Trong dây chuyền sản xuất xi măng có nhiều công đoạn tiêu tốn năng lượng, đặc biệt công đoạn nung clanhke xi măng là tiêu tốn lớn nhất, mức tiêu tốn năng lượng khoảng 54% [14]. Hiện nay, gạch chịu lửa xây trong lò quay nung clanhke sử dụng chủ yếu chủng loại gạch có độ dẫn nhiệt cao khoảng 2.6 ÷ 3,0 W/m.K, dẫn đến nhiệt lượng truyền qua vỏ lò tăng và gây thất thoát nhiệt khá lớn, làm hỏng vỏ lò, các thiết bị cơ khí phụ trợ và làm giảm tuổi thọ lò.

Theo đánh giá của các hãng sản xuất vật liệu chịu lửa uy tín trên thế giới nếu sử dụng gạch chịu lửa 3 lớp tiết kiệm năng lượng xây vị trí vùng chuyển tiếp trên từ mét thứ 15 đến 20 trong lò quay xi măng công suất lò khoảng 3.500 tấn clanhke/ngày, đường kính 4,0 m, dài 70 m có thể làm giảm nhiệt độ vỏ lò xuống 40-500C, giảm khoảng 10 ÷15 tấn tải trọng gạch chịu lửa lên vỏ lò, tiết kiệm khoảng 27.000 Kcal/ngày, quy ra nhiên liệu đốt có thể tiết kiệm được ≈ 1.150 tấn than/1 năm/1 dây chuyền [13]. Cả nước hiện tại có ~ 90 dây chuyền sản xuất xi măng ước tính 1 năm sẽ tiết kiệm được trên 9.000 tấn than và giảm được trên 30.000 tấn khí thải CO2.

Cần có nghiên cứu, chế tạo sản phẩm gạch chịu lửa xây lò quay nung clanhke xi măng, với mục đích nâng cao tuổi thọ sử dụng vật liệu chịu lửa trong lò quay xi măng, tiết kiệm năng lượng sản xuất/1 tấn clanhke xi măng, giảm tiêu hao nhiên liệu qua đó giảm thiểu phát thải khí CO2, bảo vệ môi trường tốt hơn. Do đó, cần nghiên cứu sản phẩm gạch chịu lửa xây lò quay xi măng có độ dẫn nhiệt thấp hơn (~1,8 W/m.K) nhằm hạn chế nhiệt lượng tổn thất, giảm năng lượng tiêu thụ, giảm nhiệt độ vỏ lò, giảm tải trọng lò lên các thiết bị cơ khí. Hệ gạch chịu lửa phức hợp nhiều lớp, đặc biệt là hệ gạch chịu lửa 3 lớp tiết kiệm năng lượng đã đáp ứng được nhưng yêu cầu trên.

Xuất phát từ thực tiễn trên, Chủ nhiệm đề tài Thạc sĩ Nguyễn Đức Thành cùng nhóm nghiên cứu tại Viện Vật liệu xây dựng thực hiện “Nghiên cứu chế tạo gạch chịu lửa nhiều lớp tiết kiệm năng lượng xây lò quay nung clanhke xi măng” với mục tiêu chế tạo gạch chịu lửa nhiều lớp có độ dẫn nhiệt thấp, giảm tiêu hao nhiên liệu đốt, tiết kiệm năng lượng sử dụng cho lò quay nung clanhke xi măng.

Những nghiên cứu và chế tạo gạch chịu lửa trên Thế giới đã hình thành và phát triển từ rất sớm, nhưng viên gạch silica đầu tiên được cho là đã được sản xuất vào năm 1842 từ đá Dinas ở Nam sứ Wales và gạch silica liên kết vôi được sản xuất ở Anh trước năm 1858, bằng sáng chế sản xuất gạch silica liên kết vôi đã được cấp vào năm 1858 ở Mỹ. Vào thời kỳ khởi đầu của thời đại công nghiệp, việc sản xuất gạch bằng máy ép cơ bắt đầu được sử dụng và những viên gạch có chất lượng cao được được đưa vào nung. Từ năm 1920 khi những nghiến cứu đầu tiên về sơ đồ cân bằng pha được 4 công bố, các nguyên tắc khoa học bắt đầu định hướng sự phát triển của lĩnh vực nghiên cứu chế tạo gạch chịu lửa chất lượng cao.

