đồ án kỹ thuật vật liệu xây dựng Thiết kế phân xưởng nung clanhke xi măng lò đứng công suất 66000 tấn Clanhkenăm

Sinh viên Nguyễn Bắc Sơn CHƯƠNG I GIỚI THIỆUCHUNG VỀ CLANHKE XI MĂNG PCB Ximăng poóclăng hỗn hợp PCB là chất kết dính hyđrát có khả năng đông kếtrắn chắc và phát triển cường độ trong mô

MỤC LỤC

Trang

Chương I Giới thiệu chung Clanhke xi măng poóclăng 3

Chương II Nguyên liệu, nhiên liệu trong sản xuất Clanhke 10

B Công nghệ sản xuất 12

Chương I Giới thiệu về công nghệ sản xuất 12

Chương II Lựa chọn dây chuyền sản xuất 14

Chương III Tính toán phối liệu 16

Chương IV Tính cân bằng vật chất 23

C Tính toán và chọn các thiết bị sản xuất 41

Chương I Tính toán và lựa chọn các thiết bị máy móc 41

Chương II Chọn hệ thống xylô-bunke 45

Chương III Chọn hệ thống vận chuyển 49

Chương IV Tính toán và lựa chọn thiết bị lò nung 53

A.LỜI MỞ ĐẦU

Trong nền xây dựng cơ bản phục vụ công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá diễn ra rất sôi động và rộng khắp trên cả nước, ngành sản xuất vật liệu xây dựng có mét vai trò đặc biệt quan trọng Ximăng là chất kết dính đang

được dùng rộng rãi, phổ biến nhất hiện nay, tuy nhiên trên thực tế thì hàngnăm nước ta phải nhập một lượng lớn Clanhke xi măng từ các nước khác ,chủyếu là từ Trung Quốc Do vậy việc đầu tư xây dựng thêm nhiều nhà máy ximăng là một nhu cầu cấp thiết.

Trong phạm vi yêu cầu làm đồ án môn học Công nghệ chất kết dính vô

cơ, dưới sự hướng dẫn của GV.TS Vũ Đình Đấu, em đã thực hiện đề tài

“Thiết kế phân xưởng nung Clanhke xi măng lò đứng công suất 66000 tấnClanhke/ năm” Trong quá trình làm đồ án do kiến thức có hạn nên chắc chắnkhông tránh khỏi còn có sai sót, em rất mong được sự đóng góp ý kiến củathày cô và các bạn

Em xin chân thành cám ơn!

Sinh viên

Nguyễn Bắc Sơn

CHƯƠNG I GIỚI THIỆUCHUNG VỀ CLANHKE XI MĂNG PCB

Ximăng poóclăng hỗn hợp (PCB) là chất kết dính hyđrát có khả năng đông kếtrắn chắc và phát triển cường độ trong môi trường không khí và nước, thường đượcgọi là chất kết dính rắn trong nước hay chất kết dính thuỷ lực, nó được phát minh

và đưa vào sử dụng trong xây dựng từ đầu thế kỷ 19, về sau nó được phát triểnngày càng hoàn thiện về tính năng kỹ thuật và công nghệ sản xuất Các chủng loại

xi măng poóclăng là chất kết dính được sử dụng chủ yếu trong xây dựng quốc gia,

nó còn dược coi là một trong các chỉ tiêu quan trọng để đánh giá sự tăng trưởngcủa ngành xây dựng và phát triển đất nước.

Xi măng poóclăng được sản xuất bằng bằng công nghệ nghiền mịn clanhke ximăng poóclăng với thạch cao (thạch cao đóng vai trò là phụ gia điều chỉnh thờigian đông kết) Để cải thiện tính chất kỹ thuật và giảm giá thành sản phẩm, trongquá trình nghiền clanhke người ta đưa vào các chất phụ gia khoáng hoạt tính, phụgia đầy( phụ gia trơ) và ta gọi sản phẩm này là xi măng poóclăng hỗn hợp (PCB).Đây là loại sản phẩm được sử dụng rộng rãi nhất ở nước ta và cũng là sản phẩmchính của nhà máy Theo tiêu chuẩn Việt Nam qui định thì tổng lượng phụ gia đưavào tính với khối lượng clanhke không được vượt quá 40% trong đó phụ gia gầykhông vượt quá 20%

Thành phần chính trong xi măng hỗn hợp là clanhke, phô gia thạch cao và một

số các loại phụ gia khác Clanhke là nguyên liệu chính đóng vai trò quyết định chotính chất của xi măng Clanhke được sản xuất bằng cách nung đến thiêu kết hỗnhợp nguyên liệu đồng nhất phân tán mịn gồm đá vôi, đất sét (nguyên liệu chính) vàmột số nghuyên liệu khác đóng vai trò điều chỉnh (xỉ pyrít, quặng sắt )

