CHƯƠNG 1: TONG QUAN II. Vat liệu chịu lửa Vật liệu chịu lửa (VLCL) [5] là vật liệu dùng dé xây dựng các lò công nghiệp. các ghi đốt, các thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao (>1000°). Trong môi trường làm việc này, vật liệu chịu các tác động khác nhau vé mặt cơ học và hoá lí, do đó.
yêu cầu đầu tiên là vật liệu cần có khả năng chong lại tác dụng của nhiệt độ cao dé không bị nóng chảy. Khi làm việc trong môi trường có nhiệt độ cao, phần lớn các VLCL đều giảm thé tích do hiện tượng kết khối phụ. Sự biến đổi thé tích của VLCL có thé gây nên hư hỏng vả pha huỷ vỏ 1d, do đó, yêu cầu thứ hai là VLCL phải có thể tích ồn định ở nhiệt độ dùng của chúng, có nghĩa là vật liệu cần có độ bên nhiệt. Lớp gạch lót trong lò công nghiệp hay các ghí đốt dé bị huỷ hoại do tác dụng hoá học với tro xi nhiên liệu hay với các vật liệu nau hay nung trong đó.
vì vậy một yêu cầu nữa là cân có độ bên hoá. Vì vậy, dé lựa chọn được loại vật liệu đáp ứng tất cd các yêu cầu trên là một van dé không đơn giản. Dựa trên bản chat hoá lí của nguyễn vật liệu ban dau, có thé chia VLCL làm 8 nhóm chỉnh: - _ Nhóm Silic: Dinat, Thạch anh - Nhóm Alumôsilicat: Ban axit, Samôt, Cao nhôm - _ Nhóm Manhédi: Đôlômit, Forsterit, Spinen, Manhédi - Nhóm Crômit: Crômit, Crôm manhêdi - - Nhóm Zircôn: Silicat Zircôn (ZrSiO¿), Zireôn (ZrO›) - Nhóm Cacbon: Cốc, Graphit ~_ Nhóm Cacbua Nitrua: Cacborun - _ Nhóm Oxit: Các oxit tỉnh khiết Ngoài ra, VLCL cén được phân loại dựa trên độ chịu lửa, hình dạng và kích thước, đặc tinh gia công nhiệt. phương pháp sản xuất.
§{ J/( VOTH HOIANG YEN Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh 1. Cơ sở lựa chọn VLCL sử dụng trong xây dựng lò phản ứng clo hóa ở nhiệt độ cao Thứ nhất, sự thay đôi nhiệt độ ở các lò nung có thé gây nứt vỡ gạch xây dựng. Nguyên nhân làm vờ gạch vi dao động nhiệt là do khi đốt nóng va làm nguội sản phẩm sẽ có sự chênh lệch nhiệt độ dẫn đến xuất hiện ứng suất 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 vả làm nguội, vào hệ số dẫn nhiệt độ, là đại lượng đặc trưng tốc độ phản phối nhiệt độ trong vật liệu.
Nếu điều kiện đốt nóng va làm nguội như nhau thì vật liệu sẽ có hệ số dẫn nhiệt lớn, gradien nhiệt độ trong vật liệu càng nhỏ. Muôn cho sản phẩm bén vững thì sự chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp phải nhỏ, nghĩa là hệ số dan nhiệt lớn hệ số giãn nở nhiệt nhỏ.1: Độ bên nhiét của một số loại VLCL Samét: Loại hạt nhỏ sit đặc 5-8 Loai hat vira 10-15 Loai hat thé 25-100 Crém-Mahédi Crém-Mahédi ben nhiét Thir hai, VLCL thường khi dùng phải chịu tác dụng lâu dai của nhiệt độ cao. Vi vậy trong sản phẩm VLCL sẽ có thể xảy ra các hiện tượng sau: - Biến đối thành phần pha - Tái kếttỉnh - Kết khối phụ Do vậy sản phẩm sẽ bị nở phụ hay co phụ và hiện tượng đó làm sản phẩm biến đôi không thuận nghịch kích thước dai của chúng. Hiện tượng co phụ sẽ làm mối han `1 //1 VO THI HOANG YEN ỊU Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh giữa các viên gạch bị hở ra, bong vữa, làm hạ thấp mật độ, độ bền nhiệt, bên xi của mạch vữa.