Công nghiệp vật liệu chịu lửa ở nước ta chỉ mới bắt đầu khoảng năm 1958 bằng việc xây dựng nhà máy gạch chịu lửa Cầu Đuống với phương thức sản xuất thủ công và nung trong lò vòng. Khi khu gang thép Thái Nguyên được thiết lập vào thập niên 60 thì cũng là lúc Nhà máy vật liệu chịu lửa Thái Nguyên ra đời sản xuất được gạch samốt, đinat. Bước vào giai đoạn kinh tế thị trường, đặc biệt năm 1995 do nhu cầu vật liệu chịu lửa cho lò nung clanhke xi măng ngày càng tăng. Chính trong điều kiện đó nhà máy vật liệu chịu lửa kiềm tính Việt Nam ra đời với công nghệ hiện đại nhất, tự động hóa cao nhập từ Công Hòa Liên Bang Đức. Hiện nay, có thêm nhiều nhà máy sản xuất gạch chịu lửa lớn và hiện đại nên các sản phẩm gạch chịu lửa trong nước cũng rất đa dạng phục vụ rộng rãi cho các lò nung công nghiệp.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã đạt được những kết quả quan trọng trong việc phát triển vật liệu chịu lửa tiết kiệm năng lượng cho lò quay nung clanhke xi măng. Từ các nguyên liệu trong nước như bô xít thiêu kết, mulít, SiC, BFA, đất sét chịu lửa, ôxít nhôm hoạt tính, SiO₂ siêu mịn hoạt tính, bông gốm dạng tấm và các loại phụ gia, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công gạch chịu lửa ba lớp có các thông số kỹ thuật tương đương sản phẩm nhập khẩu.

Kết quả thử nghiệm cho thấy gạch chịu lửa ba lớp có độ dẫn nhiệt thấp hơn đáng kể so với gạch chịu lửa một lớp thông thường. Nhờ đó, nhiệt độ bề mặt vỏ lò quay nung clanhke giảm khoảng 46°C so với lò sử dụng gạch chịu lửa AZM truyền thống. Việc giảm thất thoát nhiệt qua vỏ lò không chỉ nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng mà còn giúp tiết kiệm khoảng 668 tấn than mỗi năm, đồng thời góp phần giảm phát thải khí CO₂ ra môi trường.

Từ những kết quả đạt được, đề tài đã chứng minh tính khả thi và hiệu quả của công nghệ chế tạo gạch chịu lửa nhiều lớp tiết kiệm năng lượng. Công nghệ này hoàn toàn phù hợp để triển khai trên các dây chuyền sản xuất gạch chịu lửa hiện có tại Việt Nam như Nhà máy Gạch chịu lửa kiềm tính Việt Nam, Công ty Cổ phần Tập đoàn Vật liệu chịu lửa Thái Nguyên và Công ty Cổ phần Vật liệu chịu lửa Cầu Đuống.

Như vậy, việc làm chủ công nghệ và triển khai sản xuất gạch chịu lửa nhiều lớp ở quy mô công nghiệp không chỉ mang lại hiệu quả kinh tế và kỹ thuật, góp phần giảm tiêu hao năng lượng và bảo vệ môi trường, mà còn tạo ra sản phẩm có khả năng thay thế hàng nhập khẩu, đa dạng hóa các chủng loại vật liệu chịu lửa phục vụ ngành công nghiệp xi măng trong nước.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 22073/2023) tại Cục Thông tin, Thống kê.

Đ.T.V (NASTIS)