Đá huỳnh thạch CAF2 – Ứng dụng, lợi ích và hạn

chế

Huỳnh thạch hay còn gọi là Flourit có công thức hóa học là CaF2. Đây là một trong những khoáng chất rất quý sử dụng cho các ngành công nghiệp như luyện kim, sản xuất thủy tinh, men và axit flohydric … Trong luyện kim như luyện thép, nhôm cần flourit để làm chất trợ dung (trợ chảy). Flourit ở Việt Nam không có nhiều, các nguồn nguyên liệu chủ yếu là nhỏ lẻ và đi kèm các khoáng sản khác. Với sự năng động và tiếp cận công nghệ tiên tiến, chúng tôi thấy được vai trò và tầm quan trọng của loại khoáng chất này. Hiện nay chúng tôi đang liên kết khai thác các nguồn trong nước và nhập khẩu để cung cấp cho ngành sản xuất thép, que hàn … Với chất lượng cao, nguồn cung ổn định, giá cả hợp lý, vận chuyển tận nơi.

Đá huỳnh thạch CAF2 là một loại vật liệu composite gồm ma trận đá vôi với các hạt CAF2 (canxi fluorua) phân tán bên trong. Nó được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp luyện kim và chịu nhiệt nhờ các tính chất vượt trội như khả năng chịu nhiệt cao, độ cứng và độ bền hóa học tốt.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về đá huỳnh thạch CAF2, cách thức ứng dụng cũng như lợi ích và hạn chế khi sử dụng loại vật liệu này.

Luyện kim

Công dụng trong luyện kim

Đá huỳnh thạch CAF2 được ứng dụng nhiều trong luyện kim do có các tính chất sau:

• Chịu nhiệt tốt, có thể chịu được nhiệt độ lên tới 1650 độ C khi làm lò nung kim loại.
• Độ bền cơ học cao, chịu tải trọng tốt, không bị mòn hay biến dạng dưới tác dụng của nhiệt độ và áp lực.
• Không bị ăn mòn bởi kim loại nóng chảy như sắt, thép, đồng, nhôm…ở nhiệt độ cao.
• Thân thiện với môi trường, không phát thải khí độc hại.

Do đó, đá huỳnh thạch CAF2 được sử dụng làm lò nung, khuôn đúc, ống dẫn, vòi phun, nồi nấu kim loại và nhiều dụng cụ chịu nhiệt khác trong luyện kim.

Các bước thực hiện khi dùng trong luyện kim

Một số bước cơ bản khi sử dụng đá huỳnh thạch CAF2 trong luyện kim:

Chuẩn bị vật liệu

• Sử dụng các khối đá huỳnh thạch CAF2 quy cách phù hợp với dụng cụ cần luyện kim.
• Làm sạch bề mặt đá, đảm bảo không dính tạp chất trước khi đưa vào lò nung.

Gia công cắt uốn

• Thực hiện gia công (cắt, mài, tiện, phay…) để tạo hình dụng cụ theo yêu cầu.
• Tuỳ theo dụng cụ mà sử dụng kích thước khác nhau.

Biến tính nhiệt

• Cho đá huỳnh thạch CAF2 vào lò nung và tăng nhiệt độ dần theo đồ thị hợp lý.
• Nung ở 900 – 1600 độ C để loại bỏ nước, tăng cứng và cải thiện các tính chất cơ học.

Làm lạnh dụng cụ

• Mang dụng cụ ra khỏi lò, cho vào thiết bị làm lạnh về nhiệt độ phòng.
• Tránh làm lạnh đột ngột dẫn đến nứt vỡ dụng cụ.

Kiểm tra độ tin cậy

Trước khi sử dụng thực tế, dụng cụ cần được kiểm tra kỹ càng về độ chính xác, khít vừa vặn, độ kín đáo và khả năng chịu tải trọng.

Lợi ích của đá huỳnh thạch CAF2 trong luyện kim

Sử dụng đá huỳnh thạch CAF2 làm dụng cụ luyện kim mang lại những lợi ích sau:

• Tiết kiệm chi phí vì đá huỳnh thạch CAF2 có giá thành rẻ hơn nhiều so với thép chịu nhiệt và hợp kim đặc biệt. Tuổi thọ cao gấp 3 – 5 lần so với các vật liệu truyền thống.
• Quá trình luyện kim được đồng đều, ổn định nhờ tính chất nhiệt của CAF2 rất tốt. An toàn hơn so với gốm silic, thủy tinh do độ dẫn nhiệt của CAF2 thấp.
• Chất lượng sản phẩm đúc, thép được nâng cao vì không bị tạp nhiễm từ vật liệu chịu lửa.
• Tiết kiệm năng lượng do CAF2 có độ truyền nhiệt thấp nên giảm tổn thất nhiệt trong lò luyện.
• Bảo vệ môi trường vì không phát thải khí độc hóa học ra ngoài từ quá trình luyện kim.

Một số hạn chế của đá huỳnh thạch CAF2

Bên cạnh ưu điểm, đá huỳnh thạch CAF2 cũng có một số nhược điểm cần lưu ý khi sử dụng:

• Độ bền va đập kém, dễ nứt vỡ nếu va chạm mạnh.
• Khó gia công vì độ cứng cao. Đòi hỏi trang thiết bị hiện đại, tốn kém.
• Khi gia công cần phải thực hiện từ từ, không được làm đột ngột nếu không sẽ làm vật liệu bị nứt nẻ.
• Giá thành cao hơn một số loại gốm, đá thông thường.

