Nghiên cứu chế tạo gạch chịu lửa sa mốt a theo công nghệ bê tông gốm, sử dụng chất kết dính huyền phù gốm nồng độ cao

MỤC LỤC Mục Nội dung Trang 2 Vài nét về sự ra đời và phát triển công nghệ sản xuất VLCL 3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sản xuất vật liệu chịu lửa theo công nghệ bê tông gố

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS TS ĐÀO XUÂN PHÁI

hµ néi - 2010

Công nghệ vật liệu Silicat trường Đại học bách khoa Hà Nội, Phòng thí nghiệm khoa Công nghệ Vật liệu – trường Cao đẳng Hóa chất – Lâm Thao dưới sự hướng dẫn của Thầy giáo PGS TS Đào Xuân Phái

Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đôi với Thầy hướng dẫn, các thầy cô trong Bộ môn CNVL Silicat trường ĐHBK Hà Nội, các thầy cô thuộc khoa CNVL trường Cao đẳng Hóa chất -Lâm Thao đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi hoàn thành bản luận văn này

Cũng nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn Viên Đào tạo Sau đại học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã quan tâm tạo điệu kiện cho tôi trong suốt thời gian học tập và hoàn thiện luân văn

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã giúp đỡ, động viên và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành tốt luận văn này

Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2010

Trần Thị Hoa

MỤC LỤC Mục Nội dung Trang

2 Vài nét về sự ra đời và phát triển công nghệ sản xuất VLCL

3

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sản xuất vật liệu

chịu lửa theo công nghệ bê tông gốm sử dụng chất kết dính

huyền phù nồng độ cao

3

1.1 Công nghệ chế tạo gạch chịu lửa và ý nghĩa của chất liên kết

1.1.1 Sơ đồ mô tả công nghệ chế tạo gạch chịu lửa sa mốt A truyền

1.1.2 Ý nghĩa của chất liên kết trong sản xuất VLCL 14

1.2 Cơ sở khoa học công nghệ chế tạo bêtông gốm từ chất kết dính

2.4 Xác định thành phần khoáng của vật liệu bằng phân tích nhiễu xạ

2.5 Xác định vi cấu trúc của vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét

2.9 Xác định pH của hồ 36

2.11.2 Cách tính đơn phối liệu để chế tạo huyền phù gốm: 38

CHƯƠNG III: TRIỂN KHAI NGHIÊN CỨU THỰC

3.1 Tập hợp các loại nguyên liệu và phụ gia sử dụng trong nghiên

3.2.3 Ảnh hưởng của quá trình nghiền đến tính chất của HCBS 47 3.2.4 Nghiên cứu ổn định tính chất huyền phù gốm nồng độ cao 50

3.2.4.1 Khuấy trộn cơ học: 50 3.2.4.2 Ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia đến tính chất của hồ 51 3.2.5 Khảo sát các thông số kỹ thuật của nghiền hồ 54 3.2.6 Ảnh hưởng thời gian khuấy trộn đến đặc tính kỹ thuật của HCBS 58 3.2.7 Ảnh hưởng của khuấy trộn cơ học đến “tuổi thọ” của hồ HCBS 61

3.3 Nghiên cứu chế tạo gạch chịu lửa sa mốt A theo công nghệ bê

tông gốm sử dụng chất kết dính huyền phù gốm nồng độ cao 63

3.3.1 Tính toán lựa chọn tỷ lệ phối liệu và kỹ thuật gia công sử lý mẫu

3.3.1.2 Mô tả thí nghiệm chế tạo mẫu trong phòng thí nghiệm 64

3.3.2 Ảnh hưởng của hàm lượng CKD HCBS đến sản phẩm mẫu bê

DANH MỤC CÁC HÌNH MINH HỌA VÀ ĐỒ THỊ

1 Hình 1.1: Sơ đồ dây chuyền sản xuất gạch chịu lửa sa mốt A truyền

3

Hình 1.3 : Hình thể hiện sự phát triển nồng độ thê tích Cv 3 giai

đoạn nghiền (I –III) và độ nhớt của HCBS trong quá trinh nghiền

[30-331]

21

4

Hình 1.4 : Ảnh hưởng của nồng độ thể tích CV của thủy tinh quăc(a)

và cát quăc(b) trong quá trình nghiền ướt (Pcast% độ xốp biểu kiến,

cường độ nén sau sấy σbendN/mm2, [28]

23

5

Hình1.5 Sự phụ thuộc hệ số cắt (a) và độ nhớt (b)vào lực căt của

HCBS hệ zircon (Cv=0.64) tại các dải nhiệt độ khác nhau (1) =

650C, (2) = 450C, (3) = 250C

23

6 Hình 1.6 Tổng quan chung về sự phụ thuộc các chỉ tiêu kỹ thuật

của HCBS trong quá trình nghiền 3 giai đoạn [32] 24

7 Hình 1.7 Ảnh hưởng của Na2O trong thủy tinh lỏng đến độ nhớt của

8

Hình 1.8 : a Thành phần, kích thước hạt tương ứng trong

HCBS.[32]

b Hình thể hiện sự phụ thuộc độ nhớt vào áp lực cắt ứng với

các giá trị khác nhau của Cv trong hệ huyền phù thủy tinh

quắc.(1)=0.74, (2)=0.79, (3)=0.78,

24

12 LCC Bê tông chịu lửa ít xi măng

13 ULCC Bê tông chịu lửa siêu ít xi măng

14 NCC Bê tông chịu lửa không xi măng

9

Hình 1.9: Ảnh hưởng của hàm lượng chất kết dính trong phối liệu tạo hình đến độ xốp và độ bền nén của sản phẩm Bê tông gốm gia nhiệt ở 1000oC

25

10

Hình 1.10: Ảnh hưởng của độ ẩm phối liệu đến độ xốp (1) và độ bền nén (2) của sản phẩm Bê tông gốm với hàm lượng HCBS 30% sau khi nung ở 1000oC

15 Hình 2.1: Sơ đồ khối của một phổ kế tia X phân tán chiều dài bước

sóng – dùng trong phân tích định lượng thành phần hóa học 30

18 Hình 3.1 Ảnh hưởng của thời gian nghiền đến nhiệt độ của hồ 56

19 Hình 3.2 Ảnh hưởng của thời gian nghiền đến độ nhớt của hồ

20 Hình 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến độ nhớt của hồ 56

21 Hình 3.4 Ảnh hưởng của độ nhớt vào nhiệt độ 57

22 Hình 3.5 Ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn đến cường độ nén ở

23 Hình 3.6 Ảnh hưởng của thời gian trộn đến độ xốp biểu kiến của

27 Hình 3.10: Sơ đồ chế tạo mẫu trong phòng thí nghiệm 66

28 Hình 3.11 Ảnh hưởng của cấp phối hạt đến độ bền nén sau sấy và

việc phát triển cường độ

33 Hình 3.16 Hình thể hiện mối quan hệ giữa hàm lượng HCBS đến độ

37 Hình 3.20 Hình thể hiện mối quan hệ giữa hàm lượng HCBS đến độ

co ngót của sản phẩm đã qua dung dịch tẩm thực 80

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lịch sử phát triển vật liệu chịu lửa

a Khái niệm về vật liệu chịu lửa:

