tổng quan về vật liệu chịu lửa và bước đầu thăm dò điều chế samot cao nhôm

N sày nay với sự phát triển của khoa học vật liệu, người la còn dùng VLCL mới chê lạo các động cơ đốl trong đoạn nhiệt ađia batie làm việc ớ nhiệt độ cao hơn 1000°c không cần hệ thống là

BỎ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO

Đ Ạ I H Ọ C Q U Ố C G IA H À N Ộ I

T R Ư Ờ N G Đ Ạ I HỌC K H O A HỌC T ự N H IÊ N

Người là m lu ậ n văn: ỵP ỉiait ' Jj/ ù

TỔNG QUAN VỂ VẬT LIÊU CHỊU LỬA

VÀ BƯỚC ĐẦU THẢM DÒ ĐIỂU CHÊ

SAM OT CAO NHÔM

L U Ậ N V Ã N T H Ạ C s ĩ K H O A H Ọ C

L Ò I M Ở Đ Ầ U

Bước sang thố ký 21- Thế kỷ cùa công nghệ sinh học - thỏnu tin, và công nchệ vạt liệu Tro nu cỏnsz nuhệ vật liệu thì vật liệu chịu lửa (VLCL) dỏnsi m ột vai tro ụuan trọnn Nói thế ký 21 là thế ký của VLCL hời vì thô ký 21 là kỷ imuyèn mà các ngành khoa học phát triển mạnh do đó các nỵành cỏ nu nghiệp đều phat triển không ngừng Các nước trèn thế giới đều hướne tới mục liêu còng nghiệp hoa - hiện đại hoá đất nước Mục tiêu nàv càng cấp bach hưn đối với các nước còn chưa phát triển và đang phái triển Các nước càng phát triển ihì nhu cầu về dời sông vật chất và linh thần ngày m ột cao Đế đáp ứng nhu cáu cao của con người, đế thực hiện được mục tiêu còng nghiệp hoá - hiện đai hoa đất nước, nhất thiết phái có ngành công nshiệp VLCL phái trien bởi vi một đất nước phát trien ihãv rõ nhài là các thành phò thị xã thị trán làng què

sẽ không ntiừng có nhữntĩ công trình được xàv đựntì fió là: Các Jônu trình ihuý lợi các toà nhà cao tầng, các siòu thị nhữnu cày cầu nhữnu con đườnụ

ui ao ihòng đáp ứnti được sô lượng, phương, tiện tham gia mao thó nu ngày một nhiều và hiên đại Như vặv đi đôi với nó là các ncành côniĩ nuhiẽp \à v dựnii cỏnụ nghiệp sán xuất xi mãng, còng nghiệp luyện kim còng nghiệp chế tạo máv công nghiệp hoá chất, còng nghiệp điện tử phát triển mạnh mẽ, mà các cõne nghiệp đó đều có nhu cầu về VLCL đặc biệt là công nghiệp luyện kim và sàn xuất xi mãng

Nước Việt Nam ta cũng nằm trong xu hướng chung dó của thố giới Đại

hội Đảnu lán thứ VIII đã xác định mục tiêu "Từ nay đến núm 2020 ra sức

phùn dấu dưa nước ỉa trờ thành một nước COHỊỊ nghiệp", vì vậy trnnu nhừnc

năm tới cỏ nu nghiệp VLCL Việt Nam sẽ phái trien mạnh là đưtrrm nhièn Đii chuán bị ticm năng cho sự phát trien đó nũoài nhu cầu về VLCL cúa cac ngành còng nghiệp, nguồn nguyên liệu đê sán xuất ihì Idiỏng the thiêu nhừnt; con người có hiểu biết về VLCL để tạo ra những công nghệ sản xuất VLCL

PHẨN 1

TỔNG QUAN VỂ VẬT LIỆU CHỊU LỬA

1.1 M ó ĐẤU - KHÁI N IỆ M VỂ VẬT LIỆU C H Ị l LỨA (V L C L ) [3.8 1

VLCL là vật liệu mà ứng đụn*: chủ yêu cua chúng là báo vệ mỏi trườn«: hên nnoài và các bộ phận không chịu ỉứa cúa kếi cấu khỏi tác dụnn của nhiệt

độ của các khối nóng chảy và các khí bị đốt nóng Như vậy VLCL là các vật liệu có thể làm việc láu dài ở nhiệt độ cao tronji mỏi trườn £ khác nghiêt khác nhau Khái niệm về VLCL do đó hao gồm lĩnh vực rộng các lớp vật liệu và có thê được phán loại một cách tổng quát Ihco loại hợp chất hoá học tạo nên chúng Đó là các oxit và các tổ hợp 2.3.4 của chúng, các cacbua borua silixua nitrua và các tổ hợp của chúng, các kim loại, hợp kim Cuối cùng đế kẽì hợp các ưu điểm và khác phuc các nhược điểm của từng chát nsười la dime vật liệu chịu lứa tổ hợp

Khôrụ: nén nghi rằnu lấy hâi kv chát nào có nhiêt đỏ nổny chảv rất cao la được xem như một loai VLCL Đc làm VLCL cẩn đòi hỏi cỏ nhiêi độ nónt:• » • cchả\ cao và nhiều đặc tính khác nữa Nó cần phải bền với nhiệt, không hay íi

bị biến dạrm dưới lác dụng của lải trọng ớ nhiệt độ cao vì l(’rp lót lò chăng những phải chịu tác dung của nhiệt độ cao mà còn phải chịu tải trong cơ học lớn

Nó cần phải có độ bền nhiệt, không nứt vỡ khi nhiệt độ giao động đột niỉộl Yì vậy molipđen chảng hạn, mặc dù có độ nỏne chảy cao 2520°c nhurni: khỏns phải là VLCL tốt do ở nhiệt độ cao molipđen giòn Vật liệu chịu lửa cần phải bền với xi chịu được lác dụng của các môi trườn»: ãn mòn khác ớ

nhiệt độ cao Cuối cùng, nó cần phải có hệ số eiãn nở nhiệt Ihấp để giữ được ihé tích không đổi ỏ' IIhiệt độ cao.