Clanhke ximăng poóclăng là bán thành phẩm của công nghệ sản xuất xi măng tồn tại ở dạng hạt, kích thước từ (10 14 mm) và phụ thuộc vào dạng lò nung Theo cấu trúc vi mô clanhke xi măng là hỗn hợp các hạt nhỏ của nhiều pha tinh thể

và một lương nhỏ pha thuỷ tinh

1 Thành phần khoáng của clanhke xi măng poóclăng :

Trong clanhke xi măng poóclăng gồm chủ yếu là các khoáng silíccát canxi (hàmlượng 70  80%), các khoáng Aluminat canxi và Alumôferit Canxi

Khoáng silicát canxi gồm hai loại khoáng là khoáng Alít và khoáng Belít

- Khoáng Alít (3CaO.SO2 ký hiệu là C3S ) là khoáng quan trọng nhất củaclanhke xi măng, tạo cho xi măng có cường độ cao, tốc độ đông kết rắn chắcnhanh và loại khoáng này có ảnh hưởng nhiều đến các tính chất của xi măng.Trong clanhke xi măng khoáng C3S chiếm từ (45  60)% Alit là một dung dịchrắn của 3CaO.SiO2 và một lượng nhỏ các chất khác có hàm lượng nhỏ từ (2 4)% như MgO, P2O5, Cr2O3, C3S ở dạng tinh khiết sẽ bền vững trong khoảngnhiệt độ (1200  1250)0C đến (1900  2070)0C Nhiệt độ lớn hơn 20700C thì

C3S bị nóng chảy, nhỏ hơn 12000C thì bị phân huỷ thành C2S (C3S = C2S + CaO

tù do)

- Khoáng bêlít (2CaO.SiO2: đicalcium silicát, ký hiệu C2S ):

Trong clanhke xi măng C2S chiếm khoảng 2030%, là thành phần quan trọngcủa clanhke, có đặc tính là đông kết rắn chắc chậm nhưng cường độ cuối cùng cao.Bêlít là dung dịch rắn của 2CaO.SiO2 với một lượng nhỏ các ô xít khác như Al2O3,

Fe2O3, Cr2O3 Khoáng C2S được tạo thành trong clanhke ở 4 dạng thù hình 

C2S, ‘CC2S,  C2S ,  C2S

+  C2S : bền vững ở điều kiện nhiệt độ cao từ 14252130 0C, ở nhiệt độlớn hơn 21300C,  C2S bị chảy lỏng, ở nhiệt độ nhỏ hơn 14250C khoáng  C2Schuyển sang dạng ’ C2S

+ ’C2S bền vững ở nhiệt độ 83014250C, khi nhiệt độ nhỏ hơn 8300C vàlàm lạnh nhanh thì ’C2S chuyển sang dạng C2S, còn khi làm nguội chậm bịchuyển sang dạng C2S

+ C2S không bền luôn có xu hướng chuyển sang dạng C2S đặc biệt là ở nhiệt độ nhỏ hơn 5000C Khi C2S chuyển thành C2S làm tăng thể tích khoảng10% và bị phân rã thành bét

+ C2S thì hầu như không tác dụng với nước và không có tính chất kết dính,chỉ trong điều kiện hơi nước bão hoà, khoảng nhiệt độ 1502000C, C2S mới cókhả năng dính kết

Chất trung gian phân bố giữa khoáng Alít và Bêlít là các pha Aluminôferit, phacanxi Aluminat và pha thuỷ tinh

- Pha canxi Aluminat tồn tại trong clanhke ở hai dạng C3A, C5A3 Do trongclanhke lượng CaO dư nên pha Canxi Aluminat thường nằm chủ yếu ở dạng C3A,đặc điểm của C3A là đông kết rắn chắc nhanh, dễ tạo nên các ứng suất làm nứt,tách cấu trúc đá xi măng khi chúng làm việc trong môi trường xâm thực sunfat.Trong một số loại xi măng chuyên dụng có khống chế hàm lượng khoáng này(ximăng thuỷ công lượng C3A < 5%, xi măng bền sunfat lượng C3A < 8%)

- Pha Alumôferit là dung dịch rắn của các khoáng canxi Alumôferit (còn

được gọi là xêlít) Khoáng canxi Aluminôferit có thành phần khác nhau phụ thuộcvào thành phần nguyên liệu ban đầu, điều kiện nung luyện, trong clanhke chúng

thường tồn tại dưới dạng sau: C6A2F, C4AF, C2F, nhưng thành phần chính là C4AF

và trong đó hoà tan khoảng 1% MgO và TiO2

- Pha thuỷ tinh có trong clanhke xi măng poóclăng với hàm lượng từ 510% Thành phần của pha thuỷ tinh bao gồm một số loại ô xít như CaO, Fe2O3,

Na2O, K2O, Hàm lượng của pha thuỷ tinh phụ thuộc vào thành phần hỗn hợpnguyên liệu ban đầu và điều kiện làm lạnh clanhke Sự có mặt của pha này trongclanhke xi măng poóclăng làm ảnh hưởng đến tính chất của các khoáng khác vàđặc biệt là làm thay đổi nhiệt độ tạo khoáng chính

