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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
             VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC
      HỌC PHẦN: VẬT LIỆU VƠ CƠ

ĐỀ TÀI:
TÌM HIỂU VỀ VẬT LIỆU CHỊU LỬA
 GVHD: TS. Vũ Minh Khôi
1

 NHÓM : 8
 SVTH : 1. Nguyễn Thị Mộng Lanh
2. Phạm Thị Dung
3. Lê Thị Hảo


2

NỘI DUNG

GIỚI THIỆU CHUNG
PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT
MỘT SỐ SẢN PHẨM CHỊU LỬA


I. Giới thiệu chung

4

 KHÁI NIỆM.
 PHÂN LOẠI.
 TÍNH CHẤT CƠ BẢN.

I. Giới thiệu chung

5

1.

Khái niệm.

Vật liệu chịu lửa là
vật liệu dùng để
xây dựng các lị
cơng nghiệp, các
thiết bị làm việc ở
nhiệt độ cao
(>1000oC), ở đấy
chúng chịu đựng
lâu dài đối với các
tác dụng khác nhau
về mặt cơ học và
hóa lý

Các vật liệu chịu lửa nhằm
giới hạn khơng gian trong đó
tiến hành q trình cơng nghệ
và giảm mất mát nhiệt của lị.
Trong quá trình vận hành thiết
bị người ta tìm mọi cách để
tăng chất lượng gạch chịu lửa,

kéo dài thời gian sử dụng gạch
trong lị, góp phần tăng năng
suất thiết bị, hạ thấp tiêu tốn
nhiệt, tăng chất lượng và hạ
giá thành sản phẩm.

2


I. Giới thiệu chung

6

2. PHÂN LOẠI

Vật liệu
chịu
lửa

Phân
loại
theo
độ
chịu l
ửa
Phân
lo
theo t ại
rạng
thái v

ật lý

Phân l
oại the
o
thành
p hầ n
khốn
g hóa


6

2. PHÂN LOẠI
• Loại chịu lửa thường (độ chịu lửa từ 1580-1770oC)

Theo độ
chịu lửa

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

• Vật liệu chịu lửa dạng vơ định hình
• Vật liệu chịu lửa dạng định hình
Theo
trạng thái • Vật liệu chịu lửa dạng bơng sợi

vật lý

•

•
Theo thành •
phần
•
khống hóa

Vật liệu chịu lửa silic
Vật liệu chịu lửa alumo silicat
Vật liệu chịu lửa kiềm tính
Vật liệu chịu lửa chứa cacbon

•
•
•
•

Vật liệu chịu lửa cacbua silic
Vật liệu chịu lửa chứa zircon
Vật liệu chịu lửa đặc biệt
Vật liệu chịu lửa dạng bông sợi


I. Giới thiệu chung

7

3. TÍNH CHẤT CƠ BẢN
a. Độ chịu lửa
- Là khả năng chống lại tác dụng của nhiệt độ cao để khơng bị nóng chảy.
- Nhiệt độ đốt nóng trong các ghi đốt và lị cơng nghiệp hiện đại dao động

trong khoảng
1000-1800oC.
- Các vật liệu có thành phần khác nhau sẽ có nhiệt độ chịu lửa khác nhau.
Bảng 1. Nhiệt độ chịu lửa của một số VLCL


I. Giới thiệu chung

8

3. TÍNH CHẤT CƠ BẢN
b. Cường độ xây dựng ở nhiệt độ cao
- Là khả năng chống lại đồng thời tác dụng của nhiệt
độ và tải trọng cơ học. Tải trọng cơ học cao nhất 0,51kg/cm2
- Tính chất này được đặc trưng bởi nhiệt độ biến
dạng dưới tải trọng 2kg/cm2, biểu thị khoảng mềm
khi đó sản phẩm sẽ bị biến dạng dẻo. Nhiệt độ biến
dạng của vật liệu chịu lửa chủ yếu phụ thuộc vào
thành phần của khống, vào đặc tính cấu trúc,v.v....
Vật liệu chịu lửa cacbua silic