Nliiẽl độ lỏi đa lai đo vật liệu vẫn ciữ nuuyên dươc tất cả nhũìm tính chátc* ơ J CT

này ờ ũiới han cần thiết Siọi là đô chiu lứa Neười la coi 1580°c là ‘liới han

ihãp vồ độ chịu lửa có thế chấp nhận trons thực lé Nếu độ chiu lứa cúa vậl liệu tháp hơn thì đó khống phải VLCL Nếu độ chịu lửa nằm trong giới hạn 1580°c đến 1770°c vậl liệu hoặc san phẩm được íiọi là chịu lửa nếu trong íỊÌỚi hạn 177Ó°C đến 20()0°c nó cỏ độ chịu lửa cao, trên 2000°c nó có độ chịu lửa rái cao Taniali cachua TaC và Haĩini cachua HiC cỏ độ chịu lứa kỷ lục tư<mg ứng với 3880°c và 3900°c Chúng nóng chảv ở nhiêl đô 4150°c và 4160uc Nơoài ra còn tuv theo tính chất của các nuành công nghiệp còn yêu cầu VLCL một sỏ tính chất khác nữa như thâu notron tốt

1.2 \ AI T R Ô CUA VLCL TRONG s ự PHÁT TRIỂN CÓNG NGHIỆP

Đẽ thấ\' được vai trò của VLCL đối với sự phát triển một sỏ nuành cóng nghiệp: xáv dựng, sản xuất xi măng, luyện kim công nghiệp hoá chất, gốm sứ la ùm hicu những ứng dung cơ bản của VLCL trong các ngành cône nehiệp đó từ đáy tháy được nhu cáu về VLCL của các neành công nghiệp trên

va thay được nuành còng nghiệp VLCL klióng Ihé không phát triển mạnh ưonc xu hưtVníi phát trien chung của đất nước, cu thể là tưcmc lai cúa ngành

cỏnũ nghiệp VLCL ở Việt Nam ra sao?

1.2.1 V ai t r ò và ứ n g d u n g c ủ a v ậ t liệu ch ịu lửa [3.9]

Vật liệu chịu lửa làm việc láu dài ở nhiệl độ cao trong các mỏi trường khác nuhiệi khác nhau Các vậi liệu này được sử dụng rộng rãi trong công nehiệp cũng như đời sòng hàng ngàv Phạm vi và qui mô sứ dung ngày cànu

mớ rộng Trong cóng nghiệp luyện kim VLCL được sử dụnc nhiều nhấi là

gạch chịu lửa vữa chịu lửa đùne để xây lò cao, lò luyện thép (lò Mac tanh, lò chuyền, lò ció nóng) lò nấu luyện các kim loại màu lò điều chê các kim loại sạch và siêu sạch Ngoài ra VLCL còn được sử dụng cho công nghiệp hoá chất, chế tạo máy cônu nuhiệp nănũ lượng, để lót lò nunu xi măng, lò nấu các nồi hơi ghi dot lò điện N sày nay với sự phát triển của khoa học vật liệu, người la còn dùng VLCL mới chê lạo các động cơ đốl trong đoạn nhiệt (ađia batie) làm việc ớ nhiệt độ cao hơn 1000°c không cần hệ thống làm nguội để lăng hệ số tác dụng hữu ích, chế tạo các turbine khí làm việc lâu dài ở nhiệt độ rất cao, chế tạo các buồng đốt nhiên liệu và đầu phun khí đốt của các động cơ phản lực chế tạo vỏ tên lửa, vỏ vệ tinh lò phan ứnc của nhà máy điện nguyên

tử làm hình phản ứng, nồi lò chén nuns nút cốc đúc rót thép Người ta dùnc nồi corun đế nấu các kim loại tinh khiết như: Al Cr Mn Sn Fe Co Pd Pt

Cu Au A £ và các hợp kim của chúng được dùng làm nổi lò bình phản ứng điều chê CÚL chất trên Crorun hồn với HF đến 1400°c ncn được dime lam• cchén nung Vật liệu kiểu spinel được dùng trong công nghiệp diện, điện tứ như vật liệu cách điện cao tần vật điện từ

Gach chiu lừa cromil dùnũ để lót lò đốt nóng đòi hỏi độ bền xỉ cao Gạch7 c c • •crom - manhezi dùng để lót lò điện nấu thép, nấu đồng, lò quav xi m ăne Nó được dùns: cùnc với gạch manhezi để xây tườnu lò Mac tanh (chỗ khỏne tiếp xúc với thép) Dolomit không nung dùng để rải ở cửa lò Mác tanh hoặc dùns

để sửa chữa iườne sau lò úhíi dung của each chứa cachón là để lót đáv và tường lò cao nó còn được sử dụns trong luyện kim màu lót lò điện phán điều chế nhôm, iàm điện cực, lót lò nấu chì ăngúmoan ferosilic, cacbuacanxi Vật liệu sa mot - grafit chế tạo các nồi nấu luyện kim màu Vật liệu chịu lửa cacbua chế tạo các vật siêu cứng, bền nhiệt, ứng dụng Irons việc gia công nhanh kim loại Các borua của các kim loại chuvcn tiếp như Cr, Zr, Ti Nb, Ta

và các hợp kim cùa chúnỉi (Cermet) được ứng dụng để chế tạo động cơ diezen

đoạn nhiệt, các chi tiết cùa động cơ phản lực, cánh turbin khí Cacbua titan và một số kim loại khác được dùng làm VLCL chống oxihoá Một số borua được dùng làm xúc lác, làm catốt của dụnẹ cụ điện tử N itruasilic dù n s chế tạo độnii co' với lớp lót của xi lanh, nắp xi lanh, đầu piston cam động cơ này làm việc trên ]000('C khỏno cần hê thốnc làm nguội như trong độn-; cơ truvén o C7 c • c • <- mf

thòng và cho hệ số tác dụng hữu ích cao

Nitruabo được dùng làm chén nunc chịu lửa đến 3000°c N hiều siiixua của nguyên tố F được sử dụng làm chất hấp thụ nơtron trong kỹ thuật năng lượnc nguyên tử Dùng kim loại và hợp kim chịu lứa làm pin nhiệt điện tử hoác pin điện tử, lức là thiết bị chuyển đổi trực tiếp nhiệt năng của phản ứng hạt nhãn thành điện năng VLCL Compozit cacbon - cacbon được sản xuất làm ông phun sản phẩm cháy của các động cơ đẩy và náp đấy chắn nhiệt cho cửa thiết hi nhiệl Ngoài ra vật liệu cacbon - cacbon có đặc tính ma sát tốt do

đó được đùng trong các kĩ thuậi hãm tốc độ cho các phương tiện giao thóng, dùníi nó iàm vậl liệu V sinh, nhấl là trong giải phẫu chỉnh hình

1.2.2 N h u c ầ u vể V L C L t r o n g c á c n g à n h c ó n g n g h ị ê p

Đẽ thấy rõ hơn vai trò của VLCL đối với các ngành cồng nghiệp: XD luyện kim hoá chái, sản xuất xi mãng ta xcm xét nhu cầu về VLCL của các

ngành công nchiệp đó trên thế giới và ở trong nước.

