TÌM HIỂU về vật LIỆU CHỊU lửa môn học vật LIỆU vô cơ

Đây là Slide thuyết trình của nhóm Tìm hiểu về vật liệu chịu lửa một vật liệu quan trọng trong môn học vật liệu vô cơ của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội......... Hi vọng hỗ trợ được mọi người....... cảm ơn mọi người đã xem

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI        VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC

      HỌC PHẦN: VẬT LIỆU VÔ CƠ

I Giới thiệu chung

4

và giảm mất mát nhiệt của lò

Trong quá trình vận hành thiết

bị người ta tìm mọi cách để tăng chất lượng gạch chịu lửa, kéo dài thời gian sử dụng gạch trong lò, góp phần tăng năng suất thiết bị, hạ thấp tiêu tốn nhiệt, tăng chất lượng và hạ giá thành sản phẩm

2 PHÂN LOẠI

Vật liệu chịu

lửa

Phân loại theo độ chịu lửa Phân loại theo trạng thái vật lý Phân loại the o thành phần khoáng hóa

• Loại chịu lửa cao (độ chịu lửa từ 1770-2000oC)

• Loại chịu lửa rất cao ( độ chịu lửa > 2000oC )

Theo trạng thái

vật lý

Theo trạng thái

vật lý

• Vật liệu chịu lửa dạng vô định hình

• Vật liệu chịu lửa dạng định hình

• Vật liệu chịu lửa dạng bông sợi

Theo thành

phần khoáng hóa

Theo thành

phần khoáng hóa

• Vật liệu chịu lửa silic

• Vật liệu chịu lửa alumo silicat

• Vật liệu chịu lửa kiềm tính

• Vật liệu chịu lửa chứa cacbon

• Vật liệu chịu lửa cacbua silic

• Vật liệu chịu lửa chứa zircon

• Vật liệu chịu lửa đặc biệt

• Vật liệu chịu lửa dạng bông sợi

7 I Giới thiệu chung

3 TÍNH CHẤT CƠ BẢN

a Độ chịu lửa

- Là khả năng chống lại tác dụng của nhiệt độ cao để không bị nóng chảy

- Nhiệt độ đốt nóng trong các ghi đốt và lò công nghiệp hiện đại dao động trong khoảng

1000-1800oC

- Các vật liệu có thành phần khác nhau sẽ có nhiệt độ chịu lửa khác nhau.Bảng 1 Nhiệt độ chịu lửa của một số VLCL

8 I Giới thiệu chung

3 TÍNH CHẤT CƠ BẢN

b Cường độ xây dựng ở nhiệt độ cao

- Là khả năng chống lại đồng thời tác dụng của nhiệt

độ và tải trọng cơ học Tải trọng cơ học cao nhất

0,5-1kg/cm2

- Tính chất này được đặc trưng bởi nhiệt độ biến

dạng dưới tải trọng 2kg/cm2, biểu thị khoảng mềm

khi đó sản phẩm sẽ bị biến dạng dẻo Nhiệt độ biến

dạng của vật liệu chịu lửa chủ yếu phụ thuộc vào

thành phần của khoáng, vào đặc tính cấu trúc,v.v

Vật liệu chịu lửa cacbua silic

9 I Giới thiệu chung

3 TÍNH CHẤT CƠ BẢN

c Độ bền nhiệt

- Là khả năng chống lại sự dao động nhiệt độ không bị phá hủy (nghĩa là khi đốt nóng và làm nguội sản phẩm sẽ có sự chênh lệch nhiệt độ dẫn đến xuất hiện ứng suất trong sản phẩm)

- Sự thay đổi nhiệt độ ở các lò nung và thiết bị làm việc gián

đoạn hay sự dao động nhiệt độ ở các lò và thiết bị làm việc liên tục có thể gây nứt vỡ vật liệu chịu lửa

- Yếu tố ảnh hưởng đến độ bền nhiệt: kích thước và hình dạng sản phẩm, kích thước hạt trong phối liệu,v.v