- Ngoài ra trong clanhke xi măng poóclăng còn tồn tại một lượng CaO và

MgO tù do, chúng thường là các hạt già lửa nên tác dụng với nước rất chậm khi ximăng đã đông kết rắn chắc chúng mới thuỷ hoá gây nên ứng suất phá hoại cấu trúccủa sản phẩm như bị nứt, rữa, Làm thay đổi thể tích của sản phẩm và làm giảmcường độ của đá xi măng

2 Thành phần hoá của clanhke xi măng poóclăng :

Clanhke xi măng poóclăng bao gồm các khoáng chính là CaO, SiO2, Al2O3,

Fe2O3 với tổng hàm lượng là 9597% (theo khối lượng) Ngoài ra còn có các ôxítkhác với hàm lượng nhỏ như : MgO, TiO2, Na2O, P2O5, SO3, Hàm lượng các ô xítphụ thuộc vào nguyên vật liệu ban đầu và quy trình công nghệ sản xuất Trongclanhke xi măng poóclăng tỷ lệ thành phần các ôxít thường dao động trongkhoảng:

- Canxi ôxít (CaO):

Chủ yếu trong nguyên liệu đá vôi, trong quá trình nung luyện tạo thànhclanhke ở các điều kiện nhất định chúng sẽ liên kết với các ôxít khác tạo nên cáchợp chất hoá học quyết định tốc độ đông kết rắn chắc và cường độ của xi măng.Khi hàm lượng CaO càng lớn thì khả năng tạo thành các hợp chất dạng khoáng

canxi silicat có độ bazơ cao (C3S) trong clanhke càng nhiều, cho xi măng đông kếtrắn chắc nhanh cường độ cao nhưng xi măng lại kém bền trong môi trường xâmthực sunfat Hàm lượng CaO nhiều đòi hỏi nhiệt độ nung phải lớn khó nung luyện

và để lại trong clanhke một lượng canxi ôxít tự do nhiều, có hại cho xi măng Vìvậy, trong clanhke xi măng người ta phải khống chế hàm lượng CaO hợplý(khoảng 6366%) Tuy nhiên, khả năng phản ứng CaO với các ôxít khác để tạothành các khoáng trong clanhke còn phụ thuộc vào bản chất của các ôxít trongnguyên liệu, chế độ gia công hỗn hợp nguyên liệu và chế độ nung

- Ôxít Silic điôxít (SiO2) :

Chủ yếu trong nguyên liệu đất sét, trong quá trình nung luyện clanhke SiO2 sẽtác dụng với CaO tạo thành các hợp chất dạng khoáng canxi silicat Khi hàm lượngSiO2 càng nhiều thì ngoài việc tạo thành khoáng C3S ra, khoáng canxi silicat có độbazơ thấp (C2S) được hình thành sẽ tăng lên Hàm lượng khoáng C2S tăng làm ximăng đông kết rắn chắc chậm và cường độ phát triển chậm ở thời kỳ đầu của quátrình rắn chắc đá xi măng Tuy nhiên loại xi măng có hàm lượng C2S cao lại có khảnăng bền trong nước và môi trường xâm thực sunfat Khi hàm lượng SiO2 trongclanhke Ýt, khoáng C3S được tạo thành nhiều, sẽ làm cho xi măng đông kết rắnchắc nhanh, cường độ cao song quá trình nung luyện khó, để lại lượng vôi (CaO)

tù do lớn Vì vậy trong clanhke xi măng thì ôxít SiO2 cần phải khống chế ở một tỉ

lệ thích hợp (thường chiếm khoảng 2124% khối lượng clanhke)

Ngoài ra, độ hoạt tính của SiO2 cũng ảnh hưởng đến quá trình công nghệ sản xuất xi măng, khi SiO2 có độ hoạt tính càng cao thì quá trình tạo khoáng khi nung càng nhanh và càng triệt để

- Nhôm ô xít (Al2O3): nằm ở dạng khoáng C3A và C4AF Trong clanhke ximăng ôxít này được đưa vào chủ yếu từ đất sét, khi nung luyện, ôxít nhôm tham giavào quá trìmh tạo nên các khoáng nóng chảy canxi Aluminat Khi hàm lượng Al2O3càng nhiều khoáng C3A tạo thành càng lớn, khả năng xuất hiện pha loãng trongclanhke càng sớm và càng nhiều, còn đối với xi măng, nó có khả năng tạo cho ximăng đông kết rắn chắc nhanh nhưng cường độ thấp và kém bền trong môi trườngsunfat Trong clanhke hàm lượng ô xít nhôm chiếm khoảng 48%

