Tài liệu Giáo trình lò luyện kim - chương 6 pdf

Chơng 6
Vật liệu xây, thể xây và khung lò
6.1. Vật liệu xây lò
Để xây lò luyện kim, ngoài việc sử dụng những vật liệu xây dựng thông dụng nh
sắt thép, xi măng, cát, sỏi còn dùng một lợng rất lớn vật liệu chuyên dụng là vật
liệu chịu lửa và vật liệu cách nhiệt. Trong phần này chủ yếu đề cập tới một số vấn đề
chung và tính chất của các loại vật liệu chịu lửa, cách nhiệt thông dụng, kích thớc
hình học của một số vật phẩm phổ biến dùng trong xây lò.
6.1.1. Yêu cầu chung đối với vật liệu chịu lửa
Vật liệu chịu lửa là những vật liệu có khả năng làm việc lâu dài ở nhiệt độ trên
1000
o
C mà vẫn giữa đợc độ bền cơ học và hình dạng hình học. Nhìn chung, vật liệu
chịu lửa sử dụng để xây lò cần đảm bảo các yêu cầu sau:
+ Độ chịu nóng trên 1580
o
C.
+ Có đủ độ bền cơ học ở nhiệt độ trên 1000
o
C.
+ Có khả năng chịu đợc sự dao động của nhiệt độ.
+ Bền về mặt hóa học đối với các chất tiếp xúc trong quá trình làm việc.
+ Có tính ổn định về thể tích và hình dạng khi ở nhiệt độ cao.
+ Có thể sản xuất hàng loạt với giá thành phải chăng.
+ Đảm bảo một số tính chất nhiệt vật lý cần thiết theo yêu cầu công nghệ.
6.1.2. Một số tính chất cơ bản của vật liệu chịu lửa
Chất lợng của vật liệu chịu lửa đợc đánh giá qua các tính chất nhiệt vật lý và
các tính chất sử dụng.
a) Tính chất nhiệt vật lý
- Độ xốp: Độ xốp của vật liệu chịu lửa là tỉ số giữa tổng thể tích lỗ rỗng chứa trong
khối vật liệu và thể tích của khối.

100.
V
v
f

= [%] (6.1)
Trong đó:
v - tổng thể tích lỗ rỗng trong khối vật liệu [m
3
].
V- thể tích khối vật liệu [m
3
].
- Khối lợng thể tích: là khối lợng của một đơn vị thể tích kể cả lỗ rỗng [kg/m
3
]:
- 107 -

V
G
v
= [kg/m
3
] (6.2)
Trong đó:
G - khối lợng khối vật liệu kể cả lỗ rỗng [kg].
V- thể tích khối vật liệu [m
3
].

- Độ thấm khí: đặc trng cho khả năng cho khí đi qua của vật liệu, đợc xác định
theo công thức:

p F
L.V
K
k

=
[lít/m.h.mmH
2
O] (6.3)
Trong đó:
V
k
- lợng khí thấm qua khối vật liệu [lít].
F - diện tích bề mặt khí thấm qua [m
2
].
- thời gian khí thấm qua[h].
p - độ chênh lệch áp suất giữa hai bề mặt khí đi qua [mmH
2
O].
L - chiều dày khối vật liệu mà khí đi qua [m].
- Độ hút nớc: Đặc trng cho khả năng chứa nớc của vật liệu, đợc xác định theo
công thức:

100.
G
GG

W
1
12

=
[%] (6.4)
Trong đó:
G
1
, G
2
là khối lợng của khối vật liệu khi khô và khi bão hòa nớc [kg].
Khi bảo hoà nớc, độ bền cơ học của vật liệu bị giảm đáng kể, mức độ giảm độ bền cơ
học đợc đánh giá qua hệ số biến mềm:

k
bh
E


= (6.5)
Trong đó:

- độ bền cơ học khi ở trạng thái bảo hòa nớc [N/m
bh

2
].

- độ bền cơ học khi ở trạng thái khô [N/m

k

2
].
- Độ bốc ẩm: đặc trng cho khả năng cho lợng ẩm trong vật liệu thoát ra ngoài.
- 108 -
- Nhiệt dung: là đại lợng có giá trị bằng lợng nhiệt cần thiết để nâng nhiệt độ một
đơn vị khối lợng vật liệu lên một đơn vị. Nhiệt dung của vật liệu thay đổi khi nhiệt độ
thay đổi, sự phụ thuộc này có dạng:

t.bac
t
+
= [kj/kg.độ] (6.6)
Trong đó: a, b là các hệ số phụ thuộc vật liệu.
- Độ dẫn nhiệt: đặc trng cho khả năng truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt của vật liệu,
đợc đánh giá qua hệ số dẫn nhiệt . Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu chịu lửa thay đổi theo
nhiệt độ:

[W/m.độ] (6.7) t.
0t
+=
Trong đó:

0
,
t
- là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ở
o
C và ở t

o
C.
- hệ số phụ thuộc vật liệu.
- Độ dẫn điện: đặc trng cho khả năng dẫn điện của vật liệu, có giá trị bằng nghịch
đảo của điện trở suất:

r
1

=
[m/]
ở nhiệt độ thờng, phần lớn vật liệu chịu lửa không dẫn điện, nhng khi nhiệt độ cao
điện trở của chúng giản rõ rệt nên với các lò có nhiệt độ cao cần quan tâm đến vấn đề
này. Sự phụ thuộc của điện trở vật liệu vào nhiệt độ có dạng:

B
T
A
Rlg += (6.8)
Trong đó A, B là các hệ số phụ thuộc vật liệu.
b) Các tính chất sử dụng
- Độ chịu nóng: đặc trng cho khả năng chịu đợc tác động của nhiệt độ cao mà
không bị biến mềm hoặc chảy lỏng. Độ chịu nóng đợc đánh giá qua mẫu thử hình
tháp bằng cách nung mẫu thử cùng với các mẫu chuẩn đã biết trớc độ chịu nóng.
Nhiệt độ mà tại đó mẫu thử hình tháp gục xuống chạm đáy lò cùng với một mẫu chuẩn
đợc gọi là độ chịu nóng của vật liệu.
- Độ bền nhiệt: đặc trng cho khả năng chịu đợc tác động của sự thay đổi nhiệt độ
trong quá trình làm việc, đợc đánh giá bằng mẩu thử. Ngời ta nung nóng và làm
nguội liên tục mẫu thử theo một chu trình chuẩn khi đó số lần nung nóng và nguội mẫu
- 109 -

cho đến khi khối lợng mẫu giảm đi 20% so với ban đầu đợc gọi là độ bền nhiệt của
vật liệu.
- Độ cứng và độ bền cơ học ở nhiệt độ cao: là độ cứng và độ bền của vật liệu xác
định ở điều kiện nhiệt độ cao, thông thờng ngời ta xác định độ cứng và độ bền nén là
hai chỉ tiêu quan trọng khi sử dụng.
- Tính ổn định thể tích: đặc trng cho khả năng giữ nguyên thể tích khi chịu tác
động của tải trọng cơ học hoặc nhiệt độ thay đổi, đợc đánh giá qua độ co (hoặc độ
giản nở) của vật liệu. Độ co hoặc giản nở thể tích của vật liệu chịu lửa đợc khống chế
dới 1%.
- Độ bền về mặt hóa học: đặc trng cho khả năng chống lại sự phá hủy vật liệu do
các phản ứng hóa học với các chất trong môi trờng tiếp xúc.
Các tính chất trên là những tính chất chung của vật liệu chịu lửa, trong thực tế
không có loại vật liệu chịu lửa nào thoả mãn đồng thời các yêu cầu trên, do đó tùy điều
kiện sử dụng ngời ta lựa chọn loại vật liệu thích hợp về phơng diện sử dụng cũng nh
phơng diện kinh tế.
6.1.3. Vật liệu chịu lửa thông dụng
a) Vật phẩm đinat: là vật phẩm chịu lửa chứa khoáng chất thạch anh SiO
2
>93%.
Tính chất của vật phẩm đi-nat:
+ Độ chịu nóng từ 1600 - 1710
o
C.
+ Bền với môi trờng axit.
+ Giản nở nhiệt lớn.
+ Độ bền nhiệt thấp.
b) Vật phẩm samôt: là vật phẩm chịu lửa chứa từ 30 - 45 % Al
2
O
3

.
Tính chất của vật phẩm sa-môt:
+ Độ chịu nóng 1610 - 1730
o
C.
+ Có tính axit yếu.
+ Độ bền nhiệt tơng đối lớn (10 - 50 lần).
+ Giản nở nhiệt lớn.
c) Vật phẩm alumin cao: là vật phẩm chịu lửa có hàm lợng Al
2
O
3
từ 46 - 100%.
Tính chất:
+ Độ chịu nóng cao và phụ thuộc hàm lợng Al
2
O
3
.
+ Bền với cả môi trờng kiềm và môi trờng axit.
- 110 -
+ Độ bền cơ học và độ bền nhiệt cao (trên 100 lần).
d) Vật phẩm bán axit: là vật phẩm chịu lửa chứa 15 - 30 % Al
2
O
3
và > 65 % SiO
2
.
Tính chất:

+ Độ chịu nóng 1610 - 1700
o
C.
+ Bền với môi trờng axit.
+ Bền nhiệt thấp.
e) Vật phẩm manhêdit: là vật phẩm chịu lửa chứa 90 - 96 % MgO.
Tính chất:
+ Độ chịu nóng cao, trên 2000
o
C.
+ Bền với môi trờng kiềm.
+ Bền nhiệt thấp.
+ Giản nở nhiệt lớn.
+ Giảm chất lợng mạnh khi bị ẩm.
g) Vật phẩm crômit: là vật phẩm chịu lửa chứa 80 - 90 % crômit, 10 - 12 %
manhêdit và 7 - 10 % dumit.
Tính chất:
+ Độ chịu nóng 1900
o
C.
+ Có tính trung hoà, bền với cả môi trờng axit và môi trờng kiềm.
+ Bền nhiệt thấp (3 - 5 lần).
h) Vật phẩm crômit - ma nhêdit: là vật phẩm chịu lửa chứa 30 - 70 % crômit và 70 -
30 % manhêdit. Tính chất tơng tự manhêdit nhng chất lợng cao hơn.
i) Vật phẩm cacbon: Gồm các loại: cacbôrun, graphit, các bon.
- Vật phẩm cacbôrun: vật phẩm sản xuất từ bột SiC có chất dính kết là đất sét chịu lửa
và silicat sắt.
Tính chất:
+ Độ chịu nóng cao, trên 2000
o

C.
+ Độ bền nhiệt cao.
+ Tính chống mài mòn và độ bền cơ học tốt.
+ Dẫn điện, dẫn nhiệt tốt.
+ Khi nhiệt độ trên 1300
o
C dễ bị oxy hóa và bị kiềm ăn mòn.
- Vật phẩm graphit: đợc sản xuất từ hỗn hợp 20 - 60 % graphit, 30 - 40 % đất sét
chịu lửa và 10 - 40 % samốt.

