Vật liệu chịu lửa

CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM MỞ ĐẦU VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VLCL
I/Khái niệm

VLCL là vật liệu dùng để xây dựng các lò công nghiệp, các ghi đốt, các thiết bị làm việc ở
nhiệt độ cao (>10000), ở đấy chúng chịu đựng lâu dài đối với các tác dụng khác nhau về mặt cơ
học và hoá lí. Chúng khác với các vật liệu xây dựng khác về những yêu cầu sau:
Nhiệt độ đốt nóng trong các ghi đốt và lò công nghiệp hiện đại dao động trong khoảng
1000-1800oC. Vì vậy VLCL phải có độ chịu lửa, nghĩa là khả năng chống lại tác dụng của nhiệt
độ cao không bị nóng chảy.
Thường đa số vật liệu chịu lửa nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn 1650-1750 0C nhưng ở nhiệt
độ thấp hơn nhiều các VLCL bắt đầu mềm và mất cường độ xây dựng. Vì thế tác dụng của nhiệt
độ cao lên VLCL không phải giới hạn ở nhiệt độ nóng chảy của chúng mà chất lượng của VLCL
được đánh giá bằng khả năng chống lại các tác dụng của tải trọng xây dựng ở nhiệt độ xác định.
Khi chịu tác dụng bởi nhiệt độ cao, phần lớn các VLCL đều giảm thể tích do hiện tượng
kết khối phụ. Một số khác lại tăng thể tích như Dinat. Sự biến đổi thể tích của VLCL có thể gây
nên hư hỏng và phá huỷ vỏ lò. Vì vậy VLCL phải có thể tích ổn định ở nhiệt độ dùng của chúng.
Sự thay đổi nhiệt độ của lò khi đốt nóng và làm nguôị cũng như khi đốt nóng vỏ lò không
đồng đều cũng gây nên nứt vở VLCL. Do vậy cần phải có độ bền nhiệt.
Lớp gạch lót trong lò công nghiệp hay các ghi đốt dễ bị huỷ hoại do tác dụng hoá học với
tro xỉ nhiên liệu hay với các vật liệu nấu hay nung trong đó, vì vậy một yêu cầu nữa là cần có độ
bền hoá.
Hiện nay vẫn chưa có loại VLCL nào tập hợp đầy đủ các tính chất làm việc cần thiết để sử
dụng một cách chắc chắn trong các điều kiện bất kì. Mỗi dạng VLCL được đặc trưng bởi những
tính chất nào đó của nó, trên cơ sở đó người ta xác định phạm vi sử dụng thích hợp. Ví dụ: Dinat
ở nhiệt độ cao có cường độ xây dựng lớn, có thể dùng rất tốt để xây vòm lò làm việc ở nhiệt độ
cao. Trong khi đó gạch manhêdi thường có độ chịu lửa cao và bền xỉ nhưng độ bền nhiệt thấp,
nhiệt độ biến dạng dưói tải trọng thấp không thể dùng ở vòm lò có lực xiên ngang.
II/ Phân loại: Có nhiều cách phân loại

1.
Theo bản chất hoá lí của nguyên vật liệu ban đầu có thể chia VLCL làm 8 nhóm

chính:
1/ Nhóm silic: Gồm 2 nhóm nhỏ là dinat và thạch anh
2/ Nhóm Alumôsilicat: Gồm 3 nhóm nhỏ: Bán axit, sămôt, cao alumin
3/ Nhóm Manhêdi: Gồm 4 nhóm nhỏ: Đôlômit, Forsterit, Spinen, manhêdi
4/ Nhóm crômit: Gồm 2 nhóm nhỏ: Crômit, crôm manhêdi


5/ Nhóm Zircôn: Gồm 2 nhóm nhỏ: Silicat Zircôn (ZrSiO4) và Zircôn (ZrO2)
6/ Nhóm cácbon: Gồm 2 nhóm nhỏ: Cốc và Grafit
7/ Nhóm Cacbua Nitrua: Gồm 2 nhóm nhỏ: Cacborun và các loại khác.
8/ Nhóm oxyt: Các oxyt tinh khiết
2.

3.

4.

5.

6.

Theo độ chịu lửa: Chia làm 3 loại:
-

Loại chịu lửa thường: Độ chịu lửa từ 1580-17700C

-

Loại cao lửa: Độ chịu lửa 1770-20000C

-

Loại rất cao lửa : độ chịu lửa >20000C

Theo hình dạng và kích thước: Chia làm 4 loại:
-

Gạch tiêu chuẩn thường: Gạch hình chữ nhật và gạch hình chêm

-

Gạch dị hình đơn giản

-

Loại phức tạp

-

Loại rất phức tạp và khối lớn

Theo đặc tính gia công nghiệt: 3 loại
-

Loại không nung

-

Loại nung

-

Loại đúc từ chất nóng chảy

Theo phương pháp sản xuất: 3 loại
dẻo

Sản phẩm nén dẻo, nén bán khô hoặc nén dập từ phối liệu dạng bột không

-

Sản phẩm đúc từ hồ và chất nóng chảy

-

Sản phẩm cưa từ quặng

Theo độ xốp: 3 loại
-

Loại kết khối : Có độ xốp nhỏ hơn 1 %

-

Loại đặc: Có độ xốp từ 10-30 %

-

Loại kết khối :Có độ xốp lớn hơn 50 %

III/ Các tính chất cơ bản

1.

Độ chịu lửa: Là khả năng chống lại tác dụng của nhiệt độ cao không bị nóng chảy

Độ chịu lửa là một hằng số kỹ thuật, nó khác với nhiệt độ nóng chảy của vật liệu là một
hằng số lí học. Nhiệt độ nóng chảy là nhiệt độ ứng với trạng thái cân bằng giữa pha tinh thể và


pha lỏng. Điểm nóng chảy cũng là nhiệt độ kết tinh của vật chất bị nóng chảy, vì ở nhiệt độ đó
trạng thái cân bằng của quá trình nóng chảy và kết tinh là thuận nghịch.
Để xác định độ chịu lửa của vật liệu người ta dùng côn để đo

Côn này là 1 khối chóp cụt, 2 đáy là 2 tam giác đều có cạnh là 8 mm và 2mm, cao 30mm.
Vật liệu làm côn phải nghiền nhỏ lọt sàng 900 lỗ/cm 2. Côn này được đặt trong lò nung. Lò nung
có thể dùng lò điện, lò dùng khí hay các loại lò khác miễn là các lò này đảm bảo nhiệt độ đồng
đều trong toàn thể tích.
Khi tăng nhiệt độ, pha lỏng xuất hiện và tăng theo nhiệt độ, độ nhớt giảm làm khối chóp
mềm và cong lại. Khi đầu côn chạm tới mặt đế thì nhiệt độ đó là nhiệt độ gục của côn hay nhiệt
độ chịu lửa hay nhiệt độ nóng chảy có điều kiện của vật liệu. Trong công nghiệp thường gọi độ
chịu lửa bằng 1/10 nhiệt độ chịu lửa. Ví dụ: Nhiệt độ chịu lửa của dinat là 1710 0C thì độ chịu lửa
của nó là 171.
Để xác định độ gục của côn, không thể đo trực tiếp bằng nhiệt kế quang học mà bằng cách
so sánh với nhiệt độ gục của côn tiêu chuẩn. Các côn tiêu chuẩn này được sản xuất từ hỗn hợp
cao lanh, oxyt nhôm, quắc. Côn nhiệt độ thấp người ta còn thêm một số chất trợ dung như trường
thạch.
Bảng 1: Các côn tiêu chuẩn

Côn

Nhiệt độ (0C)

Côn

Nhiệt độ (0C)

Côn

Nhiệt độ (0C)

