TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA HÓA

GIÁO TRÌNH

VẬT LIỆU CHỊU LỬA
(Dùng cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật hóa học silicat)

Tác giả: KS. NGUYỄN THỊ HUYỀN
PGS.TS. NGUYỄN VĂN DŨNG


CHƯƠNG 1. KHÁI NIỆM MỞ ĐẦU VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ
BẢN CỦA VLCL
I/Khái niệm
VLCL là vật liệu dùng để xây dựng các lò công nghiệp, các ghi đốt, các
thiết bị làm việc ở nhiệt độ cao (>10000C), ở đấy chúng chịu đựng lâu dài đối
với các tác dụng khác nhau về mặt cơ học và hoá lí. Chúng khác với các vật
liệu xây dựng khác về những yêu cầu sau:
Nhiệt độ đốt nóng trong các ghi đốt và lò công nghiệp hiện đại dao động
trong khoảng 1000-1800oC. Vì vậy VLCL phải có độ chịu lửa, nghĩa là khả
năng chống lại tác dụng của nhiệt độ cao không bị nóng chảy.
Thường đa số vật liệu chịu lửa nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn 16501750 C nhưng ở nhiệt độ thấp hơn nhiều các VLCL bắt đầu mềm và mất cường
độ xây dựng. Vì thế tác dụng của nhiệt độ cao lên VLCL không phải giới hạn ở
nhiệt độ nóng chảy của chúng mà chất lượng của VLCL được đánh giá bằng
khả năng chống lại các tác dụng của tải trọng xây dựng ở nhiệt độ xác
định.
0

Khi chịu tác dụng bởi nhiệt độ cao, phần lớn các VLCL đều giảm thể
tích do hiện tượng kết khối phụ. Một số khác lại tăng thể tích như Dinas. Sự

biến đổi thể tích của VLCL có thể gây nên hư hỏng và phá huỷ vỏ lò. Vì vậy
VLCL phải có thể tích ổn định ở nhiệt độ dùng của chúng.
Sự thay đổi nhiệt độ của lò khi đốt nóng và làm nguôị cũng như khi đốt
nóng vỏ lò không đồng đều cũng gây nên nứt vở VLCL. Do vậy cần phải có độ
bền nhiệt.
Lớp gạch lót trong lò công nghiệp hay các ghi đốt dễ bị huỷ hoại do tác
dụng hoá học với tro xỉ nhiên liệu hay với các vật liệu nấu hay nung trong đó,
vì vậy một yêu cầu nữa là cần có độ bền hoá.
Hiện nay vẫn chưa có loại VLCL nào tập hợp đầy đủ các tính chất làm
việc cần thiết để sử dụng một cách chắc chắn trong các điều kiện bất kì. Mỗi
dạng VLCL được đặc trưng bởi những tính chất nào đó của nó, trên cơ sở đó
người ta xác định phạm vi sử dụng thích hợp. Ví dụ: Dinas ở nhiệt độ cao có
cường độ xây dựng lớn, có thể dùng rất tốt để xây vòm lò làm việc ở nhiệt độ
cao. Trong khi đó gạch manhêdi thường có độ chịu lửa cao và bền xỉ nhưng độ
bền nhiệt thấp, nhiệt độ biến dạng dưói tải trọng thấp không thể dùng ở vòm lò
có lực xiên ngang.


II/ Phân loại: Có nhiều cách phân loại
1. Theo bản chất hoá lí của nguyên vật liệu ban đầu có thể chia VLCL làm
8 nhóm chính:
1/ Nhóm silic: Gồm 2 nhóm nhỏ là dinas và thạch anh
2/ Nhóm Aluminôsilicat: Gồm 3 nhóm nhỏ: Bán axit, samôt, cao alumin
3/ Nhóm Manhêdi: Gồm 4 nhóm nhỏ: Đôlômit, Forsterit, Spinen, manhêdi
4/ Nhóm crômit: Gồm 2 nhóm nhỏ: Crômit, crôm manhêdi
5/ Nhóm Zircôn: Gồm 2 nhóm nhỏ: Silicat Zircôn (ZrSiO4) và Zircôn
(ZrO2)
6/ Nhóm cácbon: Gồm 2 nhóm nhỏ: Cốc và Grafit
7/ Nhóm Cacbua Nitrua: Gồm 2 nhóm nhỏ: Cacborun và các loại khác.
8/ Nhóm oxyt: Các oxyt tinh khiết

2. Theo độ chịu lửa: Chia làm 3 loại:
-

Loại chịu lửa thường: Độ chịu lửa từ 1580-17700C

-

Loại cao lửa: Độ chịu lửa 1770-20000C

-

Loại rất cao lửa : độ chịu lửa >20000C

3. Theo hình dạng và kích thước: Chia làm 4 loại:
-

Gạch tiêu chuẩn thường: Gạch hình chữ nhật và gạch hình chêm

-

Gạch dị hình đơn giản

-

Loại phức tạp

-

Loại rất phức tạp và khối lớn


4. Theo đặc tính gia công nhiệt: 3 loại
-

Loại không nung

-

Loại nung

-

Loại đúc từ chất nóng chảy

5. Theo phương pháp sản xuất: 3 loại


-

Sản phẩm nén dẻo, nén bán khô hoặc nén dập từ phối liệu dạng
bột không dẻo

-

Sản phẩm đúc từ hồ và chất nóng chảy

-

Sản phẩm cưa từ quặng

6. Theo độ xốp: 3 loại

-

Loại kết khối : Có độ xốp nhỏ hơn 1 %

-

Loại đặc: Có độ xốp từ 10-30 %

- Loại ít kết khối : Có độ xốp lớn hơn 50 %
III/ Các tính chất cơ bản
1. Độ chịu lửa: Là khả năng chống lại tác dụng của nhiệt độ cao không bị
nóng chảy
Độ chịu lửa là một hằng số kỹ thuật, nó khác với nhiệt độ nóng chảy của
vật liệu là một hằng số lí học. Nhiệt độ nóng chảy là nhiệt độ ứng với trạng thái
cân bằng giữa pha tinh thể và pha lỏng. Điểm nóng chảy cũng là nhiệt độ kết
tinh của vật chất bị nóng chảy, vì ở nhiệt độ đó trạng thái cân bằng của quá
trình nóng chảy và kết tinh là thuận nghịch.
Để xác định độ chịu lửa của vật liệu người ta dùng côn để đo

Côn này là 1 khối chóp cụt, 2 đáy là 2 tam giác đều có cạnh là 8 mm và
2mm, cao 30mm. Vật liệu làm côn phải nghiền nhỏ lọt sàng 900 lỗ/cm2. Côn
này được đặt trong lò nung. Lò nung có thể dùng lò điện, lò dùng khí hay các
loại lò khác miễn là các lò này đảm bảo nhiệt độ đồng đều trong toàn thể tích.
Khi tăng nhiệt độ, pha lỏng xuất hiện và tăng theo nhiệt độ, độ nhớt
giảm làm khối chóp mềm và cong lại. Khi đầu côn chạm tới mặt đế thì nhiệt độ
đó là nhiệt độ gục của côn hay nhiệt độ chịu lửa hay nhiệt độ nóng chảy có điều
kiện của vật liệu. Trong công nghiệp thường gọi độ chịu lửa bằng 1/10 nhiệt độ


chịu lửa. Ví dụ: Nhiệt độ chịu lửa của dinas là 17100C thì độ chịu lửa của nó là

171.
Để xác định độ gục của côn, không thể đo trực tiếp bằng nhiệt kế quang
học mà bằng cách so sánh với nhiệt độ gục của côn tiêu chuẩn. Các côn tiêu
chuẩn này được sản xuất từ hỗn hợp cao lanh, oxyt nhôm, quắc. Côn nhiệt độ
thấp người ta còn thêm một số chất trợ dung như trường thạch.
Bảng 1: Các côn tiêu chuẩn
Côn

Nhiệt độ
(0C)

Côn

Nhiệt độ
(0C)

Côn

Nhiệt độ
(0C)