Bước vào thế kỷ 21 - thế kỷ mà các ngành khoa học đều phát triển mạnh, các nước trên thế giới đều đạt mục tiêu cho mình là hiện đại hoá - còng nghiệp hoá đất nước vì thê nhu cẩu về đời sống vật chất và únh thán của con người ngàv càng cao Cùng với sự phát Iriển của các ngành khoa học, để đáp ứng nhu cáu cao của con người các ngành công nghiệp đều phát triển, trong đó phái kể đến ngành xây dựng công nghiệp luyện kim, công nghiệp chế tạo máy công nghiệp gốm sứ, công nghiệp hoá chất, công nghiệp nàng lượng

các ngành trên đều dùng đến VLCL vì vậy phạm vi và qui mô sứ dụng VLCL ngày càng mớ rónsz bao gốm tất cá các vát C* ■/ © • C* c • liệ u làm việc ở nhiệt độ cao nên• •

số lượng và chủng loại cúa chúng ngày càng tãng

Tuy có nu nnhiệp YrLCL ỏ các nước trên thế giới phái triển không đều nhau phu thuộc mức độ cóng nshiệp hoá và lài ne uyên của nước đó nhung phải nói rầne: các nước có nền cồng nehiệp càne phát triển đều là những nước có cổng nshiệp VLCL hùna mạnh, đú sức cung cấp nhu cầu VLCL cho các lĩnh vực công nghiệp cứa nước đó Bảng sản lượng VLCL của một số nước sản xuất chính trên thế giới phần nào cho la thấy rõ điều đó

BẢNG 1: SẢN LƯỢNG VLCL MỘT s ố NƯỚC SẢN XUẤT CHÍNH TRÊN THẾ GIỚI [ 3 ]

Ten nước Sản iương (triệu tán)

Lính vực còng nghiệp Nhu cáu VLCL {%)

Cóng nghiệp nhiônliộu 2.2

Nhưng luỳ theo lừng ngành công nghiệp và mức độ phát triển của ngành cổna nghiệp đó mà nhu cầu VLCL của các neành khác là khác nhau (Xem bảng 2)

Như vậy có thể nói VLCL là cái "bánh mỳ" cho nhiều ngành công nghiệp

Với Việt Nam Đại hội Đảng lần thứ VIII đã xác định m ục tiêu "Từ nay đến nám 2020 ra sức phán đấu đưa đất nước la trở thành một nước công nghiệp" Trong nội dung công nghiệp hoá - hiện đại hoá đấl nước, cống

nghiệp VLCL có vị trí chủ đạo đáp ứne vêu cầu phái triển các ngành khác, góp phán tàng trưởng chung của cả nước Với một nước dang tiến hành công nchiộp hoá - hiện đại hoá đất nước thì thấy rõ hcm cả là nơành công nghiệp xây dựng phát triển mạnh kéo theo công nghiệp sản xuất xi mãng, công nchiệp luyện kim phát triển không ngừng Các VLCL thông thường nhất là samot cao nhỏm, kiềm tính, spinel và được dùng chủ yếu cho ngành xi mãng

và luyện kim Tổng số lượng VLCL tiêu thụ hàng nãm là 32.000 - 35.000 tấn trong đó VLCL sam ot khoảng 20.000 - 25.000 tấn (chiếm khoảng 60%) VLCL cao nhôm khoảng 2000 tấn (chiếm khoảng 6-7%), VLCL kiềm tính khoảng 9000 - 10.000 tấn (chiếm khoảng 30%) về số lượng tiêu thụ của các ngành cồng nghiệp Lượng tiêu thụ của ngành xi mãng chiếm 24 - 35%, ngành

lu vện kim chiếm 56-57% và các ngành cổng nghiệp khác, chiếm 8 - 9 % tổng

lượnc tiêu thụ trên cả nước

Như vậy qua hảng trên riêng VLCL kiềm tính nãm 2000 đã lăng 1.84 lần

so với năm 1998

Cóne nghiệp xây dựnc chế tạo máy phái triển, nhu cầu về vật liệu chịu lứa cua ngành luyện kim cũng tănu nhanh Để thấy nhu cầu VLCL của nuành luvện kim cũng như các ngành khác ta xem bãnc (5) các lĩnh vực chủ yếu sứ dụng sản phẩm VLCL của riêng nhà máy sản xuất VLCL cùa công ty thép Thái Nguvên nhà máv VLCL C ' J J

Để thấy nhu cầu VLCL của ngành sản xuất xi măng ta xcm bảng (3):

BÀNG 3: ĐỊNH MƯG TIEU HAO VLCL MỘT s ố

CÔNG TY XI MĂNG CỦA NƯỚC TA [ 3]

BẢNG 4: NHU CẦU GẠCH CHỊU LỬA KIỂM TÍNH HÀNG NĂM CỦA NGÀNH XI MĂNG [14]

1.2.3 D ư báo n h u c ầ u s ử d u n g V L C L ò V iệt N a m đ ến n ă m 2 0 1 0 [7]

Trong chương trình phát triển sản xuất VLCL đến nãm 2010 của tổng

c ỏ n e 1\ Thuv tinh và Gôm xây dirnu đã dự háo nhu cầu sử dụng VLCL đến nãm 2010 của các ngành công nghiệp: xi mãng, luvện kim, năng lượng, hoá chất, phãn bón lọc hoá dầu

Dưa vào các chi tiêu phát triển của nuành xi măng trong chương trình phát triển cóng nghiệp xi măug đến năm 2010 đã được chính phử phc duyệt và điều chinh:

+ Đến năm 2000 sản lượnc xi mãng đạt 14.23 triệu tấn

+ Đen năm 2005, sản lượng xi mãng đạt 22.71 triệu tấn

■+ Đến năm 2010 sản lượng xi măng đạt 38.39 triệu tán

Do đó, nhu càu VLCL cho ngành sản xuất xi màng đen năm 2010:

• Đến nãm 2000, tổng số lượng các loại VLCL dược SƯ dụng là: 20.000- 23.000 tấn trong đó: + VLCL sa mot : 5.000 - 6.000 tán

+ VLCL kiềm tính: 13.000 - 14.000 tấn + VLCL cao nhôm: 2.000 - 3.000 tân

• Đén nãm 2010 tổng số lượng các loại VLCL sử dụng là 41.000 - 44.000tấn irong đó: + VLCL sa mot : 10.000 - 11.000 tấn

+ VLCL kiềm tính: 25.000 - 26.000 tấn + VLCL cao nhỏm: 6.000 - 7.000 tấn

• Các c h ỉ tiêu phái triển cua ngành luvện kim:

+ Đên năm 2000, sán lượng thép đạt 2 - 2.5triệu tấn

+ Đỏn năm 2010 sản lươnc thép đai 5-6 triệu tấn

Nhu cầu VLCL cho ncành luyện kim đến nãm 2010.

• Đến nãm 2000, tổng sản lượng các loại VLCL sử dụng là 62.000-65.000tấn trong đó: + VLCL sa m o t : 28.000 - 29.000 tấn

+ VLCL kiềm tính: 9.000 - 10.000 tấn + VLCL cao nhôm: 11.000 - 12.000 tấn

• Đến năm 2010, lổng sán lượng các loại VLCL sử dụng là 83.000 - 86.000tấn trong đó: 4- VLCL sa mot : 37.000 - 38.000 tấn

+ VLCL kiềm tính: 16.000 - 17.000 tấn + VLCL cao nhôm: 30.000 - 31.000 tấn

> C h o các ngành cô n g nghiệp khác

Nhu cầu VLCL cho các ngành khác đốn năm 2010:

• Đến nãm 2000, tổng sô các loại VLCL là 4.400 - 4.600 tấn trong đó:

+ VLCL sa m o t: 4.300 - 4.400 tán + VLCL kiềm tính: 60 - 120 tấn + VLCL cao nhôm: 40 - 80 tấn

• Đến năm 2010, tổng số các loại VLCL là 8.500 - 8.700 tấn trong đồ:

+ VLCL sa m o t: 8.350 - 8.550 tấn + VLCL kiềm tính: 100 - 150 tấn + VLCL cao nhôm: 50 - 100 tấnSau đáv là bảng tổng hợp nhu cầu sử dung VLCL đến năm 2010

BẢNG 6: BẢNG TổNG HỢP NHU CẦU s ử DỤNG VLCL ĐẾN NĂM 2010 [7]

Nhu cáu sử dụng VLCL (l.OOOtán/nãm)

mãng

Luvện kim

Các ngành khác

Tổng số

Xi màng

Lu vện kim

Các ngành khác Tong sò

Như vậy nhu cầu về các loại sản phẩm VLCL khác nhau đối với các neành cỏníi nshiệp xi mans:, luyện kim cũng như các ncành cóng nghiệp khác đều tảnc cấp đổi Trong khi đó các vật liệu chịu lửa như cao nhôm, kiềm tính, spinel phải nhập hoàn loàn Hànu nãm cả nước nhập khoảnc 13-14 nchìn tấn các loại với lổng giá trị nhập khẩu khoảng 8 triệu USD tronc đó riêng ngành

xi mãng nhập khoảng 5 triệu USD Để đap ứng nhu cầu về VLCL cán phải có định hướnc phát triển cỏne nghiệp VLCL Xét thấy liềm năng về nguyên liệu sản xuất và lao động kỹ thuậl, nuành công nghiệp VLCL có thể vữim bước trên con đường phát triển của mình

1.3 PHÀ N LO Ạ I V L C L [3.9]

Có nhiều cách khác nhai) để phán loại VLCL đó là dựa vào thành phần tính chất và phạm vi sử dụnỉ: hay điều kiện sử dụnci chúng Có thể phán loại VLCL theo:

> P h án loại theo độ chịu lửa

- Loại thường: Độ chịu lứa 1.580°c -rl.7 7 0 °c

- Loại chịu lửa cao: Độ chịu lửa 1.770°c -r 2.000°c

- Loại chịu lửa rất cao: Độ chịu lứa > 2.000°c

> Phân loại theo hình dạng kích thước sản phẩm

- Loại thường loại gạch tiêu chuẩn: hình chữ nhật, hình nêm kiểu lưỡi quốc

- Loại dị hình: đơn eiản phức tạp rất phức tạp khối lớn

iS CO o

BANG 8: THANH PHÂN HOÁ HỌC VA TÍNH CHAT CÚA ĐINAT DÙNG LÓT LÒ MÁC TANH VÀ LÒ ĐIỆN NẤU THÉP [3]

C ác tinh chái

Đ inat lót lò M ác tan h Đ inat lót lò điệnLoại Đ.biệt Loại 1 Loại 2 Iiáu th épThành phán hoá học

IĐộ xỏp biểu kiến

ikhónp lơn hơn

Sau đáy la mót vài V L C L quan trọng

1.4 G IỚ I T H IỆ U VÀI LOẠI V L C L QU AN T R O N G [3.9]

1.4.1 V L C L a x i t

- Đinat là sản phẩm chịu lửa chứa chủ yếu SiO: hàm lượn*; SiCX > 93%

- Đ inat là sản phẩm man«: tính axit bền đối với xỉ axit và tro nhiên liệu, nsiược lại tro và xí kiềm lại phá hoại chúng

- Tính chát đặc trưnn:+ Nhiệt độ biến dạng dưới lải trọng cao 1.650 - 1.67()"C

+ Độ chịu lửa 1710- 1720ũc

+ Độ bền nhiệt thấp : 1-2 lần khi làm lanh (20-850-20)

- Ung dụm;: Đinai được ứnc dụnu xây ỏ' các nơi có tải trọng cơ học cao như: bệ đỡ ciá xếp sản phẩm vòm lò cốc lò Ihuv linh, lót lò điện nấu ihép