8

1250

18

1500

32

1710

9

1280

19

1520

33

1730

10

1300

20

1530

34

1750


11

1320

21-25

1530

35

1770

12

1350

26

1580

36

1790

13

1380

27

1610

37

1825

14

1410

28

1630

38

1850

15

1430

29

1650

39

1870

16

1460

30

1670

40

1910

17

1480

31

1690

41

1960

Độ chịu lửa của vật liệu thí nghiệm phụ thuộc vào tính chất của vật liệu và điều kiện thí
nghiệm như: Thành phần hoá, thành phần khoáng, thành phần hạt, tốc độ nâng nhiệt, hình dạng
kích thước mẫu thí nghiệm, môi trường thí nghiệm...
Các vật liệu có thành phần hoá và thành phần khoáng khác nhau sẽ
có nhiệt độ chịu lửa khác nhau.
Bảng 2: Nhiệt độ chịu lửa của một số VLCL

Loại vật liệu

Độ chịu lửa (0C) Loại vật liệu

Độ chịu lửa (0C)

Quắc

1730-1750

Cao Alumin

1780-2000

Dinat

1710-1720

Manhêdi

>2300

Đất sét chịu lửa 1580-1750

Crôm-manhêdi

>2000

Cao lanh

1740-1770

Đôlômit

>2000

Sămôt

1610-1750

Forsterit

(2MgO.SiO2

1800-1850
85%


+MgO.Fe2O3 15%)
Bán Axit

1610-1710

Thành phần và cở hạt: Nếu hạt vật liệu càng lớn, nhiệt độ gục của côn càng cao.
Nguyên nhân: Nếu kích thước hạt lớn, bề mặt tiếp xúc với nhau bé, điều kiện tạo thành
điểm ơtecti kém đi, lượng pha lỏng tăng chậm, nhiệt độ gục côn tăng lên.
Ví dụ: hỗn hợp 50% đất sét và 50% quắc có cỡ hạt 0,5mm có nhiệt độ gục là 1710 0C. Nếu
hạt nhỏ hơn 0,06mm có nhiệt độ gục 1640 0C. Tuy nhiên, nếu tăng tốc nhiệt độ chậm khoảng 230C /phút thì cỡ hạt ít ảnh hưởng đến nhiệt độ gục côn.
- Tốc độ nâng nhiệt: Thay đổi tốc độ nâng nhiệt trước giai đoạn kết nối sản phẩm thì
không ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm. Tăng tốc độ nâng nhiệt ở giai đoạn vật liệu đã mềm sẽ
tăng nhiệt độ gục côn. Tuy nhiên nếu cùng tăng tốc độ nâng nhiệt như nhau thì độ tăng nhiệt độ
gục côn khác nhau không giống nhau. Nguyên nhân chính: ảnh hưởng tốc độ nâng nhiệt lên tốc
độ phản ứng hoá học tạo thành pha lỏng ở các vật liệu khác nhau không giống nhau. Vì thế qui
định: Tốc độ nâng nhiệt 4-60C/phút bắt đầu từ nhiệt độ kết khối sản phẩm.
- Môi trường khí: VLCL thường chứa sắt. Sắt tồn tại dưới 2 dạng Fe 2+ và Fe3+, chúng biến
đổi thuận nghịch tuỳ theo môi trường. Hợp chất của Fe 2+ dễ chảy hơn nên nhiệt độ gục côn thấp
hơn. Qua nhiều thực nghiệm thấy rằng: VLCL chứa sắt thì nên xác định trong môi trường trung
tính hay oxi hoá.
2. 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. Tính chất này
được đặc trưng bởi nhiệt độ biến dạng dưói tải trọng tĩnh 2 kg/cm 2, biểu thị khoảng mềm khi đó

sản phẩm sẽ bị biến dạng dẻo.
Tải trọng thực tế thường nhỏ hơn tải trọng kiểm tra nhiều lần. Cao nhất 0,5-1kg/cm 2.
Để xác định nhiệt độ biến dạng dưói tải trọng tĩnh 2kg/cm 2 theo tiêu chuẩn Liên Xô
(GOST 4070-48) ngưòi ta cắt sản phẩm ra thành hình trụ có đường kính 36mm, cao 50mm. Mẫu
này đặt trong lò điện và luôn chịu một tải trọng không đổi 2kg/cm 2. Cạnh lò có một hệ thống cơ
học ghi sự biến dạng của sản phẩm.
Tốc độ nâng nhịêt: đến 8000C không qúa 100C /phút. >8000C 4-50C/phút. Quá trình xác
định sẽ tìm ra 3 nhiệt độ:


-

Nhiệt độ bắt đầu biến dạng: Ứng với độ lún của mẫu 0,3mm

-

Nhiệt độ biến dạng 4%: Ứng với độ lún của mẫu 2mm

Nhiệt độ kết thúc biến dạng hay là nhiệt độ phá huỷ: Ứng với độ lún của mẫu
40% chiều cao ban đầu
Ta có bảng nhiệt độ biến biến dạng dưới tải trọng 2kg./cm2 của VLCL:
Bảng 3:
Nhiệt độ biến dạng dưói tải trọng 2 kg/cm2 [0C]

VLCL

BD

4%

40%

Dinat

1650

Bán Axit

1400

1430

1500

Sămôt B

1250

1320

1500

A(Al2O3 1400

1470

1600

(Al2O3 1450

1550

1650

khối 1600

1660

1800

Côrun (Al2O3 99%) 1870

1900

Sămôt
40%)
Cao lanh
42%)

Mullit kết
(Al2O3 70%)

1670

Manhêdi (99%Mg0) 1550

1580

Crôm-manhêdi

1450-1550

1480-1600

Forsterit

1550-1650

1650-1710

Đôlômit

1550-1610

1630-1680

1650-1690


Nhiệt độ biến dạng của VLCL chủ yếu phụ thuộc vào thành phần khoáng hoá, vào đặc tính
cấu trúc, vào tỉ lệ giữa pha tinh thể và pha thuỷ tinh, vào độ nhớt của pha lỏng tạo ra khi nóng
chảy pha thuỷ tinh và tinh thể dễ chảy.
Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng của VLCL đi từ các oxyt tinh khiết thường gần với nhiệt
độ nóng chảy của nó, vì trong thành phần pha của sản phẩm lượng pha thuỷ tinh hầu như không
có hoặc có chỉ rất ít. Khi các pha tinh thể chủ yếu bắt đầu hoá mềm và biến dạng dẻo (sắp nóng
chảy) thì sản phẩm mới bắt đầu bị biến dạng. Nhưng VLCL thường chứa một lượng tạp chất nên
ở nhiệt độ cao chúng tạo một lượng pha lỏng làm hạ thấp nhiệt độ biến dạng của sản phẩm so với
độ chịu lửa càng lớn. Lúc này đặc tính cấu trúc phần tinh thể có giá trị lớn. Các tinh thể chủ yếu
đủ lớn tạo được một khung xương vững chắc, khắc phục được ảnh hưởng có hại của pha lỏng sẽ
làm tăng nhiệt độ biến dạng . Thể hiện rõ nhất ở Dinat.

