vat-lieu-nhiet-lanh: Nội dung: Chương 2: Vật Liệu Chịu Lửa

Sau khi hoàn thành chương này, người học có thể:

Phân loại được các vật liệu chịu lửa theo thành phần hóa học và theo nhiệt độ nóng chảy.
Trình bày được các tính chất cơ bản quan trọng của vật liệu chịu lửa (độ chịu lửa, độ bền cơ học, độ bền xỉ, v.v.).
Mô tả được đặc tính, thành phần chính và phạm vi ứng dụng của các vật liệu chịu lửa thường gặp như Đinat, Samot, Manhedi, và Crôm-manhedi.

Vật liệu chịu lửa (Refractory materials) là vật liệu có khả năng duy trì các tính chất cơ lý và hóa học cần thiết ở nhiệt độ cao.

Vật liệu chịu lửa được phân loại theo nhiều tiêu chí, chủ yếu là theo thành phần hóa học và độ chịu lửa:

Phân loại này dựa trên tính chất hóa học của các oxit chính cấu thành vật liệu:

Phân loại	Tính chất hóa học	Thành phần chính	Ví dụ điển hình
Axit	Dễ bị ăn mòn bởi xỉ bazơ.	$\text{SiO}_2$ (Silica), $\text{ZrO}_2$ (Zirconia).	Đinat (Silica), $\text{SiO}_2$ cao.
Bazơ	Dễ bị ăn mòn bởi xỉ axit.	$\text{MgO}$ (Magnesia), $\text{CaO}$ (Lime).	Manhedi, Crôm-manhedi.
Trung tính	Có khả năng chịu ăn mòn tốt từ cả xỉ axit và bazơ.	$\text{Al}_2\text{O}_3$ (Alumina), $\text{Cr}_2\text{O}_3$ (Chromia), Cacbon.	Samot (cao $\text{Al}_2\text{O}_3$), Crôm-manhedi.

Độ chịu lửa là nhiệt độ mà vật liệu bắt đầu chảy mềm và không thể chịu được tải trọng.

Chịu lửa thường: $\text{T} > 1580^\circ\text{C}$ (Ví dụ: Samot).
Chịu lửa cao: $\text{T} > 1770^\circ\text{C}$ (Ví dụ: Đinat, Manhedi).
Chịu lửa đặc biệt: $\text{T} > 2000^\circ\text{C}$ (Ví dụ: $\text{ZrO}_2$, $\text{MgO}$ nguyên chất).

Để đánh giá chất lượng và phạm vi sử dụng, vật liệu chịu lửa cần được xem xét dựa trên các tính chất sau:

Độ Chịu lửa (Refractoriness): Nhiệt độ mà vật liệu bắt đầu chảy mềm. Đây là tính chất quan trọng nhất.
Độ Bền cơ học (Mechanical Strength): Khả năng chịu lực nén, kéo, uốn. Thường được đánh giá bằng cường độ chịu nén ở nhiệt độ thường và nhiệt độ cao.
Tính ổn định Thể tích (Volume Stability): Khả năng giữ nguyên kích thước và hình dạng khi nung nóng hoặc làm nguội (ít bị co ngót hay trương nở).
Độ bền Xỉ (Slag Resistance): Khả năng chống lại sự ăn mòn và xâm nhập của xỉ kim loại lỏng, tro và hơi khí ở nhiệt độ cao.
Độ Xốp (Porosity): Thể tích lỗ rỗng bên trong vật liệu. Độ xốp ảnh hưởng đến độ bền cơ học, độ dẫn nhiệt và khả năng bị xỉ xâm nhập.
Độ Dẫn nhiệt (Thermal Conductivity): Khả năng truyền nhiệt qua vật liệu.
- Lò công nghiệp: Cần độ dẫn nhiệt cao (ví dụ: lò nung gốm).
- Vách lò cách nhiệt: Cần độ dẫn nhiệt thấp (để giữ nhiệt).

Thành phần chính: Oxit Silic ($\text{SiO}_2$) chiếm $\text{93-98\%}$.
Tính chất:
- Có tính Axit.
- Độ chịu lửa cao (thường $\text{T} > 1700^\circ\text{C}$).
- Có hiện tượng trương nở thể tích khi nung nóng lần đầu.
Ứng dụng: Xây vòm (mái) của lò luyện kim, lò thủy tinh (do khả năng chịu tải tốt ở nhiệt độ cao).

Thành phần chính: Chủ yếu là Silic Oxit ($\text{SiO}_2$) và Nhôm Oxit ($\text{Al}_2\text{O}_3$).
- Samot thường: $\text{Al}_2\text{O}_3$ từ $\text{30-45\%}$.
- Samot Alumin: $\text{Al}_2\text{O}_3$ từ $\text{45-70\%}$ (Độ chịu lửa cao hơn).
Tính chất:
- Có tính Trung tính (nếu $\text{Al}_2\text{O}_3$ cao) hoặc hơi axit.
- Độ chịu lửa thường $\text{1580-1770}^\circ\text{C}$.
- Giá thành rẻ, phổ biến nhất.
Ứng dụng: Xây vách lò, đáy lò, buồng đốt trong nhiều loại lò công nghiệp, nồi hơi.

Thành phần chính: Oxit Magiê ($\text{MgO}$) chiếm $\text{85-95\%}$.
Tính chất:
- Có tính Bazơ mạnh.
- Độ chịu lửa rất cao (thường $\text{T} > 2000^\circ\text{C}$).
- Độ bền xỉ bazơ rất tốt, độ bền cơ học cao ở nhiệt độ cao.
Ứng dụng: Xây các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với xỉ bazơ trong lò luyện kim, lò hồ quang điện (do có tính bazơ cao).

Thành phần chính: Hỗn hợp $\text{MgO}$ (Bazơ) và $\text{Cr}_2\text{O}_3$ (Trung tính).
Tính chất:
- Có tính Trung tính hoặc hơi bazơ.
- Kết hợp ưu điểm của cả hai: Độ chịu lửa cao ($\text{MgO}$) và độ bền xỉ tuyệt vời ($\text{Cr}_2\text{O}_3$).
Ứng dụng: Được sử dụng rộng rãi trong các lò luyện thép cần độ bền cao và chống ăn mòn xỉ phức tạp.