Vật liệu chịu lửa - Chương 1

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

444
lượt xem 125
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM MỞ ĐẦU VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VLCL I/Khái niệm VLCL là vật liệu dùng để xây dựng các lò công nghiệp, các ghi đốt, các thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao (10000), ở đấy chúng chịu đựng lâu dài đối với các tác dụng khác nhau về mặt cơ học và hoá lí. Chúng khác với các vật liệu xây dựng khác về những yêu cầu sau: Nhiệt độ đốt nóng trong các ghi đốt và lò công nghiệp hiện đại dao động trong khoảng 1000-1800oC. Vì vậy VLCL phải có độ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Vật liệu chịu lửa - Chương 1

CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM MỞ ĐẦU VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VLCL I/Khái niệm VLCL là vật liệu dùng để xây dựng các lò công nghiệp, các ghi đốt, các thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao (>10000), ở đấy chúng chịu đựng lâu dài đối với các tác dụng khác nhau về mặt cơ học và hoá lí. Chúng khác với các vật liệu xây dựng khác về những yêu cầu sau: Nhiệt độ đốt nóng trong các ghi đốt và lò công nghiệp hiện đại dao động trong khoảng 1000-1800oC. Vì vậy VLCL phải có độ chịu lửa, nghĩa là khả năng chống lại tác dụng của nhiệt độ cao không bị nóng chảy. Thường đa số vật liệu chịu lửa nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn 1650-17500C nhưng ở nhiệt độ thấp hơn nhiều các VLCL bắt đầu mềm và mất cường độ xây dựng. Vì thế tác dụng của nhiệt độ cao lên VLCL không phải giới hạn ở nhiệt độ nóng chảy của chúng mà chất lượng của VLCL được 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 VLCL đều giảm thể tích do hiện tượng kết khối phụ. Một số khác lại tăng thể tích như Dinat. Sự biến đổi thể tích của VLCL có thể gây nên hư hỏng và phá huỷ vỏ lò. Vì vậy VLCL phải có thể tích ổn định ở nhiệt độ dùng của chúng. Sự thay đổi nhiệt độ của lò khi đốt nóng và làm nguôị cũng như khi đốt nóng vỏ lò không đồng đều cũng gây nên nứt vở VLCL. Do vậy cần phải có độ bền nhiệt. Lớp gạch lót trong lò công nghiệp hay các ghi đốt dễ bị huỷ hoại do tác dụng hoá học với tro xỉ nhiên liệu hay với các vật liệu nấu hay nung trong đó, vì vậy một yêu cầu nữa là cần có độ bền hoá. Hiện nay vẫn chưa có loại VLCL 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 VLCL được đặc trưng bởi những tính chất nào đó của nó, trên cơ sở đó người ta xác định phạm vi sử dụng thích hợp. Ví dụ: Dinat ở nhiệt độ cao có cường độ xây dựng lớn, có thể dùng rất tốt để xây vòm lò làm việc ở nhiệt độ cao. Trong khi đó gạch manhêdi thường có độ chịu lửa cao và bền xỉ nhưng độ bền nhiệt thấp, nhiệt độ biến dạng dưói tải trọng thấp không thể dùng ở vòm lò có lực xiên ngang. II/ Phân loại: Có nhiều cách phân loại 1. Theo bản chất hoá lí của nguyên vật liệu ban đầu có thể chia VLCL làm 8 nhóm chính:
1/ Nhóm silic: Gồm 2 nhóm nhỏ là dinat và thạch anh 2/ Nhóm Alumôsilicat: Gồm 3 nhóm nhỏ: Bán axit, sămôt, cao alumin 3/ Nhóm Manhêdi: Gồm 4 nhóm nhỏ: Đôlômit, Forsterit, Spinen, manhêdi 4/ Nhóm crômit: Gồm 2 nhóm nhỏ: Crômit, crôm manhêdi 5/ Nhóm Zircôn: Gồm 2 nhóm nhỏ: Silicat Zircôn (ZrSiO4) và Zircôn (ZrO2) 6/ Nhóm cácbon: Gồm 2 nhóm nhỏ: Cốc và Grafit 7/ Nhóm Cacbua Nitrua: Gồm 2 nhóm nhỏ: Cacborun và các loại khác. 8/ Nhóm oxyt: Các oxyt tinh khiết 2. Theo độ chịu lửa: Chia làm 3 loại: Loại chịu lửa thường: Độ chịu lửa từ 1580-17700C - Loại cao lửa: Độ chịu lửa 1770-20000C - Loại rất cao lửa : độ chịu lửa >20000C - 3. Theo hình dạng và kích thước: Chia làm 4 loại: Gạch tiêu chuẩn thường: Gạch hình chữ nhật và gạch hình chêm - Gạch dị hình đơn giản - Loại phức tạp - Loại rất phức tạp và khối lớn - 4. Theo đặc tính gia công nghiệt: 3 loại Loại không nung - Loại nung - Loại đúc từ chất nóng chảy - 5. Theo phương pháp sản xuất: 3 loại Sản phẩm nén dẻo, nén bán khô hoặc nén dập từ phối liệu dạng bột - không dẻo