Dinat: có cấu trúc mạng lưói tinh thể trydimit rối loạn xen kẽ nhau chặt chẽ làm cho nhiệt
độ mềm của dinat cao so với độ chịu lửa và đạt tới 1650-1670 0C. Khoảng cách giữa độ chịu lửa
và độ biến dạng gần 50-70 0C mặc dù dinat ngoài SiO2 còn có 4-6% tạp chất tạo 10-15% pha
lỏng. Độ nhớt của pha thuỷ tinh nóng chảy cao. Các tinh thể trong dinat là liên kết bền vững, nó
hoà tan trong pha lỏng không đáng kể.Vì thế dinat chỉ bị phá huỷ khi tridimit bắt đầu nóng chảy ở
1650-1670 0C. Ở nhiệt độ này tốc độ phá huỷ sản phẩm rất nhanh (hiệu nhiệt độ giữa bắt đầu biến
dạng và kết thúc biến dạng chỉ có 10-20 0C) đường cong biến dạng gần như dốc thẳng đứng.
Sản phẩm manhêdi: Chứa 91% MgO, gồm 90% tinh thể periclaz, 10% còn lại gồm MgO+
các tinh thể dễ chảy chủ yếu là silicat và pha thuỷ tinh. Tinh thể periclaz khi tái kết tinh và lớn lên
có dạng hạt không phải que hay trụ nên không tạo một mạng tinh thể chặt chẽ trong sản phẩm.
Các hạt tinh thể liên kết nhau bằng một lớp chất dễ chảy mỏng. Nếu lớp này mềm ra, chảy ra sẽ
làm sản phẩm mềm và biến dạng. Vì vậy nhiệt độ biến dạng của manhêdi xấp xỉ 1550 0C tức
chính là nhiệt độ nóng chảy chất liên kết. Khoảng cách giữa nhiệt độ biến dạng và nhiệt độ chịu
lửa khoảng 700 0C. Độ nhớt pha liên kết giảm khá nhanh khi tăng nhiệt độ nên sản phẩm
manhêdi có khoảng biến dạng ngắn (20-50 0C), đường cong biến dạng ở giai đoạn cuối dốc gần
như thẳng đứng.
Sămốt: Sản phẩm này bị biến dạng hơi khác khi tăng nhiệt độ. Sămốt chứa gần 50% mullit
(A3S2) chịu lửa cao nhưng tinh thể hình kim nhỏ không tạo thành liên tinh thể bền vững. Phần
còn lại là pha thuỷ tinh silic có độ nhớt cao. Vì thế khi tăng nhiệt độ khối thuỷ tinh mềm ra, độ
nhớt giảm dần, pha lỏng tăng lên làm Sămốt biến dạng từ từ. Mẫu thí nghiệm không bị phá huỷ
ngay mà bị phình ra theo hình tang trống. Khoảng biến dạng dài 150-200 0C.
Đường cong biến dạng của một số VLCL


12. Độ bền nhiệt (bền xung nhiệt)

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 gạch xây dựng. Tính chất của VLCL chống
lại sự dao động nhiệt độ không bị phá huỷ gọi là độ bền nhiệt
Nguyên nhân làm vỡ gạch vì dao động nhiệt là do khi đốt nóng và làm nguội sản phẩm sẽ

có sự chênh lệch nhiệt độ dẫn đến xuất hiện ứng xuất trong sản phẩm. Sự chênh lệch nhiệt độ
giữa các lớp song song với bề mặt đốt nóng và làm nguội sản phẩm phụ thuộc vào điều kiện đốt
nóng và làm nguội, vào hệ số dẫn nhiệt độ a. Hệ số dẫn nhiệt độ a đặc trưng tốc độ phân phối
nhiệt độ trong vật liệu và nó phụ thuộc vào các đại lượng vật lí sau:

a=

m2/h

λ : hệ số dẫn nhiệt Kcal/mh 0C
C: tỉ nhiệt Kcal/kg 0C
γ: trọng lượng thể tích của vật liệu kg/m3
Như vậy nếu điều kiện đốt nóng và làm nguội như nhau thì vật liệu sẽ có hệ số dẫn nhiệt
lớn, gradien nhiệt độ trong vật liệu càng nhỏ.
Khi có sự chênh lệch nhiệt độ trong sản phẩm sẽ xuất hiện ứng suất do giãn nỡ nhiệt
không đều, Như vậy muốn cho sản phẩm bền vững thì sự chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp phải
nhỏ, nghĩa là hệ số dẫn nhiệt lớn hệ số giãn nõ nhiệt nhỏ.


Ngoài ra người ta còn thấy rằng:
-Sản phẩm càng bền nhiệt nếu tính chất đàn hồi của vật liệu càng cao.
- Kích thước và hình dạng sản phẩm cũng ảnh hưởng đến độ bền nhiệt. sản phẩm có hình
dạng nhiều góc cạnh, nhiều điểm uốn lượn thì kém bền nhiệt hơn so với sản phẩm dạng đơn giản.
- Thực tế đã chỉ ra rằng bằng cách làm tăng kích thước hạt trong phối liệu (gạch Sămốt,
manhêdi, corun) sẽ làm tăng độ bền nhiệt của vật liệu. Nguyên nhân: với thành phần hạt như vậy
cấu trúc của sản phẩm sẽ có những vết nứt li ti, các mối đứt gần quanh các hạt lớn làm tính linh
động của các hạt tăng lên làm tăng độ bền nhiệt.
- Phương pháp gia công phôi liệu và đóng khuôn sản phẩm cũng có thể thay đổi độ bền
nhiệt
Phương pháp xác định độ bền nhiệt: Theo tiêu chuẩn Liên Xô (GOST 7875-56) gồm 4

bước:
+ Mẫu thử được chọn là viên gạch có kích thước tiêu chuẩn: 230x113x65 mm
+ Đốt nóng 1 đẫu mẫu trong lò điện có nhiệt độ 850 0C hay 1300 0C
+ Nhúng đầu đã đốt nóng vào nước lạnh 20 0C đến khi mẫu thử rạn nứt và hao hụt đến 20
% khối lượng ban đầu
Số lần đốt nóng và làm nguội như vậy gọi là độ bền nhiệt của vật liệu
Bảng 4: Độ bền nhiệt của vài loại VLCL
Loại VLCL

Độ bền nhiệt (nung ở 850 0C)

Dinat

1-2

Sămốt:

loại hạt nhỏ sít đặc

5-8

Loại hạt vừa

10-15

Loại hạt thô

25-100

Mahêdit

2-3

Crôm-Mahêdi

2-3

Crôm-Mahêdi bên nhiệt

>30

Khi làm nguội, bề mặt co lại chịu ứng suất kéo, vết nứt vuông góc bề mặt làm nguôi. Khi đốt
nóng bề mặt giãn nỡ chịu ứng suất nén, kẽ nứt xuất hiện dưới 1 góc 45 0 so với bề mặt bị đốt
nóng.
Ổn định thể tích ở nhiệt độ cao

VLCL thường khi dùng phải chịu tác dụng lâu dài của nhiệt độ cao. Vì vậy trong sản
phẩm VLCL sẽ có thể xảy ra các hiện tượng sau:
-

Biến đổi thành phần pha

-

Tái kết tinh

-

Kết khối phụ

Do vậy sản phẩm sẽ bị nở phụ hay co phụ và hiện tương đó làm sản phẩm biến đổi không thuận
nghịch kích thước dài của chúng.
Hiện tượng co phụ sẽ làm mối hàn giữa các viên gạch bị hở ra, bong vữa, làm hạ thấp mật
độ, độ bền nhiệt, bền xỉ của mạch vữa. Tường và vòm lò sẽ bị lún xuống dẫn tới phá huỷ chúng.
Sức co phụ quá lớn sẽ làm vòm lò võng và tụt gạch.
Hiện tượng giãn phụ không lớn lắm lại làm tăng cường độ của mạch vữa đặc biệt là vòm
lò. Nếu giãn quá nhiều làm vòm lò phồng lên, mất hình dạng hình học và phá huỷ sự phân phối
ứng suất đồng đều ở vòm lò, có thể gây tụt vòm lò.
Sự ổn định thể tích của VLCL ở nhiệt độ cao cùng với cường độ xây dựng của chúng là
điều kiện cần thiết để đảm bảo sử dụng chúng trong những cấu trúc chịu tải trọng ở các lò nung
và ghi đốt.
Phần lớn các sản phẩm chịu lửa ở nhiệt độ cao sẽ sít chặt lại so kết khối,làm co sản phẩm.
Sự sít chặt này xảy ra đầu tiên do sức căng bề mặt của pha lỏng tạo ra, gây nên hiện tượng phân
phối lại và làm gần các hạt trong sản phẩm. Khi duy trì ở nhiệt độ cao lâu dài, pha tinh thể lớn
dẫn và làm sít chặt sản phẩm nếu tinh thể mới này tạo ra có mật độ lớn hơn so với nguyên liệu
ban đầu. Ví dụ: Sản phẩm cao alumin, hiện tượng sít đặc lại do tái kết tinh γ - AL2O3 thành αAL2O3 và tinh thể corun lớn lên làm sản phẩm co phụ. Nhũng VLCL co phụ như Sămốt,
Manhêdi, crôm Manhêdi..