Đc hicu rõ các tính chất của VLCL Đinat chúng la hãy xcm các hang dưới đá\ chi ra thành phần hoá học và các lính chất hoá lý của chúng (Bànẹ 8.9)

BẢNG 9: CÁC ĐẶC TÍNH HOÁ LÝ CỦA ĐINAT DUNG CHO

LÒ CỐC HOÁ VÀ LÒ NẤU THUỶ TINH [3]

Các tính ch át Đ inat lò cốc Đ inat lò th u ỷ tinh

Tronc lư(ĩn£ riênckhônc lón hơnc* • c 1— 2.37 2.38-2.39

ỊĐộ xốp biểu kiến (%) không nhỏ hơn

1.4.2 Vật liệu chịu lửa alumino - silicat

Có thể chia VLCL alumino - silicat ihành hai loại chính là: samot và VLCL cao nhóm

>- Sam ot là VLCL thuộc nhóm alumino - silicat

Trong đó: Hàm lượng A1-, O , 30 - 45%

Samol là VLCL tìm được sớm nhất và hiện nay phổ biến nhất chiếm hơn

l{Y/<. VLCL sản xuất ra trên thế giới, bảnu 10 sau đáy cho thấy rõ điều đó

BẢNG 10: TƯƠNG QUAN VỂ LƯỢNG CÁC LOẠI VLCL

THÔNG DỤNG ĐƯỢC SẢN XUẤT [3]

V L C L

Số lượng (ngàn tán)

- VLCL cao nhom thuộc họ alumo-sUical, có hàm lương A LO ị > 45%

VLCL cao nhóm được phán loại theo % Al:0 ,

Loại A cổ hàm lượns AkO,, 40 - 60%

Loại B có hàm lượng Al:0 , 60 - 75%

San phâm mulit corum có thành phẩn A ụ o , nằm tronc khoáng giữa 3AI:0 ( 2SiO: và A ỊO y

San phẩm corun có thanh phần Al:0 , > 95%

Thay đổi hàm lượng ALOj thì thay đổi thành phán pha và tính chài sản phẩm Tính chát được sáp xốp lừ thấp đến cao theo % ALO, Dựa vào giản đồ trạng thái hệ bậc hai A 1,0, - SiCX (hình 1)

Hình I - Giản đổ trạng thái hệ Si()2 - Al-,0Ị

Ọua giản đổ ta thấy thành phần pha cúa sa mot phụ thuộc vào hàm lượnc AUO3 và nhiệt độ thiêu kết vật liệu Trong khoảng 5.5 - 72% AI-,0, luôn luôn

có pha mulit (3A1X), 2SiO; ) tương ứng với thành phần 71,2% A 1,0, và28.2% SiO: bén đến nhiệt độ 1.910°c 0 thành phán 72% A1:0_,, nhiệt độ thiéu kết dưới 1910 °c hệ chỉ có mulit dạng rán ơ nhiột độ 1600ùc và thành phán ALO,20% 80% SiO: hệ gồm pha lỏng và mulit hạ nhiệt độ xuống la có mulit và critstobalit (mộl dạng thù hình của SiO,) Khi hàm lượng AlọO, irong khoáng 72 - 78% la có dung dịch rắn giữa mulit và corun (một dạnc thù hình cua AKO,) Trên 78% AlnO, ta cỏ dung dịch rắn mulil corun dư Như vậy ta thấy tâng hàm lượng ALO, sẽ tăng chất lượng của VLCL alumosilicat

1.4.3 Vật liệu chịu lửa kiềm tính (Bazic)

Là VLCL có các o xít kiềm và khả năng bền kiềm, rất cao Vật liệu chịu lứa kiềm tính có 6 sản phẩm

> VLCL M a n h eú (MgO)

VLCL manhezi là VLCL kiềm tính có chứa khoáng Pericias (MgO) Các lạp chấl có trong manhezi thường là CaO Si(X FeO F e ,0 , Khi nunũ, các tạp

chất nàv thường phản ứng với nhau tạo ra các khoáng như íorsleril Mg-,Si04, ĩcrii M uFe20 4, CaSiCỵ,, monchichelii (Mg, Ca) S i0 4

> VLCL Đolomit

VLCL Đolomit là vật liệu dược sản xuất lừ đolomit khoáng chủ tronc vật liệu này là periclaz CaO các hợp chất của can xi với các tạp chất trons đolomit như 3CaO SiCX 2CaO SiO: , 2CaO Fe00 , 3CaO Al-,0, và 4CaO ALO_, F e ,0 ,

Người ta phân loại đolomi theo hàm lượng

CaO và McO (sau khi nung) như sau:

^ VLCL crom-manhezi

VLCL crom - manhezi được sản xuất từ quặng cromit và manhezi kết khối Nỏ có độ chịu lửa cao hơn 2000°c Trong công nghiệp người ta chia các sản phẩm crom-manhezi làm hai loại: Loại thường và loại crom-manhezi bền nhiệt, chúng khác nhau ở hàm lượng manhezi

> VLCL spineỉ (M gAUOJ

Spinel là khoáng M gA K 04có thành phẩn theo lí thuyết là 71,5% AKO^: 28,5% MgO trong thực tế VLCL spincl chỉ chứa khoảng 85% khoáng spinel còn lại là phụ gia và tạp chất Phụ gia khoáng hoá thường dùng là B: 0 3 hoặc

C i\0,(thường dùng C r,0 , hơn) tạp chất có ưong phối liệu thường là F e o , SiO: Cr-,0,.

1.4.4- V ật liệu c h ịu lửa đ ặc biệt

Thời gian gần đây, do sự phát triển của khoa học công nghệ vật liệu do nhu cầu của các lĩnh vực cỏne nghệ cao, đã xuất hiện nhiều VLCL đặc biệt lừ các oxit tinh khiết, các cachua, các silixua, các borua, các nitrua Các hợp chất này có thành phần thay đổi được gọi là hợp chất bectolit ngoài ra nhiều kim loại và hợp kim đã được biết từ láu là có tính chịu lứa nhưng do hạn ch ế của nguồn nguyên liệu Irữ lượng và công nghệ khai thác nên chưa được,sử dụng phổ biến thì ngày nay đã được sử dụng trong nhiều lình vực công nghệ cao, khấc phục các nhược điểm của từng chất người ta đã tạo ra nhiều vật liệu tổ hợp chịu lứa Như vậy vật liệu chịu lửa đặc hiệt bao gồm: các oxit tinh khiết, các cachua, các borua các nitrua, các silixua các kim loại và hợp kim chịu lứa

> Các oxit tinh khiết:

Cácoxit chịu lửa được thống kê trong bảng 11

BẢNG 11: CÁC OXIT CHỊU LỬA [3]

> Các cachua.