- 111 -
Tính chất:
+ Độ chịu nóng > 2000
o
C.
+ Độ bền nhiệt tốt.
+ Hệ số giản nở nhiệt nhỏ.
+ Dẫn nhiệt tốt.
+ Bền với môi trờng xỉ và kim loại lỏng.
- Vật phẩm cacbon: thành phần chủ yếu là cac bon, chứa 80 - 90 %C.
+ Độ chịu nóng cao > 2500
o
C.
+ Độ bền nhiệt tốt.
+ Dẫn điện và dẫn nhiệt tốt.
+ Hệ số giản nở nhiệt nhỏ.
6.1.4. Vật liệu cách nhiệt
Vật liệu cách nhiệt dùng trong lò luyện kim gồm hai nhóm:
+ Vật liệu cách nhiệt thiên nhiên: điatômit, inphuđôrit, amiăng.
+ Vật liệu cách nhiệt nhân tạo: vật phẩm chịu lửa nhẹ, xỉ bông

a) Vật liệu cách nhiệt thiên nhiên
- Điatômit, inphuđôrit có thành phần chủ yếu là SiO
2
nhng có độ xốp rất lớn do đó
dẫn nhiệt kém, hệ số dẫn nhiệt 0,014 - 0,06 W/m.độ.
- Amiăng: thành phần chính là silicat manhê ngậm nớc, hệ số dẫn nhiệt khoảng
0,15 W/m.độ.
b) Vật liệu cách nhiệt nhân tạo
- Vật phẩm chịu lửa nhẹ: có thành phần tơng tự các vật phẩm chịu lửa cùng loại
nhng có độ xốp lớn ( 50 - 80 %), do đó khối lợng thể tích bé (0,27 - 1,3 kg/m
3
) và
dẫn nhiệt kém, hệ số dẫn nhiệt 0,11 - 0,81 W/m.độ. Độ chịu nóng của vật phẩm cách
nhiệt thấp hơn độ chịu nóng của vật phẩm chịu lửa cùng loại.
- Xỉ bông: đợc sản xuất từ xỉ luyện kim ở dạng sợi, có độ xốp lớn, cách nhiệt và chịu
nóng tốt.
6.1.5. Các thể gạch xây lò
Để xây lò, ngời ta sử dụng các thể gạch chịu lửa và cách nhiệt sản xuất theo
hình dạng và kích thớc đợc tiêu chuẩn hóa. Trên hình 6.1 giới thiệu một số thể gạch
xây thông dụng.

- 112 -

a
c
b
d
d
c
a
c
b
a
b
c)
b)
a)
d
e
a
b
c
d

c
b
a
e
b
d
f
ca
g
)
e)
d)
Hình 6.1 Hình dạng và kích thớc một số loại gạch quy chuẩn
a) Gạch thẳng b) Gạch vát nằm c) Gạch vát đứng
d) Gạch chân vòm e) Gạch vòm cầu g) Gạch vòm treo
- Gạch thẳng: dùng để xây tờng thẳng, đáy lò hoặc phối hợp với gạch vát xây vòm
và tờng cong, kích thớc phổ biến là 230x113x65.
Gạch vát nằm: dùng để xây tờng cong hoặc vòm lò có chiều dày mỏng, kích thớc
phổ biến là 230x113x65/55 hoặc 230x113x65/45
- Gạch vát đứng: dùng để xây tờng cong hoặc vòm lò có chiều dày lớn, kích thớc
phổ biến là 230x113x65/55 hoặc 230x113x65/45.
- Gạch chân vòm: dùng để xây chân vòm cong, kích thớc phổ biến là
230x113x135/56/37.
- Gạch vòm treo: dùng để xây vòm lò phẳng bằng móc treo, kích thớc phổ biến là
300x276x260/100/75/30.
Khi chọn gạch xây lò nên dùng các loại gạch tiêu chuẩn đợc chế tạo hàng loạt
và dễ kiếm. Trong trờng hợp cần dùng các loại gạch phi tiêu chuẩn cũng nên đa về
gần với dạng gạch tiêu chuẩn để việc chế tạo cũng dễ dàng hơn.

- 113 -

6.2. Thể xây lò
6.2.1. Khái niệm chung
a) Cấp xây
Lớp gạch chịu lửa trong các lò luyện kim (còn gọi là lớp lót) là bộ phận trọng yếu
nhất của lò. Chất lợng xây lớp này ảnh hởng trực tiếp đến tuổi thọ làm việc và các
chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của lò. Bởi vậy, tùy vào thể xây và điều kiện làm việc của thể
xây, ngời ta chọn mức độ cẩn thận khi xây khác nhau. Theo mức độ cẩn thận khi xây
ngời ta phân ra năm cấp xây.
Bảng 6.1. Các cấp xây gạch chịu lửa
Cấp xây Yêu cầu khi xây Chiều dày mạch xây (mm) Loại vữa xây
I Xây đặc biệt cẩn thận
1
II Xây cẩn thận
2
Bột mịn khô
hay vữa lỏng
III Xây tơng đối cẩn thận
3
IV Xây thông thờng
4
Vữa nhão
V Xây gạch đỏ 5 - 10 Vữa đặc

