Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo Thiết kế máy sản xuất gạch chịu lửa loại sản phẩm samốt caoalumin, công suất 60.000 tấn / năm
Thuyết minh đồ án tốt nghiệp Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất gạch chịu lửa loại sản phẩm samốt caoalumin, công suất 60.000 /năm (Trong gạch tiêu chuẩn chiếm 80%, gạch dị hình chiếm 20% loại nêm nghiêng ) Đồ án tốt nghiệp gvhd: TS Vũ Minh Đức Lời mở đầu SVTH: Nguyễn Trọng Vĩnh Trang Đồ án tốt nghiệp gvhd: TS Vũ Minh Đức A - phần khái quát chung Công nghiệp vật liệu chịu lửa công nghiệp sản xuất sản phẩm làm việc nhiệt độ cao, song song với công nghiệp khác công nghiệp vật liệu chịu lửa không ngừng phát triển Vật liệu chịu lửa hậu phơng thiếu đợc công nghiệp luyện kim, công nghiệp lợng, công nghiệp hiệp hoá học, công nghiệp xi măng số ngành công nghiệp khác Do đóng vai trò đặc biệt quan trọng công nghiệp nên công nghiệp vật liệu chịu lửa có lịch sử phát triển lâu dài gắn liền với phát triển khoa học kỹ thuật công nghiệp giới Tại châu Âu, khoảng cuối kỷ thứ XIV vật liệu chịu lửa samốt đóng thành viên từ đất sét chịu lửa bắt đầu đợc sản xuất nhng năm 1856 xây dựng nhà máy vật liệu chịu lửa samốt Nga Năm 1822 Anh có nhà máy vật liệu chịu lửa dinat sau Nga vào năm 1880 Vật liệu chịu lửa Dôlômit đợc sản xuất Anh năm 1878 Công nghiêp vật liệu chịu lửa nớc phát triển không nhau, số lợng mức độ nớc hay nớc khác tuỳ mức độ phát triển công nghiệp nớc Hiện giới có khoảng 2000 công ty sản xuất vật liệu chịu lửa với tổng công suất thiết kế khoảng 40 triệu tấn/năm Mức độ tiêu thụ ngành thép lớn chiếm khoảng 70% tổng sản phẩm vật liệu chịu lửa Tiếp theo ngành xi măng chiếm 7%, hoá chất dầu mỏ chiếm khoảng 4% kim loại màu chiếm khoảng 3%, ngành khác 6% Về tiêu thụ vật liệu chịu lửa trªn thÕ giíi theo khu vùc nh sau: NhiỊu nhÊt khu vực Châu á- Thái bình dơng chiếm 40%, Đông Âu Liên Xô cũ chiếm 23%, tây Âu chiếm 15%,các nớc NAFTA (Mỹ, Canađa, Mêxico) chiếm 14%, nớc Mỹ latinh chiếm 4%, châu Phi Trung đông chiếm 4% SVTH: Nguyễn Trọng Vĩnh Trang Đồ án tốt nghiệp gvhd: TS Vũ Minh Đức (TS Lê Văn Thanh: sản xuất vật liệu chịu lửa- sản phẩm thị trờng Tạp chí Xây dựng /2001) Viêt Nam việc sử dụng vật liệu chịu lửa đà có từ lâu nhng đất nớc bị chiến tranh, công nghiệp chậm phát triển nên sau miền bắc giải phóng nhà máy gạch chịu lửa đợc xây dựng Cầu Đuống năm 1959 Từ nguyên liệu nớc trình độ khoa học kỹ thuật, quản lý đầu hạn chế nên chất lợng sản phẩm cha đáp ứng đợc nhu cầu ngành thép, xi măng, thuỷ tinh Đến năm 1997 nớc ta có ba nhà máy sản xuất vật liệu chịu lửa sản phẩm chủ yếu gạch chịu lửa samốt có hàm lợng Al2O3 45% Samốt caoalumin đợc sản xuất từ đất sét, cao lanh chịu lửa nguyên liệu nhân tạo Phối liệu bao gồm: Chất kết dính đất sét hay cao lanh chịu lửa; chất làm gầy: samốt đất sét hay cao lanh nguyên liệu nhân tạo đà nung đến kết khối Sản phẩm đợc sử dụng chủ yếu lò ximăng, lò luyện thép, thủy tinh, I.2 Phân loại sản phẩm I.2.1 Phân loại theo hàm lợng nhôm sản phẩm Tuỳ theo hàm lợng Al2O3+ TiO2 có sản phẩm ngời ta phân làm ba loại sau: Loại A : Từ 45 ữ 60 % (Al2O3+ TiO2) Loại B : Từ 60 ữ 75 % (Al2O3+ TiO2) Loại C : Từ >75 % (Al2O3+ TiO2) (Nguyễn Đăng Hùng: Kỹ thuật sản xuất vật liệu chịu lửa tập trang 196 Nhà xuất giáo dục 1966) Hàm lợng Al2O3 không dấu hiệu để chia loại sản phẩm mà định tính chất sản phẩm để lựa chọn nguyên vật liệu, kỹ thuật sản xuất thích hợp SVTH: Nguyễn Trọng Vĩnh Trang Đồ án tốt nghiệp gvhd: TS Vũ Minh Đức I.2.2 Phân loại theo hình dạng kích thớc sản phẩm Bao gồm loại sau: + Loại tiêu chuẩn + Loại dị hình đơn giản: Các loại gạch nêm đứng, nêm nghiêng, nêm lệch, + Loại dị hình phức tạp + Loại phức tạp + Khối lớn I.2.3 Phân loại theo phơng pháp công nghệ Gồm có loại sản phẩm sau: + Sản phẩm nén dẻo + Sản phẩm nén bán khô + Sản phẩm đúc