Một số VLCL khác lại nở phụ do tái kết tinh thành vật chất có trọng lượng riêng nhỏ hơn
điển hình là dinat. Trong dinat, một phần quắc chưa chuyển thành tridimit và cristoibalit khi
nung, đến khi dùng nó tiếp tục chuyển hoá từ quắc (ρ=2,65) thành các tinh thể trên (ρ=2,3 và
2,32) làm sản phẩm nở phụ. Nguyên nhân tương tự ở bán axit, silimanit.
Biện pháp khắc phục:
Sự co phụ hay nở phụ của VLCL ở nhiệt độ cao đều do các quá trình tiến hành trong sản
phẩm khi nung chưa hoàn thiện. Vì vậy để đảm bảo tính ổn định thể tich ở nhiệt độ cao của
VLCL ta nên nung lâu ở nhiệt độ ứng với điều kiện sử dụng này. Nếu nung ở nhiệt độ quá cao
sản phẩm sẻ bị thuỷ tinh hoá, biến dạng làm giảm độ bền nhiệt và tăng phế phẩm do sai kích
thước và hình dạng.

Sự co phụ của sản phẩm có thể hạn chế bằng cách cho thêm phụ gia giãn nở. ví dụ: Cho
phụ gia quắc vào Sămốt sẽ bù trù sức co phụ của đất sét.
Khi xác đinh nhiệt độ biến dạng dứơi tải trọng lưu ý: Nếu vật liệu nung chưa đạt yêu cầu
thì nhiệt độ biến dạng sẽ thấp do trong thời gian thí nghiệm sản phẩm bị co phụ, hoặc sẽ cao nếu
sản phẩm nở phụ. Ở nhiệt độ biến dạng 4% và 40% thì không bị ảnh hưởng.
Xác định độ co phụ hay nở phụ của VLCL người ta tiến hành nung lại ở nhiệt độ xác
định, nhiệt độ này phụ thuộc điều kiện sử dụng sau này của tùng loại sản phẩm. Thời gian lưu ở
nhiệt độ này 2-3 h. Sự biến đổi thể tích khi nung đựoc tính:

Sự biến đổi độ dài khi nung được tính gần đúng :

Trong đó V0, V1 là thể tích mẫu trước và sau khi nung
Độ co phụ và nở phụ yêu cầu ≥ 0,5-1%. Nếu sản phẩm co phụ ngưòi ta dùng dấu (-) sản
phẩm nở phụ dùng dấu (+)
2.

Độ bền xỉ

Đó là khả năng chống lại sự ăn mòn và phá huỷ bởi môi trường ở nhiệt độ cao của VLCL.
Môi trường tác dụng lên VLCL gồm có 3 dạng: Lỏng, khí, rắn.
Vật thể lỏng tác dụng lên VLCL như xỉ nóng chảy ở lò luyện kim, kim loại nóng chảy,


thuỷ tinh lỏng, tro xỉ nhiên liệu chảy lỏng ở các ghi đốt hay lò khí hoá.
Vật thể rắn tác dụng lên VLCL như các bụi quặng , bụi phối liệu, bụi xỉ hoặc xỉ rắn, hay
khi tiếp xúc giữa 2 VLCL với nhau.
Môi trường khí tác dụng như sản phẩm cháy, nhiên liệu khí, sản phẩm hoá học như CO
trong lò cao, cacbua hydro trong lò cốc..các khí này thấm sâu vào các lỗ xốp của gạch có thể gây
phản ứng phá hoại làm hạ thấp cường độ gạch.
Xỉ ăn mòn phá hoại gạch chịu lửa là nguyên nhân làm hỏng công trình hoặc phải ngừng lò

để sữa chữa, do đó bằng biện pháp nào tăng được thời hạn tiếp xúc của gạch với môi trường sử
dụng đều tăng tuổi thọ lò.
Quá trình xỉ ăn mòn VLCL phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
- Nhiệt độ tác dụng của xỉ với gạch. Nếu nhiệt độ tăng tác dụng phá hoại tăng lên rất nhiều
do độ nhớt giảm tốc độ phản ứng tăng.
- Thành phần khoáng, hoá của xỉ và gạch: Cũng như VLCL xỉ chia làm 3 loại: xỉ bazơ, xỉ
axit và xỉ trung tính. Gạch axit chống xỉ axit tốt hơn xỉ bazơ, và ngược lại. Gạch trung tính chống
được đồng thời cả 2 loại xỉ,
Ví dụ: Xỉ luyện kim bazơ thường chứa 50-75% oxyt kiềm thổ (Cao, MgO, FeO, MnO) phá
huỷ mạnh gạch dinat và alumosilicat. Phản ứng hoá học giữa AL 2O3 và SiO2 với xỉ tạo thành hợp
chất mới dễ chảy nhưng nó ăn mòn nhỏ đối với gạch đôlômi, manhêdi, và crôm manhêdi. Do đó
việc lựa chọn gạch để xây lò phải căn cứ vào nhóm sản phẩm có thành phần khoáng hoá tương
ứng.
- Độ nhớt của xỉ ở nhiệt độ tác dụng phá hoại: Độ nhớt của môi trường có ảnh hưởng đến
tốc độ hoà tan của gạch. Độ nhớt càng nhỏ tốc độ hoà tan càng tăng. Xỉ lỏng dễ thấm sâu vào các
lỗ xốp của gạch, càng phá hoại sâu bên trong.
- Cấu trúc của VLCL, kích thước lỗ xốp: Độ bền xỉ tăng lên nếu giảm độ xốp, giảm kích
thước lỗ xốp. Nếu độ xốp cao, kích thước lỗ xốp lớn càng dễ thấm sâu vào gạch và tác dụng với
gạch trên một diện tích lớn, nên cần chọn loại gạch có mật độ cao và ít tạp chất.
- Thành phần môi trường khí: Môi trường khí ảnh hưởng đến mức độ phá hoại gạch CL.
Ví dụ: Sắt 3 trong môi trường khử biến thành sắt 2 là loại ăn mòn mạnh hơn so với sắt 3. Cũng có
trường hợp chúng phá hoại trực tiếp gạch như khí CO ở nhiệt độ thấp phá huỷ gạch Sămốt.
Nguyên nhân do phản ứng : 2CO →CO 2 +C tạo thành than mồ hóng. Than này chui vào lỗ xốp
của gạch và do trọng lượng thể tích của nó lớn nên gây ứng suất làm vỡ gạch.
- Sự phá huỷ VLCL ở nhiệt độ cao còn do tiếp xúc giữa 2 loại gạch có bản chất hoá học


khác nhau. Nguyên nhân là do phản ứng hoá học xảy ra giữa 2 loại gạch ở chỗ tiếp xúc tạo nên
hợp chất dễ nóng chảy. Ví dụ: Gạch manhêdi khi tiếp xúc với Sămốt ở nhiệt độ cao tạo hợp chất
cordierit (2MgO.2 AL2O3.5 SiO2) có nhiệt độ nóng chảy thấp 1425 0C vì vậy muốn tránh sự phá

hoại này, khi xây lò giữa 2 loại gạch khác nhau như dinat và manhêdi phải xử dụng gạch trung
tính Crôm manhêdi ỡ giữa.
- Quá trình xỉ ăn mòn VLCL thường xảy ra đồng thời với nhiều yếu tố tác động, cho nên
tìm 1 chỉ tiêu nào để đánh giá độ bền xỉ của VLCL rất khó khăn. Lí tưởng nhất là nghiên cứu các
sản phẩm chịu lửa trong điều kiện sử dụng thực tế.
- Người ta so sánh mức độ bền xỉ của nhiều loại chén từ VLCL khác nhau chịu tác dụng 1 loại
xỉ nóng chảy trong nó hoặc 1 loại VLCL tác dụng bởi nhiều loại xỉ khác nhau.
- Phương pháp xác định độ bền xỉ: Dùng 1 viên gạch có khoét lỗ hình trụ, đường kính 2550 mm , sâu 20-40 mm, thành và đáy dày >3mm. Dùng xỉ nghiền mịn (<0,5mm) đổ đày vào lỗ
viên gạch. Nung ở nhiệt độ 1400-1500 0C lưu 2h ở tmax . Làm nguội và cưa đôi lỗ chứa xỉ. Quan
sát mức độ ăn mòn, xác định tổn thất trọng lượng và thể tích của mẫu.
7. Dãn nở nhiệt