Sản phẩm đúc từ hồ và chất nóng chảy - Sản phẩm cưa từ quặng - 6. Theo độ xốp: 3 loại Loại kết khối : Có độ xốp nhỏ hơn 1 % - Loại đặc: Có độ xốp từ 10-30 % - Loại kết khối :Có độ xốp lớn hơn 50 % - III/ Các tính chất cơ bản 1. Độ chịu lửa: Là khả năng chống lại tác dụng của nhiệt độ cao không bị nóng chảy Độ chịu lửa là một hằng số kỹ thuật, nó khác với nhiệt độ nóng chảy của vật liệu là một hằng số lí học. Nhiệt độ nóng chảy là nhiệt độ ứng với trạng thái cân bằng giữa pha tinh thể và pha lỏng. Điểm nóng chảy cũng là nhiệt độ kết tinh của vật chất bị nóng chảy, vì ở nhiệt độ đó trạng thái cân bằng của quá trình nóng chảy và kết tinh là thuận nghịch. Để xác định độ chịu lửa của vật liệu người ta dùng côn để đo
Côn này là 1 khối chóp cụt, 2 đáy là 2 tam giác đều có cạnh là 8 mm và 2mm, cao 30mm. Vật liệu làm côn phải nghiền nhỏ lọt sàng 900 lỗ/cm2. Côn này được đặt trong lò nung. Lò nung có thể dùng lò điện, lò dùng khí hay các loại lò khác miễn là các lò này đảm bảo nhiệt độ đồng đều trong toàn thể tích. Khi tăng nhiệt độ, pha lỏng xuất hiện và tăng theo nhiệt độ, độ nhớt giảm làm khối chóp mềm và cong lại. Khi đầu côn chạm tới mặt đế thì nhiệt độ đó là nhiệt độ gục của côn hay nhiệt độ chịu lửa hay nhiệt độ nóng chảy có điều kiện của vật liệu. Trong công nghiệp thường gọi độ chịu lửa bằng 1/10 nhiệt độ chịu lửa. Ví dụ: Nhiệt độ chịu lửa của dinat là 17100C thì độ chịu lửa của nó là 171. Để xác định độ gục của côn, không thể đo trực tiếp bằng nhiệt kế quang học mà bằng cách so sánh với nhiệt độ gục của côn tiêu chuẩn. Các côn tiêu chuẩn này được sản xuất từ hỗn hợp cao lanh, oxyt nhôm, quắc. Côn nhiệt độ thấp người ta còn thêm một số chất trợ dung như trường thạch. Bảng 1: Các côn tiêu chuẩn Nhiệt độ (0C) Côn Nhiệt độ (0C) Nhiệt độ Côn Côn (0C)
8 1250 18 1500 32 1710 9 1280 19 1520 33 1730 10 1300 20 1530 34 1750 11 1320 21-25 1530 35 1770 12 1350 26 1580 36 1790 13 1380 27 1610 37 1825 14 1410 28 1630 38 1850 15 1430 29 1650 39 1870 16 1460 30 1670 40 1910 17 1480 31 1690 41 1960 Độ chịu lửa của vật liệu thí nghiệm phụ thuộc vào tính chất của vật liệu và điều kiện thí nghiệm như: Thành phần hoá, thành phần khoáng, thành phần hạt, tốc độ nâng nhiệt, hình dạng kích thước mẫu thí nghiệm, môi trường thí nghiệm... Các vật liệu có thành phần hoá và thành phần khoáng khác nhau sẽ - có nhiệt độ chịu lửa khác nhau. Bảng 2: Nhiệt độ chịu lửa của một số VLCL Độ chịu lửa (0C) Loại vật liệu Độ chịu lửa (0C) Loại vật liệu Qu ắc 1730-1750 Cao Alumin 1780-2000 Dinat 1710-1720 Manhêdi >2300 Đất sét chịu lửa 1580-1750 Crôm-manhêdi >2000 Đôlômit Cao lanh 1740-1770 >2000 Sămôt 1610-1750 Forsterit 1800-1850 (2MgO.SiO2 85%+MgO.Fe2O3 15%)
Bán Axit 1610-1710 Thành phần và cở hạt: Nếu hạt vật liệu càng lớn, nhiệt độ gục của côn càng cao. Nguyên nhân: Nếu kích thước hạt lớn, bề mặt tiếp xúc với nhau bé, điều kiện tạo thành điểm ơtecti kém đi, lượng pha lỏng tăng chậm, nhiệt độ gục côn tăng lên. Ví dụ: hỗn hợp 50% đất sét và 50% quắc có cỡ hạt 0,5mm có nhiệt độ gục là 17100C. Nếu hạt nhỏ hơn 0,06mm có nhiệt độ gục 16400C. Tuy nhiên, nếu tăng tốc nhiệt độ chậm khoảng 2-30C /phút thì cỡ hạt ít ảnh hưởng đến nhiệt độ gục côn. - Tốc độ nâng nhiệt: Thay đổi tốc độ nâng nhiệt trước giai đoạn kết nối sản phẩm thì không ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm. Tăng tốc độ nâng nhiệt ở giai đoạn vật liệu đã mềm sẽ tăng nhiệt độ gục côn. Tuy nhiên nếu cùng tăng tốc độ nâng nhiệt như nhau thì độ tăng nhiệt độ gục côn khác nhau không giống nhau. Nguyên nhân chính: ảnh hưởng tốc độ nâng nhiệt lên tốc độ phản ứng hoá học tạo thành pha lỏng ở các vật liệu khác nhau không giống nhau. Vì thế qui định: Tốc độ nâng nhiệt 4-60C/phút bắt đầu từ nhiệt độ kết khối sản phẩm. - Môi trường khí: VLCL thường chứa sắt. Sắt tồn tại dưới 2 dạng Fe2+ và Fe3+, chúng biến đổi thuận nghịch tuỳ theo môi trường. Hợp chất của Fe2+ dễ chảy hơn nên nhiệt độ gục côn thấp hơn. Qua nhiều thực nghiệm thấy rằng: VLCL chứa sắt thì nên xác định trong môi trường trung tính hay oxi hoá. 2. 