10 I Giới thiệu chung

- Quá trình ăn mòn VLCL phụ thuộc nhiều yếu tố như nhiệt độ, thành phần xỉ

và VLCL, độ nhớt của xỉ, cấu trúc VLCL, môi trường tác dụng,v.v

11 I Giới thiệu chung

3 TÍNH CHẤT CƠ BẢN

e Giãn nở nhiệt

- VLCL khi làm lạnh hay đốt nóng sẽ có sự giãn nở vì nhiệt Bản chất của hiện tượng này là khi bị làm lạnh hay đốt nóng khoảng cách giữa các nguyên tử giảm hay tăng lên do biên độ dao động

- Ứng suất xuất hiện trong sản phẩm khi đốt nóng hay làm nguội nhanh phụ thuộc vào độ dãn nở nhiệt Vì vậy, dãn nở nhiệt ảnh hưởng nhiều đến độ bền nhiệt của sản phẩm

- Yếu tố ảnh hưởng đến dãn nở nhiệt như thành phần của sản phẩm, nhiệt độ,v.v

II Phương pháp sản xuất vật liệu chịu lửa

11

Tùy thuộc vào sản phẩm, mỗi loại sẽ đi từ những nguyên liệu

ban đầu khác nhau và ứng dụng của chúng trong công nghiệp

và đời sống khác nhau

Sơ đồ tổng quát sản xuất vật liệu chịu lửa

Chuẩn bị các cấu tử

Nghiền các cấu tử Trộn các cấu tử Chuẩn bị phối liệu

Tạo hình

Loại trừ chất liên kết tạm

thời

NungPhân loại

Chuẩn bị nguyên liệu

13

 Hình 1 bể chứa nguyên liệu

 Hình 2 xe cân tự động

Trộn nguyên liệu

14

Quá trình nén tạo hình

15

ph n trên và ph n d ầ ầ ướ ủ i c a lò nung và gi a  ữ các m t và trung tâm c a lò  ặ ủ

17 II Phương pháp sản xuất vật liệu chịu lửa

Sản xuất vật liệu Đinat

1 Cơ sở hóa

lí

2 Nguyên liệu vật liệu

3 Quy trình sản xuất

4 Tính chất

và ứng dụng

5 Các loại Đinat khác

Vật liệu silica có hàm lượng

SiO2lớn hơn hoặc bằng 93%, được

gọi là đinát, khoáng chính là tridimit

và crisobalit được sản xuất từ

nguyên liệu thiên nhiên có hàm

lượng SiO2 cao (cát thạch anh,

quarztzit, sa thạch) bằng phương

pháp thiêu kết ở dạng bột Đinát là

loại gạch chịu lửa axít Đặc tính đặc

biệt của đinát là độ chịu lửa gần

nhiệt độ nóng chảy của chúng

Ôxyt silic SiO2 không ngậm nước có 8 dạng thù hình: (α,β) quắc; (α,β,γ) triđimit; (α,β) cristôbalit và thủy tinh quắc

Dạng ổn định ở nhiệt độ cao nhất kí hiệu là α , sau đó đến β rồi đến γ

Sản xuất vật liệu Đinat

 Quá trình hoá lí trong sản xuất đinat: thực nghiệm cho thấy rằng trong tất cả các dạng thù hình của ôxyt silic SiO2, triđimit là tinh thể bền vững và ổn định nhất Do đó trong sản xuất sản phẩm

đinát cần tạo ra nhiều triđimit nhất

1 Cơ sở hóa lí

Sản xuất vật liệu Đinat

2 Nguyên liệu vật liệu

Đinát được sản xuất từ các nguyên liệu chứa nhiều SiO2 như cát quắc, sa thạch, và quắc

Cát quắc là sản phẩm phân hủy của quặng núi chứa quắc như đá hoa cương do tác dụng của khí quyển, gió và sự biến đổi của nhiệt độ