Cũng như các vật liệu khác, VLCL khi bị đốt nóng sẽ có giản nở vì nhiệt. Hiện tượng dãn
nở này có tính chất thuận nghịch. Nghĩa là khi đốt nóng thì nở ra và khi làm lạnh thì co lại thể
tích ban đầu. Bản chất của hiện tượng này là: khi bị đốt nóng khoảng cách giữa các nguyên tử
tăng lên do biên độ dao động của chúng tăng. Sự dãn nở do đốt nóng này khác với hiện tượng dãn
nở phụ do sự biến đổi thành phần pha và cấu tạo của sản phẩm.
- 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.
- Dãn nỡ nhiệt chỉ phụ thuộc vào thành phần khoáng hóa của sản phẩm và vào nhiệt độ. Cấu
trúc sản phẩm, mật độ và cường độ không ảnh hưởng rõ rệt.
- Hệ số dãn nỡ nhiệt của vật liệu đặc trưng bằng các chỉ số sau:
Hệ số dãn nở nhiệt trung bình:

Hệ số dãn nỡ nhiệt thực:


Dãn nỡ nhiệt phần trăm:

Lo : chiều dài mẫu ở 0 0C hay nhiệt độ phòng; Lt chiều dài mẫu ở nhiệt độ đo

dL/dt: tốc độ biến thiên của chiều dài theo nhiệt độ.
( Để đặc trưng tính chất giãn nở của VLCL quan trọng không chỉ ở dãn nỡ trung bình hay dãn nở
phần trăm mà còn ở tính đồng đều của quá trình giãn nở trong khoảng nhiệt độ riêng biệt. Để đặc
trưng tính dãn nở đồng đều người ta dùng đại lượng hệ số dãn nở thực αt trong khoảng nhiệt độ
riêng biệt. Sămôt, cao alumin, manhêdi dãn nở đồng đều còn bán axit, dinat dãn nở không đều.
Nguyên nhân: Do sự biến đổi đa hình của các tinh thể riêng biệt có trong thành phần).
Đại lượng giãn nở nhiệt % trong khoảng nhiệt độ từ 0 0C đến nhiệt độ cho có thể tính từ hệ
số dãn nở trung bình bằng công thức sau: a%=atb x t x 100%
Ví dụ : Sămôt có a tb = 4,5 x 10 -6 tính dãn nở nhiệt ở 800 0C:
4,5 x 10 -6 x 800 x 100% = 0,36%
Bảng 5: hệ số dãn nở nhiệt trung bình của 1 số VLCL ở 20-1000 0C

Tên VLCL

a tb (20-1000 0C)

Sămôt

(4,5-6).10-6

Cao lanh

(4,5-5,5).10-6

Mullit (70 % Al2O3)

(5,5-5,8).10-6

Mullit- corun (80-90% Al2O3)

(7-7,5).10-6

Corun (99% Al2O3)

(8-8,5).10-6

Manhêdi (90-92% MgO)

(14-15).10-6

Crômit

(9-11).10-6

bán axit

(7-9).10-6

Dinat

(11,5-13).10-6


Thủy tinh quắc

0,4.100-6

7. Độ dẫn nhiệt, tỷ nhiệt, độ dân nhiệt độ, độ dẫn điện
a/ Độ dẫn nhiệt:

λ [kcal/mh 0C]. độ dẫn nhiệt có 1 giá trị lớn khi xác định nhiệt tổn thất qua tường, vòm lò.
λ và α là nguyên nhân gây ứng suất trong vl. Khi nhiệt độ tăng độ dẫn nhiệt tăng. Tuy nhiên cũng
có loại VLCL mà pha tinh thể chứa nhiều, tạp chất ít thì khi nhiệt độ tăng độ dẫn nhiệt giảm. Đó
là gạch manhêdi, carborun, corun.
Khi tăng độ xốp thì độ dẫn nhiệt giảm. Nếu tăng kích thước lỗ xốp khi các điều kiện khác
như nhau thì ở nhiệt độ cao độ dẫn nhiệt tăng lên rất nhiều.
b/ Tỷ nhiệt

C [kcal/kg độ] . Khi đốt nóng VLCL tức tăng nội năng của chúng phải tiêu tốn một lượng
nhiệt. Lượng nhiệt để đốt nóng 1 đơn vị sản phẩm lên 1 0C gọi là tỷ nhiệt. Tỷ nhiệt ở các nhiệt độ
khác nhau không giống nhau.
c/ Độ dẫn nhiệt độ

a = λ/γ C [m2/h] γ là trọng lượng thể tích. a đặc trưng cho tốc độ phân phối nhiệt hay quá
trình thành lập gradien nhiệt độ trong vật. Cần giá trị a để xác định nhiệt tích lũy của vỏ lò, lượng
nhiệt tổn thất ra xung quanh ỏ các lò gián đoạn.
d/ Tính chất điện

VLCL đặc biệt là loại chịu lửa cao, là nguyên liệu tinh khiết đựoc sử dụng khá nhiều trong
các lò nung điện: Làm điện cực nhiệt độ cao, làm các chi tiết trong các thiêt bị dùng điện.
-

Đặc trưng cho tính chất dẫn điện của VLCL là các thông số:
+ Điện trở riêng: ρ = 1/ σ [Ω cm] (σ độ dẫn điện riêng [Ω- 1cm-1]
+ Hằng số điện môi
+ Độ bền điện môi

-

Với các VLCL thông thường, chỉ quan tâm đến điện trở riêng của chúng. Ở các sản

phẩm chịu lửa đặc biệt, các đặc trưng về điện được nghiên cứu toàn diện và chi tiết hơn.
Theo độ dẫn điện VL chia làm 3 loại:
+ Chất điện môi có ρ =109Ω cm (ở 20 0C)
+ Chất bán dẫn có ρ =109- 10-2Ω cm (ở 20 0C)
+ Chất dẫn điện có ρ <10-2 Ω cm (ở 20 0C)


VLCL ở nhiệt độ thường là vật liệu điện môi điển hình nhưng khi đốt nóng thì khả năng dẫn điện
tăng lên và ở t 0: 800-1000 0C dẫn điện tốt.
Đa số VLCL ở nhiệt độ thường có điện trở riêng > 109Ω cm
Ở 1000 0C có điện trở riêng = 104- 10 5Ω cm
Ở 1300-1500 0C có điện trở riêng > 103Ω cm
Đặc biệt đối với crômit, Zircôn, carborun thì ở 1000 0C điện trở riêng chỉ còn 1-10 2 Ω cm. Chính
vì vậy chúng được sử dụng làm điện cực làm việc ở nhiệt độ cao.
8. Mật độ và cường độ ở nhiệt độ thường

Mật độ và cường độ của VLCL ở nhiệt độ thường cho phép ta đánh giá chất lượng chúng 1
cách gián tiếp. Hai tính chất này liên quan chặc chẽ với nhau có ảnh hưởng đến hàng loạt tính
chất khác của sản phẩm. Tăng mật độ của gạch, cường độ của chúng tăng theo. Khả năng bền xỉ
của VLCL liên quan trực tiếp đến độ xâm nhập của xỉ nóng chảy mà mức độ xâm nhập này phụ
thuộc vào mật độ, cụ thể vào số lượng, sự phân bố và kích thước lỗ xốp trên bề mặt và trong lòng
sản phẩm.
Để tiện việc phân biệt và đánh giá người ta chia lỗ xốp làm 3 loại:
-

Lỗ xốp kín: Lỗ xốp nằm trong lòng sản phẩm không có các chất lỏng và khí thấm qua.
Lỗ xốp hở: Lỗ xốp nằm trên bề mặt của sản phẩm chứa đầy chất lỏng hay khí nhưng
không cho chúng thấm qua.
Lỗ xốp dạng kênh (hở cả 2 đầu) cho chất lỏng và khí thấm qua dễ dàng.

