VAT LIEU KY THUAT NHIET LANH THU VIEN ĐH NHA TRANG INIA 3000025560 NGUYEN DUC LOI - VO DIEM HUONG — NGUYEN KHAC XUONG VẬT LIỆU KĨ THUẬT _ NHIỆT LẠNH (Tái lần thứ ) NHÀ XUẤT BẢN BÁCH KHOA - HÀ NỘI LOI NOI DAU Ki thuật nhiệt uò kĩ thuật lạnh ngành khoa học nghiên cứu, thiết ké, chế tạo uò ứng dụng hệ thống cung cấp nhiệt, thiết bị sấy, thiết bị trao đổi nhiệt, loại lị cơng nghiệp, lị hơi, thiết bị biến đổi lượng nhiệt, loại máy uò thiết bị lạnh, máy uà hệ thống thơng gió, lọc bụi điêu hồ khơng khí Tuổi thọ, độ tin cậy, giá uận hành, hiệu bình tế thiết bi nhiét va lạnh liệu phụ Máy uà va hiéu qua kinh vat liéu Mdy va phụ thuộc nhiều uào uật liệu thiết bị sản xuất nước có tuổi té chua cao vi chưa bảo đảm thiét bi nhaép ngoai bị xuống cấp chế tạo thọ, độ yêu nhanh uà vat tin cậy cầu vé chóng sử dung vat liệu khéng diing qua trinh van hanh, bảo dưỡng trung đại tu 0à uiệc sản xuất tết thay thế: Bởi uậy, uiệc sử dụng uật liệu chế tạo, uật liệu thay thế, uột liệu phụ (dâu lạnh, chất hút ổm hệ thống lạnh chẳng hạn) quan trọng Giáo trình “Vật liệu kĩ thuật nhiệt uò kĩ thuật lạnh” nhằm trang bị cho sinh uiên kiến thúc uê loại uột liệu thường dùng ngành Giáo trình gồm phần Phan I: Vat liệu kĩ thuật nhiệt gôm cách nhiệt, uữa uà bê tông chịu lửa, uật Diễm Hương biên soạn) Phần II: Vật liệu kĩ thuật lạnh bao phi kim loại chế tạo máy uà thiết bị lạnh, uật liệu chịu lửa, uột liệu liệu kưm loại (do TS Vũ gồm uật liệu kim loại uà uật liệu cách nhiệt lạnh, cdc chat hit Gm va dau bôi trơn (do PGS TS Nguyễn Đức Lợi biên soan) Phần III: Vật liệu compozit, dạng uật liệu ứng dụng rộng rõi ngành hàng khong vi tru, giao thông uận tải uà nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật nhiệt uà lạnh (do GS TS Nguyễn Khắc Xương biên soạn) Giáo trình dùng cho sinh uiên ngành Máy lạnh Thiết bị ` nhiệt dùng làm tài liệu tham khảo cho ngành liên quan nhiệt điện, khí, hố chất, lun kim, may thực phẩm u.u Chúng xin chân thành cám ơn đồng nghiệp, đặc biệt GVC-KS Lương Văn Đề uề ý hiến đóng góp q báu Chúng tơi xin chân thùnh cám ơn ý kiến đóng góp xây dựng nhằm hoàn thiện sách Các ý biến xin gửi uê: Viện KHCN Nhiệt lạnh NXB Bách Khoa, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các tác giả PHANI VAT LIEU KY THUAT NHIET Chuong VAT LIEU CHIU LUA 1.1 MỞ ĐẦU VÀ PHAN LOẠI Công nghiệp vật liệu chịu lửa công nghiệp sản xuất sản phẩm dùng nhiệt độ cao Vật liệu chịu lửa dùng ngành cơng nghiệp luyện kim, hố chất, nhiệt thủy tinh, sản xuất xi măng v.v Các vật liệu chịu lửa khơng gian tiến hành q trình cơng nghệ rộng điện nhằm giảm rãi sành, sứ, giới hạn mát nhiệt lò Trong trình vận hành thiết bị người ta tìm cách để tăng chất lượng gạch chịu lửa, kéo đài thời gian sử dụng gạch lị, góp phần tăng suất thiết bị, hạ thấp tiêu tốn nhiệt, tăng chất lượng hạ giá thành sản phẩm : Ngày để đáp ứng đòi hỏi tiến kỹ thuật nhiều loại vật liệu đời, vật liệu siêu cao cấp dùng kĩ thuật máy bay siêu âm, tên lửa đại, vật liệu lò phản ứng hạt nhân, tàu vũ trụ v.V Vật liệu chịu lửa phân loại theo nhiều dấu hiệu khác nhau: L) Theo chất