Cachón tạo hợp chất bậc 2 với hầu hết các nguyên lô trong bảng hệ thống tuần hoàn Khi cac hon tạo hợp chất với nguyên tố có độ âm điện nhỏ hơn nó thì hợp chất đó được gọi là cac bua nhưng chỉ có cac bua của kim loại chuyên tiếp (các nguyên tỏ d ) là bền nhiệt, bền cơ và bền hoá học Các cachua này có tính chất và cấu trúc kiểu kim loại như độ dẫn điện cao, có ánh kim hệ số điện trở dưoìig dễ tạo thành dung dịch rán với kim loại, thành phần của chúng thay đổi trong một khoảng rộng (hợp chất beetolit), vì thế loại vật liệu này còn goi là cermet

C 1 •

BẢNG 12 LÀ TÍNH CHẤT CỦA MỘT SÔ VLCL CÁC BIJA [3]

C ach u a Kiểu cấu trú c t° n/c C acb u a Kiểu cáu trúc t° n/c

> Các borua.

Cũnc như cacbon bo tạo thành với các kim loại hợp chất bậc hai gọi là borua Các hợp chất này cũng có thành phần thay đổi trong khoảng rộng và có liên kết kiểu kim loại Đó là các hợp chất kiểu MB, M2B, MjB4 MB2 MB6

Ví dụ tuỳ điều kiện mà người ta có thể điều chế Nb và B các hợp chất Nb-,B: Nb,B->- NbB Nb,B, các borua thay đổi và phức tạp dần

Ví dụ borua MB của các nguyên tố d và các borua MB6 của các nguyên

ló f bền với các a xú vô cơ khi dun nóng

Các nitrua Mạng lưới

tinh thể

Nhiệt độ nóng chảy (°C)

Là hợp chất của silic với nguyên tố d hoặc ĩ có thành phần phức tạp

Ví dụ: M o2Si M o5Sì3, MoSi, MoSi,

Đa số các siỉixua của nguyên tố d và f có độ rắn độ bền cao

BẢNG 15: TÍNH CHẤT CỦA MỘT s ố VLCL SILIXUA [3]

Silixua Mạng lưới

tinh thể

Nhiệt độ nóng chảy (°C)

Silixua Mạng lưới

tinh thể

Nhiệt độ nóng chảy (° c )

> Các kim loại và hơp kim chịu lửa

Chúng ta đã biết có nhiều kim loại và hợp kim của chúng có nhiệt độ nóng chảy cao (hầu kết là các kim loại nguvén tỏ d và f)

Bảng 16 chỉ ra các nguyên tô kim loại có nhiệt độ núng chảy cao hơn

150()°c.

BẢNG 16: CÁC KIM LOẠI CHỊU LỬA [3]

nóng chảy (°C ) Kim loại

Nhiệt độ nong chảy (° c )

Tuy vậy, tuỳ mục dích sừ dụng, VLCL còn đòi hòi nhiều tính chấl khác như bén cơ học, bền hoá học và các tính chất vật lý, kỹ thuâl thích hợp Ví dụ kim loại và hơp kim để chế lạo các thiết bị tronc cône nghiệp hoá học đòi hỏi phải bền với môi irườniỉ làm việc của nó còn để chế lạo các con tàu vũ trụ phải bền với mỏi trường ỏ

xi hoá, với các chất lòng manc nhiệt như Li, Na Cs với mỏi trườn2 khí nhiên licu với tác dụng cùa tia vũ irụ Ngoài ra chúng phài có độ thấm khí thấp tronc diều kiên chán khớng tuvệi đối, khõnu bị thăng hoa dám: kd irong chân không chịu đựng được các va chạm cùa các thiên thạch, các ứng suất khi tăng tốc Vật liệu đó phải để gia công (Đúc, cán, rèn, đẠp, hàn) mà khổng thay đổi tính chất của vật liệu Cuối cùng eiá thành phải không quá cao để có thể chấp nhận ứng dụne trons thực tế

Từ 1950 nhiều nước, dã tiến hành nơhién cứu phát triển các kim loại và hợp kim chịu lừa cho các hệ thống không cian Các chương trình này bao gổm từ việc nghiên cứu cơ bản các tính chất vật lý kim loại, phát triển kỹ thuật sản xuất, đến việc ứng dụng chúm: trong các hệ thỏng không gian Các cơ quan nhà nước tham gia vào chương trình này là NASA DoD DoE (AEC) và nhiều công ty hàng không lớn với hànc nsàn nhà khoa học, kỹ sư Nhờ vậy họ đã thu thập dược rất nhiều tri thức

và kinh nghiệm trong việc điều chế và ứng dụng các kim loại và hợp kim'chịu lừa troní; các lĩnh vực khác nhau

Bảng ] 7 chỉ ra một số trong nhiồu hợp kim đã được nghiên cứu và ứng dụng

BẢNG 17: CÁC HỢP KIM TRÊN c ơ s ở Ta VÀ Mo [3]

