Trong quá trình sử dụng, vật liệu chịu lửa dễ bị nóng chảy và mềm đi do các tác động vật lý, hóa học, cơ học và các tác động khác ở nhiệt độ cao (thường là 1000~1800 °C), hoặc bị ăn mòn, nứt vỡ, hư hỏng, làm gián đoạn hoạt động và gây ô nhiễm vật liệu. Do đó, vật liệu chịu lửa cần phải có các đặc tính thích ứng với nhiều điều kiện vận hành khác nhau. Sau đây là 4 chỉ số xác định hiệu suất chịu nhiệt độ cao của vật liệu chịu lửa:
(1) Chịu nhiệt
Độ chịu nhiệt đề cập đến nhiệt độ mà tại đó vật liệu đạt đến một mức độ mềm nhất định dưới tác động của nhiệt độ cao, và đặc trưng cho khả năng chịu nhiệt của vật liệu. Độ chịu nhiệt là cơ sở để đánh giá xem một vật liệu có thể được sử dụng làm vật liệu chịu nhiệt hay không. Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế quy định rằng các vật liệu vô cơ phi kim loại có độ chịu nhiệt trên 1500 ℃ là vật liệu chịu nhiệt. Nó khác với điểm nóng chảy của vật liệu và là sự thể hiện tổng hợp của hỗn hợp các chất rắn đa pha bao gồm nhiều khoáng chất khác nhau.
Yếu tố cơ bản nhất quyết định khả năng chịu nhiệt là thành phần và sự phân bố khoáng chất hóa học của vật liệu. Các thành phần tạp chất khác nhau, đặc biệt là những thành phần có tác dụng hòa tan mạnh, sẽ làm giảm nghiêm trọng khả năng chịu nhiệt của vật liệu. Do đó, cần phải xem xét các biện pháp thích hợp trong quá trình sản xuất để đảm bảo và nâng cao độ tinh khiết của nguyên liệu thô.
Độ chịu nhiệt không phải là một đại lượng vật lý tuyệt đối đặc trưng cho một chất, mà là một chỉ số kỹ thuật tương đối khi vật liệu đạt đến một mức độ mềm hóa nhất định được đo trong điều kiện thử nghiệm cụ thể. Vật liệu thử nghiệm được tạo thành hình nón tam giác cụt (gọi là nón thử nghiệm) theo phương pháp quy định, và một hình nón tam giác cụt tiêu chuẩn (gọi là nón tiêu chuẩn) có nhiệt độ uốn cố định ở tốc độ gia nhiệt cụ thể. Độ chịu nhiệt được xác định bằng cách so sánh độ uốn của nón thử nghiệm với độ uốn của nón tiêu chuẩn. Đáy dưới của nón tam giác cụt dài 8mm mỗi cạnh, đáy trên dài 2mm mỗi cạnh, và chiều cao là 30mm. Trong quá trình đo, pha lỏng có thể xuất hiện trong hình chóp ở nhiệt độ cao. Khi nhiệt độ tăng, lượng pha lỏng tăng, độ nhớt của pha lỏng giảm, và nón mềm đi. Khi độ mềm đạt đến một mức nhất định, nón dần dần bị uốn cong do trọng lượng của chính nó. Khi nón thử nghiệm và nón chuẩn được uốn cong đồng thời cho đến khi đỉnh của chúng tiếp xúc với khung, nhiệt độ uốn cong xác định của nón chuẩn sẽ được coi là độ chịu nhiệt của nón thử nghiệm.
Nhiệt độ hóa mềm dưới tải trọng, còn được gọi là điểm hóa mềm của vật liệu chịu lửa hoặc nhiệt độ biến dạng của vật liệu chịu lửa dưới tải trọng, cho biết khả năng chống chịu của vật liệu chịu lửa đối với tác động kết hợp của nhiệt độ cao và tải trọng dưới tải trọng không đổi, hoặc phạm vi nhiệt độ mà vật liệu chịu lửa thể hiện biến dạng dẻo rõ rệt. Nhiệt độ sử dụng tối đa của vật liệu chịu lửa có thể được suy ra từ nhiệt độ hóa mềm dưới tải trọng. Nhiệt độ hóa mềm dưới tải trọng thể hiện độ bền cấu trúc của vật liệu chịu lửa trong điều kiện sử dụng tương tự, và có thể được sử dụng làm cơ sở để xác định nhiệt độ sử dụng tối đa của vật liệu chịu lửa.