Cát quắc qua nhiều thế kỷ được thấm ướt nước có chứa các tạp chất rất mịn như đất sét, vôi, thạch cao Các tạp chất này liên kết các hạt lại tạo thành quặng rắn hơn gọi là sa thạch Sa thạch xít đặc gọi là

quắczit Còn quắc thường gặp trong dạng mạch nhỏ ,

ở các lớp quắczít tinh thể

Sản xuất vật liệu Đinat

3 Quy trình sản xuất

Chuẩn bị nguyên liệu

Chuẩn bị nguyên liệu

Phối liệu

Phối liệu

Tạo hình, đóng khuôn

Tạo hình, đóng khuôn

sơ đồ công nghệ

Sản xuất vật liệu Đinat

3 Quy trình sản xuất

Chuẩn bị nguyên liệu :

 Chuẩn bị quắc zit: để sản phẩm đồng

nhất và có tính chất xác định phải đập rồi nghiền mịn quắc zit Thành phần hạt được đặc trưng bằng hệ số hạt Hệ

số hạt là tỉ lệ giữa phần trăn hạt nhỏ hơn 0.88mm và hạt lớn hơn 0.54mm

Nếu tăng hệ số hạt thì giảm hiện tượng

tả và tăng độ xốp của sản phẩm Cỡ hạt tốt nhất là: hạt lớn nhất không lớn hơn 3mm, hạt 0,5mm không lớn hơn 55 - 65%, hạt 0,088mm: 30 - 40%

 Chuẩn bị phụ gia khoáng hoá

* Vôi: Chất khoáng hoá trong sản xuất đinát là vôi ở dạng sữa Vôi sữa làm tăng tính chất đóng khuôn của phối liệu, phân phối đều phụ gia, liên kết các hạt quắczit đã nghiền nhỏ, làm các viên bán thành phẩm có cường độ trước và sau khi sấy, xúc tiến chuyển hoá quắc trong quá trình nung, Để có vôi sữa phải thực hiện phản ứng sau: CaCO3—

> CaO + C02↑ - Q (CaO là vôi sống) CaO + H2O = Ca(OH)2 + Q (tôi vôi)

Sản xuất vật liệu Đinat

3 Quy trình sản xuất

Chuẩn bị nguyên liệu :

 Chuẩn bị quắc zit: để sản phẩm đồng

nhất và có tính chất xác định phải đập rồi nghiền mịn quắc zit Thành phần hạt được đặc trưng bằng hệ số hạt Hệ

số hạt là tỉ lệ giữa phần trăn hạt nhỏ hơn 0.88mm và hạt lớn hơn 0.54mm

Nếu tăng hệ số hạt thì giảm hiện tượng

tả và tăng độ xốp của sản phẩm Cỡ hạt tốt nhất là: hạt lớn nhất không lớn hơn 3mm, hạt 0,5mm không lớn hơn 55 - 65%, hạt 0,088mm: 30 - 40%

 Chuẩn bị phụ gia khoáng hoá

*Phụ gia sắt: Sắt hai (FeO) được dùng

để hạ thấp nhiệt độ tạo thành chất nóng chảy Thường dùng vảy sắt, xỉ nấu thép, mẫu pirít đã cháy Độ hạt của chúng bằng 0,2mm Để đảm bảo

độ ẩm của phối liệu, phụ gia chứa sắt được nghiền mịn trong máy nghiền bi không dùng nước mà dùng vôi sữa Sau đó dung dịch vôi sắt được khuấy liên tục để tránh lắng và tăng độ đồng nhất

Sản xuất vật liệu Đinat

3 Quy trình sản xuất

Chuẩn bị nguyên liệu :

 Chuẩn bị quắc zit: để sản phẩm đồng

nhất và có tính chất xác định phải đập rồi nghiền mịn quắc zit Thành phần hạt được đặc trưng bằng hệ số hạt Hệ

số hạt là tỉ lệ giữa phần trăn hạt nhỏ hơn 0.88mm và hạt lớn hơn 0.54mm

Nếu tăng hệ số hạt thì giảm hiện tượng

tả và tăng độ xốp của sản phẩm Cỡ hạt tốt nhất là: hạt lớn nhất không lớn hơn 3mm, hạt 0,5mm không lớn hơn 55 - 65%, hạt 0,088mm: 30 - 40%

