BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRẦN THỊ HOA

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO GẠCH CHỊU LỬA SA MỐT A THEO CÔNG
NGHỆ BÊ TÔNG GỐM SỬ DỤNG CHẤT KẾT DÍNH HUYỀN PHÙ
GỐM NỒNG ĐỘ CAO

Chuyên ngành :

CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU VÔ CƠ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS. ĐÀO XUÂN PHÁI

hµ néi - 2010


LỜI CẢM ƠN
Luận văn được thực hiện tại Phòng thí nghiệm bộ môn
Công nghệ vật liệu Silicat trường Đại học bách khoa Hà Nội, Phòng
thí nghiệm khoa Công nghệ Vật liệu – trường Cao đẳng Hóa chất –
Lâm Thao dưới sự hướng dẫn của Thầy giáo PGS. TS. Đào Xuân
Phái.
Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đôi với
Thầy hướng dẫn, các thầy cô trong Bộ môn CNVL Silicat trường
ĐHBK Hà Nội, các thầy cô thuộc khoa CNVL trường Cao đẳng Hóa

Danh mục các hình vẽ và đồ thị minh hoạ
MỞ ĐẦU
1
2

Lịch sử phát triển vật liệu chịu lửa
Vài nét về sự ra đời và phát triển công nghệ sản xuất VLCL
samốt.

1
2

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sản xuất vật liệu
3

chịu lửa theo công nghệ bê tông gốm sử dụng chất kết dính

3

huyền phù nồng độ cao.
4

Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

6

5

Phương pháp nghiên cứu


1.1.2
1.2

Chuyên ngành: CNVL Vô cơ

Công nghệ chế tạo gạch chịu lửa và ý nghĩa của chất liên kết
trong sản xuất VLCL
Sơ đồ mô tả công nghệ chế tạo gạch chịu lửa sa mốt A truyền
thống
Ý nghĩa của chất liên kết trong sản xuất VLCL
Cơ sở khoa học công nghệ chế tạo bêtông gốm từ chất kết dính
huyền phù gốm nồng độ cao.
CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN
CỨU

10

10
14
16

29

2.1

Xác định thành phần hoá

29

2.2


32

34

2.6

Xác định độ ẩm của hồ

35

2.7

Xác định lượng sót sàng của hồ

35

2.8

Xác định độ nhớt của hồ

36


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: CNVL Vô cơ

2.9


TRIỂN KHAI NGHIÊN CỨU THỰC

NGHIỆM KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1.

Tập hợp các loại nguyên liệu và phụ gia sử dụng trong nghiên
cứu

40

40

3.1.1.

Sạn sa mốt và cao lanh

40

3.1.2

Cao lanh

42

3.1.3

Cát quart

45


Ảnh hưởng của quá trình nghiền đến tính chất của HCBS

47

3.2.4.

Nghiên cứu ổn định tính chất huyền phù gốm nồng độ cao.

50

3.2


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: CNVL Vô cơ

3.2.4.1 Khuấy trộn cơ học:

50

3.2.4.2 Ảnh hưởng của hàm lượng phụ gia đến tính chất của hồ

51

3.2.5

Khảo sát các thông số kỹ thuật của nghiền hồ

54

3.3.1.2 Mô tả thí nghiệm chế tạo mẫu trong phòng thí nghiệm

64

3.3.1.3 Phân tích kết quả thí nghiệm:

67

3.3.2
3.4.

Ảnh hưởng của hàm lượng CKD HCBS đến sản phẩm mẫu bê
tông gốm

68

Biện pháp tăng bền cho mẫu bê tông sau khi sấy 110 ± 100C.

75

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

82

TÀI LIỆU THAM KHẢO

84

CÁC PHỤ LỤC


Hình 1.4 : Ảnh hưởng của nồng độ thể tích CV của thủy tinh quăc(a)
4

và cát quăc(b) trong quá trình nghiền ướt (Pcast% độ xốp biểu kiến,

23

2

cường độ nén sau sấy σbendN/mm , [28]
Hình1.5. Sự phụ thuộc hệ số cắt (a) và độ nhớt (b)vào lực căt của
5

HCBS hệ zircon (Cv=0.64) tại các dải nhiệt độ khác nhau (1) =

23

650C, (2) = 450C, (3) = 250C.