8

1250

18

1500

32


1710

9

1280

19

1520

33

1730

10

1300

20

1530

34

1750

11

1320


21-25

1530

35

1770

12

1350

26

1580

36

1790

13

1380

27

1610

37


1825

14

1410

28

1630

38

1850

15

1430

29

1650

39

1870

16

1460


30

1670

40

1910

17

1480

31

1690

41

1960

Độ chịu lửa của vật liệu thí nghiệm phụ thuộc vào tính chất của vật liệu
và điều kiện thí nghiệm như: Thành phần hoá, thành phần khoáng, thành phần
hạt, tốc độ nâng nhiệt, hình dạng kích thước mẫu thí nghiệm, môi trường thí
nghiệm...
- Các vật liệu có thành phần hoá và thành phần khoáng khác nhau sẽ có
nhiệt độ chịu lửa khác nhau.
Bảng 2: Nhiệt độ chịu lửa của một số VLCL
Loại vật liệu


Độ chịu lửa (0C)

Loại vật liệu

Độ chịu lửa (0C)

Quắc

1730-1750

Cao Alumin

1780-2000

Dinas

1710-1720

Manhêdi

>2300

Đất sét chịu lửa

1580-1750

Crôm-manhêdi

>2000



Cao lanh

1740-1770

Đôlômit

>2000

Samôt

1610-1750

Forsterit
(2MgO.SiO2
85%+MgO.Fe2O3
15%)

1800-1850

Bán Axit

1610-1710

- Thành phần cỡ hạt: Nếu hạt vật liệu càng lớn, nhiệt độ gục của côn càng
cao.
Nguyên nhân: Nếu kích thước hạt lớn, bề mặt tiếp xúc với nhau bé, điều
kiện tạo thành điểm ơtecti kém đi, lượng pha lỏng tăng chậm, nhiệt độ gục côn
tăng lên.
Ví dụ: hỗn hợp 50% đất sét và 50% quắc có cỡ hạt 0,5mm có nhiệt độ

gục là 17100C. Nếu hạt nhỏ hơn 0,06mm có nhiệt độ gục 16400C. Tuy nhiên,
nếu tăng tốc nhiệt độ chậm khoảng 2-30C /phút thì cỡ hạt ít ảnh hưởng đến
nhiệt độ gục côn.
- Tốc độ nâng nhiệt: Thay đổi tốc độ nâng nhiệt trước giai đoạn kết
khối sản phẩm thì không ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm. Tăng tốc độ nâng
nhiệt ở giai đoạn vật liệu đã mềm sẽ tăng nhiệt độ gục côn. Tuy nhiên nếu cùng
tăng tốc độ nâng nhiệt như nhau thì độ tăng nhiệt độ gục côn khác nhau không
giống nhau. Nguyên nhân chính: ảnh hưởng tốc độ nâng nhiệt lên tốc độ phản
ứng hoá học tạo thành pha lỏng ở các vật liệu khác nhau không giống nhau. Vì
thế qui định: Tốc độ nâng nhiệt 4-60C/phút bắt đầu từ nhiệt độ kết khối sản
phẩm.
- Môi trường khí: VLCL thường chứa sắt. Sắt tồn tại dưới 2 dạng Fe2+
và Fe3+, chúng biến đổi thuận nghịch tuỳ theo môi trường. Hợp chất của Fe2+
dễ chảy hơn nên nhiệt độ gục côn thấp hơn. Qua nhiều thực nghiệm thấy rằng:
VLCL chứa sắt thì nên xác định trong môi trường trung tính hay oxi hoá.
2. Cường độ xây dựng ở nhiệt độ cao
Là khả năng chống lại đồng thời tác dụng của nhiệt độ và tải trọng cơ
học. Tính chất này được đặc trưng bởi nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng tĩnh 2
kG/cm2, biểu thị khoảng mềm khi đó sản phẩm sẽ bị biến dạng dẻo.
Tải trọng thực tế thường nhỏ hơn tải trọng kiểm tra nhiều lần. Cao nhất
0,5-1kg/cm2.
Để xác định nhiệt độ biến dạng dưói tải trọng tĩnh 2kg/cm2 theo tiêu
chuẩn Liên Xô (GOST 4070-48) người ta cắt sản phẩm ra thành hình trụ có
đường kính 36 mm, cao 50 mm. Mẫu này đặt trong lò điện và luôn chịu một tải


trọng không đổi 2 kG/cm2. Cạnh lò có một hệ thống cơ học ghi sự biến dạng
của sản phẩm.
Tốc độ nâng nhịêt: đến 8000C không qúa 100C /phút. >8000C 450C/phút. Quá trình xác định sẽ tìm ra 3 nhiệt độ:
-


Nhiệt độ bắt đầu biến dạng: Ứng với độ lún của mẫu 0,3 mm

-

Nhiệt độ biến dạng 4%: Ứng với độ lún của mẫu 2 mm

-

Nhiệt độ kết thúc biến dạng hay là nhiệt độ phá huỷ: Ứng với độ
lún của mẫu 40% chiều cao ban đầu

Ta có bảng nhiệt độ biến biến dạng dưới tải trọng 2kg./cm2 của
VLCL:
Bảng 3:
Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng 2 kg/cm2 [0C]

VLCL

BD

4%

40%

Dinas

1650

Bán Axit


1400

1430

1500

Samôt B

1250

1320

1500

A(Al2O3 1400

1470

1600

Cao lanh (Al2O3 1450
42%)

1550

1650

Mullit kết khối 1600
(Al2O3 70%)


1660

1800

Côrun
99%)

1900

Samôt
40%)

(Al2O3 1870

1670

Manhêdi
(99%Mg0)

1550

1580

Crôm-manhêdi

1450-1550

1480-1600


Forsterit

1550-1650

1650-1710

Đôlômit

1550-1610

1630-1680

1650-1690


Nhiệt độ biến dạng của VLCL chủ yếu phụ thuộc vào thành phần
khoáng hoá, vào đặc tính cấu trúc, vào tỉ lệ giữa pha tinh thể và pha thuỷ tinh,
vào độ nhớt của pha lỏng tạo ra khi nóng chảy pha thuỷ tinh và tinh thể dễ
chảy.
Nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng của VLCL đi từ các oxyt tinh khiết
thường gần với nhiệt độ nóng chảy của nó, vì trong thành phần pha của sản
phẩm lượng pha thuỷ tinh hầu như không có hoặc có chỉ rất ít. Khi các pha tinh
thể chủ yếu bắt đầu hoá mềm và biến dạng dẻo (sắp nóng chảy) thì sản phẩm
mới bắt đầu bị biến dạng. Nhưng VLCL thường chứa một lượng tạp chất nên ở
nhiệt độ cao chúng tạo một lượng pha lỏng làm hạ thấp nhiệt độ biến dạng của
sản phẩm so với độ chịu lửa càng lớn. Lúc này đặc tính cấu trúc phần tinh thể
có giá trị lớn. Các tinh thể chủ yếu đủ lớn tạo được một khung xương vững
chắc, khắc phục được ảnh hưởng có hại của pha lỏng sẽ làm tăng nhiệt độ biến
dạng. Thể hiện rõ nhất ở dinas.
Dinas: có cấu trúc mạng lưới tinh thể trydimit rối loạn xen kẽ nhau chặt

chẽ làm cho nhiệt độ mềm của dinas cao so với độ chịu lửa và đạt tới 16501670 0C. Khoảng cách giữa độ chịu lửa và độ biến dạng gần 50-70 0C mặc dù
dinas ngoài SiO2 còn có 4-6% tạp chất tạo 10-15% pha lỏng. Độ nhớt của pha
thuỷ tinh nóng chảy cao. Các tinh thể trong dinas là liên kết bền vững, nó hoà
tan trong pha lỏng không đáng kể.Vì thế dinas chỉ bị phá huỷ khi tridimit bắt
đầu nóng chảy ở 1650-1670 0C. Ở nhiệt độ này tốc độ phá huỷ sản phẩm rất
nhanh (chênh lệch nhiệt độ giữa bắt đầu biến dạng và kết thúc biến dạng chỉ có
10-20 0C) đường cong biến dạng gần như dốc thẳng đứng.
Sản phẩm manhêdi: Chứa 91% MgO, gồm 90% tinh thể periclaz, 10%
còn lại gồm MgO và các tinh thể dễ chảy chủ yếu là silicat và pha thuỷ tinh.
Tinh thể periclaz khi tái kết tinh và lớn lên có dạng hạt không phải que hay trụ
nên không tạo một mạng tinh thể chặt chẽ trong sản phẩm. Các hạt tinh thể liên
kết nhau bằng một lớp chất dễ chảy mỏng. Nếu lớp này mềm ra, chảy ra sẽ làm
sản phẩm mềm và biến dạng. Vì vậy nhiệt độ biến dạng của manhêdi xấp xỉ
1550 0C tức chính là nhiệt độ nóng chảy chất liên kết. Khoảng cách giữa nhiệt
độ biến dạng và nhiệt độ chịu lửa khoảng 700 0C. Độ nhớt pha liên kết giảm
khá nhanh khi tăng nhiệt độ nên sản phẩm manhêdi có khoảng biến dạng ngắn
(20-50 0C), đường cong biến dạng ở giai đoạn cuối dốc gần như thẳng đứng.
Samôt: Sản phẩm này bị biến dạng hơi khác khi tăng nhiệt độ. Samôt
chứa gần 50% mullit (A3S2) chịu lửa cao nhưng tinh thể hình kim nhỏ không
tạo thành liên tinh thể bền vững. Phần còn lại là pha thuỷ tinh silic có độ nhớt
cao. Vì thế khi tăng nhiệt độ khối thuỷ tinh mềm ra, độ nhớt giảm dần, pha
lỏng tăng lên làm samôt biến dạng từ từ. Mẫu thí nghiệm không bị phá huỷ
ngay mà bị phình ra theo hình tang trống. Khoảng biến dạng dài 150-200 0C.
Đường cong biến dạng của một số VLCL