Tường và vòm lò sẽ bị lún xuông dẫn tới phá huỷ chúng. Sức co phy quá lớn sẽ làm vom lò võng vả tut 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 phông lên.
mắt hình dạng hình học vả phá huỷ sự phân phối ứng suất đồng đều ở vòm lò. có thé gay tụt vòm lò. Sự ôn định thé tích của VLCL ở nhiệt độ cao cùng với cường độ xây dựng của chúng là diéu kiện cần thiết dé đảm bảo sử dụng chúng trong những cấu trúc chịu tải trọng ở các lò nung và ghi đốt. Phân lớn các sản phẩm chịu lửa ở nhiệt độ cao sé sit chặt lại sau kết khối.
lam co sản phẩm. Sự sit chặt này xảy ra đầu tiên do sức căng bề mặt của pha lóng tạo ra, gây nên hiện tượng phân phối lại và làm gan các hạt trong sản phâm. Khi duy trì ở nhiệt độ cao lâu dai, pha tinh thẻ lớn và làm sit chặt sản phẩm nếu tinh thé mới này tạo ra có mật độ lớn hơn so với nguyên liệu ban đầu. Ví dụ: Sản phẩm cao alumin, hiện tượng sit đặc lại do tái kết tinh y - AL2Os thành ø-AL¿O; và tinh thể corun lớn lên làm sản phẩm co phụ.
Những VLCL co phụ như Samot, Manhedi.2: Hệ số dẫn nở nhiệt trung bình của 1 số VLCL ở 20-1000°C Tên VLCL arb (20-1000°C) 4.10 Cao lanh Mullit (70% Al2Os) (5,5-5,8).10° SETH: VO THỊ HOANG YEN T Khóa luận tốt nghiệPp GVHD: Th.S Nguyễn § Thị Trúc Linh Thứ ba, mdi trường khí clo có thé thắm sâu vào các lỗ xốp của gạch có thé gay phan ứng pha hoại làm hạ thấp cường độ gạch. là nguyên nhân làm hỏng công trình hoặc phải ngừng lò dé sửa chữa. Do đó việc lựa chọn gach dé xây lò phải căn cử vào nhóm sản phẩm có thành phần khoáng hoá tương ứng.3: Chỉ tiêu kỳ thuật gạch chịu axit Kích thước Độ hút nước | Cường độ nén 150 x 150 x15 180 x 113 x 15 I00x 113x 1Š Gạch xây 230x113x65 |>99 > 80 Mpa tường Thứ tư, nếu VLCL có độ xốp cao, kích thước lỗ xốp lớn thì chất ăn mòn càng để thắm sâu vảo gach và tac dụng với gạch trên một diện tích lớn. Do đó cần chọn loại gạch có mật độ cao va ít tạp chất.
Nhìn chung, sự phá hủy VLCL thường xảy ra đồng thời với nhiều yếu tố tác động, do đó can nghiên cứu các sản phẩm chịu lửa trong điều kiện sử dụng thực tế. Một số loại VLCL có thé sử dụng trong xây dựng lò phản ứng clo hóa ở nhiệt độ cao 1. Corun điện nóng chảy Là nguyên liệu dé làm vật liệu mài, gềm 2 loại: - _ Loại trắng: Al2O; > 98%, sản xuất bằng cách nấu chảy nhôm kỹ thuật trong lò điện. - _ Loại thường: sản xuất bằng cách nấu chảy boxit.
AlO; = 91-97% tùy theo lượng hợp chat trong boxit, đặc biệt là FeO› và SiO» NỊ 7/1 G YEN VO THI HOAN T Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh Thành phan khoáng chủ yếu là œ-AlzO› và một ít 8-AlsO› do boxit có nhiều tạp chất. Lurgng tạp chất càng nhiều lượng [)-Al:O› càng nhiễu. Corun điện nóng chảy loại trắng dùng dé sản xuất loại gốm corun đặc biệt. Loại trắng kích thước lớn dùng đẻ sản xuất các chỉ tiết chịu lửa trong lò cao nhiệt.