 Chuẩn bị phụ gia khoáng hoá

*Keo kết dính: tác dụng của keo làm quá trình liên kết trong khi nén phối liệu dễ dàng, tăng cường

độ viên mộc trước và sau khi sấy Thường dùng keo SSB là nước thải của quá trình sản xuất giấy Để sản xuất đinát dùng 0,5-0,8% phụ gia SSB nằm ở dạng dung dịch

Độ ẩm của phối liệu do sữa vôi sắt đem vào và dao động trong khoảng 4 - 6% tuỳ loại máy nén Phối liệu được trộn trong máy trộn quả lăn

Tạo hình, đóng khuôn sản phẩm: sản phẩm đinát được tạo hình bằng phương pháp bán khô Phối liệu nén đổ vào khuôn và được nén dưới

Sản xuất vật liệu Đinat

3 Quy trình sản xuất

Nung sản phẩm: Khi nung đinat sẽ xảy ra các quá trình sau:

- CaO và SiO2 tác dụng tạo ra Sillicat canxi Sillicát canxi tạo thành dung dịch rắn với sillicát sắt Khi đạt đến nhiệt độ cao chúng tạo thành chất nóng chảy giàu SiO2 từ chất nóng chảy này kết tinh tinh thể triđimit, khi làm nguôi chất nóng chảy này đông lại thành thủy tinh

- Biến đổi thù hình của quắc thành triđimit và cristobalit

- Dãn nở gạch đinát do biến đổi thù hình của quắc

- Biến đổi cường độ cơ học của đinát

- Làm nguội đinát: từ nhiệt độ cao đến 400 - 350°C làm nguội nhanh (có thể dùng quạt) Từ 300°C trở xuống phải làm nguội chậm do có sự biến đổi thù hình của đinát Thời gian làm nguội: lò Tuynen: 50 - 60h; lò buồng nhỏ 136 - 215h, lò buồng lớn: 180 - 240h

Sản xuất vật liệu Đinat

3 Quy trình sản xuất

Nhiệt độ nung cao nhất 1400°C

Tốc độ nung: từ nhiệt độ thường đến 1200°C: 20 - 25°C/h; Từ 1200

- 1350°C: 10°C/h; 1350 - 1460°C:

3 - 5°C/h Duy trì ở nhiệt độ cực đại khoảng 40h

Thời gian nung: lò Tuỵnen 70 - 85h; lò buồng đốt khí loại nhỏ: 135

- 215h, lò buồng lớn 270 - 360h

Sản xuất vật liệu Đinat

4 Tính chất và ứng dụng

 Thành phần hoá học và tính chất lí học: đinát sử dụng ở lò

Máctanh, lò thủy tinh, lò cốc, lò điện nấu thép

Gạch đinát nhiều silic mật độ cao để lót vòm lò Máctanh có hàm lượng SiO2: 97,5 - 98%, độ

chịu lửa: 1735°C; độ xốp biểu kiến: 11 - 13%, cường độ chịu nén: 60° - 100 N/mm2, khối lượng

riêng: 2,34 - 2,38 g/cm, độ thẩm khí 0,028 - 0,044

 Biến đổi thể tích khi thay đổi nhiệt độ Khi đốt nóng hay làm nguội đinát bị biến đổi thể tích do dãn nở nhiệt và biến đổi thù hình

Ở 117° - 163°C: đinát dãn nở do sự biến đổi thù hình từ γ → β → αtriđimít;

180 - 270°C: đinát nở 0,4% do biến đổi từ β → crisotabalit

300 - 500°C: dãn nở do nhiệt;

500 - 600° C: đinát dãn nờ do β → αquắc;

600 - 1300°C: dãn nở do nhiệt 0,2%;

1300 - 1400°C: dãn nở 0,2 - 0,5% do sự biến đổi của quắc chưa chuvển hoá thành triđimit và cristobalit Dãn

nở của đinát tổng cộng đến1450°C (tuỳ mức độ chuyển hoá) có thể từ 1,4 - 2% Khi làm nguội thể tích của đinát giảm ít trong khoảng 1400 – 2500C, nhưng từ 2500 - 500C thể tích giảm nhiều hơn do sự biến đổi của cristobalit