3. Độ bền nhiệt (bền xung nhiệt)
Sự thay đổi nhiệt độ ở các lò nung và thiết bị làm việc gián đoạn hay sự
dao động nhiệt độ ở các lò và thiết bị làm việc liên tục có thể gây nứt vỡ gạch
xây dựng. Tính chất của VLCL chống lại sự dao động nhiệt độ không bị phá

huỷ gọi là độ bền nhiệt.
Nguyên nhân làm vỡ gạch vì dao động nhiệt là do khi đốt nóng và làm
nguội sản phẩm sẽ có sự chênh lệch nhiệt độ dẫn đến xuất hiện ứng suất trong
sản phẩm. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp song song với bề mặt đốt nóng
và làm nguội sản phẩm phụ thuộc vào điều kiện đốt nóng và làm nguội, vào hệ
số dẫn nhiệt độ a. Hệ số dẫn nhiệt độ a đặc trưng tốc độ phân phối nhiệt độ
trong vật liệu và nó phụ thuộc vào các đại lượng vật lí sau:

a=

m2/h

 : hệ số dẫn nhiệt Kcal/mh.0C
C: nhiệt dung riêng Kcal/kg.0C
: khối lượng thể tích của vật liệu kg/m3
Như vậy nếu điều kiện đốt nóng và làm nguội như nhau thì vật liệu sẽ có
hệ số dẫn nhiệt lớn, gradient nhiệt độ trong vật liệu càng nhỏ.
Khi có sự chênh lệch nhiệt độ trong sản phẩm sẽ xuất hiện ứng suất do
dãn nỡ nhiệt không đều, Như vậy muốn cho sản phẩm bền vững thì sự chênh
lệch nhiệt độ giữa các lớp phải nhỏ, nghĩa là hệ số dẫn nhiệt độ lớn hệ số dãn
nở nhiệt nhỏ.


Ngoài ra người ta còn thấy rằng:
-Sản phẩm càng bền nhiệt nếu tính chất đàn hồi của vật liệu càng cao.
- Kích thước và hình dạng sản phẩm cũng ảnh hưởng đến độ bền nhiệt.
sản phẩm có hình dạng nhiều góc cạnh, nhiều điểm uốn lượn thì kém bền nhiệt
hơn so với sản phẩm dạng đơn giản.
- Thực tế đã chỉ ra rằng bằng cách làm tăng kích thước hạt trong phối
liệu (gạch samốt, manhêdi, corund) sẽ làm tăng độ bền nhiệt của vật liệu.

Nguyên nhân: với thành phần hạt như vậy cấu trúc của sản phẩm sẽ có những
vết nứt li ti, các mối đứt gần quanh các hạt lớn làm tính linh động của các hạt
tăng lên làm tăng độ bền nhiệt.
- Phương pháp gia công phôi liệu và đóng khuôn sản phẩm cũng có thể
thay đổi độ bền nhiệt
Phương pháp xác định độ bền nhiệt: Theo tiêu chuẩn Liên Xô (GOST
7875-56) gồm 4 bước:
+ Mẫu thử được chọn là viên gạch có kích thước tiêu chuẩn:
230x113x65 mm
+ Đốt nóng 1 đẫu mẫu trong lò điện có nhiệt độ 850 0C hay 1300 0C
+ Nhúng đầu đã đốt nóng vào nước lạnh 20 0C đến khi mẫu thử rạn nứt
và hao hụt đến 20 % khối lượng ban đầu
Số lần đốt nóng và làm nguội như vậy gọi là độ bền nhiệt của vật liệu
Bảng 4: Độ bền nhiệt của vài loại VLCL
Loại VLCL

Độ bền nhiệt (nung ở 850 0C)

Dinas

1-2

Samôt: Loại hạt nhỏ sít đặc

5-8

Loại hạt vừa

10-15


Loại hạt thô

25-100

Mahêdit

2-3

Crôm-Mahêdi

2-3

Crôm-Mahêdi bên nhiệt

>30


Khi làm nguội, bề mặt co lại chịu ứng suất kéo, vết nứt vuông góc bề mặt làm
nguội. Khi đốt nóng bề mặt giãn nỡ chịu ứng suất nén, kẽ nứt xuất hiện dưới 1
góc 45 0 so với bề mặt bị đốt nóng.
4. Ổn định thể tích ở nhiệt độ cao
VLCL thường khi dùng phải chịu tác dụng lâu dài của nhiệt độ cao. Vì
vậy trong sản phẩm VLCL sẽ có thể xảy ra các hiện tượng sau:
-

Biến đổi thành phần pha trong quá trình sử dụng ở nhiệt độ cao

-

Tái kết tinh


-

Kết khối phụ

Do vậy sản phẩm sẽ bị nở phụ hay co phụ và hiện tương đó làm sản phẩm biến
đổi không thuận nghịch kích thước dài của chúng.
Hiện tượng co phụ sẽ làm mối hàn giữa các viên gạch bị hở ra, bong
vữa, làm hạ thấp mật độ, độ bền nhiệt, bền xỉ của mạch vữa. Tường và vòm lò
sẽ bị lún xuống dẫn tới phá huỷ chúng. Sức co phụ quá lớn sẽ làm vòm lò võng
và tụt gạch.
Hiện tượng nở phụ không lớn lắm lại làm tăng cường độ của mạch vữa
đặc biệt là vòm lò. Nếu giãn quá nhiều làm vòm lò phồng lên, mất hình dạng
hình học và phá huỷ sự phân phối ứng suất đồng đều ở vòm lò, có thể gây tụt
vòm lò.
Sự ổn định thể tích của VLCL ở nhiệt độ cao cùng với cường độ xây
dựng của chúng là điều kiện cần thiết để đảm bảo sử dụng chúng trong những
cấu trúc chịu tải trọng ở các lò nung và ghi đốt.
Phần lớn các sản phẩm chịu lửa ở nhiệt độ cao sẽ sít chặt lại do kết khối,
làm co sản phẩm. Sự sít chặt này xảy ra đầu tiên do sức căng bề mặt của pha
lỏng tạo ra, gây nên hiện tượng phân phối lại và làm gần các hạt trong sản
phẩm. Khi duy trì ở nhiệt độ cao lâu dài, pha tinh thể lớn dẫn và làm sít chặt
sản phẩm nếu tinh thể mới này tạo ra có mật độ lớn hơn so với nguyên liệu ban
đầu. Ví dụ: Sản phẩm cao alumin, hiện tượng sít đặc lại do tái kết tinh  AL2O3 thành -AL2O3 và tinh thể corun lớn lên làm sản phẩm co phụ. Nhũng
VLCL co phụ như samôt, Manhêdi, crôm Manhêdi..
Một số VLCL khác lại nở phụ do tái kết tinh thành vật chất có trọng
lượng riêng nhỏ hơn điển hình là dinas. Trong dinas, một phần quắc chưa
chuyển thành tridimit và cristobalit khi nung, đến khi dùng nó tiếp tục chuyển
hoá từ quắc (=2,65) thành các tinh thể trên (=2,3 và 2,32) làm sản phẩm nở
phụ. Nguyên nhân tương tự ở bán axit, silimanit.

