Nghiên cứu sản xuất phụ gia kết dính cho vật liệu chịu lửa kiềm tính

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIEN CỨU SÀNH SỨ THỦY TINH CÔNG NGHIỆP










BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI TRỌNG ĐIỂM CẤP BỘ



NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT PHỤ GIA KẾT ĐINH
CHO VẬT LIỆU CHỊU LỬA KIỀM TÍNH


Chủ nhiệm đề tài: KS. PHAN THỊ THÚY NGA

7340
11/5/2009

HÀ NỘI - 2009





1

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU SÀNH SỨ THỦY TINH CÔNG NGHIỆP




BÁO CÁO TỔNG KẾT
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

ðỀ TÀI CẤP BỘ:
Tên ñề tài: “Nghiên cứu sản xuất phụ gia kết dính cho vật liệu
chịu lửa kiềm tính”

Chủ nhiệm ñề tài: K.S Phan Thị Thúy Nga










Hà Nội - 2008

2

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NC SÀNH SỨ THỦY
TINH CN
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ðộc lập - Tự do - Hạnh phúc



BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
ðỀ TÀI KHOA HỌC CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

ðề tài: “Nghiên cứu sản xuất phụ gia kết dính cho vật liệu chịu lửa kiềm

tính”

Chủ nhiệm ñề tài: K.S Phan Thị Thúy Nga

Cán bộ phối hợp: Th.S Hoàng Bá Thịnh
Th.S Dương Hải Hoàn
K.S Nguyễn Tiến ðiệp

Cơ quan chủ trì ñề tài: Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp

ðơn vị phối hợp:
- Nhà máy vật liệu chịu lửa kiềm tính Việt Nam
- Công ty TNHH Việt Hưng – Hưng Yên


Chủ nhiệm ñề tài Cơ quan chủ trì ñề tài





3

MỤC LỤC

Trang

MỞ ðẦU

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. DẦU HẮC ÍN VÀ DẦU COKE HÓA
2.2. NHỰA PHENOL-FORMALDEHYDE
2.3. CHẤT KẾT DÍNH TỪ MẬT RỈ ðƯỜNG VÀ PHỤ PHẨM ðƯỜNG
2.4. CHẤT LIÊN KẾT TỪ CARBOHYDRATE BIẾN TÍNH VÀ
POLYMER RESORCINOL

THỰC NGHIỆM
3.1. PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM
3.2. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO

5
7
8
9
9
10

13
13
15
19
20




4

Lời cảm ơn
Kết quả nghiên cứu của ñề tài nằm trong khuôn khổ chương trình hợp
tác, hỗ trợ nghiên cứu và ứng dụng sản xuất giữa Viện Nghiên cứu Sành
sứ Thủy tinh Công nghiệp, Nhà máy Vật liệu chịu lửa Kiềm tính Việt Nam
và Công ty TNHH Việt Hưng – Hưng Yên. Kết quả này không chỉ minh
chứng cho sự thành công về phần học thuật của ñề tài, nó còn thể hiện tính
hiệu quả trong mối liên hệ mật thiết giữa nghiên cứu và thực tiễn sản xuất.
Thay mặt nhóm thực hiện ñề tài, Chủ nhiệm ðề tài xin chân thành cám
ơn các cộng tác viên khoa học, Ban lãnh ñạo các cơ quan hữu trách ñã hết
lòng khuyến khích và tạo ñiều kiện thuận lợi cho nhóm thực hiện ñề tài.
Chủ nhiệm ñề tài


5

Phần 1. Mở ñầu:
Trong xây dựng và công nghiệp, vật liệu chịu lửa là loại giữ nguyên
ñặc tính hoá lý cho tới nhiệt ñộ 1580
0
C hoặc lớn hơn. ðộ chịu lửa của vật liệu
là khả năng chống lại sự biến dạng của nó khi làm việc ở nhiệt ñộ cao.
Ngành công nghệ vật liệu chịu lửa là một ngành khá quan trọng trong
xây dựng các công trình công nghiệp, ñặc biệt là các công trình cho thép xây
dựng và ngành xi măng. Việc phát triển vật liệu chịu lửa chất lượng cao ñòi
hỏi nguồn mỏ nguyên liệu riêng và không phải quốc gia nào cũng dồi dào tài
nguyên này.
Vật liệu chịu lửa có thể ñược phân loại theo hình dạng: ñịnh hình (như
gạch chịu lửa) và không ñịnh hình (như bê tông chịu lửa, vữa chịu lửa…)
Vật liệu chịu lửa cũng có thể ñược phân loại theo thành phần hoá:

Vật liệu chịu lửa có tính axit ( như vật liệu chịu lửa ñinat, vật liệu chịu
lửa bán axit…)
Vật liệu chịu lửa trung tính ( như vật liệu chịu lửa cao nhôm)
Vật liệu chịu lửa kiềm tính (như vật liệu chịu lửa manhêdi, vật liệu chịu
lửa ñolomit, vật liệu chịu lửa Fôrsterit, vật liệu chịu lửa cac bon…)
Vật liệu chịu lửa kiềm tính là một sản phẩm ñặc chủng ñược sử dụng
rộng rãi trong các ngành công nghiệp .Các loại Vật liệu chịu lửa kiềm tính
ñiển hình như gạch magnesite, gạch Spinel, gạch magnesite – chrome không
thể thiếu ñược trong các ngành công nghiệp xi măng, luyện kim, thuỷ tinh và
hoá chất. Thông thường, việc tạo hình gạch mộc có thể ñược thực hiện bằng
nhiều phương pháp thủ công hoặc cơ giới, tự ñộng hóa. Gạch chịu lửa tiêu
chuẩn hoặc côn dị hình cho lò quay xi măng và lò nấu chảy thép ñược tạo
hình theo phương pháp ép bán khô áp lực cao. Thành phần phối liệu của gạch
chịu lửa chất lượng cao thường giới hạn ở mức thấp nhất có thể hàm lượng
các phụ gia hóa dẻo cũng như tăng cường liên kết cơ học ban ñầu nhằm mục
ñích nâng cao chất lượng của sản phẩm chịu lửa.

6

ðể cải thiện chất lượng sản phẩm mộc gạch kiềm tính nói chung và cường
ñộ cơ học nói riêng, trong công nghiệp thường sử dụng một số loại phụ gia
hóa dẻo và tăng cường cường ñộ mộc. ðiển hình có thể kể ñến chế phẩm phụ
của ngành công nghiệp giấy như calcium hoặc sodium lignosulfonate, dầu hắc
ín, polymer hoặc keo liên kết hữu cơ.
Chất liên kết tăng cường cường ñộ thường ñược sử dụng rộng rãi nhất phải
kể ñến chế phẩm phụ calcium/sodium lignosulfonate (Gulac
®
) của ngành
công nghiệp giấy. Về mặt cấu trúc phân tử lignosulfonate hiện ñang còn nhiều
giả thuyết chưa thống nhất nhưng thường chứa trên 10.000 ñơn vị. Cấu trúc

polymer của lignosulfonate cho phép nó có ñược những ñặc tính liên kết mà
không phải sản phẩm nào cũng ñạt ñược. Tuy nhiên, việc ứng dụng
lignosulfonate như một chất kết dính trong công nghiệp sản xuất vật liệu chịu
lửa kiềm tính có tính chất hủy hoại môi trường và gây ô nhiễm khí thải khá
nghiêm trọng. Trong cấu trúc lignosulfonate, gốc sulfonate ở nhiệt ñộ cao
phân hủy và tạo thành sulfur dioxide. SO
2
hoạt tính phân hủy từ
lignosulfonate sử dụng như phụ gia kết dính trong quá trình nung sản phẩm
mang tính acid gây kích ứng ñường hô hấp, suy giảm khả năng trao ñổi oxy,
gây khó thở, ho và viêm họng. Về lâu dài, SO
2
gây tổn hại vĩnh viễn cho phổi.
Khi tác dụng với nước hoặc hơi nước có trong môi trường, SO
2
gây kích ứng
và mẩn ngứa ñối với da và mắt, gây viêm da, ñỏ mắt và hủy hoại niêm mạc
mắt. SO
2
còn gây tổn hại môi trường, tạo nên hiệu ứng nhà kính, biến ñổi khí
hậu trong khu vực cũng như toàn cầu.
Do ý thức trước sự hủy hoại nghiêm trọng tới môi trường sống và sức
khỏe người lao ñộng, thêm với những hạn chế về mặt công nghệ gây ra trong
quá trình sản xuất sử dụng lignosulfonate, Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy
tinh Công nghiệp ñã ñề xuất và ñược Vụ Khoa học - Bộ Công Thương giao
cho thực hiện hợp ñồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 32 –
08.RD.BS /Hð – KHCN ký ngày 04 tháng 11 năm 2008.
Mục tiêu của ñề tài là:

7

• Xác ñịnh ñược các loại nguyên liệu dùng ñể sản xuất phụ gia kết dính cho
vật liệu chịu lửa kiềm tính;
• Xác ñịnh ñược công nghệ tổng hợp ñể sản xuất phụ gia kết dính cho vật
liệu chịu lửa kiềm tính;
• Xác ñịnh ñược ñơn phối liệu tối ưu sản xuất phụ gia kết dính cho vật liệu
chịu lửa kiềm tính;
• Xây dựng ñược qui trình công nghệ sản xuất phụ gia kết dính
Sản xuất thử 01 tấn sản phẩm
Nội dung nghiên cứu
* Nghiên cứu sử dụng các các nguồn nguyên liệu và phối trộn, cấp
phối cho việc tổng hợp phụ gia kết dính cho vật liệu chịu lửa.
* Xác ñịnh cấp phối tối ưu, ñánh giá khả năng cải thiện cường ñộ gạch
mộc, ñánh giá khả năng cải thiện ñặc tính cơ nhiệt của sản phẩm gạch chịu
lửa.
* Nghiên cứu công nghệ và quy trình sản xuất tối ưu.
* ðánh giá các thông số và ñặc tính kỹ thuật của phụ gia kết dính.
* Tổ chức sản xuất thử nghiệm 1 tấn sản phẩm, thử nghiệm thực tế sản
xuất và so sánh với sản phẩm nhập ngoại.




8

Phần 2. Cơ sở lý thuyết:
Gạch chịu lửa kiềm tính và các sản phẩm chịu lửa dị hình thông thường
ñược tạo hình theo phương pháp ép bán khô phối liệu dưới áp lực cao hoặc
ñầm nện từ phối liệu cấp phối bổ xung các hoạt chất kết dính có chứa hoặc
không chứa liên kết carbon.

Thông thường, phối liệu ñược chuẩn bị theo thành phần hạt sau: 45÷55%
hạt 2 ÷ 0,8mm; 5÷15% hạt 0,8 ÷ 0,088mm; 30÷40 % hạt < 0,088mm.
Hoạt chất kết dính chứa carbon không chỉ tạo liên kết phát triển cường ñộ
mộc trong quá trình ép. Cùng với quá trình nung sản phẩm, chất kết dính chứa
carbon phân hủy thành carbon-graphite hóa và tạo nên liên kết cường ñộ tại
biên hạt trong cấu trúc pha của vật liệu chịu lửa. Lượng carbon hình thành từ
phản ứng graphite hóa phát triển cường ñộ ở nhiệt ñộ cao, hình thành liên kết
carbon trong cấu trúc cấp phối của vật liệu. Chất liên kết do ñó tăng cường
cường ñộ trong quá trình nung và bản thân chúng, tăng cường khả năng chống
thẩm thấu của thép lỏng nóng chảy, giảm mức ñộ ăn mòn xỉ thép, tăng khả
năng bám dính của lớp colar trong lò quay xi măng.
2.1 Dầu hắc ín và dầu coke hóa:
Dầu hắc ín và dầu coke hóa trước ñây ñược sử dụng rộng rãi cho mục
ñích liên kết kết dính mang tính kinh tế cao cho sản phẩm chịu lửa dùng cho
lò thép nóng chảy, lò hồ quang nấu chảy thép và hợp kim. Theo Kernion và
các ñồng nghiệp [1], liên kết kết dính hình thành từ dầu hắc ín hoặc dầu coke
hóa cải thiện ñáng kể khả năng liên kết. Tuy nhiên, trong các sản phẩm gạch
chịu lửa tổng hợp ở nhiệt ñộ cao cho thấy mức ñộ phát thải khá lớn các hợp
chất ñộc hại phân hủy nhiệt của mạch hữu cơ hydrocarbon dạng vòng chứa
trong dầu hắc ín và dầu coke hóa. Các hợp chất này ñến nay từng ñược ghi
nhận gây tác hại nghiêm trọng ñến sức khỏe con người và tiềm ẩn khả năng
gây ung thư cũng như ñột biến gien. Dầu hắc ín và dầu coke hóa bản thân

