Vật liệu chịu lửa - Chương 4

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

167
lượt xem 62
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

VLCL cao Alumin Là loại VLCL chứa hơn 45% Al2O3, nghĩa là lớn hơn lượng Al2O3 có trong caolint nguyên chất. Loại này có chất lượng cao, đáp ứng được yêu cầu tăng cường quá trình nhiệt trong các lò công nghiệp, đảm bảo độ bền, chịu tải trọng và chịu tác dụng của môi trường khí ở nhiệt độ cao. Nó được sử dụng trong tất cả những điều kiện làm việc rất nặng nề mà Sămôt không thể chịu đựng nổi. Tùy hàm lượng Al2O3 có trong sản phẩm chia 3 loại: ...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Vật liệu chịu lửa - Chương 4

Chương 4: VLCL cao Alumin Là loại VLCL chứa hơn 45% Al2O3, nghĩa là lớn hơn lượng Al2O3 có trong caolint nguyên chất. Loại này có chất lượng cao, đáp ứng được yêu cầu tăng cường quá trình nhiệt trong các lò công nghiệp, đảm bảo độ bền, chịu tải trọng và chịu tác dụng của môi trường khí ở nhiệt độ cao. Nó được sử dụng trong tất cả những điều kiện làm việc rất nặng nề mà Sămôt không thể chịu đựng nổi. Tùy hàm lượng Al2O3 có trong sản phẩm chia 3 loại: - Loại A: chứa từ 45-60% Al2O3 - Loại B ------ 60-75% Al2O3 - Loại C: ---- > 75% Tùy theo thành phần khoáng chia sản phẩm ra làm 4 loại: Loại silimanit: 45-70% Al2O3 - Loại mullit: 70-78% Al2O3 - Loại mullit corun 78-95% Al2O3 - Loại corun: > 95% Al2O3 - Hàm lượng Al2O3 không chỉ là dấu hiệu để chia loại sản phẩm mà nó còn quyết định những tính chất cơ bản của sản phẩm cao alumin cũng như qua đó để lựa chọn nguyên liệu và kỹ thuật thích hợp. I/ Nguyên liệu Nguyên liệu để sản xuất VLCL cao alumin thường dùng các quặng thiên nhiên hay nguyên liệu nhân tạo. Các nguyên liệu chủ yếu là quặng thuộc nhóm silimanit, hydrat nhôm và nhôm kỹ thuật. Việc sử dụng nguyên liệu này hay nguyên liệu kia phụ thuộc vào tính chất của sản phẩm cũng như kỹ thuật sản xuất chúng. 1/ Khoáng thuộc nhóm silimanit Rất phổ biến trong thiên nhiên và có giá trị trong công nghiệp -
Gồm: silimanit, andaluzit, disten (kianit) và diumôterit - Ba khoáng đầu đều có công thức chung là Al2O3.SiO2 (62,9% Al2O3 + - 37,1% SiO2). Khi nung nóng chúng đều chuyển hóa thành mullit theo phản ứng: 3 (Al2O3. SiO2)  3 Al2O3.2 SiO2 + SiO2 Lượng mullit tạo ra theo phản ứng này gần 86% còn lại 14% SiO2 dư sẽ biến thành thủy tinh hoặc ở những điều kiện xác đinh nó có thể kết tinh dạng cristobalit. Mặc dù các khoáng này giống nhau về công thức cấu tạo cũng như phản ứng tạo thành mullit nhưng chúng khác nhau về cấu trúc tinh thể và các tính chất hóa lí khác nhau. Bảng 12 Tính chất của các khoáng nhóm silimanit T0 bđ  Độ Hệ ↑ Tên  kết tinh trước cứng tinh thể khoáng V% sau nung mullit nung 4,5 Ta 3,5 3,0 16 1300 Kianit -7 m tà -3,6 2 -18 -1351 andaluzi 7- T 3,1 3,0 3- 1350 t 7,5 thoi -3,2 2 6 -1400 T 3,2 3,0 7- 1500 silimanit 5-7 thoi -3,25 2 8 -1550 -Khi nung khoáng nhóm silimanit thể tích bị biến đổi do trọng lượng riêng của mullit và các chất vô định hình nhỏ hơn của nguyên liệu ban đầu. -Diumôterit: 8 Al2O3.8SiO2 B2O3.H20 rất hiếm gặp và hiện nay không có giá trị trong công nghiệp. Tạp chất: Ngoài SiO2 còn nhiều tạp chất khác làm hạ thấp tính chất của - nguyên liệu. Vì vậy cần phải làm giàu sơ bộ trước khi dùng để Al2O3 ≥ 60% và các tạp chất CaO, MgO., Na2O, K20, Fe2O3 ≤ 2-3% . Quá trình làm giàu rất khó nên việc sử dụng nhóm này bị hạn chế. Quặng nhóm silimanit ngoài việc dùng trong sản xuất VLCL cao alumin - còn dùng trong sản xuất đồ gốm tinh vi.