- Cấp xây I và II: dùng để xây các lò nấu chảy kim loại hoặc nấu chảy các vật liệu
phi kim. Các thể xây tiếp xúc với kim loại lỏng, xỉ hoặc yêu cầu kín khí thì dùng cấp
xây I. Đối với các cấp xây I và II, để đảm bảo mạch xây nhỏ cần chọn gạch có cùng
kích thớc và bề mặt bằng phẳng (đôi khi phải mài gạch trớc). Khi xây vữa lỏng,
nhúng gạch vào vữa lỏng rồi đặt vào lớp xây, trờng hợp gạch cần xây khô (nh gạch
manhêdit) thì dùng bột mịn điền đầy vào các khe hở giữa các viên gạch xây.
- Cấp xây III: dùng phổ biến khi xây các thể xây của lò nung, lò sấy tiến hành với

vữa nhão.
- Cấp xây IV: dùng khi xây những bộ phận không quan trọng có nhiệt độ làm việc
thấp của lò, lớp lót các đờng ống dẫn bằng phơng pháp xây đẩy hoặc xây ép với vữa
nhão.
- Cấp xây V: dùng khi xây các thể xây gạch đỏ.
b) Mạch nhiệt
Trong quá trình làm việc, các thể xây chịu tác động của sự thay đổi nhiệt độ gây
ra sự giản nở nhiệt. Để thể xây không bị phá hủy khi giản nở ngời ta bố trí trong thể
- 114 -
xây các khe giản nở nhiệt gọi là mạch nhiệt. Số lợng và kích thớc mạch nhiệt đợc
chọn dựa vào hệ số giản nở nhiệt của gạch và kích thớc của thể xây. Chiều dày mạch
nhiệt tính cho một mét chiều dài thể xây ứng với các loại gạch khác nhau cho ở bảng
6.2.
Bảng 6.2. Giá trị trung bình của mạch nhiệt
Thể xây gạch
Chiều dày mạch nhiệt cho 1 m
chiều dài thể xây (mm)
Samôt 5 - 6
Đinat 12
Manhêdit 12 - 14
Điatômit 5 - 6

1
2
1
2
1
2
2
1
b)
a)
d)
c)
1
2
2
1
2
1

1
f)
e)
Hình 6.2. Cách đặt mạch nhiệt trong các thể xây
a) Tờng thẳng b) Tờng nhiều lớp gạch khác loại
c) Góc tờng thẳng d) Vòm lò e) Tờng cong f) Đáy lò
1) Mạch nhiệt 2) Gạch
- 115 -
Phơng pháp bố trí mạch nhiệt trong thể xây phụ thuộc cấu trúc thể xây và có
hai cách: bố trí mạch nhiệt tập trung và bố trí mạch nhiệt phân tán. Trên hình 6.2 trình
bày cách bố trí mạch nhiệt trong một số thể xây thờng gặp.
Đối với các tờng thẳng, thờng bố trí mạch nhiệt phân tán nh hình 6.2a. Khi
tờng nhiều lớp xây bằng các loại gạch khác nhau để mạch nhiệt nh hình 6.2b. Đối
với nóc lò khi chiều dài 5 mét mạch nhiệt để tập trung ở hai đầu, còn khi > 5 mét,
ngoài mạch nhiệt ở hai đầu còn đặt thêm một mạch nhiệt ở giữa (hình 6.2d). Đối với
các tờng cong, mạch nhiệt đặt tập trung phía ngoài sát vỏ lò (hình 6.2e)
ở thể xây đáy, đối với các loại gạch ít giản nở nh manhêdit hay crômit để
mạch nhiệt phân tán trong thể xây. Đáy lò có chiều dài dới 3 mét, gạch ít giản nở thì
mạch nhiệt đặt tập trung ở hai đầu, khi chiều dài > 3 mét thì mạch nhiệt đặt trong thể
xây nh tờng lò (hình 6.2 f).
6.2.2. Cấu trúc của các thể xây
Các thể xây trong lò luyện kim có thể xây bằng nhiều loại gạch khác nhau và
chiều dày thể xây có thể lớn hoặc bé, khi xây ngời ta có thể đặt viên gạch đứng, nằm
hoặc nghiêng. Theo quy ớc, với viên gạch tiêu chuẩn 230x113x65, thì khi xây nằm
chiều dày lớp gạch là 65 mm, khi xây nghiêng chiều dày lớp gạch là 113 mm và khi
xây đứng chiều dày lớp gạch là 230 mm.
a) Thể xây tờng
Thể xây tờng thẳng: Để xây tờng thẳng sử dụng gạch tiêu chuẩn thông thờng.
Tờng lò thờng gồm hai lớp, lớp lót xây bằng gạch chịu lửa, lớp cách nhiệt xây bằng
gạch (hoặc vật liệu bột, vụn, tấm) cách nhiệt. Nếu coi chiều dày tờng bằng chiều dài

viên gạch tiêu chuẩn (230 mm) là một thì chiều dày lớp gạch chịu nhiệt có thể chọn: 1;
1,5 ; 2; 2,5 và 3. Chiều dày lớp cách nhiệt xây bằng gạch từ 113 - 350 mm, với lớp
cách nhiệt vật liệu bột, vụn hoặc tấm cách nhiệt thì dày từ 30 - 100 mm.
Khi xây tờng thẳng (hình 6.3), các viên gạch đợc xây nằm theo hàng, trong
một hàng mạch vữa không dợc trùng nhau. Mạch vữa giữa các hàng kế tiếp cũng
không đợc trùng nhau. Nguyên tắc không trùng mạch vữa cũng áp dụng cả ở các góc
tờng và những chổ tờng giao nhau.
Để xây lệch mạch ngời ta thờng dùng các gạch hình có chiều dài bằng 1/2
hoặc 3/4 viên gạch tiêu chuẩn. Khi tờng gồm hai lớp gạch khác nhau, để tăng liên kết
- 116 -
giữa hai lớp, khi xây lớp trong cứ 5 đến 8 hàng gạch (theo chiều cao tờng) lớp trong
xây chìa ra lớp ngoài 1/2 viên gạch.