1. lỗ xốp kín
2. Lỗ xốp hở (hở một đầu)
3. Lỗ xốp dạng kênh

Sự phân bố lỗ xốp trong sản phẩm cũng không đều. Các lỗ lớn thường ở giữa các hạt và vật
chất liên kết, còn các lỗ nhỏ nằm ngay trong bản thân các hạt.
Độ xốp của sản phẩm phụ thuộc vào thành phần phối liệu và quá trình kỹ thuật như : Chế
độ trộn, nén, nung.
-

Độ xốp của sản phẩm có thể được đánh giá thông qua các thông số đặc trưng sau:

+ Mật độ thực (trọng lượng riêng) γ T (g/cm3): là trọng lượng của 1 đơn vị thể tích vật liệu


loại bỏ lỗ xốp.
+mật độ biểu kiến (trọng lượng thể tích) γ BK (g/cm3) là trọng lượng của 1 đơn vị thể tích kể
cả lỗ xốp.
+ Độ xốp biểu kiến (độ xốp chỉ kể đến lỗ xốp hở) W BK (%) : Được xác định bằng tỉ số giữa
thể tích của các lỗ xốp hở chứa đầy chất lỏng (nước) khi đun sôi so với thể tích của vật liệu.
Nếu vật liệu được bảo hòa nước thì độ xốp biểu kiến được xác định bằng công thức:

a1: trọng lượng mẫu khô tuyệt đối (g)
a2: trọng lượng mẫu trên được bảo hòa nước (g)
V : thể tích mẫu (cm3)
+ Độ hút nước B: tỷ lệ giữa lượng nước hấp thụ so với lượng mẫu

+ Trọng lượng thể tích: tỷ lệ giữa độ xốp biểu kiến với độ hút nước

+Mức độ đặc cảu vật liệu: tỷ lệ giữa trọng lượng thể tích và trọng lượng riêng: γ BK/γ T

+ Độ xốp thực: Wt (%) là tỉ số giữa thể tích tất cả các lỗ xốp (kín và hở) và thể tích của vật
liệu

+ Độ xốp kín : WK=WT-WBK
Bảng 6: Mật độ và cường độ một số VLCL

Tên VLCL

γ BK (g/cm3)

WBK (g/cm3)

Cường độ nén


(kg/cm3)
Sămôt:
thường

loại

1,8-2

30-24

100-200

2,05-2,2

22-16

300-500

2,25-2,3

15-10

Hơn 600

Dinat thường

1,8-1,95

22-19

250-450

Manhêdi thường

2,6-2,7

24-22

300-500

2,75-2,9

26-22

250-400

Loại đặc
Loại rất đặc

Crôm
thường

manhêdi

- Độ thấm khí: là khả năng cho không khí hay khói lò qua sản phẩm ở điều kiện này hay
điều kiện khác. Độ thấm khí đặc trưng bằng hệ số thấm khí K qua biểu thức:

V: thể tích khí đi qua mẫu tính bằng lít
S: Diện tích mẫu (m2)
l: chiều dày mẫu (m)
Z: thời gian (h)
H1, H2: áp suất ở hai đầu mẫu (mm cột nước)
Như vậy K=lit.m/m2.h.mm H20. Tức là lượng không khí hay khói lò tính bằng lit đi qua
mẫu có diện tích 1 m2 có chiều dày 1m trong thời gian 1 h trong khi chên lệch áp suất ở 2 đầu lỗ
là 1mm cột nước.
Độ thấm khí phụ thuộc nhất vào các lỗ xuyên qua sản phẩm và chên lệch áp suất 2 đầu.
Giữa độ xốp chung và độ thấm khí không có sự phụ thuộc nào cả.
Ví dụ: độ thấm khí của gạch nhẹ có độ xốp 50% cũng bằng độ thấm khí của gạch Sămôt
có độ xốp 25%. Gạch có vỏ cứng trên bề mặt độ thấm khí giảm đi rất nhiều.
Trọng lượng riêng của VLCL thường được xác định bằng phương pháp Pyknomet (bình
đo tỉ trọng).Vật liệu được nghiền nhỏ qua sàng 900 lỗ/cm2.
- Cường độ cơ học: cường độ cơ học của sản phẩm phụ thuộc nhiều vào độ xốp thực và độ
xốp biểu kiến. Vì vậy khi nung sản phẩm ở nhiệt độ kết khối với thời gian lưu thích hợp thì mật
độ và cường độ của sản phẩm tăng lên rõ rệt còn độ xốp biểu kiến giảm xuống. Tuy nhiên nếu
nhiệt độ nung vượt quá nhiệt độ kết khối thì độ xốp biểu kiến tăng lên do hiện tượng phồng rộp

của pha thủy tinh.
- Cường độ nén: Cường độ nén của sản phẩm ở nhiệt độ thường cũng như mật độ đặc trưng
mức độ nung sản phẩm.Vì vậy cường độ của sản phẩm phụ thuộc vào thành phần sản phẩm,
thành phần phối liệu, điều kiện nén, nhiệt độ nung và đôi khi còn một số nhân tố khác. Qua chỉ
tiêu cường độ nén có thể đánh giá chất lượng sản phẩm nhanh và đơn giản cũng như đánh giá
quá trình kỹ thuật sản xuất.
- Yêu cầu cường độ nén theo LX từ 100-150 đến 300-500 kg/cm 2. Đa số gạch chịu lửa, đặc
biệt các loại cao, cường độ thường hơn 250 kg/cm 2.Cường độ cao như vậy để đảm bảo khi vận
chuyển cũng như xây lò. Thực ra cường độ chịu nén thực tế ở tường lò nung hay ghi lò không
quá 1 kh/cm2, vòm là 4-5 kg/cm2, nhưng cần phải có cường độ cao để chống lại tác dụng va đập
hay bào mòn và các nhân tố cơ học khác. VLCL đạt được cường độ cao như vậy là do qúa trình
tái kết tinh và kết khối ở nhiệt độ cao tiến hành được hoàn thiện.
+ Cường độ chịu kéo uốn, xoắn:
- Trong quá trình sử dụng trong gạch sẽ xuất hiện nhiều loại ứng suất khác nhau. Ví dụ: ở
thành nồi nấu thuỷ tinh, do áp suất thủy tĩnh của thủy tinh nóng chảy mà có ứng suất kéo. Đáy lò
cao, gạch đỡ các đệm ở buồng hồi nhiệt gián đoạn, đáy các bao nung sẽ có ứng suất nén. Ứng
suất trượt suất hiện trong gạch khi đốt nóng chúng rất nhanh. Vì lớp được đốt nóng nhanh giãn nỡ
nhiều nhưng bị các lớp nguội giữ lại. Lúc đó ứng suất trượt kèm theo quá trình nén.
+ Cường độ chống bào mòn:
Lớp lót phía trên của lò cao do phối liệu đổ vào hay bụi tro xỉ than chuyển động với tốc độ
lớn, hoặc trong lò nung xi măng vật liệu nung cọ xát với gạch.. đều gây nên hiện tượng bào mòn
gạch. Nếu gạch không chống được tác dụng bào mòn sẽ bị phá hủy nhanh chóng.
Khả năng chống lại tác dụng bào mòn không chỉ phụ thuộc vào mật độ cường độ của sản
phẩm mà còn vào cấu trúc, cường độ liên kết giữa các hạt vật liệu.
+ Cường độ xung kích:
Là cường độ của vật liệu chống lại tác dụng va đập đột ngột (tải trọng xung kich).
9/ Tính chính xác về hình dạng và kích thước

