Đề tài Thiết kế nhà máy sản xuất gạch chịu lửa loại sản phẩm samốt caoalumin, công suất 60.000 tấn /năm

cô thÓ cña lß c«ng nghiÖp §Ó x¸c ®Þnh nhiÖt ®é biÕn d¹ng d­íi t¶i träng ng­êi ta c¾t mÉu tõ vËt liÖu cÇn thö thµnh h×nh trô ®­êng kÝnh 36 mm, chiÒu cao 50 mm. MÉu nµy ®­îc ®Æt trong lß Cript«n vµ lu«n chÞu t¶i träng kh«ng ®æi 2 KG/cm2. C¹nh lß cã hÖ thèng c¬ häc tù ghi biÕn d¹ng cña mÉu theo nhiÖt ®é. Tèc ®é n©ng nhiÖt nh­ sau: D­íi 800 0C tèc ®é n©ng nhiÖt kh«ng qu¸ 100/phót. Trªn 800 0C, tèc ®é n©ng nhiÖt 4 ¸ 5 0/phót. Qu¸ tr×nh ®èt nãng sÏ x¸c ®Þnh ®­îc c¸c nhiÖt ®é biÕn d¹ng sau: + NhiÖt ®é b¾t ®Çu biÕn d¹ng – øng víi ®é lón cña mÉu lµ 3 mm. + NhiÖt ®é biÕn d¹ng 4% - øng víi ®é lón cña mÉu lµ 2 mm . + NhiÖt ®é kÕt thóc biÕn d¹ng hay gäi lµ nhiÖt ®é ph¸ huû mÉu biÕn d¹ng 40 % - øng víi ®é lón cña mÉu lµ 20 mm. Ph­¬ng ph¸p nµy cßn mang tÝnh chÊt ®Þnh tÝnh vµ ®é chÝnh x¸c kh«ng cao, bëi v×: ViÖc ®o møc ®é biÕn d¹ng cña mÉu trong ®iÒu kiÖn t¨ng nhiÖt ®é liªn tôc lµm mÉu kh«ng ®­îc ®èt nãng ®ång ®Òu theo toµn bé chiÒu dÇy cña nã. V× vËy nhiÖt ®é trung b×nh cña mÉu bao giê còng thÊp h¬n nhiÖt ®é cña kh«ng gian lß. MÆt kh¸c trong qu¸ tr×nh n©ng nhiÖt ®é, trong s¶n phÈm mÉu cã thÓ sÏ biÕn ®æi cÊu tróc, x¶y ra co phô...Lµm gi¶m chiÒu cao cña mÉu hay t¨ng thÓ tÝch lµm t¨ng chiÒu cao cña mÉu ( Nh­ khi thö ®in¸t), trong khi ®ã hÖ thèng thiÕt bÞ chØ ®o ®­îc sù biÕn d¹ng kh«ng ®µn håi cña mÉu. Do ®ã kÕt qu¶ ®o kh«ng ph¶n ¸nh chÝnh x¸c møc ®é biÕn d¹ng cña vËt liÖu nung. Ngoµi ph­¬ng ph¸p nµy kh«ng thÓ ®¸nh gi¸ ®­îc vËn tèc biÕn d¹ng cña s¶n phÈm ë nhiÖt ®é nµy hay kh¸c hay biÓu diÔn kÕt qu¶ thö tÝnh chÊt nµy thµnh mét c«ng thøc th«ng qua c¸c biÕn d¹ng phøc t¹p kh¸c nh­ uèn, kÐo, xo¾n... Tuy vËy hiÖn nay nã vÉn lµ ph­¬ng ph¸p phæ biÕn nhÊt. ë n­íc ta cã TCVN 202 – 66 nhãm H ®¸nh gi¸ chØ tiªu nµy. NhiÖt ®é biÕn d¹ng cña vËt liÖu chÞu löa chñ yÕu phô thuéc vµo thµnh phÇn kho¸ng ho¸, nghÜa lµ sù cã mÆt cña pha tinh thÓ nµy hay kh¸c, vµo ®Æc tÝnh cÊu tróc còng nh­ tû lÖ gi÷a l­îng pha tinh thÓ vµ pha thuû tinh ( V« ®Þnh h×nh), vµo ®é nhít cña pha láng t¹o ra khi nãng ch¶y pha thuû tinh vµ pha tinh thÓ dÔ ch¶y. Thµnh phÇn h¹t, cÊu tróc cña s¶n phÈm còng cã gi¸ trÞ lín. S¶n phÈm ®Æc ch¾c bao giê còng cã nhiÖt ®é b¾t ®Çu biÕn d¹ng cao h¬n. Nh­ng cÇn chó ý r»ng: CÊu tróc cña s¶n phÈm kh«ng cã ¶nh h­ëng g× ®Õn nhiÖt ®é kÕt thóc biÕn d¹ng. NhiÖt ®é biÕn d¹ng cña s¶n phÈm chÞu löa ®i tõ c¸c «xÝt tinh khiÕt th­êng gÇn nhiÖt ®é nãng ch¶y cña nã bëi v× trong thµnh phÇn pha cña s¶n phÈm, l­îng pha thuû tinh hÇu nh­ kh«ng cã hoÆc chØ tån t¹i rÊt Ýt. Khi c¸c pha tinh thÓ chñ yÕu b¾t ®Çu ho¸ mÒm vµ biÕn d¹ng dÎo ( s¾p nãng ch¶y ) th× s¶n phÈm míi b¾t ®Çu biÕn d¹ng. ë c¸c s¶n phÈm chÞu löa th«ng th­êng kh¸c ®Òu chøa mét l­îng t¹p chÊt kh¸ lín nªn ë nhiÖt ®é cao l­îng pha láng t¹o ra kh¸ nhiÒu vµ lµm gi¶m kh¸ lín nhiÖt ®é biÕn d¹ng cña s¶n phÈm. L­îng pha láng t¹o ra cµng nhiÒu, ®é nhít cña nã cµng nhá th× møc chªnh lÖch gi÷a nhiÖt ®é biÕn d¹ng vµ nhiÖt ®é chÞu löa cµng lín. Lóc nµy ®Æc tÝnh cÊu tróc cña phÇn tinh thÓ trong s¶n phÈm cã ¶nh h­ëng kh¸ lín ®Õn nhiÖt ®é biÕn d¹ng. CÊu tróc cña “bé x­¬ng” tinh thÓ cµng chÆt chÏ, v÷ng ch¾c th× nhiÖt ®é biÕn d¹ng cña s¶n phÈm cµng cao tøc lµ ¶nh h­ëng cña pha láng g©y ra cµng Ýt. C¸c s¶n phÈm samèt th× sù biÕn d¹ng cã nh÷ng ®iÓm kh¸c biÖt khi t¨ng nhiÖt ®é. S¶n phÈm nµy chøa gÇn 50% mulit (3Al2O3.2SiO2) chÞu löa cao, nh­ng kh«ng t¹o thµnh khung tinh thÓ bÒn v÷ng. PhÇn cßn l¹i lµ pha thuû tinh silic cã ®é nhít cao. Khi t¨ng nhiÖt ®é khèi thñy tinh mÒm ra, dÇn dÇn h¹ thÊp ®é nhít, lµm s¶n phÈm biÕn d¹ng tõ tõ. MÉu thÝ nghiÖp kh«ng bÞ ph¸ huû ngay mµ bÞ ph×nh theo h×nh tang trèng. Kho¶ng biÕn d¹ng cña s¶n phÈm nµy tõ 150 ¸ 200oC. Tõ tèc ®é biÕn d¹ng cña s¶n phÈm cã thÓ tÝnh ®­îc ®é nhít biÓu kiÕn cña chóng theo c«ng thøc sau: h = Trong ®ã : h - §é nhít poiz. p – Lùc t¸c dông ®in (1 kg = 981.000 ®in ). l – ChiÒu cao cña mÉu (cm). z - Thêi gian (s). Dl – BiÕn thiªn chiÒu cao cña mÉu trong thêi gian z (cm). q – TiÕt diÖn ngang ( cm 2). §Ó chÝnh x¸c h¬n ng­êi ta x¸c ®Þnh ®é nhít biÓu kiÕn ë nhiÖt ®é cè ®Þnh. §«i khi ®èi víi vËt liÖu chÞu löa ®Þnh dïng ë nhiÖt ®é cao ng­êi ta x¸c ®Þnh ®é d·o – tøc lµ biÕn d¹ng khi t¸c dông l©u dµi cña t¶i träng tÜnh 0,5 ¸ 4 KG/ cm 2 ë nhiÖt ®é cao. Ng­êi ta quy ­íc chän nhiÖt ®é lµm viÖc tíi h¹n cña vËt liÖu chÞu löa n»m gi÷a nhiÖt ®é b¾t ®Çu biÕn d¹ng vµ nhiÖt ®é biÕn d¹ng 4%. Tuy nhiªn ph¶i l­u ý ®Õn nhiÖt ®é bÒn l©u dµi cña s¶n phÈm ë nhiÖt ®é sö dông. II.2.2.3 §é d·o (tÝnh tr­ît). Khi ph¶i lµm viÖc l©u dµi ë nhiÖt ®é cao trong ®iÒu kiÖn cã t¶i träng t¸c dông, vËt liÖu chÞu löa biÕn d¹ng kh«ng thuËn nghÞch – gäi lµ ®é d·o hay tÝnh tr­ît cña vËt liÖu. Sù d·o v× nhiÖt lµ qu¸ tr×nh ho¹t tÝnh. §Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh nµy cÇn ph¶i th¾ng ®­îc møc n¨ng l­îng x¸c ®Þnh, khi ®ã sù chuyÓn vÞ c¸c nguyªn tö ®­îc x¸c lËp b»ng møc chªnh lÖch vÒ thÕ ho¸ häc ë c¸c phÇn riªng biÖt cña h¹t tinh thÓ. Møc chªnh lÖch vÒ thÕ ho¸ häc ë c¸c phÇn riªng nµy ®­îc x¸c ®Þnh tr­íc hÕt bëi sù kh¸c nhau vÒ nång ®é khuyÕt tËt cña m¹ng l­íi tinh thÓ. Nghiªn cøu s©u vÒ c¬ chÕ m« t¶ hiÖn t­îng d·o cña vËt thÓ r¾n, ng­êi ta x¸c lËp ®­îc mèi liªn hÖ tuyÕn tÝnh gi÷a sù d·o vµ khuyÕt tËt cña m¹ng l­íi tinh thÓ. HiÖn t­îng biÕn d¹ng dÎo cña vËt thÓ ®a tinh thÓ cã liªn qu©n tíi sù tr­ît c¸c tinh thÓ vµ møc ®é qu¸ tr­ît cña chóng tõ mÆt ph¶ng nµy sang mÆt ph¼ng kh¸c. C¬ chÕ biÕn d¹ng nµy thÓ hiÖn râ khi øng suÊt lín vµ nhiÖt ®é t­¬ng ®èi cao, nã ®Æc tr­ng chñ yÕu cho kim lo¹i. Khi nhiÖt ®é cao c¬ chÕ tr­ît khuyÕc t¸n trë thµnh chñ yÕu, lóc ®ã dßng c¸c nguyªn tö ®­îc chuyÓn dÞch tõ bÒ mÆt cña c¸c h¹t chÞu øng suÊt nÐn sang bÒ mÆt c¸c h¹t chÞu øng suÊt kÐo. Cuèi cïng, c¬ chÕ d·o ( tr­ît) cña vËt liÖu chÞu löa ®a tinh thÓ cã liªn quan ®Õn qu¸ tr×nh ch¶y nhít trªn bÒ mÆt cña h¹t. T¨ng kÝch th­íc cña pha tinh thÓ sÏ lµm gi¶m tæng diÖn tÝch bÒ mÆt cña c¸c h¹t, gi¶m vËn tèc tr­ît. Sù cã mÆt cña c¸c t¹p chÊt dÔ ch¶y trong vËt liÖu vµ møc ®é bao phñ bÒ mÆt c¸c h¹t cña chóng sÏ lµm t¨ng vËn tèc tr­ît cña vËt liÖu lªn nhiÒu. Ng­êi ta x¸c lËp b»ng thùc nghiÖm mèi quan hÖ phô thuéc vËn tèc tr­ît vµo kÝch th­íc h¹t: . Trong ®ã: - VËn tèc tr­ît d - §­êng kÝnh t­¬ng ®­¬ng cña h¹t vËt liÖu n - H»ng sè, cã gi¸ trÞ b»ng 2 khi cã qu¸ tr×nh khuyÕc t¸n x¶y ra ë nhiÖt ®é t­¬ng ®è cao. Khi cã hiÖn t­îng tr­ît theo bÒ mÆt cña c¸c h¹t ë nhiÖt ®é thÊp h¬n nhiÒu th× gi¸ trÞ n lÊy b»ng 1. Vai trß chñ yÕu cña qu¸ tr×nh khuyÕc t¸n trong c¬ chÕ tr­ît ë nhiÖt ®é cao cña vËt liÖu chÞu löa ®a tinh thÓ lµ x¸c lËp mèi quan hÖ tuyÕn tÝnh gi÷a vËn tèc tr­ît vµ c¸c khuyÕt tËt trong m¹ng l­íi cña c¸c pha tinh thÓ chñ yÕu cã mÆt trong s¶n phÈm. C¸c khuyÕt tËt ®è cã thÓ lµ: Sù sai lÖch tû lÖ kÕt hîp trong c¸c pha, t¹p chÊt hay c¸c khuyÕt tËt ( lç trèng, vÞ trÝ khuyÕt…) c©n b»ng vÒ nhiÖt. TrÞ sè biÕn d¹ng dÎo vµ vËn tèc biÕn d¹ng cña vËt liÖu, khi nã chÞu t¸c dông ®ång thêi cña c¶ øng suÊt vµ nhiÖt ®é, trong nhiÒu tr­êng h¬qpj lµ ®Æc tr­ng rÊt quan träng, nã ®¸nh gi¸ ®óng kh¶ n¨ng phôc vô cña vËt liÖu vÒ chÊt l­îng khi sö dông lµm cÊu kiÖn chÞu nhiÖt ®é cao. TÊt c¶ c¸c vËt liÖu gèm khi chÞu t¸c dông cña t¶i träng ë giai ®o¹n ®Çu ®Òu biÕn d¹ng ®µn håi. C¸c vËt liÖu gißn nh­ vËt liÖu gèm, s¶n phÈm chÞu löa cã trÞ sè biÕn d¹ng ®µn håi nhá khi t¨ng øng suÊt sÏ dÉn ®Õn ph¸ huû s¶n phÈm mµ kh«ng tr¶i qua giai ®o¹n biÕn d¹ng dÎo. ë nhiÖt ®é cao hiÖn t­îng l¹i x¶y ra kh¸c: VËt liÖu gèm vµ s¶n phÈm chÞu löa cã kh¶ n¨ng biÕn d¹ng dÎo. ®é d·o cña vËt liÖu gèm vµ s¶n phÈm chÞu löa th­êng ®­îc x¸c ®Þnh theo vËn tèc biÕn d¹ng trong giai ®o¹n tr­ît nµo ®ã hay theo trÞ sè biÕn d¹ng sau mét kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh. Víi s¶n phÈm chÞu löa, ®é d·o th­êng x¸c ®Þnh ë nhiÖt ®é cao ( 1500 ¸ 1800oC ) vµ øng suÊt kh«ng lín l¾m ( tõ 10 ¸ 100KGN/cm2 ). VËn tèc tr­ît cã thÓ biÓu diÔn theo ph­¬ng tr×nh sau: Trong ®ã: - VËn tèc tr­ît, mm/mm.h. S - YÕu tè cÊu tróc. Q - N¨ng l­îng ho¹t ho¸. R - H»ng sè khÝ lý t­ëng lÊy b»ng 1,98cal/oC.mol. T - NhiÖt ®é oK. s - øng suÊt. n - H»ng sè » 1 ¸ 2. II.2.2.4 §é bÒn l©u dµi. §Ó ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng bÒn cña vËt liÖu chÞu löa khi t¸c dông l©u dµi cña t¶i träng trong giai ®o¹n biÕn d¹ng dÎo mµ kh«ng bÞ ph¸ huû, ng­êi ta sö dông chØ tiªu ®Æc tr­ng lµ ®é bÒn l©u dµi cña s¶n phÈm. Thùc tÕ tÝnh chÊt nµy Ýt dïng ®èi víi c¸c vËt liÖu chÞu löa th«ng th­êng mµ chØ cã ý nghÜa thùc nghiÖm ®èi víi c¸c s¶n phÈm tõ c¸c «xit tinh khiÕt nh­: Al2O3, MgO… nã cho phÐp t×m ®­îc mèi quan hÖ phô thuéc gi÷a ®é bÒn l©u dµi t vµ vËn tèc biÕn d¹ng tr­ît ë kho¶ng nhiÖt ®é 1400 ¸ 1500oC ( khi cã øng suÊt 100¸ 500 KG/cm2 ) cña c¸c lo¹i s¶n phÈm nµy. Quan hÖ phô thuéc Êy cã thÓ biÓu diÔn theo hµm luü thõa sau: . Trong ®ã : t - §é bÒn l©u dµi. A - HÖ sè phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn thö. n – H»ng sè dao ®éng tõ 1,5 ¸ 3. Sù phô thuéc cña hµm sè x¸c ®Þnh c¸c ®é bÒn theo thêi gian vµ nhiÖt ®é øng suÊt cho phÐp ngo¹i suy ®­îc thêi gian phôc vô hîp lý cña vËt liÖu trong ®iÒu kiÖn x¸c ®Þnh. II.3 TÝnh chÊt nhiÖt lý. II.3.1 §é dÉn nhiÖt. §é dÉn nhiÖt cña vËt liÖu chÞu löa ®­îc x¸c ®Þnh b»ng l­îng nhiÖt truyÒn qua vËt liÖu khi cã sù chªnh lÖch nhiÖt ®é (gra®ien nhiÖt ®é) gi÷a c¸c mÆt cña s¶n phÈm trong c¸c vËt liÖu chÞu löa nhiÖt ®­îc truyÒn chñ yÕu do dao ®éng ®µn håi cña c¸c nguyªn tö ë nót cña m¹ng l­íi tinh thÓ. Nã kh¸c víi h×nh thøc truyÒn nhiÖt do chuyÓn ®éng cña c¸c dßng ®iÖn tö. §é dÉn nhiÖt cña vËt liÖu chÞu löa ®Æc tr­ng b»ng hÖ sè dÉn nhiÖt l cã thø nguyªn kü thuËt (Kcal/m.oC.h) hoÆc thø nguyªn vËt lý (Cal/cmoC.s) V× ®é dÉn nhiÖt ®é cã quan hÖ phô thuéc gÇn nh­ tuyÕn tÝnh vµo nhiÖt ®é trong tõng kho¶ng nhiÖt ®é, nªn hÖ sè dÉn nhiÖt th­êng ®­îc cho d­íi d¹ng trung b×nh cña mét kho¶ng nhiÖt ®é nµo ®Êy ( vÝ dô HÖ sè dÉn nhiÖt ë kho¶ng nhiÖt ®é 100 ¸ 1000oC ) ë nhiÖt ®é 1500oC ®é dÉn nhiÖt cña vËt liÖu gèm ®a tinh thÓ t¨ng rÊt Ýt do cã hiÖn t­îng thÊu quang (gièng nh­ tia s¸ng xuyªn qua vËt thÓ trong suèt) vµ sù truyÒn nhiÖt b»ng bøc x¹. NÕu trong vËt liÖu cã nh÷ng lç xèp lín (kÝch th­íc vµi mm) th× ®é dÉn nhiÖt ®é cã thÓ t¨ng do truyÒn nhiÖt ®èi l­u. ë vËt liÖu chÞu löa th­êng chøa sè l­îng lín pha thuû tinh ( v« ®Þnh h×nh) cßn cã ®Æc tr­ng dÉn nhiÖt b»ng ion. HÖ sè dÉn nhiÖt cña nã theo møc ®ä t¨ng nhiÖt ®é sÏ t¨ng ®¬n ®iÖu theo quy luËt ®­êng th¼ng. §Æc tr­ng nµy chñ yÕu th­êng thÊy ë vËt liÖu chÞu löa samèt Caoalumin. Quy luËt biÕn ®æi ®é dÉn nhiÖt vµ trÞ sè cña nã theo nhiÖt ®é cã ý nghÜa quan träng khi gi¶i quyÕt c¸ch nhiÖt trong c¸c thiÕt bÞ nhiÖt vµ lß c«ng nghiÖp, gi¶m mÊt m¸t nhiÖt ra m«i tr­êng xung quanh. §é dÉn nhiÖt cã ¶nh h­ëng trùc tiÕp tíi kh¶ n¨ng chÞu sù dao ®éng nhiÖt ®é ®ét ngét cña s¶n phÈm (§é bÒn nhiÖt cña vËt liÖu khi sö dông). Mét trong nh÷ng hÖ sè liªn quan ®Õn ®é dÉn nhiÖt lµ hÖ sè dÉn nhiÖt ®é a. HÖ sè a ®Æc tr­ng cho vËn tèc lan truyÒn nhiÖt ®é theo chiÒu dµy cña s¶n phÈm chÞu löa khi thay ®æi nhiÖt ®é ®èt nãng. HÖ sè a phô thuéc tuyÕn tÝnh vµo hÖ sè dÉn nhiÖt ®é l. (m2/g). Trong ®ã : a – HÖ sè dÉn nhiÖt ®é (m2/h). l - HÖ sè dÉn nhiÖt (Kcal/m.oC.h). C - Tû nhiÖt (Kcal/kg.oC ). g0 - Khèi l­îng thÓ tÝch(g/cm3). TØ nhiÖt C cña vËt liÖu chÞu löa ®Æc tr­ng cho l­îng nhiÖt tiªu tèn ®Ó ®èt nãng m1 kg s¶n phÈm nªn 10C vµ cã thø nguyªn ( kcal/kg.0C ). L­îng nhiÖt nµy (hay n¨ng l­îng) ®­îc tiªu tèn ®­îc cung cÊp cho chuyÓn ®éng dao ®éng cña c¸c nguyªn tö vµ ion ë ®Çu nót cña m¹ng l­íi tinh thÓ (hay n©ng cao tr¹ng th¸i n¨ng l­îng cña ®iÖn tö). TØ nhiÖt t¨ng m¹nh khi n©ng dÇn nhiÖt ®é trong kho¶ng nhiÖt ®é 00K vµ 00C ¸ 200C. ë nhiÖt ®é cao h¬n tØ nhiÖt kh«ng phô thuéc vµo ®Æc tr­ng cÊu tróc cña c¸c vËt liÖu vµ Ýt t¨ng theo møc t¨ng nhiÖt ®é, ®Æc biÖt lµ nhiÖt ®é Cao h¬n 10000C. II.3.2 Sù d·n në v× nhiÖt. Còng nh­ c¸c vËt liÖu kh¸c, s¶n phÈm chÞu löa khi ®èt nãng cã sù d·n në v× nhiÖt. HiÖn t­îng d·n në nµy cã tÝnh thuËn nghÞch, nghÜa lµ khi ®èt nãng th× në ra vµ khi lµm nguéi th× co vÒ thÓ tÝch ban ®Çu. B¶n chÊt cña hiÖn t­îng nµy lµ khi bÞ ®èt nãng kho¶ng c¸ch gi÷a c¸c nguyªn tö t¨ng lªn do biªn ®é dao ®éng cña chóng. TrÞ sè d·n në nhiÖt cña c¸c tinh thÓ riªng biÖt vµ pha thuû tinh còng kh¸c nhau, cïng phô thuéc vµo cÊu tróc cña chóng, vµo ®é bÒn cña c¸c liªn kÕt ho¸ häc. Trong c¸c vËt chÊt tinh thÓ bÊt ®¼ng h­íng, sù d·n në theo c¸c trôc ®èi xøng riªng biÖt còng kh¸c nhau. Khi t¨ng nhiÖt ®é th× sù thay ®æi nµy bÞ gi¶m dÇn. CÇn ph©n biÖt hÖ sè d·n në thÓ tÝch b vµ hÖ sè në dµi a. Víi c¸c s¶n phÈm gèm hay vËt liÖu chÞu löa ®a tinh thÓ cã thÓ coi gÇn ®óng : b »3. a. ë c¸c vËt liÖu xèp, hÖ sè d·n në th­êng kh«ng phô thuéc