6

7

Hình 1.6. Tổng quan chung về sự phụ thuộc các chỉ tiêu kỹ thuật
của HCBS trong quá trình nghiền 3 giai đoạn [32]
Hình 1.7. Ảnh hưởng của Na2O trong thủy tinh lỏng đến độ nhớt của
HCBS , độ xốp, cường độ của mẫu đúc[32]

24


Vật liệu chịu lửa

2

HCBS

Huyền phù gốm nồng độ cao

3

SMA

Samot A

4

CKD

Chất kết dính

5

CLG

Cốt liệu gầy

6

TPH


12

LCC

Bê tông chịu lửa ít xi măng

13

ULCC

Bê tông chịu lửa siêu ít xi măng

14

NCC

Bê tông chịu lửa không xi măng

Là một loại vật liệu chịu lửa cao nhôm


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: CNVL Vô cơ

Hình 1.9: Ảnh hưởng của hàm lượng chất kết dính trong phối liệu
9

tạo hình đến độ xốp và độ bền nén của sản phẩm Bê tông gốm gia


Hình 1.12: Sơ đồ hình thành vùng tiếp xúc trong bê tông gốm với
cốt liệu xốp
Hình 2.1: Sơ đồ khối của một phổ kế tia X phân tán chiều dài bước
sóng – dùng trong phân tích định lượng thành phần hóa học

26

26

27

27

30

16 Hình 2.2: mô tả quy luật Bragg

33

17 H×nh 2.3: Nguyªn lý thiÕt bÞ SEM

34

18 Hình 3.1. Ảnh hưởng của thời gian nghiền đến nhiệt độ của hồ

56

19

Hình 3.2. Ảnh hưởng của thời gian nghiền đến độ nhớt của hồ

đúc HCBS
Hình 3.8. Ảnh hưởng của thời gian trộn đến cường độ nén của mẫu
đúc HCBS
Hình 3.9. Ảnh hưởng của thời gian trộn đến khối lượng thể tích của
mẫu đúc HCBS

27 Hình 3.10: Sơ đồ chế tạo mẫu trong phòng thí nghiệm
28

29

Hình 3.11. Ảnh hưởng của cấp phối hạt đến độ bền nén sau sấy và
khối lượng thể tích.
Hình 3.12. Ảnh hưởng của cấp phối hạt đến độ bền nén sau nung và
độ xốp.

57
59

60

60

60

61
66
67

68


73

Hình 3.17. Hình thể hiện mối quan hệ giữa hàm lượng HCBS đến
34

các tính chất của bê tông như cường độ chịu nén, độ xốp biểu kiến,
độ hút nước ở nhiệt độ 12500C đã qua môi trường tẩm thực nước

77

thủy tinh (d=1,09g/cm3)
Hình 3.18. Hình thể hiện mối quan hệ giữa hàm lượng HCBS đến
35 các tính chất của bê tông như độ co, khối lượng thể tích của mẫu ở
0

77

3

1250 C đã qua môi trường tẩm thực nước thủy tinh (d=1,09g/cm )

36

37

Hình 3.19. Hình thể hiện mối quan hệ giữa hàm lượng HCBS đến
việc phát triển cường độ của mẫu đã qua dung dịch tẩm thực.
Hình 3.20. Hình thể hiện mối quan hệ giữa hàm lượng HCBS đến độ
co ngót của sản phẩm đã qua dung dịch tẩm thực.