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. Tính chất này được đặc trưng bởi nhiệt độ biến dạng dưói tải trọng tĩnh 2 kg/cm2, biểu thị khoảng mềm khi đó sản phẩm sẽ bị biến dạng dẻo. Tải trọng thực tế thường nhỏ hơn tải trọng kiểm tra nhiều lần. Cao nhất 0,5- 1kg/cm2. Để xác định nhiệt độ biến dạng dưói tải trọng tĩnh 2kg/cm2 theo tiêu chuẩn Liên Xô (GOST 4070-48) ngưòi ta cắt sản phẩm ra thành hình trụ có đường kính 36mm, cao 50mm. Mẫu này đặt trong lò điện và luôn chịu một tải trọng không đổi 2kg/cm2. Cạnh lò có một hệ thống cơ học ghi sự biến dạng của sản phẩm. Tốc độ nâng nhịêt: đến 8000C không qúa 100C /phút. >8000C 4-50C/phút. Quá trình xác định sẽ tìm ra 3 nhiệt độ: Nhiệt độ bắt đầu biến dạng: Ứng với độ lún của mẫu 0,3mm -
Nhiệt độ biến dạng 4%: Ứng với độ lún của mẫu 2mm - Nhiệt độ kết thúc biến dạng hay là nhiệt độ phá huỷ: Ứng với độ lún - của mẫu 40% chiều cao ban đầu Ta có bảng nhiệt độ biến biến dạng dưới tải trọng 2kg./cm2 của VLCL: Bảng 3: Nhiệt độ biến dạng dưói tải trọng 2 kg/cm2 [0C] VLCL BD 4% 40% Dinat 1650 1670 Bán Axit 1400 1430 1500 Sămôt B 1250 1320 1500 Sămôt A(Al2O3 1400 1470 1600 40%) Cao lanh (Al2O3 1450 1550 1650 42%) Mullit kết khối 1600 1660 1800 (Al2O3 70%) Côrun (Al2O3 1870 1900 99%) Manhêdi 1550 1580 (99%Mg0) Crôm-manhêdi 1450-1550 1480-1600 Forsterit 1550-1650 1650-1710 Đôlômit 1550-1610 1630-1680 1650-1690 Nhiệt độ biến dạng của VLCL chủ yếu phụ thuộc vào thành phần khoáng hoá, vào đặc tính cấu trúc, vào tỉ lệ giữa pha tinh thể và pha thuỷ tinh, vào độ nhớt của pha lỏng tạo ra khi nóng chảy pha thuỷ tinh và tinh thể dễ chảy.
Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng của VLCL đi từ các oxyt tinh khiết thường gần với nhiệt độ nóng chảy của nó, vì trong thành phần pha của sản phẩm lượng pha thuỷ tinh hầu như không có hoặc có chỉ rất ít. Khi các pha tinh thể chủ yếu bắt đầu hoá mềm và biến dạng dẻo (sắp nóng chảy) thì sản phẩm mới bắt đầu bị biến dạng. Nhưng VLCL thường chứa một lượng tạp chất nên ở nhiệt độ cao chúng tạo một lượng pha lỏng làm hạ thấp nhiệt độ biến dạng của sản phẩm so với độ chịu lửa càng lớn. Lúc này đặc tính cấu trúc phần tinh thể có giá trị lớn. Các tinh thể chủ yếu đủ lớn tạo được một khung xương vững chắc, khắc phục được ảnh hưởng có hại của pha lỏng sẽ làm tăng nhiệt độ biến dạng . Thể hiện rõ nhất ở Dinat. Dinat: có cấu trúc mạng lưói tinh thể trydimit rối loạn xen kẽ nhau chặt chẽ làm cho nhiệt độ mềm của dinat cao so với độ chịu lửa và đạt tới 1650-1670 0C. Khoảng cách giữa độ chịu lửa và độ biến dạng gần 50-70 0C mặc dù dinat ngoài SiO2 còn có 4-6% tạp chất tạo 10-15% pha lỏng. Độ nhớt của pha thuỷ tinh nóng chảy cao. Các tinh thể trong dinat là liên kết bền vững, nó hoà tan trong pha lỏng không đáng kể.Vì thế dinat chỉ bị phá huỷ khi tridimit bắt đầu nóng chảy ở 1650- 1670 0C. Ở nhiệt độ này tốc độ phá huỷ sản phẩm rất nhanh (hiệu nhiệt độ giữa bắt đầu biến dạng và kết thúc biến dạng chỉ có 10-20 0C) đường cong biến dạng gần như dốc thẳng đứng. Sản phẩm manhêdi: Chứa 91% MgO, gồm 90% tinh thể periclaz, 10% còn lại gồm MgO+ các tinh thể dễ chảy chủ yếu là silicat và pha thuỷ tinh. Tinh thể periclaz khi tái kết tinh và lớn lên có dạng hạt không phải que hay trụ nên không tạo một mạng tinh thể chặt chẽ trong sản phẩm. Các hạt tinh thể liên kết nhau bằng một lớp chất dễ chảy mỏng. Nếu lớp này mềm ra, chảy ra sẽ làm sản phẩm mềm và biến dạng. Vì vậy nhiệt độ biến dạng của manhêdi xấp xỉ 1550 0C tức