9

chúng cũng mang ñộc tính cao trong quá trình sử dụng khi tiếp xúc trực tiếp
qua da và niêm mạc cũng như gây nhiễm ñộc qua hệ tiêu hóa hoặc hô hấp.
Rất nhiều nghiên cứu ñã và ñang ñược thực hiện nhằm mục ñích thay thế sử
dụng sản phẩm dầu hắc ín và dầu coke hóa như một phụ gia liên kết trong
công nghiệp vật liệu chịu lửa. Funabiki và các ñồng nghiệp [2] nghiên cứu thử

nghiệm lignin phenolformaldehyde biến tính nhằm thay thế một phần hoặc
toàn bộ dầu hắc ín hoặc dầu coke hóa. Thêm vào ñó, nhóm tác giả trên cũng
ñạt ñược những thành tựu ñáng kể khi thử nghiệm thay thế dầu hắc ín bằng
nhựa phenolic. Funabiki và các ñồng nghiệp cũng kết luận rằng, việc sử dụng
nhựa phenolic cũng không cải thiện ñáng kế cường ñộ cơ học của vật liệu,
hơn nữa nó kéo theo mức ñộ phức tạp về công nghệ ñối với quá trình sản
xuất, và quan trọng không kém nhựa phenolic có giá thành cao.
2.2 Nhựa phenol-formaldehyde:
Trong các nghiên cứu của Bove [3] ñã chỉ ra rằng việc thủy phân hỗn
hợp hydrocarbon và chất kết dính hữu cơ tổng hợp, như phenol-formaldehyde
ở nhiệt ñộ cao hình thành gốc resorcinol C
6
H
4
(OH)
2
trong chuỗi polymer có
thể giảm thiểu ñáng kể hàm lượng khí thải các chất ñộc hại ghi nhận ñược khi
so sánh với dầu hắc ín hoặc dầu coke hóa. Nghiên cứu chi tiết về khả năng
ứng dụng của phenol-formaldehyde và resorcinol-formaldehyde như những
hoạt chất kết dính chứa carbon cũng ñược Cline [4] và Andersen [5] công bố.
Việc sử dụng phenol-formaldehyde và resorcinol-formaldehyde cho mục
ñích kết dính phối liệu chịu lửa không hoàn toàn giải quyết ñược vấn ñề hạn
chế khả năng phát thải hàm lượng lớn khí thải ñộc hại. Theo Gardikes [6], hơi
formaldehyde gây khó chịu và kích ứng hệ hô hấp, gây ngộ ñộc và tổn hại cho
sức khỏe người lao ñộng. Với tới hạn tỷ lệ hỗn hợp ñẳng cấu oxy, hơi
formaldehyde dễ dàng gây nổ. Thêm nữa, dung môi hữu cơ sử dụng cho nhựa
tổng hợp formaldehyde cũng gây ngộ ñộc ñối với người sử dụng.
2.3 Chất kết dính từ mật rỉ ñường và phụ phẩm ñường:

10

Việc sử dụng ñường và phụ phẩm của nó ñã ñược ứng dụng làm chất
kết dính dùng trong công nghiệp vật liệu chịu lửa. Theo Matalon, [7] những
nghiên cứu ứng dụng ñặc tính liên kết chốt mạch ña phân tử của tác nhân
ñóng rắn và chất kết dính phát triển từ ñường sử dụng trong việc chế tạo
khuôn ñúc cát ñã gặt hái ñược nhiều thành tựu. Hỗn hợp chất kết dính ñược
tổng hợp từ dung dịch ñường dehydrad hóa bổ xung polyhydric phenol và
phosphoric acid. Hỗn hợp kết dính sau ñó ñược chuyển vào thiết bị phản ứng
và cô ñặc ở nhiệt ñộ từ 115
0
C-116
0
C trong khoảng 20-30 phút. Furfuryl
alcohol hoặc furfuryl alcohol-formandehyde cũng ñược bổ xung vào hỗn hợp
với các tỷ lệ khác nhau nhằm cải thiện tính năng của chất kết dính. Tuy nhiên,
do tính acid của hỗn hợp chất kết dính khá mạnh nên thực tế sử dụng nó tạo
nên một số sự cố công nghệ ñặc biệt khi sử dụng chúng như tác nhân kết dính
cho vật liệu chịu lửa kiềm tính. Hoạt tính mang tính acid cao tạo thành liên
kết hóa học bền vững ñối với phối liệu kiềm tính nên tốc ñộ ñóng rắn của phối
liệu rất nhanh. Hơn nữa, mức ñộ suy giảm cường ñộ mộc giới hạn khoảng
thời gian 2-3 tuần. Thực tế sản xuất cho thấy, sản phẩm mộc sau ép-sấy yêu
cầu thời gian lưu kho tối thiểu 1 tháng và tối ña 3 tháng mà không cho phép
suy giảm cường ñộ.
Một nguyên nhân nữa hạn chế việc sử dụng của họ kết dính chứa
ñường này còn xuất hiện khi nó tương tác trực tiếp với tạp chất không mong
muốn có lẫn trong phối liệu chịu lửa ñặc biệt hay gặp ñối với hệ vật liệu chịu
lửa SiC và bauxite ñiện nóng chảy. Những nhược ñiểm trên phần nào giới hạn
việc ứng dụng của họ kết dính này trong thực tế sản xuất.
2.4 Chất liên kết từ carbohydrate biến tính và polymer resorcinol:

Trong các hệ chất kết dính có hoặc không chứa carbon trích dẫn trên
ñây, mặc dù mang những ñặc tính cải thiện cường ñộ liên kết phối liệu rất tốt
và không thể phủ nhận về hiệu quả sử dụng của chúng trong công nghệ vật
liệu chịu lửa, tuy nhiên do những nhược ñiểm vốn có phát sinh trong quá trình

11

công nghệ và mức ñộ phát thải khí thải gây ô nhiễm ở nhiệt ñộ cao ñã hạn chế
phần nào việc ứng dụng chúng một cách rộng rãi.
Qua nghiên cứu các thành tựu công nghệ mới nhất trong những năm
gần ñây của các hãng công nghệ nước ngoài, nhóm thực hiện ñề tài kết hợp
với các cán bộ kỹ thuật dày dạn kinh nghiệm của Nhà máy vật liệu chịu lửa
kiềm tính Việt nam ñã mạnh dạn ñề xuất phương án và ñịnh hướng nghiên
cứu cho quá trình tổng hợp chất kết dính trên cơ sở biến tính carbohydrate và
polymer resorcinol với phụ gia tăng cường cường ñộ, cải thiện và phát huy
ñặc tính cơ tính phối liệu vật liệu chịu lửa kiềm tính, giảm thiểu các tác nhân
gây tổn hại tới sức khỏe người lao ñộng, thân thiện môi trường.
Tổ hợp hỗn hợp chất kết dính bao gồm hỗn hợp polymer hóa và
dehydrate hóa carbohydrate kết hợp với tỷ lệ tối ưu monomer hoặc polymer
resorcinol, các hoạt chất ổn ñịnh và tăng cường kết dính trong dung môi phân
cực. Carbohydrate hóa và polymer hóa có thể sử dụng monosaccharide như
glucose hoặc fructose; oligosaccharide có thể dùng sucrose; polysaccharide có
thể sử dụng dạng hồ tinh bột hoặc tỷ lệ hỗn hợp saccharide trên. Tuy nhiên,
mono và oligosaccharide có thể polymer hóa hoặc dehydrate hóa với các
thành phần của hỗn hợp trong khi ñó polysaccharide bản thân nó ñã tồn tại
dưới dạng cấu trúc polymer nên không cần thiết phải tiếp tục tham gia quá
trình dehydrate và tái liên kết cấu trúc polymer trong dung dịch phân tán của
chất kết dính.
Phụ gia ổn ñịnh và tăng cường cường ñộ phối liệu cấp phối vật liệu chịu lửa
có thể sử dụng tổ hợp các hợp chất muối hữu cơ ña phân tử như calcium hoặc

sodium phosphate ester hoặc carbon black nhằm tăng cường ñặc tính.
Chất liên kết tổ hợp thử nghiệm ñược nhóm thực hiện nghiên cứu bao gồm
hợp chất carbohydrate biến tính polymer hóa và dehydrate hóa kết hợp với
phụ gia tăng cường cường ñộ monomer hoặc polymer-resocinol cùng một tỷ
lệ xác ñịnh phụ gia ổn ñịnh calcium/sodium phosphate ester. Carbohydrate
biến tính ñược sử dụng trong thử nghiệm là chế phẩm phụ của công nghiệp