2/ Hy drat nhôm Công thức chung: Al2O3.n H20. Gồm 3 loại phân biệt nhau bởi cấu trúc và hàm lượng nước liên kết hóa học: - Hydracgilit: Al2O3.3 H20 - Bomit: Al2O3. H20 - Diaspo: Al2O3.H20 Bảng 19: tính chất hóa lí của khoáng hydrat nhôm Hệ tinh thể Độ cứng Màu sắc Khoáng  Hydracgilit Đơn tà Không màu hoặc xanh do trời 2,3-2,4 2,5-3 Trực thoi Không màu hoặc vàng nhạt Bomit 3,5-4 3,019 Trực thoi Trắng đến vàng nâu Diaspo 6,5-7 3,3-3,4 Khi đốt nóng sẽ xảy ra sự biến đổi không thuận nghịch từ dạng này sang dạng khác theo sơ đồ: 250-340 0C 450-550 0C 950-1200 0C - Al2O3.3 H20 → Al2O3.H20 →  Al2O3 →  Al2O3 Hydracgilit Bomit
450-500 0C → Al2O3 - Al2O3.H20 Điaspo Trong thiên nhiên, thường gặp quặng boxit, là khoáng tổng hợp tất cả các hydrat nhôm, chủ yếu là hydracgilit và bomit. Ngoài ra boxit còn có các tạo chất: oxyt và hydroxyt sắt, quarzt, quarzit, caolinit. Hàm lượng Fe2O3 trong boxit ít khi < 2-3% thường >5%. Điều ấy làm hạn chế dùng boxit trong công nghiệp sản xuất VLCL cao alumin. Giá trị nhất là quặng diaspo, có độ phân tán cao (hạt
Trong nhôm kỹ thuật khoáng chủ yếu là  Al2O3 nằm trong giai đoạn chuyển tiếp thành  Al2O3 và còn lại một ít hydrat nhôm (hydracgilit và bomit). Khi đốt nóng đến 1200 0C thì  Al2O3 →  Al2O3 4/ Corun điện nóng chảy Là nguyên liệu để làm vật liệu mài, gồm 2 loại Loại trắng: Al2O3 ≥ 98%, sản xuất bằng cách nấu chảy nhôm kỹ thuật trong - lò điện. Loại thường: sản xuất bằng cách nấu chảy boxit, Al2O3 = 91-97% tùy theo - lượng hợp chất trong boxit, đặc biệt là Fe2O3 và SiO2 Thành phần khoáng chủ yếu là  Al2O3 và một ít  Al2O3 do boxit có nhiều tạp chất. Lượng tạp chất càng nhiều lượng  Al2O3 càng nhiều. Corun điện nóng chảy loại trắng dùng để sản xuất loại gốm corun đặc biệt. Loại trắng kích thước lớn dùng để sản xuất các chi tiết chịu lửa trong lò cao nhiệt. Corun điện nóng chảy loại thường không dùng trong sản xuất đồ gốm tinh vi, vì chứa nhiều oxit gây màu. Chỉ có thể dùng để sản xuất các chi tiết kém quan trọng làm việc ở nhiệt độ ~ 1600 0C. II/ Kỹ thuật sản xuất 1/ Sản phẩm sản xuất từ nhóm silimanit. Ưu điểm của khoáng này: khi đạt đến nhiệt độ mullit hóa thì quá trình tạo mullit tiến hành hoàn toàn, không phụ thuộc các điều kiện gia công như nghiền trộn.. Dễ thành lập qui trình sản xuất hơn. Trong nhóm silimanit chỉ có kianit (disten) khi mullit hóa thể tích tăng nhiều nhất: 16-18%, trọng lượng thể tích giảm từ 3,5-3,6 xuống 3 gây ảnh hưởng lớn đến cấu trúc sản phẩm nung. Vì vậy để sản xuất sản phẩm cao alumin từ disten phải tiến hành nung sơ bộ chúng thành Sămôt để tái kết tinh. Tiến hành: Có thể nghiền nhỏ + đất sét rồi đóng thành bánh đem nung. Nhưng đất sét làm giảm lượng Al2O3 của sản phẩm xuống. Tốt nhất là nung kianit trong lò quay ở dạng hạt lớn không có phụ gia đất sét. Nhiệt độ nung sơ bộ 1400-1500 0C. Ở nhiệt độ này thực tế đã hòan thành quá trình mullit hóa trong