Theo TCVN 5441:2004 và ISO 1109:1975 vật liệu chịu lửa là vật liệu phi kim loại có độ chịu lửa trên 15000C (trước kia quy định có độ chịu lửa trên 15800C) được sử dụng để xây các lò công nghiệp, các ghi đốt, các thiết bị làm việc ở nhiệt

độ cao Ở đấy chúng chịu đựng lâu dài đối với tác dụng khác nhau về cơ học, nhiệt học và hóa lý

b Phát triển trên thế giới:

Vật liệu chịu lửa được hình thành và phát triển ngay từ cuối thế kỷ XIX Đến đầu thế kỷ XX, vật liệu chịu lửa phát triển nhanh chóng để đáp ứng cho nhu cầu của công nghệ luyện kim và các ngành công nghệ khác phát triển Giữa thế kỷ trước, ngành luyện kim phát triển rất mạnh vì vậy mà lượng gạch chịu lửa sản xuất ra ngày càng tăng do lò luyện kim tiêu thụ gạch chịu lửa nhiều nhất Song song với ngành luyện kim, các ngành công nghiệp khác cũng phát triển theo như công nghiệp hóa chất, giao thông, vật liệu xây dựng, gốm sứ, năng lượng,… Những ngành này cũng đòi hỏi một lượng lớn gạch chịu lửa dùng trong các hệ thống lò Chính vì vậy vật liệu chịu lửa trở thành ngành không thể thiếu được đối với nhiều ngành công nghiệp khác nhau đặc biệt là công nghiệp luyện kim Nửa cuối thế kỷ trước, công nghệ phát triển nên chủng loại của gạch chịu lửa cũng phải phát triển theo Do những nguyên nhân đó mà nhiều loại gạch chịu lửa mới được ra đời nhằm đáp ứng những nhu cầu ngày càng khắt khe Để tăng tuổi thọ cũng như tăng năng suất của lò bắt buộc phải nâng cao chất lượng của lớp lót chịu lửa cũng như sử dụng chủng loại vật liệu chịu lửa mới

Sản lượng vật liệu chịu lửa trên thế giới nói chung không tăng và có chiều hướng giảm dần nhưng tăng chủng loại và chất lượng nên nay chỉ nằm trong khoảng 40 triệu tấn/năm Trong số đó đến 70% dùng trong công nghiệp luyện kim,

còn công nghiệp vật liệu xây dựng chiếm khoảng 7%, gốm sứ thủy tinh 10%, năng lượng và hóa chất 8% và các công nghiệp khác 5%

Năm 1976 bê tông chịu lửa ít xi măng (LCC) và siêu ít xi măng (ULCC) được cấp bằng sáng chế, từ đó đến nay các loại bê tông này được sử dụng hầu hết trong việc xây dựng và sửa chữa các lò công nghiệp

Bên cạnh đó bê tông chịu lửa không xi măng (NCC) cũng được nghiên cứu,

bê tông này sử dụng các liên kết như phốt phát, keo, hyđrat nhôm (rho-alumina), tuy nhiên nó có nhiều hạn chế nên không được sử dụng rộng rãi

Bê tông gốm sử dụng chất liên kết huyền phù gốm nồng độ cao (HCBS) được nghiên cứu và phát triển tại Nga từ cuối những năm 1980, đến nay đã đạt được nhiều thành tựu dần thay thế cho bê tông LCC, ULCC và hứa hẹn sẽ là thế hệ bê tông chịu lửa mới của thế kỷ 21

c Phát triển vật liệu chịu lửa của nước ta:

Ở Việt Nam việc sử dụng vật liệu chịu lửa cũng có từ rất sớm, nhưng chỉ sau khi miền Bắc được hoàn toàn giải phóng, chúng ta mới xây dựng được nhà máy sản xuất gạch chịu lửa Cầu Đuống với năng suất của Công ty VLCL Cầu Đuống và nhà máy sản xuất VLCL Tam Tầng khoảng 20.000 tấn/năm các loại gạch chịu lửa sa mốt và cao alumin Tổng công suất của công ty VLCL Thái Nguyên vào khoảng 30.000 tấn/năm các loại

Ở miền Nam năm 2004 có Nhà máy vật liệu chịu lửa Việt Đức để sản xuất gạch chịu lửa sa mốt và cao alumin với công suất 12.000 tấn/năm,…và nhiều nhà máy khác sản xuất các loại VLCL khác nhau

VLCL samốt là loại vật liệu chịu lửa phổ biến nhất và thường chiếm 70% sản lượng vật liệu chịu lửa nói chung Tỷ lệ này cũng phù hợp với nước ta hiện nay Nó được ứng dụng trong hầu hết các ngành có liên quan đến việc sử dụng VLCL

2 Vài nét về sự ra đời và phát triển công nghệ sản xuất VLCL sa mốt

Vào những năm cuối thập kỷ 90 và sang đầu thế kỷ 21, xu hướng phát triển sản xuất của vật liệu chịu lửa và gốm kỹ thuật tập trung vào nâng cao chất lượng của vật liệu chịu lửa và các sản phẩm gốm chịu lửa bền cơ và bền nhiệt cao Nhiều giải pháp công nghệ mới được nghiên cứu triển khai đã tạo ra những vật liệu mới có những tính năng kỹ thuật tốt hơn hẳn các sản phẩm cùng loại sản xuất theo công nghệ truyền thống Một trong các công nghệ mới đó nhằm nâng cao và thay đổi căn bản chất lượng của bê tông chịu lửa truyền thống là công nghệ chế tạo bê tông gốm (cerambetone) Bê tông gốm với các tính năng vượt trội về độ bền cơ, độ chịu lửa

và nhiều tính chất kỹ thuất hơn hẳn các loại bê tông chịu lửa truyền thống Công nghệ bê tông gốm đã mở ra nhiều hướng chế tạo vật liệu chịu lửa cấu trúc chất lượng cao, giá thành hạ, tuổi thọ sử dụng dài hơn trong các lò công nghiệp Với đề

tài Nghiên cứu chế tạo gạch chịu lửa samốt A theo công nghệ Bê tông gốm sử dụng chất kết dính huyền phù gốm nồng độ cao là bước đầu ở Việt Nam theo hướng

nghiên cứu ứng dụng nhằm tạo ra một loại vật liệu cấu trúc mới sử dụng trong lò nung công nghiệp