hố lí ngun liệu ban đầu vật liệu chịu lửa chia thành nhóm: silic, alumôsilicat, manhêdi, forstenit, spinen, đôlômi, cácbon, ziếccôn vật liệu chịu lửa từ ôxyt tinh khiết 2) Theo độ chịu lửa vật liệu chịu lửa chia thành loại: — Loại chịu lửa thường: độ chịu lửa từ 1580 đến 1770 — Loại cao lửa: độ chịu lửa từ 1770 đến 2000°C — Loại cao: độ chịu lửa 2000°C 3) Theo hình dạng kích thước, gồm loại: loại thường khối hình hộp, gạch di hình, loại khối lớn 4) Theo phương pháp tạo hình có sản phẩm nén dẻo, nén bán khơ, sản phẩm đúc từ hồ chất nóng chảy 5) Theo dac tinh gia cong nhiệt: có ‹ sảnn phẩm chịu lửa loại nung va loai khong nung.¬— 6) Theo đặc tính xốp chia sản nhắm loại đặc, loại thường loại nhẹ Để lựa chọn sử dụng gạch chịu lửa cách đắn có hiệu cần phải biết tính chất quan trọng vat liệu chịu lửa điều kiện sử dụng chúng 1.2 CÁC TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU CHỊU LỬA _ Vật liệu chịu lửa loại vật liệu chịu nhiệt độ cao 1000°C thời gian dài khơng bị biến dạng có tải trọng học 1.2 TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA VẬT LIỆU CHỊU LỬA Đặc tính cấu trúc vật liệu chịu lửa Đặc tính cấu trúc sản phẩm chịu lửa có ảnh hưởng định đến tính chất Xét mặt cấu trúc, vật liệu chịu lửa tổng thể có kết hợp xếp xen kẽ lẫn ba pha: tinh thể, thủy tính (vơ định hình) khí (lỗ xốp) Bản chất hố lí số lượng pha hồn tồn khác Để nghiên cứu đặc tính cấu trúc vật liệu chịu lửa người ta dùng phương pháp hố lí đại phân tích nhiệt, phân tích pha cấu trúc nhiễu xạ rơnghen, kính hiển vi phân cực, kính hiển vi điện tử phương pháp phân tích thạch học Mật độ cường độ nhiệt độ thường a) Độ xốp: để tiện phân biệt đánh giá độ xốp sản phẩm người ta chia loại lỗ xốp nhóm sau (hình 1—1) - Lỗ xốp kín, nằm z lịng sản phẩm, khơng cho chất lỏng khí thấm qua _ ~ Lỗ xốp hở, nằm bề mặt sản phẩm, chứa đầy 3; sản phẩm \ chất lỏng hay khí khơng cho chúng thấm qua — L6 x6p dang kénh, loại lỗ hở hai đầu cho chất lỏng khí thấm qua \ Hinh 1-1 Các dạng lỗ xốp sản phẩm chịu lửa sản phẩm dé dang Ld xốp kín, Lỗ xốp hở, Lỗ xốp đạng kênh Khả thấm khí (hay lỏng) sản phẩm phụ thuộc chủ yếu vào kích thước số lượng dạng lỗ xốp dạng kênh chênh lệch áp suất khí (hay lỏng) hai đầu lỗ Độ xốp đánh giá thông số đặc trưng sau đây: — Mật độ thực (khối lượng riêng p;) g/cm’, 1akhối lượng, lcm” vật liệu khơng có lỗ xốp — Mật độ biểu kiến (khối lượng fiêng biểu kién p,) g/cm’, khối lượng 1cm' vật liệu kể lỗ xốp ~ Độ xốp thực Wt, % tỉ số thể tích lỗ xốp (cả lỗ hở lỗ kín) với thể tích vật liệu — Độ xốp hở hay biểu kiến Wụ,, % tỉ số thể tích lỗ hở chứa đầy nước đun sơi với thể tích vật liệu - Độ xốp kín Wk, % hiệu số độ xốp thực độ xốp biểu kiến: W,= W,- Wu, Nếu vật liệu bão hồ nước độ xốp biểu kiến xác định công thức: W,, = a 100% — Kh6i lugng mau kh tuyet đổi”: az- Khối lượng mẫu bão hoà nước, g; V — Thể tích mẫu, cm3 z“ ~Độ hút nước tỉ lệ lượng nước hấp thụ với khối lượng mẫu khô B= A241 100% V b) Độ thẩm khí k: độ thẩm khí san phẩm chịu lửa phụ thuộc vào lượng lỗ xốp hở chúng Độ thẩm khí khả cho khơng khí hay khói