từ hồ hay chất nóng chảy II Các tính chất sản phẩm Tuỳ theo thành phần khoáng hoá sản phẩm cấu trúc mà sản phẩm có tính chất khác Các tính chất vật liệu chịu lửa samốt caoalumin xác định khả thích ứng cđa chóng ®Ĩ sư dơng ®iỊu kiƯn thĨ Khi xét đến vật liệu samốt caoalumin nói riêng vật liệu chịu lửa nói chung ngời ta phải xét đến tính chất sau II.1 Đặc trng cấu tróc vµ kÕt cÊu II.1.1 CÊu tróc vµ kÕt cÊu cđa vËt liƯu chÞu lưa samèt caoalumin SVTH: Ngun Träng Vĩnh Trang Đồ án tốt nghiệp gvhd: TS Vũ Minh Đức Cấu trúc - đặc điểm cấu tạo vật liệu Nó xác định kích thớc hạt, hình dạng, cách phân bố, hớng tiếp xúc hạt, số lợng chất lợng thành phần pha độ rỗng xốp Kết cấu - đặc điểm xếp, phân bố tơng hỗ cấu tử cấu trúc vËt liƯu CÊu tróc cđa vËt liƯu nãi chung cã ảnh hởng lớn định đến tính chất Cấu trúc vật liệu chịu lửa tổng thể có xếp xen kẽ kết hỵp lÉn cđa ba pha: Pha tinh thĨ, pha thủ tinh vµ pha khÝ Pha tinh thĨ: Bao gåm củ yếu tinh thể mulít hạt quắc cha tham gia phản ứng, phần nhỏ hạt không hoạt tính khoáng caolinnít lại dạng cristôbalít Pha thuỷ tinh: Khi nung sản phẩm gốm hình thành chất nóng chảy alumôsilicát kiềm với số lợng khác làm ảnh hởng đến trình hình thành cấu trúc sản phẩm tính chất chúng Chất nóng chảy nguội đi, đông đặc lại tạo nên pha thuỷ tinh Pha khí: Là thành phần cấu trúc thứ ba vật liệu, chiếm đầy lỗ rỗng kín thờng có vật liệu độ rỗng hiệu dụng không Nguyên nhân hình thành pha khí không khí chứa lỗ rỗng, sản phẩm dạng khí trình khử nớc (đề hyđrat), trình phân ly, trình khử cácbonát, trình khử ôxít sắt, trình ôxi hoá chất hữu lại nguyên liệu, tách khí trình nóng chảy cấu tử phối liệu trình khác Bằng cách nghiên cứu vi cấu trúc cấu tạo nó, ngời ta xác định cấu trúc vật liệu chịu lửa nói chung Nghiên cứu vi cÊu tróc cho biÕt b¶n chÊt cđa pha tinh thể, đặc trng cấu trúc qui luật kết hợp pha tinh thể với pha thủy tinh lỗ rỗng sản phẩm Việc nghiên cứu kết cấu nhằm xác định thể SVTH: Nguyễn Trọng Vĩnh Trang §å ¸n tèt nghiƯp gvhd: TS Vị Minh §øc tÝch lỗ rỗng, kích thớc, hình dạng vị trí tơng hỗ chúng sản phẩm Vì nghiên cứu tính chất vật liệu chịu lửa cần nghiên cứu cấu trúc cách toàn diện tỉ mỉ Các nhà nghiên cứu giới cho rằng: Vật liệu chịu lửa, đặc tính thành phần pha cấu trúc pha có ý nghĩa định đến tính chất sản phẩm Thành phần pha Ta nên hiểu chất ®Ỉc ®iĨm cÊu tróc cđa pha tinh thĨ, sù kÕt hợp mặt định lợng với pha thủy tinh (vô định hình) Vì vật liệu chịu lửa phải làm việc lâu dài nhiệt độ cao nên yêu cầu quan trọng thành phần pha cần khống chế lợng pha thuỷ tinh, với thành phần hoá xác định, có số lợng nhỏ Đồng thời cần phải hình thành nhiều khoáng có ích với kích thớc tinh thể định Để nghiên cứu điều chỉnh đặc điểm cấu trúc ngời ta phải sử dụng phơng pháp hoá lý đại nh phân tích nhiệt, phân tích pha cấu trúc pha nhiễu xạ Rơnghen kính hiển vi điện tử, kính hiển phân cực Phân tích tia Rơnghen cho phép xác định chất số lợng pha tinh thể sản phẩm Phân tích nhiệt phân tích pha tia Rơnghen nhiệt độ cao cho phép xác định nhiệt độ xuất pha chuyển hoá pha tinh thể trình nung chúng Tuy nhiên phơng pháp xác định đầy đủ mối quan hệ định lợng pha tinh thể pha thuỷ tinh, đặc điểm phân bố chúng Bởi pha thuỷ tinh không gây nên định hình tia Rơnghen (vì pha thuỷ tinh không tạo nên khúc xạ tia Rơnghen) Để khắc phục điểm yếu ngời ta sử dụng phơng pháp phân tích thạch học để xác định thành phần khoáng đặc điểm vi cấu trúc sản phẩm Dới kính hiển vi phân cực ngời ta xác định đợc đặc trng quang học nh phân bố thành phần khoáng, hệ số chiết suất chúng hình dạng khoáng Từ ngời ta biết dợc trình hình thành khoáng sản phẩm Việc nghiên cứu thạch học cho phép xác định cách chi tiết, tỉ mỉ trình quan trọng x¶y nung s¶n phÈm SVTH: Ngun Träng VÜnh Trang Đồ án tốt nghiệp gvhd: TS Vũ Minh Đức nh kết khối, tơng tác hoá học