3 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sản xuất vật liệu chịu lửa theo công nghệ bê tông gốm sử dụng chất kết dính huyền phù gốm nồng độ cao

a Trên thế giới

Ngay từ thập niên 70-80 đã xuất hiện một số công trình nghiên cứu chế tạo huyền phù gốm dạng lỏng chứa tinh thể mulít làm chất kết dính gốm cho các cốt liệu gầy alumosilicats Tác giả Yu.E.Pivinskii đã nghiên cứu tính chất lưu biến của huyền phù và đặc trưng công nghệ của nó khi chế tạo bê tông gốm [8] Nguyên liệu đầu mà tác giả dùng trong công trình này là bột mullít tổng hợp cỡ hạt 0,05-0,6 mm với thành phần Al2O3=72,8%, SiO2=26,3%, Fe2O3=0,32%, Na2O=0,2% và 0,33% tạp chất khác Huyền phù được nghiền ướt trong máy nghiền bi corun với lớp lót từ

đá quartzit (SiO2) Để đạt được nồng độ pha rắn cao trong huyền phù, bột phối liệu được nghiền theo ba giai đoạn theo mức độ tăng nhiệt độ của hồ (do toả nhiệt khi nghiền) nhiệt độ cực đại chỉ 50-600C Để pha loãng hồ với lượng nước ít nhất, ở đây

người ta đã dùng axit HCl độ mịn 40% hạt có kích thước ≤5µm, 22% cỡ hạt 5-10 µm; 38% cỡ hạt 10-30 µm; hàm lượng thể tích pha rắn Cv=0,48, mật độ 2,01g/cm3

Để ổn định tính chất của hồ người ta dùng giải pháp khuấy cơ học lưu biến

Công trình này đã dùng 4 phối liệu kết hợp giữa huyền phù kết dính gốm hệ mulít chuẩn bị ở trên và cốt liệu gầy hỗn hợp corun điện nóng chảy + mulít theo tỷ lệ: + Chất kết dính huyền phù mulít: 30-35%

+ Corun điện nóng chảy hạt thô: 31-53%

+ Sạn mulit nhỏ 3-0,1 mm: 19-60%

Sản phẩm được đầm rung trong khuôn thép và khuôn thạch cao Sau khi sấy chúng được nung trong lò tuynen ở nhiệt độ 1460-15800C Mẫu nung có độ co nhỏ (0,5-1%), cường độ cơ học cao, độ bền nhiệt tốt sau 8 lần nung nóng-làm lạnh (12500C-H2O) vẫn giữ được cường độ nén 100-135 Mpa tương đương mẫu nung của bê tông chịu lửa truyền thống ở nhiệt độ trên 13000C

Vào thập niên 90 thì hàng loạt các nghiên cứu về bê tông gốm từ huyền phù kết dính nồng độ cao (HCBS) từ biến tính boxit giàu Al2O3 để chế tạo phối liệu đầm rung các cấu kiện chịu lửa cho lò luyện kim, thùng đúc rót thép liên tục và các sản phẩm bền sốc nhiệt theo hướng dẫn khoa học của viện sỹ Pivinski (Nga) đã được công bố Sau đây là một số công trình tiêu biểu:

Công trình nghiên cứu chế tạo chất kết dính huyền phù cao alumin theo phương pháp biến tính bôxit nung Tác giả đã rút ra kết quả rất tốt về tính chất kết dính và chịu lửa của bê tông gốm này Nguyên liệu chế tạo huyền phù gốm nồng độ cao từ cốt liệu cao alumin (bôxit, sạn samốt mullit, mullit corun tổng hợp với hàm lượng Al2O3=66-86%) trên thế giới khá phong phú và tập trung vào các nguồn: Boxit nung của Trung Quốc nung trong lò đứng, lò thủ công ở nhiệt độ 1500-

15500C có hàm lượng Al2O3=80-87%, TiO2 3-4%, R2O≤ 0,25% là nguyên liệu lý tưởng để sản xuất chất kết dính gốm cũng như bê tông gốm liên kết cao alumin vào thế kỷ 21

Để chế tạo huyền phù gốm, tác giả đã dùng samốt bôxit cỡ hạt 1 - 3mm nghiền ướt trong máy nghiền bi lót sứ uralit (hàm lượng Al2O3= 72-79 % và ρ=3,15g/cm3) Môi trường pH được điều chỉnh bằng thuỷ tinh lỏng đạt giá trị tối ưu 9,1-9,8 Sau 15 giờ nghiền theo cơ chế nạp liệu 4 giai đoạn (5 giờ, 7 giờ, 10 giờ và

12 giờ) huyền phù đạt mật độ ρ=2,7-2,75 g/cm3, độ ẩm 12-13% với nhiệt độ tự hâm nóng trong máy đạt 35-600C Nếu sử dụng máy nghiền bi 3,2m3 thì có thể giảm số lần nạp liệu xuống 2-3 giai đoạn Nâng cao nhiệt độ huyền phù khi nghiền sẽ ảnh hưởng tốt đến vận tốc nghiền song nếu nhiệt độ tự hâm nóng của máy đạt > 800C thì

độ nhớt (linh động) của huyền phù tăng do hình thành hơi và “khô đi” của huyền phù Chất kết dính gốm trên cơ sở huyền phù nồng độ cao chế tạo trong công trình này có thể kết dính tốt (độ xốp vật đúc = 16-18%, Rn mộc = 5-6 Mpa) khi chế tạo bê tông gốm cốt liệu gầy là alumosilicat giàu Al2O3

Trong một số công trình khác các tác giả đã nghiên cứu hệ bê tông gốm tự chảy thích hợp với các sản phẩm đúc Ở đây hệ vật liệu mullit-cacbuasilic được khảo sát khá kỹ Tác giả đó đã nghiên cứu tính lưu biến kỹ thuật của hệ tạo hình đúc rung để nhận được bê tông gốm mullít-SiC bền cơ, bền nhiệt tốt Chất kết dính hệ mulit được nghiền từ gạch chịu lửa phế cao alumin loại MLD-62 chứa 62- 68% mulit, 10-12% corun và 15-25% pha thuỷ tinh, hàm lượng Al2O3=66-67% và SiO2=31-32% Huyền phù có các tính chất sau: mật độ ρ=2,36g/cm3, nồng độ thể tích pha rắn Cv=0,66, độ ẩm W=14,7%, độ pH tối ưu =9,6

Hỗn hợp bê tông gốm mullit- SiC gồm 48% chất kết dính (tính theo vật chất khô) và 52% cốt liệu gầy có đặc trưng lưu biến tốt khi tạo hình rung đúc trong khuôn thạch cao Sản phẩm đúc sau sấy có cường độ nén đạt 65-70 kG/cm2 nghĩa là cao gấp hai lần các phối liệu gốm truyền thống sử dụng liên kết đất sét

Bê tông gốm mullits-SiC liên kết mulít có mức độ oxy hoá thấp, nung ở

13500C tổn thất trọng lượng do SiC bị cháy chỉ cỡ 0,06-0,11% tương ứng với hàm lượng SiC trong cấu trúc của bê tông gốm Cvd = 0,35 và 0,4