chính là nhiệt độ nóng chảy chất liên kết. Khoảng cách giữa nhiệt độ biến dạng và nhiệt độ chịu lửa khoảng 700 0C. Độ nhớt pha liên kết giảm khá nhanh khi tăng nhiệt độ nên sản phẩm manhêdi có khoảng biến dạng ngắn (20-50 0C), đường cong biến dạng ở giai đoạn cuối dốc gần như thẳng đứng. Sămốt: Sản phẩm này bị biến dạng hơi khác khi tăng nhiệt độ. Sămốt chứa gần 50% mullit (A3S2) chịu lửa cao nhưng tinh thể hình kim nhỏ không tạo thành liên tinh thể bền vững. Phần còn lại là pha thuỷ tinh silic có độ nhớt cao. Vì thế khi tăng nhiệt độ khối thuỷ tinh mềm ra, độ nhớt giảm dần, pha lỏng tăng lên làm Sămốt biến dạng từ từ. Mẫu thí nghiệm không bị phá huỷ ngay mà bị phình ra theo hình tang trống. Khoảng biến dạng dài 150-200 0C. Đường cong biến dạng của một số VLCL 12. Độ bền nhiệt (bền xung nhiệt)
Sự thay đổi nhiệt độ ở các lò nung và thiết bị làm việc gián đoạn hay sự dao động nhiệt độ ở các lò và thiết bị làm việc liên tục có thể gây nứt vỡ gạch xây dựng. Tính chất của VLCL chống lại sự dao động nhiệt độ không bị phá huỷ gọi là độ bền nhiệt Nguyên nhân làm vỡ gạch vì dao động nhiệt là do khi đốt nóng và làm nguội sản phẩm sẽ có sự chênh lệch nhiệt độ dẫn đến xuất hiện ứng xuất 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 và làm nguội, vào hệ số dẫn nhiệt độ a. Hệ số dẫn nhiệt độ a đặc trưng tốc độ phân phối nhiệt độ trong vật liệu và nó phụ thuộc vào các đại lượng vật lí sau: a = m2/h  : hệ số dẫn nhiệt Kcal/mh 0C C: tỉ nhiệt Kcal/kg 0C : trọng lượng thể tích của vật liệu kg/m3 Như vậy nếu điều kiện đốt nóng và làm nguội như nhau thì vật liệu sẽ có hệ số dẫn nhiệt lớn, gradien nhiệt độ trong vật liệu càng nhỏ. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ trong sản phẩm sẽ xuất hiện ứng suất do giãn nỡ nhiệt không đều, Như vậy muốn cho sản phẩm bền vững thì sự chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp phải nhỏ, nghĩa là hệ số dẫn nhiệt lớn hệ số giãn nõ nhiệt nhỏ. Ngoài ra người ta còn thấy rằng: -Sản phẩm càng bền nhiệt nếu tính chất đàn hồi của vật liệu càng cao. - Kích thước và hình dạng sản phẩm cũng ảnh hưởng đến độ bền nhiệt. sản phẩm có hình dạng nhiều góc cạnh, nhiều điểm uốn lượn thì kém bền nhiệt hơn so với sản phẩm dạng đơn giản. - Thực tế đã chỉ ra rằng bằng cách làm tăng kích thước hạt trong phối liệu (gạch Sămốt, manhêdi, corun) sẽ làm tăng độ bền nhiệt của vật liệu. Nguyên nhân: với thành phần hạt như vậy cấu trúc của sản phẩm sẽ có những vết nứt li ti, các mối đứt gần quanh các hạt lớn làm tính linh động của các hạt tăng lên làm tăng độ bền nhiệt. - Phương pháp gia công phôi liệu và đóng khuôn sản phẩm cũng có thể thay đổi độ bền nhiệt
Phương pháp xác định độ bền nhiệt: Theo tiêu chuẩn Liên Xô (GOST 7875-56) gồm 4 bước: + Mẫu thử được chọn là viên gạch có kích thước tiêu chuẩn: 230x113x65 mm + Đốt nóng 1 đẫu mẫu trong lò điện có nhiệt độ 850 0C hay 1300 0C + Nhúng đầu đã đốt nóng vào nước lạnh 20 0C đến khi mẫu thử rạn nứt và hao hụt đến 20 % khối lượng ban đầu Số lần đốt nóng và làm nguội như vậy gọi là độ bền nhiệt của vật liệu Bảng 4: Độ bền nhiệt của vài loại VLCL Độ bền nhiệt (nung ở 850 0C) Loại VLCL Dinat 1-2 Sămốt: loại hạt nhỏ sít đặc 5-8 Loại hạt vừa 10-15 Loại hạt thô 25-100 Mahêdit 2-3 Crôm-Mahêdi 2-3 Crôm-Mahêdi bên nhiệt >30 Khi làm nguội, bề mặt co lại chịu ứng suất kéo, vết nứt vuông góc bề mặt làm nguôi. Khi đốt nóng bề mặt giãn nỡ chịu ứng suất nén, kẽ nứt xuất hiện dưới 1 góc 45 0 so với bề mặt bị đốt nóng. Ổn định thể tích ở nhiệt độ cao VLCL thường khi dùng phải chịu tác dụng lâu dài của nhiệt độ cao. Vì vậy trong sản phẩm VLCL sẽ có thể xảy ra các hiện tượng sau: Biến đổi thành phần pha - Tái kết tinh -