- Sắt ôxít (Fe2O3): có tác dụng làm giảm nhiệt độ thiêu kết của quá trình nungluyện và tham gia vào quá trình tạo khoáng tetracalcium Aluminôferit (C4AF).Hàm lượng ô xít này trong clanhke xi măng càng lớn thì nhiệt độ nung được hạthấp, khoáng C4AF được tạo thành nhiều xi măng nâng cao được độ bền trong môitrường xâm thực sunfat nhưng lại cho xi măng có cường độ thấp (mác thấp) Vìvậy trong quá trình nung luyện clanhke cần đặc biệt chú ý thành phần ôxít này ởmột tỷ lệ hợp lý mới có tác dụng tốt cho việc giảm nhiệt độ nung luyện, nếu quánhiều, pha lỏng xuất hiện trong clanhke sẽ lớn, gây nên hiện tượng bám dÝnh lòđặc biệt trong công nghệ xi măng lò đứng, thông thường tổng hàm lượng ôxít

Fe2O3 chiếm khoảng 24%

Ngoài các ôxít chính tham gia vào quá trình tạo khoáng còn có một hàmlượng nhỏ các ôxít khác cũng hoà tan trong đó, có khả năng làm ảnh hưởng lớnđến tính chất và chất lượng của xi măng đó là:

- Magiê ôxít (MgO): là thành phần có hại cho xi măng, là nguyên nhân gây sự

mất ổn định thể tích khi xi măng đã đông kết rắn chắc Thường trong sản xuất ximăng lượng ôxít MgO được khống chế với hàm lượng nhỏ hơn 5%

- Titan ôxít (TiO2): thành phần ôxít này gây ảnh hưởng tới xi măng tuỳ thuộc vàohàm lượng của nó trong clanhke Nếu hàm lượng của nó từ 0,10,5% thì sẽ làm tốtcho quá trình kết tinh các khoáng, ngược lại khi hàm lượng từ 24% thì TiO2 sẽthay thế một phần SiO2 trong xi măng, nếu hàm lượng lớn hơn 4% thì làm giảmcường độ của xi măng

- Crôm ôxít (Cr2O3) và phốt pho ôxít (P2O5) : khi hàm lượng của các ôxít nàynằm vào khoảng 0,10,3% sẽ có tác dụng tốt là thúc đẩy quá trình đông kết ở thời

kỳ đầu, tăng cường độ cho xi măng Nhưng với hàm lượng lớn (12%) có tác dụngngược lại làm chậm thời gian đông kết rắn chắc và làm suy giảm cường độ của đá

xi măng

- Ôxít kiềm Kali và kiềm Natri (K2O + Na2O): trong clanhke hàm lượng chúngkhoảng 0,5 1% Khi hàm lượng các ô xít này lớn hơn 1% sẽ gây nên sự mất ổn địnhthể tích của xi măng đặc biệt là gây nên sự tách, nứt trong bê tông thuỷ công do cácôxít kiềm này có khả năng tác dụng với CaO, Al2O3 tạo nên các khoáng trương nở thể

tích là Na2O.8CaO.3Al2O3(NC8A3), K2O.8CaO.3Al2O3 (KC8A3) hoặc tác dụng với

SO3 tạo nên khoáng nở thể tích là K2SO4, Na2SO4,

3 Đặc trưng của clanhke xi măng poóclăng :

Chất lượng của clanhke xi măng được đánh giá qua thành phần hoá học vàthành phần khoáng Trong quá trình nung luyện, các ôxít trong clanhke tương tácvới nhau theo một mối liên hệ xác định được biểu diễn bằng các hệ số (môđun) Đểđánh giá một cách tổng quát hơn thành phần của xi măng người ta thường đánh giáchúng thông qua các hệ số đặc trưng

CÁC HỆ SỐ ĐẮC TRƯNG CỦA CLANHKE XI MĂNG LÀ:

a Hệ số bazơ (kýhiệu m) :

3 2 3 2

SiO

Cao m





Thông thường hệ số bazơ vào khoảng 1,72,4 Khi hệ số này nhỏ hơn 1,7 xi măng

có cường độ không cao Khi m lớn hơn 2,4 xi măng có cường độ cao nhưng nhiệt

độ nung phải lớn, độ ổn định thể tích kém, nhiệt độ thuỷ hoá lớn và kém bền trongmôi trường nước xâm thực

b Hệ sè Silicat (ký hiệu n) là tỷ số giữa SiO2 với tổng hàm lượng Fe2O3

và Al2O3 :

3 2 3 2

2

O Fe O Al

SiO n





Khi hệ số n tăng làm tăng hàm lượng khoáng silicat canxi có độ bazơ thấp,

do đó xi măng có thể ninh kết đóng rắn chậm ở thời kỳ đầu và cường độ cuốicùng cao Khi n giảm thì hàm lượng các khoáng nóng chảy lớn, clanhke cónhiệt độ nung thấp, dễ nung luyện Đối với xi măng poóclăng thường hệ số n

từ 1,73,5

c Hệ sè Alumin (P): là tỷ số giữa hàm lượng ô xít nhôm và ô xít sắt trong

clanhke :