I. Giới thiệu chung

9

3. TÍNH CHẤT CƠ BẢN
c. Độ bền nhiệt
- Là khả năng chống lại sự dao động nhiệt độ khơng bị phá hủy
(nghĩa là khi đốt nóng và làm nguội sản phẩm sẽ có sự chênh lệch

nhiệt độ dẫn đến xuất hiện ứng suất trong sản phẩm).
- Sự thay đổi nhiệt độ ở các lò nung và thiết bị làm việc gián
đoạn hay sự dao động nhiệt độ ở các lị và thiết bị làm việc liên
tục có thể gây nứt vỡ vật liệu chịu lửa.
- Yếu tố ảnh hưởng đến độ bền nhiệt: kích thước và hình dạng
sản phẩm, kích thước hạt trong phối liệu,v.v..


I. Giới thiệu chung

10

3. TÍNH CHẤT CƠ BẢN
d. Độ bền xỉ
- Đó là khả năng chống lại sự ăn mịn và phá hủy bởi môi trường ở nhiệt độ
cao của vật liệu chịu lửa.
- Môi trường tác dụng lên VLCL gồm 3 dạng: lỏng (xỉ nóng chảy ở lị luyện
kim, kim loại nóng chảy,..), khí (CO trong lị cao, cacbua hydro trong lị cốc,..),
rắn (bụi quặng, bụi xỉ,..).
- Q trình ăn mòn VLCL phụ thuộc nhiều yếu tố như nhiệt độ, thành phần xỉ
và VLCL, độ nhớt của xỉ, cấu trúc VLCL, môi trường tác dụng,v.v...


I. Giới thiệu chung

11

3. TÍNH CHẤT CƠ BẢN
e. Giãn nở nhiệt
- VLCL khi làm lạnh hay đốt nóng sẽ có sự giãn nở vì nhiệt. Bản

chất của hiện tượng này là khi bị làm lạnh hay đốt nóng khoảng
cách giữa các nguyên tử giảm hay tăng lên do biên độ dao động.
- Ứng suất xuất hiện trong sản phẩm khi đốt nóng hay làm nguội
nhanh phụ thuộc vào độ dãn nở nhiệt. Vì vậy, dãn nở nhiệt ảnh
hưởng nhiều đến độ bền nhiệt của sản phẩm.
- Yếu tố ảnh hưởng đến dãn nở nhiệt như thành phần của sản
phẩm, nhiệt độ,v.v....


11

II. Phương pháp sản xuất vật liệu chịu lửa
Tùy thuộc vào sản phẩm, mỗi loại sẽ đi từ những nguyên liệu
ban đầu khác nhau và ứng dụng của chúng trong công nghiệp
và đời sống khác nhau.
Sơ đồ tổng quát sản xuất vật liệu chịu lửa
Chuẩn bị
các cấu
tử

Phân loại

Nghiền
các cấu tử

Trộn các
cấu tử

Chuẩn bị
phối liệu

Nung

Loại trừ chất
liên kết tạm
thời

Tạo hình


Chuẩn bị nguyên liệu

13


Hình 1 bể chứa nguyên liệu



Hình 2 xe cân tự động


14

Trộn nguyên liệu


15

Quá trình nén tạo hình

16

Q trình nung
 trong phạm vi 1.000 ℃ đến 1.800 ℃., cần 
phải làm nóng và hạ nhiệt gạch theo đường 
cong nhiệt độ nung được thiết lập cho từng 
loại gạch. Việc sưởi ấm hoặc làm mát khơng 
đúng cách có thể gây ra các vết nứt trên 
gạch.Khơng cần phải nói, điều mong muốn là 
nhiệt độ bên trong lị nungnên thống 
nhất. Trên thực tế, tuy nhiên, vì kích thước 
vật lýcủa lị nung, nhiệt độ bên trong lị thay 
đổi đơi chút từ mộtphần này đến phần 
khác Đặc biệt, sự khác biệt về nhiệt độ giữa
phần trên và phần dưới của lị nung và giữa 
các mặ t và trung tâm củ a lị 