12

mía ñường với các thành phần chính và tỷ lệ tương ứng của mono- và
oligosaccharide. Quá trình polymer hóa và dehydrate hóa của mật rỉ ñường
cũng như phản ứng liên kết của carbohydrate với mono- hoặc polyresorcinol
cũng ñược nghiên cứu. Tỷ lệ phụ gia calcium phosphate ester và resorcinol
ñược tính toán phù hợp với tốc ñộ ñóng rắn và phát triển cường ñộ của chất
kết dính. Lượng nước ñược bổ xung ñể ñiều chỉnh ñộ nhớt của dung dịch chất
liên kết trong khoảng 1-5000 cp tại 25
0
C.
Chất liên kết biến tính carbohydrate sử dụng nhằm mục ñích tăng cường
cường ñộ mộc và cải thiện ñặc tính phối liệu cấp phối vật liệu chịu lửa kiềm
tính ñã thể hiện ưu thế tuyệt ñối khi so sánh với các phụ gia liên kết ñã từng
ñược sử dụng trước ñây. Hiệu quả ñóng rắn của chất liên kết thể hiện ở cường
ñộ ñóng rắn của sản phẩm mộc sau ép bán khô cùng với ñộ ổn ñịnh ñược cải
thiện rõ rệt và hiệu ứng suy giảm cường ñộ sau từ 1-3 tháng hoàn toàn không
ñáng kể. Một ñiểm quan trọng nữa không thể không kể ñến, chất liên kết biến
tính carbohydrate hoàn toàn không gây kích ứng da, an toàn với hệ hô hấp và
sức khỏe con người . Khi nung ở nhiệt ñộ cao không phát thải khí thải ñộc
hại, không gây mùi khó chịu, giảm ñến mức tối ña mức ñộ tác hại ñối với môi
trường sống. Việc sử dụng chất liên kết biến tính carbohydrate cho phối liệu
chịu lửa kiềm tính còn cải thiện ñáng kể cường ñộ và khả năng liên kết của

sản phẩm sau nung. Lượng carbon-graphite hóa tàn dư trong thành phần pha
cấu trúc của sản phẩm cũng cải thiện ñáng kể cường ñộ sản phẩm.

13

Phần 3. Thực nghiệm:
3.1 Phương pháp thử nghiệm:
Hỗn hợp chất kết dính thử nghiệm ñược lựa chọn từ dung dịch mật rỉ
ñường có tỷ trọng 1.45g/cm
3
với thành phần chính bao gồm monosaccharide
và oligossacharide. Quá trình polymer hóa và dehydrate hóa ñược thực hiện
trong nồi phản ứng kèm theo khuấy trộn cơ học tại nhiệt ñộ 110
0
C-130
0
C
trong khoảng thời gian 45-60 phút. Resorcinol polymer công nghiệp ñược bổ
xung sau quá trình polymer hóa và dehydrate hóa saccharide với tỷ lệ 15%.
Calcium phosphate ester ñiều chỉnh tăng cường cường ñộ dao ñộng trong
khoảng 1-3%. Lượng nước bổ xung ñiều chỉnh ñộ nhớt hỗn hợp chất kết dính
về 5000cp, tỷ trọng 1.34g/cm
3
tại 20
0
C.
Bảng 1: Hỗn hợp tổng hợp chất kết dính HT-01
TT Hoạt chất Tỷ lệ [%]
1 Mono- oligosaccharide 70
2 Resorcinol polymer 15

3 Calcium phosphate ester 1-3
4 Chất ñiều chỉnh 1-3
5 Nước ñiều chỉnh 12-15
• Quy trình tổng hợp chất kết dính HT- 01 trong phòng thí nghiệm:





bổ sung sau khi khuấy 45-60 phút
Gia nhiệt
110-130
0
C

Khuấy 45 -60phút

Mật rỉ
ñường
Nước
Resorcinol
polymer
Calcium
phosphate
ester
Chất ñiều
chỉnh
Cốc phản
ứng

14

Phối liệu lựa chọn thử nghiệm ñược tính toán lý thuyết trên cơ sở tối ưu
hóa thành phần cấp phối hạt fused magnesia, fused spinel, fused alumina và
alumina-zirconia. Thành phần hóa của fused magnesia tối thiểu ñạt 98.8%
MgO, lượng tạp chất chủ yếu bao gồm Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
, SiO
2
và CaO dưới 0.8%.
Nhóm ñề tài áp dụng thử nghiệm chất kết dính HT-01 trong phòng thí
nghiệm theo 03 ñơn phối liệu. Thành phần phối liệu ñược liệt kê trong bảng
dưới ñây.
Bảng 2: Tỷ lệ phối liệu thử nghiệm
Nguyên liệu 1 2 3
Fused Magnesia 79 80 81
Fused Spinel 12.5 12.5 12.5
Fused Alumina - 4.0 3.0
Alumina-Zirconia 8.5 3.5 3.5
Chất kết dính HT-01 2-3 2-3 2-3
Nước 0.6 0.6 0.6
Chất hoạt ñộng bề mặt 0.2 0.2 0.2

Bảng 3: Thành phần hóa phối liệu:

Thành phần 1 2 3
MgO 85.66 86.72 87.06
CaO 0.84 0.85 0.91
Fe
2
O
3
0.13 0.14 0.15
Al
2
O
3
10.20 10.95 10.26
SiO
2
0.10 0.12 0.11
ZrO
2
3.07 1.22 1.50




