Thiết kế máy nghiền bi liên tục nghiền xi măng

Yêu cầu về phần thuyết minh và tính toán: Mở đầu trình bày lý do chọn đề tài, mục đích, đối tượng và phạm vi thiết kế đồ án.Trình bày tổng quan về clinker xi măng Portland, lựa chọn và g

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

- -ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI LIÊN TỤC NGHIỀN XI MĂNG CHO NHÀ MÁY CÓ NĂNG SUẤT 1 TRIỆU TẤN/NĂM

2 NGUYỄN TRẦN THẢO UYÊN MSSV: 18128075GVHD: TS LÊ THỊ DUY HẠNH

Tp Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCMKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

-oOo -NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY VÀ THIẾT BỊ

Giáo viên hướng dẫn: TS Lê Thị Duy Hạnh

1 Tên đồ án: THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI LIÊN TỤC NGHIỀN XI MĂNG CHO NHÀ MÁY CÓ NĂNG SUẤT 1 TRIỆU TẤN/NĂM

3 Các số liệu ban đầu:

Năng suất: 1.000.000 tấn/năm

4 Yêu cầu về phần thuyết minh và tính toán:

Mở đầu trình bày lý do chọn đề tài, mục đích, đối tượng và phạm vi thiết kế đồ án.Trình bày tổng quan về clinker xi măng Portland, lựa chọn và giải thích quy trình côngnghệ nghiền xi măng

Tính toán các thông số kỹ thuật của máy nghiền bi, thông số truyền động và lựa chọnmột số thiết bị phụ cho quy trình sản xuất

5 Yêu cầu về trình bày bản vẽ (dạng file)

Bản vẽ quy trình công nghệ: 01 bản in khổ A1 (gấp lại, kẹp trong quyển thuyết minh

đồ án) và 01 bản in khổ A3 đóng chung quyển thuyết minh

Bản vẽ thiết bị chính: 01 bản in khổ A1 (gấp lại, kẹp trong quyển thuyết minh đồ án)

và 01 bản in khổ A3 đóng chung quyển thuyết minh

Bản vẽ khổ A1 phải được gấp lại và kẹp trong quyển thuyết minh để nộp cho Bộ mônđúng thời hạn Sinh viên được giao trong nhiệm vụ

6 Yêu cầu khác: Thực hiện và thông qua đồ án đúng tiến độ

7 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 04/03/2021

8 Ngày hoàn thành đồ án: 13/08/2021

9 Ý kiến của GV hướng dẫn

TRƯỞNG BỘ MÔN Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 08 năm 2021

Giảng viên hướng dẫn

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

-PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪNMÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2020 – 2021

MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1 GVHD: TS Lê Thị Duy Hạnh

2 Sinh viên: Tạ Thị Thanh Thúy 3 MSSV: 18128061

4 Tên đề tài: THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI LIÊN TỤC NGHIỀN XI MĂNG CHO

NHÀ MÁY CÓ NĂNG SUẤT 1 TRIỆU TẤN/NĂM

5 Kết quả đánh giá

2 Lập qui trình công nghệ và tính toán được các chi tiết thiết

bị

0 – 2,5

3 Đánh giá được sự phù hợp, điểm mạnh, yếu của thiết kế 0 – 0,75

4 Lập được kế hoạch triển khai thực hiện thiết kế 0 – 0,75

6 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic 0 – 1,0

8 Thực hiện đúng kế hoạch công việc được GV giao 0 – 0,75

TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……….) 10

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6 Các nhận xét khác (nếu có)

( Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM

MÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2020 – 2021

MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1 GVHD: TS Lê Thị Duy Hạnh

2 Sinh viên: Nguyễn Trần Thảo Uyên 3 MSSV: 18128075

4 Tên đề tài: THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI LIÊN TỤC NGHIỀN XI MĂNG CHO

NHÀ MÁY CÓ NĂNG SUẤT 1 TRIỆU TẤN/NĂM

5 Kết quả đánh giá

2 Lập qui trình công nghệ và tính toán được các chi tiết thiết

bị

0 – 2,5

3 Đánh giá được sự phù hợp, điểm mạnh, yếu của thiết kế 0 – 0,75

4 Lập được kế hoạch triển khai thực hiện thiết kế 0 – 0,75

6 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic 0 – 1,0

8 Thực hiện đúng kế hoạch công việc được GV giao 0 – 0,75

TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……….) 10

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6 Các nhận xét khác (nếu có)

( Ký & ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

-PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆNMÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2020 – 2021

1 GVPB: .

2 Sinh viên: Tạ Thị Thanh Thúy 3 MSSV: 18128061 4 Tên đề tài: THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI LIÊN TỤC NGHIỀN XI MĂNG CHO NHÀ MÁY CÓ NĂNG SUẤT 1 TRIỆU TẤN/NĂM 5 Kết quả đánh giá STT Nội dung Thang điểm Điểm số 1 Lập qui trình công nghệ và tính toán được các chi tiết thiết bị 0 – 2,5 2 Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng 0 – 2,5 3 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic 0 – 1,0 4 Trình bày được những nội dung cốt lõi của đồ án 0 – 1,0 5 Trả lời được các câu hỏi phản biện 0 – 3,0 TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……….) 10