17

II. Phương pháp sản xuất vật liệu chịu lửa

Sản xuất vật liệu Đinat
1. Cơ sở hóa
lí

Vật liệu silica có hàm lượng
SiO2lớn hơn hoặc bằng 93%, được

gọi là đinát, khống chính là tridimit
và crisobalit được sản xuất từ
5. Các loại
nguyên liệu thiên nhiên có hàm
Đinat khác
lượng SiO2 cao (cát thạch anh,
quarztzit, sa thạch) bằng phương
pháp thiêu kết ở dạng bột. Đinát là
loại gạch chịu lửa axít. Đặc tính đặc
biệt của đinát là độ chịu lửa gần
4. Tính chất
nhiệt độ nóng chảy của chúng.
và ứng dụng

2. Nguyên
liệu vật liệu

3. Quy trình
sản xuất


Sản xuất vật liệu Đinat
18

1. Cơ sở hóa lí
 Sự biến đổi thù hình của ơxyt
silic: ngun liệu chủ yếu để
sản xuất đinat là các quặng
quắc. Cấu tử chủ yếu tạo thành
quắc là ôxyt silic ở dạng tinh

thể hay dạng vơ định hình.
Ơxyt silic SiO2 khơng ngậm
nước có 8 dạng thù hình: (α,β)
quắc; (α,β,γ) triđimit; (α,β)
cristơbalit và thủy tinh quắc.
Dạng ổn định ở nhiệt độ cao
nhất kí hiệu là α , sau đó đến β
rồi đến γ


Sản xuất vật liệu Đinat
19

1. Cơ sở hóa lí
 Q trình hố lí trong
sản xuất đinat: thực
nghiệm cho thấy rằng
trong tất cả các dạng
thù hình của ơxyt silic
SiO2, triđimit là tinh
thể bền vững và ổn
định nhất. Do đó trong
sản xuất sản phẩm
đinát cần tạo ra nhiều
triđimit nhất.


Sản xuất vật liệu Đinat
20

2. Nguyên liệu vật liệu
Đinát được sản xuất từ các nguyên liệu chứa
nhiều SiO2 như cát quắc, sa thạch, và quắc.
Cát quắc là sản phẩm phân hủy của quặng núi
chứa quắc như đá hoa cương do tác dụng của
khí quyển, gió và sự biến đổi của nhiệt độ.

Cát quắc qua nhiều thế kỷ được thấm ướt nước có
chứa các tạp chất rất mịn như đất sét, vôi, thạch cao.
Các tạp chất này liên kết các hạt lại tạo thành quặng
rắn hơn gọi là sa thạch. Sa thạch xít đặc gọi là
quắczit. Cịn quắc thường gặp trong dạng mạch nhỏ ,
ở các lớp quắczít tinh thể.


Sản xuất vật liệu Đinat
21

3. Quy trình sản xuất
sơ đồ cơng nghệ

Chuẩn bị
ngun
liệu

Phối
liệu

Tạo
hình,

đóng
khn

Sấy

Nung


Sản xuất vật liệu Đinat
22

3. Quy trình sản xuất
Chuẩn bị nguyên liệu :
 Chuẩn bị quắc zit: để sản phẩm đồng
nhất và có tính chất xác định phải đập
rồi nghiền mịn quắc zit . Thành phần
hạt được đặc trưng bằng hệ số hạt. Hệ
số hạt là tỉ lệ giữa phần trăn hạt nhỏ
hơn 0.88mm và hạt lớn hơn 0.54mm.
Nếu tăng hệ số hạt thì giảm hiện tượng
tả và tăng độ xốp của sản phẩm. Cỡ hạt
tốt nhất là: hạt lớn nhất không lớn hơn
3mm, hạt 0,5mm không lớn hơn 55 65%, hạt 0,088mm: 30 - 40%.