vµo ®é xèp. Tuy nhiªn sù h×nh thµnh vÕt nøt theo bÒ mÆt ph©n chia c¸c tinh thÓ cã thÓ lµm thay ®æi hÖ sè d·n në nhiÖt. Trong c¸c vËt liÖu gèm nhiÒu pha, hÖ sè d·n në nhiÖt chung th­êng kh«ng ph¶i lµ trung b×nh céng cña hÖ sè nhiÖt cña tõng pha. ë mét sè vËt liÖu, trong nh÷ng tr­êng hîp riªng cã suÊt hiÖn øng suÊt nhiÖt lín t¹o thµnh vÐt nøt tÕ vi trong lßng s¶n phÈm, hiÖn t­îng nµy cã thÓ lµm thay ®æi hÖ sè d·n në nhiÖt. HÖ sè d·n në nhiÖt cña vËt liÖu chÞu löa th­êng ®­îc ®Æc tr­ng b»ng c¸c chØ tiªu sau : HÖ sè d·n në nhiÖt cña vËt liÖu ®Æc tr­ng b»ng c¸c hÖ sè sau: (1) HÖ sè d·n në nhiÖt trung b×nh : atb=. (2) HÖ sè d·n në nhiÖt thùc : at =.. (3) D·n në nhiÖt phÇn tr¨m : a%= (4) HÖ sè d·n në nhiÖt thÓ tÝch tÝch trung b×nh: b = 3.a Trong ®ã : Lt - ChiÒu dµi mÉu ë nhiÖt ®é ®o Lt0 – ChiÒu dµi mÉu ë 00C hoÆc nhiÖt ®é phßng - Tèc ®é biÕn thiªn chiÒu dµi theo nhiÖt ®é TrÞ sè d·n në nhiÖt trong kho¶ng tõ 00C®Õn nhÖt ®é nµo ®Êy tÝnh theo % cã thÓ tÝnh b»ng c«ng thøc : a . t.100%. VÝ dô s¶n phÈm sa mèt Cao lanh cã atb=4,5.10-6 sÏ cã trÞ sè d·n në nhiÖt ë 8000C lµ 4,5.10-6.100%=0.36%. TÝnh d·n në ®ång ®Òu trong kho¶ng nhiÖt ®é riªng biÖt lµ mét ®Æc tr­ng quan träng. V× vËy ng­êi ta dïng hÖ sè d·n në nhiÖt ®Ó ®Æc tr­ng cho møc ®é ®ång ®Òu cña qu¸ tr×nh d·n në trong nhiÖt ®é riªng biÖt II.3.3 Sù bay h¬i ë nhiÖt ®é cao. Khi lµm viÖc ë nhiÖt ®é cao (lín h¬n 1600¸18000C) tÊt c¶ c¸c âxÝt r¾n cã trong thµnh phÇn chÞu löa ®Òu bÞ bay h¬i, s¶n phÈm bÞ mÊt dÇn träng l­îng. §©y lµ mét ®Æc tr­ng quan träng liªn quan ®Õn kh¶ n¨ng lµm viÖc cñat mét sè thiÕt bÞ nhiÖt trong c¸c ngµnh kÜ thuËt hiÖn ®¹i sö dông ë nhiÖt ®é cao (lín h¬n 20000C). B¶n chÊt cña qu¸ tr×nh bay h¬i nµy lµ: do kÝch thÝch cña n¨ng l­îng nhiÖt, biªn ®é vµ tÇn sè cña chuyÓn ®éng dao ®éng c¸c nguyªn tö hoÆc ion trë nªn kh¸ lín. §éng n¨ng cña chóng cã thÓ th¾ng ®­îc lùc liªn kÕt cña m¹ng l­íi tinh thÓ, t¸ch chóng ra khái bÒ mÆt vËt liÖu vµ bay vµo kho¶ng kh«ng gian xung quanh. C¸c ion, nguyªn tö hay c¸c tæ hîp cña chóng ®­îc t¸ch ra ®ã cã thÓ bÞ gi÷ l¹i trong kh«ng gian vµ bÞ ng­ng tô ë nh÷ng vïng cã nhiÖt ®é thÊp h¬n ("nguéi h¬n"). Song song víi qu¸ tr×nh bay h¬i nµy, th× qu¸ tr×nh ph©n ly, ph©n huû c¸c vËt liÖu ë nhiÖt ®é cao còng cã thÓ x¶y ra. ¸p suÊt h¬i riªng phÇn cña c¸c cÊu tö trong pha khÝ cã ¶nh h­ëng m¹nh ®Õn tèc ®é bay h¬i. §Æc biÖt trong qu¸ tr×nh bay h¬i c¸c «xÝt, nhÊt lµ nh÷ng oxyt cã hiÖn t­îng ph©n li ë nhiÖt ®é cao, ¸p suÊt riªng phÇn cña «xy trong kh«ng gian nung cã ¶nh h­ëng rÊt lín. VÝ dô: s¶n phÈm MgO tinh khiÕt bay h¬i trong ch©n kh«ng th­êng ë 1800¸19000C (10-4mmHg) nh­ng trong m«i tr­êng kh«ng khÝ nã bay h¬i ë nhiÖt ®é cao h¬n (2000¸21000C). Sù bay h¬i cña vËt liÖu nÕu kh«ng tÝnh ®Õn l­îng pha khÝ cã thÓ ®­îc x¸c ®Þnh b»ng tæn thÊt träng l­îng cña mÉu thö trong ®iÒu kiÖn ®¼ng nhiÖt hay t¨ng nhiÖt ®é ®Òu ®Æn ë m«i tr­êng ch©n kh«ng, khÝ tr¬ hoÆc kh«ng khÝ. Thµnh phÇn pha cña vËt chÊt bay h¬i cã ®Æc tr­ng ph©n li ë nhiÖt ®é cao, cã thÓ ®­îc x¸c ®Þnh b»ng ph­¬ng ph¸p quang phæ khèi l­îng(khèi phæ). TrÞ sè bay h¬i ®­îc tÝnh theo tæng bÒ mÆt cña mÉu thö, vËt liÖu cã ®é xèp hë cµng lín th× trÞ sè bay h¬i cµng cao. vËt liÖu chÞu löa bay h¬i m¹nh nhÊt lµ s¶n phÈm manhªzi. G¹ch chÞu löa nhÑ s¶n xuÊt b»ng ph­¬ng ph¸p bät bay h¬i Ýt h¬n s¶n phÈm s¶n xuÊt b»ng c¸c phô gia ch¸y kh¸c. II.4 TÝnh chÊt nhiÖt. Ngoµi c¸c tÝnh chÊt ®· giíi thiÖu ë trªn, ®Ó ®Æc tr­ng cho kh¶ n¨ng chèng l¹i t¸c dông cña nhiÖt ®é cao, vËt liÖu chÞu löa cßn mét lo¹t tÝnh chÊt nhiÖt nh­ sau: ®é chÞu lña , tÝnh æn ®Þnh thÓ tÝch ë nhiÖt ®é cao ®é bÒn nhiÖt vµ møc ®é l·o ho¸ v× nhiÖt . II.4.1 §é chÞu löa. §é chÞu löa cña vËt liÖu lµ kh¶ n¨ng chèng l¹i t¸c dông cña nhiÖt ®é cao mµ kh«ng bÞ nãng ch¶y. Theo ®é chÞu löa hay nhiÖt ®é nãng ch¶y vËt liÖu chÞu löa nãi chung cã thÓ chia lµm 4 nhãm : (1) Lo¹i dÔ ch¶y : bÞ nãng chÈy ë nhiÖt ®é kh«ng cao h¬n 13000C .C¸c vËt liÖu nµy chñ yÕu thuéc nhãm gèm th« s¶n xuÊt tõ nguyªn liÖu tõ ®Êt sÐt dÔ ch¶y (2) Lo¹i khã ch¶y: nãng ch¶y ë nhiÖt ®é cao h¬n ë nhiÖt 15800C. (3) S¶n ph¶m chÞu löa th­êng: cã ®é chÞu lö n»m trong kho¶ng 15800¸20000C.lo¹i nµy bao gåm phÇn lín c¸c vËt liÖu chÞu löa th«ng th­êng nh­ samèt , cao alumin,®in¸t...v v. (4) VËt liÖu chÞu löa cao: cã ®é chÞu löa hay nhiÖt ®é nãng ch¶y cao h¬n 20000C. Lo¹i nµy gåm hÇu hÕt c¸c s¶n phÈm chÞu löa ®Æc biÖt tõ «xÝt tinh khiÕt, hîp chÊt kh«ng chøa oxi, lo¹i s¶n phÈm chÞu löa kiÒm tÝnh. VËt liÖu chÞu löa nãi chung khi nung lªn nhiÖt ®é cao ®Òu bÞ biÕn d¹ng mÒm vµ ch¶y ra ë d¹ng láng ë ®é nhít nµo ®ã. Kh¸i niÖm vÒ ®é chÞu löa thùc tÕ vÒ ®é chÞu löa chØ dïng nhãm 3 vµ nhãm 4 cßn l¹i c¸c s¶n phÈm thuéc nhãm 1 vµ 2 th­êng kh«ng x¸c ®Þnh ®é chÞu löa . §é chÞu löa thùc tÕ lµ mét h»ng sè kü thuËt ®­îc x¸c ®Þnh tõ thùc nghiÖm. NhiÖt ®é nãng ch¶y cña vËt liÖu kh¸c víi ®é chÞu löa lµ mét h»ng sè lý häc ph¶n ¸nh tr¹ng th¸i c©n b»ng gi÷a pha tinh thÓ r¾n vµ pha tinh thÓ nãng ch¶y. NhiÖt ®é nãng ch¶y còng lµ nhiÖt ®é kÕt tinh cña chÊt bÞ nãng ch¶y v× ë nhiÖt ®é ®ã tr¹ng th¸i c©n b»ng cña qu¸ tr×nh nãng ch¶y vµ kÕt tinh lµ thuËn nghÞch. §Ó x¸c ®Þnh ®é chÞu löa cña vËt liÖu (theoTCVN – 179 – 65), ng­êi ta lÊy mÉu cÇn thö nghiÒn nhá ®Õn lät sµng ®­êng kÝnh lç sµng lµ 0,2 mm,lÊy mÉu thö b»ng c¸ch chia t­. Sau ®ã t¹o mÉu d¹ng c«n h×nh th¸p côt th¼ng ®øng, hai ®¸y lµ hai tam gi¸c ®Òu cã c¹nh lµ 8 vµ 2 mm, chiÒu cao 3 mm. Khi lµm mÉu tõ vËt liÖu kh«ng cã tÝnh dÎo th× cho thªm mét l­îng nhá hå h÷u c¬ nh­ng kh«ng lµm ¶nh h­ëng tíi ®é chÞu löa cña vËt liÖu, ®èi víi vËt liÖu cã s½n tÝnh dÎo th× chØ cÇn trén víi n­íc läc ®Ó t¹o c«n. C«n nµy ®­îc thö trong lß ®iÖn Cripton víi tèc ®é n©ng nhiÖt ®é nh­ sau: + D­íi 1.0000C: Kh«ng qui ®Þnh. + Tõ 1.000 ¸ 1.5000C: T¨ng tõ 15 ¸ 200/phót. + Tõ 1.5000C trë lªn: T¨ng tõ 4 ¸ 60/phót. D­íi t¸c dông cña nhiÖt ®é cao vËt liÖu chÕ t¹o c«n bÞ biÕn mÒm vµ gi¶m dÇn ®é nhít cña pha láng t¹o thµnh. §Õn mét nhiÖt ®é x¸c ®Þnh, tuú theo vËt liÖu thö ®Ønh c«n d­íi t¸c dông cña khèi l­îng b¶n th©n gôc ch¹m vµo bÒ mÆt cña ®Õ. NhiÖt ®é t­¬ng øng víi thêi ®iÓm mµ ®Ønh c«n gôc s¸t bÒ mÆt ®Õ ®­îc gäi lµ ®é chÞu löa cña vËt liÖu hay cßn gäi lµ nhiÖt ®é ²nãng ch¶y" cã ®iÒu kiÖn. §é nhít cña vËt liÖu t¹i thêi ®iÓm nµy dao ®éng trong kho¶ng 103¸104 poiz. §Ó x¸c ®Þnh nhiÖt ®é gôc cña c«n thÝ nghiÖm, ng­êi ta kh«ng dïng nhiÖt kÕ quang häc mµ sö