thời hạn ngắn, vì nhiệt độ mullit hóa của disten nằm trong khoảng 1200-1400 0 C. Silimanit và andaluzit khi nung thể tích tăng bé nên không phải nung sơ bộ. Sản xuất sản phẩm cao Alumin từ nhóm silimanit dùng chất kết dính chủ yếu là đất sét nghiền mịn đã làm giàu. Tuy nhiên chỉ dùng một lượng nhỏ mà thôi (10- 15%) vì đất sét làm giảm Al2O3và tăng tạp chất dễ chảy trong sản phẩm . Tốt nhất là dùng đất sét nhiều nhôm và tinh khiết. Trường hợp phối liệu nén bán khô không dẻo có thể dùng andaluzit nghiền mịn như sữa thay thế cho đất sét kết dính hoặc có thể sử dụng đất sét chịu lửa +nhôm kỹ thuật nghiền mịn. Đặc biệt sản phẩm dùng andaluzit làm chất kết dính có cường độ và nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng cao hơn nhiều so với sản phẩ m dùng đất sét làm chất kết dính. Qui trình sản xuất tương tự sản xuất sản phẩm nhiều samot:Chất làm gầy là silimanit ,andaluzit hoặc díten đã nung sơ bộ nghiền mịn .Chất kết dính (10-15%) dùng đất sét chịu lửa caoAl2O3 (40%). Thành phần hạt phải bảo đảm sản phẩm có mật độ cao nhất , cỡ hạt lớn nhất ≤ 1-2mm. Áp lực nén 1000kG/cm2, nhiệt độ nung 1500-15500C. Tính chất của sản phẩm cao Alumin đi từ silimanit: - Al2O3 : 50 - 70% - Tạp chất nóng chảy ≤3 - Nhiệt độ bắt đầu biến dạng : 1450-15500C ; Nhiệt độ phá huỷ (40%) 1650-17000C - Độ bền xỉ lớn. Sử dụng : Làm thùng đổ thép và lò nấu thuỷ tinh. 2/ Sản phẩm từ hydrat nhôm Kỹ thuật sản xuất sản phẩm từ hydrat nhôm thiên nhiên như boxit , diaspo cũng gần tương tự như sản xuất sản phẩm từ disten. Nếu dùng quặng boxit phải nung sơ bộ để khử nước liên kết hoá học cũng như để kết khối sơ bộ sản phẩm , sau đó đem nghiền mịn . Nếu dùng Diaspo thì không cần nung sơ bộ .
Chất liên kết cũng dùng chất kết dính 10-15% , nhiệt độ nung 15000C. Thành phần hạt và các thông số kỹ thuật khác tương tự như sản phẩm samot. Tính chất của sản phẩm : - Al2O3 60-65% (lớn hơn sản phẩm từ silimanit) - Tạp chất nóng chảy : 3,5-4% - Nhiệt độ chịu lửa 1800-18500C. Nhiệt kết thúc biến dạng 1650-17000C Sản phẩm từ boxit và diaspo chứa Al2O3 nhiều hơn so với sản phẩm từ nhóm silimanit . Tổng số tạp chất nóng chảy và độ xốp cao hơn 1 ít . Và thế tăng hàm lượngAl2O3 lên 10% củng như kèm theo tăng nhiệt độ bắt đầu biến dạng lên 1 ít. 3/Sản phẩm từ nhôm kỹ thuật Từ nhôm kỹ thuật có thể sản xuất ra sản phẩm mullit(70-75%Al2O3) , mullit corun (78-95%Al2O3) và corun(>95%Al2O3) a/ Sản phẩm mullit và mullit corun Kỹ thuật sản xuất mullit và mullit corun tương tự như kỹ thuật sản xuất sản phẩm nhiều samot : Dùng samot mullit corun kết khối rất đặc với 15-20% đất sét dẻo kết dính. Sản xuất samot mullit corun : Nghiền nhôm kỹ thuật mịn cộng với 15- 20%đất sét dẻo , đóng viên , nung . Đất sét