Mẫu với Cvd = 0,4 nung ở 13000C, sau đó thử chỉ tiêu nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng cho kết quả cao T0,6=15700C, T4=1710-17200C nghĩa là cao hơn mẫu gạch chịu lửa hệ mulít-SiC ép bán khô nung xít đặc với thành phần tương tự khoảng 70-800C Kết quả này đã chứng minh tính ưu việt của kỹ thuật bê tông gốm trong chế tạo sản phẩm chịu lửa

b Tại Việt Nam

Tại Việt Nam, lĩnh vực sản xuất vật liệu chịu lửa theo công nghệ bê tông gốm, sử dụng chất kết dính huyền phù nồng độ cao đang còn là một vấn đề mới mẻ, chưa thực sự được quan tâm nhiều Từ trước tới nay chỉ có đề tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu gốm chịu lửa hệ mulit-cacbuasilic theo công nghệ bê tông gốm” của PGS.TS Đào Xuân Phái –Khoa hóa -Trường ĐHBKHN thực hiện, đã thu được một

số thành công đáng kể cả về mặt công nghệ lẫn ứng dụng Sản phẩm của đề tài hiện nay đã được ứng dụng rộng rãi trong thực tế như bê tông gốm SiC hay chế tạo côn đầu lò dùng trong các lò nung gốm sứ

Còn ứng dụng công nghệ này vào sản xuất VLCL sa mốt A thì chưa có công trình nghiên cứu nào

4 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

a Mục đích của đề tài

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và công nghệ bê tông gốm chế tạo VLCL Samot

- Nghiên cứu chế tạo chất liên kết huyền phù gốm nồng độ cao HCBS

- Ổn định và làm tăng khả năng lưu động của chất liên kết huyền phù gốm nồng

độ cao HCBS

- Chế tạo mẫu thử trong phòng thí nghiệm sử dụng chất liên kết HCBS và ảnh hưởng của hàm lượng chất liên kết đến tính các tính chất của bê tông hay gạch chịu lửa

b Cơ sở khoa học, thực tiễn

- Từ cơ sở các nguồn thông tin, tư liệu nghiên cứu về công nghệ bê tông gốm

- Phân tích đánh giá và tham khảo đặc điểm kỹ thuật của từng loại nguyên liệu

- Áp sát các tiêu chuẩn về phương pháp thử trong và ngoài nước để tiến hành nghiên cứu thí nghiệm

- Phương pháp vật lý: Kính hiển vi điện tử quét để quan sát bề mặt nguyên liệu

và mẫu thử

- Phương pháp hóa học: để xác định thành phần hóa nguyên liệu nghiên cứu

- Kết hợp định tính với định lượng để nội suy

- Ứng dụng vào thực tế sản xuất để khẳng định các kết quả nghiên cứu

c Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài:

Xác lập quy trình chuẩn cho một số các công đoạn như sau:

- Lựa chọn nguyên liệu, phụ gia phù hợp

- Phương pháp nghiền, thời gian nghiền hợp lý

- Khảo sát ảnh hưởng của HCBS đến phát triển cường độ của mẫu bê tông trong phòng Thí nghiệm dựa trên thiết kế cấp phối hạt của phối liệu mẫu bê tông truyền thống)

- Khảo sát ảnh hưởng của quá trình gia nhiệt mẫu bê tông đến tính chất của mẫu

bê tông

- Phân tích đánh giá kết quả

5 Phương pháp nghiên cứu

a Phương pháp kế thừa:

Áp dụng kiến thức đã học và tổng kết của những bậc tiền bối đi trước trong lĩnh vực chế tạo bê tông gốm sử dụng chất liên kết HCBS

b Phương pháp thực nghiệm:

- Phương pháp phân tích hoá học

- Phương pháp phân tích thành phần hạt (bằng sa lắng hoặc tán sạ laze)

- Phương pháp xác định tỷ trọng (khối lượng thể tích)

- Phương pháp kiểm tra các kích thước và độ biến dạng của sản phẩm (TCVN 1998)

5436 Xác định độ hút nước TCVN 54365436 1998 mục 6

Trình tự nghiên cứu được thực hiện theo các bước sau:

- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của cấp phối nguyên liệu, phụ gia điều chỉnh đến tính chất của chất kết dính huyền phù gốm, từ đó lựa chọn cấp phối tối ưu cho phối liệu

- Sử dụng kết quả nghiên cứu cấp phối tối ưu để đưa ra phương pháp nghiền phối liệu cho phù hợp để tăng Cv và tăng tính linh động của hồ đồng thời ổn định hồ

- Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng HCBS đến tính chất của sản phẩm mẫu đúc

- Một số tính chất cơ lý của vật liệu chịu lửa, bê tông chịu lửa được thực hiện theo

các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành

6 Ý nghĩa của đề tài

Trong hàng loạt các thiết bị nhiệt của công nghiệp luyện kim và hóa chất làm việc ở nhiệt độ cao thường xây dựng lớp lót chịu lửa từ bê tông chịu lửa dạng khối, phối liệu đầm hoặc các chi tiết vật liệu chịu lửa không định hình khác Nhược điểm chung của các loại bê tông này là có mật độ không cao, giảm cường độ trong khoảng nhiệt độ xác định (8000C – 10000C), ổn định thể tích kém, có sự tương tác phụ giữa chất kết dính và cốt liệu độn khi làm việc ở nhiệt độ cao hạ thấp độ chịu lửa của bê tông và khả năng chịu mài mòn tốt,… Để khắc phục các nhược điểm đó của các hệ bê tông chịu lửa truyền thống người ta tìm cách thay thế chúng bằng bê tông gốm (ceramobetone) Bê tông gốm là hệ vật liệu Composit đa cỡ hạt dị thể (nhiều pha), gồm các hạt thô của cốt liệu gầy (50 – 80% thể tích), các hạt trung gian

và được lấp đầy các khoảng trống bởi hệ chất kết dính gốm đa pha phân tán (chất kết dính HCBS của bê tông gốm) Sau khi tạo hình theo kỹ thuật rung ép ta thu được sản phẩm có kết cấu xít chặt và bền vững sau khi đóng rắn Vật liệu như vậy

có cấu trúc tương tự như “bê tông” song lại có “khung xương cốt liệu gốm” Ở đây cốt liệu độn và chất kết dính có cùng một bản chất giống nhau (thành phần hóa học, dạng cấu trúc)

Áp dụng công nghệ bê tông gốm này vào sản xuất VLCL sa mốt A ta có thể tận dụng được sản phẩm phế thải công nghiệp của các lò nung, nguyên liệu trong nước rẻ tiền, và đặc biệt là sản phẩm của ta không nung, hoặc nếu có thể chỉ cần gia nhiệt ở nhiệt độ thấp mà vẫn đảm bảo các tính năng kỹ thuật của sản phẩm VLCL Chính vì điều này mà nó có ý nghĩa rất lớn trong việc bảo vệ môi trường của chúng ta