Biện pháp khắc phục:


Sự co phụ hay nở phụ của VLCL ở nhiệt độ cao đều do các quá trình
tiến hành trong sản phẩm khi nung chưa hoàn thiện. Vì vậy để đảm bảo tính ổn
định thể tich ở nhiệt độ cao của VLCL ta nên nung lâu ở nhiệt độ ứng với điều
kiện sử dụng sau này. Nếu nung ở nhiệt độ quá cao sản phẩm sẻ bị thuỷ tinh
hoá, biến dạng làm giảm độ bền nhiệt và tăng phế phẩm do sai kích thước và
hình dạng.
Sự co phụ của sản phẩm có thể hạn chế bằng cách cho thêm phụ gia giãn
nở. ví dụ: Cho phụ gia quắc vào samôt sẽ bù trù sức co phụ của đất sét.
Khi xác đinh nhiệt độ biến dạng dứơi tải trọng lưu ý: Nếu vật liệu nung
chưa đạt yêu cầu thì nhiệt độ biến dạng sẽ thấp do trong thời gian thí nghiệm
sản phẩm bị co phụ, hoặc sẽ cao nếu sản phẩm nở phụ. Ở nhiệt độ biến dạng
4% và 40% thì không bị ảnh hưởng.
Xác định độ co phụ hay nở phụ của VLCL người ta tiến hành nung lại ở
nhiệt độ xác định, nhiệt độ này phụ thuộc điều kiện sử dụng sau này của tùng
loại sản phẩm. Thời gian lưu ở nhiệt độ này 2-3 h. Sự biến đổi thể tích khi nung
đựoc tính:

Sự biến đổi độ dài khi nung được tính gần đúng :

Trong đó V0, V1 là thể tích mẫu trước và sau khi nung
Độ co phụ và nở phụ yêu cầu ≤ 0,5-1%. Nếu sản phẩm co phụ ngưòi ta
dùng dấu (-) sản phẩm nở phụ dùng dấu (+)
5. Độ bền xỉ
Đó là khả năng chống lại sự ăn mòn và phá huỷ bởi môi trường ở nhiệt độ
cao của VLCL.
Môi trường tác dụng lên VLCL gồm có 3 dạng: Lỏng, khí, rắn.
Vật thể lỏng tác dụng lên VLCL như xỉ nóng chảy ở lò luyện kim, kim

loại nóng chảy, thuỷ tinh lỏng, tro xỉ nhiên liệu chảy lỏng ở các ghi đốt hay lò
khí hoá.
Vật thể rắn tác dụng lên VLCL như các bụi quặng , bụi phối liệu, bụi xỉ
hoặc xỉ rắn, hay khi tiếp xúc giữa 2 VLCL với nhau.
Môi trường khí tác dụng như sản phẩm cháy, nhiên liệu khí, sản phẩm
hoá học như CO trong lò cao, cacbua hydro trong lò cốc..các khí này thấm sâu


vào các lỗ xốp của gạch có thể gây phản ứng phá hoại làm hạ thấp cường độ
gạch.
Xỉ ăn mòn phá hoại gạch chịu lửa là nguyên nhân làm hỏng công trình
hoặc phải ngừng lò để sữa chữa, do đó bằng biện pháp nào tăng được thời hạn
tiếp xúc của gạch với môi trường sử dụng đều tăng tuổi thọ lò.
Quá trình xỉ ăn mòn VLCL phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
- Nhiệt độ tác dụng của xỉ với gạch. Nếu nhiệt độ tăng tác dụng phá hoại
tăng lên rất nhiều do độ nhớt giảm tốc độ phản ứng tăng.
- Thành phần khoáng, hoá của xỉ và gạch: Cũng như VLCL xỉ chia làm
3 loại: xỉ bazơ, xỉ axit và xỉ trung tính. Gạch axit chống xỉ axit tốt hơn xỉ bazơ,
và ngược lại. Gạch trung tính chống được đồng thời cả 2 loại xỉ,
Ví dụ: Xỉ luyện kim bazơ thường chứa 50-75% oxyt kiềm thổ (CaO,
MgO, FeO, MnO) phá huỷ mạnh gạch dinas và aluminôsilicat. Phản ứng hoá
học giữa Al2O3 và SiO2 với xỉ tạo thành hợp chất mới dễ chảy nhưng nó ăn
mòn nhỏ đối với gạch đôlômi, manhêdi, và crôm manhêdi. Do đó việc lựa chọn
gạch để xây lò phải căn cứ vào nhóm sản phẩm có thành phần khoáng hoá
tương ứng.
- Độ nhớt của xỉ ở nhiệt độ tác dụng phá hoại: Độ nhớt của môi trường
có ảnh hưởng đến tốc độ hoà tan của gạch. Độ nhớt càng nhỏ tốc độ hoà tan
càng tăng. Xỉ lỏng dễ thấm sâu vào các lỗ xốp của gạch, càng phá hoại sâu bên
trong.
- Cấu trúc của VLCL, kích thước lỗ xốp: Độ bền xỉ tăng lên nếu giảm độ

xốp, giảm kích thước lỗ xốp. Nếu độ xốp cao, kích thước lỗ xốp lớn càng dễ
thấm sâu vào gạch và tác dụng với gạch trên một diện tích lớn, nên cần chọn
loại gạch có mật độ cao và ít tạp chất.
- Thành phần môi trường khí: Môi trường khí ảnh hưởng đến mức độ
phá hoại gạch CL. Ví dụ: Sắt 3 trong môi trường khử biến thành sắt 2 là loại ăn
mòn mạnh hơn so với sắt 3. Cũng có trường hợp chúng phá hoại trực tiếp gạch
như khí CO ở nhiệt độ thấp phá huỷ gạch samôt. Nguyên nhân do phản ứng :
2CO →CO2 +C tạo thành than mồ hóng. Than này chui vào lỗ xốp của gạch và
do trọng lượng thể tích của nó lớn nên gây ứng suất làm vỡ gạch.
- Sự phá huỷ VLCL ở nhiệt độ cao còn do tiếp xúc giữa 2 loại gạch có
bản chất hoá học khác nhau. Nguyên nhân là do phản ứng hoá học xảy ra giữa
2 loại gạch ở chỗ tiếp xúc tạo nên hợp chất dễ nóng chảy. Ví dụ: Gạch manhêdi
khi tiếp xúc với samôt ở nhiệt độ cao tạo hợp chất cordierit (2MgO.2 AL2O3.5
SiO2) có nhiệt độ nóng chảy thấp 1425 0C vì vậy muốn tránh sự phá hoại này,
khi xây lò giữa 2 loại gạch khác nhau như dinas và manhêdi phải xử dụng gạch
trung tính Crôm manhêdi ỡ giữa.


- Quá trình xỉ ăn mòn VLCL thường xảy ra đồng thời với nhiều yếu tố
tác động, cho nên tìm 1 chỉ tiêu nào để đánh giá độ bền xỉ của VLCL rất khó
khăn. Lí tưởng nhất là nghiên cứu các sản phẩm chịu lửa trong điều kiện sử
dụng thực tế.
- Người ta so sánh mức độ bền xỉ của nhiều loại chén từ VLCL khác nhau
chịu tác dụng 1 loại xỉ nóng chảy trong nó hoặc 1 loại VLCL tác dụng bởi
nhiều loại xỉ khác nhau.
- Phương pháp xác định độ bền xỉ: Dùng 1 viên gạch có khoét lỗ hình
trụ, đường kính 25-50 mm , sâu 20-40 mm, thành và đáy dày >3mm. Dùng xỉ
nghiền mịn (<0,5mm) đổ đày vào lỗ viên gạch. Nung ở nhiệt độ 1400-1500 0C
lưu 2h ở tmax . Làm nguội và cưa đôi lỗ chứa xỉ. Quan sát mức độ ăn mòn, xác
định tổn thất trọng lượng và thể tích của mẫu.