Kết khối phụ - Do vậy sản phẩm sẽ bị nở phụ hay co phụ và hiện tương đó làm sản phẩm biến đổi không thuận nghịch kích thước dài của chúng. Hiện tượng co phụ sẽ làm mối hàn giữa các viên gạch bị hở ra, bong vữa, làm hạ thấp mật độ, độ bền nhiệt, bền xỉ của mạch vữa. Tường và vòm lò sẽ bị lún xuống dẫn tới phá huỷ chúng. Sức co phụ quá lớn sẽ làm vòm lò võng và tụt 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 phồng lên, mất hình dạng hình học và phá huỷ sự phân phối ứng suất đồng đều ở vòm lò, có thể gây tụt vòm lò. Sự ổn định thể tích của VLCL ở nhiệt độ cao cùng với cường độ xây dựng của chúng là điều kiện cần thiết để đảm bảo sử dụng chúng trong những cấu trúc chịu tải trọng ở các lò nung và ghi đốt. Phần lớn các sản phẩm chịu lửa ở nhiệt độ cao sẽ sít chặt lại so kết khối,làm co sản phẩm. Sự sít chặt này xảy ra đầu tiên do sức căng bề mặt của pha lỏng tạo ra, gây nên hiện tượng phân phối lại và làm gần các hạt trong sản phẩm. Khi duy trì ở nhiệt độ cao lâu dài, pha tinh thể lớn dẫn và làm sít chặt sản phẩm nếu tinh thể mới này tạo ra có mật độ lớn hơn so với nguyên liệu ban đầu. Ví dụ: Sản phẩm cao alumin, hiện tượng sít đặc lại do tái kết tinh  - AL2O3 thành -AL2O3 và tinh thể corun lớn lên làm sản phẩm co phụ. Nhũng VLCL co phụ như Sămốt, Manhêdi, crôm Manhêdi.. Một số VLCL khác lại nở phụ do tái kết tinh thành vật chất có trọng lượng riêng nhỏ hơn điển hình là dinat. Trong dinat, một phần quắc chưa chuyển thành tridimit và cristoibalit khi nung, đến khi dùng nó tiếp tục chuyển hoá từ quắc (=2,65) thành các tinh thể trên (=2,3 và 2,32) làm sản phẩm nở phụ. Nguyên nhân tương tự ở bán axit, silimanit. Biện pháp khắc phục: Sự co phụ hay nở phụ của VLCL ở nhiệt độ cao đều do các quá trình tiến hành trong sản phẩm khi nung chưa hoàn thiện. Vì vậy để đảm bảo tính ổn định thể tich ở nhiệt độ cao của VLCL ta nên nung lâu ở nhiệt độ ứng với điều kiện sử dụng này. Nếu nung ở nhiệt độ quá cao sản phẩm sẻ bị thuỷ tinh hoá, biến dạng làm giảm độ bền nhiệt và tăng phế phẩm do sai kích thước và hình dạng. Sự co phụ của sản phẩm có thể hạn chế bằng cách cho thêm phụ gia giãn nở. ví dụ: Cho phụ gia quắc vào Sămốt sẽ bù trù sức co phụ của đất sét.
Khi xác đinh nhiệt độ biến dạng dứơi tải trọng lưu ý: Nếu vật liệu nung chưa đạt yêu cầu thì nhiệt độ biến dạng sẽ thấp do trong thời gian thí nghiệm sản phẩm bị co phụ, hoặc sẽ cao nếu sản phẩm nở phụ. Ở nhiệt độ biến dạng 4% và 40% thì không bị ảnh hưởng. Xác định độ co phụ hay nở phụ của VLCL người ta tiến hành nung lại ở nhiệt độ xác định, nhiệt độ này phụ thuộc điều kiện sử dụng sau này của tùng loại sản phẩm. Thời gian lưu ở nhiệt độ này 2-3 h. Sự biến đổi thể tích khi nung đựoc tính: Sự biến đổi độ dài khi nung được tính gần đúng : Trong đó V0, V1 là thể tích mẫu trước và sau khi nung Độ co phụ và nở phụ yêu cầu ≥ 0,5-1%. Nếu sản phẩm co phụ ngưòi ta dùng dấu (-) sản phẩm nở phụ dùng dấu (+) 2. Độ bền xỉ Đó là khả năng chống lại sự ăn mòn và phá huỷ bởi môi trường ở nhiệt độ cao của VLCL. Môi trường tác dụng lên VLCL gồm có 3 dạng: Lỏng, khí, rắn. Vật thể lỏng tác dụng lên VLCL như xỉ nóng chảy ở lò luyện kim, kim loại nóng chảy, thuỷ tinh lỏng, tro xỉ nhiên liệu chảy lỏng ở các ghi đốt hay lò khí hoá. Vật thể rắn tác dụng lên VLCL như các bụi quặng , bụi phối liệu, bụi xỉ hoặc xỉ rắn, hay khi tiếp xúc giữa 2 VLCL với nhau. Môi trường khí tác dụng như sản phẩm cháy, nhiên liệu khí, sản phẩm hoá học như CO trong lò cao, cacbua hydro trong lò cốc..các khí này thấm sâu vào các lỗ xốp của gạch có thể gây phản ứng phá hoại làm hạ thấp cường độ gạch. Xỉ ăn mòn phá hoại gạch chịu lửa là nguyên nhân làm h ỏng công trình hoặc phải ngừng lò để sữa chữa, do đó bằng biện pháp nào tăng được thời hạn tiếp xúc của gạch với môi trường sử dụng đều tăng tuổi thọ lò. Quá trình xỉ ăn mòn VLCL phụ thuộc vào nhiều yếu tố: - Nhiệt độ tác dụng của xỉ với gạch. Nếu nhiệt độ tăng tác dụng phá hoại tăng lên rất nhiều do độ nhớt giảm tốc độ phản ứng tăng.