xảy pha, tợng biến đổi pha (các trình hoà tan,kết tinh tái kết tinh ) I.1.2 Độ xốp độ thấm khí ( thấm chất lỏng ) Sản phẩm vật liệu chịu lửa tổng thể kết hợp vật chất rắn (pha tinh thể pha thuỷ tinh) pha khí (các lỗ xốp) Thể tích lỗ xốp: kích thớc phân bố, hình dạng chúng ảnh hởng lớn đến tính chất sản phẩm chịu lửa nh : tính chất vật lý (độ đăc, khối lợng riêng, độ xốp, độ dÃn nở, độ xuyên thấm, độ hút ẩm), tính chất học (độ bền kéo, uốn, nén) Cờng độ học sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào độ xốp sản phẩm, khả bền xỉ vật liệu chịu lửa liên quan trùc tiÕp ®Õn møc ®é thÊm xØ láng nãng chảy mà mức độ thấm ớt lại phụ thuộc vào số lợng, phân bố, kích thớc, hình dạng đặc tính lỗ xốp bề mặt lòng sản phẩm Ngời ta chia loại lỗ xốp thành nhóm sau: Lỗ xốp kín: nằm lòng sản phẩm, không cho chất lỏng khí thấm qua Lỗ xốp hở: nằm bề mặt sản phẩm, chứa đầy khí chất lỏng nhng không cho chúng thấm qua sản phẩm Lỗ xốp thông (dạng kênh): hở hai đầu cho chất khí chất lỏng thấm qua cách dễ dàng Khả thấm khí (thấm chất lỏng) sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào kích thớc, số lợng, hình dạng loại lỗ xốp thông vào chênh lƯch ¸p st cđa khÝ hay chÊt láng ë hai đầu lỗ Độ xốp sản phẩm đợc đánh giá qua số tiêu đặc trng sau: SVTH: Nguyễn Trọng Vĩnh Trang 10 Đồ án tốt nghiệp gvhd: TS Vị Minh §øc (4) HƯ sè d·n në nhiƯt thĨ tích tích trung bình: = 3. Trong : Lt - Chiều dài mẫu nhiệt độ đo Lt0 Chiều dài mẫu 00C nhiệt độ phòng dL dT - Tốc độ biến thiên chiều dài theo nhiệt độ Trị số dÃn nở nhiệt khoảng từ 0Cđến nhệt độ tính theo % có thĨ tÝnh b»ng c«ng thøc : α t.100% VÝ dơ s¶n phÈm sa mèt Cao lanh cã αtb=4,5.10-6 sÏ có trị số dÃn nở nhiệt 8000C 4,5.10-6.100%=0.36% Tính dÃn nở đồng khoảng nhiệt độ riêng biệt đặc trng quan trọng Vì ngời ta dùng hệ số dÃn nở nhiệt để đặc trng cho mức độ đồng trình dÃn nở nhiệt độ riêng biệt II.3.3 Sự bay nhiệt độ cao Khi làm việc nhiệt độ cao (lớn 1600ữ18000C) tất õxít rắn có thành phần chịu lửa bị bay hơi, sản phẩm bị dần trọng lợng Đây đặc trng quan trọng liên quan đến khả làm việc củat số thiết bị nhiệt ngành kĩ thuật đại sử dụng nhiệt độ cao (lớn 20000C) Bản chất trình bay là: kích thích lợng nhiệt, biên độ tần số chuyển động dao động nguyên tử ion trở nên lớn Động chúng thắng đợc lực liên kết mạng lới tinh thể, tách chúng khỏi bề mặt vật liệu bay vào khoảng không gian xung quanh Các ion, nguyên tử hay tổ hợp chúng đợc tách bị giữ lại không gian bị ngng tụ vùng có nhiệt độ thấp ("nguội hơn") Song song với trình bay này, trình phân ly, phân huỷ vật liệu nhiệt độ cao xảy SVTH: Nguyễn Trọng Vĩnh Trang 28 Đồ án tốt nghiệp gvhd: TS Vũ Minh Đức áp suất riêng phần cấu tử pha khí có ảnh hởng mạnh đến tốc độ bay Đặc biệt trình bay ôxít, oxyt có tợng phân li nhiệt độ cao, áp suất riêng phần ôxy không gian nung có ¶nh hëng rÊt lín VÝ dơ: s¶n phÈm MgO tinh khiết bay chân không thờng 1800ữ19000C (10-4mmHg) nhng môi trờng không khí bay nhiệt độ cao (2000ữ21000C) Sự bay vật liệu không tính đến lợng pha khí đợc xác định tổn thất trọng lợng mẫu thử điều kiện đẳng nhiệt hay tăng nhiệt độ đặn môi trờng chân không, khí trơ không khí Thành phần pha vật chất bay có đặc trng phân li nhiệt độ cao, đợc xác định phơng pháp quang phổ khối lợng(khối phổ) Trị số bay đợc tính theo tổng bề mặt mẫu thử, vật liệu có độ xốp hở lớn trị số bay cao vật liệu chịu lửa bay mạnh sản phẩm manhêzi Gạch chịu lửa nhẹ sản xuất phơng pháp bọt bay sản phẩm sản xuất b»ng c¸c phơ gia ch¸y kh¸c II.4 TÝnh chÊt nhiƯt Ngoài tính chất đà giới thiệu trên, để đặc trng cho khả chống lại tác dụng nhiệt độ cao, vật liệu chịu lửa loạt tính chất nhiệt nh sau: độ chịu lủa , tính ổn định thể tích nhiệt độ cao độ bền nhiệt mức độ lÃo hoá nhiệt II.4.1 Độ chịu lửa Độ chịu lửa vật liệu khả chống lại tác dụng nhiệt độ cao mà không bị