dông c¸c c«n tiªu chuÈn ®Æt bªn c¹nh c«n thÝ nghiÖm. C¸c c«n tiªu chuÈn nµy ®· biÕt tr­íc nhiÖt ®é gôc. Trong s¶n xuÊt c«ng nghiÖp, nhiÖt ®é gôc cña c«n tiªu chuÈn (®é chÞu löa) ®­îc biÓu diÔn b»ng 1/10 gi¸ trÞ thùc cña nã. Qua thÝ nghiÖm ng­êi ta thÊy râ ®é chÞu löa vµ nhiÖt ®é nãng ch¶y: c«n thÝ nghiÖm bÞ gôc trong kho¶ng ®é nhít cña vËt liÖu kh¸ lín. V× vËy ngay c¶ vËt liÖu tõ c¸c «xÝt tinh khiÕt còng cã ®é chÞu löa kh¸c víi nhiÖt ®é nãng ch¶y. Khi thµnh phÇn h¹t ®¹t yªu cÇu th× ®é chÞu löa cña mÉu chñ yÕu phô thuéc vµo thµnh phÇn ho¸ cña chóng. V× vËy viÖc x¸c ®Þnh ®é chÞu löa ®Çu tiªn lµ ®Ó so s¸nh ®¸nh gi¸ ®é tinh khiÕt cña nguyªn liÖu s¶n xuÊt s¶n phÈm ®ã, mµ kh«ng ph¶i ®Ó x¸c ®Þnh giíi h¹n nhiÖt ®é sö dông lín nhÊt cña chóng. §é chÞu löa bÞ ¶nh h­ëng cña nhiÒu yÕu tè thuéc tÝnh chÊt cña vËt liÖu vµ ®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm nh­ : thµnh phÇn ho¸ häc, thµnh phÇn kho¸ng, thµnh phÇn h¹t, tèc ®é n©ng nhiÖt ®é trong lß, h×nh d¹ng kÝch th­íc mÉu thÝ nghiÖm, m«i tr­êng thÝ nghiÖm ... , nÕu t¨ng tèc ®é n©ng nhiÖt ®é trong lß ë giai ®o¹n vËt liÖu ®· mÒm th× nhiÖt ®é gôc c«n sÏ t¨ng lªn. Thay ®æi tèc ®é n©ng nhiÖt tr­íc giai ®o¹n kÕt khèi cña s¶n phÈm th× kh«ng ¶nh h­ëng tíi kÕt qu¶ thÝ nghiÖm. V× vËy ng­êi ta ph¶i duy tr× tèc ®é n©ng nhiÖt ®é tõ giai ®o¹n b¾t ®Çu kÕt khèi trë ®i lµ (4¸6)0/phót. §é ph©n t¸n cña h¹t còng ¶nh h­ëng ®Õn nhiÖt ®é gôc c«n. NÕu h¹t nÕu h¹t vËt liÖu cµng lín nhiÖt ®é gôc c«n cµng cao v× kÝch th­íc h¹t lín bÒ mÆt tiÕp xóc víi pha láng gi¶m, ®iÒu kiªn t¹o thµnh ®iÓm ¬tecti kÐm ®i, l­îng pha láng t¨ng chËm, nhiÖt ®é gôc c«n t¨ng lªn. M«i tr­êng khÝ còng ¶nh h­ëng ®Õn nhiÖt ®é gôc cña c«n. ë vËt liÖu chÞu löa th­êng chøa s¾t. Khi thö trong m«i tr­êng khö nhiÖt ®é gôc c«n bao giê còng thÊp h¬n so víi khi thö trong m«i tr­êng «xi ho¸ v× hîp chÊt chøa s¾t (II) dÔ ch¶y h¬n hîp chÊt chøa s¾t (III). II.4.2 æn ®Þnh thÓ tÝch ë nhiÖt ®é nhiÖt ®é cao. VËt liÖu chÞu löa khi phôc l©u dµi ë nhiÖt ®é cao trong s¶n phÈm sÏ x¶y ra sù biÕn ®æi thµnh phÇn pha, t¸i kÕt tinh vµ kÕt khèi phô. Do ®ã s¶n phÈm bÞ co phô hay në phô vµ hiÖn t­îng nµy dÉn tíi sù thay ®æi kh«ng thuËn nghÞch kÝch th­íc dµi cña chóng. NÕu hiÖn t­îng co phô cña vËt liÖu chÞu löa lín sÏ cã thÓ lµm nøt nÎ c¸c m¹ch v÷a, h¹ thÊp mËt ®é, ®é bÒn xØ vµ ®é bÒn nhiÖt cña t­êng lß, g©y vâng, tôt vßm lß vµ dÉn ®Õn ph¸ ho¹i chóng tr­íc thêi gian quy ®Þnh. HiÖn t­îng d·n në phô kh«ng lín l¾m cña vËt liÖu chÞu löa ®«i khi l¹i cã ¶nh h­ëng tèt ®Õn ®é bÒn cña m¹ch v÷a ®Æc biÖt khi x©y vßm lß. Nã lµm xÝt ®Æc m¹ch v÷a t¨ng lùc liªn kÕt vµ ®é cøng cña vßm lß. NÕu d·n në qu¸ nhiÒu th× l¹i lµm vßm lß n©ng lªn, mÊt h×nh d¹ng h×nh häc vµ ph¸ vì sù ph©n bè øng suÊt ®ång ®Òu cña vßm lß, cã thÓ g©y sôt lß. V× vËy æn ®Þnh thÓ tÝch ë nhiÖt ®é cao cïng víi ®é bÒn c¬ häc cña nã lµ ®iÒu kiÖn g¾n bã cÇn thiÕt ®Ó kÐo dµi tuæi thä cña c¸c cÊu kiÖn chÞu t¶i träng ë nhiÖt ®é cao. PhÇn lín c¸c s¶n ph¶m chÞu löa ë nhiÖt ®é cao ®Òu bÞ xÝt chÆt do tiÕp tôc kÕt khèi, lµm co s¶n phÈm. Sù xÝt chÆt nµy tr­íc tiªn lµ do t¸c dông cña søc c¨ng bÒ mÆt pha láng g©y nªn hiÖn t­îng ph©n bè l¹i vµ kÐo gÇn c¸c h¹t r¾n trong s¶n phÈm l¹i víi nhau. Khi duy tr× l©u dµi nhiÖt ®é cao, c¸c pha tinh thÓ chñ yÕu tiÕp tôc kÕt tinh, tinh thÓ lín dÇn vµ lµm xÝt chÆt s¶n phÈm nÕu tinh thÓ míi nµy cã mËt ®é cao h¬n so víi nguyªn liÖu ban ®Çu. Ch¼ng h¹n trong s¶n phÈm caoalumin: sù t¸i kÕt tinh a Al2O3 ( mËt ®é 3,47g/cm3) thµnh g Al2O3 (cã mËt ®é 4g/cm3) g©y nªn sù co phô cña vËt liÖu. Mét sè vËt liÖu chÞu löa kh¸c l¹i bÞ në phô do hiÖn t­îng t¸i kÕt tinh thµnh nh÷ng vËt chÊt cã mËt ®é nhá h¬n mËt ®é cña c¸c vËt chÊt ban ®Çu ®iÓn h×nh lµ ®in¸t. Khi nung trong ®in¸t tiÕp tôc x¶y ra sù chuyÓn ho¸ qu¾c (mËt ®é 2,65g/cm3) thµnh Crist«balÝt (cã mËt ®é 2,3¸2,32g/cm3) lµm s¶n phÈm bÞ në phô. HiÖn t­îng nµy th­êng thÊy khi nung ®isten lµm nguyªn liÖu gÇy s¶n xuÊt samèt. VËt liÖu chÞu löa chøa nhiÒu vËt chÊt d¹ng thuû tinh nh­ samèt, nÕu nung qu¸ nhiÒu ®«i khi s¶n phÈm bÞ nøt nÎ phång rép lªn. Nguyªn nh©n lµ do c¸c bät khÝ t¹o ra tõ vËt chÊt thuû tinh ch­¬ng në lªn vµ tho¸t ra ngoµi. VËt liÖu chÞu löa ë nhiÖt ®é phång nh­ vËy lµ n»m trong tr¹ng th¸i mÒm vµ sù në cña chóng khi Êy kh«ng g©y nªn ph¸ huû toµn bé vá lß. Søc co hay në phô cña s¶n phÈm ®Òu do c¸c qu¸ tr×nh x¶y ra khi nung s¶n phÈm ch­a kÕt thóc. S¶n phÈm æn ®Þnh thÓ tÝch nhÊt khi nung cóng l©u ë nhiÖt ®é cao thÝch hîp (thêi gian h»ng nhiÖt hîp lý). V× vËy mét vµi s¶n phÈm (nh­ samèt, caoalumin...) nÕu nung ë nhiÖt ®é øng víi ®iÒu kiÖn sö dông sau nµy sÏ gi¶m søc co phô cña s¶n phÈm. Tuy nhiªn nÕu nung ë nhiÖt ®é qu¸ cao kÕt qu¶ l¹i kh«ng tèt v× s¶n phÈm bÞ thuû tinh ho¸, biÕn d¹ng vµ phång rép lµm gi¶m ®é bÒn nhiÖt vµ t¨ng phÕ phÈm do sai lÖch kÝch th­íc vµ h×nh d¹ng. §é co phô cña s¶n phÈm cã thÓ gi¶m b»ng c¸ch cho vµo phô gia d·n në vÝ dô cho qu¾c vµo samèt ®Ó bï trõ sù co phô cña ®Êt sÐt. Khi x¸c ®Þnh nhiÖt ®é biÕn d¹ng d­íi t¶i träng cÇn chó ý: nÕu s¶n phÈm nung kÐm (kÕt khèi thÊp) th× nhiÖt ®é b¾t ®Çu biÕn d¹ng sÏ thÊp do trong qu¸ tr×nh nghiªm bÞ co phô. Tuy vËy nhiÖt ®é biÕn d¹ng 4% vµ 40% kh«ng chÞu ¶nh h­ëng cña søc co phô. §Ó x¸c ®Þnh søc co hay në phô cña s¶n phÈm ng­êi ta nung s¶n phÈm ë nhiÖt ®é x¸c ®Þnh. NhiÖt ®é nµy ®èi víi mçi lo¹i s¶n phÈm phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn sö dông sau nµy cña chóng. Thêi gian l­u ë nhiÖt ®é cùc ®¹i tõ 2 ¸ 3 giê X¸c ®Þnh sù biÕn ®æi thÓ tÝch cña mÉu khi nung ®­îc tÝnh theo c«ng thøc sau : ∆V=. T×m ®é co dµi theo c«ng thøc sau : ∆l = Trong ®ã : Vo vµ V1 lµ thÓ tÝch mÉu tr­íc vµ sau khi nung. Khi s¶n phÈm co phô,dïng dÊu (- ), cßn në phô dïng dÊu ( + ) (TrÝch TCVN –201- 65 ) §é co hay në phô yªu cÇu kh«ng v­ît qu¸ ± (0.5 ¸ 1)%. II.4.3 ®é bÒn nhiÖt. TÝnh chÊt cña vËt liÖu chÞu löa chèng l¹i sù dao ®éng nhiÖt ®é khi ®èt nãng vµ lµm nguéi mµ kh«ng bÞ ph¸ ho¹i gäi lµ ®é bÒn nhiÖt cña s¶n phÈm. HiÖn t­îng g©y nªn ph¸ huû nhiÖt s¶n phÈm lµ do xuÊt hiÖn trong s¶n phÈm øng suÊt nhiÖt t¹o nªn bëi qu¸ tr×nh biÕn d¹ng ®µn håi vµ biÕn d¹ng dÎo d­. §a sè vËt liÖu chÞu löa khi phôc vô ®Òu ph¶i chÞu ®ùng sù dao ®éng nhiÖt ®é do thay ®æi tèc ®é nung vµ lµm nguéi ë c¸c lß nung vµ buång ®èt nhiªn liÖu, ... . V× vËy ®é bÒn nhiÖt cña s¶n phÈm lµ mét ®Æc tr­ng quan träng ®Ó n©ng cao chÊt l­îng phôc vô cña líp