7 Dự kiến áp dụng kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm dự kiến sẽ được triển khai và áp dụng sản xuất thử nghiệm tại xưởng sản xuất VLCL – Bát Tràng

8 Kết cấu của luận văn

Luận văn được trình bày trên 60 trang A4 gồm các phần: mở đầu, 03 chương, kết luận và kiến nghị

Luận văn được thực hiện tại Phòng thí nghiệm của bộ môn CNVL Silicat – trường Đại học Bách khoa – Hà Nội và phòng thí nghiệm của khoa CNVL trường Cao đẳng hóa chất – Lâm Thao – Phú Thọ dưới sự hướng dẫn của Thầy giáo PGS.TS Đào Xuân Phái

Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với Thầy hướng dẫn, các thầy cô trong Bộ môn CNVL Silicat trường ĐHBK Hà Nội, đã giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận văn này

CHƯƠNG I : CƠ SỞ KỸ THUẬT CỦA BÊ TÔNG GỐM

1.1 Công nghệ chế tạo gạch chịu lửa và ý nghĩa của chất liên kết trong sản xuất VLCL

1.1.1 Sơ đồ mô tả công nghệ chế tạo gạch chịu lửa sa mốt A truyền thống:

T¹o h×nh

SÊy

Nung

Ph©n lo¹i KÐt chøa

Hình 1.1 Sơ đồ dây chuyền sản xuất gạch chịu lửa sa mốt A truyền thống

* Giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu

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 sấy đất sét đạt W=7-8% Nhiệt độ khí vào sấy 250-400 0C, nhiệt độ khí ra 110-120 0C Đất sét trước khi vào bunke 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 Sa mốt, nên sau khi làm nguội đất sét phải được nghiền mịn, thường sử dụng máy nghiền lồng cho cỡ hạt <1,5-2mm trong đó cỡ hạt <0,5 mm đạt 80% Hiệu quả nhất là dùng máy sấy nghiền liên hợp chu trình kín

Chuẩn bị phụ gia gầy Sa mốt

Phụ gia gầy Sa mốt 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 Sa mốt là độ hút nước Độ hút nước ≥ 5% cho Sa mốt thường và <2% cho loại đặc biệt

Sa mốt được gia công lựa chọn thành phần hạt của Sa mốt: Thành phần hạt ảnh hưởng đến chất lượng 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 nhiều

* Phối liệu

- Tỉ lệ: Phụ gia gầy Sa mốt: 50-80%

Đất sét làm chất kết dính: 50-20%

Đối với sản phẩm giàu Sa mốt: CLG 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 là chủ yếu: Dùng máy trộn bánh xe

Đầu tiên thấm ướt hạt Sa mốt bằng bùn đất sét kết dính để tạo nên bề mặt các hạt Sa mốt một màng mỏng đất sét, sau đó cho đất sét dạng bột mịn vào Tùy theo độ ẩm của đất sét và sa mốt 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 nhiệm vụ làm kết dính và liên kết các hạt Sa mốt với nhau

- Phương pháp đúc rót: Cho thẳng bùn đất sét kết dính vào trộn với các hạt Sa mốt

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

Phương pháp tạo hình ép bán khô bảo đảm cho sản phẩm có chất lượng cao, bảo đảm các yêu cầu kỹ thuật:

đó tiến hành sấy và nung

Thời gian sấy: phụ thuộc vào loại sản phẩm Ép bán khô 12-18 h sản phẩm

ép dẻo 20-30h

* Nung sản phẩm

Nung sản phẩm Sa mốt nhằm làm kết khối, làm sít đặc sản phẩm đến mức cần thiết đảm bảo độ ổn định thể tích khi sử dụng Giai đoạn nung là giai đoạn quyết định chất lượng sản phẩm nhất Vì vậy cần phải có 1 chế độ nung và nhiệt độ thích hợp Nếu nhiệt độ quá cao sản phẩm sau này có cường độ cao, mật độ lớn nhưng do nhiệt độ quá cao khi nung sản phẩm bị mềm đi và biến dạng do clinke hóa, độ bền nhiệt giảm Ngoài ra sản phẩm còn có thể bị nứt nẻ do ứng suất quá lớn xuất hiện khi nung, do nhiệt độ phân phối không đều khi đốt nóng và làm nguội

Bảng 1.1 Tính chất cơ lý của sản phẩm samot theo TCVN 4710:1989 [I – 161]

Loại sản phẩm samot Các chỉ tiêu

SMA SMB SMC

Nhiệt độ 0C bắt đầu biến dạng dưới tải trọng

1.1.2 Ý nghĩa của chất liên kết trong sản xuất VLCL

Liên kết - kết dính là những khái niệm kỹ thuật có từ xưa Tuy nhiên để hiểu đúng về cơ chế của lực dính kết giữa chất liên kết và các vật liệu nói chung và của vật liệu chịu lửa nói riêng, cần phải nắm được những luận đề cơ bản về lý thuyết kết dính Những vấn đề mang tính chất lý thuyết về lực dính kết thực chất chỉ mới trở thành những đề tài nghiên cứu khoa học trong khoảng 40 năm về trước

Lúc mới đầu người ta cho rằng quá trình dính-dán giữa các vật thể là quá trình đưa vào giữa bề mặt hai vật thể một lớp chất lỏng, chất này sẽ đóng rắn sau một thời gian nào đó rồi làm cho các vật thể gắn chặt vào nhau [7]

Các chất lỏng dán - dính có thể là một màng mỏng sau khi keo hoá (giêlatin hoá) sẽ biến thành keo cứng

Nếu màng mỏng đó là các vật chất có đặc tính nóng chảy khi nung nóng thì phải có khả năng đóng rắn sau khi làm nguội Cũng có thể là một màng mỏng thì sẽ đóng rắn lại nhờ một phản ứng hoá học nào đó

Về sau khi phát triển nghiên cứu người ta đã đi đến quy ước rằng: Tất cả các loại keo, hồ dạng vô cơ, các loại chất dính kết, chất che phủ, các dạng men, các vật chất hàn kim loại đều phải có một tính chất chung là: chúng có khả năng tạo ra một liên kết bền vững với bề mặt của một vật thể khác[17]

Hiện nay, người ta cho rằng hiện tượng kết dính được xác định bởi hai yếu tố: Lực dính và độ bám chặt của vật liệu Sự gắn chặt giữa chất dính-dán với vật liệu khác được gọi là lực dính Còn độ bền chắc của bản thân lớp keo dính được định nghĩa là lực bám

