Thiết kế phân xưởng gia công tạo hình gạch chịu lửa Samốt caoalumin (thuyết minh+bản vẽ)

Sự phát triển của khoa học kỹ thuệt và công nghiệp đòi hỏi nhu cầu về vật liệu
chịu lửa ngày càng cao cả về chất lợng và số lợng, đặc biệt là nhu cầu về vật liệu
chịu lửa Samốt caoalumin. Đây là những sản phẩm không thể thiếu đợc trong
thiết bị nhiệt của các ngành: luyện kim, xi măng, đồ gốm, thuỷ tinh
II. Các tính chất của sản phẩm.
Tuỳ theo thành phần khoáng hoá của sản phẩm và cấu trúc của nó mà các
sản phẩm có tính chất khác nhau. Các tính chất của vật liệu chịu lửa samốt
caoalumin sẽ xác định khả năng thích ứng của chúng để sử dụng trong điều kiện
cụ thể. Khi xét đến vật liệu samốt caoalumin nói riêng và vật liệu chịu lửa nói
chung ngời ta phải xét đến các tính chất sau.
II.1 Đặc trng về cấu trúc và kết cấu.
II.1.1 Cấu trúc và kết cấu của vật liệu chịu lửa samốt caoalumin.
Cấu trúc - đó là đặc điểm về cấu tạo của vật liệu. Nó xác định bởi kích thớc hạt, hình dạng, cách phân bố, hớng và sự tiếp xúc giữa các hạt, bởi số lợng và
chất lợng thành phần pha và bởi độ rỗng xốp.
Kết cấu - là đặc điểm của sự sắp xếp, phân bố tơng hỗ giữa các cấu tử
trong cấu trúc vật liệu.
Cấu trúc của vật liệu nói chung có ảnh hởng lớn và quyết định đến mọi
tính chất của nó. Cấu trúc của vật liệu chịu lửa là tổng thể có sự sắp xếp xen kẽ
và kết hợp lẫn nhau của ba pha: Pha tinh thể, pha thuỷ tinh và pha khí.
Pha tinh thể: Bao gồm củ yếu là tinh thể mulít và những hạt quắc cha tham
gia phản ứng, một phần nhỏ hạt không hoạt tính ở trong khoáng caolinnít và còn
lại ở dạng cristôbalít.
Pha thuỷ tinh: Khi nung sản phẩm gốm sẽ hình thành chất nóng chảy
alumôsilicát kiềm với số lợng khác nhau làm ảnh hởng đến các quá trình hình


Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

TS Vũ Minh Đức

thành cấu trúc sản phẩm và tính chất của chúng. Chất nóng chảy nguội đi, đông
đặc lại tạo nên pha thuỷ tinh.
Pha khí: Là thành phần cấu trúc thứ ba của vật liệu, nó chiếm đầy trong
các lỗ rỗng kín thờng có trong vật liệu ngay cả khi độ rỗng hiệu dụng bằng
không. Nguyên nhân sự hình thành pha khí này là không khí chứa trong các lỗ
rỗng, các sản phẩm dạng khí của quá trình khử nớc (đề hyđrat), do quá trình
phân ly, quá trình khử cácbonát, quá trình khử ôxít sắt, quá trình ôxi hoá các
chất hữu cơ còn lại trong nguyên liệu, tách khí trong quá trình nóng chảy các cấu
tử của phối liệu và các quá trình khác.
Bằng cách nghiên cứu vi cấu trúc và cấu tạo của nó, ngời ta có thể xác
định cấu trúc của vật liệu chịu lửa nói chung. Nghiên cứu vi cấu trúc cho biết
bản chất của pha tinh thể, đặc trng cấu trúc của nó và qui luật kết hợp pha tinh
thể với pha thủy tinh và lỗ rỗng trong sản phẩm. Việc nghiên cứu kết cấu nhằm
xác định thể tích các lỗ rỗng, kích thớc, hình dạng và vị trí tơng hỗ của chúng
trong sản phẩm. Vì vậy nghiên cứu các tính chất của vật liệu chịu lửa cần nghiên
cứu cấu trúc của nó một cách toàn diện và tỉ mỉ.
Các nhà nghiên cứu trên thế giới đều cho rằng: Vật liệu chịu lửa, đặc tính
thành phần pha và cấu trúc pha của nó có ý nghĩa quyết định đến tính chất sản
phẩm. Thành phần pha Ta nên hiểu đó là bản chất và đặc điểm cấu trúc của
pha tinh thể, sự kết hợp về mặt định lợng với pha thủy tinh (vô định hình). Vì vật
liệu chịu lửa phải làm việc lâu dài ở nhiệt độ cao nên một trong những yêu cầu
rất quan trọng về thành phần pha là cần khống chế lợng pha thuỷ tinh, với thành
phần hoá xác định, có số lợng nhỏ nhất. Đồng thời cần phải hình thành nhiều
khoáng có ích với kích thớc tinh thể nhất định. Để nghiên cứu và điều chỉnh đặc
điểm cấu trúc này ngời ta phải sử dụng các phơng pháp hoá lý hiện đại nh phân
tích nhiệt, phân tích pha và cấu trúc pha bằng nhiễu xạ Rơnghen kính hiển vi
điện tử, kính hiển phân cực ...

SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 2


Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

TS Vũ Minh Đức
Phân tích bằng tia Rơnghen cho phép xác định bản chất và số lợng pha

tinh thể của sản phẩm. Phân tích nhiệt và phân tích pha bằng tia Rơnghen ở nhiệt
độ cao cho phép xác định nhiệt độ xuất hiện các pha mới và sự chuyển hoá pha
tinh thể trong quá trình nung chúng. Tuy nhiên những phơng pháp này không thể
xác định đầy đủ mối quan hệ định lợng giữa pha tinh thể và pha thuỷ tinh, đặc
điểm phân bố chúng. Bởi vì pha thuỷ tinh không gây nên sự định hình bởi tia
Rơnghen (vì pha thuỷ tinh không tạo nên sự khúc xạ của tia Rơnghen). Để khắc
phục điểm yếu này ngời ta sử dụng phơng pháp phân tích thạch học để xác định
thành phần khoáng và đặc điểm vi cấu trúc của sản phẩm. Dới kính hiển vi phân
cực ngời ta có thể xác định đợc các đặc trng quang học nh sự phân bố thành phần
khoáng, hệ số chiết suất của chúng hình dạng các khoáng... . Từ đó ngời ta biết
dợc quá trình hình thành khoáng trong sản phẩm. Việc nghiên cứu thạch học còn
cho phép xác định một cách chi tiết, tỉ mỉ các quá trình quan trọng xảy ra khi
nung sản phẩm nh sự kết khối, sự tơng tác hoá học xảy ra giữa các pha, hiện tợng
biến đổi pha (các quá trình hoà tan,kết tinh và tái kết tinh...)
I.1.2 Độ xốp và độ thấm khí ( thấm chất lỏng ).
Sản phẩm vật liệu chịu lửa là tổng thể kết hợp của các vật chất rắn (pha
tinh thể và pha thuỷ tinh) và pha khí (các lỗ xốp). Thể tích của lỗ xốp: kích th ớc
và sự phân bố, hình dạng của chúng ảnh hởng lớn đến các tính chất của sản

phẩm chịu lửa nh : các tính chất vật lý (độ đăc, khối lợng riêng, độ xốp, độ dãn
nở, độ xuyên thấm, độ hút ẩm), các tính chất cơ học (độ bền kéo, uốn, nén).
Cờng độ cơ học của sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào độ xốp của sản
phẩm, khả năng bền xỉ của vật liệu chịu lửa liên quan trực tiếp đến mức độ thấm
ớt xỉ lỏng nóng chảy của nó mà mức độ thấm ớt này lại phụ thuộc vào số lợng,
sự phân bố, kích thớc, hình dạng và đặc tính của lỗ xốp trên bề mặt và trong lòng
sản phẩm .
Ngời ta chia các loại lỗ xốp thành các nhóm sau:

SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 3


Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

TS Vũ Minh Đức
Lỗ xốp kín: nằm trong lòng sản phẩm, không cho các chất lỏng và khí

thấm qua.
Lỗ xốp hở: nằm trên bề mặt sản phẩm, chứa đầy khí và chất lỏng nhng
không cho chúng thấm qua sản phẩm.
Lỗ xốp thông nhau (dạng kênh): hở hai đầu cho chất khí và chất lỏng thấm
qua một cách dễ dàng.
Khả năng thấm khí (thấm chất lỏng) của sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào
kích thớc, số lợng, hình dạng của loại lỗ xốp thông nhau và vào sự chênh lệch áp

suất của khí hay chất lỏng ở hai đầu lỗ.
Độ xốp của sản phẩm đợc đánh giá qua một số chỉ tiêu đặc trng sau:
+ Độ đặc thực (khối lợng riêng) - đó là khối lợng một đơn vị thể tích vật
liệu đặc tuyệt đối( không có lỗ rỗng )
Theo TCVN-177-65 nhóm H, khối lợng riêng của vật liệu chịu lửa xác
định bằng phơng pháp bình đo tỷ trọng. Vật liệu khi đó đợc nghiền nhỏ qua sàng
900 lỗ/cm2.. Tuỳ thành phần của sản phẩm, ngời ta có thể dùng nớc hoặc dầu hỏa
trong bình tỷ trọng.
Khối lợng riêng đợc xác định nh sau:
a =

g 0 . 1
.
g 0 g1

Trong đó: g0- Khối lợng mẫu cân trong không khí (g).
g1- Khối lợng mẫu cân thuỷ tĩnh trong chất lỏng (g).

1 Khối lợng riêng của chất lỏng (g/cm3).

SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 4


Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

TS Vũ Minh Đức
+ Độ đặc biểu kiến (khối lợng thể tích ) - đó là tỷ lệ giữa khối lợng vật

liệu với toàn bộ thể tích chiếm chỗ của nó, kể cả lỗ rỗng. Khối lợng thể tích của
vật liệu càng thấp thì độ rỗng càng cao và khi độ ẩm càng thấp
Theo TCVN - 178 65, độ xốp biểu kiến đợc xác định bằng thể tích của
chất lỏng bị hút vào vật liệu khi đun sôi hoặc chân không.
Độ xốp biểu kiến xác định theo công thức sau:
g 2 g1

XBK= g g x 100 %.
2
3
Trong đó: g1 Khối lợng mẫu khô tuyệt đối (g) cân trong không khí.
g2- Khối lợng mẫu bão hoà cân trong không khí (g).
g3- Khối lợng mẫu cân trong nớc(g).
+ Độ đặc tơng đối là phần thể tích của vật chất rắn trong vật
liệu. Nó là tỉ số giữa độ đặc biểu kiến và độ đặc thực. Nếu nh độ đặc thực và độ
đặc biểu kiến bằng nhau thì vật liệu hoàn toàn đặc- thuỷ tinh, nớc và các chất
lỏng khác, một số chất dẻo.
+ Độ xốp thực - là tỷ số giữa tổng độ xốp hở và độ xốp kín so với thể tích
của mẫu. Tỷ số giữa độ xốp thực của mẫu trớc khi nung và sau khi nung cho biết
mức độ kết khối của vật liệu nung
Độ xốp thực, tính bằng% xác định theo công thức:
XT =

a 0
x100% .
a

Trong đó: a Khối lợng riêng của vật liệu đem thử (g).

0 - Khối lợng thể tích của vật liệu đem thử( g)
SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 5


Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

TS Vũ Minh Đức

(Trích TCVN-178-65).
+ Độ xốp biểu kiến (độ xốp hở) - là tỉ số giữa thể tích của những lỗ xốp
thông nhau và thông với không gian bên ngoài mà nớc có thể chui vào đợc với
thể tích mẫu. Đôi khi các lỗ xốp hở có thể thông suốt với nhau. Điều này gắn
liền với sự tăng độ thấm nớc của sản phẩm. Độ xốp biểu kiến thờng đợc đặc trng
bằng giá trị hút nớc. Độ xốp giảm khi tăng độ kết khối của sản phẩm.
Độ xốp biểu kiến xác định theo công thức sau:
g 2 g1

XBK= g g x 100 %.
2
3
Trong đó: g1 Khối lợng mẫu khô tuyệt đối cân trong không khí (g).

g2- Khối lợng mẫu bão hoà cân trong không khí (g).
g3- Khối lợng mẫu cân trong nớc(g).
+ Độ xốp kín: Là tỉ số giữa thể tích của tất cả các lỗ xốp trong vật liệu
không thông với môi trờng bên ngoài (đóng kín) với thể tích mẫu ( kể cả thể tích
tất cả các lỗ xốp).
+ Độ hút nớc (W): Đợc đặc trng bằng mức độ chứa đầy nớc trong lỗ xốp
hở của vật liệu khi đun sôi trong nớc và đợc biểu thị bằng % .
Độ hút nớc xác định theo công thức sau:
W=

g 2 g1
x 100%.
g1

Trong đó:

g1- Khối lợng mẫu bão hoà nớc cân trong không khí( g).
g2- Khối lợng mẫu khô tuyệt đối cân trong không khí (g).

SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 6


Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

TS Vũ Minh Đức

(Trích TCVN 178-65).
+ Bề mặt riêng của vật thể xốp - Đó là diện tích bề mặt bên trong của lỗ
trong một đơn vị thể tích của vật liệu.
Độ đặc thực của sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào số lợng và khối lợng
riêng của pha tinh thể có mặt trong sản phẩm. Số lợng của pha tinh thể càng
nhiều, khối lợng riêng của nó càng lớn thì độ đặc thực của sản phẩm càng cao.
Ví dụ: Vật liệu chịu lửa corun tinh khiết có độ đặc thực bằng 3,99 ữ 4 g/cm3 nhng khi có lẫn tạp chất dẫn tới tạo thành pha thuỷ tinh và các pha tinh thể khác
làm độ đặc của nó giảm rõ rệt .
Sự biến đổi thù hình của các khoáng có mặt trong sản phẩm khi nung cũng
dẫn đến làm thay đổi độ đặc.
Giá trị độ xốp của sản phẩm là dấu hiệu chủ yếu để đánh giá mức độ kết
khối của sản phẩm .
Sản phẩm kết khối càng cao (trong khoảng kết khối của nó) thì dới tác
dụng của lực tiếp tuyến F tác dụng nên bề mặt mẫu diện tích a.b, làm mẫu bị trợt
đi một góc , bề mặt phía trên bị trợt đi một khoảng là d. Khi đó ứng suất trợt
cực đại đợc tính bằng
a

b

d
F


=

F
;

a.b

SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 7


Đồ án tốt nghiệp
Vậy giá trị =

gvhd:

TS Vũ Minh Đức

F
;
a.b.G

- là góc trợt hay biến dạng đàn hồi
Giữa môđun đàn hồi E và môđun trợt G có mối quan hệ phụ thuộc đợc
biểu thị bởi công thức :
G=

E
;
2(1 + à )

Trong đó : F - lực tiếp tuyến tác dụng lên mẫu

à - hệ số Poatxông là tỷ số giữa sự biến đổi t ơng đối của chiều dày
và chiều dài mẫu thử khi kéo.
d
d
à = l ;
l

Khi đó : d - đờng kính tơng đơng của mẫu thử.
L chiều dài mẫu thử.
Đa số vật liệu gốm có à = 0.2ữ 0.25 .
Độ bền lý thuyết của các vật liệu tinh thể, tính theo lực liên kết giữa các
nguyên tử của chúng thờng dao động trong khoảng 1 ữ 10.105 KG/cm2 hay bằng
1/10 trị số môdun đàn hồi E. Tuy nhiên đối với vật liệu chịu lửa trị số độ bền lý
thuyết thấp hơn nhiều và chỉ bằng 102ữ104 KG/cm2. Có sự giảm độ bền nh vậy là
do trong cấu trúc mạng lới của nó có nhiều khuyết tật (tạp chất sai lệch vị trí,
danh giới phân chia các hạt, các lỗ trống, sự khác nhau giữa các pha ...). Ngoài ra
trên bề mặt của sản phẩm còn hình thành một mạng lới các vết nứt tế vi, là nơi

SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 8


Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

TS Vũ Minh Đức
tập trung ứng suất và dễ dàng dẫn tới phá huỷ sản phẩm dới tác dụng của ngoại
lực.
Tính chất cơ học của sản phẩm chịu lửa ở nhiệt độ thờng, đợc đánh giá bởi
cờng độ tức thời khi nén, kéo uốn, cắt ... chủ yếu là cờng độ nén và uốn.
Thông thờng trị số cờng độ cơ học của sản phẩm ở nhiệt độ thờng lớn hơn
rất nhiều ứng suất thực tế xuất hiện khi sản phẩm phục vụ trong các lò công
nghiệp, vì vậy tốt nhất là có thể thử đợc trực tiếp vật liệu trong điều kiện làm
việc cụ thể.
Cờng độ cơ học của sản phẩm còn phụ thuộc nhiều vào quá trình nung sản
phẩm. Khi nung sản phẩm ở nhiệt độ kết khối với thời gian hằng nhiệt thích hợp
sẽ làm mật độ, cờng độ tăng lên rõ rệt và độ xốp biểu kiến giảm xuống. Tuy
nhiên nếu nhiệt độ nung vợt quá nhiệt độ kết khối thì độ xốp biểu kiến tăng do
hiện tợng phồng rộp của pha thuỷ tinh.
II.2 Tính chất cơ học của sản phẩm.
II.2.1 Tính chất cơ học ở nhiệt độ thờng.
ở nhiệt độ thờng khi có tác dụng của ngoại lực đủ lớn ,sản phẩm chịu lửa
bị phá huỷ. Đặc trng của quá trình này là sự phá hoại dòn, thờng bắt đầu sau khi
đã bắt đầu biến dạng đàn hồi ở mức độ không lớn. Khác với kim loại, sản phẩm
chịu lửa khi phá huỷ ở nhiệt độ thờng có sự biến dạng dẻo ( theo TCVN 176-65
nhóm H ).
Biến dạng đàn hồi đợc xác lập do tăng khoảng cách giữa các nguyên tử
khi tăng ngoại lực tác dụng tác dụng nên sản phẩm và nó có liên quan rất lớn
trực tiếp đến năng lợng mạng lới tinh thể của nó. Trị số biến dạng đàn hồi ở giai
đoạn đầu tơng ứng với định luật Hook, tỷ lệ với trị số ứng suất :

SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 9


Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

=

TS Vũ Minh Đức

1
.
E

Trong đó : - Trị số dãn dài tơng đối (biến dạng đàn hồi).

- ứng suất kéo cực đại .
E- Mô đun đàn hồi .
1
- Hệ số tỷ lệ .
E

Trị số môđun đàn hồi E của các loại vật liệu chịu lửa bình thờng vào
khoảng 2 ữ 1.106 KG/cm2, đối với các loại vật liệu kết khối đặc độ bền lớm nh
corun, ôxyt manhê... môđun đàn hồi có giá trị E=4 ữ 3.106 KG/cm2.
Hiện tợng biến dạng trợt ( hiện tợng chảy dão )của vật liệu đợc biểu diễn
theo công thức :
=

1
.
G

Trong đó : - biến dạng đàn hồi trợt hay góc trợt

(hình vẽ ).

G - M ôđun trợt .

- ứng suất trợt cực đại của sản phẩm .
biến dạng đàn hồi trợt của sản phẩm thể hiện nh mức độ nguyên vẹn về
hình dạng, kích thớc, độ đồng nhất, độ đặc do quá trình tạo hình và nung sản
phẩm. Nói chung các yếu tố kỹ thuật của mọi khâu trong dây chuyền sản xuất
đều ảnh hởng đến tính chất cơ học của sản phẩm ở nhiệt độ thờng.
II.2.2 Tính chất cơ học ở nhiệt độ cao.

SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 10


Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

TS Vũ Minh Đức
Vật liệu chịu lửa phải làm việc lâu dài ở nhiệt độ cao. Vì vậy giá trị

cờng độ cơ học của chúng ở nhiệt độ thờng chỉ có ý nghĩa tơng đối mà không thể
đặc trng cho độ bền thực tế của sản phẩm khi làm việc ở nhiệt độ cao. Vì vậy để
đánh giá tính chất cơ học của vật liệu chịu lửa ở nhiệt độ cao ngời ta phải sử
dụng các thông số khác, đó là : cờng độ tức thời ở nhiệt độ làm việc, nhiệt độ
xác định mức độ biến dạng dới tải trọng tĩnh không đổi , sự biến dạng dẻo- hay
sự trợt, độ bền lâu dài ở nhiệt độ phục vụ (khi biến dạng dẻo ).
II.2.2.1 Cờng độ tức thời ở nhiệt độ làm việc.
Quá trình thay đổi cờng độ của sản phẩm chịu lửa khi nâng dần đến
nhiệt độ làm việc, có liên quan trực tiếp đến chất lợng phục vụ nó trong các lò
công nghiệp. Khi nâng cao nhiệt độ, nói chung cờng độ cơ học của vật liệu chịu
lửa giảm. Điều này có thể giải thích do sự suy yếu các lực liên kết bên trong tinh
thể do tăng chuyển động dao động của các nguyên tử và phân tử của chúng. Khi
nhiệt độ cao hơn 1100 ữ12000C , trong vật liệu bắt đầu xuất hiện biến dạng dẻo
và mất dần tính dòn ở nhiệt độ thờng. Vì vậy quá trình phá hủy vật liệu ở nhiệt
độ nào đó. Tất nhiên cờng độ cơ học của vật liệu ở nhiệt độ cao có liên quan chặt
chẽ với các quá trình hoá lí xảy ra trong chúng. Trị số các dạng ứng suất phá huỷ
vật liệu (nén, kéo, uốn ...) ở nhiệt độ khác nhau cũng rất khác nhau. Để biết đợc
qui luật biến đổi cờng độ cơ học của vật liệu ở nhiệt độ cao ngời ta tiến hành xác
định nối quan hệ phụ thuộc của tính chất đàn hồi và tính chất cơ học của vật liệu
vào nhiệt độ . Ví dụ nh xác định sự thay đổi độ bền uốn của sản phẩm theo nhiệt
độ. Với các loại vật liệu chịu lửa khác nhau, mối quan hệ phụ thuộc cờng độ cơ
học vào nhiệt độ cũng rất khác nhau .ở một số sản phẩm trong thành phần của
chúng có chứa pha thuỷ tinh hay các cấu tử hình thành loại pha này ở nhiệt độ
cao thì sự thay đổi cờng độ cơ học của nó có thể đạt giá trị cực đại khoảng 1000
ữ12000C. Điều này có thể giải thích đợc do sự hạ thấp độ nhớt của pha thuỷ tinh
dẫn đến làm tăng tính dẻo của vật liệu và làm giảm dần khuynh hớng phá huỷ

SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 11


Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

TS Vũ Minh Đức
dòn sản phẩm. Sự có mặt của pha thuỷ tinh lúc này cũng tạo ra khả năng hàn gắn
các vết nứt tế vi sản phẩm hình thành sau khi nung ở bề mặt phân chia giữa các
hạt làm tăng khả năng liên kết của chúng.
II.2.2.2 Nhiệt độ biến dạng dới tải trọng.
Một trong những tính chất quan trọng của vật liệu chịu lửa là khả
năng chống lại đồng thời tác dụng của nhiệt độ cao và tải trọng cơ học .Tính chất
này đợc đặc trng bằng nhiệt đô gây ra sự biến dạng của mẫu nén dới tải trọng
tĩnh ổn định 2KG/cm2 ( ở Anh và Mỹ ngời ta dùng tải trọng 1.75 KG/cm 2 ), đợc
gọi là độ biến dạng dới tải trọng .
Thực tế tải trọng tác dụng lên vật liệu chịu ở các lò nung công nghiệp thờng nhỏ hơn tải trọng kiểm tra rất nhiều và chỉ trong những trờng hợp cá biệt
mới đạt tới 0.5 ữ1 KG/cm2.
Khi đốt nóng một phía, tải trọng sẽ tác dụng lênm phần có nhiệt độ thấp sẽ
lớn hơn phần bị đốt nóng có nhiệt độ cao của lớp lót. Tuy nhiên trong các vòm lò
hay các phần trụ , bệ đỡ chịu lực, nhất là khi đốt nóng tất cả các mặt , hiện tợng
mềm của vật liệu chịu lửa là một phần nguyên nhân phá huỷ chúng. Nhiệt độ
biến dạng của vật liệu chịu lửa có một ý nghĩa lớn khi sử dụng xây các chỗ chịu
lực đẩy của vòm lò, trong các lò nung và buồng đốt cao nh ở lò Mác tanh. Sự
biến mềm ở những phần dới của vòm lò chịu tải trọng chính khi nung nóng là
nguyên nhân làm võng, biến dạng và phá huỷ vòm lò.
Lớp gạch chịu lửa còn bị phá hoại do tác dụng hoá học của xỉ tro nhiên

liệu, bụi quặng ,hơi và khí. Xỉ ăn mòn gạch chịu lửa làm thay đổi thành phần
khoáng hoá của chúng, tăng lợng pha thuỷ tinh dễ chảy, do đó làm hạ thấp cờng
độ xây dựng ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ biến dạng dới tải trọng là một chỉ tiêu rất
quan trọng. Nó đặc trng cho cờng độ xây dựng của sản phẩm trong một giới hạn

SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 12


Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

TS Vũ Minh Đức
nhiệt độ mà ở đó có tải trọng cơ học. Vì vậy chỉ tiêu này phản ánh đúng đắn khả
năng sử dụng sản phẩm trong điều kiện cụ thể của lò công nghiệp
Để xác định nhiệt độ biến dạng dới tải trọng ngời ta cắt mẫu từ vật liệu
cần thử thành hình trụ đờng kính 36 mm, chiều cao 50 mm. Mẫu này đợc đặt
trong lò Criptôn và luôn chịu tải trọng không đổi 2 KG/cm 2. Cạnh lò có hệ thống
cơ học tự ghi biến dạng của mẫu theo nhiệt độ. Tốc độ nâng nhiệt nh sau:
Dới 800 0C tốc độ nâng nhiệt không quá 100/phút.
Trên 800 0C, tốc độ nâng nhiệt 4 ữ 5 0/phút.
Quá trình đốt nóng sẽ xác định đợc các nhiệt độ biến dạng sau:
+

Nhiệt độ bắt đầu biến dạng ứng với độ lún của mẫu là 3 mm.

+

Nhiệt độ biến dạng 4% - ứng với độ lún của mẫu là 2 mm .

+

Nhiệt độ kết thúc biến dạng hay gọi là nhiệt độ phá huỷ mẫu

biến dạng 40 % - ứng với độ lún của mẫu là 20 mm.
Phơng pháp này còn mang tính chất định tính và độ chính xác không cao,
bởi vì: Việc đo mức độ biến dạng của mẫu trong điều kiện tăng nhiệt độ liên tục
làm mẫu không đợc đốt nóng đồng đều theo toàn bộ chiều dầy của nó. Vì vậy
nhiệt độ trung bình của mẫu bao giờ cũng thấp hơn nhiệt độ của không gian lò.
Mặt khác trong quá trình nâng nhiệt độ, trong sản phẩm mẫu có thể sẽ biến đổi
cấu trúc, xảy ra co phụ...Làm giảm chiều cao của mẫu hay tăng thể tích làm tăng
chiều cao của mẫu ( Nh khi thử đinát), trong khi đó hệ thống thiết bị chỉ đo đợc
sự biến dạng không đàn hồi của mẫu. Do đó kết quả đo không phản ánh chính
xác mức độ biến dạng của vật liệu nung. Ngoài phơng pháp này không thể đánh
giá đợc vận tốc biến dạng của sản phẩm ở nhiệt độ này hay khác hay biểu diễn
kết quả thử tính chất này thành một công thức thông qua các biến dạng phức tạp
khác nh uốn, kéo, xoắn...
SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 13


Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

TS Vũ Minh Đức
Tuy vậy hiện nay nó vẫn là phơng pháp phổ biến nhất. ở nớc ta có TCVN

202 66 nhóm H đánh giá chỉ tiêu này.
Nhiệt độ biến dạng của vật liệu chịu lửa chủ yếu phụ thuộc vào thành phần
khoáng hoá, nghĩa là sự có mặt của pha tinh thể này hay khác, vào đặc tính cấu
trúc cũng nh tỷ lệ giữa lợng pha tinh thể và pha thuỷ tinh ( Vô định hình), vào độ
nhớt của pha lỏng tạo ra khi nóng chảy pha thuỷ tinh và pha tinh thể dễ chảy.
Thành phần hạt, cấu trúc của sản phẩm cũng có giá trị lớn. Sản phẩm đặc chắc
bao giờ cũng có nhiệt độ bắt đầu biến dạng cao hơn. Nhng cần chú ý rằng: Cấu
trúc của sản phẩm không có ảnh hởng gì đến nhiệt độ kết thúc biến dạng.
Nhiệt độ biến dạng của sản phẩm chịu lửa đi từ các ôxít tinh khiết thờng
gần nhiệt độ nóng chảy của nó bởi vì trong thành phần pha của sản phẩm, lợng
pha thuỷ tinh hầu nh không có hoặc chỉ tồn tại 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 biến dạng. ở các sản phẩm chịu lửa thông thờng khác đều chứa một lợng tạp
chất khá lớn nên ở nhiệt độ cao lợng pha lỏng tạo ra khá nhiều và làm giảm khá
lớn nhiệt độ biến dạng của sản phẩm. Lợng pha lỏng tạo ra càng nhiều, độ nhớt
của nó càng nhỏ thì mức chênh lệch giữa nhiệt độ biến dạng và nhiệt độ chịu lửa
càng lớn. Lúc này đặc tính cấu trúc của phần tinh thể trong sản phẩm có ảnh hởng khá lớn đến nhiệt độ biến dạng. Cấu trúc của bộ xơng tinh thể càng chặt
chẽ, vững chắc thì nhiệt độ biến dạng của sản phẩm càng cao tức là ảnh hởng của
pha lỏng gây ra càng ít. Các sản phẩm samốt thì sự biến dạng có những điểm
khác biệt khi tăng nhiệt độ. Sản phẩm này chứa gần 50% mulit (3Al 2O3.2SiO2)
chịu lửa cao, nhng không tạo thành khung tinh thể bền vững. Phần còn lại là pha
thuỷ tinh silic có độ nhớt cao. Khi tăng nhiệt độ khối thủy tinh mềm ra, dần dần
hạ thấp độ nhớt, làm sản phẩm biến dạng từ từ. Mẫu thí nghiệp không bị phá huỷ
ngay mà bị phình theo hình tang trống. Khoảng biến dạng của sản phẩm này từ
150 ữ 200oC.

SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 14


Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

TS Vũ Minh Đức
Từ tốc độ biến dạng của sản phẩm có thể tính đợc độ nhớt biểu kiến

của chúng theo công thức sau:
p.l.z

= 3.q.l
Trong đó : - Độ nhớt poiz.
p Lực tác dụng đin (1 kg = 981.000 đin ).
l Chiều cao của mẫu (cm).
z - Thời gian (s).

l Biến thiên chiều cao của mẫu trong thời gian z (cm).
q Tiết diện ngang ( cm 2).
Để chính xác hơn ngời ta xác định độ nhớt biểu kiến ở nhiệt độ cố
định. Đôi khi đối với vật liệu chịu lửa định dùng ở nhiệt độ cao ngời ta xác định
độ dão tức là biến dạng khi tác dụng lâu dài của tải trọng tĩnh 0,5 ữ 4 KG/
cm 2 ở nhiệt độ cao.

Ngời ta quy ớc chọn nhiệt độ làm việc tới hạn của vật liệu chịu lửa nằm
giữa nhiệt độ bắt đầu biến dạng và nhiệt độ biến dạng 4%. Tuy nhiên phải lu ý
đến nhiệt độ bền lâu dài của sản phẩm ở nhiệt độ sử dụng.
II.2.2.3 Độ dão (tính trợt).
Khi phải làm việc lâu dài ở nhiệt độ cao trong điều kiện có tải trọng tác
dụng, vật liệu chịu lửa biến dạng không thuận nghịch gọi là độ dão hay tính
trợt của vật liệu.

SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 15


Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

TS Vũ Minh Đức
Sự dão vì nhiệt là quá trình hoạt tính. Để thực hiện quá trình này cần phải

thắng đợc mức năng lợng xác định, khi đó sự chuyển vị các nguyên tử đợc xác
lập bằng mức chênh lệch về thế hoá học ở các phần riêng biệt của hạt tinh thể.
Mức chênh lệch về thế hoá học ở các phần riêng này đợc xác định trớc hết bởi sự
khác nhau về nồng độ khuyết tật của mạng lới tinh thể. Nghiên cứu sâu về cơ chế
mô tả hiện tợng dão của vật thể rắn, ngời ta xác lập đợc mối liên hệ tuyến tính
giữa sự dão và khuyết tật của mạng lới tinh thể. Hiện tợng biến dạng dẻo của vật
thể đa tinh thể có liên quân tới sự trợt các tinh thể và mức độ quá trợt của chúng
từ mặt phảng này sang mặt phẳng khác. Cơ chế biến dạng này thể hiện rõ khi

ứng suất lớn và nhiệt độ tơng đối cao, nó đặc trng chủ yếu cho kim loại. Khi
nhiệt độ cao cơ chế trợt khuyếc tán trở thành chủ yếu, lúc đó dòng các nguyên tử
đợc chuyển dịch từ bề mặt của các hạt chịu ứng suất nén sang bề mặt các hạt
chịu ứng suất kéo. Cuối cùng, cơ chế dão ( trợt) của vật liệu chịu lửa đa tinh thể
có liên quan đến quá trình chảy nhớt trên bề mặt của hạt.
Tăng kích thớc của pha tinh thể sẽ làm giảm tổng diện tích bề mặt của các
hạt, giảm vận tốc trợt. Sự có mặt của các tạp chất dễ chảy trong vật liệu và mức
độ bao phủ bề mặt các hạt của chúng sẽ làm tăng vận tốc trợt của vật liệu lên
nhiều. Ngời ta xác lập bằng thực nghiệm mối quan hệ phụ thuộc vận tốc trợt vào
kích thớc hạt:
= d n .
Trong đó: - Vận tốc trợt
d - Đờng kính tơng đơng của hạt vật liệu
n - Hằng số, có giá trị bằng 2 khi có quá trình khuyếc
tán xảy ra ở nhiệt độ tơng đố cao. Khi có hiện tợng trợt theo bề mặt
của các hạt ở nhiệt độ thấp hơn nhiều thì giá trị n lấy bằng 1.

SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 16


Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

TS Vũ Minh Đức
Vai trò chủ yếu của quá trình khuyếc tán trong cơ chế trợt ở nhiệt độ cao

của vật liệu chịu lửa đa tinh thể là xác lập mối quan hệ tuyến tính giữa vận tốc trợt và các khuyết tật trong mạng lới của các pha tinh thể chủ yếu có mặt trong sản
phẩm. Các khuyết tật đố có thể là: Sự sai lệch tỷ lệ kết hợp trong các pha, tạp
chất hay các khuyết tật ( lỗ trống, vị trí khuyết) cân bằng về nhiệt.
Trị số biến dạng dẻo và vận tốc biến dạng của vật liệu, khi nó chịu tác
dụng đồng thời của cả ứng suất và nhiệt độ, trong nhiều trờng hơqpj là đặc trng
rất quan trọng, nó đánh giá đúng khả năng phục vụ của vật liệu về chất lợng khi
sử dụng làm cấu kiện chịu nhiệt độ cao. Tất cả các vật liệu gốm khi chịu tác
dụng của tải trọng ở giai đoạn đầu đều biến dạng đàn hồi. Các vật liệu giòn nh
vật liệu gốm, sản phẩm chịu lửa có trị số biến dạng đàn hồi nhỏ khi tăng ứng
suất sẽ dẫn đến phá huỷ sản phẩm mà không trải qua giai đoạn biến dạng dẻo. ở
nhiệt độ cao hiện tợng lại xảy ra khác: Vật liệu gốm và sản phẩm chịu lửa có khả
năng biến dạng dẻo.
độ dão của vật liệu gốm và sản phẩm chịu lửa thờng đợc xác định theo vận
tốc biến dạng trong giai đoạn trợt nào đó hay theo trị số biến dạng sau một
khoảng thời gian nhất định. Với sản phẩm chịu lửa, độ dão thờng xác định ở
nhiệt độ cao ( 1500 ữ 1800oC ) và ứng suất không lớn lắm ( từ 10 ữ
100KGN/cm2 ). Vận tốc trợt có thể biểu diễn theo phơng trình sau:
= S.e Q/RT . n
Trong đó: - Vận tốc trợt, mm/mm.h.
S - Yếu tố cấu trúc.
Q - Năng lợng hoạt hoá.
R - Hằng số khí lý tởng lấy bằng 1,98cal/oC.mol.

SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 17

Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

TS Vũ Minh Đức

T - Nhiệt độ K.
o

- ứng suất.
n - Hằng số 1 ữ 2.
II.2.2.4 Độ bền lâu dài.
Để đánh giá khả năng bền của vật liệu chịu lửa khi tác dụng lâu dài của tải
trọng trong giai đoạn biến dạng dẻo mà không bị phá huỷ, ngời ta sử dụng chỉ
tiêu đặc trng là độ bền lâu dài của sản phẩm. Thực tế tính chất này ít dùng đối
với các vật liệu chịu lửa thông thờng mà chỉ có ý nghĩa thực nghiệm đối với các
sản phẩm từ các ôxit tinh khiết nh: Al2O3, MgO nó cho phép tìm đợc mối quan
hệ phụ thuộc giữa độ bền lâu dài và vận tốc biến dạng trợt ở khoảng nhiệt độ
1400 ữ 1500oC ( khi có ứng suất 100ữ 500 KG/cm2 ) của các loại sản phẩm này.
Quan hệ phụ thuộc ấy có thể biểu diễn theo hàm luỹ thừa sau:
=

A


n

.

Trong đó : - Độ bền lâu dài.
A - Hệ số phụ thuộc vào điều kiện thử.
n Hằng số dao động từ 1,5 ữ 3.
Sự phụ thuộc của hàm số xác định các độ bền theo thời gian và nhiệt độ
ứng suất cho phép ngoại suy đợc thời gian phục vụ hợp lý của vật liệu trong điều
kiện xác định.
II.3 Tính chất nhiệt lý.
II.3.1 Độ dẫn nhiệt.

SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 18


Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

TS Vũ Minh Đức
Độ dẫn nhiệt của vật liệu chịu lửa đợc xác định bằng lợng nhiệt truyền qua

vật liệu khi có sự chênh lệch nhiệt độ (građien nhiệt độ) giữa các mặt của sản
phẩm trong các vật liệu chịu lửa nhiệt đợc truyền chủ yếu do dao động đàn hồi
của các nguyên tử ở nút của mạng lới tinh thể. Nó khác với hình thức truyền
nhiệt do chuyển động của các dòng điện tử.
Độ dẫn nhiệt của vật liệu chịu lửa đặc trng bằng hệ số dẫn nhiệt có thứ
nguyên kỹ thuật (Kcal/m.oC.h) hoặc thứ nguyên vật lý (Cal/cmoC.s)
Vì độ dẫn nhiệt độ có quan hệ phụ thuộc gần nh tuyến tính vào nhiệt độ

trong từng khoảng nhiệt độ, nên hệ số dẫn nhiệt thờng đợc cho dới dạng trung
bình của một khoảng nhiệt độ nào đấy ( ví dụ Hệ số dẫn nhiệt ở khoảng nhiệt độ
100 ữ 1000oC )
ở nhiệt độ 1500oC độ dẫn nhiệt của vật liệu gốm đa tinh thể tăng rất ít do
có hiện tợng thấu quang (giống nh tia sáng xuyên qua vật thể trong suốt) và sự
truyền nhiệt bằng bức xạ. Nếu trong vật liệu có những lỗ xốp lớn (kích thớc vài
mm) thì độ dẫn nhiệt độ có thể tăng do truyền nhiệt đối lu.
ở vật liệu chịu lửa thờng chứa số lợng lớn pha thuỷ tinh ( vô định hình)
còn có đặc trng dẫn nhiệt bằng ion. Hệ số dẫn nhiệt của nó theo mức đọ tăng
nhiệt độ sẽ tăng đơn điệu theo quy luật đờng thẳng. Đặc trng này chủ yếu thờng
thấy ở vật liệu chịu lửa samốt Caoalumin.
Quy luật biến đổi độ dẫn nhiệt và trị số của nó theo nhiệt độ có ý nghĩa
quan trọng khi giải quyết cách nhiệt trong các thiết bị nhiệt và lò công nghiệp,
giảm mất mát nhiệt ra môi trờng xung quanh. Độ dẫn nhiệt có ảnh hởng trực tiếp
tới khả năng chịu sự dao động nhiệt độ đột ngột của sản phẩm (Độ bền nhiệt của
vật liệu khi sử dụng).

SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 19


Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

TS Vũ Minh Đức
Một trong những hệ số liên quan đến độ dẫn nhiệt là hệ số dẫn nhiệt độ a.