4 Tính chất và ứng dụng

Sản xuất vật liệu Đinat

 Độ bền nhiệt: độ bền nhiệt của đinát khi đốt nóng đến 850°C sau đó làm nguội trong nước không quá 2 - 3 lần

 Độ bền xỉ: đinát là vật liệu chịu lửa axít Ôxyt sắt, vôi và các kim loại khác tác dụng với silic trong đinát thành silicat dễ nóng chảy

5 Các loại Đinat khác

Sản xuất vật liệu Đinat

Đinát nhiều silic mặt độ

cao: do yêu cẩu sử dụng

nhiều silic mật độ cao

Đinát-crôm: để nâng cao độ bền xỉ, người ta sản xuất gạch đinát crôm bằng cách cho vào phối liệu một ít crômít (khoảng 30%) Cho Cr2O3 vào làm độ chịu lửa

và độ bền xỉ tăng vì crômít làm giảm khả nãng thấm các chất nóng chảy silicat vào các lỗ của gạch

Đinát-cácborun: để tăng

độ bền nhiệt của đinát người ta cho phụ gia cácborun vào phối liệu (20 - 30%) Đinát-

cácborun giảm độ giãn

nở nhiệt tăng độ bền khi trượt, tăng độ đẫn nhiệt, cường độ chống bào mòn cao

31 II Phương pháp sản xuất vật liệu chịu lửa

Sản xuất gạch Sa mốt

1 Thành phần và phân loại

4 Tính chất và ứng dụng

3 Quy trình sản

xuất 2.Nguyên liệu sản xuất

Vật liệu chịu lửa gạch Sa mốt

- Thuộc nhóm Alumin silicat chứa Al2O3 30-45%, có cấu tạo chủ yếu từ SiO2 và

Al2O3 Các oxyt khác (Fe2O3, CaO, MgO, ) có trong sản phẩm là các tạp chất khác Thành phần và hàm lượng tạp chất phụ thuộc vào độ tinh khiết của nguyên liệu ban đầu

- Tùy theo hàm lượng Al2O3 trong sản phẩm, chia làm 3 loại:

+ Bán axit Al2O3 (15-30%)

+ Samôt Al2O3 (30-45%)

+ Cao Alumin Al2O3 (>45%)

Đất sét

Cao lanh

Sản xuất gạch Sa mốt

Tính chất của samốt cao lanh và samốt thường được thể hiện ở bảng 2.1

Bảng 2.1: Tính chất của samot cao lanh và samot thường

Loại sản phẩm %Al2O3 Nhiệt độ nung Độ chịu lửa ( độ

C)

Tổng tạp chất

nóng chảy

Nhiệt độ biến dạng Bắt đâu 40%

Sa mốt cao lanh 40-44 1450-1500 1750-1770 2.5 – 3 1500 1650

Sa mốt đất sét 38-40 1350-1420 1710-1750 5 – 6 1400 1600

Sản xuất gạch Sa mốt

Nung Sấy

Tạo hình Phối liệu

Chuẩn bị

nguyên liệu

3 Quy trình sản xuất gạch Samôt

Sản xuất gạch Sa mốt

3 Quy trình sản xuất gạch Samôt

Giai đoạn 1: Chuẩn bị nguyên liệu

Gồm đất sét (chất kết dính) và phụ gia gầy samôt Khi nung, Samôt nghiền nhỏ đến kích thước tùy theo yêu cầu

- Phụ gia gầy samôt được sản xuất bằng cách nung đất sét và cao lanh đến nhiệt độ kết khối 1200-1250oC Sau u cầu

- Trên thực tế, gạch samôt 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 là lớn hơn hoặc bằng 4-5mm

Đất sét (khối lớn)

Nghiền (cắt)

Sấy (Độ ẩm 7-

8%)

Sàng rung (cỡ hạt<

1mm)