Điều kiện để quá trình dán - dính được bền vững, lâu dài là lực dính của chất keo dính với bề mặt của vật thể rắn phải lớn hơn lực bám (là lực níu kéo của các phân tử nhỏ bé trong thành phần của chất keo dính) tạo nên Bề mặt của chất nền (chất cần dán) có ảnh hưởng lớn đến kết quả của quá trình dán dính vật liệu [3]

Người ta chia lực dính làm 2 loại: Lực dính riêng (hay lực dính tự thân) và lực dính cơ học

Về lực dính riêng (lực dính tự thân) hiện nay đang tồn tại một số thuyết bao gồm: Lý thuyết hấp phụ, thuyết khuếch tán, thuyết hoá học và thuyết điện tử Lực bám dính của vật liệu được đặc trưng bằng cường độ bám dính (kG/cm2) Tuỳ thuộc vào bản chất và đặc tính của các chất kết dính khác nhau mà cường độ bám dính cũng khác nhau

Quá trình sản xuất gạch chịu lửa phải qua nhiều khâu công nghệ liên hoàn, đồng bộ Một trong những khâu quyết định đến tính chất và giá trị sử dụng của gạch chịu lửa là khâu kỹ thuật công nghệ tạo nên sự liên kết bền vững giữa các hạt cốt liệu chịu lửa nhằm tạo nên sản phẩm đạt được các tính năng kỹ thuật cần thiết, thoả mãn yêu cầu sử dụng trong các thiết bị nhiệt

Trong công nghệ cổ điển, thông thường người ta giải quyết vấn đề liên kết đó bằng cách tạo nên một lớp (một pha) nóng chảy có tính năng và thành phần hoá học tương đương thành phần của cốt liệu Ví dụ như khi sản xuất gạch samốt, gạch cao nhôm người ta phải sử dụng đất sét hoặc cao lanh chịu lửa để làm chất kết dính cho phần cốt liệu samốt Sản phẩm sau khi ép định hình kích thước được nung đến một nhiệt độ xác định của loại gạch cần sản xuất để tạo ra một pha liên kết có thành phần và tính chất tương ứng Phương pháp liên kết này là liên kết silicát nóng chảy.[8] Tương tự như vậy, khi sản xuất gạch manhêdi hoặc gạch manhêdi-crôm, gạch crôm-manhêdi, gạch spinel…, người ta cũng phải tạo ra một pha liên kết bằng chính một phần vật liệu của các dạng sản phẩm đó rồi nung đến nhiệt độ kết khối của phần pha liên kết, để tạo ra cường độ và tính năng cơ lý chung cho sản phẩm.[6]

Với phương pháp liên kết như vậy trong công nghệ thông thường, cổ điển người ta có xu hướng giảm nhẹ thành phần và tính chất của pha liên kết so với cốt liệu để dễ nung luyện (Một khâu tốn kém và khó khăn trong công nghệ sản xuất vật liệu chịu lửa nói chung)

Với mục đích nghiên cứu, tìm kiếm các dạng liên kết khác nhau trong công nghệ sản xuất gạch chịu lửa nhằm giảm nhẹ và đơn giản bớt công nghệ góp phần hạ giá thành sản phẩm mà vẫn tạo ra được sản phẩm có những tính năng kỹ thuật đủ tốt, đủ đáp ứng nhu cầu sử dụng, người ta đã nghiên cứu, tìm tòi, tiến hành thực nghiệm khoa học công nghệ và đưa vào áp dụng nhiều loại vật chất liên kết khác nhau Một trong những kết quả của quá trình đó là sự ra đời của chất liên kết gốm

huyền phù nồng độ cao (highly concentrate ceramic binder suspension-HCBS) sử

dụng trong công nghệ bê tông gốm để sản xuất vật liệu chịu lửa mới được áp dụng gần đây

1.2 Cơ sở khoa học công nghệ chế tạo bêtông gốm từ chất kết dính huyền phù gốm nồng độ cao

Tính chất kết dính của Huyền phù gốm nồng độ cao từ một vài ôxyt (như

SiO2, Al2O3, ZrO2…) có ý nghĩa quyết định xác lập cơ sở công nghệ chế tạo Bê

tông gốm Lý thuyết hóa lý các chất vô cơ đã khẳng định rằng: các ôxýt có trị số

Thế Ion cao hoàn toàn có khả năng hình thành với nước tạo ra Huyền phù nồng độ

cao, [13] và tùy theo mức độ tách nước sau đó có thể xảy ra quá trình Đa ngưng tụ

với sự hình thành mạch liên kết Siloxane, kết quả cuối cùng là sản phẩm đóng rắn

huyền phù nồng độ cao có cường độ cơ học lớn Lấy thí dụ: với hệ huyền phù nồng

độ cao chế tạo từ Ốxyt Silíc (SiO2) khi đóng rắn theo cơ chế đa ngưng tụ và tăng

bền khi gia nhiệt (sấy và nung sau khi tạo hình) sẽ chuyển từ mạch liên kết Silanol

có lực liên kết Hydrô sang mạch liên kết Siloxane, với lực liên kết đồng hóa trị đạt

giá trị năng lượng liên kết Si – O đến 444 Kj/mol, lớn gấp hai lần năng lượng liên

kết Ca – O ( 209 Kj/mol) ở các chất kết dính thủy lực như xi măng cao Alumin Cơ

chế phản ứng có thể miêu tả bởi phương trình sau:[13]

≡ Si – OH + OH – Si ≡ →∆To → ≡ Si – O – Si ≡ (Silanol) (Silanol) (Siloxane)

Chính nhờ vậy mà sản phẩm bê tông gốm đi từ cát Quắc sau khi gia nhiệt ở

trên 1250oC có thể đạt Rn= 102 – 123 MPa, Ru= 24,2 - 25,5 MPa

Ở bê tông Gốm chịu lửa trên cơ sở chất kết dính huyền phù gốm nồng độ cao

cộng sinh với cốt liệu gầy từ ôxyt kết khối xít đặc, phản ứng đa ngưng tụ xảy ra

ngay ở các nguyên tử trên bề mặt các hạt cốt liệu gầy, tạo liên kết bền giữa chất kết

dính và cốt liệu gầy Tại vị trí tiếp xúc khi đóng rắn ở nhiệt độ thấp xuất hiện mạch

liên kết Silanol với lực liên kết Hydrô làm gia tăng tính chất kết dính của huyền

phù Quá trình này còn gọi là sự “Kết khối lạnh” Độ bền của mạch liên kết tăng

liên tục nếu sau khi tách khuôn, sản phẩm mộc được gia nhiệt trong quá trình sấy

(110oC) và nung ở nhiệt độ cao Các thông số đặc trưng của huyền phù kết dính

nồng độ cao khi gia công như: độ phân tán của chất rắn lớn (hàm lượng hạt mịn

dưới 20 µm chiếm hơn 50% và tất cả hạt rắn trong huyền phù đều đạt kích thước

qua sàng №0063), độ nhớt động học thấp, giá trị pH tối ưu tùy theo môi trường keo

tụ, đặc biệt là phải có nồng độ pha rắn theo thể tích cao (Cv = 0,68 – 0,7) và độ ẩm

huyền phù thấp (W ≤ 20 % ) Trong công nghệ chế tạo chất kết dính huyền phù gốm

nồng độ cao người ta còn áp dụng cả kỹ thuật ổn định độ nhớt của keo bằng khuấy trộn cơ học và tăng bền bằng quá trình hoạt hóa mạch kết dính tiếp xúc giữa chất kết dính với cốt liệu gầy Đó là các thủ pháp kỹ thuật hiệu quả nhằm tăng cường tính chất của bê tông gốm [26],[30]

