, tự động hóa dễ, nhiệt độ nung cao, kết nối tốt, kích thước viên Sămôt sau khi nung nhỏ không phải qua đập sơ bộ Tuy nhiên vốn đầu tư lớn và lẫn tro của chất đốt làm giảm nhiệt độ chịu lửa của sản phẩm Để tránh lẫn tro ta dùng nhiên liệu khí

Nghiền Sămôt: Sămôt sau khi nung phải nghiền nhỏ đến kích thước: hạt lớn nhất 3-4 mm; trong đó hạt < 0,5 mm chiếm 40-45% Do vậy sau khi nung, Sămôt phải được đập nhỏ trong mấy đập hàm hay đập nón đến kích thước

20-30mm, sau đó nghiền mịn trong máy nghiền bi liên tục Riêng Sămôt nung trong

lò quay thì không phải đập sơ bộ ở đập hàm vì kích thước của chúng đã nhỏ

Lựa chọn thành phần hạt của Sămôt: Thành phần hạt ảnh hưởng đến chất gạch chịu lửa sau này Trong đó quan trọng nhất là thành phần <0,1-0,2 mm nếu tăng hàm lượng thành phần hạt này lên thì tăng cường độ mật độ của sản phẩm, giảm độ thẩm thấu khí, nhưng độ bền nhiệt cũng giảm một ít Nếu tăng kích thước hạt lớn nhất lên, độ bền nhiệt tăng Lượng và tỉ lệ các hạt trung bình (0,5-1,5mm) không có giá trị quyết định Qua thực tế, gạch Sămôt thường có độ bền nhiệt và cường độ tốt chứa 40-45% hạt < 0,5mm; trong đó hạt < 0,1-0,2 mm khoảng 25-30% Kích thước hạt lớn nhất ≥ 4-5 mm

2/ Giai đoạn phối liệu

- Tỉ lệ: Phụ gia gầy Sămôt: 50-80%

Đất sét làm chất kết dính: 50-20%

Đối với sản phẩm giàu Sămôt: PGG 80-90%.Đất sét làm chất kết dính 10-20% (loại này có độ ẩm nhỏ, sức co nhỏ, chính xác về hình dạng, kích thước, cường độ sản phẩm cao, giá thành cao)

- Độ ẩm của phối liệu: Phụ thuộc vào phương pháp tạo hình

+ Phương pháp bán khô W= 8-9%

+ Phương pháp dẻo W=16-20%

+ Phương pháp đúc rót W= 35-45%

- Trộn phối liệu ở phương pháp bán khô: Dùng máy trộn bánh xe Đầu tiên thấm ướt hạt Sămôt bằng bùn đất sét kết dính để tạo nên bề mặt các hạt Sămôt một màng mỏng đất sét, sau đó cho đất sét dạng bột mịn vào Tùy theo độ ẩm của đất sét và Sămôt mà điều chỉnh lượng đất sét bùn và đất sét bột để đạt độ ẩm tạo hình thích hợp Dùng máy trộn bánh xe vì nó vừa trộn vừa miết, vừa làm sít đặc phối liệu dưới tác dụng của bánh xe Máy trộn có nhiệmvụ làm kết dính và liên kết các hạt Sămôt với nhau

- phương pháp đúc rót: Cho thẳng bùn đất sét kết dính vào trộn với các hạt Sămôt

- phương pháp dẻo: Để đạt phối liệu là 1 khối dẻo, đất sét dẻo phải được nghiền ướt (W=30%) cho 50-60% Sămôt vào nhào trộn phối liệu dẻo W=16-20%

3/ Tạo hình sản phẩm:

Có 3 phương pháp tạo hình:

+ Phương pháp bán khô thông thường với sản phẩm thường, phức tạp, khối lớn

+ Phương pháp dẻo tạo hình bằng tay đối với các sản phẩm phức tạp

+ Phương pháp đúc rót : ít dùng

a/ Sơ đồ sản xuất gạch Sămôt phương pháp nén bán khô

Nén bán khô bảo đảm cho sản phẩm có chất lượng cao, bảo đảm các yêu cầu

kỹ thuật:

- kích thước hình dạng ổn đinh

- cấu tạo viên gạch đồng nhất

- gạch có độ bền nhiệt cao

- mật độ và cường độ đạt cao

- thay đổi thể tích khi nung nhỏ

b/ Sơ đồ sản xuất gạch Sămôt theo phương pháp dẻo:

Nhượt điểm: Phế phẩm khi sấy và nung nhiều (8-9%)

- Độ ẩm viên mộc cao (16-20%) → sấy lâu → tăng giá thành

- Viên mộc quá mềm, dễ biến dạng → kích thước và hình dạng viên mộc không ổn định → không thể xếp lên goòng sấy trong lò nung tuy nen

- Độ bền nhiệt thấp