Corun điện nóng chảy loại thường không dùng trong sản xuất để gốm tinh vi, vì chứa nhiều oxit gây màu. Chỉ có thể dùng để sản xuất các chỉ tiết kém quan trọng làm việc ở nhiệt độ ~ 1600 °C. Mullit và Mullit Corun Từ nhôm kỳ thuật cỏ thé san xuất ra sản phẩm mullit (70-75% AlOs), mullit corun (78-95% Al2Os) và corun (>95% Al20s). Kỹ thuật san xuất mullit và mullit corun tương tự như kỹ thuật sản xuất sản phẩm nhiều samot: Dùng samot mullit corun kết khối rất đặc với 15-20% đất sét đẻo kết đỉnh.
Trong đó, samot mullit corun được sản xuất bằng phương pháp huyền phù: nghiền ướt nhôm kỹ thuật với dat sét thành huyền phù qua máy ép để lọc để thành một khối thể dẻo, đóng viên, sấy, nung. Nhiệt độ kết khối phụ thuộc vào mức độ nghiền của nhỏm kỹ thuật, mức độ hỗn hợp của nhôm kỹ thuật va đất sét, bản chat của đất sét, tí lệ giữa nhôm kỹ thuật và đất sét, mật độ của viên thô. Corun VLCL mullit chứa một lượng pha thuỷ tỉnh nhất định nên khi chịu tác dụng của thuỷ tinh nóng cháy bên ngoài dé bị hoà tan giảm độ bền, đo đó, có thé hạn chế pha thuỷ tinh, tăng AlO› lên để được corun. Sản phẩm corun yêu cầu độ tinh khiết cao, do đó quá trình gia công phức tạp, cân thận, phải dùng những thiết bị đặc biệt, một phần cũng do bản chat của corun.
Khó khăn nhất là khá năng kết khối của corun rat kém mặc dù đã trộn lẫn với đất sét. Nguyên nhân chủ yếu là do cau trúc của nhôm kỹ thuật. Nhôm kỹ thuật này thu được khi nung hydrat nhôm nhân tạo ở 1000-1200°C. Vi a-AlO; rat tro, khả năng phan ứng kém nên qua trình kết khối nhôm kỹ thuật do tái kết tinh corun cũng như quá trinh tạo mullit do AlzO› tác dụng với SiO; rất kém.
XỊ J/| (2 1/111/2/1\XÓG YES is Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Th.S Nguyễn Thị Trúc Linh Ứng dụng : - Cỏ độ cứng lớn nên làm vật liệu mai rat tốt. - Làm chén nung, chén nau thuỷ tinh. - Lam dao tiện đối với kim loại cửng. - Có tính chất điện mỏi rit cao nên được sử dụng rộng rii trong công nghiệp điện và vô tuyển điện.
Cacborun Cacborun tỉnh khiết có hai dang thủ hình B-SiC kết tỉnh hệ lập phương và a- SiC kết tinh hệ lục phương. Khi nhiệt độ đến 1500°C, B-SiC được tạo ra và sự chuyển hóa từ B-SiC sang a-SiC có thé bắt đầu ở 2100°C và nhanh ở gần 2400°C. Ở áp suất thường, SiC bắt đầu phân hủy thành Si và graphit ở khoảng 2050°C. SiC tinh khiết không có mau va trong suốt.
đo có tạp chất nên mau của SiC sẽ có từ xanh nhạt đến xanh đậm, xanh hung rồi đến đen. SiC có độ dẫn điện cao, nhiệt độ tăng độ dẫn điện lại tăng lên. Độ dẫn nhiệt của SiC cũng cao song lại giảm dẫn khi tăng nhiệt độ. SiC không bị phân hủy bởi đa số axit vô cơ trong đó có H;§O¿ và HF nhưng lại bị HyPOs 1,75g/em? phá hủy ở 215°C.
Cacborun bên vững với H› ở nhiệt độ rit cao nhưng dé bị phân hủy bởi F›. Trong dòng khí No, cacborun bị phân hiy dé dang ở 1400°C dé thành C va SisNs. Khi tiếp xúc với kim loại hay oxit của Fe, Mn, Al.cacborun đều bị phân hủy trên 1200°C để tạo ra ferro silic, mangan silic và nhôm cacbua. Cacborun thường chứa 0,1-5% tạp chất.
Trong công nghiệp thường có hai loại xanh và đen, thành phần điển hình của chúng được trình bảy trong bảng 1. Tuy nhiên thành phan thực tẻ còn phụ thuộc vao nơi sản xuất chúng.