Thời gian Kí hiệu Thành phần % K.lượng Co quan tài trọ n/c

1960-1992 Mo-TZC Mo-1,2Ti-0,3Zr-0,1 c — 1

Các vật liệu chịu lửa tỏ hợp

Theo nchĩa rộng thì vật liệu tổ hợp (compozit) là vật liệu gồm nhiều pha kết hợp hoặc nhán lên các ưu điểm của từnc pha khắc phục hoặc triệt tiêu các nhược điểm cúa mỗi pha Theo nghĩa đó thì hầu hết các VLCL đã xét ở Irên là vặt liệu compozit với pha tăng cường bànc sợi là để tâng tính bền cơ học Vì VLCL đã xét ở trên gồm các oxit, cachua, silixua, borua, nitrua, các kim loại

và hợp kim chịu lửa về nguvên tắc tất cả các chất đó đều có thể đỏng vai trò pha nền hoặc pha tăng cường trong những vật liệu cụ thể với nhữnu mục đích

cụ thổ Có thể chia VLCL compozit iheo 3 nhóm: kim loại (M); thuỷ tinh (T), gốm (G) tức về ncuvên tắc ta có 9 tổ hợp, nhưng trons thực tế VLCL khống phải mọi tổ hợp đều được sử dung, hời vì trước tiên hai pha đó phai không có tương tác hoá học với nhau sau đó có thê truyền ứng suất giữa pha nền và pha tănc cườnc cần có sự dính kết chật chẽ trên bể mặl tiếp xúc giữa hai pha trong

cả khoảnc nhiệt độ làm việc của nó Điều đó chỉ được đối với VLCL compozit khi hai pha của nó ổn định trong cả khoảng nhiệt độ tồn tại và sự dãn nỏ' nhiệt của hai pha đồng đều đỏng thời có sự "thấm ướt" của pha nển đối với pha tãng cườnc vì thế chỉ có một số tổ hợp sau đâv được ứng dụng trong VLCL:

1- VLCL compozit nén kim loai, sợi kim loại (CMM)

2- VLCL compozit nén cacbon, sợi cachón (CCC)

3- VLCL compozit nén gốm, sợi gôm (CGG)

và một số loại khác Ó đây chúng ta chỉ xét một sô loại quan trọng Các loại sợi thường được sử dụng trong VLCL comporit là sợi thuỷ tinh, sợi các hon sợi cac bua (S/C TiC B4C) sợi borua, sợi titrua, sợi a A1:0 3 , sợi kim loại (tẩm gốm )

1.5 TÍNH CHẤT CỦA VLCL VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH [3.9]

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:

- Nhiệt dung riêng

- Cấu trúc của VLCL độ xốp và độ thông khí

- Tính chất CƯ học ở nhiệt độ ihường

Để Ihuận tiện trong sản xuất neười ta quy định những tiêu chuẩn cụ thể

Cỏn (1) và (3) biết trước độ chịu lửa (con tiêu chuẩn) côn (2) là cỏn thực nghiệm

Các côn chịu lửa thấp cho thêm chất trợ dung

Đặt 3 cỏn lẻn đế sau đó đặt đế vào lò điện sao cho lò phải có nhiệt độ

đổng đều trong toàn bộ thể tích lò 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 Jsọi 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 côn (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

Hỉnh v ẽ 2: Cách xác đinh đó chiu lửa

- Thay đổi tốc độ náng nhiệt trước giai đoạn kết khối thì không ảnh hướng đốn độ chịu lửa.

- Nếu cùng tăng lốc độ nâng nhiệt 2°- 7°/phút của hai côn 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 côn 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

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)

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 vòm lò 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 quá 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 lò

Ngoài yếu tồ' tài trọng và nhiệt độ, dồng thời còn 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 irinmcho cườnu độ xáv dựnc cùa sản phẩm ờ một giới hạm nhiệi độ mà ờ nhiệt đó đó tàitro ne cơ học và chỉ tiêu này phản ánh đúnc đán nhát khá năng sử dụnc VLCL trong diều kiện cụ thể cùa lò công 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

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 khoáng, 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 khoánc triđimit khoánc 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 không 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 không còn 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 khoáng, 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 chothêm 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 biếndạng 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 không 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 không đàn hồi do đó không 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 lò và phá huy chúng Còn sự dãn nêu không lớn lám, có lác dụng tăng cường độ của lớp lót lò do chúng xít đặc lại đặc biệt là vòm lò, nếu sự dãn lớn dẫn đến phá huỷ vòm lò,

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 lò công nghiệp

Đa số vật chất đều co phụ Sản phẩm co phụ: samot, cao alumine, manhezi crom- manhezi spinel, đolômi 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

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 ởnhiệt độ làm việc khoảng 2-3 giờ và xác định biên đổi thể tích theo cóng ihứcsau: AV = (V - Vo)/Vo

Trong đó: AV - Độ ổn định thể chất

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 nguộinhanh, ühü suất này phụ thuộc độ dãn nở nhiệt của sản phẩm, hay dãn ở nhiệtanh hưởng đến độ bền nhiệt của sán phẩm Dãn nở nhiệt phụ thuộc thành phầnkhoáng 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

Độ bền của VLCLkhông phải chí phụ thuộc vào CX TÍ1 mà còn 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)

Trong mỗi sản phẩm có thể dãn nỏ' không donc đều khi thay đổi nhiệt độ

Đẽ thay cho dãn nở đồng đều dùng Op

Khi biết được tính dãn nò' 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

> Độ dản nhiệt của vật liệu

Độ dản nhiệt của vật liệu dược đặc trưng bằng hệ số X có thứ nguyén J/m h.đ (.ìun/mét.giờ độ) nó được dùng đé’ xác định cho độ bén của VLCL vì

độ dan nhiệl cùng với dãn nở là nguyên nhán gây ra ứng suất trong vật liệu, độ dẫn nhiệt  không phái là hằng số mà tăng theo nhiệt độ.

Tronc VLCL nhiệt được truyền do dao động đàn hổi của các nguvên tử ở các nút m ạne lưới tinh thể khác hắn với nhiệt truvền do chuyển động của các điện tứ tronc kim loại Độ dẫn nhiệi của VLCL phụ thuộc gần như tuyến tính vào từng khoảng nhiệt độ nén thường cho dưới dạng trung bình của một khoảng nhiệt độ nào đó

Thỏníi ihường Ằ tăng theo sự tăng nhiệt độ Một số VLCL mà pha tinh thể nhiều tạp chất ít thì X giảm theo sự tăng nhiệt độ

Nhiệi đung riêng của VLCL là nhiệt lượnc cần thiết để cung cáp cho một đơn vị sản phẩm để chúng tăng lên l°c Như vậy (C) có thứ nguvên J/kgđ (Jun/Kilôgam độ) Nhiệt dung riêng là hàm của nhiệt độ Thường nhiệt dung riêng tàng nhanh ở nhiệt độ thấp và tàng chậm ở nhiệt độ cao và nó không phụ thuộc cấu trúc của vật liệu Các VLCL thường có nhiệt dùng riêng trong khoảng 0.75 - 0.92 (J/g.đ)