nóng chảy Theo độ chịu lửa hay nhiệt độ nóng chảy vật liệu chịu lửa nói chung cã thĨ chia lµm nhãm : SVTH: Ngun Träng Vĩnh Trang 29 Đồ án tốt nghiệp gvhd: TS Vũ Minh Đức (1) Loại dễ chảy : bị nóng chẩy nhiệt độ không cao 1300 0C Các vật liệu chủ yếu thuộc nhóm gốm thô sản xuất từ nguyên liệu từ đất sét dễ chảy (2) Loại khó chảy: nóng chảy nhiệt độ cao nhiệt 15800C (3) Sản phảm chịu lửa thờng: có độ chịu lử nằm khoảng 15800ữ20000C.loại bao gồm phần lớn 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 20000C Loại gồm hầu hết 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 nung lên nhiệt độ cao bị biến dạng mềm chảy dạng lỏng độ nhớt Khái niệm độ chịu lửa thực tế độ chịu lửa dùng nhóm nhóm lại sản phẩm thuộc nhóm thờng không xác định độ chịu lửa Độ chịu lửa thực tế số kỹ thuật đợc xác định từ thực nghiệm Nhiệt độ nóng chảy vật liệu khác với độ chịu lửa số lý học phản ánh trạng thái cân pha tinh thể rắn pha tinh thể nóng chảy Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ kết tinh chất bị nóng chảy nhiệt độ trạng thái cân trình nóng chảy kết tinh thuận nghịch Để xác định độ chịu lửa vËt liÖu (theoTCVN – 179 – 65), ngêi ta lÊy mẫu cần thử nghiền nhỏ đến lọt sàng đờng kính lỗ sàng 0,2 mm,lấy mẫu thử cách chia t Sau tạo mẫu dạng côn hình tháp cụt thẳng đứng, hai đáy hai tam giác có cạnh mm, chiều cao mm Khi làm mẫu từ vật liệu tính dẻo cho thêm lợng nhỏ hồ hữu nhng không làm ảnh hởng tới độ chịu lửa vật liệu, vật liệu có sẵn tính dẻo cần trộn với nớc lọc để tạo côn Côn đợc thử lò điện Cripton với tốc độ nâng nhiệt độ nh sau: SVTH: Nguyễn Trọng Vĩnh Trang 30 Đồ án tốt nghiệp gvhd: TS Vũ Minh Đức + Dới 1.000 C: Không qui định + Từ 1.000 ữ 1.5000C: Tăng từ 15 ữ 200/phút + Từ 1.5000C trở lên: Tăng từ ữ 60/phút Dới tác dụng nhiệt độ cao vật liệu chế tạo côn bị biến mềm giảm dần độ nhớt pha lỏng tạo thành Đến nhiệt độ xác định, tuỳ theo vật liệu thử đỉnh côn dới tác dụng khối lợng thân gục chạm vào bề mặt đế Nhiệt độ tơng ứng với thời điểm mà đỉnh côn gục sát bề mặt đế đợc gọi độ chịu lửa vật liệu hay gọi nhiệt độ nóng chảy" có điều kiện Độ nhớt vật liệu thời điểm dao động khoảng 103ữ104 poiz Để xác định nhiệt độ gục côn thí nghiệm, ngời ta không dùng nhiệt kế quang học mà sử dụng côn tiêu chuẩn đặt bên cạnh côn thí nghiệm Các côn tiêu chuẩn đà biết trớc nhiệt độ gục Trong sản xuất công nghiệp, nhiệt độ gục côn tiêu chuẩn (độ chịu lửa) đợc biểu diễn 1/10 giá trị thực Qua thí nghiệm ngời ta thấy rõ độ chịu lửa nhiệt độ nóng chảy: côn thí nghiệm bị gục khoảng độ nhớt vật liệu lớn Vì vật liệu từ ôxít tinh khiết có độ chịu lửa khác với nhiệt độ nóng chảy Khi thành phần hạt đạt yêu cầu độ chịu lửa mẫu chủ yếu phụ thuộc vào thành phần hoá chúng Vì việc xác định độ chịu lửa để so sánh đánh giá độ tinh khiết nguyên liệu sản xuất sản phẩm đó, mà để xác định giới hạn nhiệt độ sử dụng lớn chúng Độ chịu lửa bị ảnh hëng cđa nhiỊu u tè thc tÝnh chÊt cđa vËt liệu điều kiện thí nghiệm nh : thành phần hoá học, thành phần khoáng, thành phần hạt, tốc độ nâng nhiệt độ lò, hình dạng kích thớc mẫu thí nghiệm, môi trờng thí nghiệm , tăng tốc độ nâng nhiệt độ lò giai đoạn vật liệu đà mềm SVTH: Nguyễn Trọng Vĩnh Trang 31 Đồ án tốt nghiệp gvhd: TS Vũ Minh Đức nhiệt độ gục côn tăng lên Thay đổi tốc độ nâng nhiệt trớc giai đoạn kết khối sản phẩm không ảnh hởng tới kết thí nghiệm Vì ngời ta phải trì tốc độ nâng nhiệt độ từ giai đoạn bắt đầu kết khối trở (4ữ6)0/phút Độ phân tán hạt ảnh hởng đến nhiệt độ gục côn Nếu hạt hạt vật liệu lớn nhiệt độ gục côn cao kích thớc hạt lớn bề mặt tiếp xúc với pha lỏng giảm, điều kiên tạo thành điểm ơtecti đi, lợng pha lỏng tăng chậm, nhiệt độ gục côn tăng lên Môi trờng khí ảnh hởng đến nhiệt độ gục côn vật liệu chịu lửa thờng chứa sắt Khi thử môi trờng khử nhiệt độ gục côn thấp so với thử môi trờng