6. Dãn nở nhiệt
Cũng như các vật liệu khác, VLCL khi bị đốt nóng sẽ có giản nở vì nhiệt.
Hiện tượng dãn nở này có tính chất thuận nghịch. Nghĩa là khi đốt nóng thì nở
ra và khi làm lạnh thì co lại thể tích ban đầu. Bản chất của hiện tượng này là:
khi bị đốt nóng khoảng cách giữa các nguyên tử tăng lên do biên độ dao động
của chúng tăng. Sự dãn nở do đốt nóng này khác với hiện tượng dãn nở phụ do
sự biến đổi thành phần pha và cấu tạo của sản phẩm.
- Ứng suất xuất hiện trong sản phẩm khi đốt nóng hay làm nguội nhanh phụ
thuộc vào độ dãn nở nhiệt . Vì vậy, dãn nở nhiệt ảnh hưởng nhiều đến độ
bền nhiệt của sản phẩm.
- Dãn nỡ nhiệt chỉ phụ thuộc vào thành phần khoáng hóa của sản phẩm và
vào nhiệt độ. Cấu trúc sản phẩm, mật độ và cường độ không ảnh hưởng rõ rệt.
- Hệ số dãn nỡ nhiệt của vật liệu đặc trưng bằng các chỉ số sau:
Hệ số dãn nở nhiệt trung bình:

Hệ số dãn nỡ nhiệt thực:

Dãn nỡ nhiệt phần trăm:
Lo : chiều dài mẫu ở 00C hay nhiệt độ phòng; Lt chiều dài mẫu ở nhiệt độ đo
dL/dt: tốc độ biến thiên của chiều dài theo nhiệt độ.
(Để đặc trưng tính chất giãn nở của VLCL quan trọng không chỉ ở dãn nỡ trung
bình hay dãn nở phần trăm mà còn ở tính đồng đều của quá trình giãn nở trong
khoảng nhiệt độ riêng biệt. Để đặc trưng tính dãn nở đồng đều người ta dùng
đại lượng hệ số dãn nở thực t trong khoảng nhiệt độ riêng biệt. Samôt, cao


alumin, manhêdi dãn nở đồng đều còn bán axit, dinas dãn nở không đều.
Nguyên nhân: Do sự biến đổi đa hình của các tinh thể riêng biệt có trong thành
phần).
Đại lượng giãn nở nhiệt % trong khoảng nhiệt độ từ 0 0C đến nhiệt độ

cho có thể tính từ hệ số dãn nở trung bình bằng công thức sau: a%=atb x t x
100%
Ví dụ : Samôt có a tb = 4,5 x 10 -6 tính dãn nở nhiệt ở 800 0C:
4,5 x 10 -6 x 800 x 100 = 0,36%
Bảng 5: hệ số dãn nở nhiệt trung bình của 1 số VLCL ở 20-1000 0C
Tên VLCL
Samôt
Cao lanh
Mullit (70 % Al2O3)
Mullit- corun (80-90% Al2O3)
Corun (99% Al2O3)
Manhêdi (90-92% MgO)
Crômit
bán axit
Dinas
Thủy tinh quắc

a tb (20-1000 0C)
(4,5-6).10-6
(4,5-5,5).10-6
(5,5-5,8).10-6
(7-7,5).10-6
(8-8,5).10-6
(14-15).10-6
(9-11).10-6
(7-9).10-6
(11,5-13).10-6
0,4.100-6

7. Độ dẫn nhiệt, tỷ nhiệt, độ dân nhiệt độ, độ dẫn điện

a/ Độ dẫn nhiệt:
 [kcal/mh 0C]. độ dẫn nhiệt có 1 giá trị lớn khi xác định nhiệt tổn thất
qua tường, vòm lò.  và  là nguyên nhân gây ứng suất trong vl. Khi nhiệt độ
tăng độ dẫn nhiệt tăng. Tuy nhiên cũng có loại VLCL mà pha tinh thể chứa
nhiều, tạp chất ít thì khi nhiệt độ tăng độ dẫn nhiệt giảm. Đó là gạch manhêdi,
carborun, corun.
Khi tăng độ xốp thì độ dẫn nhiệt giảm. Nếu tăng kích thước lỗ xốp khi
các điều kiện khác như nhau thì ở nhiệt độ cao độ dẫn nhiệt tăng lên rất nhiều.
b/ Tỷ nhiệt
C [kcal/kg độ] . Khi đốt nóng VLCL tức tăng nội năng của chúng phải
tiêu tốn một lượng nhiệt. Lượng nhiệt để đốt nóng 1 đơn vị sản phẩm lên 1 0C
gọi là tỷ nhiệt. Tỷ nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau không giống nhau.
c/ Độ dẫn nhiệt độ
a =  C [m2/h]  là trọng lượng thể tích. a đặc trưng cho tốc độ phân
phối nhiệt hay quá trình thành lập gradien nhiệt độ trong vật. Cần giá trị a để
xác định nhiệt tích lũy của vỏ lò, lượng nhiệt tổn thất ra xung quanh ỏ các lò
gián đoạn.
d/ Tính chất điện
VLCL đặc biệt là loại chịu lửa cao, là nguyên liệu tinh khiết đựoc sử
dụng khá nhiều trong các lò nung điện: Làm điện cực nhiệt độ cao, làm các chi
tiết trong các thiêt bị dùng điện.
- Đặc trưng cho tính chất dẫn điện của VLCL là các thông số:
+ Điện trở riêng:  =  [Ω cm] ( độ dẫn điện riêng [Ω- 1cm-1]


+ Hằng số điện môi
+ Độ bền điện môi
- Với các VLCL thông thường, chỉ quan tâm đến điện trở riêng của
chúng. Ở các sản phẩm chịu lửa đặc biệt, các đặc trưng về điện được
nghiên cứu toàn diện và chi tiết hơn.

- Theo độ dẫn điện VL chia làm 3 loại:
+ Chất điện môi có  =109Ω cm (ở 20 0C)
+ Chất bán dẫn có  =109- 10-2Ω cm (ở 20 0C)
+ Chất dẫn điện có  <10-2 Ω cm (ở 20 0C)
VLCL ở nhiệt độ thường là vật liệu điện môi điển hình nhưng khi đốt nóng thì
khả năng dẫn điện tăng lên và ở t 0: 800-1000 0C dẫn điện tốt.
Đa số VLCL ở nhiệt độ thường có điện trở riêng > 109Ω cm
Ở 1000 0C có điện trở riêng = 104- 10 5Ω cm
Ở 1300-1500 0C có điện trở riêng > 103Ω cm
Đặc biệt đối với crômit, Zircôn, carborun thì ở 1000 0C điện trở riêng chỉ còn
1-10 2 Ω cm. Chính vì vậy chúng được sử dụng làm điện cực làm việc ở nhiệt
độ cao.
8. Độ dẫn nhiệt, độ dân nhiệt độ, nhiệt dung, độ dẫn điện
Mật độ và cường độ của VLCL ở nhiệt độ thường cho phép ta đánh giá
chất lượng chúng 1 cách gián tiếp. Hai tính chất này liên quan chặc chẽ với
nhau có ảnh hưởng đến hàng loạt tính chất khác của sản phẩm. Tăng mật độ
của gạch, cường độ của chúng tăng theo. Khả năng bền xỉ của VLCL liên quan
trực tiếp đến độ xâm nhập của xỉ nóng chảy mà mức độ xâm nhập này phụ
thuộc vào mật độ, cụ thể vào số lượng, sự phân bố và kích thước lỗ xốp trên bề
mặt và trong lòng sản phẩm.
Để tiện việc phân biệt và đánh giá người ta chia lỗ xốp làm 3 loại:
- Lỗ xốp kín: Lỗ xốp nằm trong lòng sản phẩm không có các chất lỏng và
khí thấm qua.
- Lỗ xốp hở: Lỗ xốp nằm trên bề mặt của sản phẩm chứa đầy chất lỏng
hay khí nhưng không cho chúng thấm qua.
- Lỗ xốp dạng kênh (hở cả 2 đầu) cho chất lỏng và khí thấm qua dễ dàng.

3
1.
2.

3.

Lỗ xốp kín
Lỗ xốp hở (hở một đầu)
Lỗ xốp dạng kênh

1
2

Sự phân bố lỗ xốp trong sản phẩm cũng không đều. Các lỗ lớn thường ở
giữa các hạt và vật chất liên kết, còn các lỗ nhỏ nằm ngay trong bản thân
các hạt.