khác nhau đặc biệt là công nghiệp luyện kim. Nửa cuối thế kỷ trước, công nghệ phát
triển nên chủng loại của gạch chịu lửa cũng phải phát triển theo. Do những nguyên
nhân đó mà nhiều loại gạch chịu lửa mới được ra đời nhằm đáp ứng những nhu cầu
ngày càng khắt khe. Để tăng tuổi thọ cũng như tăng năng suất của lò bắt buộc phải
nâng cao chất lượng của lớp lót chịu lửa cũng như sử dụng chủng loại vật liệu chịu
lửa mới.
Sản lượng vật liệu chịu lửa trên thế giới nói chung không tăng và có chiều
hướng giảm dần nhưng tăng chủng loại và chất lượng nên nay chỉ nằm trong
khoảng 40 triệu tấn/năm. Trong số đó đến 70% dùng trong công nghiệp luyện kim,

1


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: CNVL Vô cơ

còn công nghiệp vật liệu xây dựng chiếm khoảng 7%, gốm sứ thủy tinh 10%, năng
lượng và hóa chất 8% và các công nghiệp khác 5%.
Năm 1976 bê tông chịu lửa ít xi măng (LCC) và siêu ít xi măng (ULCC)
được cấp bằng sáng chế, từ đó đến nay các loại bê tông này được sử dụng hầu hết
trong việc xây dựng và sửa chữa các lò công nghiệp.
Bên cạnh đó bê tông chịu lửa không xi măng (NCC) cũng được nghiên cứu,
bê tông này sử dụng các liên kết như phốt phát, keo, hyđrat nhôm (rho-alumina), tuy
nhiên nó có nhiều hạn chế nên không được sử dụng rộng rãi
Bê tông gốm sử dụng chất liên kết huyền phù gốm nồng độ cao (HCBS)
được nghiên cứu và phát triển tại Nga từ cuối những năm 1980, đến nay đã đạt được
nhiều thành tựu dần thay thế cho bê tông LCC, ULCC và hứa hẹn sẽ là thế hệ bê
tông chịu lửa mới của thế kỷ 21.
c. Phát triển vật liệu chịu lửa của nước ta:

nghệ bê tông gốm đã mở ra nhiều hướng chế tạo vật liệu chịu lửa cấu trúc chất
lượng cao, giá thành hạ, tuổi thọ sử dụng dài hơn trong các lò công nghiệp. Với đề
tài Nghiên cứu chế tạo gạch chịu lửa samốt A theo công nghệ Bê tông gốm sử dụng
chất kết dính huyền phù gốm nồng độ cao là bước đầu ở Việt Nam theo hướng
nghiên cứu ứng dụng nhằm tạo ra một loại vật liệu cấu trúc mới sử dụng trong lò
nung công nghiệp
3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sản xuất vật liệu chịu lửa theo
công nghệ bê tông gốm sử dụng chất kết dính huyền phù gốm nồng độ cao.
a. Trên thế giới
Ngay từ thập niên 70-80 đã xuất hiện một số công trình nghiên cứu chế tạo
huyền phù gốm dạng lỏng chứa tinh thể mulít làm chất kết dính gốm cho các cốt
liệu gầy alumosilicats. Tác giả Yu.E.Pivinskii đã nghiên cứu tính chất lưu biến của
huyền phù và đặc trưng công nghệ của nó khi chế tạo bê tông gốm [8]. Nguyên liệu
đầu mà tác giả dùng trong công trình này là bột mullít tổng hợp cỡ hạt 0,05-0,6 mm
với thành phần Al2O3=72,8%, SiO2=26,3%, Fe2O3=0,32%, Na2O=0,2% và 0,33%
tạp chất khác. Huyền phù được nghiền ướt trong máy nghiền bi corun với lớp lót từ
đá quartzit (SiO2). Để đạt được nồng độ pha rắn cao trong huyền phù, bột phối liệu
được nghiền theo ba giai đoạn theo mức độ tăng nhiệt độ của hồ (do toả nhiệt khi
nghiền) nhiệt độ cực đại chỉ 50-600C. Để pha loãng hồ với lượng nước ít nhất, ở đây

3


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: CNVL Vô cơ

người ta đã dùng axit HCl độ mịn 40% hạt có kích thước ≤5µm, 22% cỡ hạt 5-10
µm; 38% cỡ hạt 10-30 µm; hàm lượng thể tích pha rắn Cv=0,48, mật độ 2,01g/cm3.
Để ổn định tính chất của hồ người ta dùng giải pháp khuấy cơ học lưu biến.