Đối với tờng cong, tùy theo độ cong của tờng, sử dụng toàn bộ gạch vát tiêu
chuẩn hoặc kết hợp gạch vát với gạch thẳng. Khi xây, mạch vữa trong một hàng cũng
nh giữa hai lớp kế tiếp phải lệch nhau.
Đối với các tờng có lớp cách nhiệt bằng bột hoặc vật liệu vụn, phía ngoài phải

có vỏ bằng kim loại.
b
)
a)
b
)
a)
Hình 6.3 Thể xây tờng thẳng
a) Hàng dới b) Hàng trên
b) Thể xây đáy
Thể xây đáy có hai dạng: đáy phẳng và đáy cong.
Đối với đáy phẳng đợc xây bằng gạch tiêu chuẩn trực tiếp trên móng lò hoặc
trên các tấm thép có dầm đỡ phía dới. Chiều dày thể xây đáy phụ thuộc điều kiện làm
việc của lò, nếu là lò nung, lò sấy chiều dày từ 1 - 4 viên gạch, nếu là lò nấu chảy chiều
dày có thể tới 4 - 8 viên gạch. Thể xây đáy thờng gồm ba lớp: lớp dới cùng là lớp
cách nhiệt xây bằng gạch samôt nhẹ, gạch điatômit hoặc gạch đỏ. Tiếp theo là lớp đệm
xây bằng gạch samôt mác thấp và trên cùng là lớp làm việc xây bằng gạch chịu lửa
mác cao. Lớp cách nhiệt thờng xây nằm, lớp đệm xây nằm hoặc nghiêng, còn lớp làm
việc xây nghiêng hoặc đứng.

- 117 -








Khi xây thể xây đáy, cần thực hiện nguyên tắc bắt chéo mạch. Đối với các hàng

trong một lớp, bắt chéo mạch bằng các đặt lệch nhau, còn đối với hai lớp kế tiếp bắt
chéo mạch bằng cách đặt lệch gạch hoặc xoay gạch đi một góc 90
o
(hình 6.4b) hay 45
o

(hình 6.4c). Khi xoay gạch 45
o
ngời ta gọi là xây theo kiểu nhánh thông.
Đối với các đáy cong có thể xây bằng gạch (hình 6.5a) hoặc dùng lớp đầm bằng
hỗn hợp vật liệu chịu lửa kết hợp với chất dính kết (hình 6.5b).








Hình 6.4. Thể xây đáy phẳng
1) Lớp cách nhiệt 2) Lớp đệm, 3) Lớp làm việc
c)
a)
b)
{
{
{

1
2

3

Hình 6.5 Thể xây đáy cong
a) Xây bằng gạch b) Lớp đầm bằng vật liệu chịu lửa
c) Thể xây nóc
Thể xây nóc chia làm hai dạng: nóc thẳng và nóc cong. ở nóc lò cong, vòm lò có
độ cong nhất định, do đó khi gạch dãn nở nhiệt, nóc lò vẫn giữ đợc độ ổn định cao
không gây sụp nóc lò. Nóc lò thẳng, mặt trong là mặt phẳng nên tính ổn định của kết
cấu thấp hơn. Tuỳ theo điều kiện làm việc của lò, nóc đợc kiến tạo bằng gạch hoặc
bằng các tấm bê tông chịu nhiệt đúc sẵn.
Đối với thể xây nóc thẳng, khi nhiệt độ làm việc cao, sử dụng gạch treo, dùng
móc kim loại móc lên các dầm ở phía trên nóc lò. Đối với các lò nhiệt độ thấp, nóc lò
đợc tạo hình bằng các tấm bê tông chịu nhiệt đúc sẵn ghép lại.
- 118 -
Đối với nóc cong, nóc lò đợc kiến tạo bằng cách xây gạch hoặc treo gạch bằng
móc treo tạo thành vòm cuốn có góc tâm nhất định. Tuỳ theo kích thớc của nóc, góc
tâm đợc lấy theo quy định: 38, 45, 56, 60, 74, 106 và 180
o
.
Thể xây nóc thờng gồm hai lớp: lớp trong là gạch chịu lửa, lớp ngoài là lớp cách
nhiệt. Đối với các lò luyện thép có nhiệt độ cao, lớp gạch chịu lửa có thể dày tới 400 -
500 mm và không có lớp cách nhiệt.
Để xây nóc cong phải dùng mái khuôn bằng gỗ hoặc kim loại đợc tạo hình theo
độ cuốn của nóc có dạng nh hình 6.6.

Khi xây nóc cong có thể tiến hành theo hai cách: xây theo vòng hoặc xây bắt
chéo mạch. Khi xây theo vòng, gạch đợc xây thành từng vòng theo cung vòm (hình
6.7a). Gạch đợc xây bắt đầu từ gạch chân vòm lên đỉnh vòm. Để tạo độ ép cần thiết
giữa các viên gạch ngời ta đặt các viên gạch khóa. Với vòm nóc có dây cung < 3m tại
đỉnh vòm đặt một viên gạch khóa, với dây cung > 3m đặt 2 - 3 viên gạch khóa, khi đặt
2 - 3 viên gạch khóa bố trí sao cho khoảng cách giữa cách viên gạch khóa bằng nhau.
Khi xây bắt chéo mạch (hình 6.7b), gạch đợc xây theo từng hàng dọc theo gạch
chân vòm, các viên gạch giữa các hàng lệch mạch 1/2 hoặc 3/4 viên. Cách xây bắt chéo
mạch, liên kết giữa các viên gạch tốt hơn nhng khi thay thế sửa chữa khó khăn hơn
khi xây cuốn vòng. Trong quá trình xây, tơng tự nh khi xây cuốn vòng, cũng đặt các
viên gạch khoá để tạo độ nén giữa các viên gạch.