3 2

3 2

O Fe

O Al

P 

Hệ sè P xác định tỉ lệ giữa khoáng C3A và C4AF Khi P nhỏ thì xi măng có độ ổn địnhtrong môi trường xâm thực của nước và sunfat, khi P lớn thì xi măng đông kết rắn chắcnhanh nhưng cường độ cuối cùng thấp Thông thường hệ số p từ 12,5

d Hệ số bão hoà (ký hiệu KH): là tỉ số giữa lượng canxi ô xít (CaO) trong

thực tế liên kết với ô xít Silic (SiO2) tạo thành khoáng C3S :

2

3 2 3

2

SiO 8 , 2

O Fe 35 , 0 O l CaO

Ngoài ra để đánh giá tỉ lệ thành phần clanhke xi măng người ta còn dùng một

số các hệ số khác như:

* Hệ số MS : M CCAFS CCSA

3 4

2 3 S

3 3 k

I Nguyên liệu sản xuất Clanhke xi măng:

Nguyên liệu trực tiếp để sản xuất clanhke xi măng bao gồm đá, đất và các phụgia điều chỉnh thành phần phối liệu như quặng sắt, nguyên liệu giàu silíc, cácnguyên liệu chính dùng để sản xuất clanhke xi măng poóclăng cần phải thoả mãncác qui phạm đã qui định sau:

Nguyên liệu Các chỉ tiêu Giá trị

Đá vôi

Hàm lượng CaO, % Hàm lượng MgO, % Hàm lượng SiO2, % Hàm lượng sét, %

> 65

< 3

< 8

< 7Đất sét

Hàm lượng SiO2, % Hàm lượng Al2O3,%

đá vôi ảnh hưởng đến việc lựa chọn công nghệ sản xuất xi măng

2 Đất sét:

Đất sét sử dụng để sản xuất clanhke xi măng nhằm cung cấp các ôxít S iO2,

Al2O3, Fe2O3 bao gồm đất sét, đất hoàng thổ, phiến thạch sét Đất sét là khoáng kếttủa giàu hạt nhỏ, dễ tạo thành huyền phù khi khuấy trộn với nước Thành phầnkhoáng chủ yếu của đất sét là khoáng Alumôsilicat ngậm nước tồn tại ở dạng

Al2O3.2SiO2.2H2O Ngoài ra trong đất sét còn có lẫn các hợp chất khác như cát, tạpchất hữu cơ, Fe2O3 và các ôxít kiềm,

3 Phô gia điều chỉnh:

Phô gia điều chỉnh đưa vào hỗn hợp nguyên liệu xi măng khi thành phầnhoá học của nó không đảm bảo yêu cầu đã định Như để làm tăng hàm lượngSiO2 trong phối liệu thường dùng phụ gia điều chỉnh là cát, trêpen, điatômit.Khi hàm lượng ôxít sắt trong phối liệu thấp thì dùng quặng sắt làm phụ giađiều chỉnh

Ngoài ra trong sản xuất clanhke còn dùng nguyên liệu gián tiếp đó là các chấtphụ gia đưa vào khi nghiền clanhke nhằm đích kinh tế và cải thiện một số tính chấtnhư thạch cao, phô gia khoáng hoạt tính ( xỉ lò cao, xỉ nhiệt điện)

II Nhiên liệu để sản suất xi măng:

Nhiên liệu để sản xuất xi măng là nguyên liệu dùng để sản xuất clanhke nhưsấy phối liệu và nung phối liệu thành clanhke Nhiên liệu thường dùng là rắn, lỏnghoặc khí Nhiên liệu khí sử dụng thường là khí thiên nhiên có nhiệt trị từ 8000 

9000 kCal/kg Nhiên liệu lỏng thường dùng là dầu mazut có nhiệt trị từ 8000 

11000 kCal/kg Nhiên liệu rắn sử dụng là than, đây cũng là nhiên liệu để nungclanhke phổ biến trong sản xuất xi măng ở nưóc ta Đối với lò đứng thường sửdụng nhiên liệu rắn là than ngắn lửa, chất bốc thấp từ 36%, nhiệt trị của than cao

5500 6500 kcal/kg Nếu nung trong lò quay thì sử dụng than có chất bốc cao từ

15  20%, nhiệt trị lớn hơn 5500 kcal/kg

B CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG

Quá trình sản xuất xi măng poóclăng bao gồm ba giai đoạn chính: chuẩn bịnguyên liệu, nung và nghiền clanhke

1 Giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu :

Tuỳ theo tính chất của nguyên liệu sử dụng nhiều hay Ýt nước, tình hình thiết bị

và lò nung người ta chuẩn bị nguyên liệu theo phương pháp khô, ướt và phương phápkết hợp giữa khô và ướt Giai đoạn chuẩn bị chia ra làm các bước sau:

- Tính toán sự phối hợp nguyên liệu đạt tỉ lệ yêu cầu

- Đập vụn đá vôi thành cỡ từ 13 cm, đất sét cũng được đập nhỏ, sau đó cóthể đưa vào sấy để làm giảm bớt độ Èm (đối với phương pháp khô) hoặc đưa vào

bể lọc đánh tơi đất sét (đối với phương pháp ướt) Các chất phụ gia điều chỉnhđược đưa vào (nếu cần) để điều chỉnh thành phần phối liệu theo yêu câù Đối vớisản xuất xi măng trong lò đứng dùng nhiên liệu là than thì cần phải nghiền sơ bộthan đến kích thước vừa phải, cho lên máy sấy để làm giảm độ Èm rồi đưa cùngvào hỗn hợp nguyên liệu

- Đem nghiền nhỏ hỗn hợp nguyên liệu trong máy nghiền bi và đưa qua hệthống xylô để kiểm nghiệm lại thành phần hoá học và thành phần hạt cho đạt yêucầu trước khi đưa vào nung

Trong việc chuẩn bị nguyên liệu cần chú ý đến độ nghiền mịn Nguyên liệucàng nghiền nhỏ, phản ứng khi nung càng nhanh, đỡ tốn nhiên liệu Mặt khác, cónghiền nhỏ thì SiO2 mới có khả năng phản ứng triệt để với CaO, làm giảm bớtlượng CaO tù do sau này trong xi măng do đó chất lượng xi măng càng được nângcao

2 Giai đoạn nung :

Nung là giai đoạn kế tiếp theo việc chuẩn bị nguyên liệu, gồm có các bướcchính là: làm khô ( làm bay hơi nước tự do), gia nhiệt trước, phóng nhiệt, thiêu kết

và làm nguội clanhke

Tốc độ nung clanhke không những phụ thuộc vào thành phần hoá học màcòn phụ thuộc vào độ nhỏ và mức độ trộn đều của hỗn hợp nguyên liệu sống

3 Giai đoạn nghiền clanhke thành xi măng :

Clanhke sau khi ra lũ thường phải để ở trong kho từ 12 tuần mới đemnghiền thành bột Mục đớch là để cho CaO tự do trong clanhke hỳt hơi ẩm trongkhụng khớ được tụi thành Ca(OH)2 hoặc cacbonat hoỏ thành CaCO3 làm cho ximăng cú tớnh ổn định tốt hơn Ngoài ra theo kinh nghiệm cho thấy loại clanhke nhưtrờn dễ nghiền nhỏ hơn là loại clanhke mới ra lũ

Khi nghiền clanhke, người ta thường pha trộn thờm 25% thạch cao sống(CaSO4 2H2O) để điều chỉnh thời gian ninh kết của xi măng cho phự hợp với điềukiện thi cụng Ngoài ra cũn trộn thờm vào xi măng poúclăng dưới 20% chất phụgia hoạt tớnh hoặc dưới 20% chất phụ gia trơ, vừa để cải thiện tớnh chất của ximăng poúclăng, vừa để tăng sản lượng và hạ giỏ thành

CHƯƠNG II: DÂY CHUYỀN CễNG NGHỆ

Sơ đồ dõy chuyền cụng nghệ tổng quỏt:

Thiết kế phõn xưởng nung clanhke xi măng lũ đứng

cụng suất 66000 tấn Clanhke/năm

13

Kho đá vôi Kho đất sét Kho than Kho quặng

Đập búa Sấy thùng quay

Xy lô đá Xy lô đất Xy lô than Bun ke

Định l ợng Định l ợng Định l ợng Định l ợng

Đóng bao Bun ke

Xy lô chứa Nghiền bi

Xy lô ủ đá

Đập hàm clanhke

Lò nung Máy vê viên Trộn hai trục ẩm

Xy lô đồng nhất Nghiền bi

Định l ợng

Định l ợng Bun ke

Kho xỷ lò cao

Đập hàm Kho thạch cao

Bun ke

Định l ợng

Sấy thùng quay quay

II Lựa chọn nguyên vật liệu và nhiên liệu cho sản xuất:

1 Đá vôi:

Nguồn nguyên liệu đá vôi Hệ Dưỡng.Thành phần hoá học như sau:

Thành phần CaO SiO 2 Fe 2 O 3 Al 2 O 3 MgO MKN

SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO MKN

Bảng 1 thành phần hoá học của nguyên liệu

CaO SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 MgO MKN Tổng

Đá vôi 52,51 0,32 0,48 0,61 0,94 42,9 97,75

Đất sét - 59,7 5,9 19,5 - 12,6 97,7

Quặng

Trong tính toán phối liệu thì tổng hàm lượng các thành phần phải bằng 100%

Vì vậy ta phải quy về 100% bằng cách:

- Nếu tổng hàm lượng các thành phần nhỏ hơn 100% và chênh lệch nhỏ(<2%) thì ta cho phần chênh lệch đó vào cột chất khác để tổng hàm lượng bằng100%.