Để chế tạo huyền phù gốm, tác giả đã dùng samốt bôxit cỡ hạt 1 - 3mm
nghiền ướt trong máy nghiền bi lót sứ uralit (hàm lượng Al2O3= 72-79 % và
ρ=3,15g/cm3). Môi trường pH được điều chỉnh bằng thuỷ tinh lỏng đạt giá trị tối ưu
9,1-9,8. Sau 15 giờ nghiền theo cơ chế nạp liệu 4 giai đoạn (5 giờ, 7 giờ, 10 giờ và
12 giờ) huyền phù đạt mật độ ρ=2,7-2,75 g/cm3, độ ẩm 12-13% với nhiệt độ tự hâm
nóng trong máy đạt 35-600C. Nếu sử dụng máy nghiền bi 3,2m3 thì có thể giảm số
lần nạp liệu xuống 2-3 giai đoạn. Nâng cao nhiệt độ huyền phù khi nghiền sẽ ảnh
hưởng tốt đến vận tốc nghiền song nếu nhiệt độ tự hâm nóng của máy đạt > 800C thì
độ nhớt (linh động) của huyền phù tăng do hình thành hơi và “khô đi” của huyền
phù. Chất kết dính gốm trên cơ sở huyền phù nồng độ cao chế tạo trong công trình
này có thể kết dính tốt (độ xốp vật đúc = 16-18%, Rn mộc = 5-6 Mpa) khi chế tạo bê
tông gốm cốt liệu gầy là alumosilicat giàu Al2O3.
Trong một số công trình khác các tác giả đã nghiên cứu hệ bê tông gốm tự
chảy thích hợp với các sản phẩm đúc. Ở đây hệ vật liệu mullit-cacbuasilic được
khảo sát khá kỹ. Tác giả đó đã nghiên cứu tính lưu biến kỹ thuật của hệ tạo hình đúc
rung để nhận được bê tông gốm mullít-SiC bền cơ, bền nhiệt tốt. Chất kết dính hệ
mulit được nghiền từ gạch chịu lửa phế cao alumin loại MLD-62 chứa 62- 68%
mulit, 10-12% corun và 15-25% pha thuỷ tinh, hàm lượng Al2O3=66-67% và
SiO2=31-32%. Huyền phù có các tính chất sau: mật độ ρ=2,36g/cm3, nồng độ thể
tích pha rắn Cv=0,66, độ ẩm W=14,7%, độ pH tối ưu =9,6.
Hỗn hợp bê tông gốm mullit- SiC gồm 48% chất kết dính (tính theo vật chất
khô) và 52% cốt liệu gầy có đặc trưng lưu biến tốt khi tạo hình rung đúc trong
khuôn thạch cao. Sản phẩm đúc sau sấy có cường độ nén đạt 65-70 kG/cm2 nghĩa là
cao gấp hai lần các phối liệu gốm truyền thống sử dụng liên kết đất sét.
Bê tông gốm mullits-SiC liên kết mulít có mức độ oxy hoá thấp, nung ở
13500C tổn thất trọng lượng do SiC bị cháy chỉ cỡ 0,06-0,11% tương ứng với hàm
lượng SiC trong cấu trúc của bê tông gốm Cvd = 0,35 và 0,4.

5

Nghiên cứu chế tạo chất liên kết huyền phù gốm nồng độ cao HCBS.

-

Ổn định và làm tăng khả năng lưu động của chất liên kết huyền phù gốm nồng
độ cao HCBS.