2
3
4
Hình 6.6 Sơ đồ đặt khuôn xây nóc
1) Cột đỡ khuôn 2) Tờng lò 3) Gạch chân vòm 4) Khuôn
- 119 -

ở các nóc vòm có nhiệt độ làm việc cao, kích thớc vòm rộng hoặc cấu trúc
phức tạp sử dụng vòm gạch treo. Khi xây nóc treo, gạch đợc treo thành từng nhóm
nhờ các móc treo kim loại liên kết với xà đỡ phía trên nóc lò. Gạch treo có thể xếp khô
hoặc xây với vữa. Đối với những vòm đơn giản, gạch treo bắt đầu từ đỉnh đi xuống hai
phía chân vòm. ở những chỗ vòm có cấu trúc phức tạp dùng gạch hình đặc biệt, khi
xây vòm bắt đầu treo gạch từ những vị trí này và khai triển dần ra xung quanh.
Trong các lò luyện thép nóc lò có dạng chỏm cầu thì phải dùng gạch xây vòm
cầu, xây thành từng vòng khép kín đồng tâm và bắt đầu xây từ chân vòm lên đỉnh.
b)
a)
Hình 6.7 Phơng pháp xây nóc
a) Xây cuốn vòm b) Xây bắt chéo mạch
d) Thể xây cửa
ở các lò luyện kim thờng có hai loại cửa: cửa thao tác và cửa quan sát. Cửa thao
tác thờng có kích thớc lớn, còn cửa quan sát có kích thớc nhỏ. Hình dạng và kích
thớc của đợc tiêu chuẩn hóa (bảng 6.4).
Cửa thờng gồm hai bộ phận: bộ phận khung kim loại đặt sát vào tờng lò làm
tăng độ cứng vững của cửa lò và bộ phận nắp cửa có thể đóng mở theo yêu cầu trong
quá trình chạy lò.
Đối với thể xây cửa, với các cửa kích thớc lớn (hình 6.8a), phần dới có dạng
hình chữ nhật, phần trên xây cuốn vòm bằng gạch vát, ở đỉnh có viên gạch khoá. Với

- 120 -
các cửa kích thớc nhỏ (chiều rộng B < 450 mm) phần trên dùng gạch xây bậc tạo
thành vòm cửa (hình 6.8b).
Bảng 6.4 Kích thớc tiêu chuẩn của cửa lò
Chiều rộng
B (mm)
Độ cao
f (mm)
Độ cao
n (mm)
Chiều cao cửa H
(mm)
240 30 5 170 240 - -
350 45 5 190 250 320 390
470 60 5 290 340 400 470
580 80 5 220 290 369 425
700 95 5 240 370 519 800
810 110 5 270 390 519 800
930 125 5 270 400 670 950
1050 140 5 280 550 830 1100
1160 155 5 300 570 840 1250
1400 190 5 330 600 1010 1420
1510 205 5 350 750 1160 1670
1840 235 5 580 780 1190 1740
1970 265 5 410 950 1360 1770
2200 295 5 440 980 1390 1800

n
f
a)
B
H
b)
Hình 6.8 Cấu trúc cửa lò
a) Xây cuốn vòm b) Xây bậc
- 121 -
e) Thể xây cống khói
Cống khói là bộ phận quan trọng trong hệ thống thoát khói, trong các lò luyện
kim phần lớn cống khói đợc đặt ngầm, khoảng cách giữa đỉnh cống khói và mặt đất ít
nhất >300 mm.
Cấu trúc thể xây cống khói nh hình 6.9, tiết diện có dạng hình chữ nhật đứng,
đỉnh xây cuốn vòm, nếu chiều rộng cung vòm nhỏ thì góc tâm lấy bằng 180
o
, chiều
rộng cung vòm lớn thì lấy bằng 60
o
. Kích thớc cống khói đợc tiêu chuẩn hóa, chọn

theo bảng 6.5.
Cống khói thờng có hai lớp: lớp trong gạch chịu lửa, lớp ngoài gạch cách nhiệt
hoặc gạch đỏ. ở những nơi có nớc ngầm, bên ngoài cống khói có tờng bê tông bảo
vệ chống thấm nớc.
Bảng 6.5 Kích thớc tiêu chuẩn của tiết diện cống khói
Góc tâm = 60
o
Góc tâm = 180
o
Chiều
ngang
B (mm)
Chiều cao
H (mm)
Tiết diện
F (m
2
)
Chu vi
C (m)
Chiều cao
H (mm)
Tiết diện F
(m
2
)
Chu vi
C (m)
470 540 0,25 1,13 640 0,23 2,08
580 560 0,3 2,15 700 0,38 2,31

580 700 0,38 2,54 830 0,44 2,57
700 710 0,48 2,66 890 0,57 2,88
810 900 0,61 3,02 950 0,70 3,74
810 930 0.72 3,41 1150 0,80 3,87
930 1010 0,90 3,76 1210 0,94 3,88
1050 1100 1,11 4,12 1410 1,36 4,45
1280 1260 1,64 4,80 1520 1,77 5,05
1400 1420 1,90 5,33 1720 2,20 6,05
1510 1500 2,17 5,69 1840 2,53 8,65
1630 1550 2,56 6,19 2040 3,04 7,64





