phần mở đầu, phần nội dung, phần kết luận. Phần nội dung có 4 chƣơng: Chƣơng 1: Khái niệm và phân loại vật liệu chịu nhiệt Chƣơng 2: Tính chất của vật liệu chịu nhiệt Chƣơng 3: Ứng dụng của vật liệu chịu nhiệt Chƣơng 4: Tình hình sử dụng vật liệu chịu nhiệt ở Việt Nam và thế giới 3 PHẦN 2: NỘI DUNG CHƢƠNG 1: YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI VẬT LIỆU CHỊU NHIỆT 1. Khái niệm VLCN là vật liệu làm việc ở nhiệt độ cao, ở điều kiện khắc nghiệt mà không thay đổi tính chất hóa lý. VLCN là vật liệu dùng để xây dựng các lò công nghiệp, các ghi đốt, các thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao (>1000 ), ở đấy chúng chịu đựng lâu dài đối với các tác dụng khác nhau về mặt cơ học và hóa lý.
Chúng khác nhau với các vật liệu xây dựng khác về những yêu cầu sau: Nhiệt độ nóng trong các ghi đốt và lò công nghiệp hiện đại dao động trong khoảng 1000- 1800. Vì vậy, VLCN phải có độ chịu nhiệt nghĩa là khả. Thƣờng đa số VLCN nóng chảy ở nhiệt độ thấp hơn nhiều các VLCN bắt đầu mềm và mất cƣờng độ xây dựng. Vì thế tác dụng của nhiệt độ cao lên VLCN đƣợc 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 VLCN đều giảm thể tích do hiện tƣợng kết khối phụ. Một số khác lại tăng thể tích nhƣ đinat. Sự biến đổi thể tích của VLCN có thể gây hƣ hỏng và phá hủy lò. Vì vậy VLCN phải có thể tích ổn định ở nhiệt độ dùng của chúng.
Sự thay đổi nhiệt độ của lò khi đốt nóng và làm nguội cũng nhƣ khi đốt nóng vỏ lò không đều cũng gây nên nứt vỡ VLCN. Do vậy cần phải có độ bền nhiệt. Lớp gạch lót trong lò công nghiệp hay các ghi đốt dễ bị hủy hoại do tác động hóa học với tro xi nhiên liệu hay với các vật liệu nấu hay nung trong đó, vì vậy một yêu cầu nữa là cần có độ bền hóa. Hiện nay vẫn chƣa có loại VLCN 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 VLCN đƣợc đặc trƣng bởi những tính chất nào đó của nó, trên cơ sở ngƣời ta xác định phạm sử dụng thích hợp. Ví dụ: Đinat ở nhiệt độ cao có cƣờng độ xây dựng lớn, có thể dùng rất tốt để xây dựng vòm lò làm việc ở nhiệt độ cao và bền 4 xỉ nhƣng độ bền nhiệt thấp, nhiệt độ biến dạng dƣới tải trọng thấp không thể dùng ở vòm lò có lực xiên ngang. Yêu cầu Theo TCVN 5441: 2004 và ISO 1109: 1975 VLCN là vật liệu phi kim loại có độ chịu nhiệt trên 1000 (trƣớc kia quy định có độ chịu nhiệt trên 1580 ) đƣợc sử dụng xây các lò công nghiệp, các khí đốt, các thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao. Ở đấy chúng chịu đựng lâu dài đối với các tác dụng khác nhau về cơ học, nhiệt học và hóa lý.
Chúng khác với các vật liệu xây dựng khác về những yêu cầu đặc biệt dƣới đây. Nhiệt độ trong các buồng đốt và lò công nghiệp hiện đại dao động trong khoảng 1000- 1800. Vì vậy, vật liệu chịu cần có độ chịu nhiệt, nghĩa là khả năng chống lại tác dụng của nhiệt độ cao, không bị nóng chảy. Thƣờng đa số VLCN nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn 1650- 1750.
