Trong khuôn khổ Dự án sản xuất thử nghiệm cấp nhà nước KC.06.DA.02.CN, Viện Vật liệu Xây dựng Bộ Xây dựng đã nghiên cứu, hoàn thiện công nghệ sản xuất bê tông chịu lửa ít xi măng đủ điều kiện để chuyển giao và đầu tư sản xuất ở quy mô công nghiệp. Đây là sự khởi đầu cho việc phát triển sản xuất các sản phẩm bê tông chịu lửa cao cấp nhằm phục vụ nhu cầu ngày càng lớn và đa dạng của các ngành công nghiệp trong nước.
Bê tông chịu lửa là loại vật liệu chịu lửa không định hình. So với gạch chịu lửa, bê tông chịu lửa có một số lợi thế trong sản xuất và sử dụng như: Vốn đầu tư thiết bị sản xuất thấp; quy trình công nghệ sản xuất linh hoạt, ít phụ thuộc vào thiết bị công nghệ; sử dụng thi công sửa chữa lò nhanh, chi phí thấp; sử dụng được cho các vị trí, cấu kiện dị hình và khó xây được bằng gạch.
Từ đầu thập niên 90 của thế kỷ XX, các nước có nền công nghiệp vật liệu chịu lửa phát triển đã bắt đầu ứng dụng các loại bê tông chịu lửa thế hệ mới có tính năng vượt trội so với loại truyền thống, được gọi là bê tông chịu lửa ít xi măng 8-3% xi măng cao alumin - XMA,bê tông chịu lửa siêu ít xi măng <3% XMA trên cơ sở XMA và bê tông chịu lửa không chứa xi măng.
Những năm gần đây, lượng sản xuất và sử dụng các loại bê tông chịu lửa cao cấp này trong các ngành luyện kim, xi măng và các loại lò công nghiệp khác ở hầu hết các nước ngày càng tăng nhanh. Đối với nước ta, nhu cầu sử dụng bê tông chịu lửa ít xi măng hiện nay khoảng 3.000-4.000 tấn/năm. Với mức độ đầu tư như hiện nay, con số này trong giai đoạn 2005-2010 sẽ tăng 2,5-3 lần. Hiện nay hầu hết lượng bê tông chịu lửa cao cấp được dùng ở nước ta đang phải nhập khẩu với giá trung bình 490-1.520 USD/tấn tùy theo chủng loại.
Với mục đích phát triển sản xuất trong nước, thay thế hàng nhập khẩu, năm 2001-2003 Viện Vật liệu Xây dựng đã được giao thực hiện Dự án sản xuất thử nghiệm mã số KC.06.DA.02.CN:"Hoàn thiện công nghệ sản xuất bê tông chịu lửa ít xi măng cho công nghiệp xi măng và luyện kim" thuộc Chương trình khoa học công nghệ trọng điểm cấp nhà nước KC.06. Dự án có các mục tiêu chính như sau:
- Hoàn thiện quy trình và các thông số công nghệ sản xuất bê tông chịu lửa ít xi măng, thiết lập dây chuyền sản xuất quy mô 3.000 tấn/năm, đảm bảo đủ điều kiện để triển khai sản xuất quy mô công nghiệp;
- Hoàn thiện phương pháp và thiết lập quy trình thi công bê tông chịu lửa ít xi măng cho các loại lò công nghiệp trong điều kiện sử dụng thực tế;
- Sản xuất 300 tấn bê tông chịu lửa ít xi măng, đưa ứng dụng vào các lò xi măng và luyện kim. Sản phẩm sản xuất có chất lượng ổn định và các chỉ tiêu kỹ thuật đạt mức tương đương các sản phẩm nhập ngoại cùng hệ thành phần đang được sử dụng.
Nội dung chủ yếu của Dự án là chuyển từ kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm và pilot quy mô nhỏ của đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệ đã thực hiện trước đó, sang quy mô công nghiệp. Trên cơ sở đó hoàn thiện phương pháp, quy trình và các thông số công nghệ sản xuất sản phẩm bê tông chịu lửa ít xi măng, đủ điều kiện để chuyển giao công nghệ cho sản xuất đại trà. Các kết quả cơ bản của Dự án có thể được tóm tắt như sau:
1. Lựa chọn các loại nguyên liệu: Cốt
Trong sản xuất BTCL, chất lượng sản phẩm được quyết định bởi hai yếu tố chính: Chất lượng các nguyên liêu sử dụng và bài phối liệu của hỗn hợp bê tông chịu lửa. Nguyên liệu cho sản xuất bê tông chịu lửa ít xi măng bao gồm: Cốt liệu cao alumin dùng cho CR-15, cốt liệu corindon dùng cho CR-18, xi măng đặc biệt cao alumin, bột chịu lửa hoạt tính siêu mịn, phụ gia phân tán, phụ gia điều chỉnh đóng rắn, phụ gia sợi.