lị qua sản phẩm điều kiện Độ thẩm khí đặc trưng hệ số thẩm khí k, đơn vị rút từ biểu thức sau: V=k (P, — P2).F.7 V — thể tích khí qua mẫu, lít; E - diện tích khí thẩm qua, mỶ; — chiều dày mẫu, m; — thời gian khơng khí (khói lị) qua sản phẩm, h; pl —p2 chênh lệch áp suất hai đầu mẫu, mm H,0 k= lit.m lit mỶ.h mmH,O ˆ~ m.h mmH,O Hệ số thẩm khí lượng khí tính lít qua mẫu có diện tích 1m’, có chiều dày 1m, thời gian l chênh lệch áp suất Imm H/0 Độ thẩm khí cịn phụ thuộc vào nhiệt độ nhiệt độ ảnh hưởng đến độ nhớt khí Nếu tăng nhiệt độ, độ nhớt 77 tăng, độ thẩm khí giảm Quan hệ độ thẩm khí độ nhớt chúng sau: k, 7N ko, ~ Ngoài ra, độ thẩm khí cịn phụ thuộc phương pháp sản xuất gạch Độ thẩm khí sản phẩm nén bán khơ nhỏ 10 — 30 lần so với sản phẩm nén dẻo c) Cường độ nén: cường độ nén sản phẩm nhiệt độ thường phụ thuộc vào thành phẩm sản điều kiện nén nhiệt độ nung Qua đánh giá chất lượng sản phẩm nhanh -giá trình kĩ thuật sản xuất Đa nén lớn 25N/mmi phẩm, tiêu đơn số gạch thành phần phối liệu, cường độ nén giản, đánh chịu lửa có cường độ Để xác định cường độ chịu nén theo phương pháp tiêu chuẩn người ta xác định cường độ mẫu lập phương có cạnh từ 40 — 100mm Cường độ nén đa số gạch chịu lửa tăng nhiệt độ tăng đạt đến trị số cực đại 1000 — 1100°C Tiếp tục tăng nhiệt độ; cường độ nén hạ thấp nhiều Nguyên nhân biến đổi nhiệt độ xuất biến dạng dẻo d) Cường độ chịu kéo, uốn xoắn: trình sử dụng gạch chịu lửa xuất loại ứng suất khác ứng suất kéo, ứng suất uốn, ứng suất trượt Để đánh giá cường độ chịu kéo, uốn, xoắn lí tưởng xác định nhiệt độ làm việc chúng, người ta xác định chúng khơng có phương pháp tiêu chuẩn để xác định cường độ Có thể nói cường độ chịu uốn khoảng 2-3 lần nhỏ cường độ chịu nén khoảng 5~10 lần nhỏ cường độ chịu nén Độ dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, độ dẫn nhiệt độ a) D6 dẫn nhiệt: độ dẫn nhiệt vật liệu đặc trưng hệ số dẫn nhiệt À„ W/mK Độ dẫn nhiệt có ý nghĩa lớn xác định nhiệt tổn thất qua tường, vòm lò Độ dẫn nhiệt anh hưởng đến độ bền nhiệt sản A(WH”) v phẩm độ dẫn nhiệt với nhiệt dẫn nở nguyên nhân gây ứng suất vật liệu ; 500 1% ) Hình 1-2 Sự phụ thuộc hệ SỐ dẫn nhiệt số vật liệu chịu lửa vào \ nhiệt độ Đinat: À„= l,l6+0,0006át, Samôt: À,= 1,27 + 0,00064t; _ -3 Manhêdi: ,= 4,65 — 0,00175t; Cromit: A,= 1,28 +.0,00040t; Manhêdi - crômit: À,= 4,07 - 0,001 10t; Crôm - manhédi: À,= 2,00-0,00035t: Bêtông chịu lửa: A,= 1,45 - 0,00052t 10 ... kĩ thuật nhiệt gôm cách nhiệt, uữa uà bê tông chịu lửa, uật Diễm Hương biên soạn) Phần II: Vật liệu kĩ thuật lạnh bao phi kim loại chế tạo máy uà thiết bị lạnh, uật liệu chịu lửa, uột liệu liệu... đáp ứng đòi hỏi tiến kỹ thuật nhiều loại vật liệu đời, vật liệu siêu cao cấp dùng kĩ thuật máy bay siêu âm, tên lửa đại, vật liệu lò phản ứng hạt nhân, tàu vũ trụ v.V Vật liệu chịu lửa phân loại... cường độ chịu nén Độ dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, độ dẫn nhiệt độ a) D6 dẫn nhiệt: độ dẫn nhiệt vật liệu đặc trưng hệ số dẫn nhiệt À„ W/mK Độ dẫn nhiệt có ý nghĩa lớn xác định nhiệt tổn thất qua tường,