Ở nhiệt độ thấp hơn nhiều các vật liệu chịu nhiệt bắt đầu mềm và mất cƣờng độ xây dựng. Vì thế tác dụng của nhiệt độ cao lên các VLCN không phải giới hạn ở nhiệt nóng chảy của chúng, mà chất lƣợng của VLCN đƣợc đánh giá bằng khả năng chống lại tác dụng của tải trọng xây dựng ở nhiệt độ cao xác định. Khi chịu tác dụng lâu dài ở nhiệt độ cao, phần lớn các VLCN đều giảm thể tích do hiện tƣợng kết khối phụ. Một số loại gạch chịu nhiệt đầu tiên là đinat lại tăng thể tích.
Sự biến đổi thể tích của VLCN có thể gây hiện tƣợng hƣ hỏng và phá hủy lò. Vì vậy, VLCN cần phải có thể tích ổn định ở nhiệt độ sử dụng của chúng. Sự thay đổi nhiệt độ của lò khí nung nóng và làm nguội cũng nhƣ khi đốt nóng vỏ lò không đồng đều cũng gây nên nứt nẻ VLCN. Khả năng của VLCN chịu đựng dao động nhiệt độ không bị nứt nẻ gọi là độ bền sốc nhiệt.
Sản phẩm không có độ bền sốc nhiệt không đạt yêu cầu là một trong những nhân tố chính rút ngắn thời hạn sử dụng của lớp lót trong nhiều lò công nghiệp. Lớp gạch lót trong các lò công nghiệp hay các ghi đốt bị phá hoại nghiêm trọng do tiếp xúc và tác dụng hóa học với tro xỉ nhiên liệu hoặc các loại vật liệu nấu hay nung trong lò đó. Mức độ phân loại gạch chịu nhiệt (xỉ ăn mòn) phụ 5 thuộc vào thành phần hóa học, vào cƣờng độ xói mòn của vật liệu ăn mòn, vào nhiệt độ tác dụng cũng nhƣ thành phần hóa học, độ xốp của gạch chịu nhiệt. Trong thực tế rất hiếm gặp tác dụng riêng lẻ của một trong những nhân tố phá hoại kể trên.
Đôi khi tác dụng đồng thòi của xỉ gây nên mềm VLCN và làm mất cƣờng độ xây dung của chúng. VLCN có độ co phụ lớn khi nung nóng ở nhiệt độ cao làm hạ thấp độ bền sốc nhiệt cũng nhƣ nhiệt độ biến dạng dƣới tải trọng. Trong thời gian hiện nay vẫn chƣa có VLCN nào tổng hợp đƣợc tất cả các tính chất làm việc cần thiết để sử dụng một cách chắc chắn trong điều kiện bất kỳ. Mỗi một dạng VLCN đƣợc đặc trƣng bằng những và tính chất riêng biệt của chúng, và trên cơ sở đó ngƣời ta xác định phạm vi sử dụng nó.
Ví dụ đinat ở nhiệt độ cao có cƣờng độ xây dựng lớn có thể dùng rất tốt để xây vòm lò làm việc ở nhiệt độ cao (1700 ) nhƣ lò máctanh, tuynen. Tuy nhiên độ bền số nhiệt của nó trong khoảng xác định không thỏa mãn, độ chịu nhiệt và độ bền xỉ không cao, cho nên nó rút ngắn thời hạn sử dụng trong lò xuống rất nhiều. Trong khi đó VLCN manhêdi thƣờng, có độ chịu nhiệt và độ bền xỉ cao nhƣng độ bền xốc nhiệt thấp, ở nhiệt độ cao có cƣờng độ xây dựng nhỏ, không thể dùng làm vòm lò có lực xiên ngang lớn. Điều kiện sử dụng của VLCN rất khác nhau nên ngƣời ta cần phải sản xuất nhiều loại VLCN khác nhau.
Muốn lựa chọn gạch chịu nhiệt cho đúng, cũng nhƣ sử dụng gạch chịu nhiệt một cách hiệu quả trong phạm vi khác nhau, thì cần phải biết những tính chất quan trọng của chúng và điều kiện sử dụng cụ thể trong từng lò. Phân loại[3] Vật liệu chịu nhiệt đƣợc phân loại theo nhiều dấu hiệu khác nhau: 2. Theo bản chất hóa lí của nguyên liệu ban đầu vật liệu chịu nhiệt được chia thành 9 nhóm: Silic, alumosilicat, manhêdi, forstenit, spinen, đôlômi, cacbon, ziecon và vật liệu chịu nhiệt oxyt tinh khiết. Theo độ chịu lửa được chia làm ba loại: - Loại chịu lửa thƣờng: độ chịu lửa từ 1580- 1770 6 - Loại cao lửa: độ chịu lửa từ 1770- 2000 - Loại rất cao: độ chịu lửa trên 2000 2.