- Nếu tổng hàm lượng các ôxít nhỏ hơn 100% và chênh lệch lớn (> 2%), haytổng hàm lương các ôxít lớn hơn 100% ta phải qui về 100% bằng cách nhân trị sốhàm lượng từng ôxít với hệ số chuyển đổi Ri :

100 i

1

Ri 



trong đó: - Ri : hệ số chuyển đổi

- i : hàm lượng ôxít thứ i

sau khi qui về 100% ta có bảng sau:

Bảng 2 thành phần nguyên liệu qui về 100%:

CaO SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 MgO MKN Tổng

Bảng 3 Thành phần phối liệu sau khi nung:

CaO SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 MgO SO 3 Tổng

Tro than 6,58 60,31 27,15 4,98 0,79 0,19 100

II Xác định lượng tro đọng lại trong Clanhke:

Nhiên liệu là than cám 3 (tham cám Quảng Ninh)

Than có cỡ hạt là 0,1  15mm.

Chất bốc: 8%

Độ tro : 15%

Thành phần hoá của tro than:

SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO SO 3 Tổng

6244

) 2 5 , 1 ( 26 6 , 1 300 71 81

) (

26 300

) 8 6 , 1 9 ( 6 244 6

) 9

( 6 Q

c lv t

- A: hàm lượng tro than, A = 15%

- B: mức hấp thụ tro của clanhke, đối với lò quay phương pháp khô chọn B = 60 %

- P: lượng than tiêu tốn nung 1kg clanhke

ta được hàm lượng tro trong clanhke là:

% 85 , 2 0285 , 0 100

100

100 15 19 , 0

22 1,33 53

22 0,89 53

33 1

89 0

2 3

2 3

C

S C S

C KH

* Môđun Silícát n (n = 1,73,5 ):

1,87

13 2,05 12

1,44

22 1,33 53

05 2 44

1

33 1

4 3

2 3

C

S C S

C n

* Môđun aluminát (p =11,5):

1,7 0,64 13

12 1,15

0,64 15

, 1

4 3

A C p

Ta thấy các hệ sè KH, n, p đều nằm trong giá trị cho phép để sản xuất xi măng

IV Tính cấp phối cho phối liệu:

Đây là bài toán tính hàm lượng các thành phần (hay tính tỉ lệ) các khoáng đểphối hợp với nhau được phối liệu dùng cho sản xuất clanhke xi măng Do trongclanhke xi măng sau khi nung có lẫn tro nên ta phải tính hàm lượng các khoáng tạothành phối liệu theo bảng thành phần hoá của nguyên liệu qui về đã nung (bảng 3).Gọi: - Phần trọng lượng của đá vôi là x , %

- Phần trọng lượng của đất sét là y , %

- Phần trọng lượng của quặng sắt là z , %

- Phần trọng lượng của tro than là q , %

Ta ký hiệu các cấu tử, thành phần hoá của các ô xít trong mỗi cấu tử tương ứng như sau:

+S, A, F, C: hàm lượng ô xít SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO trong clanhke

+ Si, Ai, Fi, Ci : Hàm lượng của các ô xít tương ứng trong cấu tử i

Ô xít Cấu tử 1 Đá vôi Cờu tử 2 Đất sét Quặng sắt Cấu tử 3 Tro than Cấu tử 4 Clanhke

qS zS yS xS S

q z y x

F zF yF xF F

q z y x

qA zA yA xA A

q z y x

qC zC yC xC C

4 3 2 1

4 3 2 1

4 3 2 1

4 3 2 1

Theo tính toán trên ta đã tính được hàm lượng tro lẫn trong clanhke là q = 2,88%

Để tìm x, y, z ta giải hệ phương trình sau:

2 2 2 2

1 1 1 1

d z c y b x a

d z c y b x a

d z c y b x a

Trong đó các hệ số trong các phương trình được xác định như sau:

647 , 0 756 , 138 187 , 14 85 , 1

4 , 537 394

, 67 091 , 213 13

, 92

z y x

z y

x

z y

62 , 26

71 , 68

z y x

Bảng 4 Thành phần hoá của phối liệu quy về đã nung:

Thành phần CaO SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 MgO Tổng

V Tính thành phần hoá của phối liệu:

Để nung được 100 kg clanhke thì cần:

* Khối lượng đá vôi là:

47 , 122 9 , 43 100

71 , 68 100 100

62 , 26 100 100

8 , 1 100 100

* Khối lượng của than là:

19 85 100

85 , 2 100 100

47 , 122 100 100

6 , 30 100 100

8 , 1 100 100

19 100 100

Từ thành phần khoáng của phối liệu ta lập được bảng sau:

Bảng 5 Thành phần hoá của phối liệu:

CaO SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 MgO MKN Tổng

8 , 0 09 , 2 54 , 38 785 , 1

09 , 2 785

, 1

theo qui phạm thì T = 65  75 Vậy tít phối liệu phù hợp

* Hàm lượng pha lỏng xác định theo công thức:

30,99.