lãt. Sù dao ®éng nhiÖt ®é g©y nªn c¸c vÕt nøt song song víi bÒ mÆt ®èt nãng, ®ång thêi c¸c vÕt nøt lµm t¸ch rêi mét phÇn s¶n phÈm ra khái nã vµ cø nh­ vËy líp nä ®Õn líp kia bÞ ®øt ra dÉn tíi ph¸ huû hoµn toµn líp lãt. Sù chªnh lÖch nhiÖt ®é gi÷a c¸c líp s¶n phÈm khi ®èt nãng vµ lµm nguéi lµ nguyªn nh©n chÝnh g©y nªn øng suÊt nhiÖt. Møc ®é chªnh lÖch nµy ®­îc biÓu thÞ b»ng ®¹i l­îng gra®ien nhiÖt ®é gi÷a c¸c líp song song víi bÒ mÆt ®èt nãng hay lµm nguéi s¶n phÈm. §¹i l­îng nµy phô thuéc tr­íc hÕt vµo ®iÒu kiÖn ®èt nãng vµ lµm nguéi còng nh­ vµo hÖ sè dÉn nhiÖt ®é a hay hÖ sè dÉn nhiÖt l. Nh­ vËy nÕu ®iÒu kiÖn ®èt nãng vµ lµm nguéi nh­ nhau th× vËt liÖu nµo cã ®é dÉn nhiÖt lín, gradien nhiÖt ®é trong vËt liÖu Êy sÏ cµng nhá. Khi ®èt nãng kh«ng ®Òu, trong s¶n phÈm sÏ xuÊt hiÖn øng suÊt tr­ît gi÷a c¸c líp vËt liÖu. §¹i l­îng øng suÊt nµy phô thuéc vµo møc ®é chªnh lÖch ®é d·n në nhiÖt kh«ng ®Òu cña c¸c líp. C¸c líp d·n në kh«ng ®Òu do nhiÖt ®é cña chóng kh«ng gièng nhau, cµng gÇn bÒ mÆt ®èt nãng th× vËt liÖu d·n në cµng lín. V× vËy ®¹i l­îng øng suÊt tr­ît xuÊt hiÖn trong s¶n phÈm phô thuéc vµo gradien nhiÖt ®é theo chiÒu dµy cña nã. Nh­ vËy muèn cho øng suÊt tr­ît xuÊt hiÖn trong vËt liÖu cµng nhá th× gradien nhiÖt ®é trong vËt liÖu cµng nhá, nghÜa lµ hÖ sè dÉn nhiÖt ®é a cµng lín hay hÖ sè nhiÖt l cµng lín vµ hÖ sè d·n në nhiÖt a cµng nhá. Khi lµm nguéi bÒ mÆt bÞ co l¹i, vËt liÖu chÞu øng suÊt kÐo. Tr­êng hîp nµy kÏ nøt chñ yÕu lµ c¸c bÒ mÆt th¼ng gãc víi mÆt lµm nguéi (trong tr­êng hîp ®èt nãng, kÏ nøt th­êng t¹o thµnh mét gãc 450 víi mÆt ®èt nãng). Kh¶ n¨ng vËt cña vËt liÖu chÞu löa chèng l¹i sù tr­ît t­¬ng ®èi trong s¶n phÈm phô thuéc vµo tÝnh chÊt c¬ häc vµ tÝnh chÊt ®µn håi cña chóng. TÝnh chÊt ®µn håi ®­îc ®Æc tr­ng b»ng m«®un ®µn håi E (khi kÐo, nÐn) vµ m«®un tr­ît G. S¶n phÈm cµng bÒn nhiÖt nÕu tÝnh chÊt ®µn håi cña vËt liÖu cµng cao nghÜa lµ ®é kÐo dµi t­¬ng ®«Ý cùc ®¹i e hay biÕn d¹ng ®µn håi tr­ît côc ®¹i   t­¬ng øng cµng cao, tøc lµ m«®un kÐo E vµ m«®un tr­ît G cµng nhá th× kh¶ n¨ng chèng l¹i øng suÊt tr­ît cµng lín. NÕu ta kÝ hiÖu hÖ sè bÒn nhiÖt lµ B th× B sÏ phô thuéc vµo c¸c yÕu tè ®­îc biÓu thÞ trong ph­¬ng tr×nh sau: B= Tuy nhiªn gi¸ trÞ ®é bÒn nhiÖt B nµy ch­a ph¶n ¸nh ®Çy ®ñ ®iÒu kiÖn ®èt nãng vµ lµm nguéi, còng nh­ ch­a nªu ®­îc ¶nh h­ëng cña kÝch th­íc, h×nh d¹ng s¶n phÈm lªn ®é bÒn nhiÖt. V× vËy hiÖn nay ng­êi ta cã xu h­íng : ®Æc tr­ng ®é bÒn nhiÖt theo hÖ sè gradien nhiÖt ®é cho phÐp ®èi víi vËt liÖu chÞu löa cµn x¸c ®Þnh gradien nhiÖt ®é cho phÐp nµy phô thuéc c¸c yÕu tè sau: (1) Søc c¶n nhiÖt cña vËt liÖu (gi¸ trÞ R)®­îc ®Æc tr­ng b»ng mèi quan hÖ t­¬ng hç gi÷a tÝnh chÊt ®µn håi vµ hÖ sè d·n në nhiÖt cña nã: R= = (Khi lµm nguéi) R= (Khi ®èt nãng). (2) §iÒu kiÖn ®èt nãng hay lµm nguéi (gi¸ trÞ K) phô thuéc vµo d¹ng truyÒn nhiÖt (hay hÊp thô nhiÖt). HÖ sè cÊp nhiÖt chung ®Æc tr­ng b»ng sè l­îng nhiÖt truyÒn ®i hay hÊp thô tõ mét ®¬n vÞ bÒ mÆt s¶n phÈm khi ®èt nãng hay lµm nguéi. Kh«ng ph¶i mäi tr­êng hîp nã ®Òu phô thuéc vµo hÖ sè dÉn nhiÖt ®é a vµ hÖ sè dÉn nhiÖt l. Trong ®iÒu kiÖn lµm l¹nh nhanh, vÝ dô khi nhóng ngay vµo n­íc(²t«i" b»ng n­íc), lóc nµy nhiÖt ®é trung b×nh cña vËt thÓ thay ®æi rÊt nhá vµ chØ cã bÒ mÆt ®­îc lµm nguéi nhanh ®Õn nhiÖt ®é th­êng. Tr­êng hîp nµy hÖ sè a vµ l kh«ng ph¶n ¸nh ®­îc gradien nhiÖt ®é. Víi chÕ ®é nhiÖt x¸c ®Þnh, khi thay ®æi ph­¬ng thøc truyÒn nhiÖt hay hÊp thô nhiÖt, th× c¸c yÕu tè ®iÒu kiÖn ®èt nãng x¸c ®Þnh b»ng hÖ sè dÉn nhiÖt ®é a. Khi ®ã c«ng thøc chuÈn sè R (søc c¶n nhiÖt) cã thªm ®¹i l­îng a. (3) H×nh d¹ng vµ kÝch th­íc s¶n phÈm (gi¸ trÞ S) ¶nh h­ëng rÊt nhiÒu ®Õn ®é bÒn nhiÖt. Tuy nhiªn tÝnh to¸n chuÈn sè S ngay c¶ trong nh÷ng vËt thÓ ®¬n gi¶n còng rÊt phøc t¹p. Do viÖc x¸c ®Þnh m«®un kÐo vµ m«®un tr­ît cña vËt liÖu ë c¸c nhiÖt ®é kh¸c nhau ®Æc biÖt lµ tÝnh to¸n gi¸ trÞ S rÊt phøc t¹p do ®ã g©y khã kh¨n trong viÖc sö dông réng r·i c¸c ®iÒu kiÖn phô thuéc ë trªn nh»m ®¸nh gi¸ s¸t thùc ®é bÒn nhiÖt cña s¶n phÈm. MÆc dï tÝnh chÊt ®µn håi cña vËt liÖu chÞu löa ë nhiÖt ®é th­êng vµ nhiÖt ®é cao ®· ®­îc nghiªn cøu mét c¸ch hÖ thèng nh­ng cho ®Õn nay vÉn ch­a cã tµi liÖu nµo ®¸nh gi¸ ®óng ®¾n mèi liªn hÖ chÆt chÏ gi÷a ®é bÒn nhiÖt thùc tÕ vµ tÝnh chÊt ®µn håi cña vËt liÖu. Trong nh÷ng n¨m sau nµy, khi nghiªn cøu vÊn ®Ò ®é bÒn nhiÖt, ng­êi ta cho r»ng: vËn tèc lan truyÒn c¸c vÕt nøt tÕ vi cã mét ý nghÜa x¸c ®Þnh ng­êi ta ph©n thµnh hai giai ®o¹n: (+ ) Giai ®o¹n 1 - b¾t ®Çu h×nh thµnh c¸c mÇm vÕt nøt trong vËt thÓ xÝt ®Æc ®ång nhÊt. sau ®ã c¸c vÕt nøt ®­îc lan truyÒn víi vËn tèc lín vµ ®­îc quy ®Þnh b»ng hÖ sè c¶n nhiÖt R. (+ ) Giai ®o¹n thø 2 - vËn tèc lan truyÒn c¸c vÕt nøt liªn quan ®Õn ®Æc tr­ng vi cÊu tróc cña vËt liÖu. Sù ph¸t triÓn vµ ph©n bè m¹ng vÕt nøt vi cÊu tróc lµm h¹n chÕ c¸c vÕt nøt nhiÖt lan truyÒn vµ lín lªn, nghÜa lµ c¸c vÕt nøt tÕ vi ²kü thuËt" lµm c¶n trë sù lan truyÒn c¸c vÕt nøt ²nhiÖt". Thùc tÕ ®· chøng minh r»ng, khi ®­a vµo thµnh phÇn phèi liÖu c¸c vËt liÖu gÇy d¹ng h¹t, víi viÖc t¨ng kÝch th­íc vµ hµm l­îng cña nã sÏ n©ng cao ®­îc ®é bÒn nhiÖt. ®iÒu nµy thÊy râ khi s¶n xuÊt c¸c s¶n phÈm chÞu löa b¨ng ph­¬ng ph¸p b¸n kh«. Trong qu¸ tr×nh nung, ë phÇn danh giíi ë phÇn ph©n chia c¸c h¹t vËt liÖu gÇy vµ c¸c mµng máng chÊt dÝnh kÕt khèi th­êng xuÊt hiÖn øng suÊt, kÕt qu¶ t¹o thµnh c¸c chç ®øt g·y vµ h×nh thµnh m¹ng c¸c vÕt nøt tÕ vi. Do ®ã t¹i nh÷ng vïng nµy vËt liÖu ®­îc ®Æc tr­ng b»ng “sù liªn kÕt ®iÓm “( tøc lµ dÝnh kÕt tiÕp xóc ) vµ h×nh thµnh kh¶ n¨ng lµm gi¶m hay triÖt tiªu c¸c øng suÊt côc bé do sù dÞch chuyÓn t­¬ng hç c¸c phÇn cÊu tróc riªng biÖt. C¸c vÞ trÝ ®øt g·y vµ m¹ng c¸c vÕt nøt tÕ vi nµy cã thÓ lµm gi¶m vµ dõng h¼n c¸c vÕt nøt do nhiÖt g©y ra. §Ó t¨ng c­êng c¸c vÕt nøt tÕ vi xung quanh c¸c h¹t vËt liÖu gÇy, hiÖn nay ng­êi ta dïng ph­¬ng ph¸p nh©n t¹o, vÝ dô ®­a vµo phèi liÖu c¸c phô gia kÞ n­íc sÏ lµm t¨ng kh¶ n¨ng t¹o thµnh c¸c vÕt nøt tÕ vi ë gianh giíi ph©n chia c¸c h¹t vËt liÖu gÇy vµ chÊt liªn kÕt sau khi nung. ViÖc h×nh thÇnh c¸c vÕt nøt tÕ vi nh©n t¹o dÉn ®Õn n©ng cao ®é bÒn nhiÖt vµ møc ®é kÕt khèi cña s¶n phÈm. Ngoµi ra sù kh¸c nhau vÒ hÖ sè d·n në nhiÖt cña c¸c pha tinh thÓ thµnh phÇn hoÆc pha thuû tinh trong s¶n phÈm ë ®iÒu kiÖn x¸c ®Þnh còng cã thÓ ®­a ®Õn hiÖn t­îng v­ît qu¸ øng suÊt lµm ®øt g·y cÊu tróc vµ thËm trÝ cã thÓ ph¸ huû hoµn