ôxi hoá hợp chất chứa sắt (II) dễ chảy hợp chất chứa sắt (III) II.4.2 ổn định thể tích nhiệt độ nhiệt độ cao Vật liệu chịu lửa phục lâu dài nhiệt độ cao sản phẩm xảy biến đổi thành phần pha, tái kết tinh kết khối phụ Do sản phẩm bị co phụ hay nở phụ tợng dẫn tới thay đổi không thuận nghịch kích thớc dài chúng Nếu tợng co phụ vật liệu chịu lửa lớn làm nứt nẻ mạch vữa, hạ thấp mật độ, độ bền xỉ độ bền nhiệt tờng lò, gây võng, tụt vòm lò dẫn đến phá hoại chúng trớc thời gian quy định Hiện tợng dÃn nở phụ không lớn vật liệu chịu lửa lại có ảnh hởng tốt đến độ bền mạch vữa đặc biệt xây vòm lò Nó làm xít đặc mạch vữa tăng lực liên kết độ cứng vòm lò Nếu dÃn nở nhiều lại làm vòm lò nâng lên, hình dạng hình học phá vỡ phân bố ứng suất đồng vòm lò, gây sụt lò SVTH: Nguyễn Trọng Vĩnh Trang 32 Đồ án tốt nghiệp gvhd: TS Vũ Minh Đức Vì ổn ®Þnh thĨ tÝch ë nhiƯt ®é cao cïng víi ®é bền học điều kiện gắn bó cần thiết để kéo dài tuổi thọ cấu kiện chịu tải trọng nhiệt độ cao Phần lớn sản phảm chịu lửa nhiệt độ cao bị xít chặt tiếp tục kết khối, làm co sản phẩm Sự xít chặt trớc tiên tác dụng sức căng bề mặt pha lỏng gây nên tợng phân bố lại kéo gần hạt rắn sản phẩm lại với Khi trì lâu dài nhiệt độ cao, pha tinh thể chđ u tiÕp tơc kÕt tinh, tinh thĨ lín dÇn làm xít chặt sản phẩm tinh thể có mật độ cao so với nguyên liệu ban đầu Chẳng hạn sản phẩm caoalumin: tái kết tinh Al2O3 ( mật độ 3,47g/cm3) thành Al2O3 (có mật độ 4g/cm3) gây nên co phụ vật liệu Một số vật liệu chịu lửa khác lại bị nở phụ tợng tái kết tinh thành vật chất có mật độ nhỏ mật độ vật chất ban đầu điển hình đinát Khi nung đinát tiếp tục xảy chuyển hoá quắc (mật độ 2,65g/cm 3) thành Cristôbalít (có mật độ 2,3ữ2,32g/cm3) làm sản phẩm bị nở phụ Hiện tợng thờng thấy nung đisten làm nguyên liệu gầy sản xuất samốt Vật liệu chịu lửa chứa nhiều vật chất dạng thuỷ tinh nh samốt, nung nhiều sản phẩm bị nứt nẻ phồng rộp lên Nguyên nhân bọt khí tạo từ vật chất thuỷ tinh chơng nở lên thoát Vật liệu chịu lửa nhiệt độ phồng nh nằm trạng thái mềm nở chúng không gây nên phá huỷ toàn vỏ lò Sức co hay nở phụ sản phẩm trình xảy nung sản phẩm cha kết thúc Sản phẩm ổn định thể tích nung cúng lâu nhiệt độ cao thích hợp (thời gian nhiệt hợp lý) Vì vài sản phẩm (nh samốt, caoalumin ) nung ë nhiƯt ®é øng víi ®iỊu kiƯn sư dơng sau giảm sức co phụ sản phẩm Tuy nhiên nung nhiệt độ cao kết lại không tốt SVTH: Nguyễn Trọng Vĩnh Trang 33 Đồ án tốt nghiệp gvhd: TS Vũ Minh Đức sản phẩm bị thuỷ tinh hoá, biến dạng phồng rộp làm giảm độ bền nhiệt tăng phế phẩm sai lệch kích thớc hình dạng Độ co phụ sản phẩm giảm cách cho vào phụ gia dÃn nở ví dụ cho quắc vào samèt ®Ĩ bï trõ sù co phơ cđa ®Êt sÐt Khi xác định nhiệt độ biến dạng dới tải trọng cần ý: sản phẩm nung (kết khối thấp) nhiệt độ bắt đầu biến dạng thấp trình nghiêm bị co phụ Tuy nhiệt độ biến dạng 4% 40% không chịu ảnh hởng sức co phụ Để xác định sức co hay në phơ cđa s¶n phÈm ngêi ta nung s¶n phẩm nhiệt độ xác định Nhiệt độ loại sản phẩm phụ thuộc vào điều kiện sư dơng sau nµy cđa chóng Thêi gian lu ë nhiệt độ cực đại từ ữ Xác ®Þnh sù biÕn ®ỉi thĨ tÝch cđa mÉu nung đợc tính theo công thức sau : V= V1 V V0 x100 Tìm độ co dài theo công thức sau : l = V Trong : Vo vµ V1 lµ thĨ tÝch mÉu tríc vµ sau nung Khi s¶n phÈm co phơ,dïng dÊu (- ), cßn në phơ dïng dÊu ( + ) (TrÝch TCVN 201- 65 ) Độ co hay nở phụ yêu cầu không vợt (0.5 ữ 1)% II.4.3 độ bền nhiệt SVTH: Nguyễn Trọng Vĩnh Trang 34 Đồ án tèt nghiƯp gvhd: TS Vị Minh §øc TÝnh chÊt cđa vật liệu chịu lửa chống lại dao động nhiệt độ đốt nóng làm nguội mà không bị phá hoại gọi độ bền nhiệt sản phẩm Hiện tợng gây nên phá huỷ nhiệt sản phẩm xuất sản phẩm ứng suất nhiệt tạo nên trình biến dạng đàn hồi biến dạng dẻo d Đa số vật liệu chịu lửa phục vụ phải chịu đựng dao động nhiệt ®é thay ®ỉi tèc ®é nung