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm 6 Các nhận xét khác (nếu có)

Ngày …… tháng 8 năm 2021 Người phản biện

( Ký & ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC – THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

-PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2020 – 2021 MÃ MÔN HỌC: PWPD322703 1 GVPB:

2 Sinh viên: Nguyễn Trần Thảo Uyên 3 MSSV: 18128075

4 Tên đề tài: THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI LIÊN TỤC NGHIỀN XI MĂNG CHO NHÀ MÁY CÓ NĂNG SUẤT 1 TRIỆU TẤN/NĂM

5 Kết quả đánh giá

1 Lập qui trình công nghệ và tính toán được các chi tiết thiết bị 0 – 2,5

2 Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng 0 – 2,5

3 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic 0 – 1,0

4 Trình bày được những nội dung cốt lõi của đồ án 0 – 1,0

5 Trả lời được các câu hỏi phản biện 0 – 3,0

TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……….) 10

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm 6 Các nhận xét khác (nếu có)

Ngày …… tháng 8 năm 2021 Người phản biện

( Ký & ghi rõ họ tên)

Chúng em xin chân thành cảm ơn và kính chúc sức khỏe đến toàn thể quý thầy cô!

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Thành phần hóa có trong xi măng Portland 3

Bảng 1.2 Thành phần khoáng chính có trong xi măng Portland 5

Bảng 2.1 Phân loại sản phẩm nghiền theo kích thước 10

Bảng 2.2 Thang độ rắn Mohs của một số vật liệu 12

Bảng 2.3 Hệ số khả năng đập nghiền của một số vật liệu 13

Bảng 2.4 Kích thước của vật liệu trước và sau khi đập nghiền 16

Bảng 3.1 So sánh hai chu trình nghiền 17

Bảng 4.1 Chiều dày thùng nghiền phụ thuộc vào đường kính D 30

Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật của động cơ Siemens 39

Bảng 4.3 Chọn thiết bị phân ly cho quy trình nghiền xi măng 46

Bảng 4.4 Chọn thiết bị lọc bụi cho quy trình nghiền xi măng 48

BẢNG TỔNG KẾT CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 49

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Xi măng Portland 2

Hình 1.2 Bản vẽ quy trình công nghệ nghiền xi măng 6

Hình 1.3 Sơ đồ khối quy trình công nghệ nghiền xi măng 7

Hình 2.1 Quan hệ giữa ứng suất phá hủy và biến dạng của vật liệu 13

Hình 2.2 Ảnh hưởng của khối lượng riêng đến tính nghiền 15

Hình 2.3 Ảnh hưởng của độ mịn đến năng suất nghiền 15

Hình 2.4 Các phương pháp đập 16

Hình 3.1 Máy nghiền bi 18

Hình 3.2 Sơ đồ máy và nguyên lý làm việc của máy nghiền bi 19

Hình 3.3 Cấu tạo máy nghiền bi hai ngăn 20

Hình 3.4 Các loại tấm lót dùng trong máy nghiền bi 21

Hình 3.5 Vách ngăn 22

Hình 3.6 Các dạng vật nghiền 23

Hình 3.7 Ổ đỡ máy nghiền bi 24

Hình 3.8 Sơ đồ ổ trượt 24

Hình 3.9 Cửa thăm máy nghiền bi 24

Hình 3.10 Đáy và cổ thùng phía nạp liệu 25

Hình 3.11 Đáy và cổ thùng phía tháo liệu 26

Hình 3.12 Bộ truyền động bánh răng 26

Hình 4.1 Tấm lót ngăn nghiền 1 34

Hình 4.2 Tấm lót ngăn nghiền 2 35

Hình 4.3 Thiết bị phân ly hạt 45

Hình 4.4 Thiết bị lọc bụi túi vải 47

MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY VÀ THIẾT BỊ

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

LỜI CẢM ƠN i

DANH MỤC BẢNG ii

DANH MỤC HÌNH iii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Giới thiệu chung về xi măng 2