Trong thực tế lò công nghiệp mạch xây lò có ảnh rất nhiều đến tuổi thọ của lò. Ở các mạch
này được lấp đầy bằng vữa VLCL này hoặc khác, tất nhiên mật độ của nó thường kém hơn gạch
xây. Chính vì vậy trong toàn bộ lò, mạch xây là chỗ yếu nhất nên dễ bị xỉ ăn mòn phá hoại nhất.
Muốn tường lò bền vững mạch xây cần phải mỏng chắc, chiều dày thường không quá 3mm, loại
đặc biệt không quá 0,5 mm. Để đạt được mục đích đó gạch xây lò phải chính xác về hình dạng và
kích thước.
Vữa xây lò khi ở nhiệt độ cao co lại và bong ra khỏi viên gạch. Do đó làm bề mặt tiếp xúc với
xỉ và khí nóng tăng lên, hạ thấp độ bền xỉ và độ bền nhiệt của lớp lót.
Các sản phẩm to hình dạng phức tạp mà đảm bảo tính chính xác về hình dạng kích thước là
một vấn đề rất khó. Đại lượng co hay nở của sản phẩm khi sấy nung theo nhiều hướng khác nhau
khác nhau làm sản phẩm sai về kích thước. Nguyên nhân:


- Tính chất nguyên liệu không ổn định
- Thực hiện sai chế độ kỹ thuật sản xuất như tỉ lệ các cấu tủ không đúng, thành phần hạt
không đảm bảo, độ ẩm, áp lực nén không tốt.. Vì vậy khi sản xuất không phải chỉ sai 1 vài viên
mà có thể sai hỏng hàng loạt.
- Muốn tăng độ chính xác về kích thước và hình dạng sản phẩm phải gắn liền việc hòan
thiện qui trình kỹ thuật sản xuất, cơ khí và tự động hóa qui trình và vấn đề kiểm tra các chỉ tiêu
sản xuất.
- Phương pháp đóng khuôn hiện đại là phương pháp bán khô có sức co tổng nhỏ bảo đảm
độ chính xác tưong đối cao.
- Theo chỉ tiêu hiện hành, sai số về kích thước của sản phẩm không quá +- 2%. Đối với
sản phẩm quan trọng không quá 1-1,5%.
- Ngoài yêu cầu về hình dạng kích thước, còn yêu cầu các mặt cạnh của sản phẩm phải
bằng phằng,không bị lồi lõm, cong vênh dù rất nhỏ. Nếu không sẽ tăng chiều dày mạch xây.
Cạnh mép sản phẩm bị nứt nẻ, vẹt nhiều cũng giảm tuổi thọ của chúng do tăng bề mặt phản ứng
hóa học. Tủy thuộc loại sản phẩm và qui định của chúng mà góc sứt chỉ được 5-12mm, cạnh sứt
hay vẹt 3-10 mm.
- Trên sản phẩm sau khi nung thường có nhiều nốt, những vết sần do nóng chảy cục bộ.

Nguyên nhân chủ yếu là do lẫn trong nguyên liệu nhũng hạt tạp chất lớn, ở nhiệt độ cao chúng
chảy lỏng với gạch. Phải hạn chế các nốt sần này vì nó làm giảm chất lượng VLCL. Ở gạch
Sămôt, dinat yêu cầu < 5-8 mm. còn gạch manhêdi không được có các nốt đó.
- Một khuyết tật nữa là các vêt rạn nứt, ở đó là chỗ dễ bị phá hủy nhất do xỉ, bụi xỉ cũng
như khi dao động nhiệt độ.


Chương 2: Dinat

Đinat là loại VLCL chứa >= 93% SiO2, sản xuất từ quặng của quắc và chất liên kết là vôi
hoặc chất khác, nung ở nhiệt độ đảm bảo quắc biến đổi đa hình thành tridimit và cristobalit.
Đinat là loại VLCL axit, nó rất bền đối với xỉ axit, tro nhiên liệu. Ôxyt kim loại ăn mòn
dinat tạo thành hợp chất silicat dễ nóng chảy.
I/ Cơ sở hóa lí
1/ Sự biến đổi thù hình của SiO2 và tính chất của chúng

Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất dinat là các quặng của quắc có thành phần chủ yếu là SiO 2 ở
các dạng tinh thể và vô định hình. Sự biến đổi đa hình của chúng quyết định quá trình kỹ thuật và
tính chất của sản phẩm. SiO2 không ngậm nước được biết đến ở 8 dạng thù hình:
α,β quắc; α,β,γ, tridimit; α,β cristobalit; thủy tinh quắc
- Dạng ổn định ở nhiệt độ cao nhất người ta kí hiệu là α, sau đó đến β, γ
Sơ đồ biến đổi của SiO2:
- Sự biến đổi đa hình của SiO2 là đặc tính rất phức tạp. Ở phạm vi nhiệt độ ổn định của dạng
thù hình này có thể tồn tại trạng thái không ổn định của dạng thù hình khác

Các mũi tên nằm ngang chỉ chiều hướng biến đổi và sự biến đổi này tiến hành rất chậm và
chỉ thuận nghịch trong những điều kiện đặc biệt (có chất khoáng hóa). Các mũi tên dọc chỉ sự


biến đổi nhanh khi đốt nóng và làm nguội.

Phổ biến rộng rãi trong thiên nhiên nhất là β-quắc . Thường gặp dưới dạng cát thạch anh,
quaczit, sa thạch.
Quắc: có 2 dạng thù hình
β- quắc: Là dạng ổn định ở nhiệt độ thường, đốt nóng đến 573 0C chuyển sang α -quắc.
Tạp chất có trong quặng của quắc có ảnh hưởng đến nhiệt độ biến đổi của chúng.
Ví dụ: Khi có mặt các ion Li +, Na+, K+, Al3+: β-quắc à α -quắc ở 536 0C và khi đó không
có sự biến đổi α-quắc à β-quắc. Nếu cho Li+, Al3+ vào thì nó hạ thấp xuống 463 0C.
Nguyên nhân: Các ion tạp chất tham gia tạo thành dung dịch rắn làm thay đổi thông số
mạng lưới tinh thể. Nếu tăng áp lực nhiệt độ biến đổi β-quắc ↔ α-quắc tăng.
α−

quắc : Không tồn tại trong thiên nhiên vì phạm vi ổn định của chúng là 573-870 0C.

- Nếu có chất khoáng hóa mạnh như Vonframat Natri thì chuyển chậm thành α- tridimit.
- Nếu không có chất nóng chảy nó sẽ biến đổi khô thành α- cristobalit ở 1000 0C một cách
chậm chạp qua pha trung gian mêtacristobalit.
- Khi đốt nóng nhanh đến t 0C>1600 0C thì nóng chảy. Sự biến đổi qua các dạng khác tiến
hành rất nhanh và nhận được các chất lỏng có độ nhớt cao.
Tridimit: có 3 dạng thù hình: α,β,γ
α- tridimit: Trong thiên nhiên không gặp vì nó tồn tại ở nhiệt độ 870-1470 0C.
Đốt nóng chậm α- tridimit à α- Cristobalit ở 1470 0C
Đốt nóng nhanh α- tridimit à thủy tinh quắc ở 1670 0C
α- tridimit có thể tồn tại ở trạng thái không ổn định ở nhiệt độ < 870 0C nhưng đến 163 0C
thì chuyển sang β- tridimit rồi γ- tridimit
β- tridimit : chỉ là dạng trung gian do sự biến đổi nhanh của α- tridimit
à γ- tridimit . Phạm vi tồn tại của nó rất ngắn 117-163 0C. Quá trình chuyển từ γtridimitàβ- tridimit àα- tridimit kèm theo sự tăng thể tích không lớn lắm.
γ- tridimit: là loại không ổn định nhưng thức tế ở nhiệt độ cao nó thường tồn tại thời gian lâu
không hạn định.
γ- tridimit được tạo thành do làm lạnh nhanh β- tridimit ở 117 0C . Trong thiên nhiên hơi
hiếm gặp, chủ yếu thấy trong quặng núi lửa dưới dạng tấm 6 cạnh không màu hoặc yếu. Có thể