Qua nghiên cứu khảo sát thực tế, phân tích kiểm nghiệm đánh giá chất lượng nguyên liệu, Dự án đã xác định và lựa chọn được các nguồn nguyên liệu chính như sau:
a Cốt liệu chịu lửa cao alumin: Sạn chịu lửa cao alumin nung thiêu kết từ bôxit ít sắt của Trung Quốc với chất lượng theo quy định tại tiêu chuẩn YB/T 5179-93, được nung thiêu kết bằng lò quay với chất lượng cao.
b Cốt liệu chịu lửa corindon: Nguyên liệu được lựa chọn là corindon điện chảy nâu BFA của Trung Quốc với hàm lượng Al2O3 95% và corindon thiêu kết Tabular Alumina của Hãng Alcoa với hàm lượng Al2O3 ³ 99 %.
c XMA với khoảng 68-75% Al2O3: Được phân loại và quy định chỉ tiêu chất lượng theo tiêu chuẩn Nhật Bản JIS R 2511-1983.
d Bột chịu lửa hoạt tính siêu mịn MAS: Có thành phần là các ôxyt nhôm, silíc, crôm Al2O3, SiO2, Cr2O3, cỡ hạt trung bình d50 theo các cấp kích thước sau: ≤ 1µm; 1-3 µm; » 5µm. Nguồn cung cấp được lựa chọn là các hãng như Alcoa, Pechiney với chất lượng ổn định.
e Những thành phần phụ gia trong phối liệu bê tông chịu lửa ít xi măng như: Phụ gia phân tán D3, phụ gia làm chậm đóng rắn R1; phụ gia đóng rắn nhanh A1; phụ gia sợi F1, F2 có sẵn trên thị trường trong nước.
f Thiết lập tiêu chuẩn chất lượng nguyên liệu cho sản xuất bê tông chịu lửa ít xi măng: Tiêu chuẩn chất lượng cho tất cả các loại nguyên liệu để sản xuất bê tông chịu lửa ít xi măng trong phạm vi đối tượng sản phẩm của Dự án CR-15 và CR-18 được thiết lập, theo đó quy định chặt chẽ các chỉ tiêu: Thành phần hoá học Al2 O3, SiO2, CaO, khống chế hàm lượng các hợp chất có hại như Fe2O3 , Na2O, K2O; thành phần cỡ hạt cốt liệu, độ mịn, diện tích bề mặt riêng và phân tán bố thành phần hạt của XMA và bột MAS; các tính chất cơ - lý, nhiệt.
Các tiêu chuẩn chất lượng nêu trên là căn cứ để lựa chọn các loại nguyên liệu sử dụng cho sản xuất bê tông chịu lửa ít xi măng CR-15 và CR-18.
2. Hoàn thiện bài phối liệu:
Bài phối liệu được nghiên cứu hoàn thiện trên cơ sở khảo sát mở rộng giới hạn hàm lượng các thành phần trong hệ kết dính, các phụ gia phân tán, phụ gia điều chỉnh, thành phần cấp phối hạt của bê tông chịu lửa ít xi măng.
a Thành phần hệ kết dính:
XMA: Được áp dụng trong khoảng 3-7% tuỳ theo mác của xi măng và yêu cầu về cường độ ban đầu 24giờ đối với BTCL.
Bột MAS: Được áp dụng tổ hợp 2 trong số 3 loại bột MAS có cấp độ mịn khác nhau, với hàm lượng S MAS = 5-10% tuỳ theo yêu cầu khác nhau về cường độ cơ học, mật độ và nhiệt độ sử dụng của BTCL.
Cốt liệu mịn: Lượng cốt liệu mịn được điều chỉnh theo thay đổi của các hàm lượng XMA và các loại MAS sao cho đảm bảo tổng hàm lượng các thành phần trong hệ kết dính tính theo khối lượng là 30% đối với loại CR-15 và 28% đối với loại CR-18.
b Điều chỉnh tỷ lệ các phụ gia:
- Phụ gia phân tán Dispersant D3: 0,05-0,1%;
- Phụ gia làm chậm đóng rắn Retarder R1: 0,01-0,02% ;
- Phụ gia đóng rắn nhanh Accelerator A1: 0,01-0,015%;
- Phụ gia sợi Fibres F1: 0,05-0,1%.