15

Bảng 4: Thành phần cấp phối hạt fused magnesia
Kích thước 1 2 3
-3+7 5 5 5
-7+14 17.5 17.5 17.5
-14+30

20 20 20
-30+60 15 15 15
-60 5 5 5
Siêu mịn 37.5 37.5 37.5
Phối liệu vật liệu chịu lửa thử nghiệm ñược bổ xung 2-3% chất kết dính
HT -01, 0.2% chất hoạt ñộng bề mặt và 0.6% nước, trộn ñều và tạo hình bằng
phương pháp ép bán khô trong khuôn trụ thép tiêu chuẩn Φ50x50mm dưới áp
lực 100MPa. Mẫu ñược nung kết khối trong lò super kanthal với nhiệt ñộ
nung 1570
0
C, tốc ñộ nâng nhiệt 70
0
C/h, lưu 2h.
3.2 Kết quả thử nghiệm:
Kết quả thử nghiệm của các bài phối liệu ñược tiến hành trên hệ thống
trang thiết bị của Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp theo tiêu
chuẩn ASTM. Khối lượng thể tích của sản phẩm mộc và mẫu thử nghiệm kết
khối tại 1570
0
C ñược kiểm tra theo tiêu chuẩn ASTM C134. Cường ñộ kháng
nén nguội của vật liệu xác ñịnh theo tiêu chuẩn ASTM C133. ðộ xốp biểu
kiến xác ñịnh theo phương pháp tiêu chuẩn ASTM C839 và ASTM C577. ðộ
co nung ñược xác ñịnh theo ASTM C113. Kết quả ñược liệt kê theo bảng
dưới ñây.

16

Bảng 5: Kết quả thử nghiệm với chất liên kết carbohydrate biến tính và
resorcinol polymer:
Tính chất 1 2 3
Khối lượng thể tích mộc[g/cm
3
] 3.00 2.99 2.98
Khối lượng thể tích * [g/cm
3
] 2.92 2.91 2.90
ðộ bền kháng nén nguội [kg/cm
2
]

58.28 58.64 59.06
ðộ xốp biểu kiến [%] 16.59 17.15 17.36
ðộ co nung [%] 0.24 0.36 0.37
* Thiêu kết kết khối tại 1570
0
C
So sách kết quả thử nghiệm chất kết dính tổng hợp trên cơ sở tổ hợp
polymer hóa saccharide và chất liên kết resorcinol, bổ xung phụ gia gốc
phosphate ester nhằm ổn ñịnh và tăng cường cường ñộ sản phẩm mộc:
Bảng 6: ðặc tính kỹ thuật của sản phẩm chịu lửa kiềm tính:
Tính chất
Vimag –
S80
Vimag –

Sf85
Vimag–
SA85
Khối lượng thể tích * [g/cm
3
] 2.85-3.0 2.9-3.0 2.8-2.95
ðộ bền kháng nén nguội [kg/cm
2
]

≥50 ≥50 ≥50
ðộ xốp biểu kiến [%] 17-19 16-18 17-19
Việc sử dụng carbohydrate biến tính với resorcinol polymer cho kết quả
tương ñương và có phần vượt trội các thông số và tính năng cơ bản của vật
liệu chịu lửa kiềm tính sử dụng liên kết calcium ligosulfonate.
Khối lượng thể tích của sản phẩm mộc ñều ñạt kết quả cao khi sử dụng
một lượng thích hợp phụ gia liên kết. Giá trị của chúng lần khá ñồng ñều ngay
cả ñối với các phối liệu chịu lửa thử nhiệm khác nhau và tương ứng ñều ñạt
trên 2.98 g/cm
3
.

Lượng phụ gia khi thử nghiệm thay ñổi trong khoảng 2-3%
và gây tác ñộng ñáng kể ñến mức ñộ hình thành liên kết giữa các hạt cấp phối.
Tỷ lệ tối ưu ñược xác ñịnh với hàm lượng chất kết dính: 2.2%; chất hoạt tính
bề mặt: 0.2% và nước: 0.6%.
Sản phẩm sau khi kết khối ñều ñạt ñộ kết khối tốt, khối lượng thể tích từ
2.90 ñến 2.92 g/cm
3
. ðộ xốp biểu kiến nằm trong khoảng từ 16.59 ñến