toµn s¶n phÈm. Sù kh¸c nhau vÒ ph­¬ng ph¸p s¶n xuÊt vµ kÜ thuËt s¶n xuÊt cung g©y nªn sù kh¸c nhau vÒ ®é bÒn nhiÖt cña s¶n phÈm. KÝch th­íc vµ h×nh d¹ng s¶n phÈm còng ¶nh h­ëng ®Õn ®é bÒn nhiÖt. KÝch th­íc s¶n phÈm x¸c ®Þnh trÞ sè tuyÖt ®èi cña sù tr­ît t­¬ng ®èi, còng nh­ c¶ trÞ sè riªng øng suÊt tr­ît xuÊt hiÖn trong s¶n phÈm. Sù suÊt hiÖn øng suÊt côc bé kh«ng ®ång ®Òu phô thuéc vµo h×nh d¹ng s¶n phÈm thÓ hiÖn kh¸ râ: s¶n phÈm dÞ h×nh nhiÒu gãc c¹nh, ®iÓm uèn l­în cã ®é bÒn nhiÖt ®é thÊp h¬n s¶n phÈm ®¬n gi¶n tiªu chuÈn ... ë nhiÖt ®é kho¶ng 800 ¸ 10000C nhiÒu s¶n phÈm cã kh¶ n¨ng bÞ biÕn d¹ng dÎo. Sù xuÊt hiÖn øng suÊt ë kho¶ng nhiÖt ®é nµy ®­îc kh¾c phôc b»ng hiÖn t­îng biÕn d¹ng dÎo cña s¶n phÈm. Do ®ã sù dao ®éng nhiÖt ®é trong kho¶ng nhiÖt ®é biÕn d¹ng dÎo kh«ng g©y nªn ph¸ huû s¶n phÈm nh­ ë vïng biÕn d¹ng ®µn håi (ë nhiÖt ®é thÊp). Do tÝnh chÊt phøc t¹p còng nh­ møc ®é ch­a hoµn thiÖn cña ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n ®é bÒn nhiÖt ®ßi hái ph¶i cã ph­¬ng ph¸p thùc nghiÖm trùc tiÕp x¸c ®Þnh nã. C¸c ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ®é bÒn nhiÖt ®Òu dùa trªn c¬ së x¸c ®Þnh møc ®é ph¸ ho¹i mÉu thö hay mÊt m¸t c­êng ®é do kÕt qu¶ ®èt nãng ë nhiÖt ®é nµy hay nhiÖt ®é kh¸c, trong n­íc hay trong kh«ng khÝ. MÉu thö cÇn ph¶i tiÒn hµnh cïng mét h×nh d¹ng vµ kÝch th­íc ®Ó loai trõ ¶nh h­ëng cña gi¸ trÞ S. ph­¬ng ph¸p tiªu chuÈn ®Ó x¸c ®Þnh ®é bÒn nhiÖt ( theo GOCT 7875-56 cña Nga): ®èt nãng mét ®Çu mÉu thö trong lß ®iÖn cùc cacbuasilic –SiC, ®Õn nhiÖt ®é 850 ¸ 13000C. Sau ®ã nhóng vµo n­íc 200C s©u 5cm ®Ó lµm nguéi chóng (hay ®Ó ngoµi kh«ng khÝ ). TiÕp tôc ®èt nãng hay lµm nguéi nh­ vËy cho ®Õn khi mÉu thö xuÊt hiÖn vÕt nøt vµ gi¶m 20% khèi l­îng. Sè lÇn ®èt nãng vµ lµm nguéi nh­ vËy gäi lµ ®é bÒn nhiÖt cña s¶n phÈm. Ngoµi ra ng­êi ta cßn dïng c¸c ph­¬ng ph¸p kh¸c ®Ó x¸c ®Þnh ®é bÒn nhiÖt , nh­ ph­¬ng ph¸p “panen”, ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh ®é bÒn nhiÖt cña bª t«ng chÞu nhiÖt vµ bª t«ng chÞu löa v.v... §é bÒn nhiÖt nhá hay kh«ng ®¹t yªu cÇu lµ mét phÇn cña nguyªn nh©n lµm s¶n phÈm bÞ ¨n mßn nhanh. V× t¨ng nhiÖt ®é bÒn nhiÖt lµ mét trong nh÷ng nhiÖm vô c¬ b¶n cña kü thuËt s¶n xuÊt vËt liÖu chÞu löa nh»m kÐo dµi tuæi thä phôc vô cña s¶n phÈm. II.4.4 Møc ®é l·o ho¸ v× nhiÖt ®é. VËt liÖu chÞu löa khi gi÷ l©u dµi ë nhiÖt ®é cao ®Òu x¶y ra qu¸ tr×nh t¸i kÕt tinh, nh­ khi kÕt khèi trong pha r¾n. C¸c s¶n phÈm tõ «xÝt tinh khiÕt kÕt khèi kh¸ hoµn chØnh cã ®é xèp nhá h¬n 8 ¸10% víi kÝch th­íc trung b×nh 5 ¸30 mm, khi nung l¹i x¶y ra qu¸ tr×nh t¸i kÕt tinh tiÕp tôc. HiÖn t­îng t¸i kÕt tinh tiÕp tôc x¶y ra m¹nh khi nung l©u dµi ë nhiÖt ®é nung lÇn ®Çu hoÆc cao h¬n n÷a. KÕt qu¶ lµ kÝch th­íc cña c¸c h¹t tinh thÓ lín t¨ng m¹nh cßn c¸c h¹t cã kÝch th­íc trung b×nh l¹i gi¶m. KÝch th­íc cña c¸c h¹t tinh thÓ nh­ vËy cã thÓ ®¹t ®Õn hµng tr¨m micr«ng, nhÊt lµ khi ®· tÈy s¹ch t¹p chÊt trªn bÒ mÆt. Còng do qu¸ tr×nh khuyÕch t¸n mµ kÝch th­íc tinh thÓ bªn trong s¶n phÈm t¨ng lªn. Sù cã mÆt cña pha láng, ®é xèp vµ cÊu tróc h¹t cã thÓ h¹n chÕ qu¸ tr×nh t¸i kÕt tinh. Qu¸ tr×nh thay ®æi vi cÊu tróc bªn trong s¶n phÈm dÉn ®Õn lµm thay ®æi hµng lo¹t c¸c tÝnh chÊt cã liªn quan ®Õn tÝnh linh ®éng vÒ cÊu tróc cña nã. HiÖn t­îng ®ã gäi lµ “sù l·o ho¸” vËt liÖu, nghÜa lµ gi¶m kh¶ n¨ng chèng l¹i sù biÕn d¹ng sÏ dÉn tíi c­êng ®é tøc thêi còng nh­ ®é bÒn l©u dµi gi¶m kh¸ lín. HiÖn nay ch­a cã mét tµi liÖu thùc nghiÖm nµo miªu t¶ chÝnh x¸c ®Ó x¸c ®Þnh ®éng häc “sù gia nhiÖt “ cña vËt liÖu. Mét sè tµi liÖu (gi¶ thiÕt) cho r»ng : ®é t¨ng ®­êng kÝnh trung b×nh c¸c h¹t DTb - mm, phô thuéc vµo nhiÖt ®é T, vµo thêi gian nung t (giê) cã thÓ biÓu diÔn theo ph­ong tr×nh : D = A.e-Q/RT. tn Trong ®ã : A - H»ng sè ®Æc tr­ng cho ®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm. Q - N¨ng l­îng ho¹t ho¸ cña qu¸ tr×nh t¸i kÕt tinh, ®èi víi vËt liÖu 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 – NhiÖt ®é tuyÖt ®èi – 0K. N – ChØ sè møc ®é ®èi víi c¸c s¶n phÈm tõ c¸c «xÝt tinh khiÕt ( » 1/3 ). Qui luËt cña qu¸ tr×nh t¸i kÕt tinh khi “ gia nhiÖt ” t­¬ng tù qu¸ tr×nh t¸i kÕt tinh khuyÕch t¸n khi kÕt khèi. ë nh÷ng s¶n phÈm chÞu löa th­êng, sè l­îng t¹p chÊt lín, l­îng pha thuû tinh nhiÒu, qu¶ tr×nh t¸i kÕt tinh x¶y ra t­¬ng ®èi yÕu. §iÒu nµy ®­îc gi¶i thÝch do c¸c h¹t tinh thÓ kh«ng trùc tiÕp tiÕp xóc víi nhau vµ sù trùc tiÕp tiÕp xóc víi nhau vµ sù chuyÓn vËt chÊt tinh thÓ vµ pha thuû tinh bÞ chËm l¹i nhiÒu. II.5 §é bÒn ho¸ häc. §é bÒn ho¸ häc cña vËt liÖu chÞu löa ®­îc hiÓu lµ kh¶ n¨ng chèng l¹i t¸c dông hoµ tan hay ph¸ huû cña s¶n phÈm khi nã tiÕp xóc víi c¸c t¸c nh©n ph¸ ho¹i d¹ng láng, r¾n vµ khÝ. §é bÒn ho¸ häc cã ¶nh h­ëng lín ®Õn thêi h¹n sö dông g¹ch chÞu löa trong lß c«ng nghiÖp. VËt thÓ láng t¸c dông víi g¹ch chÞu löa nh­ xØ nãng ch¶y ë lß luyÖn kim, kim lo¹i nãng ch¶y, thuû tinh nãng ch¶y, tro nhiªn liÖu ho¸ láng ë c¸c ghi ®èt hay lß khÝ ho¸... VËt thÓ r¾n t¸c dông víi g¹ch chÞu löa nh­ c¸c bôi quÆng, bôi phÕ liÖu, bôi xØ hay xØ r¾n, hoÆc khi tiÕp xóc víi hai g¹ch chÞu löa víi nhau... M«i tr­êng khÝ g©y t¸c dông ph¸ ho¹i g¹ch chÞu löa nh­ khÝ th¶i lß nung, nhiªn liÖu d¹ng khÝ, s¶n phÈm hãa häc nh­ khÝ CO, CO2, c¸cbua hy®ro trong c¸c lß cèc hãa... C¸c s¶n phÈm nµy thÊm s©u vµo g¹ch qua c¸c lç xèp g©y ph¶n øng ph¸ ho¹i hay h¹ thÊp c­êng ®é cña chóng. KÕt qu¶ thèng kª cho thÊy hµng n¨m kho¶ng 2/3 l­îng g¹ch chÞu löa s¶n xuÊt ra ë c¸c n­íc bÞ ph¸ ho¹i do ®é bÒn ho¸ häc thÊp. C­êng ®é ph¸ huû g¹ch chÞu löa do xØ phô thuéc tr­íc tiªn vµo b¶n chÊt g¹ch chÞu löa vµ cña xØ t¸c dông lªn nã, còng nh­ vµo nhiÖt ®é vµ chÕ ®é nung. §èi víi mét sè tr­êng hîp qu¸ tr×nh ph¸ huû ho¸ häc s¶n phÈm chÞu löa cã thÓ coi lµ viÖc hoµ tan vËt liÖu r¾n trong pha láng. §éng häc cña qu¸ tr×nh hoµ tan nµy cã thÓ ®­îc miªu t¶ b»ng ph­¬ng tr×nh: .(Co – Cx).Q TrÞ sè D vµ s t­¬ng øng víi hÖ sè khuyÕch t¸n vµ chiÒu dµy khuÕch t¸n. D = Trong ®ã : K - Lµ h»ng sè B«nz¬man, b»ng 1,38. 