Chuẩn bị phụ gia khoáng hố

* Vơi: Chất khống hố trong sản xuất
đinát là vơi ở dạng sữa. Vơi sữa làm

tăng tính chất đóng khn của phối
liệu, phân phối đều phụ gia, liên kết các
hạt quắczit đã nghiền nhỏ, làm các viên
bán thành phẩm có cường độ trước và
sau khi sấy, xúc tiến chuyển hoá quắc
trong q trình nung, Để có vơi sữa
phải thực hiện phản ứng sau: CaCO3—
> CaO + C02↑ - Q (CaO là vôi sống)
CaO + H2O = Ca(OH)2 + Q (tôi vôi)


Sản xuất vật liệu Đinat
23

3. Quy trình sản xuất
Chuẩn bị nguyên liệu :
 Chuẩn bị quắc zit: để sản phẩm đồng
nhất và có tính chất xác định phải đập
rồi nghiền mịn quắc zit . Thành phần
hạt được đặc trưng bằng hệ số hạt. Hệ
số hạt là tỉ lệ giữa phần trăn hạt nhỏ
hơn 0.88mm và hạt lớn hơn 0.54mm.
Nếu tăng hệ số hạt thì giảm hiện tượng
tả và tăng độ xốp của sản phẩm. Cỡ hạt
tốt nhất là: hạt lớn nhất không lớn hơn
3mm, hạt 0,5mm không lớn hơn 55 65%, hạt 0,088mm: 30 - 40%.



Chuẩn bị phụ gia khoáng hoá

*Phụ gia sắt: Sắt hai (FeO) được dùng
để hạ thấp nhiệt độ tạo thành chất
nóng chảy. Thường dùng vảy sắt, xỉ
nấu thép, mẫu pirít đã cháy. Độ hạt
của chúng bằng 0,2mm. Để đảm bảo
độ ẩm của phối liệu, phụ gia chứa sắt
được nghiền mịn trong máy nghiền bi
không dùng nước mà dùng vơi sữa.
Sau đó dung dịch vơi sắt được khuấy
liên tục để tránh lắng và tăng độ đồng
nhất.


Sản xuất vật liệu Đinat
24

3. Quy trình sản xuất
Chuẩn bị nguyên liệu :
 Chuẩn bị quắc zit: để sản phẩm đồng
nhất và có tính chất xác định phải đập
rồi nghiền mịn quắc zit . Thành phần
hạt được đặc trưng bằng hệ số hạt. Hệ
số hạt là tỉ lệ giữa phần trăn hạt nhỏ
hơn 0.88mm và hạt lớn hơn 0.54mm.
Nếu tăng hệ số hạt thì giảm hiện tượng
tả và tăng độ xốp của sản phẩm. Cỡ hạt
tốt nhất là: hạt lớn nhất không lớn hơn
3mm, hạt 0,5mm không lớn hơn 55 65%, hạt 0,088mm: 30 - 40%.



Chuẩn bị phụ gia khoáng hố

*Keo kết dính: tác dụng của keo
làm q trình liên kết trong khi
nén phối liệu dễ dàng, tăng cường
độ viên mộc trước và sau khi sấy.
Thường dùng keo SSB là nước
thải của quá trình sản xuất giấy. Để
sản xuất đinát dùng 0,5-0,8% phụ
gia SSB nằm ở dạng dung dịch.


Sản xuất vật liệu Đinat
25

3. Quy trình sản xuất
Chuẩn bị phối liệu: phối liệu
là hỗn hợp của các cấu tử
quắczit, chất khống hố,
vơi, sắt, phụ gia keo kết
dính... Các cấu tử của phối
liệu đảm bảo có độ ẩm để
đóng khn và phải trộn đều.
Độ ẩm của phối liệu do sữa
vôi sắt đem vào và dao động
trong khoảng 4 - 6% tuỳ loại
máy nén. Phối liệu được trộn
trong máy trộn quả lăn.

Tạo hình, đóng khn sản phẩm: sản phẩm
đinát được tạo hình bằng phương pháp bán khơ.
Phối liệu nén đổ vào khuôn và được nén dưới
áp suất 15N/mm2.
Sấy sản phẩm: mục đích sấy sản phẩm là loại
trừ nước ra khỏi sản phẩm, kết tinh
hydoxytcanxi, tăng cường độ cơ học của sản
phẩm. Nhiệt độ sấy cao hơn 1000C. Sau khi sấy
độ ẩm cịn lại 1 - 1,5% cường độ viên mộc khi
đó tăng lên 3 - 5 N/mm2.
Sấy trong lò Tuynen, lò buồng, thời gian sấy từ
4-16 giờ tùy loại sản phẩm.