gặp γ- tridimit dạng song tinh lưỡi mác trong gạch dinat.
Cristobalit


α-cristobalit: Đốt nóng α- tridimit chậm và có chất khoáng hóa đến nhiệt độ > 1470 0C sẽ
chuyển sang α-cristobalit và ổn định đến 1713 ±10 rồi chuyển sang thủy tinh quắc không kèm
biên đổi thể tích. Khi làm nguội α-cristobalità β-cristobalit.
β-cristobalit : Là dạng không ổn định nó có thể tồn tại ở nhiệt độ thường trong trạng thái
không cân bằng và thực tế lâu dài vô hạn. Ta có thể gặp nó trong thiên nhiên mặc dù rất hiếm.
Bằng phương pháp nhân tạo cũng được β-cristobalit, đó là gạch dinat. Khi đốt nóng trong khoảng
180-270 0C sẽ chuyển sang α-cristobalit kèm theo tăng thể tích đáng kể.
Thủy tinh quắc: các dạng khác nhau của SiO 2 khi đốt nóng đến nhiệt độ cao (1700-1800 0C)
sẽ được chất nóng chảy. Độ nhớt của chất nóng chảy này rất cao và khi làm nguội thì không kết
tinh mà ở trạng thái thuỷ tinh gọi là thủy tinh quắc. Đây là một loại thủy tinh có hệ số giãn nở
nhiệt thấp đáng kể (5.10-7) nên rất bền nhiệt.
Khi đốt nóng đến nhiệt độ = 1200-1400 0C thủy tinh quắc sẽ kết tinh ở dạng α-cristobalit.
Khi làm nguội chậm < 180-270 0C sẽ chuyển thành β-cristobalit. Do chuyển thù hình có kèm
theo biến đổi thể tích đáng kể nên dễ làm sản phẩm bị nứt vở.
Nếu đốt nóng thủy tinh quắc chậm đến 800-859 0C và có mặt Na2WO4 nó sẽ tạo thành tinh
thể tridimit rồi biến đổi chậm dần thành quắc.
Quá trình xuất hiện tinh thể α-cristobalit trong thủy tinh quắc tiến hành rất chậm, Do đó cho
phép ta sử dụng thủy tinh quắc trong phòng thí nghiệm và thực tế sản xuất.
Điểm quan trọng trong kỹ thuật sản xuất khi biến đổi đa hình SiO 2 là biến đổi trọng lượng
riêng và thể tích của chúng( xem bảng 7)
Bảng 7:

Quá trình biến đổi thù hình

t( 0C)

Biến
(%)

β-quắc → α- quắc

573

+0,82

γ- tridimit → β- tridimit

117

+0,2

β- tridimit → α- tridimit

163

+0,20

β-cristobalit →α-cristobalit

250

+2,8

α-quắc → α- tridimit

870

16

α-quắc →α-cristobalit

1000(13001400)

15,4

α-quắc → thủy tinh quắc

1600

15,5

Thủy tinh quắc → α-cristobalit

1200-1400

-0,9

đổi

V


Sự biến đổi thù hình luôn kèm theo sự biến đổi trọng lượng riêng dẫn đến biến đổi thể tích .
Sự thay đổi thể tích này quyết định toàn bộ quá trình nung và sử dụng dinat. Vì thể tích không ổn
định là nguyên nhân làm sản phẩm có độ bền nhiệt thấp. Độ bền nhiệt càng thấp khi sự biến đổi
thù hình càng nhanh, thể tích thay đổi càng nhiều.

Tốc độ và mức độ biến đổi đa hình của quắc phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian tác dụng, kích
thước hạt và chất khoáng hóa. Nhiệt độ cao tốc độ biến đổi càng nhanh, hạt càng mịn cũng vậy.
2/ Vai trò của khoáng hóa
a/ Tính ổn định thể tích của các dạng thù hình của SiO2

SiO2 trong dinat có thể ở các dạng: tridimit, cristobalit, quắc, thủy tinh. Tính ổn định thể
tích theo nhiệt độ của các dạng này khác nhau. Xem biểu đồ hệ số giãn nở trung bình nhiệt độ ta
thấy:
α.10-6

1. Tridimit
2.Cristobalit
3.Quat
0C

Tridimit là tinh thể bền vững và ổn định nhất. Vì vậy trong kỹ thuật người ta tìm cách để
tạo điều kiện cho lượng tridimit tạo thành càng nhiều càng tốt. Nhưng như đã biết, sự biến đổi
thù hình từ quắc sang tridimit là rất khó cần phải dùng chất khoáng hóa để thúc đẩy quá trình
biến đổi ấy. Thực tế, các nguyên liệu để sản xuất VLCL như quacrzit cũng có lẫn những tạp chất
thúc đẩy quá trình tridimit hóa nhưng không đủ nên phải đưa chất khoáng vào như R 2O, CaO,
MgO, MnO, BaO, FeO…
Chất khoáng hóa dùng trong sản xuất dinat:
Chủ yếu tạo chất nóng chảy ở nhiệt độ thấp. Chất nóng chảy này có độ nhớt nhỏ, thấm ướt
tốt và nhất là phải tan được cristobalit để tạo được tinh thể tridimit bền vững trong sản phẩm
dinat, xen kẽ giữa các tinh thể ấy là pha thủy tinh và 1 số pha tinh thể khác.
Người ta nghiên cứu ảnh hưởng của một số chất khoáng hóa tới quá trình tridimit hóa của
chúng và được xác định bằng trọng lượng riêng của dinat. Nếu trọng lượng riêng của dinat càng
nhỏ, tức lượng tridimit và cristobalit trong chúng càng nhiều.

Bảng 8: Ảnh hưởng của chất khoáng hóa nếu cho 1% vào phối liệu lên sự biến đổi trọng lượng riêng của
chúng sau khi nung ở 1300 0C trong 1 h.

Chất

khoáng

hóa

Trọng lượng
Chất
riêng sau khi nung hóa

khoáng

Trọng lượng
riêng sau khi nung

Không

2,62

Al2O3

2,615

CaO

2,585

Na2HPO4

2,545

MgO

2,585

Na2CO3

2,35

BaO

2,605

K2CO3

2,325

Fe2O3

2,550

Na2SiO3

2,39

FeO

2,53

Qua bảng trên ta thấy: Al2O3 là chất khoáng hóa kém nhất
Chất khoáng hóa mạnh nhất là : Na 2CO3 và K2CO3. Tuy nhiên người ta không dùng
chúng vì nó hạ thấp nhiều tính chất sản phẩm ở nhiệt độ cao.
Phổ biến rộng rãi nhất trong sản xuất dinat là CaO và FeO và đôi khi dùng Mn. Trong thực
tế sản xuất dinat dùng đồng thời CaO và FeO làm chất khoáng hóa.
Nguyên nhân: xét các hệ 2 cấu tử:
CaO-SiO2 : điểm ơtecti trong hệ là 1436 0C
FeO-SiO2 : điểm ơtecti trong hệ là 1178 0C
MnO-SiO2 : điểm ơtecti trong hệ là 1300 0C
Fe2O3-SiO2 : điểm ơtecti trong hệ là 1452 0C
Trong dinat có mặt FeO thì pha lỏng xuất hiện sớm hơn. Khả năng khoáng hóa của chúng
có thể sắp xếp như sau: FeO>MnO>CaO>Fe2O3
Do tác dụng tridimit hóa của sắt 2 cao hơn sắt 3 nên người ta dùng sắt 2 làm chất khoáng
hóa dưới dạng vẩy sắt, xỉ nấu quặng, xỉ pirit và phải khống chế môi trường khử. Với dinat dùng
xây các lò cốc hóa không dùng FeO làm chất khoáng hóa được mà dùng MnO vì FeO trong môi
trường khử sẽ lại xúc tác cho hiện tượng tẩm than theo phản ứng:
2CO

↔

CO2+C