Hệ số a đặc trng cho vận tốc lan truyền nhiệt độ theo chiều dày của sản phẩm
chịu lửa khi thay đổi nhiệt độ đốt nóng. Hệ số a phụ thuộc tuyến tính vào hệ số
dẫn nhiệt độ .
a=


C.

0

(m2/g).

Trong đó : a Hệ số dẫn nhiệt độ (m2/h).

- Hệ số dẫn nhiệt (Kcal/m.oC.h).
C - Tỷ nhiệt (Kcal/kg.oC ).

0 - Khối lợng thể tích(g/cm3).
Tỉ nhiệt C của vật liệu chịu lửa đặc trng cho lợng nhiệt tiêu tốn để đốt
nóng m1 kg sản phẩm nên 10C và có thứ nguyên ( kcal/kg.0C ). Lợng nhiệt này
(hay năng lợng) đợc tiêu tốn đợc cung cấp cho chuyển động dao động của các
nguyên tử và ion ở đầu nút của mạng lới tinh thể (hay nâng cao trạng thái năng lợng của điện tử). Tỉ nhiệt tăng mạnh khi nâng dần nhiệt độ trong khoảng nhiệt
độ 00K và 00C ữ 200C. ở nhiệt độ cao hơn tỉ nhiệt không phụ thuộc vào đặc trng
cấu trúc của các vật liệu và ít tăng theo mức tăng nhiệt độ, đặc biệt là nhiệt độ
Cao hơn 10000C.
II.3.2 Sự dãn nở vì nhiệt.
Cũng nh các vật liệu khác, sản phẩm chịu lửa khi đốt nóng có sự dãn nở vì
nhiệt. Hiện tợng dãn nở này có tính thuận nghịch, nghĩa là khi đốt nóng thì nở ra
và khi làm nguội thì co về thể tích ban đầu. Bản chất của hiện tợng này là khi bị

đốt nóng khoảng cách giữa các nguyên tử tăng lên do biên độ dao động của
chúng. Trị số dãn nở nhiệt của các tinh thể riêng biệt và pha thuỷ tinh cũng khác

SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 20


Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

TS Vũ Minh Đức
nhau, cùng phụ thuộc vào cấu trúc của chúng, vào độ bền của các liên kết hoá
học. Trong các vật chất tinh thể bất đẳng hớng, sự dãn nở theo các trục đối xứng
riêng biệt cũng khác nhau. Khi tăng nhiệt độ thì sự thay đổi này bị giảm dần.
Cần phân biệt hệ số dãn nở thể tích và hệ số nở dài . Với các sản phẩm
gốm hay vật liệu chịu lửa đa tinh thể có thể coi gần đúng : 3. .
ở các vật liệu xốp, hệ số dãn nở thờng không phụ thuộc vào độ xốp. Tuy
nhiên sự hình thành vết nứt theo bề mặt phân chia các tinh thể có thể làm thay
đổi hệ số dãn nở nhiệt. Trong các vật liệu gốm nhiều pha, hệ số dãn nở nhiệt
chung thờng không phải là trung bình cộng của hệ số nhiệt của từng pha. ở một
số vật liệu, trong những trờng hợp riêng có suất hiện ứng suất nhiệt lớn tạo thành
vét nứt tế vi trong lòng sản phẩm, hiện tợng này có thể làm thay đổi hệ số dãn nở
nhiệt. Hệ số dãn nở nhiệt của vật liệu chịu lửa thờng đợc đặc trng bằng các chỉ
tiêu sau :
Hệ số dãn nở nhiệt của vật liệu đặc trng bằng các hệ số sau:
Lt Lto

(1) Hệ số dãn nở nhiệt trung bình : tb= Lo(t to) .
1 dl
.
L dt

t = .

(2) Hệ số dãn nở nhiệt thực :

(3) Dãn nở nhiệt phần trăm :

%=

Lt Lto
X 100%
Lto

(4) Hệ số dãn nở nhiệt thể tích tích trung bình:
= 3.
Trong đó : Lt - Chiều dài mẫu ở nhiệt độ đo
Lt0 Chiều dài mẫu ở 00C hoặc nhiệt độ phòng

SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 21

Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

TS Vũ Minh Đức

dL
- Tốc độ biến thiên chiều dài theo nhiệt độ
dT

Trị số dãn nở nhiệt trong khoảng từ 0 0Cđến nhệt độ nào đấy tính theo %
có thể tính bằng công thức : . t.100%. Ví dụ sản phẩm sa mốt Cao lanh có
tb=4,5.10-6 sẽ có trị số dãn nở nhiệt ở 8000C là 4,5.10-6.100%=0.36%.
Tính dãn nở đồng đều trong khoảng nhiệt độ riêng biệt là một đặc trng
quan trọng. Vì vậy ngời ta dùng hệ số dãn nở nhiệt để đặc trng cho mức độ đồng
đều của quá trình dãn nở trong nhiệt độ riêng biệt
II.3.3 Sự bay hơi ở nhiệt độ cao.
Khi làm việc ở nhiệt độ cao (lớn hơn 1600ữ18000C) tất cả các õxít rắn có
trong thành phần chịu lửa đều bị bay hơi, sản phẩm bị mất dần trọng lợng. Đây
là một đặc trng quan trọng liên quan đến khả năng làm việc củat một số thiết bị
nhiệt trong các ngành kĩ thuật hiện đại sử dụng ở nhiệt độ cao (lớn hơn 2000 0C).
Bản chất của quá trình bay hơi này là: do kích thích của năng lợng nhiệt,
biên độ và tần số của chuyển động dao động các nguyên tử hoặc ion trở nên khá
lớn. Động năng của chúng có thể thắng đợc lực liên kết của mạng lới tinh thể,
tách chúng ra khỏi bề mặt vật liệu và bay vào khoảng không gian xung quanh.
Các ion, nguyên tử hay các tổ hợp của chúng đợc tách ra đó có thể bị giữ lại
trong không gian và bị ngng tụ ở những vùng có nhiệt độ thấp hơn ("nguội
hơn"). Song song với quá trình bay hơi này, thì quá trình phân ly, phân huỷ các
vật liệu ở nhiệt độ cao cũng có thể xảy ra.
áp suất hơi riêng phần của các cấu tử trong pha khí có ảnh hởng

mạnh đến tốc độ bay hơi. Đặc biệt trong quá trình bay hơi các ôxít, nhất là
những oxyt có hiện tợng phân li ở nhiệt độ cao, áp suất riêng phần của ôxy trong
không gian nung có ảnh hởng rất lớn. Ví dụ: sản phẩm MgO tinh khiết bay hơi

SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 22


Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

TS Vũ Minh Đức
trong chân không thờng ở 1800ữ1900 C (10 mmHg) nhng trong môi trờng
0