Theo hình dạng và kích thước: Gồm các loại: - Loại thƣờng khối hình hộp, - Gạch di hình, - Loại khối lớn, -. Theo phương pháp tạo hình gồm: - Sản phẩm nén dẻo, - Nén bán khô, - Sản phẩm đúc từ hồ - Chất nóng chảy. Theo đặc tính gia công nhiệt: - Sản phẩm chịu nhiệt loại nung - Sản phẩm chịu nhiệt loại không nung 2. Theo đặc tính xốp chia sản phẩm ra - Loại đặc, - Loại thƣờng - Loại nhẹ.
Để lựa chọn và sử dụng gạch chịu nhiệt một cách đúng đắn và có hiệu quả cần phải biết những tính chất quan trọng của vật liệu chịu nhiệt và điều kiện sử dụng chúng. 7 CHƢƠNG 2: TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU CHỊU NHIỆT 2. Các tính chất cơ bản 2. Tính chất vật lý của vật liệu chịu nhiệt: 2.
Đặc tính cấu trúc của vật liệu chịu nhiệt: Đặc tính cấu trúc của sản phẩm chịu nhiệt có ảnh hƣởng quyết định đến mọi tính chất của nó. Xét về mặt cấu trúc, vật liệu chịu nhiệt là một tổng thể có kết hợp và sắp xếp xen kẽ lẫn nhau của ba pha: tinh thể, thủy tinh (vô định hình) và khí (lỗ xốp). Bản chất hóa lý và số lƣợng trong mỗi pha hoàn toàn khác nhau. Để nghiên cứu đặc tính cấu trúc của vật liệu chịu nhiệt ngƣời ta dùng các phƣơng pháp hóa lý hiện đại nhƣ phân tích nhiệt, phân tích pha và cấu trúc nhiễu xạ rơngen, bằng kính hiển vi phân cực, kính hiển vi điện tử và phƣơng pháp phân tích thạch học.
Mật độ và cường độ ở nhiệt độ thường: 2. Độ xốp Để tiện phân biệt và đánh giá độ xốp trong sản phẩm ngƣời ta chia các loại lỗ xốp ra 3 nhóm sau (hình 1-1). - 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 chất lỏng hay khí nhƣng không cho chúng thấm qua sản phẩm. - Lỗ xốp dạng kênh, là loại hở hai đầu cho chất lỏng và khí thấm qua sản phẩm dễ dàng.
Các dạng lỗ xốp trong sản phẩm chịu nhiệt 8 (1) Lỗ xốp kín (2) Lỗ xốp hở (3) Lỗ xốp dạng kênh. Khả năng thấm khí (hay lỏng) của sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào kích thƣớc và số lƣợng của dạng lỗ xốp dạng kênh và chênh lệch áp suất của khí (hay lỏng) ở hai đầu lỗ. Độ xốp đƣợc đánh giá bằng một thông số đặc trƣng sau đây: - Mật độ thực (khối lƣợng riêng ) g/cm3, là khối lƣợng của 1cm3 vật liệu không có lỗ xốp. - Mật độ biểu kiến (khối lƣợng riêng biểu kiến ) g/cm3, là khối lƣợng của 1cm3 vật liệu kể cả lỗ xốp.
- Độ xốp thực Wt, % là tỉ số của thể tích các lỗ xốp (cả lỗ hở và lỗ kín) với thể tích vật liệu. - Độ xốp hở hay biểu kiến Wbk, % là tỉ số thể tích của các lỗ hở chứa đầy nƣớc khi đun sôi với thể tích của vật liệu - Độ xốp kín Wk, % là hiệu số giữa độ xốp thực và độ xốp biểu kiến: Wk = Wt - Wbk Nếu vật liệu bão hòa nƣớc thì độ xốp biểu kiến đƣợc xác định bằng công thức: Wbk = .