vµ lµm ngi lò nung buồng đốt nhiên liệu, Vì độ bền nhiệt sản phẩm đặc trng quan trọng để nâng cao chất lợng phơc vơ cđa líp lãt Sù dao ®éng nhiƯt ®é gây nên vết nứt song song với bề mặt đốt nóng, đồng thời vết nứt làm tách rời phần sản phẩm khỏi nh lớp đến lớp bị đứt dẫn tới phá huỷ hoàn toàn lớp lót Sự chênh lệch nhiệt độ lớp sản phẩm đốt nóng làm nguội nguyên nhân gây nên ứng suất nhiệt Mức độ chênh lệch đợc biểu thị đại lợng građien nhiệt độ lớp song song với bề mặt đốt nóng hay làm nguội sản phẩm Đại lợng phụ thuộc trớc hết vào điều kiện đốt nóng làm nguội nh vào hệ sè dÉn nhiƯt ®é a hay hƯ sè dÉn nhiƯt Nh điều kiện đốt nóng làm nguội nh vật liệu có độ dẫn nhiƯt lín, gradien nhiƯt ®é vËt liƯu Êy sÏ nhỏ Khi đốt nóng không đều, sản phẩm xuất ứng suất trợt lớp vật liệu Đại lợng ứng suất phụ thuộc vào mức độ chênh lệch độ dÃn nở nhiệt không lớp Các lớp dÃn nở không nhiệt độ chúng không giống nhau, gần bề mặt đốt nóng vật liệu dÃn nở lớn Vì đại lợng ứng suất trợt xuất sản phẩm phụ thuộc vào gradien nhiệt độ theo chiều dày cđa nã Nh vËy mn cho øng st trỵt xt vật liệu nhỏ gradien nhiệt độ vËt liƯu cµng nhá, nghÜa lµ hƯ sè dÉn nhiệt độ a lớn hay hệ số nhiệt cµng lín vµ hƯ sè d·n në nhiƯt α cµng nhỏ SVTH: Nguyễn Trọng Vĩnh Trang 35 Đồ án tốt nghiệp gvhd: TS Vũ Minh Đức Khi làm nguội bề mặt bị co lại, vật liệu chịu ứng suất kéo Trờng hợp kẽ nứt chủ yếu bề mặt thẳng góc với mặt làm nguội (trong trờng hợp đốt nóng, kẽ nứt thờng tạo thành góc 450 với mặt đốt nóng) Khả vật vật liệu chịu lửa chống lại trợt tơng đối sản phẩm phụ thuộc vào tính chất học tính chất đàn hồi chúng Tính chất đàn hồi đợc đặc trng môđun đàn hồi E (khi kéo, nén) môđun trợt G Sản phẩm bền nhiệt tính chất đàn hồi vật liệu cao nghĩa độ kéo dài tơng đôí cực đại hay biến dạng đàn hồi trợt cục đại tơng ứng cao, tức môđun kéo E môđun trợt G nhỏ khả chống lại ứng suất trợt lớn Nếu ta kí hiệu hệ số bền nhiệt B B phụ thuộc vào yếu tố đợc biểu thị phơng trình sau: a. B= α = λ.ε λ.δ = C γ.α C.γ.α E Tuy nhiên giá trị độ bền nhiệt B cha phản ánh đầy đủ điều kiện đốt nóng làm nguội, nh cha nêu đợc ảnh hởng kích thớc, hình dạng sản phẩm lên độ bền nhiệt V× vËy hiƯn ngêi ta cã xu híng : ®Ỉc trng ®é bỊn nhiƯt theo hƯ sè gradien nhiƯt độ cho phép vật liệu chịu lửa càn xác định gradien nhiệt độ cho phép phụ thuộc yếu tố sau: (1) Sức cản nhiệt vật liệu (giá trị R)đợc đặc trng mối quan hệ tơng hỗ tính chất đàn hồi hệ số d·n në nhiƯt cđa nã: ε δ R= α = α.E (Khi lµm ngi) ν R= α SVTH: Ngun = (Khi đốt nóng) .G Trọng Vĩnh Trang 36 Đồ ¸n tèt nghiƯp gvhd: TS Vị Minh §øc (2) §iỊu kiện đốt nóng hay làm nguội (giá trị K) phụ thuộc vào dạng truyền nhiệt (hay hấp thụ nhiệt) Hệ số cấp nhiệt chung đặc trng số lợng nhiệt truyền hay hấp thụ từ đơn vị bề mặt sản phẩm đốt nóng hay làm nguội Không phải trờng hợp phụ thuộc vào hệ số dẫn nhiệt độ a hệ số dẫn nhiệt Trong điều kiện làm lạnh nhanh, ví dụ nhúng vào nớc(tôi" nớc), lúc nhiệt độ trung bình vật thể thay đổi nhỏ có bề mặt đợc làm nguội nhanh đến nhiệt độ thờng Trờng hợp hệ số a không phản ánh đợc gradien nhiệt độ Với chế độ nhiệt xác định, thay đổi phơng thức truyền nhiệt hay hấp thụ nhiệt, yếu tố điều kiện đốt nóng xác định hệ số dẫn nhiệt độ a Khi công thức chuẩn số R (sức cản nhiệt) có thêm đại lợng a (3) Hình dạng kích thớc sản phẩm (giá trị S) ảnh hởng nhiều đến độ bền nhiệt Tuy nhiên tính toán chuẩn số S vật thể đơn giản phức tạp Do việc xác định môđun kéo môđun trợt vật liệu nhiệt độ khác đặc biệt tính toán giá trị S phức tạp gây khó khăn việc sử dụng rộng rÃi điều kiện phụ thuộc nhằm đánh giá sát thực độ bền nhiệt sản phẩm Mặc dù tính chất đàn hồi vật liệu chịu lửa nhiệt độ thờng nhiệt độ cao đà đợc nghiên cứu cách hệ thống nhng cha có tài liệu đánh giá đắn mối liên hệ chặt chẽ độ bền nhiệt thực tế tính chất đàn hồi vật