Có thể khẳng định rằng : Bê tông gốm là hệ vật liệu composits dị thể nhiều pha đa phân tán Cấu trúc của bê tông gốm bao gồm từ 50 – 70 % (theo thể tích) cốt liệu gầy dạng mảnh thô đến hạt nhỏ, mịn gốc gốm với cơ cấu thành phần hạt hợp lý nhằm đảm bảo sắp xếp khung cấu trúc xít đặc nhất, trong đó không gian rỗng giữa các hạt cốt liệu gầy được lấp đầy (đúc điền đầy) bằng huyền phù phân tán mịn Bản chất cốt liệu gầy và pha rắn của huyền phù có thể đồng nhất hoặc khác nhau (về thành phần hóa học và biến đổi cấu trúc vi mô) Cốt liệu gầy có thể có độ xốp khác nhau hoặc xít đặc cao, đơn hoặc đa cỡ hạt

Theo nguyên lý chế tạo có thể khái quát phân loại Bê tông gốm thành 4 nhóm cấu trúc như sau : [26]

Hình 1.2 Các nhóm cấu trúc của bê tông gốm

- Loại I: Khung xương liên kết chặt chẽ (cứng) với cốt liệu gầy xít đặc hoặc có

lỗ xốp tiếp xúc trực tiếp với nhau

- Loại II: Khung xương liên kết chặt chẽ (cứng) với cốt liệu gầy xít đặc hoặc có

lỗ xốp và có thêm cốt liệu gầy hạt nhỏ

- Loại III: Khung xương liên kết lỏng lẻo (trôi nổi) với cốt liệu gầy tương tự như loại I, II Giữa các hạt cốt liệu gầy không có sự tiếp xúc trực tiếp với nhau

- Loại IV: Bê tông gốm có độ xốp cao với khung xương liên kết có cấu trúc theo cả 3 loại trên Loại này còn sử dụng cả cốt liệu gầy là bông gốm dạng sợi

Để tạo hình vật liệu với khung cấu trúc cứng người ta dùng phương pháp sắp xếp phân đoạn: ban đầu nạp vào khuôn cốt liệu gầy xít đặc hoặc xốp, sau đó đổ vào khuôn huyền phù kết dính.Với loại khung liên kết lỏng lẻo (trôi nổi) người ta sử dụng kỹ thuật trộn và tạo hình thông thường như các loại bê tông chịu lửa khác

Vật liệu Bê tông gốm có thể sử dụng như bê tông chịu lửa không định hình (phối liệu đầm rung, phun chét…) và cũng có thể chế tạo các loại gạch hoặc bloc tạo hình như các sản phẩm gốm tạo hình khác Người ta cũng chế tạo từ bê tông gốm các sản phẩm chịu lửa không nung và nung nhiệt độ cao

Sự khác biệt của công nghệ chế tạo Bê tông Gốm từ chất kết dính huyền phù gốm nồng độ cao là keo kết dính HCBS được chế tạo theo cách nghiền ướt trong máy nghiền bi gián đoạn các loại nguyên vật liệu kỹ thuật truyền thống, khai thác trong tự nhiên kể cả gạch chịu lửa phế thải của quá trình sản xuất và sử dụng, với

giá thành thấp, không cần đến các loại hóa phẩm đặc biệt siêu hoạt tính (Phụ gia MAS) như công nghệ Bê tông chịu lửa ít xi măng LCC Đây là trường phái công

nghệ bê tông chịu lửa mới do viện sĩ Nga Yu.E Pivinskii sáng lập từ những năm 90 của thế kỷ trước

Tính chất của bê tông gốm được xác lập chủ yếu bởi các yếu tố giống như bê tông chịu lửa thông thường hoặc gốm thô nói chung Một số tính chất như: hệ số dãn nở nhiệt, độ dẫn nhiệt…cũng có giá trị chung như các sản phẩm gốm hoặc vật liệu chịu lửa thông thường có cùng thành phần Điểm khác biệt cơ bản của chúng là: cấu trúc hạt thô, độ co khi sấy và nung nhỏ (dưới 1,0 %), độ bền nhiệt cao (gấp 10 –

12 lần sản phẩm bê tông chịu lửa truyền thống), ổn định thể tích khi làm việc, ít hình thành vết nứt, tuổi thọ phục vụ dài hơn hàng chục lần so với bê tông chịu lửa thường có cùng thành phần.[26]

Bê tông gốm còn phân biệt với gốm thường là có độ bền sốc nhiệt đặc biệt cao, độ bền chống nứt tốt mặc dù cường độ có giảm chút ít so với bê tông ít xi măng Trong trường hợp chế tạo sản phẩm nung cường độ mộc cần đạt sau sấy là 20-30 KG/cm2 còn khi chế tạo sản phẩm không nung độ bền nén sau khi đóng rắn cần đạt: Rn≥50 KG/cm2

Điều đặc biệt ở các sản phẩm bê tông gốm trên cơ sở chất kết dính huyền phù gốm nồng độ cao là khi gia nhiệt lần đầu ở dải nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ kết khối (800 – 1000oC), cường độ sản phẩm hầu như không giảm như ở các loại bê tông chịu lửa truyền thống từ các chất kết dính thủy lực, kể cả loại bê tông chịu lửa

ít và siêu ít xi măng Đây có thể coi là một trong nhiều ưu điểm nổi bật của hệ Bê tông gốm sử dụng chất kết dính huyền phù gốm nồng độ cao Một trong những ưu điểm quan trọng của bê tông gốm là tiêu hao năng lượng ở khâu nghiền mịn thấp vì lượng vật liệu kết dính chỉ chiếm 20-25% theo khối lượng khô, ngoài ra có thể hạ thấp nhiệt độ nung sản phẩm cùng loại theo công nghệ truyền thống đến 200-300oC, tiết kiệm đáng kể năng lượng khi nung

Sau đây là một vài biểu đồ minh họa các tính chất và kết quả nghiên cứu của thế giới về chế tạo HCBS [30]

Hình 1.3 : Hình thể hiện sự phát triển nồng độ thê tích Cv 3 giai đoạn nghiền (I – III) và độ nhớt của HCBS trong quá trinh nghiền [30-331]