Độ xốp của sản phẩm phụ thuộc vào thành phần phối liệu và quá trình
kỹ thuật như : Chế độ trộn, nén, nung.
- Độ xốp của sản phẩm có thể được đánh giá thông qua các thông số đặc
trưng sau:
+ Mật độ thực (trọng lượng riêng)  T (g/cm3): là trọng lượng của 1 đơn vị
thể tích vật liệu loại bỏ lỗ xốp.
+ Mật độ biểu kiến (trọng lượng thể tích)  BK (g/cm3) là trọng lượng của 1
đơn vị thể tích kể cả lỗ xốp.
+ Độ xốp biểu kiến (độ xốp chỉ kể đến lỗ xốp hở) W BK (%) : Được xác
định bằng tỉ số giữa thể tích của các lỗ xốp hở chứa đầy chất lỏng (nước)
khi đun sôi so với thể tích của vật liệu. Nếu vật liệu được bảo hòa nước thì
độ xốp biểu kiến được xác định bằng công thức:

a1: trọng lượng mẫu khô tuyệt đối (g)
a2: trọng lượng mẫu trên được bảo hòa nước (g)
V : thể tích mẫu (cm3)

+ Độ hút nước B: tỷ lệ giữa lượng nước hấp thụ so với lượng mẫu

+ Trọng lượng thể tích: tỷ lệ giữa độ xốp biểu kiến với độ hút nước

+Mức độ đặc của vật liệu: tỷ lệ giữa trọng lượng thể tích và trọng lượng
riêng:  BK/ T
+ Độ xốp thực: Wt (%) là tỉ số giữa thể tích tất cả các lỗ xốp (kín và hở)
và thể tích của vật liệu

+ Độ xốp kín : WK=WT-WBK
Bảng 6: Mật độ và cường độ một số VLCL
Tên VLCL
 BK (g/cm3)
Samôt:
loại
thường
Loại đặc
Loại rất đặc
Dinas thường
Manhêdi
thường

WBK (g/cm3)

1,8-2
2,05-2,2
2,25-2,3

30-24
22-16

15-10

Cường
độ
nén (kg/cm3)
100-200
300-500
Hơn 600

1,8-1,95
2,6-2,7

22-19
24-22

250-450
300-500


Crôm manhêdi
thường

2,75-2,9

26-22

250-400

- Độ thấm khí: là khả năng cho không khí hay khói lò qua sản phẩm ở
điều kiện này hay điều kiện khác. Độ thấm khí đặc trưng bằng hệ số thấm khí

K qua biểu thức:

V: thể tích khí đi qua mẫu tính bằng lít
S: Diện tích mẫu (m2)
l: chiều dày mẫu (m)
Z: thời gian (h)
H1, H2: áp suất ở hai đầu mẫu (mm cột nước)
Như vậy K=lit.m/m2.h.mm H20. Tức là lượng không khí hay khói lò tính
bằng lit đi qua mẫu có diện tích 1 m2 có chiều dày 1m trong thời gian 1 h trong
khi chên lệch áp suất ở 2 đầu lỗ là 1mm cột nước.
Độ thấm khí phụ thuộc nhất vào các lỗ xuyên qua sản phẩm và chên
lệch áp suất 2 đầu. Giữa độ xốp chung và độ thấm khí không có sự phụ thuộc
nào cả.
Ví dụ: độ thấm khí của gạch nhẹ có độ xốp 50% cũng bằng độ thấm khí
của gạch samôt có độ xốp 25%. Gạch có vỏ cứng trên bề mặt độ thấm khí giảm
đi rất nhiều.
Trọng lượng riêng của VLCL thường được xác định bằng phương pháp
Pyknomet (bình đo tỉ trọng).Vật liệu được nghiền nhỏ qua sàng 900 lỗ/cm2.
- Cường độ cơ học: cường độ cơ học của sản phẩm phụ thuộc nhiều vào độ
xốp thực và độ xốp biểu kiến. Vì vậy khi nung sản phẩm ở nhiệt độ kết khối
với thời gian lưu thích hợp thì mật độ và cường độ của sản phẩm tăng lên rõ rệt
còn độ xốp biểu kiến giảm xuống. Tuy nhiên nếu nhiệt độ nung vượt quá nhiệt
độ kết khối thì độ xốp biểu kiến tăng lên do hiện tượng phồng rộp của pha thủy
tinh.
- Cường độ nén: Cường độ nén của sản phẩm ở nhiệt độ thường cũng như
mật độ đặc trưng mức độ nung sản phẩm.Vì vậy cường độ của sản phẩm phụ
thuộc vào thành phần sản phẩm, thành phần phối liệu, điều kiện nén, nhiệt độ
nung và đôi khi còn một số nhân tố khác. Qua chỉ tiêu cường độ nén có thể
đánh giá chất lượng sản phẩm nhanh và đơn giản cũng như đánh giá quá trình
kỹ thuật sản xuất.

- Yêu cầu cường độ nén theo LX từ 100-150 đến 300-500 kg/cm2. Đa số
gạch chịu lửa, đặc biệt các loại cao, cường độ thường hơn 250 kg/cm2.Cường
độ cao như vậy để đảm bảo khi vận chuyển cũng như xây lò. Thực ra cường độ
chịu nén thực tế ở tường lò nung hay ghi lò không quá 1 kh/cm2, vòm là 4-5
kg/cm2, nhưng cần phải có cường độ cao để chống lại tác dụng va đập hay bào
mòn và các nhân tố cơ học khác. VLCL đạt được cường độ cao như vậy là do
qúa trình tái kết tinh và kết khối ở nhiệt độ cao tiến hành được hoàn thiện.
+ Cường độ chịu kéo uốn, xoắn:
- Trong quá trình sử dụng trong gạch sẽ xuất hiện nhiều loại ứng suất khác
nhau. Ví dụ: ở thành nồi nấu thuỷ tinh, do áp suất thủy tĩnh của thủy tinh nóng


chảy mà có ứng suất kéo. Đáy lò cao, gạch đỡ các đệm ở buồng hồi nhiệt gián
đoạn, đáy các bao nung sẽ có ứng suất nén. Ứng suất trượt suất hiện trong gạch
khi đốt nóng chúng rất nhanh. Vì lớp được đốt nóng nhanh giãn nỡ nhiều
nhưng bị các lớp nguội giữ lại. Lúc đó ứng suất trượt kèm theo quá trình nén.
+ Cường độ chống bào mòn:
Lớp lót phía trên của lò cao do phối liệu đổ vào hay bụi tro xỉ than chuyển
động với tốc độ lớn, hoặc trong lò nung xi măng vật liệu nung cọ xát với gạch..
đều gây nên hiện tượng bào mòn gạch. Nếu gạch không chống được tác dụng
bào mòn sẽ bị phá hủy nhanh chóng.
Khả năng chống lại tác dụng bào mòn không chỉ phụ thuộc vào mật độ
cường độ của sản phẩm mà còn vào cấu trúc, cường độ liên kết giữa các hạt
vật liệu.
+ Cường độ xung kích:
Là cường độ của vật liệu chống lại tác dụng va đập đột ngột (tải trọng
xung kich).
9/ Tính chính xác về hình dạng và kích thước
Trong thực tế lò công nghiệp mạch xây lò có ảnh rất nhiều đến tuổi thọ của
lò. Ở các mạch này được lấp đầy bằng vữa VLCL này hoặc khác, tất nhiên mật

độ của nó thường kém hơn gạch xây. Chính vì vậy trong toàn bộ lò, mạch xây
là chỗ yếu nhất nên dễ bị xỉ ăn mòn phá hoại nhất. Muốn tường lò bền vững
mạch xây cần phải mỏng chắc, chiều dày thường không quá 3mm, loại đặc biệt
không quá 0,5 mm. Để đạt được mục đích đó gạch xây lò phải chính xác về
hình dạng và kích thước.
Vữa xây lò khi ở nhiệt độ cao co lại và bong ra khỏi viên gạch. Do đó làm
bề mặt tiếp xúc với xỉ và khí nóng tăng lên, hạ thấp độ bền xỉ và độ bền nhiệt
của lớp lót.
Các sản phẩm to hình dạng phức tạp mà đảm bảo tính chính xác về hình
dạng kích thước là một vấn đề rất khó. Đại lượng co hay nở của sản phẩm khi
sấy nung theo nhiều hướng khác nhau khác nhau làm sản phẩm sai về kích
thước. Nguyên nhân:
- Tính chất nguyên liệu không ổn định
- Thực hiện sai chế độ kỹ thuật sản xuất như tỉ lệ các cấu tủ không đúng,
thành phần hạt không đảm bảo, độ ẩm, áp lực nén không tốt.. Vì vậy khi sản
xuất không phải chỉ sai 1 vài viên mà có thể sai hỏng hàng loạt.
- Muốn tăng độ chính xác về kích thước và hình dạng sản phẩm phải gắn
liền việc hòan thiện qui trình kỹ thuật sản xuất, cơ khí và tự động hóa qui trình
và vấn đề kiểm tra các chỉ tiêu sản xuất.
- Phương pháp đóng khuôn hiện đại là phương pháp bán khô có sức co
tổng nhỏ bảo đảm độ chính xác tưong đối cao.
- Theo chỉ tiêu hiện hành, sai số về kích thước của sản phẩm không quá
+- 2%. Đối với sản phẩm quan trọng không quá 1-1,5%.
- Ngoài yêu cầu về hình dạng kích thước, còn yêu cầu các mặt cạnh của
sản phẩm phải bằng phằng,không bị lồi lõm, cong vênh dù rất nhỏ. Nếu không
sẽ tăng chiều dày mạch xây. Cạnh mép sản phẩm bị nứt nẻ, vẹt nhiều cũng
giảm tuổi thọ của chúng do tăng bề mặt phản ứng hóa học. Tủy thuộc loại sản


phẩm và qui định của chúng mà góc sứt chỉ được 5-12mm, cạnh sứt hay vẹt 310 mm.