10-23J.oC-1. r - B¸n kÝnh h¹t khuyÕch t¸n. h - §é nhít cña m«i tr­êng khuyÕch t¸n. ViÖc x¸c ®Þnh c¸c gi¸ trÞ nµy ®èi víi xØ nãng ch¶y ë nhiÖt ®é cao lµ rÊt phøc t¹p nªn ng­êi ta t×m ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n trÞ sè nµy. Ta biÕt r»ng: b»ng c¸ch h¹ thÊp ®é nhít cña pha láng (tøc lµ n©ng cao nhiÖt ®é nÊu ch¶y), vËn tèc khuyÕch t¸n chóng ®­îc n©ng cao, cßn chiÒu dµy líp khuyÕch t¸n ®­îc gi¶m ®i. §iÒu ®ã ®­îc thÓ hiÖn ë sù t¨ng D vµ , cã ®Æc tr­ng lµ møc ®é thÊm ­ít vËt liÖu chÞu löa b»ng xØ láng. TrÞ sè Q lµ bÒ mÆt cña s¶n phÈm bÞ hoµ tan bao gåm: bÒ mÆt ngoµi, víi tÊt c¶ bÒ mÆt cña c¸c lç xèp vµ vÕt nøt xØ láng x©m nhËp. Do ®ã trÞ sè Q phô thuéc vµo ®é xèp chung s¶n phÈm vµ vµo ®Æc tr­ng liªn kÕt gi÷a c¸c lç xèp, tøc lµ kh¶ n¨ng thÈm thÊu cña s¶n phÈm. Víi c¸c ®Æc ®iÓm nµy vÒ cÊu tróc ®· cho phÐp x¸c ®Þnh thÈm thÊu cña s¶n phÈm b»ng pha láng phô thuéc vµo ho¹t tÝnh vµ ®é nhít cña nã. V× vËy mËt ®é s¶n phÈm cµng cao, diÖn tÝch tiÕp xóc bÒ mÆt víi c¸c t¸c nh©n ph¸ ho¹i cµng nhá th× ®é bÒn ho¸ häc cµng lín. TrÞ sè (C0-Cx) - ®Æc tr­ng cho møc ®é b·o hoµ s¶n phÈm hoµ tan trong pha láng, v× Cx lµ nång ®é hßa tan cña dung dÞch ë thêi ®iÓm ®ang xÐt, cßn C0 lµ nång ®é b·o hoµ. Khi t¸i sinh nhanh vµ liªn tôc c¸c t¸c nh©n hoµ tan th× gi¸ trÞ Cx thùc tÕ b»ng kh«ng. TrÞ sè C0 x¸c ®Þnh nång ®é b·o hoµ cña pha láng t¸c dông do s¶n phÈm hoµ tan ë nhiÖt ®é vµ mËt ®é cho tr­íc, phô thuéc vµo b¶n chÊt ho¸ häc cña c¸c cÊu tö t¸c dông víi nhau. Khi chÞu t¸c dông cña xØ luyÖn kim kiÒm tÝnh th­êng chøa 50 ¸ 75 % c¸c «xÝt kiÒm (CaO, MgO, MnO, FeO) th× g¹ch chÞu löa alumosilic¸t (Trong thµnh phÇn cña cã cã kho¶ng 95% «xÝt Al2O3 vµ SiO2) cã nång ®é b·o hoµ C0 t¨ng theo møc t¨ng nhiÖt ®é vµ nã t¨ng ®¸ng kÓ. KÕt qu¶ ph¶n øng gi÷a SiO2 vµ Al2O3 víi xØ kiÒm tÝnh h×nh thµnh c¸c hîp chÊt dÔ ch¶y cã ®é nhít nhá. Khi t¨ng nhiÖt ®é th× søc ph¸ hñy xØ lªn g¹ch chÞu löa trë nªn kh¸ m¹nh. §èi víi xØ luyÖn kim th× g¹ch chÞu löa samèt caoalumin bÒn h¬n g¹ch chÞu löa kiÒm tÝnh. Nh­ vËy biÓu thøc trªn x¸c ®Þnh ®­îc vai trß cña tõng yÕu tè riªng biÖt ¶nh h­ëng ®Õn qu¸ tr×nh ¨n mßn cña xØ nh­ng kh«ng cã kh¶ n¨ng x¸c ®Þnh trÞ sè ¨n mßn b»ng ph­¬ng ph¸p tÝnh to¸n v× viÖc x¸c ®Þnh trùc tiÕp c¸c gi¸ trÞ (tr­íc hÕt lµ D vµ s ) cña nã rÊt khã kh¨n. Tãm l¹i xØ ¨n mßn g¹ch chÞu löa phô thuéc vµo b¶n chÊt ho¸ häc cña g¹ch vµ xØ. Do ®ã viÖc lùa chän g¹ch ®Ó x©y lß (cã tÝnh axÝt, trung tÝnh, kiÒm) ph¶i c¨n cø vµo nhãm s¶n phÈm cã thµnh phÇn kho¸ng ho¸ t­¬ng øng. §é bÒn xØ cña vËt liÖu chÞu löa thuéc nhãm nµy hay kh¸c cã thµnh phÇn kho¸ng ho¸ gÇn nh­ nhau ®­îc x¸c ®Þnh tr­íc hÕt do mËt ®é vµ tÝnh chÊt cÊu tróc cña chóng. V× vËy ®Ó lµm viÖc trong ®iÒu kiÖn tiÕp xóc víi xØ ho¹t tÝnh cÇn sö dông g¹ch chÞu löa cã mËt ®é cao. HiÖn nay c«ng nghiÖp vËt liÖu chÞu löa cã kh¶ n¨ng s¶n xuÊt c¸c s¶n phÈm cã mËt ®é cao víi ®é xèp tõ 10 ¸ 15 %. Pha láng h×nh thµnh trong vËt liÖu chÞu löa còng lµ mét yÕu tè h¹ thÊp ®é bÒn xØ cña nã. V× vËy yªu cÇu thø hai ®Ó n©ng cao ®é bÒn xØ cña vËt liÖu lµ nguyªn liÖu s¶n xuÊt ph¶i s¹ch, Ýt t¹p chÊt ch¶y. Sù phøc t¹p cña qu¸ tr×nh ¨n mßn xØ liªn quan kh«ng chØ ®Õn b¶n chÊt lý ho¸ cña s¶n phÈm, mµ nã cßn chÞu ¶nh h­ëng cña mét lo¹t c¸c yÕu tè sau: NhiÖt ®é t¸c dông, sè l­îng xØ vµ ®Æc tÝnh t¸i sinh (bæ xung) cña nã, hiÖn t­îng bµo mßn ®ång thêi víi qu¸ tr×nh x©m thùc... . C¸c yÕu tè nµy t¸c dông ®ång thêi trong qu¸ tr×nh xØ ph¸ ho¹i g¹ch chÞu löa. V× vËy trong ®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm khã cã thÓ t×m ®­îc mét ph­¬ng ph¸p ®Æc tr­ng ®Çy ®ñ mäi yÕu tè liªn quan ®Õn ®é bÒn xØ cña vËt liÖu chÞu löa. Ph­¬ng ph¸p ®óng ®¾n nhÊt lµ nghiªn cøu so s¸nh ®é bÒn xØ cña g¹ch chÞu löa trong ®iÒu kiÖn phôc vô cô thÓ cña nã. Tuy nhiªn kh«ng thÓ tiÕn hµnh th­êng xuyªn vµ nhanh chãng ®­îc. §Ó cã kh¶ n¨ng so s¸nh t­¬ng ®èi ®é bÒn xØ cña vËt liÖu chÞu löa, ng­êi ta dïng ph­¬ng ph¸p ®¬n gi¶n h¬n lµ: dïng viªn g¹ch cã khoÐt lç h×nh trô ®­êng kÝnh tõ 25 ¸ 50 mm, cao 20 ¸ 40 mm, thµnh vµ ®¸y dµy h¬n 30 mm. LÊy xØ nghiÒn mÞn (kÝch th­íc nhá h¬n 0,5 mm), ®æ ®Çy lç vµ nung mÉu ë 1400 ¸ 1500 0C, h»ng nhiÖt 2 giê ë nhiÖt ®é cùc ®¹i. Sau ®ã lµm nguéi x¸c ®Þnh khèi l­îng vµ thÓ tÝch cña mÉu (C­a ®«i viªn g¹ch qua ®­êng kÝnh cña lç vµ møc ®é ¨n mßn) Ph­¬ng ph¸p nµy cã nh­îc ®iÓm lµ: Ho¹t tÝnh cña xØ ®èi víi g¹ch theo thêi gian nung bÞ gi¶m dÇn. Qu¸ tr×nh ¨n mßn x¶y ra thùc tÕ kh«ng cã t¸c dông x©m thùc cña xØ. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm chØ cã tÝnh chÊt ®Ó so s¸nh t­¬ng ®èi ®é bÒn xØ cña c¸c s¶n phÈm víi nhau. HiÖn ®¹i h¬n c¶ lµ ph­¬ng ph¸p ®éng, ph­¬ng ph¸p nµy kh¾c phôc ®­îc khuyÕt ®iÓm trªn vµ s¶n phÈm ®­îc thÝ nghiÖm trong ®iÒu kiÖn nÆng nÒ nhÊt. Ph­¬ng ph¸p nµy ng­êi ta ®Æt mÉu lªn mét bao nung, bao nung nµy ®Æt trªn mét ®Õ quay lu«n lu«n quay trong thêi gian thÝ nghiÖm vµ còng x¸c ®Þnh tæn thÊt khèi l­îng vµ thÓ tÝch cña mÉu nh­ ph­¬ng ph¸p trªn. Ngoµi ra ng­êi ta cßn x¸c ®Þnh tÝnh bÒn (chÞu ®ùng) cña vËt liÖu chÞu löa víi «xÝt c¸cbon trong thêi gian dµi vµ x¸c ®Þnh hÖ sè thÊm khÝ (Theo GOCT 11573-65 cña Nga). II.6 TÝnh chÊt ®iÖn. VËt liÖu chÞu löa, ®Æc biÖt lµ c¸c lo¹i vËt liÖu chÞu löa cao lµ c¸c nguyªn liÖu tinh khiÕt ®­îc sö dông kh¸ nhiÒu trong c¸c lß ch¹y b»ng ®iÖn, lµm ®iÖn cùc nhiÖt ®é cao, lµm c¸c chi tiÕt trong c¸c thiÕt bÞ dïng ®iÖn ... . TÝnh chÊt ®iÖn lÝ cña nã x¸c ®Þnh kh¶ n¨ng sö dông ®­îc vËt liÖu trong lÜnh vùc nµy hay kh¸c. Còng nh­ c¸c s¶n phÈm gèm küthuËt vËt liÖu chÞu löa ®­îc ®Æc tr­ng b»ng c¸c tÝnh chÊt ®iÖn lÝ sau: + §iÖn trë riªng r = (W.cm). Trong ®ã : s - Lµ ®é dÉn ®iÖn riªng: 1/W.cm. + HÖ sè thÊm ®iÖn m«i e vµ hÖ sè nhiÖt ®é thÊm ®iÖn m«i (TKe). + Tæn thÊt ®iÖn m«i (tgs). + §é bÒn ®iÖn Ext (Kv/mm). Víi c¸c vËt liÖu chÞu löa th«ng th­êng, ng­êi ta chØ quan t©m ®Õn ®iÖn trë riªng r cña chóng. ë c¸c s¶n phÈm chÞu löa ®Æc biÖt, c¸c ®Æc tr­ng vÒ ®iÖn ®­îc nghiªn cøu toµn diÖn vµ chi tiÕt h¬n. Theo ®é dÉn ®iÖn c¸c lo¹i vËt liÖu ®Òu ®­îc chia ra lµm 3 lo¹i : + ChÊt ®iÖn m«i víi ®iÖn trë ë 200C lín h¬n 109 W.cm . + ChÊt b¸n dÉn víi ®iÖn trë trong giíi h¹n tõ 10-2¸ 109W.cm . + ChÊtdÉn diÖn (kim lo¹i) víi ®iÖn trë nhá h¬n 10-2W.cm . VËt liÖu chÞu löa lµ vËt liÖu ®iÖn m«i ®iÓn h×nh ë nhiÖt ®é th­êng. C¬ chÕ dÉn ®iÖn cña vËt liÖu chÞu löa cã thÓ chia ra nh­ sau : + TÝnh dÉn ®iÖn cation: ®iÖn tÝch ®­îc t¶i ®i do tÝnh linh ®éng cña c¸c cation tÝch ®iÖn d­¬ng. Chóng ®­îc t¸ch ra ë gÇn catèt (cùc ©m) khi bÞ trung hoµ bëi ®iÖn tö vµ c¸c ion ©m kh¸c, h×nh thµnh c¸c nguyªn tö vËt chÊt. S¶n phÈm mulÝt cã ®é dÉn ®iÖn cation. + TÝnh dÉn ®iÖn anion : chÊt t¶i ®iÖn lµ c¸c ion ©m vµ d­¬ng cã tÝnh linh ®éng. Chóng t¸ch ra ë gÇn catèt, anèt vµ ®­îc trung hoµ. + TÝnh dÉn ®iÖn – ®iÖn tö : chÊt t¶i ®iÖn lµ c¸c ®iÖn tö tù do. Lo¹i dÉn ®iÖn nµy ®Æc tr­ng chñ yÕu cho vËt liÖu b¸n dÉn vµ mét sè s¶n phÈm chÞu löa ®Æc biÖt. §é dÉn ®iÖn cña vËt liÖu chÞu löa lµ trÞ sè nghÞch ®¶o ®iÖn trë riªng thÓ tÝch rv(W.cm). rv- lµ ®iÖn trë thÓ tÝch cña h×nh lËp ph­¬ng c¹nh 1cm. rv = (W.cm). sv - lµ ®é dÉn ®iÖn thÓ tÝch cña vËt liÖu (1/W.cm). C¸c vËt iÖu chÞu löa khi ®èt nãng ®Òu trë nªn dÉn ®iÖn, ë nhiÖt ®é trªn 800 ¸ 10000C chóng trë thµnh vËt dÉn ®iÖn tèt. Vai trß cña pha láng khi bÞ ph©n li ë ®iÖn thÕ x¸c ®Þnh, cã ¶nh h­ëng m¹nh ®Õn kh¶ n¨ng dÉn ®iÖn cña c¸c s¶n phÈm ë nhiÖt ®é cao. V× vËy l­îng t¹p chÊt vµ b¶n chÊt cña chóng quyÕt ®Þnh tÝnh chÊt ®iÖn cña vËt liÖu chÞu löa. Tuy nhiªn c¸c tµi liÖu nghiªn cøa vÒ ®Æc tr­ng nµy cña vËt liÖu chÞu löa cßn Ýt. §a sè c¸c vËt liÖu chÞu löa ë 1.000oC rv = 104 ¸ 105 Wcm, ë 1.300oC chØ cßn 103 Wcm. II.7 TÝnh chÝnh x¸c vÒ h×nh d¹ng vµ kÝch th­íc cña s¶n phÈm . Trong thùc tÕ sö dông ë c¸c lß vµ buång ®èt c«ng nghiÖp, trong toµn bé t­êng lß th× m¹ch x©y lµ chç yÕu nhÊt, dÔ bÞ ¨n mßn, ph¸ ho¹i nhÊt v× mËt ®é cña nã thÊp h¬n nhiÒu so víi mËt ®é cña g¹ch. ChÝnh v× vËy ®Ó t­êng lß bÒn v÷ng, n©ng cao tuæi thä lß th× m¹ch x©y ph¶i máng, ch¾c, chiÒu dµy ph¶i nhá h¬n 3 mm, ®Æc biÖt cã khi yªu cÇu ph¶i nhá h¬n 0.5 mm. §Ó ®¹t ®­îc ®iÒu ®ã kÝch th­íc cña s¶n phÈm g¹ch chÞu löa ph¶i chÝnh x¸c. C¸c s¶n phÈm to, h×nh d¹ng phøc t¹p mµ ®¶m b¶o chÝnh x¸c vÒ h×nh d¹ng vµ kÝch th­íc lµ mét vÊn ®Ò khã. §é co d·n cña s¶n phÈm khi sÊy, nung theo chiÒu h­íng kh¸c nhau lµm s¶n phÈm sai lÖch vÒ kÝch th­íc, vªnh mÐo vÒ h×nh d¹ng. Nguyªn nh©n lµm s¶n phÈm co d·n kh«ng ®Òu lµ tÝnh chÊt nguyªn liÖu kh«ng æn ®Þnh, kü thuËt s¶n xuÊt ch­a æn ®Þnh khèng chÕ chÆt chÏ nh­ cÊu tö kh«ng ®óng, thµnh phÇn h¹t kh«ng ®óng, thµnh phÇn h¹t kh«ng ®¶m b¶o, ®é Èm phèi liÖu kh«ng ®Òu, phèi liÖu kh«ng ®ång nhÊt, ¸p lùc t¹o h×nh kh«ng ®¶m b¶o, chÕ ®é sÊy- nung ch­a ®óng... . V× vËy khi s¶n xuÊt cã thÓ kh«ng ph¶i chØ sai mét vµi viªn mµ cã khi bÞ háng hµng lo¹t. Muèn t¨ng ®é chÝnh x¸c vÒ kÝch th­íc vµ h×nh d¹ng s¶n phÈm ph¶i g¾n liÒn viÖc hoµn thiÖn kÜ thuËt s¶n xuÊt, c¬ khÝ ho¸ vµ tù ®éng ho¸ d©y chuyÒn c«ng nghÖ víi vÊn ®Ò kiÓm tra theo dâi thùc hiÖn c¸c chØ tiªu s¶n xuÊt. Ph­¬ng ph¸p b¸n kh« cho s¶n phÈm chÝnh x¸c vÒ h×nh d¹ng vµ kÝch th­íc h¬n so víi ph­¬ng ph¸p dÎo do ®é co chung cña nã nhá. Theo tiªu chuÈn: sai sè vÒ kÝch th­íc s¶n phÈm kh«ng qu¸ ±2% cßn ®èi víi s¶n phÈm quan träng kh«ng qu¸ ± (1¸15%). Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, ngoµi yªu cÇu vÒ h×nh d¹ng vµ kÝch th­íc chÝnh x¸c, s¶n phÈm cßn ph¶i ®¶m b¶o c¸c c¹nh, c¸c mÆt ph¶i b»ng ph¼ng, s¾c nÐt. NÕu mÆt s¶n phÈm bÞ låi lâm, cong vªnh còng dÉn ®Õn lµm t¨ng chiÒu dµy m¹ch v÷a. C¹nh, gãc s¶n phÈm bÞ søt mÎ hay bÞ vÑt...còng lµm tuæi thä cña chóng gi¶m do dÔ dµng bÞ xØ ph¸ ho¹i. Tuú thuéc lo¹i s¶n phÈm vµ yªu cÇu sö dông cña chóng mµ kÝch th­íc c¸c chç søt mÎ chØ ®­îc dao ®éng trong kho¶ng < 5 ¸ 12mm. C¹nh bÞ søt hay vÑt, yªu cÇu vÕt søt, vÑt < 3 ¸ 10mm. Trªn s¶n phÈm sau khi nung th­êng cã nh÷ng vÕt hay ®¸m do nãng ch¶y côc bé t¹o nªn. Nguyªn nh©n chñ yÕu lµ do lÉn trong nguyªn liÖu nh÷ng h¹t t¹p chÊt lín. ë nhiÖt ®é nung, chóng bÞ ch¶y láng ra do ph¶n øng víi g¹ch. HiÖn t­îng nãng ch¶y nµy còng ph¶i h¹n chÕ v× nã lµm gi¶m chÊt l­îng s¶n phÈm. ë nh÷ng s¶n phÈm nh­ samèt, manhªzi, ®in¸t nh÷ng vÕt ch¸y ®ã yªu cÇu cã ®­êng kÝnh nhá h¬n 5 ¸ 8 mm. Ngoµi ra ë s¶n phÈm chÞu löa cßn cã c¸c khuyÕt tËt kh¸c lµ c¸c vÕt r¹n nøt trªn bÒ mÆt vµ vµo s©u bªn trong s¶n phÈm, còng cÇn ®­îc quy ®Þnh chÆt chÏ. S¶n phÈm ®¹t yªu cÇu chØ ®­îc phÐp cã c¸c vÕt r¹n nøt nhá h¬n 0,5 mm (®é réng khe nøt) víi ®é s©u 0,5 mm. Nh÷ng s¶n phÈm ph¶i lµm viÖc trong nh÷ng m«i tr­êng ¨n mßn yªu cÇu kh«ng ®­îc phÐp r¹n nøt. III S¶n phÈm Samèt caoalumin. HiÖn nay ë n­íc ta míi chØ cã Nhµ m¸y vËt liÖu chÞu löa Cçu §uèng lµ ®¬n vÞ duy nhÊt s¶n xuÊt Samèt caoalumin víi c«ng suÊt 6.000 tÊn/n¨m, ch­a d¸p øng ®­îc nhu cÇu sö dông cña c¸c Nhµ m¸y thÐp, xi m¨ng, thuû tinh…trong n­íc. Do vËy hµng n¨m n­íc ta vÉn xph¶i nhËp khÈu mét sè l­îng lín s¶n phÈm nµy. Víi ®Ò tµi: ThiÕt kÕ Nhµ m¸y s¶n xuÊt g¹ch chÞu löa lo¹i s¶n phÈm Samèt caoalumin c«ng suÊt, 6000 tÊn/n¨m vµ c¨n cø vµo nhu cÇu sö dông lo¹i s¶n phÈm nµy cña c¸c ngµnh, em xin chän c¬ cÊu s¶n phÈm nh­ sau: + Lo¹i A: Hµm l­îng Al2O3+ TiO2 tõ (45 ¸ 60)% S¶n phÈm lo¹i A chiÕm 25% c«ng suÊt toµn Nhµ m¸y ( t­¬ng øng 15.000 tÊn/n¨m ) trong ®ã 80% lµ g¹ch tiªu chuÈn ( t­¬ng øng víi 12.000 tÊn/n¨m ), 20% g¹ch dÞ h×nh nªm nghiªng ( t­¬ng øng 3000 tÊn/n¨m). + Lo¹i B: Hµm l­îng Al2O3+ TiO2 tõ (60 ¸ 75)% S¶n phÈm lo¹i B chiÕm 25% c«ng suÊt toµn Nhµ m¸y ( t­¬ng øng 15.000 tÊn/n¨m ) trong ®ã 80% lµ g¹ch tiªu chuÈn ( t­¬ng øng víi 12.000 tÊn/n¨m ), 20% g¹ch dÞ h×nh nªm nghiªng ( t­¬ng øng 3000 tÊn/n¨m). + Lo¹i C: Hµm l­îng Al2O3+ TiO2 > 75% s¶n phÈm lo¹i A chiÕm 50% c«ng suÊt toµn Nhµ m¸y ( t­¬ng øng 30.000 tÊn/n¨m ) trong ®ã 80% lµ g¹ch tiªu chuÈn ( t­¬ng øng víi 24.000 tÊn/n¨m ), 20% g¹ch dÞ h×nh nªm nghiªng ( t­¬ng øng 6000 tÊn/n¨m). c¸c lo¹i s¶n phÈm A vµ B chñ yÕu sö dông cho c¸c lß xi m¨ng, lß bÓ nÊu thuû tinh, lo¹i C chñ yÕu sö dông cho lß nÊu thÐp. III.1 CÊu t¹o cña s¶n phÈm. S¶n phÈm cña Nhµ m¸y cã hai d¹ng tiªu chuÈn vµ dÞ h×nh nªm nghiªng: d¹ng tiªu chuÈn dïng ®Ó x©y t­êng lß, c¸c kÕt cÊu th¼ng, ®¬n gi¶n cña lß. D¹ng dÞ h×nh nªm nghiªng dïng ®Ó x©y vßm lß, lß quay nung clinke, c¸c kÕt cÊu phøc t¹p kh¸c. III.1.1 D¹ng tiªu chuÈn. 230 65 113 ThÓ tÝch mét viªn tiªu chuÈn lµ: VTC = 11,3x6,5x23,0 = 1689,35 (cm3) = 1,68935 (dm3) III.1.2 D¹ng dÞ h×nh nªm nghiªng. 230 55 113 65 ThÓ tÝch mét viªn dÞ h×nh nªm nghiªng Thùc tÕ thÝ nghiÖm t¹i phßng thÝ nghiÖm cña Nhµ m¸y vËt liÖu chÞu löa CÇu §uèng cho biÕt khèi l­îng thÓ tÝch ga cña c¸c lo¹i s¶n phÈm nh­ sau: + Lo¹i A: ga = (2,40 ¸ 2,50) g/cm3. + Lo¹i B: ga = (2,50 ¸ 2,60) g/cm3. + Lo¹i C: ga = (2,60 ¸ 2,80) g/cm3. Trong ph¹m vi ®å ¸n nµy em xin lÊy c¸c th«ng sè trªn lµm c¬ së tÝnh to¸n thiÕt kÕ. III.2 Ph¹m vi øng dông cña s¶n phÈm Samèt caoalumin. Sù ph¸t triÓn cña khoa häc kü thuÖt vµ c«ng nghiÖp ®ßi hái nhu cÇu vÒ vËt liÖu chÞu löa ngµy cµng cao c¶ vÒ chÊt l­îng vµ sè l­îng, ®Æc biÖt lµ nhu cÇu vÒ vËt liÖu chÞu löa Samèt caoalumin. §©y lµ nh÷ng s¶n phÈm kh«ng thÓ thiÕu ®­îc trong thiÕt bÞ nhiÖt cña c¸c ngµnh: luyÖn kim, xi m¨ng, ®å gèm, thuû tinh…