1.1.1 Các khái niệm và sự hình thành của xi măng 2

1.1.2 Thành phần hóa của clinker xi măng Portland 3

1.1.3 Thành phần khoáng của clinker xi măng Portland 3

1.2 Phân loại xi măng 5

1.2.1 Theo loại clinker và thành phần xi măng (TCVN 2682-1992) 5

1.2.2 Theo giới hạn bền khi nén sau 28 ngày (TCVN 2682-1992) 5

1.2.3 Các loại xi măng khác trên cơ sở xi măng Portland 5

1.3 Quy trình công nghệ nghiền xi măng 6

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐẬP NGHIỀN 10

2.1 Những khái niệm cơ sở 10

2.1.1 Qúa trình nghiền 10

2.1.2 Đường kính trung bình 10

2.1.3 Mức độ đập nghiền 11

2.1.4 Tính chất cơ lý vật liệu nghiền 11

2.1.5 Hệ số khả năng đập nghiền 12

2.3 Các phương pháp đập, nghiền 15

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 17

3.1 Máy nghiền bi 18

3.2 Nguyên lý làm việc của máy nghiền bi nghiền xi măng 18

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI 27

4.1 Tính toán và chọn thông số cơ bản 27

4.2 Xác định số vòng quay của thùng 30

4.2.1 Số vòng quay tới hạn 30

4.2.2 Số vòng quay hợp lý 31

4.3 Kích thước bi nghiền và lượng vật liệu cần thiết nạp vào máy 32

4.3.1 Kích thước bi nghiền 32

4.3.2 Lượng vật liệu cần thiết nạp vào máy 32

4.3.3 Chiều cao vật nghiền trong máy 33

4.4 Tấm lót 33

4.5 Công suất máy nghiền bi và động cơ 37

4.5.1 Công suất máy nghiền bi 37

4.5.2 Công suất của động cơ 39

4.5.3 Điện năng tiêu thụ 40

4.6 Tính bền vỏ ống nghiền 40

4.7 Chọn một số thiết bị phụ cho quy trình nghiền xi măng 45

4.7.1 Thiết bị phân ly hạt 45

4.7.2 Thiết bị lọc bụi 47

BẢNG TỔNG KẾT CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 49

KẾT LUẬN 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

MỞ ĐẦU

Trong ngành Vật liệu xây dựng, công nghiệp sản xuất chất kết dính đóng vai tròquan trọng và chiếm tỷ trọng lớn nhất về giá trị sản lượng Ở nước ta hiện nay, chất kếtdính vô cơ được sử dụng trong xây dựng chủ yếu là đá vôi, thạch cao, xi măng,…Trong đó xi măng là vật liệu quan trọng nhất Việt Nam đang trong quá trình đổi mới,rất nhiều các tòa nhà mọc lên cùng với các công trình dân sinh, công cộng xuất hiện.Bởi vậy, có thể nói nhu cầu về sản lượng và chủng loại của xi măng ngày càng tăng

Xi măng được tạo thành bằng cách nghiền mịn clinker, thạch cao thiên nhiên vàphụ gia (vỏ sò, đất sét,…) Chất lượng sản phẩm là thông số quan trọng nhất đặt ra đểchúng ta làm cơ sở lựa chọn công nghệ và thiết bị cho quá trình nghiền Chất lượng ximăng không những được quyết định bởi thành phần khoáng của clinker xi măng, màcòn phụ thuộc rất nhiều vào độ mịn Điều này lý giải vai trò của quá trình nghiền ximăng, thiết bị dùng cho quá trình nghiền mịn này chính là máy nghiền bi Vậy câu hỏiđặt ra là để đáp ứng được năng suất yêu cầu thì máy nghiền bi sẽ được thiết kế như thếnào mới phù hợp

Trong học kỳ này chúng em cũng đã được học về máy nghiền bi cùng với thắcmắc như trên, nhóm quyết định chọn đề tài đồ án máy thiết bị là “Thiết kế máy nghiền

bi liên tục nghiền xi măng cho nhà máy có năng suất 1.000.000 sản phẩm/năm” Vớinhững mong muốn sau khi hoàn thành đồ án sẽ hiểu sâu hơn về thiết bị này, giúp íchcho công việc kỹ sư sau khi ra trường

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về xi măng

1.1.1 Các khái niệm và sự hình thành của xi măng

Xi măng Portland là chất kết dính vô cơ dạng bột, có khả năng đông kết, rắn chắc vàphát triển cường độ trong môi trường không khí và môi trường nước Xi măngPortland là loại chất kết dính không thể thiếu trong xây dựng

Hình 1.1 Xi măng Portland [5]/5

Xi măng được phát hiện đã tồn tại từ những nền văn minh rất sơ khai Thuật ngữ ximăng (tên tiếng Anh: “cement”) xuất phát từ tiếng La Mã với tên gọi “opuscaementicium” (tức chất kết dính của người La Mã) Mẫu xi măng đầu tiên được sảnxuất và sử dụng trong các công trình xây dựng có niên đại khoảng 400 năm trước côngnguyên thuộc các nền văn minh Ai Cập và La Mã cổ đại Phương pháp sản xuất banđầu được thực hiện hoàn toàn thủ công, trộn nhiều nguyên liệu ngẫu nhiên dẫn tới sảnphẩm xi măng tạo ra không ổn định, cường độ chịu lực còn kém, mất nhiều ngày đểđông kết và chưa thể sản xuất với khối lượng lớn Tình trạng này kéo dài cho tới khi

hệ thống máy móc sản xuất xi măng và dòng xi măng Portland hiện đại ra đời Lúcnày, tên gọi xi măng mới được ghi nhận vào thế kỷ XVIII (năm 1702 tại Saint –Peterbur, Nga) Người đầu tiên đăng ký bằng phát minh về quy trình công nghệ tạo ximăng Portland là Josef Aspdin (Anh) vào năm 1824 Bằng cách nung đá vôi và đất séttới nóng chảy, làm nguội tạo clinker rồi nghiền lại thành bột và gọi đó là xi măngPortland, như tên gọi hiện nay Portland ở đây là vùng đất chứa loại đá tự nhiên cóthành phần và tính chất tương tự xi măng Portland