Trong một số trường hợp đặc biệt có sử dụng thêm sợi thép chịu nhiệt Cr-Ni để chống rão, tăng khả năng bền ở nhiệt độ cao, với hàm lượng 2-4%.
c Thành phần cấp phối cỡ hạt:
Thành phần cấp phối hạt được hoàn thiện một bước theo hướng tiến tới tối ưu, được thiết kế tuỳ theo kiểu cấp hạt và cỡ hạt lớn nhất được áp dụng, đảm bảo: Tạo được mật độ cấu trúc cao nhất, lượng nước trộn ít nhất; đảm bảo độ linh động, độ chảy tốt của hỗn hợpbê tông chịu lửa để thi công; và được xác định tỷ lệ cho 3 kiểu cấp phối, lựa chọn áp dụng theo cỡ hạt lớn nhất Dmax và tiêu chuẩn cỡ hạt của nhà sản xuất cốt liệu quy định:
- 8-5mm; 5-3mm; 3-1mm; < 1mm; £ 0,08 0,045mm;
- 5-3mm; 3-1mm; < 1mm; £ 0,08 0,045mm;
- 6-3mm; 3-1mm; 1-0,5mm; < 0,5mm; £ 0,08 / 0,045mm.
3. Hoàn thiện phương pháp trộn:
Kỹ thuật phân tán cơ học được thực hiện hiệu quả bằng phương pháp trộn khô hiệu suất cao, sử dụng máy trộn hành tinh, máy trộn cưỡng bức với lực chà xiết mạnh để đảm bảo phân tán thành phần bột siêu mịn trong phối liệu. Mức độ chà xiết càng cao, lực xiết càng mạnh thì độ chảy của hỗn hợp bê tông chịu lửa càng lớn, đồng thời lượng nước trộn và thời gian trộn ướt cho cùng một độ chảy càng thấp. Thời gian trộn khô thích hợp được xác định là 4-6 phút.
4. Thiết lập quy trình kiểm tra chất lượng trong quá trình sản xuất:
Bê tông chịu lửa ít xi măng là một sản phẩm có các tính chất thay đổi rất nhạy cảm khi các yếu tố đầu vào như chất lượng nguyên liệu, chế độ công nghệ sản xuất, chế độ trộn ướt và điều kiện thi công thay đổi. Để đảm bảo sản phẩm có chất lượng tốt và ổn định, trong quá trình sản xuất cần phải áp dụng đồng bộ một quy trình kiểm tra chất lượng chặt chẽ và thực hiện theo sơ đồ được thiết lập.
5. Thiết lập dây chuyền công nghệ sản xuất công suất 3.000T/năm:
a Quy trình công nghệ sản xuất bê tông chịu lửa ít XM
b Lựa chọn thiết bị công nghệ và thiết lập dây chuyền sản xuất bê tông chịu lửa ít xi măng công suất 3.000 tấn/năm:
Với công suất thiết kế như trên, các thiết bị công nghệ được lựa chọn bao gồm: Hệ bunke chứa các cấp hạt cốt liệu, bunke chứa bột mịn, hệ nạp liệu điện từ rung, cân điện tử với hệ thống điều khiển, xe cân, máy trộn hành tinh cao tốc dung tích 500 lít là thiết bị chính của dây chuyền, máy đóng bao. Ngoài ra, các thiết bị phụ trợ khác như cầu trục, xe nâng, máy nén khí,... cũng được tính toán lựa chọn. Hầu hết thiết bị được thiết kế chế tạo trong nước. Giá trị khái toán dây chuyền là: Phần thiết bị: 3.263,0 triệu đồng; phần xây lắp: 650,0 triệu đồng.
6 Hoàn thiện công nghệ thi công:
Bê tông chịu lửa thường được thi công bằng các phương pháp khác nhau như: Đầm rung, tự chảy hay tự đầm, phun bắn shotcrete, đầm nện áp dụng cho bê tông chịu lửa cách nhiệt. Trong phạm vi Dự án này, phương pháp thi công được áp dụng là đầm rung.