- Thành phần khoáng, hoá của xỉ và gạch: Cũng như VLCL xỉ chia làm 3 loại: xỉ bazơ, xỉ axit và xỉ trung tính. Gạch axit chống xỉ axit tốt hơn xỉ bazơ, và ngược lại. Gạch trung tính chống được đồng thời cả 2 loại xỉ, Ví dụ: Xỉ luyện kim bazơ thường chứa 50-75% oxyt kiềm thổ (Cao, MgO, FeO, MnO) phá huỷ mạnh gạch dinat và alumosilicat. Phản ứng hoá học giữa AL2O3 và SiO2 với xỉ tạo thành hợp chất mới dễ chảy nhưng nó ăn mòn nhỏ đối với gạch đôlômi, manhêdi, và crôm manhêdi. Do đó việc lựa chọn gạch để xây lò phải căn cứ vào nhóm sản phẩm có thành phần khoáng hoá tương ứng. - Độ nhớt của xỉ ở nhiệt độ tác dụng phá hoại: Độ nhớt của môi trường có ảnh hưởng đến tốc độ hoà tan của gạch. Độ nhớt càng nhỏ tốc độ hoà tan càng tăng. Xỉ lỏng dễ thấm sâu vào các lỗ xốp của gạch, càng phá hoại sâu bên trong. - Cấu trúc của VLCL, kích thước lỗ xốp: Độ bền xỉ tăng lên nếu giảm độ xốp, giảm kích thước lỗ xốp. Nếu độ xốp cao, kích thước lỗ xốp lớn càng dễ thấm sâu vào gạch và tác dụng với gạch trên một diện tích lớn, nên cần chọn loại gạch có mật độ cao và ít tạp chất. - Thành phần môi trường khí: Môi trường khí ảnh hưởng đến mức độ phá hoại gạch CL. Ví dụ: Sắt 3 trong môi trường khử biến thành sắt 2 là loại ăn mòn mạnh hơn so với sắt 3. Cũng có trường hợp chúng phá hoại trực tiếp gạch như khí CO ở nhiệt độ thấp phá huỷ gạch Sămốt. Nguyên nhân do phản ứng : 2CO →CO2 +C tạo thành than mồ hóng. Than này chui vào lỗ xốp của gạch và do trọng lượng thể tích của nó lớn nên gây ứng suất làm vỡ gạch. - Sự phá huỷ VLCL ở nhiệt độ cao còn do tiếp xúc giữa 2 loại gạch có bản chất hoá học khác nhau. Nguyên nhân là do phản ứng hoá học xảy ra giữa 2 loại gạch ở chỗ tiếp xúc tạo nên hợp chất dễ nóng chảy. Ví dụ: Gạch manhêdi khi tiếp xúc với Sămốt ở nhiệt độ cao tạo hợp chất cordierit (2MgO.2 AL2O3.5 SiO2) có nhiệt độ nóng chảy thấp 1425 0C vì vậy muốn tránh sự phá hoại này, khi xây lò giữa 2 loại gạch khác nhau như dinat và manhêdi phải xử dụng gạch trung tính Crôm manhêdi ỡ giữa. - Quá trình xỉ ăn mòn VLCL thường xảy ra đồng thời với nhiều yếu tố tác động, cho nên tìm 1 chỉ tiêu nào để đánh giá độ bền xỉ của VLCL rất khó khăn. Lí tưởng nhất là nghiên cứu các sản phẩm chịu lửa trong điều kiện sử dụng thực tế. - Người ta so sánh mức độ bền xỉ của nhiều loại chén từ VLCL khác nhau chịu tác dụng 1 loại xỉ nóng chảy trong nó hoặc 1 loại VLCL tác dụng bởi nhiều loại xỉ khác nhau.