Dựa trên cơ sở xi măng Portland, người ta đã nghiên cứu và tìm thêm nhiều loại ximăng có tính chất khác nhau như: xi măng Portland Puzzoland, xi măng trắng, ximăng màu,

1.1.2 Thành phần hóa của clinker xi măng Portland

Clinker xi măng Portland (nguyên liệu chính để sản xuất xi măng Portland) là bánthành phẩm tạo thành do quá trình nung hỗn hợp nguyên liệu (đất sét, đá vôi, quặngsắt,…) đến nhiệt độ 1400 – 15000C, sau đó làm nguội nhanh Nhìn từ bên ngoàiclinker có màu đen xám không lẫn màu vàng, tồn tại ở dạng hạt có kích thước 10 – 40

mm phụ thuộc vào dạng lò nung Clinker chứa đựng trong kho phải khô ráo, để đúngnơi quy định, không để lẫn với các vật liệu khác

Thành phần hóa của xi măng Portland được biểu thị qua hàm lượng các oxit có trongclinker (theo % khối lượng) ghi ở bảng sau:

Bảng 1.1 Thành phần hóa có trong xi măng Portland [2]/7

của clinker xi măng Portland

Tính chất của clinker và xi măng Portland do thành phần pha (các loại khoáng và phathủy tinh) của chúng quyết định Thành phần pha chính gồm có:

Alite là dung dịch rắn của khoáng gốc C3S với các oxit khác (2 – 4%) như MgO,

Cr2O3, P2O5,… Thực tế, alite được hiểu là C3S, khoáng này có khối lượng riêng là 3,15g/cm3 và cũng là khoáng quan trọng nhất Alite ở dạng thù hình α là khoáng chính tạocường độ cho xi măng Portland, đóng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt Ở dạng tinh khiếtkhoáng C3S bền vững trong khoảng nhiệt độ 1200 – 20700C, bị nóng chảy ở nhiệt độlớn hơn 20700C và phân hủy thành C2S và CaO ở nhiệt độ dưới 12000C

Belite là dung dịch rắn của khoáng gốc C2S với các oxit khác (1 – 3%) như Al2O3,

Fe2O3, Cr2O3,… Thực tế khoáng belite tồn tại ở hai dạng thù hình là β-C2S và γ-C2Svới khối lượng riêng tương ứng là 3,28 g/cm3 và 2,97 g/cm3 Dạng thù hình cần thiếttrong clinker xi măng Portland là β-C2S có tính kết dính, ít tỏa nhiệt khi đóng rắn, pháttriển cường độ chậm ở giai đoạn đầu nhưng sau đó cho cường độ khá cao Trong kỹthuật sản xuất cần làm nguội clinker rất nhanh ở khoảng 6750C, nhằm tránh sự biến đổi

Tri-calcium aluminate tồn tại chủ yếu ở dạng khoáng C3A do hàm lượng CaO trongclinker cao Khoáng này có khối lượng riêng 3,04 g/cm3, đóng rắn rất nhanh, cường độthấp và dễ tạo nên các ứng suất gây nứt sản phẩm trong môi trường xâm thực sulfate,tỏa nhiệt nhiều Người ta phải dùng phụ gia thạch cao CaSO4.2H2O để hạn chế tốc độđóng rắn của C3A.

Tetra-calcium aluminoferrite (Celite) là dung dịch rắn của khoáng gốc C4AF chứakhoảng 1% MgO và TiO2 có khối lượng riêng 3,77 g/cm3 Khoáng này dễ hòa tantrong nước tạo pha thủy tinh, ít tỏa nhiệt, đóng rắn nhanh tạo cường độ ban đầu nhanh,nhưng sau đó cường độ không cao, chịu ăn mòn tốt Nếu hàm lượng Al2O3 ít (tỷ lệ

Al2O3:Fe2O3 < 2:1), thì sẽ tạo 2CaO.Fe2O3, trong đó Al3+ thay thế đồng hình Fe3+ tạodung dịch rắn liên tục Khi hàm lượng Al2O3 đủ lớn, tạo C4AF

Pha thủy tinh trong clinker có hàm lượng 15 – 25% là pha lỏng cần thiết để nung luyệnclinker kết khối tốt, tạo điều kiện thuận lợi hình thành khoáng C3S Trong clinker nóthường có màu vàng – xanh, nâu đen rất khó phân biệt trên ảnh kính hiển vi các loại.Khi làm nguội nhanh, pha lỏng sẽ chuyển thành pha thủy tinh và tạo những vết nứt tế

vi trong clinker xi măng Portland nhờ đó mà clinker dễ nghiền hơn Hoạt tính pha thủytinh trong clinker rất cao, dễ hydrat hóa