Bảnc 21 chỉ ra các tính chất nhiệt cùa một số VLCL thông dụng

BẢNG 21: CÁC TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA MỘT SÔ V L C L [3]

do đó lảng độ dẫn điện, do đó nhiệt độ tâng thì điện trở R giảm

BẢNG 22 : ĐIỆN TRỎ RIẾNG CỦ A MỘT s ố V LC L • ■

ở CÁC NHIỆT ĐỘ KHÁC NHAU [3]

100° c 800" c 1.000°c 1.200° c 1.400°c 1.500°cSamot 6 . 6 .106 7,0.10- 2.1.10-' 1.1.103 7,2.102 -

Đinat - 2,2 105 3,2.104 9 ,1 105 2 ,5 103 1.4.103

Cacborua 1,1.10s 1,2.104 4.7.10-' 4,1.10-' 1.4.103 7,4.1c)2

Cromit - 2,8.10' 4,5.102 4.5.102 4 1 102

Mặt khác khi đốt nóng có hiện tượng kết khối phu co phu cũng làm lăng khả năng nứi vỡ sản phẩm do dao động nhiệt độ.

Nguyen nhan: ứng suất nhiệt trong sản phẩm, do có sự chénh lệch nhiệt

độ và ứng suất nhiệt, được đặc trims bằng građien nhiệt độ giữa các lớp sons song với be mặt đấi nóng hav làm nguội Đại lượng građien nhiệt độ phụ thuộc điều kiện đốt nóng hay làm nguội, phụ thuộc hệ sò dẫn nhiệt L. a c yBK.Nêu điều kiện đớt nóng và làm nguội như nhau vật liệu nào có độ dẫn nhiệt lớn thì građien nhiệt trong vât liệu đó nhỏ và hệ sô dãn nở nhiệt a nhỏ Các ứng suất xuất hiện khi đốl nóng và làm nguội có ứng suất kéo

Khi ta làm nguội không đều bề mặt làm nguội như bị co lại, trong nó xuất hiện như trạng thái cũ nên ứng xuất kéo xuất hiện, trường hợp nàv các vết nứt sẽ vuông góc với bề mật làm nguội đó là vết nứt chủ yếu

Khi đối nóng không đều ứng suất irươt hể m ặl đốt nóng nở ra, bên trongnhư bị nén lai line dung trượt sẽ xuất hiện phu thuộc mức độ dãn nở nhiệt

khônÍI đcu các lớp Các vết nún chủ yếu xuất hiện, tạo một góc 45" so với bề mật đối nóng Hai ứng suất này thuộc tính đàn hỏi và tính chấl cơ học của sản phẩm.

• Tính chất đàn hồi phu thuộc chủ yếu vào mõđun Irượt - kéo

Mod un trượt xảy ra khi đốt nóng khôni: đều: Cl = ô/y

8: ứnu suất trượt cực đại, phu thuộc mức chênh lệch hệ số dãn nở nhiệl (a) không đều giữa các lớp Môđun kéo xảy ra khi làm nguội: G = ô/e

Trong đó: ô - ứnc suất kéo cực đại (cường độ kco)

c - Trị số dãn dài tươníi đối của biến dạng dàn hổi E- Mỏđun kéo (mỏđum đàn hồi)

Y - Trị số Irươi tuơng đối (biên độ trượt, góc trượt )G:- Mođun trượi

y 8 càng lớn thì E G càng nhỏ dẫn đến tính chất đàn hồi và độ bền nhiệttãn£

• Tính chất co học: Đặc trưng bằng hệ số dãn nỏ' nhiệt a nó phụ thuộc thành phần khoáng hoá kích thước sản phẩm, hình dạnc sản phám và phụ thuộc a

Độ bền nhiệt Bn =(a E)/a) = x.z/oc.EỴp = A/a.c yBKETrong thưc tế Bn chưa phản ánh được đầy đủ điều kiện đất nóng và làmncuội kích thước sản phẩm, cỡ hạt nên đặc trưng độ hển nhiệt hàng irradien nhiệl độ nhưng nó phu thuộc nhiều yếu tố

• Sức cản của vật liệu (chuẩn số R) biểu thị quan hệ tương hỗ giữa tính chấtđàn hồi và hệ sô dãn nở nhiệt a hay tính chất cơ học

R = (y/a) = (ỗ/a.G ) (khi đối nóng)

R = (e/a) = (ô/a.E ) (khi làm nguôi)

• Đ iều kiện đốt nóng hay làm nguội (chuẩn sô’ K) biểu thị phương thức truyền nhiệt.

• Hình dạng và kích thước sản phẩm (chuẩn số s ) các phươnc pháp tính toán phức lạp do đó dùng phương pháp thực nghiệm để xác định độ bền nhiệt.Trone đỏ : a- Vận tốc dản nhiệt

c- Nhiêt dune ricn.e• c <—

Ybk- mật độ biểu kiến của vật liệu

> C á ch xác định

• Phươnu pháp thực nghiệm

Đốt nóng một đầu viên gạch tiêu chuẩn hình chừ nhật:

230 X 115 X 63; 230 X 113 X 65 (đơn vị m rrr)Trone lò điện đến 850 hoặc 1300°c tuỳ theo điều kiện sử đụnc hoặc điều kiện có ương phòng thí nghiệm Sau đó nhúng đầu được đốt nóng vào đòng nước lanh 20°c ngập sáu 5cm để làm lạnh đột ngột hoặc dùng không khí lanh thổi trưc tiếp vào viên gạch đó (nếu như vién gạch phản ứng với H20 ) Tiếp tục đốt nóng và làm nguội như trên đến khi mẫu xuất hiện kẽ nứt đầu liên hoặc mát 20% trọng lượng han đầu sỏ lần đốt nóng và làn nguội như trên gọi là độ bền nhiệt

• Phương pháp phi tiêu chuẩn

Dùng trong phòng thí nghiệm các mẫu nhỏ hình trụ có đường kính hãng chiều cao và bàng 40mm toàn bộ mẫu được đốt nóng 1300 - 1400°c trong lò khoảng 10-15 phúl Cho mảu rơi xuống dòng nước lạnh 20°c và làm lại như vậv cho đến khi xuất hiện kẽ nứt hav mất 20% trọng lượng