- Trên sản phẩm sau khi nung thường có nhiều nốt, những vết sần do
nóng chảy cục bộ. Nguyên nhân chủ yếu là do lẫn trong nguyên liệu nhũng hạt
tạp chất lớn, ở nhiệt độ cao chúng chảy lỏng với gạch. Phải hạn chế các nốt sần
này vì nó làm giảm chất lượng VLCL. Ở gạch samôt, dinas yêu cầu < 5-8 mm.
còn gạch manhêdi không được có các nốt đó.
- Một khuyết tật nữa là các vêt rạn nứt, ở đó là chỗ dễ bị phá hủy nhất do
xỉ, bụi xỉ cũng như khi dao động nhiệt độ.


Chương 2: Dinas
Dinas là loại VLCL chứa ≥ 93% SiO2 được sản xuất từ các khoáng của
thạch anh, chất liên kết là vôi hoặc chất khác, nung ở nhiệt độ đảm bảo quắc
biến đổi đa hình thành tridimit và cristobalit.
Dinas là loại VLCL axit, nó rất bền đối với xỉ axit, tro nhiên liệu. Ôxyt
kim loại ăn mòn dinas tạo thành hợp chất silicat dễ nóng chảy.
I/ Cơ sở hóa lí
1/ Sự biến đổi thù hình của SiO2 và tính chất của chúng
Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất dinas là các quặng của quắc có thành phần
chủ yếu là SiO2 ở các dạng tinh thể và vô định hình. Sự biến đổi đa hình của
chúng quyết định quá trình kỹ thuật và tính chất của sản phẩm. SiO2 không
ngậm nước được biết đến ở 8 dạng thù hình:
 quắc;  tridimit;  cristobalit; thủy tinh quắc
- Dạng ổn định ở nhiệt độ cao nhất người ta kí hiệu là , sau đó đến 
Sơ đồ biến đổi của SiO2:
- Sự biến đổi đa hình của SiO2 là đặc tính rất phức tạp. Ở phạm vi nhiệt độ
ổn định của dạng thù hình này có thể tồn tại trạng thái không ổn định của dạng
thù hình khác

Các mũi tên nằm ngang chỉ chiều hướng biến đổi và sự biến đổi này tiến
hành rất chậm và chỉ thuận nghịch trong những điều kiện đặc biệt (có chất

khoáng hóa). Các mũi tên dọc chỉ sự biến đổi nhanh khi đốt nóng và làm nguội.
Phổ biến rộng rãi trong thiên nhiên nhất là -quắcThường gặp dưới
dạng cát thạch anh, quaczit, sa thạch.


Quắc: có 2 dạng thù hình
- quắc: Là dạng ổn định ở nhiệt độ thường, đốt nóng đến 573 0C
chuyển sang  -quắc. Tạp chất có trong quặng của quắc có ảnh hưởng đến
nhiệt độ biến đổi của chúng.
Ví dụ: Khi có mặt các ion Li+, Na+, K+, Al3+: -quắc   -quắc ở 536 0C
và khi đó không có sự biến đổi -quắc  -quắc. Nếu cho Li+, Al3+ vào thì nó
hạ thấp xuống 463 0C.
Nguyên nhân: Các ion tạp chất tham gia tạo thành dung dịch rắn làm thay
đổi thông số mạng lưới tinh thể. Nếu tăng áp lực nhiệt độ biến đổi -quắc ↔
-quắc tăng.
 quắc : Không tồn tại trong thiên nhiên vì phạm vi ổn định của chúng
là 573-870 0C.
- Nếu có chất khoáng hóa mạnh như Vonframat Natri thì chuyển chậm
thành - tridimit.
- Nếu không có chất nóng chảy nó sẽ biến đổi khô thành - cristobalit ở
1000 0C một cách chậm chạp qua pha trung gian mêtacristobalit.
- Khi đốt nóng nhanh đến t 0C>1600 0C thì nóng chảy. Sự biến đổi qua
các dạng khác tiến hành rất nhanh và nhận được các chất lỏng có độ nhớt cao.
Tridimit: có 3 dạng thù hình: 
- tridimit: Trong thiên nhiên không gặp vì nó tồn tại ở nhiệt độ 870-1470
0
C.
Đốt nóng chậm - tridimit  - Cristobalit ở 1470 0C
Đốt nóng nhanh - tridimit  thủy tinh quắc ở 1670 0C
- tridimit có thể tồn tại ở trạng thái không ổn định ở nhiệt độ < 870 0C

nhưng đến 163 0C thì chuyển sang - tridimit rồi - tridimit
- tridimit : chỉ là dạng trung gian do sự biến đổi nhanh của - tridimit
 - tridimit . Phạm vi tồn tại của nó rất ngắn 117-163 0C. Quá trình
chuyển từ - tridimit- tridimit - tridimit kèm theo sự tăng thể tích không
lớn lắm.
- tridimit: là loại không ổn định nhưng thức tế ở nhiệt độ cao nó thường
tồn tại thời gian lâu không hạn định.
- tridimit được tạo thành do làm lạnh nhanh - tridimit ở 117 0C . Trong
thiên nhiên hơi hiếm gặp, chủ yếu thấy trong quặng núi lửa dưới dạng tấm 6
cạnh không màu hoặc yếu. Có thể gặp - tridimit dạng song tinh lưỡi mác trong
gạch dinas.
Cristobalit
-cristobalit: Đốt nóng - tridimit chậm và có chất khoáng hóa đến nhiệt
độ > 1470 0C sẽ chuyển sang -cristobalit và ổn định đến 1713 ±10 rồi chuyển
sang thủy tinh quắc không kèm biên đổi thể tích. Khi làm nguội -cristobalit
-cristobalit.
-cristobalit : Là dạng không ổn định nó có thể tồn tại ở nhiệt độ thường
trong trạng thái không cân bằng và thực tế lâu dài vô hạn. Ta có thể gặp nó
trong thiên nhiên mặc dù rất hiếm. Bằng phương pháp nhân tạo cũng được -


cristobalit, đó là gạch dinas. Khi đốt nóng trong khoảng 180-270 0C sẽ chuyển
sang -cristobalit kèm theo tăng thể tích đáng kể.
Thủy tinh quắc: các dạng khác nhau của SiO2 khi đốt nóng đến nhiệt độ
cao (1700-1800 0C) sẽ được chất nóng chảy. Độ nhớt của chất nóng chảy này
rất cao và khi làm nguội thì không kết tinh mà ở trạng thái thuỷ tinh gọi là thủy
tinh quắc. Đây là một loại thủy tinh có hệ số giãn nở nhiệt thấp đáng kể (5.10-7)
nên rất bền nhiệt.
Khi đốt nóng đến nhiệt độ = 1200-1400 0C thủy tinh quắc sẽ kết tinh ở
dạng -cristobalit. Khi làm nguội chậm < 180-270 0C sẽ chuyển thành cristobalit. Do chuyển thù hình có kèm theo biến đổi thể tích đáng kể nên dễ

làm sản phẩm bị nứt vỡ.
Nếu đốt nóng thủy tinh quắc chậm đến 800-859 0C và có mặt Na2WO4 nó
sẽ tạo thành tinh thể tridimit rồi biến đổi chậm dần thành quắc.
Quá trình xuất hiện tinh thể -cristobalit trong thủy tinh quắc tiến hành rất
chậm, Do đó cho phép ta sử dụng thủy tinh quắc trong phòng thí nghiệm và
thực tế sản xuất.
Điểm quan trọng trong kỹ thuật sản xuất khi biến đổi đa hình SiO2 là biến
đổi trọng lượng riêng và thể tích của chúng( xem bảng 7)
Bảng 7:
Quá trình biến đổi thù hình
t (0C)
V (%)
573
+ 0,82
-quắc → -quắc
117
+ 0,2
-tridimit → -tridimit
163
+ 0,20
-tridimit → -tridimit
250
+ 2,8
-cristobalit →-cristobalit
870
+ 16
-quắc → -tridimit
1000 (1300-1400)
+ 15,4
-quắc →-cristobalit