Dựa theo kết quả nghiên cứu Yu E Pivinskii đã công bố về khảo sát các yếu

tố nguyên liệu, phương pháp sản xuất và đặc điểm của HCBS trên cơ sỏ các ôxyt và vật liệu Silicat [31-184]

Bảng 1 2 Kết quả nghiên cứu Yu E Pivinskii về HCBS [31]

Hình 1.4 : Ảnh hưởng của nồng độ thể tích CV của thủy tinh quăc(a) và cát quăc(b) trong quá trình nghiền ướt (Pcast% độ xốp biểu kiến, cường độ nén sau sấy

σ bend N/mm 2 , [28]

Hình1.5 Sự phụ thuộc hệ số cắt (a) và độ nhớt (b)vào lực căt của HCBS hệ zircon (C v =0.64) tại các dải nhiệt độ khác nhau (1) = 65 0 C, (2) = 45 0 C, (3) = 25 0 C

Hình 1.6 Tổng quan chung về sự phụ thuộc các chỉ tiêu kỹ thuật của HCBS trong quá trình nghiền 3 giai đoạn [32]

Hình 1.7 Ảnh hưởng của Na2O trong thủy tinh lỏng đến độ nhớt của HCBS , độ xốp, cường độ của mẫu đúc[32]

1 Đường cong thể hiện ảnh hưởng của Na 2 O đến độ nhớt tối thiểu của huyền phù thủy tinh quắc C v =0.75

2 Đường cong thể hiện ảnh hưởng của Na 2 O đến độ xốp của vật đúc

3 Đường cong thể hiện ảnh hưởng của Na 2 O đến cường độ của vật đúc

Hình ở dưới của hình 1.7 thể hiện sự phụ thuộc của độ nhớt, ứng suất cắt của HCBS vào hàm lượng Na 2 O

4 Huyền phù không có phụ gia

5 Huyền phù với 0,05% Na 2 O

6 Huyền phù với 0,1% Na 2 O

Hình 1.8 : a Thành phần, kích thước hạt tương ứng trong HCBS.[32]

b Hình thể hiện sự phụ thuộc độ nhớt vào áp lực cắt ứng với các giá trị khác nhau của C v trong hệ huyền phù thủy tinh quắc.(1)=0.74, (2)=0.79, (3)=0.78,

Hình 1.9: Ảnh hưởng của hàm lượng chất kết dính trong phối liệu tạo hình đến độ xốp và độ bền nén của sản phẩm Bê tông gốm gia nhiệt ở 1000 o C.[20]

Hình 1.10: Ảnh hưởng của độ ẩm phối liệu đến độ xốp (1) và độ bền nén (2) của sản phẩm Bê tông gốm với hàm lượng HCBS 30% sau khi nung ở 1000 o C[20]

Hình 1.11 : Nhiệt độ bắt đầu biến dạng dưới tải trọng của mẫu bê tông gốm

- Cột 1: Bê tông Samốt liên kết xi măng Alumina 88% Al 2 O 3

- Cột 3: Mẫu Bê tông gốm nghiên cứu

- Cột 2,4,5: Bê tông liên kết xi măng Alumina 60% Al 2O3

- Cột 6: Mẫu Bê tông chịu lửa của hãng PliramBF Mix 60 G

Qua một số công bố trên đề tài đã kế thừa có chọn lọc để phù hợp với điều kiện nghiên cứu ở nước ta, đặc biệt là việc sử dụng thiết bị, dụng cụ phòng thí nghiệm của ta

Đề phù hợp với điều kiện nghiên cứu và đáp ứng được yêu cầu, mục đích của đề

tài ‘Nghiên cứu chế tạo gạch chịu lửa samốt A theo công nghệ Bê tông gốm sử dụng chất kết dính huyền phù gốm nồng độ cao’

Đề tài lần lượt lựa chọn:

- Phương pháp nghiền gián đoạn 3 giai đoạn [20] [32]

- Nghiền trong môi trường kiềm điều chỉnh pH =9.2 -9.5 [32], [28] sử dụng nước thủy tinh (an toàn trong lao động và nghiên cứu mà vẫn đảm bảo tính kế thừa của đề tài )

- Sử dụng phương pháp tạo hình rung ép

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU

2.1 Xác định thành phần hoá

Thành phần hoá là cơ sở để phân loại vật liệu chịu lửa và nhận biết đặc tính hoá học của chúng Trong sản xuất vật liệu chịu lửa, việc kiểm tra thành phần hóa cũng rất quan trọng để điều chỉnh chất lượng của cả nguyên liệu và sản phẩm cuối cùng Một số thành phần rất nhỏ mà chúng ta tưởng như không quan trọng lại là những yếu tố điều chỉnh đặc tính của nhiều loại vật liệu chịu lửa Như trên chúng ta đã biết hàm lượng các oxit tạp chất SiO2, CaO, Fe2O3 và B2O3 có tác dụng rất lớn tới độ bền xâm thực trong gạch chịu lửa MC

Thành phần hóa của vật liệu thường được xác định theo hai phương pháp, phương pháp phân tích hóa học cổ điển (phương pháp ướt) và phương pháp phân tích dụng cụ dựa trên phổ phát xạ X-ray (Rơnghen huỳnh quang), bức xạ ó hoặc bức

xạ nơtron Phương pháp phân tích dụng cụ nhờ hệ thống thiét bị hiện đại kèm phần mềm xử lý số liệu máy tính cho kết quả nhanh và chính xác, đáp ứng được yêu cầu

về sai số trong phân tích các thành phần có hàm lượng nhỏ như CaO, SiO2, Fe2O3,

B2O3 trong vật liệu chịu lửa

Đề tài thực hiện xác định thành phần hóa của nguyên liệu và sản phẩm vật liệu chịu lửa bằng thiết bị phân tích X-ray huỳnh quang của Phòng kiểm định VILAS 003 Viện Vật liệu Xây dựng Cơ sở khoa học của phương pháp phân tích định lượng thành phần hóa học bằng phương pháp phổ huỳnh quang tia X này dựa vào phép đo tỷ lệ cường độ phổ tia X đặc trưng với nồng độ của nguyên tố nghiên cứu trong mẫu Hình 2.1 là giản đồ module về nguyên tắc cấu tạo của một phổ kế tia X phân tán chiều dài bước sóng dùng trong thiết bị phân tích thành phần hóa Chùm tia X có năng lượng cao được phát ra từ ống phát 1 chiếu vào mẫu nghiên cứu 2 Các nguyên tử của nguyên tố có trong thành phần mẫu sẽ bị kích thích và phát ra các tia X đặc trưng của chính nguyên tố đó với chiều dài bước sóng khác nhau đối với mỗi nguyên tố Các tia X thứ cấp phát ra từ mẫu đi qua hệ ống chuẩn trực vào bề mặt tinh thể phân tán bước sóng 3 Tùy thuộc vào góc tới θ, tia tới với