Ngoài ra, trong clinker xi măng Portland còn những khoáng khác như các sulfate kiềm(K, Na)2SO4, CaSO4, aluminate kiềm (K, Na)2.8CaO.3Al2O3, alumo-manganate canxi4CaO.Al2O3.Mn2O3,… và một lượng oxit tự do (Na2O, CaO, MgO,…) chưa phản ứnghết trong quá trình nung luyện Trong số đó, không mong muốn nhất là CaO (cầnkhống chế 1 – 2%) và MgO tự do, càng ít càng tốt (nhỏ hơn 4 – 6%, tùy tiêu chuẩnmỗi quốc gia) Các oxit kiềm có ảnh hưởng xấu tới khả năng hydrate hóa xi măngPortland và làm giảm mạnh độ bền hóa, có thể gây ra phản ứng kiềm silic của cốt liệuảnh hưởng đến tuổi thọ,… của đá xi măng trong quá trình sử dụng (do phản ứng kiềmvới oxit silic trong cốt liệu)

Bảng 1.2 Thành phần khoáng chính có trong xi măng Portland [5]/19

C3S (3CaO.SiO2) Tri-calcium silicate (Alite) 40 – 60%

C2S (2CaO.SiO2) Di-calcium silicate (Belite) 15 – 35%

C3A (3CaO.Al2O3) Tri-calcium aluminate 4 – 14%

C4AF (4CaO.Al2O3.Fe2O3) Tetra-calcium aluminoferrite

(Celite)

10 – 18%

1.2 Phân loại xi măng

1.2.1 Theo loại clinker và thành phần xi măng (TCVN 2682-1992)

Xi măng Portland (PC) và xi măng hỗn hợp (PCB)

 PC là sản phẩm nghiền mịn clinker xi măng Portland với phụ gia thạch cao (3 – 5%)

 PCB là PC trộn với những phụ gia khác (phụ gia hoạt tính hoặc phụ gia đầy, tổng hàmlượng phụ gia có thể tới 40%)

1.2.2 Theo giới hạn bền khi nén sau 28 ngày (TCVN 2682-1992)

Giới hạn bền khi nén sau 28 ngày (N/mm2): được đặc trưng bằng mác xi măng

 Xi măng Portland gồm có các mác: PC30, PC40 và PC50

 Xi măng Portland Puzzoland có các mác: PCPUZ20, PCPUZ30 và PCPUZ40

 Xi măng Portland hỗn hợp gồm: PCB30; PCB40

1.2.3 Các loại xi măng khác trên cơ sở xi măng Portland

Theo tiêu chuẩn của Mỹ ASTM-C150 (The American Society for Testing andMeterials), xi măng Portland được chia làm 5 loại chính:

 Loại I: xi măng Portland thường;

 Loại II: xi măng Portland bền sulfat thường;

 Loại III: xi măng Portland tạo cường độ sớm cao;

 Loại IV: xi măng Portland ít tỏa nhiệt;

 Loại V: xi măng Portland bền sulfat cao

1.3 Quy trình công nghệ nghiền xi măng

Hình 1.2 Bản vẽ quy trình công nghệ nghiền xi măng

Hình 1.3 Sơ đồ khối quy trình công nghệ nghiền xi măng Thiết bị công nghệ, công đoạn nghiền xi măng và đóng bao

Silo clinker

Clinker sau khi qua thiết bị làm nguội kiểu ghi được vận chuyển tới silo clinker (1)bằng băng tải xích Clinker được chứa trong một silo (∅30 × 41,2 m), kết cấu bê tôngcốt thép, sức chứa 30.000 tấn đảm bảo dự trữ cho 9,5 ngày sản xuất Đáy silo clinker

bố trí các cửa tháo, dưới mỗi cửa tháo bố trí van rút clinker Clinker rút ra từ silo đượctập hợp ở 3 băng tải chịu nhiệt, sau đó được các băng tải tập trung vận chuyển đếntrạm cân đong nghiền xi măng

Một silo nhỏ sức chứa 1.000 tấn được sử dụng để chứa clinker thứ phẩm Đáy siloclinker thứ phẩm có hai đường ra:

 Một đường ra chất tải cho ô tô tự đổ

 Một đường ra để cấp clinker thứ phẩm vào băng tải vận chuyển clinker chính phẩmcung cấp cho công đoạn nghiền xi măng

Đập phụ gia

Phụ gia và thạch cao được xe xúc (hoặc ô tô tự đổ) nạp vào phễu tiếp nhận, qua băngtải đến máy đập búa công suất 60 – 80 tấn/h và được đập nhỏ đến kích thước 25 mm.Phụ gia đã đập được gầu nâng vận chuyển đổ vào silo phụ gia (3) và silo thạch cao (2)của trạm cân đong nghiền xi măng

Cân đong nghiền xi măng

Clinker từ silo được hệ thống băng tải vận chuyển đến bunke clinker tại trạm cân đongnghiền xi măng Trạm cân đong nghiền xi măng bố trí bunke:

 Bunke clinker: sức chứa 400 tấn, dự trữ cho 3,04 giờ sản xuất

 Bunke phụ gia : sức chứa: 160 tấn, dự trữ cho 12,54 giờ sản xuất

 Bunke thạch cao: sức chứa 230 tấn, dự trữ cho 2,07 ngày sản xuất

Dưới các silo đặt các thiết bị cân bằng định lượng cho clinker, phụ gia và thạch cao đểcung cấp cho hệ thống nghiền xi măng