Yếu tố chính quyết định nhiệt độ hóa mềm dưới tải trọng là thành phần khoáng chất hóa học của vật liệu, điều này cũng liên quan trực tiếp đến quy trình sản xuất vật liệu. Nhiệt độ thiêu kết của vật liệu có ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ biến dạng hóa mềm dưới tải trọng. Nếu nhiệt độ thiêu kết được tăng lên một cách thích hợp, nhiệt độ biến dạng ban đầu sẽ tăng lên do giảm độ xốp, sự phát triển của tinh thể và liên kết tốt. Cải thiện độ tinh khiết của nguyên liệu thô và giảm hàm lượng chất nóng chảy thấp hoặc dung môi sẽ làm tăng nhiệt độ biến dạng hóa mềm dưới tải trọng. Ví dụ, oxit natri trong gạch đất sét và alumina trong gạch silic đều là các oxit có hại.
(3) Độ ổn định thể tích ở nhiệt độ cao của vật liệu chịu lửa
Dưới tác động của nhiệt độ cao trong thời gian dài, vật liệu chịu lửa sẽ giãn nở thể tích, được gọi là giãn nở dư. Độ giãn nở dư (biến dạng) của vật liệu chịu lửa phản ánh chất lượng ổn định thể tích ở nhiệt độ cao. Biến dạng dư càng nhỏ thì độ ổn định thể tích càng tốt; ngược lại, độ ổn định thể tích càng kém thì càng dễ gây biến dạng hoặc hư hỏng kết cấu.
Sự thay đổi của đường nung lại thường được sử dụng để đánh giá độ ổn định thể tích ở nhiệt độ cao của vật liệu, đây là một chỉ số quan trọng để đánh giá chất lượng vật liệu.
Hầu hết các vật liệu chịu lửa sẽ co lại dưới tác động của nhiệt độ cao. Trong quá trình nung lại, hầu hết các vật liệu chịu lửa sẽ co lại, chủ yếu là do pha lỏng được tạo ra bởi vật liệu ở nhiệt độ cao sẽ lấp đầy các lỗ rỗng, khiến các hạt bị nén chặt hơn và kéo lại gần nhau hơn. Gần đây, quá trình tái kết tinh xảy ra, dẫn đến sự đặc chắc hơn nữa của vật liệu. Cũng có một số vật liệu giãn nở trong quá trình nung lại. Ví dụ, gạch silica giãn nở do sự chuyển đổi đa tinh thể trong quá trình sử dụng. Điều này là do thạch anh chưa chuyển hóa trong gạch silica sẽ tiếp tục chuyển hóa thành tridymite hoặc thạch anh vuông ở nhiệt độ cao. Thạch anh, có thể tích giãn nở, chiếm khoảng 10% chưa chuyển hóa trong gạch silica. Để giảm sự co ngót và giãn nở của vật liệu khi nung lại, việc tăng nhiệt độ nung và kéo dài thời gian giữ nhiệt một cách thích hợp là hiệu quả, nhưng không nên quá cao, nếu không sẽ gây ra hiện tượng thủy tinh hóa cấu trúc vật liệu và làm giảm độ ổn định sốc nhiệt. Do sự giãn nở của các hạt thạch anh trong vật liệu trong quá trình nung và sử dụng, bù đắp cho sự co ngót của đất sét, nên sự thay đổi thể tích của gạch bán silica là nhỏ, và một số viên gạch còn hơi giãn nở.
(4) Độ ổn định sốc nhiệt
Khả năng của vật liệu chịu nhiệt chống lại sự thay đổi nhiệt độ nhanh chóng mà không bị phá hủy được gọi là tính ổn định sốc nhiệt. Tính chất này cũng được biết đến với tên gọi khả năng chịu sốc nhiệt hoặc khả năng chống sốc nhiệt.
Yếu tố chính ảnh hưởng đến chỉ số ổn định sốc nhiệt của vật liệu là các tính chất vật lý của vật liệu, chẳng hạn như hệ số giãn nở nhiệt, độ dẫn nhiệt, v.v. Nói chung, hệ số giãn nở tuyến tính của vật liệu càng cao thì độ ổn định sốc nhiệt càng kém; độ dẫn nhiệt của vật liệu càng cao thì độ ổn định sốc nhiệt càng tốt. Ngoài ra, cấu trúc vi mô, thành phần hạt và hình dạng của vật liệu chịu lửa đều có tác động đến độ ổn định sốc nhiệt.
Thời gian đăng bài: 15/07/2022