- Chế tạo mẫu thử trong phòng thí nghiệm sử dụng chất liên kết HCBS và ảnh
hưởng của hàm lượng chất liên kết đến tính các tính chất của bê tông hay gạch chịu
lửa.
b. Cơ sở khoa học, thực tiễn

6


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: CNVL Vô cơ

-

Từ cơ sở các nguồn thông tin, tư liệu nghiên cứu về công nghệ bê tông gốm.

-

Phân tích đánh giá và tham khảo đặc điểm kỹ thuật của từng loại nguyên
liệu.

-


5. Phương pháp nghiên cứu
a. Phương pháp kế thừa:
Áp dụng kiến thức đã học và tổng kết của những bậc tiền bối đi trước trong
lĩnh vực chế tạo bê tông gốm sử dụng chất liên kết HCBS.
b. Phương pháp thực nghiệm:

7


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: CNVL Vô cơ

- Phương pháp phân tích hoá học.
- Phương pháp phân tích thành phần hạt (bằng sa lắng hoặc tán sạ laze).
- Phương pháp xác định tỷ trọng (khối lượng thể tích).
- Phương pháp kiểm tra các kích thước và độ biến dạng của sản phẩm (TCVN 54361998).
- Xác định độ hút nước TCVN 5436-1998 mục 6
Trình tự nghiên cứu được thực hiện theo các bước sau:
- Nghiên cứu sự ảnh hưởng của cấp phối nguyên liệu, phụ gia điều chỉnh đến tính
chất của chất kết dính huyền phù gốm, từ đó lựa chọn cấp phối tối ưu cho phối liệu.
- Sử dụng kết quả nghiên cứu cấp phối tối ưu để đưa ra phương pháp nghiền phối
liệu cho phù hợp để tăng Cv và tăng tính linh động của hồ đồng thời ổn định hồ.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng HCBS đến tính chất của sản phẩm mẫu
đúc.
- Một số tính chất cơ lý của vật liệu chịu lửa, bê tông chịu lửa được thực hiện theo
các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành.
6. Ý nghĩa của đề tài
Trong hàng loạt các thiết bị nhiệt của công nghiệp luyện kim và hóa chất làm
việc ở nhiệt độ cao thường xây dựng lớp lót chịu lửa từ bê tông chịu lửa dạng khối,

dụng sản xuất thử nghiệm tại xưởng sản xuất VLCL – Bát Tràng.
8. Kết cấu của luận văn
Luận văn được trình bày trên 60 trang A4 gồm các phần: mở đầu, 03 chương,
kết luận và kiến nghị.
Luận văn được thực hiện tại Phòng thí nghiệm của bộ môn CNVL Silicat –
trường Đại học Bách khoa – Hà Nội và phòng thí nghiệm của khoa CNVL trường
Cao đẳng hóa chất – Lâm Thao – Phú Thọ dưới sự hướng dẫn của Thầy giáo
PGS.TS Đào Xuân Phái.
Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với Thầy hướng dẫn,
các thầy cô trong Bộ môn CNVL Silicat trường ĐHBK Hà Nội, đã giúp đỡ tôi hoàn
thành bản luận văn này.

9


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: CNVL Vô cơ

CHƯƠNG I : CƠ SỞ KỸ THUẬT CỦA BÊ TÔNG GỐM
1.1. Công nghệ chế tạo gạch chịu lửa và ý nghĩa của chất liên kết trong sản
xuất VLCL
1.1.1 Sơ đồ mô tả công nghệ chế tạo gạch chịu lửa sa mốt A truyền thống:
Kho ®Êt sÐt