- Phương pháp xác định độ bền xỉ: Dùng 1 viên gạch có khoét lỗ hình trụ, đường kính 25-50 mm , sâu 20-40 mm, thành và đáy dày >3mm. Dùng xỉ nghiền mịn (
manhêdi dãn nở đồng đều còn bán axit, dinat dãn nở không đều. Nguyên nhân: Do sự biến đổi đa hình của các tinh thể riêng biệt có trong thành phần). Đại lượng giãn nở nhiệt % trong khoảng nhiệt độ từ 0 0C đến nhiệt độ cho có thể tính từ hệ số dãn nở trung bình bằng công thức sau: a%=atb x t x 100% Ví dụ : Sămôt có a tb = 4,5 x 10 -6 tính dãn nở nhiệt ở 800 0C: 4,5 x 10 -6 x 800 x 100% = 0,36% Bảng 5: hệ số dãn nở nhiệt trung bình của 1 số VLCL ở 20-1000 0C a tb (20-1000 0C) Tên VLCL (4,5-6).10-6 Sămôt (4,5-5,5).10-6 Cao lanh (5,5-5,8).10-6 Mullit (70 % Al2O3) (7-7,5).10-6 Mullit- corun (80-90% Al2O3) (8-8,5).10-6 Corun (99% Al2O3) (14-15).10-6 Manhêdi (90-92% MgO) (9-11).10-6 Crômit (7-9).10-6 bán axit (11,5-13).10-6 Dinat 0,4.100-6 Thủy tinh quắc 7. Độ dẫn nhiệt, tỷ nhiệt, độ dân nhiệt độ, độ dẫn điện a/ Độ dẫn nhiệt:  [kcal/mh 0C]. độ dẫn nhiệt có 1 giá trị lớn khi xác định nhiệt tổn thất qua tường, vòm lò.  và  là nguyên nhân gây ứng suất trong vl. Khi nhiệt độ tăng độ dẫn nhiệt tăng. Tuy nhiên cũng có loại VLCL mà pha tinh thể chứa nhiều, tạp chất ít thì khi nhiệt độ tăng độ dẫn nhiệt giảm. Đó là gạch manhêdi, carborun, corun. Khi tăng độ xốp thì độ dẫn nhiệt giảm. Nếu tăng kích thước lỗ xốp khi các điều kiện khác như nhau thì ở nhiệt độ cao độ dẫn nhiệt tăng lên rất nhiều. b/ T ỷ nhiệt
C [kcal/kg độ] . Khi đốt nóng VLCL tức tăng nội năng của chúng phải tiêu tốn một lượng nhiệt. Lượng nhiệt để đốt nóng 1 đơn vị sản phẩm lên 1 0C gọi là tỷ nhiệt. Tỷ nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau không giống nhau. c/ Độ dẫn nhiệt độ a =  C [m2/h]  là trọng lượng thể tích. a đặc trưng cho tốc độ phân phối nhiệt hay quá trình thành lập gradien nhiệt độ trong vật. Cần giá trị a để xác định nhiệt tích lũy của vỏ lò, lượng nhiệt tổn thất ra xung quanh ỏ các lò gián đoạn. d/ Tính chất điện VLCL đặc biệt là loại chịu lửa cao, là nguyên liệu tinh khiết đựoc sử dụng khá nhiều trong các lò nung điện: Làm điện cực nhiệt độ cao, làm các chi tiết trong các thiêt bị dùng điện. Đặc trưng cho tính chất dẫn điện của VLCL là các thông số: - + Điện trở riêng:  =  [Ω cm] ( độ dẫn điện riêng [Ω- 1cm-1] + Hằng số điện môi + Độ bền điện môi Với các VLCL thông thường, chỉ quan tâm đến điện trở riêng của chúng. Ở - các sản phẩm chịu lửa đặc biệt, các đặc trưng về điện được nghiên cứu toàn diện và chi tiết hơn. Theo độ dẫn điện VL chia làm 3 loại: - + Chất điện môi có  =109Ω cm (ở 20 0C) + Chất bán dẫn có  =109- 10-2Ω cm (ở 20 0C) + Chất dẫn điện có  109Ω cm Ở 1000 0C có điện trở riêng = 104- 10 5Ω cm Ở 1300-1500 0C có điện trở riêng > 103Ω cm
Đặc biệt đối với crômit, Zircôn, carborun thì ở 1000 0C điện trở riêng chỉ còn 1-10 2 Ω cm. Chính vì vậy chúng được sử dụng làm điện cực làm việc ở nhiệt độ cao. 8. Mật độ và cường độ ở nhiệt độ thường Mật độ và cường độ của VLCL ở nhiệt độ thường cho phép ta đánh giá chất lượng chúng 1 cách gián tiếp. Hai tính chất này liên quan chặc chẽ với nhau có ảnh hưởng đến hàng loạt tính chất khác của sản phẩm. Tăng mật độ của gạch, cường độ của chúng tăng theo. Khả năng bền xỉ của VLCL liên quan trực tiếp đến độ xâm nhập của xỉ nóng chảy mà mức độ xâm nhập này phụ thuộc vào mật độ, cụ thể vào số lượng, sự phân bố và kích thước lỗ xốp trên bề mặt và trong lòng sản phẩm. Để tiện việc phân biệt và đánh giá người ta chia lỗ xốp làm 3 loại: Lỗ xốp kín: Lỗ xốp nằm trong lòng sản phẩm không có các chất lỏng và - khí thấm qua. Lỗ xốp hở: Lỗ xốp nằm trên bề mặt của sản phẩm chứa đầy chất lỏng hay - khí nhưng không cho chúng thấm qua. Lỗ xốp dạng kênh (hở cả 2 đầu) cho chất lỏng và khí thấm qua dễ dàng. - 1. lỗ xốp kín 2. Lỗ xốp hở (hở một đầu) 3. Lỗ xốp dạng kênh 3 2 1