- 122 -












B
H

1
3
1
2
2
3
a)
b)
Hình 6.9 Cấu trúc cống khói
a) Nơi không có nớc ngầm b) Nơi có nớc ngầm
1) Gạch chịu lửa 2) Gạch cách nhiệt hoặc gạch đỏ 3) Bê tông
6.2.3. Tính toán gạch xây nóc lò
Để xây nóc vòm thờng sử dụng phối hợp gạch vát và gạch thẳng tiêu chuẩn. Để
tính toán lợng gạch xây, căn cứ vào dây cung vòm lò (S), chọn góc tâm () và tra
bảng xác định chiều cao cung (f).
Bảng 6.6 Quan hệ giữa góc tâm () và dây cung (B), chiều cao cung (f)
Góc ở tâm
38 45 56 60 74 106 180
Tỉ số f/S 1:12 1:10 1:8 1:7,5 1:6 1:4 1:2
Tỉ số S/R 0,651 0,756 0,939 1 1,204 1,597 2

Sơ đồ tính lợng gạch xây cung vòm trình bày trên hình 6.10.

S
R
f
c
d
s
a
c
b
d
Hình 6.10 Sơ đồ tính
g
ạch xâ
y
vòm
- 123 -
a) Tính cho một vòng cung nóc lò:
- Lợng gạch xây cần thiết để xây một vòng cung nóc lò:
()
()
+
+
=
c180
sR
n
[viên] (6.9)

Trong đó:
R - Bán kính trong của vòm lò [mm].
s - chiều dày gạch nóc lò [mm].
c - cạnh lớn của viên gạch vát [mm].
- chiều dày mạch vữa [mm].
- góc ở tâm của vòm [mm].
- Độ lệch chiều dài giữa cung ngoài và cung trong của vòm:

180
.s.
l
c

=
[mm]
- Số lợng gạch vát cần dùng:
g
c
v
l
l
n


=
[viên] (6.10)
Trong đó:
là chênh lệch độ dày hai đầu viên gạch vát [mm]. dcl
g
=

- Số lợng gạch thẳng cần dùng:
vt
nnn = [viên] (6.11)
b) Tính cho toàn bộ nóc lò:
- Tổng lợng gạch thẳng cần dùng:
+
=
a
L
.nN
tt
(6.12)
Trong đó:
L - chiều dài nóc [mm].
a- bề rộng viên gạch [mm].
- Tổng lợng gạch vát cần dùng:
+
=
a
L
.nN
vv
(6.13)


- 124 -
6.3. Khung lò
Để giữ cho kích thớc, hình dáng của lò ổn định trong quá trình lò làm việc
cũng nh dới tác động của tải trọng bản thân các thể xây, ngời ta sử dụng bộ phận
gọi là khung lò. Đối với các lò có kết cấu đơn giản khung lò có kết cấu dạng khung

gồm có: cột trụ, dầm đỡ và các thanh giằng chế tạo bằng thép hình liên kết với nhau.
Đối với các lò kết cấu phức tạp, hình dạng khung lò rất khác nhau phụ thuộc kết cấu lò,
ngoài khung lò còn có vỏ lò bằng kim loại.
6.3.1. Kết cấu của khung lò
Đối với khung lò đơn giản, theo phơng pháp liên kết đợc chia thành ba loại:
- Khung lò liên kết động (hình 6.11).
- Khung lò liên kết tĩnh (hình 6.12).
- Khung lò liên kết hỗn hợp (hình 6.13).
a) Khung lò liên kết động












Trong khung lò liên kết động (hình 6.11), các thanh giằng trên (1) và dới (2)
liên kết với trụ (3) bằng liên kết bu lông, các đai ốc có thể xiết vào hoặc nới ra khi thể
xây co giản dới tác động nhiệt.
Khi sử dụng khung lò liên kết động, không cần đặt mạch nhiệt trong các thể xây,
do đó đơn giản cho khâu xây lò. Tuy nhiên, trong quá trình lò làm việc phải thờng
xuyên điều chỉnh đai ốc, gây khó khăn cho việc vận hành lò, nhất là khi kích thớc lò
lớn.
6
5

4
3
2
1
Hình 6.11 Khung lò liên kết động
1) Cột trụ 2) Dầm chân vòm 3) Dầm dới
4) Thanh giằng trên 5) Thanh giằng dới 6) Đai ốc
- 125 -
b) Khung lò liên kết tĩnh
ở khung lò liên kết tĩnh, các thanh giằng đợc hàn hoặc tán chặt với cột trụ (hình
6.12), kích thớc khung lò hầu nh ổn định khi lò làm việc. Đối với phần dới cột trụ
có thể cố định bằng cách chôn cố định lên nền bê tông của lò. Do khung lò ổn định,
không thể điều chỉnh theo sự co giản của lò, nên khi xây lò phải đặt mạch nhiệt trong
các thể xây.










Sử dụng khung lò liên kết tĩnh, trong quá trình vận hành lò không phải điều
chỉnh khung lò, nên hiện nay đợc sử dụng rất phổ biến trong các lò có kích thớc lớn
và cả trong các lò có kích thớc nhỏ.
1
2
4

3
Hình 6.12 Khung lò liên tĩnh
1) Cột trụ 2) Dầm chân vòm 3) Dầm dới 4) Thanh giằng trên
c) Khung lò liên kết hỗn hợp
Khung lò liên kết hỗn hợp (hình 6.13), phía trên liên kết động còn phía dới liên
kết tĩnh.