Kho samèt

§Ëp nhá

§Ëp hµm


Ph©n lo¹i

10

KÐt h¹t mÞn


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: CNVL Vô cơ

Hình 1.1 Sơ đồ dây chuyền sản xuất gạch chịu lửa sa mốt A truyền thống
* Giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu
Chuẩn bị đất sét làm chất kết dính
Đất sét trong kho nhà máy thường có độ ẩm W=15-25% và kích thước lớn.
Qua máy thái cắt hoặc nghiền trục răng để cắt sơ bộ thành những mẫu nhỏ rồi sấy
khô. Thường dùng máy sấy thùng quay cùng chiều để sấy đất sét đạt W=7-8%.
Nhiệt độ khí vào sấy 250-400 0C, nhiệt độ khí ra 110-120 0C. Đất sét trước khi vào
bunke dự trữ phải làm nguội để tránh hiện tượng ngưng tụ hơi nước trong lòng bun
ke.
Yêu cầu đất sét làm chất kết dính phải phân phối đều giữa các hạt Sa mốt,
nên sau khi làm nguội đất sét phải được nghiền mịn, thường sử dụng máy nghiền
lồng cho cỡ hạt
Trộn phối liệu ở phương pháp bán khô là chủ yếu: Dùng máy trộn bánh xe.
Đầu tiên thấm ướt hạt Sa mốt bằng bùn đất sét kết dính để tạo nên bề mặt các
hạt Sa mốt một màng mỏng đất sét, sau đó cho đất sét dạng bột mịn vào. Tùy
theo độ ẩm của đất sét và sa mốt mà điều chỉnh lượng đất sét bùn và đất sét
bột để đạt độ ẩm tạo hình thích hợp. Dùng máy trộn bánh xe vì nó vừa trộn
vừa miết, vừa làm sít đặc phối liệu dưới tác dụng của bánh xe. Máy trộn có
nhiệm vụ làm kết dính và liên kết các hạt Sa mốt với nhau.

-

Phương pháp đúc rót: Cho thẳng bùn đất sét kết dính vào trộn với các hạt Sa
mốt.

-

Phương pháp dẻo: Để đạt phối liệu là 1 khối dẻo, đất sét dẻo phải được
nghiền ướt (W=30%) cho 50-60% Sa mốt vào nhào trộn phối liệu dẻo
W=16-20%.

* Tạo hình sản phẩm:
Có 3 phương pháp tạo hình:
+ Phương pháp bán khô thông thường với sản phẩm thường, phức tạp, khối
lớn
+ Phương pháp dẻo tạo hình bằng tay đối với các sản phẩm phức tạp
+ Phương pháp đúc rót : ít dùng

12


Luận văn thạc sĩ

đó tiến hành sấy và nung.
Thời gian sấy: phụ thuộc vào loại sản phẩm. Ép bán khô 12-18 h sản phẩm
ép dẻo 20-30h.
* Nung sản phẩm
Nung sản phẩm Sa mốt nhằm làm kết khối, làm sít đặc sản phẩm đến mức
cần thiết đảm bảo độ ổn định thể tích khi sử dụng. Giai đoạn nung là giai đoạn
quyết định chất lượng sản phẩm nhất. Vì vậy cần phải có 1 chế độ nung và nhiệt độ
thích hợp. Nếu nhiệt độ quá cao sản phẩm sau này có cường độ cao, mật độ lớn
nhưng do nhiệt độ quá cao khi nung sản phẩm bị mềm đi và biến dạng do clinke
hóa, độ bền nhiệt giảm. Ngoài ra sản phẩm còn có thể bị nứt nẻ do ứng suất quá lớn
xuất hiện khi nung, do nhiệt độ phân phối không đều khi đốt nóng và làm nguội.

13


Luận văn thạc sĩ

Chuyên ngành: CNVL Vô cơ

Bảng 1.1 Tính chất cơ lý của sản phẩm samot theo TCVN 4710:1989 [I – 161]
Loại sản phẩm samot
Các chỉ tiêu
SMA

SMB

SMC

35



1200

Cường độ nén kG/cm2 không nhỏ hơn

250

200

150

Độ xốp biểu kiến % không lớn hơn

22

23

24

Khối lượng thể tích g/cm3 không nhỏ hơn

2,0

1,95

1,9

Hàm lượng % Al2O3 không nhỏ hơn
Độ chịu lửa không nhỏ hơn 0C
Sức co phụ % không quá