liệu Trong năm sau này, nghiên cứu vÊn ®Ị ®é bỊn nhiƯt, ngêi ta cho r»ng: vËn tèc lan trun c¸c vÕt nøt tÕ vi cã mét ý nghĩa xác định ngời ta phân thành hai giai đoạn: SVTH: Nguyễn Trọng Vĩnh Trang 37 Đồ án tốt nghiệp gvhd: TS Vũ Minh Đức (+ ) Giai đoạn - bắt đầu hình thành mầm vết nứt vật thể xít đặc đồng sau vết nứt đợc lan truyền với vận tốc lớn đợc quy định hệ số cản nhiệt R (+ ) Giai đoạn thứ - vận tốc lan truyền vết nứt liên quan đến đặc trng vi cấu trúc vật liệu Sự phát triển phân bố mạng vết nứt vi cấu trúc làm hạn chế vết nứt nhiệt lan truyền lớn lên, nghĩa vết nứt tế vi kỹ thuật" làm cản trở lan truyền vết nứt nhiệt" Thực tế đà chứng minh rằng, đa vào thành phần phối liệu vật liệu gầy dạng hạt, với việc tăng kích thớc hàm lợng nâng cao đợc độ bền nhiệt điều thấy rõ sản xuất sản phẩm chịu lửa băng phơng pháp bán khô Trong trình nung, phần danh giới phần phân chia hạt vật liệu gầy màng máng chÊt dÝnh kÕt khèi thêng xuÊt hiÖn øng suÊt, kết tạo thành chỗ đứt gÃy hình thành mạng vết nứt tế vi Do vùng vật liệu đợc đặc trng liên kết điểm ( tức dính kết tiếp xúc ) hình thành khả làm giảm hay triệt tiêu ứng suất cục dịch chuyển tơng hỗ phần cấu trúc riêng biệt Các vị trí đứt gÃy mạng vết nứt tế vi làm giảm dừng hẳn vết nứt nhiệt gây Để tăng cờng vết nứt tế vi xung quanh hạt vật liệu gầy, ngời ta dùng phơng pháp nhân tạo, ví dụ đa vào phối liệu phụ gia kị nớc làm tăng khả tạo thành vết nứt tế vi gianh giới phân chia hạt vật liệu gầy chất liên kết sau nung Việc hình thầnh vết nứt tế vi nhân tạo dẫn đến nâng cao độ bền nhiệt mức độ kết khối sản phẩm Ngoài khác hƯ sè d·n në nhiƯt cđa c¸c pha tinh thĨ thành phần pha thuỷ tinh sản phẩm điều kiện xác định đa đến tợng vợt ứng suất làm đứt gÃy cấu trúc trí phá huỷ hoàn toàn sản phẩm SVTH: Nguyễn Trọng Vĩnh Trang 38 Đồ án tốt nghiệp gvhd: TS Vũ Minh Đức Sự khác phơng pháp sản xuất kĩ thuật sản xuất cung gây nên khác độ bền nhiệt sản phẩm Kích thớc hình dạng sản phẩm ¶nh hëng ®Õn ®é bỊn nhiƯt KÝch thíc s¶n phÈm xác định trị số tuyệt đối trợt tơng đối, nh trị số riêng ứng suất trợt xt hiƯn s¶n phÈm Sù st hiƯn øng st cục không đồng phụ thuộc vào hình dạng sản phẩm thể rõ: sản phẩm dị hình nhiều góc cạnh, điểm uốn lợn có độ bền nhiệt độ thấp sản phẩm đơn giản tiêu chuẩn nhiệt độ khoảng 800 ữ 10000C nhiều sản phẩm có khả bị biến dạng dẻo Sự xuất ứng suất khoảng nhiệt độ đợc khắc phục tợng biến dạng dẻo sản phẩm Do ®ã sù dao ®éng nhiƯt ®é kho¶ng nhiƯt ®é biến dạng dẻo không gây nên phá huỷ sản phẩm nh vùng biến dạng đàn hồi (ở nhiệt độ thấp) Do tính chất phức tạp nh mức độ cha hoàn thiện phơng pháp tính toán độ bền nhiệt đòi hỏi phải có phơng pháp thực nghiệm trực tiếp xác định Các phơng pháp xác định độ bền nhiệt dựa sở xác định mức độ phá hoại mẫu thử hay mát cờng độ kết đốt nóng nhiệt độ hay nhiệt độ khác, nớc hay không khí Mẫu thử cần phải tiền hành hình dạng kích thớc để loai trừ ảnh hởng giá trị S phơng pháp tiêu chuẩn để xác định độ bền nhiƯt ( theo ΓOCT 7875-56 cđa Nga): ®èt nãng mét đầu mẫu thử lò điện cực cacbuasilic SiC, đến nhiệt độ 850 ữ 13000C Sau nhúng vào nớc 200C sâu 5cm để làm nguội chúng (hay để không khí ) Tiếp tục đốt nóng hay làm nguội nh vËy cho ®Õn mÉu thư xt hiƯn vÕt nứt giảm 20% khối lợng Số lần đốt nóng làm nguội nh gọi độ bền nhiệt sản phẩm SVTH: Nguyễn Trọng Vĩnh Trang 39 Đồ án tốt nghiệp gvhd: TS Vũ Minh Đức Ngoài ngời ta dùng phơng pháp khác để xác định độ bền nhiệt , nh phơng pháp panen, phơng pháp xác định độ bền nhiệt bê tông chịu nhiệt bê tông chịu lửa v.v Độ bền nhiệt nhỏ hay không đạt yêu cầu phần nguyên nhân làm sản phẩm bị ăn mòn nhanh Vì tăng nhiệt độ bền nhiệt nhiệm vụ kỹ thuật sản xuất vật liệu chịu lửa nhằm kéo dài tuổi thọ phục vụ sản phẩm II.4.4 Mức độ lÃo hoá nhiệt độ Vật liệu chịu lửa giữ lâu dài nhiệt độ cao xảy trình tái kết