Sản phẩm sau khi ra khỏi máy nghiền bi xuống cửa tháo liệu, phần lớn sẽ được đưatrực tiếp theo băng tải gầu nâng (5) tới silo chứa xi măng Một phần khác cũng theobăng tải gầu nâng (5) vận chuyển tới thiết bị phân ly (6) Tại đây, những hạt vật liệuthô do giảm động năng, dưới tác dụng của trọng lực rơi xuống đáy nón theo ống tháoquay trở lại máy nghiền bi để nghiền lại Còn những hạt vật liệu mịn đưa vào cyclonlắng (7), tại đây bột liệu được lắng xuống đáy các cyclon sau đó qua cửa tháo qua cácthiết bị vận chuyển rồi đến silô chứa xi măng (9), những hạt bụi quá mịn bị dòng khícuốn lên đi qua thiết bị lọc bụi tay áo (8) Những hạt bụi rất mịn này bám lên trên túilọc làm cho khí đi ra sạch hơn, về phần túi lọc sau một thời gian nhất định giũ xuống

ta thu hồi được vật liệu đưa đến silo chứa xi măng (9)

Máy nghiền bi (4) còn một cửa đi ra nằm đối với cửa tháo liệu, tại đây một phần khí vàbụi đi thẳng tới thiết bị lọc bụi tay áo (8) Giống như đã nói ở trên thì khí sạch đi ra đạt

lại

Chứa và xuất xi măng rời

Xi măng thành phẩm được chứa trong hai silo xi măng (∅22,5 × 43,5 m), sức chứamỗi cái 12.000 tấn, dự trữ cho khoảng 5 ngày sản xuất

Bột xi măng sau khi nghiền còn nóng, không thể sử dụng ngay, cần được thổi khí néntiếp tục làm đồng nhất và tránh vón cục trước khi sử dụng Khi bột xi măng có nhiệt độ

đủ thấp, có thể cấp xi măng theo hai cách: Rút xi măng cấp trực tiếp cho xe bồn nhậnhàng dạng rời hoặc cấp qua máy đóng bao, để đóng thành từng bao 50kg giao cho đơn

vị vận chuyển

Đóng bao và xuất xi măng bao

Để đóng bao và xuất xi măng bao, trang bị dây chuyền đồng bộ với máy đóng bao (10)

Xi măng đã đóng bao qua thiết bị làm sạch bao Với những bao không đạt tiêu chuẩntrọng lượng, được loại ra và thu hồi lại xi măng Với các bao xi măng đã đạt tiêu chuẩnđược các băng tải phẳng vận chuyển đến thiết bị xuất xi măng bao

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐẬP NGHIỀN

Trong kỹ thuật sản xuất Vật liệu xây dựng, chúng ta luôn gặp quá trình đập nghiềnnguyên vật liệu Quá trình này chủ yếu nhằm tăng diện tích bề mặt (diện tích riêng)của vật thể, nhằm tạo điều kiện dễ dàng thực hiện tốt các quá trình hóa lý xảy ra tiếptheo

2.1 Những khái niệm cơ sở

kính trung bình

Vật liệu trước và sau khi đập nghiền thường có hình dáng kích thước khác nhau Kíchthước hạt là một trong những đại lượng cơ bản đánh giá độ mịn của sản phẩm nghiền

Để có thể tiến hành tính toán được cần xác định kích thước trung bình của vật thể

 Kích thước trung bình của từng cục vật liệu:

Trong đó: l, b, h lần lượt là kích thước chiều dài, chiều rộng và chiều cao của vật liệu

 Kích thước trung bình của nhóm cục (hạt) vật liệu:

Trong đó: dmax và dmin lần lượt là kích thước hạt to nhất và bé nhất

Trong đó: a1, a2,…an: hàm lượng % mỗi nhóm trong hỗn hợp vật liệu

dN1, dN2,…dNn: kích thước trung bình của mỗi nhóm hạt vật liệu

2.1.3 Mức độ đập nghiền

Mức độ đập nghiền là tỷ số kích thước trung bình của hạt, của nhóm hạt hay hỗn hợpnhóm hạt vật liệu trước và sau khi đập nghiền

Mức độ đập nghiền của hạt vật liệu:

Mức độ đập nghiền của nhóm hạt vật liệu:

Mức độ đập nghiền của hỗn hợp nhóm hạt vật liệu:

Trong đó: D: kích thước vật liệu trước khi đập nghiền;

D: kích thước vật liệu sau khi đập nghiền

2.1.4 Tính chất cơ lý vật liệu nghiền

Tính chất cơ bản của vật liệu nghiền thường gặp trong sản xuất vật liệu xây dựng là độbền, độ cứng, độ giòn, độ mài mòn, khối lượng riêng, modun đàn hồi, độ hạt,…

Độ bền: Đặc trưng cho khả năng chống lại sự phá hủy dưới tác dụng của ngoại lực Độ

bền của vật liệu lại chia thành độ bền nén, độ bền uốn, độ bền kéo,… Đối với vật liệu

vô cơ hay dùng trong xây dựng thì đại lượng đặc trưng cho tính chất của vật liệu là độbền nén là chủ yếu Tùy thuộc độ bền nén (σn) người ta phân thành:

Vật liệu có độ bền nén thấp: σn≤ 10 MN/m2

Vật liệu có độ bền nén trung bình: σn = (10 ÷ 50) MN/m2

Vật liệu có độ bền nén cao: σn = (350 ÷ 450) MN/m2

Độ cứng: Đặc trưng cho khả năng chống lại sự biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực.