Sự phân bố lỗ xốp trong sản phẩm cũng không đều. Các lỗ lớn thường ở giữa các hạt và vật chất liên kết, còn các lỗ nhỏ nằm ngay trong bản thân các hạt. Độ xốp của sản phẩm phụ thuộc vào thành phần phối liệu và quá trình kỹ thuật như : Chế độ trộn, nén, nung. Độ xốp của sản phẩm có thể được đánh giá thông qua các thông số đặc - trưng sau: (g/cm3): là trọng lượng của 1 đơn vị thể + Mật độ thực (trọng lượng riêng)  T tích vật liệu loại bỏ lỗ xốp. +mật độ biểu kiến (trọng lượng thể tích)  BK (g/cm3) là trọng lượng của 1 đơn vị thể tích kể cả lỗ xốp. + Độ xốp biểu kiến (độ xốp chỉ kể đến lỗ xốp hở) W BK (%) : Được xác định bằng tỉ số giữa thể tích của các lỗ xốp hở chứa đầy chất lỏng (nước) khi đun sôi so với thể tích của vật liệu. Nếu vật liệu được bảo hòa nước thì độ xốp biểu kiến được xác định bằng công thức: a1: trọng lượng mẫu khô tuyệt đối (g) a2: trọng lượng mẫu trên được bảo hòa nước (g) V : thể tích mẫu (cm3) + Độ hút nước B: tỷ lệ giữa lượng nước hấp thụ so với lượng mẫu
+ Trọng lượng thể tích: tỷ lệ giữa độ xốp biểu kiến với độ hút nước +Mức độ đặc cảu vật liệu: tỷ lệ giữa trọng lượng thể tích và trọng lượng riêng:  BK/ T + Độ xốp thực: Wt (%) là tỉ số giữa thể tích tất cả các lỗ xốp (kín và hở) và thể tích của vật liệu + Độ xốp kín : WK=WT-WBK Bảng 6: Mật độ và cường độ một số VLCL WBK (g/cm3)  BK (g/cm3) Cường độ Tên VLCL 3 nén (kg/cm ) Sămôt: loại 1,8-2 30-24 100-200 thường 2,05-2,2 22-16 300-500 Loại đặc Hơn 600 2,25-2,3 15-10 Loại rất đặc Dinat thường 1,8-1,95 22-19 250-450 Manhêdi 2,6-2,7 24-22 300-500 thường Crôm manhêdi 2,75-2,9 26-22 250-400 thường - Độ thấm khí: là khả năng cho không khí hay khói lò qua sản phẩm ở điều kiện này hay điều kiện khác. Độ thấm khí đặc trưng bằng hệ số thấm khí K qua biểu thức: V: thể tích khí đi qua mẫu tính bằng lít S: Diện tích mẫu (m2) l: chiều dày mẫu (m)
Z: thời gian (h) H1, H2: áp suất ở hai đầu mẫu (mm cột nước) Như vậy K=lit.m/m2.h.mm H20. Tức là lượng không khí hay khói lò tính bằng lit đi qua mẫu có diện tích 1 m2 có chiều dày 1m trong thời gian 1 h trong khi chên lệch áp suất ở 2 đầu lỗ là 1mm cột nước. Độ thấm khí phụ thuộc nhất vào các lỗ xuyên qua sản phẩm và chên lệch áp suất 2 đầu. Giữa độ xốp chung và độ thấm khí không có sự phụ thuộc nào cả. Ví dụ: độ thấm khí của gạch nhẹ có độ xốp 50% cũng bằng độ thấm khí của gạch Sămôt có độ xốp 25%. Gạch có vỏ cứng trên bề mặt độ thấm khí giảm đi rất nhiều. Trọng lượng riêng của VLCL thường được xác định bằng phương pháp Pyknomet (bình đo tỉ trọng).Vật liệu được nghiền nhỏ qua sàng 900 lỗ/cm2. - Cường độ cơ học: cường độ cơ học của sản phẩm phụ thuộc nhiều vào độ xốp thực và độ xốp biểu kiến. Vì vậy khi nung sản phẩm ở nhiệt độ kết khối với thời gian lưu thích hợp thì mật độ và cường độ của sản phẩm tăng lên rõ rệt còn độ xốp biểu kiến giảm xuống. Tuy nhiên nếu nhiệt độ nung vượt quá nhiệt độ kết khối thì độ xốp biểu kiến tăng lên do hiện tượng phồng rộp của pha thủy tinh. - Cường độ nén: Cường độ nén của sản phẩm ở nhiệt độ thường cũng như mật độ đặc trưng mức độ nung sản phẩm.Vì vậy cường độ của sản phẩm phụ thuộc vào thành phần sản phẩm, thành phần phối liệu, điều kiện nén, nhiệt độ nung và đôi khi còn một số nhân tố khác. Qua chỉ tiêu cường độ nén có thể đánh giá chất lượng sản phẩm nhanh và đơn giản cũng như đánh giá quá trình kỹ thuật sản xuất. - Yêu cầu cường độ nén theo LX từ 100-150 đến 300-500 kg/cm2. Đa số gạch chịu lửa, đặc biệt các loại cao, cường độ thường hơn 250 kg/cm2.Cường độ cao như vậy để đảm bảo khi vận chuyển cũng như xây lò. Thực ra cường độ chịu nén thực tế ở tường lò nung hay ghi lò không quá 1 kh/cm2, vòm là 4-5 kg/cm2, nhưng cần phải có cường độ cao để chống lại tác dụng va đập hay bào mòn và các nhân tố cơ học khác. VLCL đạt được cường độ cao như vậy là do qúa trình tái kết tinh và kết khối ở nhiệt độ cao tiến hành được hoàn thiện. + Cường độ chịu kéo uốn, xoắn: - Trong quá trình sử dụng trong gạch sẽ xuất hiện nhiều loại ứng suất khác nhau. Ví dụ: ở thành nồi nấu thuỷ tinh, do áp suất thủy tĩnh của thủy tinh nóng chảy mà có ứng suất kéo. Đáy lò cao, gạch đỡ các đệm ở buồng hồi nhiệt gián