chịu lửa ở đây là 1 cấu tử để tổng hợp mullit trong sản phẩm , đồng thời đóng vai trò chất liên kết nhôm kỹ thuật trong các viên thô đó. Tốt nhất là sản xuất samot mullit corun bằng phương pháp huyền phù : Nghiền ướt nhôm kỹ thuật với đất sét thành huyền phù qua máy ép để lọc để thành một khối thể dẻo , đóng viên ,sấy , nung . Tốt hơn là đưa thẳng vào lò quay để nung sau khi đã khử hết nước . Nhiệt độ kết khối phụ thuộc vào mức độ nghiền của nhôm kỹ thuật , mức độ hỗn hợp của nhôm kỹ thuật và đất sét , bản chất của đất sét , tỉ lệ giữa nhôm kỹ thuật và đất sét , mật độ của viên thô. Quá trình tạo mullit trong viên thô khi nung có thể chia làm hai giai đoạn :
1. t0
VLCL mullit chứa một lượng pha thuỷ tinh nhất định nên khi chịu tác dụng của thuỷ tinh nóng chảy bên ngoàt dễ bị hoà tan giảm độ bền . Người ta cố gắng tìm cách hạn chế pha thuỷ tinh tăng Al2O3 lên để đượccorun 1.Cơ sở kỹ thuật : Sản phẩm này có những tính chất đặc biệt cao nhất trong nhóm sản phẩm alumosilicat Sản phẩm corun yêu cầu độ tinh khiết cao , do đó quá trình gia công phức tạp , cẩn thận , phải dung những thiết bị đặt biệt , một phần cũng do bản chất của corun nữa. Khó khăn nhất là khả năng kết khối của corun rất kém mặt dù đã trộn lẫn với đất sét . Nguyên nhân chủ yếu là do cấu trúc của nhôm kỹ thuật . Nhôm kỹ thuật này thu được khi nung hydrat nhôm nhân tạo ở 1000-12000C ; Al2O3 . H2O→ γAl2O3 . Trong quá trình nung sơ bộ nhôm kỹ thuật ở 1300-14500C : γAl2O3 → αAl2O3 . αAl2O3 rất trơ , khả năng phản ứng kém nên quá trình kết khối nhôm kỹ thuật do tái kết tinh corun củng như quá trình tạo mullit do Al2O3 tác dụng với SiO2 rất kém . (mỗi hạt nhôm kỹ thuật tuy đã nhỏ , kích thước trung bình 40µm nhưng chúng cấu tạo từ 106 hạt nhỏ có các lỗ hỗng bên trong chiếm tới 25- 30%thể tích ). Để tăng mức độ kết khối của sản phẩm : - Phá vỡ cấu trúc của nhôm kỹ thuật và tăng bề mặt tiếp xúc giữa các hạt với nhau bằng cách nghiền mịn . Để nghiền mịn thường dùng máy nghiền bi gián đoạn hoặc máy nghiền chấn động . Để đảm bảo sạch , không lẫn tạp chất dùng bi corun hoặc bi sứ , máy nghiền được lót bằng tấm lót corun hoặc cao su, mặc dù hiệu suất nghiền nhỏ hơn 1,5 - 2 lần so với nghiền bi thép có tấm lót bằng thép . - Dùng phụ gia : Đặc biệt thường dùng TiO2 . Tác dụng của TiO2 : + Làm tăng độ lớn của tinh thể corun dẫn đến tăng độ bền nhiệt của sản phẩm . Ví dụ : Nung nhôm kỹ thuật 1600 - 18000C kích thước tinh thể corun đạt 3-10µm . Nếu cho 1 - 2% TiO2 vào thì khi nung ở 1400-15000C kích thước tinh thể corun đạt 10- 20µm . + Làm ngắn khoảng kết khối lại , giảm nhiệt độ nung 200-2500C . Ví dụ : Phối liệu có 2%TiO2 kết khối mạnh ở nhiệt độ 11500C và kết thúc ở 1300-14000C . Nếu không có TiO2 nhôm kỹ thuật cũng bắt đầu kết phối ở 1150-12000C nhưng kết thúc ở 1650-17000C .