-4

không khí nó bay hơi ở nhiệt độ cao hơn (2000ữ21000C).
Sự bay hơi của vật liệu nếu không tính đến lợng pha khí có thể đợc
xác định bằng tổn thất trọng lợng của mẫu thử trong điều kiện đẳng nhiệt hay
tăng nhiệt độ đều đặn ở môi trờng chân không, khí trơ hoặc không khí. Thành
phần pha của vật chất bay hơi có đặc trng phân li ở nhiệt độ cao, có thể đợc xác
định bằng phơng pháp quang phổ khối lợng(khối phổ).
Trị số bay hơi đợc tính theo tổng bề mặt của mẫu thử, vật liệu có độ xốp
hở càng lớn thì trị số bay hơi càng cao. vật liệu chịu lửa bay hơi mạnh nhất là
sản phẩm manhêzi. Gạch chịu lửa nhẹ sản xuất bằng phơng pháp bọt bay hơi ít

hơn sản phẩm sản xuất bằng các phụ gia cháy khác.
II.4 Tính chất nhiệt.
Ngoài các tính chất đã giới thiệu ở trên, để đặc trng cho khả năng chống
lại tác dụng của nhiệt độ cao, vật liệu chịu lửa còn một loạt tính chất nhiệt nh
sau: độ chịu lủa , tính ổn định thể tích ở nhiệt độ cao độ bền nhiệt và mức độ lão
hoá vì nhiệt .
II.4.1 Độ chịu lửa.
Độ chịu lửa của vật liệu là khả năng chống lại tác dụng của nhiệt độ cao
mà không bị nóng chảy. Theo độ chịu lửa hay nhiệt độ nóng chảy vật liệu chịu
lửa nói chung có thể chia làm 4 nhóm :
(1) Loại dễ chảy : bị nóng chẩy ở nhiệt độ không cao hơn 1300 0C .Các vật
liệu này chủ yếu thuộc nhóm gốm thô sản xuất từ nguyên liệu từ đất sét dễ chảy
(2) Loại khó chảy: nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn ở nhiệt 15800C.

SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 23


Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

TS Vũ Minh Đức
(3) Sản phảm chịu lửa thờng: có độ chịu lử nằm trong khoảng

15800ữ20000C.loại này bao gồm phần lớn các vật liệu chịu lửa thông thờng nh
samốt , cao alumin,đinát...v v.

(4) Vật liệu chịu lửa cao: có độ chịu lửa hay nhiệt độ nóng chảy cao hơn
20000C. Loại này gồm hầu hết các sản phẩm chịu lửa đặc biệt từ ôxít tinh khiết,
hợp chất không chứa oxi, loại sản phẩm chịu lửa kiềm tính.
Vật liệu chịu lửa nói chung khi nung lên nhiệt độ cao đều bị biến dạng
mềm và chảy ra ở dạng lỏng ở độ nhớt nào đó. Khái niệm về độ chịu lửa thực tế
về độ chịu lửa chỉ dùng nhóm 3 và nhóm 4 còn lại các sản phẩm thuộc nhóm 1
và 2 thờng không xác định độ chịu lửa .
Độ chịu lửa thực tế là một hằng số kỹ thuật đợc xác định từ thực nghiệm.
Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu khác với độ chịu lửa là một hằng số lý học phản
ánh trạng thái cân bằng giữa pha tinh thể rắn và pha tinh thể nóng chảy. Nhiệt độ
nóng chảy cũng là nhiệt độ kết tinh của 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 (theoTCVN 179 65), ngời ta
lấy mẫu cần thử nghiền nhỏ đến lọt sàng đờng kính lỗ sàng là 0,2 mm,lấy mẫu
thử bằng cách chia t. Sau đó tạo mẫu dạng côn hình tháp cụt thẳng đứng, hai đáy
là hai tam giác đều có cạnh là 8 và 2 mm, chiều cao 3 mm. Khi làm mẫu từ vật
liệu không có tính dẻo thì cho thêm một lợng nhỏ hồ hữu cơ nhng không làm
ảnh hởng tới độ chịu lửa của vật liệu, đối với vật liệu có sẵn tính dẻo thì chỉ cần
trộn với nớc lọc để tạo côn. Côn này đợc thử trong lò điện Cripton với tốc độ
nâng nhiệt độ nh sau:

SVTH: Nguyễn

+

Dới 1.0000C: Không qui định.

+

Từ 1.000 ữ 1.5000C: Tăng từ 15 ữ 200/phút.

Trọng Vĩnh

Trang 24


Đồ án tốt nghiệp

gvhd:

+

TS Vũ Minh Đức
Từ 1.500 C trở lên: Tăng từ 4 ữ 60/phút.
0

Dới tác dụng của nhiệt độ cao vật liệu chế tạo côn bị biến mềm và giảm
dần độ nhớt của pha lỏng tạo thành. Đến một nhiệt độ xác định, tuỳ theo vật liệu
thử đỉnh côn dới tác dụng của khối lợng bản thân gục chạm vào bề mặt của đế.
Nhiệt độ tơng ứng với thời điểm mà đỉnh côn gục sát bề mặt đế đợc gọi là
độ chịu lửa của vật liệu hay còn gọi là nhiệt độ nóng chảy" có điều kiện. Độ
nhớt của vật liệu tại thời điểm này dao động trong khoảng 103ữ104 poiz.
Để xác định nhiệt độ gục của côn thí nghiệm, ngời ta không dùng nhiệt kế
quang học mà sử dụng các côn tiêu chuẩn đặt bên cạnh côn thí nghiệm. Các côn
tiêu chuẩn này đã biết trớc nhiệt độ gục. Trong sản xuất công nghiệp, nhiệt độ
gục của côn tiêu chuẩn (độ chịu lửa) đợc biểu diễn bằng 1/10 giá trị thực của nó.
Qua thí nghiệm ngời ta thấy rõ độ chịu lửa và nhiệt độ nóng chảy: côn thí
nghiệm bị gục trong khoảng độ nhớt của vật liệu khá lớn. Vì vậy ngay cả vật liệu
từ các ôxít tinh khiết cũng có độ chịu lửa khác với nhiệt độ nóng chảy.
Khi thành phần hạt đạt yêu cầu thì độ chịu lửa của mẫu chủ yếu phụ thuộc

vào thành phần hoá của chúng. Vì vậy việc xác định độ chịu lửa đầu tiên là để so
sánh đánh giá độ tinh khiết của nguyên liệu sản xuất sản phẩm đó, mà không
phải để xác định giới hạn nhiệt độ sử dụng lớn nhất của chúng.
Độ chịu lửa bị ảnh hởng của nhiều yếu tố thuộc tính chất của vật liệu và
điều kiện thí nghiệm nh : thành phần hoá học, thành phần khoáng, thành phần
hạt, tốc độ nâng nhiệt độ trong lò, hình dạng kích thớc mẫu thí nghiệm, môi trờng thí nghiệm ... , nếu tăng tốc độ nâng nhiệt độ trong lò ở giai đoạn vật liệu đã
mềm thì nhiệt độ gục côn sẽ tăng lên. Thay đổi tốc độ nâng nhiệt trớc giai đoạn
kết khối của sản phẩm thì không ảnh hởng tới kết quả thí nghiệm. Vì vậy ngời ta

SVTH: Nguyễn

Trọng Vĩnh

Trang 25