tinh, nh kết khối pha rắn Các sản phẩm từ ôxít tinh khiết kết khối hoàn chỉnh có độ xốp nhỏ ữ10% với kích thớc trung bình ữ30 àm, nung lại xảy trình tái kết tinh tiếp tục Hiện tợng tái kết tinh tiếp tục xảy mạnh nung lâu dài nhiệt độ nung lần đầu cao Kết kích thớc hạt tinh thể lớn tăng mạnh hạt có kích thớc trung bình lại giảm Kích thớc hạt tinh thể nh đạt đến hàng trăm micrông, đà tẩy tạp chất bề mặt Cũng trình khuyếch tán mà kích thớc tinh thể bên sản phẩm tăng lên Sự có mặt pha lỏng, độ xốp cấu trúc hạt hạn chế trình tái kết tinh Quá trình thay đổi vi cấu trúc bên sản phẩm dẫn đến làm thay đổi hàng loạt tính chất có liên quan đến tính linh động cấu trúc Hiện tợng gọi lÃo hoá vật liệu, nghĩa giảm khả chống lại biến dạng dẫn tới cờng độ tức thời nh độ bền lâu dài giảm lớn Hiện cha có tài liệu thực nghiệm miêu tả xác để xác định động học gia nhiệt vật liệu Một số tài liệu (giả thiết) cho : độ tăng đờng kính trung bình hạt DTb - àm, phụ thuộc vào nhiệt độ T, vµo thêi gian nung τ (giê) cã thĨ biĨu diƠn theo phong tr×nh : SVTH: Ngun Träng VÜnh Trang 40 §å ¸n tèt nghiƯp gvhd: TS Vị Minh §øc D = A.e-Q/RT τn Trong ®ã : A - H»ng sè đặc trng cho điều kiện thí nghiệm Q - Năng lợng hoạt hoá trình tái kết tinh, đối víi vËt liƯu gèm lÊy b»ng 70 ÷ 100 kcal/mol R – H»ng sè khÝ lÝ tëng = 1,98 cal/0C.mol = 8,31 j/0C mol T – NhiƯt ®é tut ®èi – 0K N – ChØ sè møc ®é ®èi với sản phẩm từ ôxít tinh khiết ( 1/3 ) Qui luật trình tái kết tinh gia nhiệt tơng tự trình tái kết tinh khuyếch tán kết khối sản phẩm chịu lửa thờng, số lợng tạp chất lớn, lợng pha thuỷ tinh nhiều, trình tái kết tinh xảy tơng đối yếu Điều đợc giải thích hạt tinh thể không trực tiếp tiếp xúc víi vµ sù trùc tiÕp tiÕp xóc víi vµ sù chun vËt chÊt tinh thĨ vµ pha thủ tinh bị chậm lại nhiều II.5 Độ bền hoá học Độ bền hoá học vật liệu chịu lửa đợc hiểu khả chống lại tác dụng hoà tan hay phá huỷ sản phẩm tiếp xúc với tác nhân phá hoại dạng lỏng, rắn khí Độ bền hoá học có ảnh hởng lớn đến thời hạn sử dụng gạch chịu lửa lò công nghiệp SVTH: Nguyễn Trọng Vĩnh Trang 41 Đồ án tốt nghiệp gvhd: TS Vũ Minh Đức Vật thể lỏng tác dụng với gạch chịu lửa nh xỉ nóng chảy lò luyện kim, kim loại nóng chảy, thuỷ tinh nóng chảy, tro nhiên liệu hoá lỏng ghi đốt hay lò khí hoá Vật thể rắn tác dụng với gạch chịu lửa nh bụi quặng, bụi phế liệu, bụi xỉ hay xỉ rắn, tiếp xúc với hai gạch chịu lửa với Môi trờng khí gây tác dụng phá hoại gạch chịu lửa nh khí thải lò nung, nhiên liệu dạng khí, sản phẩm hóa học nh khí CO, CO2, cácbua hyđro lò cốc hóa Các sản phẩm thấm sâu vào gạch qua lỗ xốp gây phản ứng phá hoại hay hạ thấp cờng độ chúng Kết thống kê cho thấy hàng năm khoảng 2/3 lợng gạch chịu lửa sản xuất nớc bị phá hoại độ bền hoá học thấp Cờng độ phá huỷ gạch chịu lửa xỉ phụ thuộc trớc tiên vào chất gạch chịu lửa xỉ tác dụng lên nó, nh vào nhiệt độ chế độ nung Đối với số trờng hợp trình phá huỷ hoá học sản phẩm chịu lửa coi việc hoà tan vật liệu rắn pha lỏng Động học trình hoà tan đợc miêu tả phơng trình: dC x D = (Co Cx).Q dt Trị số D tơng ứng với hệ số khuyếch tán chiều dày khuếch tán K D = S r. Trong : K - Là số Bônzơman, 1,38 10-23J.oC-1 r - Bán kính hạt khuyếch tán SVTH: NguyÔn Träng VÜnh Trang 42 ... lợng lớn sản phẩm Với đề tài: Thiết kế Nhà máy sản xuất gạch chịu lửa loại sản phẩm Samốt caoalumin công suất, 6000 tấn/ năm vào nhu cầu sử dụng loại sản phẩm ngành, em xin chọn cấu sản phẩm nh... công nghiệp Vì đợc giao nhiệm vụ: Thiết kế SVTH: Nguyễn Trọng Vĩnh Trang Đồ án tốt nghiệp gvhd: TS Vũ Minh Đức nhà máy sản xuất gạch chịu lửa loại sản phẩm samốt caoalumin, công suất 60.000 tấn/ năm. .. đợc sản xuất nhng năm 1856 xây dựng nhà máy vật liệu chịu lửa samốt Nga Năm 1822 Anh có nhà máy vật liệu chịu lửa dinat sau Nga vào năm 1880 Vật liệu chịu lửa Dôlômit đợc sản xuất Anh năm 1878 Công