Độ cứng Mohs: được xác định bằng cách so với các vật liệu chuẩn Các vật liệu chuẩnđược sắp xếp theo thứ tự từ mềm đến cứng

Bảng 2.2 Thang độ rắn Mohs của một số vật liệu [6]/13

Độ giòn: đặc trưng cho khả năng vật liệu bị phá hủy (không có biến dạng dẻo) dưới

tác dụng của các tác động cơ học Vật liệu có độ giòn cao thường có tính nghiền tốt,ngược lại với nó là độ dẻo, vật liệu càng dẻo việc nghiền nhỏ càng khó

Độ mài mòn: Đặc trưng cho khả năng làm mòn bộ phận công tác khi làm việc của vật

liệu cần nghiền Đại lượng đặc trưng là chỉ số hao mòn I (gam/tấn) (là tỷ số giữa lượngvật liệu bị mài mòn các bộ công tác trên một tấn sản phẩm nghiền)

2.1.5 Hệ số khả năng đập nghiền

Hệ số khả năng đập nghiền là tỷ số giữa năng lượng tiêu tốn riêng khi đập nghiền vậtliệu chuẩn so với loại vật liệu thường khác có cùng một mức độ và trạng thái đậpnghiền

Nếu gọi hệ số khả năng đập nghiền của vật liệu chuẩn bằng 1 (vật liệu chuẩn thườngchọn clinker lò quay trung bình), thì hệ số khả năng đập nghiền của một số loại vậtliệu như sau:

Đặc tính

vật liệu

Cấp độ cứng Loại vật liệu thí dụ Ghi chú

Mềm

1234

Hoạt thạchThạch cao

Đá vôi

Xỉ đá vôi

Dễ vạch bằng móng tayLàm xước được bằng móng tay

Dễ cọ xước bằng daoKhó cọ xước bằng dao

Trung bình

5678

ApatitKhoáng KaliQuặng thạch anhHoàng ngọc

Không cọ xước được bằng dao

Cắt được kínhCắt được kính

Bảng 2.3 Hệ số khả năng đập nghiền của một số vật liệu [4]/4

Tên vật liệu Hệ số khả năng đập nghiền Tên vật liệu Hệ số khả năng đập nghiền

Đá vân mẫu

Đá vôi rắn

Tràng thạch

0,750,8 – 0,90,8 – 0,9

Clinker lò quayClinker lò đứngVôi

11,3 – 1,41,64

2.2 Ảnh hưởng của các tính chất cơ bản của vật liệu tới quá trình nghiền Ảnh hưởng của cơ tính vật liệu

Nghiền là quá trình làm giảm kích thước vật liệu đầu đến kích thước mong muốn dướitác động cơ học Trong quá trình nghiền lực tác dụng phải đủ lớn để tạo ra được ứngsuất phá hủy vật liệu

Một cách gần dúng để đơn giản hóa quá trình phá hủy vật liệu tuân theo định luậtHook như sau:

Trong đó: σ: ứng suất;

ε: biến dạng;

E: hệ số tỷ lệ hay mô đun đàn hồi

Hình 2.1 Quan hệ giữa ứng suất phá hủy và biến dạng của vật liệu [6]/16

1 – Vật liệu gòn; 2 – Vật liệu dẻo

Ảnh hưởng của độ ẩm

Độ ẩm là thông số vật lý của vật liệu nghiền có ảnh hưởng rất lớn tới hiệu quả nghiền,nhất là năng lượng tiêu hao cho quá trình nghiền

Độ ẩm gây ra vón hạt vật liệu có kích thước nhỏ (vật liệu dạng bột), làm cho nó dínhvào bộ phận nghiền gây khó khăn cho việc phân ly dẫn đến làm giảm nhanh năng suấtnghiền của thiết bị Xét cùng một yêu cầu về sản phẩm, việc tăng độ ẩm sẽ làm tăngnăng lượng nghiền Vì thế, trước khi nghiền cần phải sấy vật liệu đến độ ẩm yêu cầu(thường <1%), điều này cũng mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với việc sấy khôsản phẩm sau khi nghiền.