Cũng như đối với các loại bê tông chịu lửa nói chung, quy trình thi công bao gồm các công đoạn: Chuẩn bị mặt bằng thi công; chuẩn bị bề mặt vị trí đổ bê tông; công tác thép neo chịu nhiệt; công tác cốp pha; chuẩn bị thiết bị thi công; trộn bê tông; đổ và đầm rung; bảo dưỡng, sấy và gia nhiệt đến nhiệt độ sử dụng. Từng khâu trong quy trình được thiết lập với các thông số và hướng dẫn, quy định cụ thể. Trong đó khâu công tác neo thép chịu nhiệt và công tác trộn ướt bê tông được đặc biệt đi sâu và quy định chặt chẽ, vì chúng có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm sử dụng. Công tác neo thép chịu nhiệt quy định rõ mác thép hợp kim chịu nhiệt SUS 310, SUS 304, quy cách lớp nhựa bọc đầu, cách lắp đặt. Khâu trộn bê tông hướng dẫn kỹ cách sử dụng, phối chế các phụ gia điều chỉnh khi thi công trong các điều kiện nhiệt độ môi trường khác nhau để có thời gian đóng rắn thích hợp, trình tự trộn và phương pháp đánh giá nhanh độ linh động củabê tông chịu lửa tươi ứng với lượng nước chuẩn. Lượng nước trộn được khống chế chặt chẽ trong giới hạn ± 0,2% so với lượng nước chuẩn đã xác định trước.
7. Sản xuất và ứng dụng sản phẩm:
Trong quá trình thực hiện việc hoàn thiện công nghệ, các sản phẩm bê tông chịu lửa ít xi măng CR-15 và CR-18 được sản xuất với khối lượng 400 tấn và đã được đưa vào ứng dụng trong điều kiện thực tế của các lò công nghiệp khác nhau. Kết quả kiểm nghiệm các chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm qua các đợt sản xuất bảng 1 cho thấy chất lượng hoàn toàn tương đương các sản phẩm của các hãng Refratechnik, Lafarge, RHI... mà ta đang nhập khẩu.
Bảng 1
| ' border=0 src='/image/images?img_id=com.vportal.portlet.vcms.model.VcmsArticle.4348.632' /> |
| |
Trong lò quay nung clanhke xi măng, sản phẩm được ứng dụng tại các nhà máy xi măng Hoàng Thạch, Bút Sơn, Bỉm Sơn,... ở các vị trí như: Thân và "cổ ngỗng" của lò làm nguội hành tinh, tường và trần buồng nóng của lò làm nguội kiểu ghi, các bờ côn vào, ra của lò quay, các phần dị hình của tháp trao đổi nhiệt ống gió... Chất lượng được các cơ sở sử dụng đánh giá tốt, đáp ứng yêu cầu sản xuất, tương đương các sản phẩm nhập khẩu mà các đơn vị đang dùng.
Trong các lò luyện, cán thép và các lò công nghiệp khác, sản phẩm đã được đưa vào sử dụng trong một loạt lò gia nhiệt của các nhà máy cán thép, buồng đốt lò nồi hơi, lớp lót đáy lò bể nấu thuỷ tinh,... với chất lượng sử dụng tốt, đã gần 2 năm nay chưa phải sửa chữa, thay thế.
Công nghệ sản xuất bê tông chịu lửa ít xi măng đã được nghiên cứu và hoàn thiện, đủ điều kiện để chuyển giao công nghệ và đầu tư sản xuất ở quy mô công nghiệp. Kết quả của Dự án là sự khởi đầu để phát triển sản xuất một mảng sản phẩm bê tông chịu lửa thế hệ mới. Theo hướng này, chúng ta cần tiếp tục đầu tư nghiên cứu và phát triển sản xuất các chủng loại bê tông chịu lửa siêu ít xi măng, bê tông chịu lửa không xi măng, shotcrete, bê tông chịu lửa hệ spinel, chứa cácbon,... nhằm phục vụ nhu cầu đa dạng và ngày càng tăng của các ngành công nghiệp nước ta.
Bê tông chịu lửa là sản phẩm có thời hạn "sống" nhất định. Vì thế việc sản xuất được sản phẩm loại này trong nước sẽ tạo sự chủ động trong sản xuất, đảm bảo sử dụng được sản phẩm "tươi", tránh được việc phải đặt hàng dài hạn, chi phí lưu tồn kho bãi, sản phẩm quá "date" không dùng được. Hơn nữa sản phẩm này sẽ được sử dụng với hiệu quả tốt nhất khi có dịch vụ kỹ thuật đi kèm việc này các nhà cung cấp nước ngoài thường khó đáp ứng hơn. Giá sản phẩm sản xuất trong nước chỉ bằng 50-60% giá sản phẩm nhập khẩu. Với những lợi ích như vậy, các doanh nghiệp có nhu cầu nên mạnh dạn sử dụng sản phẩm nội để chủ động sản xuất, giảm sự lệ thuộc nguồn vật tư nhập khẩu và giảm chi phí để tăng sức cạnh tranh.
TS. Nguyễn Đình Nghị
Nguồn tin: T/C Viện Khoa học Công nghệ, số 4/2006