1600
+ 15,5
-quắc → thủy tinh quắc
1200-1400
- 0,9
Thủy tinh quắc → -cristobalit
Sự biến đổi thù hình luôn kèm theo sự biến đổi trọng lượng riêng dẫn đến
biến đổi thể tích. Sự thay đổi thể tích này quyết định toàn bộ quá trình nung và
sử dụng dinas. Vì thể tích không ổn định là nguyên nhân làm sản phẩm có độ
bền nhiệt thấp. Độ bền nhiệt càng thấp khi sự biến đổi thù hình càng nhanh, thể
tích thay đổi càng nhiều.
Tốc độ và mức độ biến đổi đa hình của quắc phụ thuộc vào nhiệt độ, thời
gian tác dụng, kích thước hạt và chất khoáng hóa. Nhiệt độ cao tốc độ biến đổi
càng nhanh, hạt càng mịn cũng vậy.
2/ Vai trò của khoáng hóa
a/ Tính ổn định thể tích của các dạng thù hình của SiO2
SiO2 trong dinas có thể ở các dạng: tridimit, cristobalit, quắc, thủy tinh.
Tính ổn định thể tích theo nhiệt độ của các dạng này khác nhau. Xem biểu đồ
hệ số dãn nở trung bình nhiệt độ ta thấy:
α.10-6


1. Tridimit
2.Cristobalit
3.Quat

0

C


Tridimit là tinh thể bền vững và ổn định nhất. Vì vậy trong kỹ thuật
người ta tìm cách để tạo điều kiện cho lượng tridimit tạo thành càng nhiều
càng tốt. Nhưng như đã biết, sự biến đổi thù hình từ quắc sang tridimit là rất
khó cần phải dùng chất khoáng hóa để thúc đẩy quá trình biến đổi ấy. Thực tế,
các nguyên liệu để sản xuất VLCL như quartzit cũng có lẫn những tạp chất
thúc đẩy quá trình tridimit hóa nhưng không đủ nên phải đưa chất khoáng vào
như R2O, CaO, MgO, MnO, BaO, FeO…
Chất khoáng hóa dùng trong sản xuất dinas:
Chủ yếu tạo chất nóng chảy ở nhiệt độ thấp. Chất nóng chảy này có độ
nhớt nhỏ, thấm ướt tốt và nhất là phải tan được cristobalit để tạo được tinh thể
tridimit bền vững trong sản phẩm dinas, xen kẽ giữa các tinh thể ấy là pha thủy
tinh và một số pha tinh thể khác.
Người ta nghiên cứu ảnh hưởng của một số chất khoáng hóa tới quá
trình tridimit hóa của chúng và được xác định bằng trọng lượng riêng của
dinas. Nếu trọng lượng riêng của dinas càng nhỏ, tức lượng tridimit và
cristobalit trong chúng càng nhiều.
Bảng 8: Ảnh hưởng của chất khoáng hóa nếu cho 1% vào phối liệu lên sự
biến đổi trọng lượng riêng của chúng sau khi nung ở 1300 0C trong 1 h.
Trọng lượng riêng
Trọng lượng riêng
Chất khoáng hóa
Chất khoáng hóa
sau khi nung
sau khi nung
Không
2,62
Al2O3
2,615
CaO
2,585

Na2HPO4
2,545
MnO
2,585
Na2CO3
2,35
BaO
2,605
K2CO3
2,325
Fe2O3
2,550
Na2SiO3
2,39
FeO
2,53
Qua bảng trên ta thấy: Al2O3 là chất khoáng hóa kém nhất
Chất khoáng hóa mạnh nhất là : Na2CO3 và K2CO3. Tuy nhiên người ta
không dùng chúng vì nó hạ thấp nhiều tính chất sản phẩm ở nhiệt độ cao.


Phổ biến rộng rãi nhất trong sản xuất dinas là CaO và FeO và đôi khi
dùng MnO. Trong thực tế sản xuất dinas dùng đồng thời CaO và FeO làm chất
khoáng hóa.
Nguyên nhân: xét các hệ 2 cấu tử:
FeO-SiO2 : điểm ơtecti trong hệ là 1178 0C
MnO-SiO2 : điểm ơtecti trong hệ là 1300 0C
CaO-SiO2 : điểm ơtecti trong hệ là 1436 0C
Fe2O3-SiO2 : điểm ơtecti trong hệ là 1452 0C
Trong dinas có mặt FeO thì pha lỏng xuất hiện sớm hơn. Khả năng

khoáng hóa của chúng có thể sắp xếp như sau: FeO>MnO>CaO>Fe2O3
Do tác dụng tridimit hóa của sắt 2 cao hơn sắt 3 nên người ta dùng sắt 2
làm chất khoáng hóa dưới dạng vẩy sắt, xỉ nấu quặng, xỉ pirit và phải khống
chế môi trường khử. Với dinas dùng xây các lò cốc hóa không dùng FeO làm
chất khoáng hóa được mà dùng MnO vì FeO trong môi trường khử sẽ lại xúc
tác cho hiện tượng tẩm than theo phản ứng:
2CO ↔ CO2+C
Các bon thấm sâu vào bên trong mạng lưới tinh thể gây nên hiện tượng
tả, gạch bị phá hoại mạnh. Trong thực tế hay dùng nhất là CaO. CaO làm giảm
rất ít độ chịu lửa của SiO2, vì có khả năng kết dính nên nó tạo điều kiện liên kết
các hạt phối liệu lại với nhau, viên mộc sau khi sấy có độ bền cao hơn. CaO dễ
điều chế. Lấy từ đá vôi bình thường đem nung .
Dinas có chất phụ gia sắt màu nâu vàng hay nâu hung gọi là "dinas đen" .
Dùng vôi thì có màu xám hoặc trắng.
II/ Nguyên liệu
Trong kỹ thuật sản xuất dinas người ta thường dùng các nguyên liệu
chứa SiO2 làm nguyên liệu chính: cát quắc, sa thạch, quaczit.
- Cát quắc là sản phẩm phân hủy của quặng núi chứa quắc như đá hoa
cương do tác dụng của khí quyển , gió, sự thay đổi nhiệt độ.
- Các hạt các quắc tích tụ qua nhiều thế kỉ được thấm ướt bằng nước có
chứa các tạp chất rất mịn như đất sét, vôi thạch cao, axit silicic. Các tạp
chất phân phối rất đều giữa các hạt, liên kết các hạt lại thành quặng rắn
hơn, bền hơn gọi là sa thạch hay cát kết. Một số loại khác chứa nhiều
trường thạch hơn và nhiều vảy mica.
- Khi chịu áp suất đủ lớn, cát kết biến thành một loại đá biến chất là
quaczit.
Quaczit thực sự là loại đá cứng rắn nhất sẽ nứt vở qua các hạt chứ không
phải nứt quanh các hạt đó. Vì vật liệu liên kết ban đầu trong cát nguyên thủy
trở nên cứng như chính các hạt đó. Hơn nữa trong suốt quá trình biến đổi, các
loại xi măng ban đầu có thể tái kết tinh.

Nếu lượng chất liên kết trong quaczit nhiều (30-75%) thì gọi là quaczit
ximăng, ngược lại gọi là quaczit tinh thể. Trong tinh thể quaczit, các hạt quắc
tiếp xúc với nhau chặt chẽ hơn và có liên kết với nhau bằng các răng của hạt.
2/ Tính chất kỹ thuật của quaczit
Các tính chất cơ bản đặc trưng cho chất lượng của quaczit là hình dáng
bên ngoài, chỗ gẫy, cấu trúc, thành phần hóa, độ chịu lửa, độ xốp, tính chất khi
nung (tính tả, tốc độ chuyển hóa) khả năng nghiền dập. Quan sát hình dạng bên