Ảnh hưởng của độ cứng

Độ cứng của vật liệu liên quan mật thiết tới tính mài mòn vật thể nghiền khi máy làmviệc Do tính không đồng nhất của vật liệu ở giai đoạn đầu, các hạt mềm hơn trong hỗnhợp bị nghiền do đó mật độ các hạt cứng còn lại tăng lên và làm tăng khả năng màimòn vật nghiền Các hạt cứng là một trong nhiều nguyên nhân cơ bản gây rung động

có hại cho các máy nghiền hoạt động theo nguyên lý uốn vỡ, xiết vỡ và ép vỡ vật liệu

Để tránh gây mòn quá nhanh cho các chi tiết máy hoặc vật nghiền và đưa đến chấtlượng, hiệu quả nghiền giảm, phải tìm cách đứa các hạt cứng hoăc định kỳ hoặc liêntục ra ngoài

Ảnh hưởng của hình dáng và kích thước vật liệu

Cấu trúc hình dáng hình học, kích thước vật liệu có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng

và hiệu quả nghiền Về bản chất quá trình nghiền là quá trình chia nhỏ kích thước củavật liệu, nên khi kích thước hạt quá lớn lại yêu cầu mức độ nghiền lớn, đòi hỏi thờigian nghiền lâu hơn Qúa trình phân chia kích thước thường được thực hiện một cáchngẫu nhiên và đa chiều, do vậy hạt với kích thước các cạnh như nhau hoặc các hạt đềunhau dễ dàng phân chia hơn so với các hạt với kích thước các cạnh có sự chenh lệchlớn (như dạng đĩa phẳng, dạng que, )

Ảnh hưởng của thành phần hóa học và thành phần quặng

Thành phần hóa học cũng như thành phần quặng trong vật liệu nghiền ảnh hưởng lớntính nghiền của vật liệu Tính nghiền của vật liệu được xác định bằng thực nghiệm vàtùy theo phương pháp thí nghiệm có thể định nghĩa khác nhau

Các ảnh hưởng khác

Do quá trình nghiền vật liệu là quá trình phức tạp nên ngoài các yếu tố ảnh hưởng nêutrên còn rất nhiều nhân tố khác ảnh hưởng đến năng suất nghiền.

Hình 2.2 Ảnh hưởng của khối lượng riêng đến tính nghiền [6]/20 Hình 2.3 Ảnh hưởng của độ mịn đến năng suất nghiền [6]/20

2.3 Các phương pháp đập, nghiền

Sự phá vỡ vật liệu bằng ngoại lực dựa vào bốn phương pháp chính sau đây:

Ép (hình 5a): Dưới tác dụng của ngoại lực, cả thể tích cục vật liệu bị biến dạng và khi

nội ứng suất ở trong vật liệu lớn hơn giới hạn bền nén của nó thì vật liệu bị phá vỡ

Bổ (hình 5b): vật liệu bị phá vỡ do lực tập trung tại chỗ đặt lực Phương pháp này có

khả năng điều chỉnh kích thước của vật liệu sau khi đập

Va đập (hình 5c): Vật liệu bị tải trọng va đập tác động Khi tải trọng tập trung thì

tương tự như bổ, khi tải trọng phân bố đều trên vật liệu thì hiệu quả phá vỡ giống nhưép

Chà xát (hình 5d): Vật liệu bị phá vỡ là do tác dụng đồng thời của các lực nén và kéo,

sản phẩm thu được ở dạng bột

Khi lựa chọn phương pháp đập, nghiền cần phải chú ý các yếu tố sau:

 Cơ tính của vật liệu (cứng, giòn, mềm,…);

 Kích thước vật liệu trước khi đập, nghiền;

 Mức độ đập nghiền i

Tùy theo kích thước của vật liệu trước và sau khi đập nghiền, ta chia ra:

Bảng 2.4 Kích thước của vật liệu trước và sau khi đập nghiền [6]

Kích thước ban đầu

(mm) Kích thước sau khi đập, nghiền (mm) Hệ số đập, nghiền (i)

Hiện nay có hai sơ đồ chu trình nghiền thường được sử dụng để nghiền xi măng là sơ

đồ nghiền kín và nghiền hở

Bảng 3.1 So sánh hai chu trình nghiền

Vận hành Phức tạp

Dựa vào bảng 3.1, ta chọn chu trình nghiền kín cho máy nghiền Khi nghiền theo chutrình này, loại vật liệu thô được đưa trở lại máy nghiền một vài lần Nhờ việc tách cáchạt mịn khỏi máy nghiền, sản phẩm bột có thành phần hạt đồng nhất

Trong công đoạn nghiền xi măng, các thiết bị nghiền thường được sử dụng là máynghiền bi, máy nghiền con lăng đứng, máy nghiền trục cán áp lực cao và máy nghiềnHoromill Để nghiền clinker xi măng Portland, máy nghiền bi được sử dụng phổ biếnnhất Thông thường máy nghiền bi sản xuất xi măng có nhiều ngăn (từ 2 đến 4 ngăn)tùy theo cấu tạo và kích thước máy

Vì vậy, ở đồ án này nhóm xin thiết kế “máy nghiền bi liên tục hai ngăn sản xuất theo

chu trình kín để nghiền xi măng”

3.1 Máy nghiền bi

Hình 3.1 Máy nghiền bi [7]

Cấu tạo đơn giản, sử dụng dễ dàng, dễ sữa

mở máy lớnKhi làm việc thường rất ồn