Chịu nhiệt

Sử dụng đá huỳnh thạch CAF2 trong ngành chịu nhiệt

Ngoài luyện kim, đá huỳnh thạch CAF2 còn được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực chịu nhiệt như:

Lò nung

• Làm lò, lò phản ứng để đốt than, dầu, xử lý chất thải nhiệt độ cao.
• Lò nung gốm sứ, thủy tinh chịu nhiệt tới 1600 độ C.

Hệ thống khí nóng

• Làm ống dẫn, vòi phun, buồng đốt, hộp lọc khí nóng hoặc khói thải nhiệt độ trên 700 độ C.

Công nghiệp luyện nhôm

• Buồng chứa và ống dẫn nhôm nóng chảy ở 700 – 900 độ C.

Công nghiệp thủy tinh

• Lò nung chảy thủy tinh ở 1400 – 1500 độ C.

Các ngành công nghiệp khác

Xử lý chất thải nhiệt độ cao, xi mạ điện, lò hơi, nhà máy điện…

Hướng dẫn sử dụng CAF2 an toàn

Để đảm bảo an toàn, hiệu quả khi sử dụng đá huỳnh thạch CAF2 trong chịu nhiệt, cần lưu ý:

• Chỉ sử dụng CAF2 trong khoảng nhiệt độ làm việc an toàn, không vượt quá 1600 độ C.
• Tăng giảm nhiệt độ làm việc từ từ, tránh sốc nhiệt dẫn tới vỡ vụn.
• Thiết kế các bộ phận siết chặt phù hợp để cố định các chi tiết CAF2.
• Cách nhiệt bề mặt tiếp xúc giữa CAF2 và kim loại đang ở nhiệt độ cao.
• Sử dụng vật liệu chịu nhiệt phụ trợ để bảo vệ CAF2 như gạch chịu lửa, vật liệu cách nhiệt.

Lợi ích của CAF2 trong chịu nhiệt

• Chịu nhiệt tốt nhất trong các loại đá nhân tạo, có thể thay thế gốm, hợp kim đặc biệt.
• Tuổi thọ cao, liên tục chịu được 1400 – 1500 độ C trong nhiều năm.
• Giảm thiểu ô nhiễm do không phát thải chất độc hại ra môi trường.
• Chi phí vận hành, bảo dưỡng thấp do độ bền cao dưới tác động nhiệt độ khắc nghiệt.
• Dễ dàng thay thế, sửa chữa, nâng cấp các chi tiết chịu nhiệt bằng CAF2.

Câu hỏi thường gặp

Làm thế nào để cắt gia công đá huỳnh thạch CAF2?

Để cắt gia công, nên dùng dụng cụ cắt kim cương hoặc mũi khoan cứng chuyên dụng cho đá. Cần cắt chậm, từ từ để tránh nứt vỡ. Có thể dùng dây kim cương hoặc máy cắt tia nước áp lực cao để cắt CAF2 chính xác.

Đá huỳnh thạch CAF2 có thể thay thế các loại vật liệu luyện kim nào?

CAF2 có thể thay thế các vật liệu như gốm silic, sứ chịu lửa, magie, canxi silicat và một số hợp kim Niken, Croni dùng trong lò luyện kim nhờ khả năng chịu nhiệt tốt hơn.

Quy trình nung đá huỳnh thạch CAF2 như thế nào?

Quy trình nung điển hình như sau:

• Tăng nhiệt độ từ 20 lên 900 độ C với tốc độ 5 – 10 độ C/phút.
• Nung ở 900 độ C trong 2 giờ để loại bỏ ẩm.
• Tăng lên 1500 – 1600 độ C với tốc độ từ 10 – 15 độ C/phút. Giữ nhiệt độ này trong 3 – 4 giờ.
• Hạ dần nhiệt độ về 20 độ C với tốc độ 10 – 15 độ C/phút. Tổng thời gian quy trình khoảng 24 giờ.

Sau nung, cần ngâm CAF2 vào nước hoặc dầu để làm lạnh dần, tránh sốc nhiệt.

Đá huỳnh thạch CAF2 bền bao lâu khi sử dụng?

Nếu sử dụng đúng cách với nhiệt độ làm việc dưới 1450 độ C, tuổi thọ của đá huỳnh thạch CAF2 có thể lên tới 5 – 7 năm. Còn nếu hoạt động ở nhiệt độ cực hạn 1600 độ C, tuổi thọ khoảng 1 – 2 năm.

Đá huỳnh thạch CAF2 có thể thay thế gốm silic không?

Hoàn toàn có thể. Đá huỳnh thạch CAF2 thậm chí còn vượt trội hơn gốm silic ở khả năng chịu nhiệt, độ cứng, độ bền hóa học nên được sử dụng để thay thế trong nhiều ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao.

Cần cách nhiệt khi sử dụng đá huỳnh thạch CAF2 trong chịu nhiệt?

Cần cách nhiệt khi nhiệt độ môi trường xung quanh vượt quá 200 độ C để hạn chế sự truyền nhiệt, bảo vệ cấu trúc tinh thể và kéo dài tuổi thọ của CAF2. Vật liệu cách nhiệt thường dùng là gốm sợi, bông khoáng, thủy tinh xốp.