17

17.36%. ðộ bền kháng nén của sản phẩm cũng ñược cải thiện do việc hình
thành liên kết tăng cường của carbon tàn dư có trong cấu trúc.
Sau khi áp dụng thử nghiệm chất kết dính HT- 01 tổng hợp trong phòng thí
nghiệm ñạt kết quả như bảng 5, nhóm ñề tài ñã kết hợp với công ty TNHH
Việt Hưng tiến hành chế thử mẻ lớn 1,5tấn và mang 50 kg keo HT-01 sang
thử nghiệm bán công nghiệp tại Nhà máy vật liệu chịu lửa kiềm tính.
( Có biên bản thử nghiệm xem phần phụ lục)
Các thông số kỹ thuật thử nghiệm áp dụng với sản phẩm Vimag S80:
- Khối lượng mẫu thử nghiệm HT- 01: 50 kg;
- Khối lượng phối liệu chịu lửa thử nghiệm: 1500kg;
- Thời gian trộn: 11 phút;
- Phụ gia bổ sung: dầu trẩu 2lít; Nước: 3lít;
- Ép theo thông số công nghệ ñang sản xuất ổn ñịnh của
nhà máy.
Kết quả thử nghiệm
- Tỉ trọng ño ñược: 3,02g/cm
3

- Hình dạng gạch sau ép: tương ñương sản phẩm ñang
sản xuất về kích thước và ñộ sắc cạnh;
- Cường ñộ sản phẩm: sản phẩm không ộp, không phân
lớp.

18

Quy trình công nghệ sản xuất phụ gia kết dính cải thiện cường ñộ
mộc tạo hình cho vật liệu chịu lửa





bổ sung sau 60 phút khuấy liên tục




Gia nhiệt
110 – 130
0
C





Nước
Cân ñịnh
lượng

Calcium
phosphate ester
Cân ñịnh lượng

Mật rỉ ñường
Cân ñịnh
lượng
Resorcinol
Polymer
Cân ñịnh
lượng

Chất ñiều chỉnh
Cân ñịnh lượng

Nồi phản ứng
Khuấy liên tục 45 -60 phút

19

Phần 4- Kết luận và kiến nghị
Các thử nghiệm ñược tiến hành ñối với tổ hợp phụ gia chất kết dính trên
cơ sở hệ carbohydrate biến tính và resorcinol polymer ñều cho kết quả rất khả
quan. Kết quả so sánh với phụ gia liên kết trên cơ sở lignosulfonate cho các số
liệu tương ñương. Cường ñộ sản phẩm mộc của hệ liên kết này phát huy
nhanh chóng trong quá trính ép mẫu và hoàn toàn không suy giảm sau 3 tháng
thử nghiệm.
- Khả năng ứng dụng carbohydrate biến tính và resorcinol polymer làm
phụ gia kết dính tăng cường cường ñộ mộc và cải thiện các ñặc tính cơ
lý của sản phẩm chịu lửa kiềm tính là hoàn toàn hiện thực.
- Thành phần tối ưu của hỗn hợp kết dính carbohydrate biến tính bao
gồm 70% carbohydrate biến tính, 15% resorcinol polymer, 3% calcium
phosphate ester. Lượng nước ñược bổ xung tùy thuộc vào việc ñiều

chỉnh ñộ nhớt của hỗn hợp và nhiệt ñộ của chúng.
- Tỷ lệ hỗn hợp chất kết dính:2.2%, chất hoạt ñộng bề mặt: 0.2%, nước
tạo hình: 0.6% là tối ưu qua các thử nghiệm với cấp phối phối liệu chịu
lửa thông dụng.
- Chất kết dính carbohydrate biến tính hoàn toàn thân thiện môi trường,
không phát thải khí thải ñộc hại, không gây kích ứng và ngộ ñộc ñối
với người sử dụng.


20

Tài liệu tham khảo
[1] Carbon bonded refractories. Kernion, Mark C. Renkey, Albert L. 1985
[2] Plugging compositions for blast furnace tap holes. Funabiki, Kyohei.
Tokunaga, Tetsuya. 1976
[3] Composition for plugging blast-furnace tap-hole. Bove, Fred. 1975
[4] Carbide-bonded graphite bodies and method of making the same. Cline,
Carl F. 1961
[5] Method of making refractory bodies. Andersen, James C. 1960
[6] Foundry resins treated with nitro compounds. Gardikes, John J. Kim,
Young D. 1975
[7] Composite cross-linke agent/resin former compositions and cold-setting
and heat-setting resins prepared therefrom. Matalon, Ralph. 1970.
[8] Resin bonded refractory shape and method of making. Cassens, Jr. 1991
[9] Use of resorcinal polymer blend as a binder for carbon-containing
refractory brick and shape. Henry, Jr. et al. 1983
[10] Method for manufacture of low permeability carbonaceous products.
Bentolila et al. 1966