Bunke chứa Chất kết dính

Sản xuất gạch Sa mốt

Giai đoạn 2: Phối liệu

- Tỉ lệ: Phụ gia gầy samôt: 50-80%

Giai đoạn 3: Tạo hình

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

- Phương pháp dẻo tạo hình bằng tay với sản phẩm phức tạp

- Phương pháp đúc rót: ít dùng

Sản xuất gạch Sa mốt

3 Quy trình sản xuất gạch Samôt

Giai đoạn 4: Sấy sản phẩm

- Độ ẩm của viên sau khi tạo hình tùy phương pháp dao động từ 5-20%, vì vậy cần phải sấy để còn lại 1-3% trước khi vào lò

nung

- Quá trình sấy nhanh nhờ vật liệu chịu lửa sa môt có độ xốp và các vết nứt giữa các hạt sa môt và chất kết dính nên làm giảm nguy hiểm về việc bốc hơi ẩm từ trong sản phẩm ra ngoài, do đó

có thể xúc tiến quá trình sấy nhanh hơn

- Nhiệt độ vào lò là 180-250oC, nhiệt độ ra là 60-80oC

Thời gian sấy tùy thuộc vào loại sản phẩm

3 Quy trình sản xuất gạch Samôt

Sản xuất gạch Sa mốt

Giai đoạn 5: Nung sản phẩm

- Mục đích là kết khối, làm sít đặc sản phẩm đến mức cần thiết đảm

bảo độ ổn định thể tích khi sử dụng

- Là giai đoạn quyết định chất lượngsản phẩm nhất

- Nhiệt độ nung là 1350-1380oC

Sau khi nung, quá trình làm nguội tùy thuộc vào cấu trúc lò và Gạch samôt kích thước, hình dạng sản phẩm,

thường khoảng 60-70oC/h

Sản xuất gạch Sa mốt

3 Quy trình sản xuất gạch Samôt

- Ứng dụng rất rộng rãi Trong công nghiệp Silicat,

xây lò gốm sứ, lò nấu thủy tinh, lò nung xi măng, lò

khí hóa, Tùy điều kiện làm việc mà lựa chọn loại

gạch samôt thích hợp

- Bảo quản: Chống ẩm vì khi bị ẩm cường độ hạ

thấp rất nhiều

• Thoát khỏi sự phụ thuộc vào kỹ năng của người vận hành bằng tự động hóa

• Cải thiện khả năng truy nguyên bằng cách ứng dụng công nghệ.

• Giảm thời gian chu kỳ và thời

gian dẫn

• Làm mịn dòng chảy bán thành phẩm

• Tự động hóa và tiết kiệm lao động bằng cách sử dụng hiệu quả công nghệ

41

Một ví dụ về cải tiến quy trình trộn

  so sánh mật độ lớn của màu xanh lá trước khi cải thiện (một

loạt các nguyên liệu thô khác nhau kích thước ticle và chất

kết dính tích điện với nhau) và sau khi cải thiện các hạt mịn

đã được trộn trước và sạc trình tự cho các nguyên liệu thô và

chất kết dính được tối ưu hóa. Mỗicác mẫu được sử dụng để

so sánh đã thu được bằng cách trộn giống nhau nguyên liệu

trong một thời gian nhất định và sau đó nén h/c dưới một tải

trọng nhất định. Chất kết dính rất nhạy cảm với nhiệt

độ-Ture, và độ nhớt của nó thay đổi đáng kể theo nhiệt độ.Do

đó, bằng cách thực hiện kiểm soát nhiệt độ thích hợp của

chất kết dính,cũng như các nguyên liệu thô và máy trộn, có

thể trộn chất kết dính và nguyên liệu trong cùng điều kiện

trong suốt năm. Điều này giúp ổn định chất lượng sản

phẩm. Vì một số chất kết dính là dễ bị suy giảm theo thời

gian, cần phải Cẩn thận khi xử lý chất kết dính. Trong trường

hợp vật liệu chịu lửa không vỏvật liệu được trộn tại nơi sử

dụng, chất kết dính được cẩn thận được đóng gói riêng biệt

với các vật liệu khác cho đến khi nó được sử dụng

42