+ Mặt khác dùng 1-5%TiO2 nhiệt độ bắt đầu biến dạng cao ≥ 19000C . Đến nay chưa có lý thuyết cơ bản nào về cơ chế tác dụng của phụ gia đến phối liệu trong quá trình nung . Đối với TiO2 chỉ có thể giải thích như sau : Do kích thước của Ti4+ (0,64A0 ) và Al3+ (0,57A0 ) gần giống nhau nên khi đốt nóng chúng tạo thành dung dịch rắn , sau đó ở nhiệt độ cao hơn , một phần Ti4+ chuyển sang Ti3+ ( 0,69 A0 ) làm biến dạng mạng lưới tinh thể corun , làm cho ion Al3+ linh động hơn kết khối tốt hơn . 2. Kỹ thuật sản xuất Gồm các bước : - Chuẩn bị phối liệu : + Sản xuất samot corun + Sản xuất liên kết corun - Tạo hình - Sấy - Nung • Sản xuất samot corun : Nung sơ bộ nhôm kỹ thuật ở 14500C → nghiền mịn bằng phương pháp ướt đến cỡ hạt 1µm → rửa sắt bằng dung dịch HCl 1-2% → ép lọc → cắt thành viên viên thô → sấy → nung ở 17000C trong 2h để kết khối corun hoàn toàn , đảm bảo mật độ 3,75-3.8g/cm3 . Có thể nung trong lò gián đoạn , lò tuy nen , lò quay . Nếu dùng 1-2% TiO2 → nghiền khô hỗn hợp trong máy nghiền bi thép đến kích thước 4-5µm , làm ẩm với keo SSB 1-1.5% trong máy trộn đến độ ẩm 11-13% → nén thành viên mộc → nung ở nhiệt độ 15000C , đạt mật độ 3,648g/cm3 Samot corun → đập → nghiền nhỏ : Hạt 0,2mm chiếm 50%, hạt lớn nhất 2-3mm, hạt bé nhất ≤0,088mm. • Chất kết dính : Có thể dùng ngay hỗn hợp dạng huyền phù ở trên hoặc dạng bột thô có phụ gia TiO2 . Tỉ lệ samot corun và chất liên kết corun : 55/45 • • Tạo hình : Hoặc nén bán khô với độ ẩm 7-8% thêm keo SSB1-1,5% , hoặc tạo hình bằng phương pháp đúc rót ( đối với sản phẩm có thành mỏng 4-5mm như chén nung , nồi nấu kim loại ) .
• Sấy , nung : Nung ở 1700-17500C khi không có phụ gia và ở 15500C nếu có phụ gia TiO2 , độ co tổng quát : 9-10% . Tính chất của sản phẩm corun : • - γTT : 2,96-3,10kg/cm3 . - Độ xốp biểu kiến : 18,6-22,8 . - Nhiệt độ biến dạng : 1840-18500C ; nhiệt độ phá huỷ ( 40% ) 18900C . - Độ bền nhiệt lớn : Có phụ gia > 60 ; không có phụ gia < 15 lần . - Độ bền rất cao đối với kim loại , xỉ , thuỷ tinh , muối nóng chảy , kiềm , axit ( đặc biệt đối với HF ) . - Nhiệt độ chịu lửa : 20000C . Ứng dụng : - Có độ cứng lớn nên làm vật liệu mài rất tốt • - Làm chén nung, chén nấu thuỷ tinh - Làm dao tiện đối với kim loại cứng. - Có tính chất điện môi rất cao nên được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp điện và vô tuyến điện. 4/ Sản xuất sản phẩm Caoalumin bằng phương pháp nấu chảy: * Nguyên tắc: nâng đến nhiệt độ cao cho phối liệu chảy lỏng ra, sau đó đem đúc khuôn rồi ủ sản phẩm. * Có 3 phương pháp nấu chảy: - Nấu chảy trong lò hồ quang điện - Nấu chảy với sự hỗ trợ của các sản phẩm toả nhiệt - Nấu chảy trong lò điện trở Thường nấu trong lò Heroult đốt bằng điện cực ở nhiệt độ 2000oC. * Khuôn: Trước dùng khuôn Grafit sau dùng khuôn từ VLCL đã kết khối hoặc từ hợp kim hoặc từ cát liên kết
* Ủ: Khối đổ rót ấy được đặt vào môi trường chất cách nhiệt. ví dụ như bột nhôm và làm lạnh trong 6 đến 10 ngày đến nhiệt độ ~1500C. Sau đó tháo bỏ chất cách nhiệt, tháo khuôn rồi đem mài nhẵn. Bột mài chính là kabid ( SiC) hoặc coridon. 5/ Một số sản phẩm corun thương mại: - Sản phẩm có nguồn gốc từ Mỹ: monofrax; từ Hung: Corvisit ví dụ monofrax H: Al2O3 94,3%, Na2O 5,2%; SiO2 0,1%; CaO 0,1%; Fe2O3 0,1%; MgO 0,1%; TiO2 0,03%. pha tinh thể: 94-99%, -Al2O3 ; pha thuỷ tinh