5
4
3
2
1
Hình 6.13 Khung lò liên hỗn hợp
1) C
ộ
t tr
ụ
2) Dầm chân vòm 3) Dầm dới 4) Thanh
g
iằn
g
trên 5) Đai ốc

- 126 -
Dùng loại khung lò này không cần để mạch nhiệt phía trên của lò, còn phần dới
phải đặt mạch nhiệt. Loại khung lò này kết hợp đợc u điểm của hai loại trên nên
cũng đợc sử dụng rộng rãi trong các lò luyện kim
6.3.2. Tính toán khung lò
Việc tính khung lò nhằm xác định lực tác dụng lên khung lò, xác định các thông
số cần thiết để chọn các chi tiết chính của khung lò.
a) Tính lực tác dụng lên dầm chân vòm và khung lò
Sơ đồ tính toán trình bày trên hình 6.14.


`






Việc tính lực tác dụng lên khung lò đợc thực hiện cho một bớc cột, gồm đoạn
dầm chân vòm và hai cột nằm ở hai đầu đoạn dầm đó.
R
R
tb
N


H
f
S
s

P

Hình 6.14 S
ơ
đồ tính lực tác dụn
g
lên dầm chân vòm
- Chiều dài trung bình của cung vòm nóc:

180
R
L
tb
ctb

=
[m] (6.14)
Trong đó:

2
s
RR
tb
+= , bán kính trung bình của cung vòm nóc [m].
- Trọng lợng gạch nóc ứng với một bớc cột:

a s.LQ
ctb

= [kG] (6.15)

Trong đó:
a - bớc cột (khoảng cách giữa hai cột liên tiếp) [m].
s - chiều dày nóc [m].
- trọng lợng riêng của gạch [kG/m
3
].
- Lực thẳng đứng tác dụng lên gạch chân vòm:
- 127 -

2
Q
H =
[kG] (6.16)
- Lực ngang tác dụng lên gạch chân vòm:

f
S
.
4
H
P =
[kG] (6.17)
Trong đó:
S - chiều rộng vòm nóc [m].
f - chiều cao vòm nóc [m].
Từ hình 6.14 ta có:

=
4
tg
2
1
S
f

Thay vào công thức 6.17, nhận đợc:








=
4
tg2
H
P
[kG] (6.18)
- Lực ngang thực tế tác dụng lên dầm chân vòm khi lò làm việc:

[kG] (6.19) P.kP

tt
=
Trong đó k là hệ số xét đến ảnh hởng của sự giản nở của thể xây khi lò làm việc, phụ
thuộc nhiệt độ nóc lò lấy theo bảng 6.7.
Bảng 6.7 Giá trị của hệ số k phụ thuộc nhiệt độ nóc lò
Nhiệt độ nóc lò
o
C k
< 900 2,0
900 - 1200 2,5
> 1200 3,0

b) Tính dầm chân vòm
Coi dầm chân vòm chịu lực tác dụng phân bố đều và dầm có hai điểm tựa tại cột
lò, khi đó mô men uốn cực đại tác dụng lên dầm chân vòm:

8
a.P
M
t
d
max
= [kG.cm] (6.20)
Trong đó:
P
t
- lực ngang thực tế [kG].
- 128 -
a - bớc cột [cm].
Mô men chống uốn cần thiết của dầm:

[]
k
d
max
d
u
M
W

=
[cm
3
] (6.21)
Trong đó
là độ bền kéo cho phép của thép làm dầm chân vòm, lấy theo bảng 6.8.
[
k

]
Bảng 6.8 Giá trị của hệ số k phụ thuộc nhiệt độ nóc lò
Mác thép
[
]
k

, kg/cm
2
CT31, CT38 1200
C20 1330

C25 1500
C45 2200

Biết đợc mô men chống uốn cần thiết của dầm, tra bảng chọn thép hình có
.
d
uu
WW >
c) Tính cột khung lò
- Mô men uốn cực đại tác dụng lên cột trụ:
Lực tác dụng lên cột trụ chính là lực do dầm chân vòm truyền ra, do đó mô men
uốn cực đại tác dụng lên cột trụ:

21
21t
c
max
hh
h.h.P
M
+
=
(kG.cm) (6.22)
Trong đó:
P
t
- lực ngang thực tế [kG].
h
1
, h

2
- khoảng cách từ dầm chân vòm đến thanh giằng trên và dới [cm].
- Mô men chông uốn cần thiết của cột trụ:

[]
k
c
max
c
u
M
W

=
[cm
3
] (6.23)
Sau khi xác định đợc
tra bảng chọn thép hình (chữ U hoặc chữ I) có .
c
u
W
c
uu
WW >
d) Tính thanh giằng
Các thanh giằng thờng là thép tròn, đợc tính theo độ bền kéo và coi nhiệt độ
nung nóng thanh giằng không quá 200
o
C.

- 129 -
- Lực kéo tác dụng lên thanh giằng trên:

21
2t
1
hh
h.P
P
+
=
[kG] (6.24)
- Tiết diện cần thiết của thanh giằng trên:

[]
k
1
1
P
F

=
[cm
2
] (6.25)
- Lực kéo tác dụng lên thanh giằng dới:

21
1t
2

hh
h.P
P
+
=
[kG] (6.26)
- Tiết diện cần thiết của thanh giằng dới:

[]
k
2
2
P
F

=
[cm
2
] (6.27)
Sau khi tính đợc tiết diện các thanh giằng tra bảng chọn thép hình (thép tròn) có tiết
diện lớn hơn tiết diện cần thiết.
- 130 -