13 35 , 1 12 12 , 1

35 , 1 3 12 ,

CHƯƠNG IV TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

I Chế độ làm việc của nhà máy:

Thông thường gồm ba phân xưởng chính là:

- Phân xưởng nghiền

- Phân xưởng nung luyện

- Phân xưởng chuẩn bị phối liệu

A Lập chế độ làm việc cho phân xưởng xi măng

* Công đoạn đóng bao :

Số ngày trong năm: 365 ngày

Số ngày chủ nhật : 51 ngày

Số ngày nghỉ tết, lễ: 10 ngày

Thời gian sửa chữa: 9 ngày

Tổng số thời gian công nhân được nghỉ trong 1 năm: 51 + 9 + 10 = 70 ngày

Tổng thời gian công nhân làm việc trong 1 năm là : 365 - 70 = 295 ngày

Ở công đoạn này công nhân làm việc mỗi ngày 2 ca, mỗi ca 8 tiếng

Sè ca làm việc trong 1 năm : 295  2 = 590 ca

Số giờ làm việc trong 1 năm: 590  8 = 4720 giê

* Công đoạn nghiền clanhke : Ở công đoạn này công nhân không nghỉ chủ

nhật, mỗi ngày làm việc 2 ca, mỗi ca 8 tiếng

Trong năm: Các ngày nghỉ lễ tết 10 ngày

Sửa chữa bảo dưỡng 55 ngàyTổng số ngày làm việc trong năm: 365 - 65 = 300 ngày

B Phân xưởng nung luyện:

Ở phân xưởng này yêu cầu phải làm việc liên tục không nghỉ chủ nhật và nhữngngày lễ trong năm chỉ nghỉ 6 ngày tết và 49 ngày sửa chữa bảo dưỡng Mỗi ngàylàm việc 3 ca, mỗi ca 8 tiếng

Số ngày làm việc trong năm: 365 - ( 49 + 6) = 310 ngày

C Phân xưởng chuẩn bị phối liệu:

Số ngày trong năm 365 ngày

Số ngày dừng sửa chữa 45 ngày

Số ngày nghỉ các ngày lễ 10 ngày

* Riêng với phân xưởng gia công đá và phân xưởng phụ gia quặng sắt làm việc

2 ca trong ngày, khâu sấy thùng quay làm việc 3 ca, mỗi ca 8tiếng

Tổng số ngày làm việc trong năm: 365 – 45 – 10 = 310 ngày

Bảng 6 Phân bố thời gian làm việc của các phân xưởng như sau:

Ngày nghỉ sửa chữa Ngày nghỉ chế độ làm việc Ngày ca/ngày

1.Tại xi lụ clanhke chuẩn bị đưa vào nghiền cựng với phụ gia cú cụng suất là:

Q1 = 66000 < tấn/năm>

2 Cụng suất tại gầu tải đưa clanhke vào xi lụ:

066 , 66066 1

, 0 100

100 66000

100

100

1 1

Bun ke Vít định l ợng Trộn hai trục và làm ẩm Máy vê viên Băng tải cao su Máy rải liệu

Lò nung Ghi quay Băng tải xích Máy đập hàm Gầu tải

Băng tải cào Xylô clanhke

3 Công suất tại máy đập hàm :

198 , 66132 1

, 0 100

100 066

, 66066 100

100

2 2

h2 = 0,1% : hao hụt tại gầu nâng

4 Công suất tại băng tải tấm :

191 , 66331 3

, 0 100

100 198

, 66132 100

100

3 3

h3 = 0,3% : hao hụt tại máy đập hàm

5 Công suất lò nung clanhke :

588 , 66397 1

, 0 100

100 191

, 6631 100

100

4 4

h4 = 0,1% : hao hụt tại băng tải tấm

6 Công suất tại máy rải liệu:

= 135325,966 < tấn/năm>

Trong đó: h5 = 3% : hao hụt ở lò nung

MKN = 42,52 : lượng mất khi nung

WPL= 12% : độ Èm của phối liệu khi đưa vào nung

7 Công suất băng tải vận chuyển viên phối liệu :

161 , 135597 2

, 0 100

100 966

, 135325 100

100

6 6

h6 = 0,2% : hao hụt tại máy rải liệu

8 Công suất máy vê viên:

100

7 7

8

Trong đó: - h7 = 0,1 : hao hụt ở băng tải

- w : lượng hơi Èm (nước) cần cung cấp cho phối liệu để được

độ Èm theo yêu cầu Chọn độ Èm sau khi ra khỏi máy vê viên

là 12%, độ Èm trước khi vào máy và đã được làm Èm ở máytrộn hai trục là 8% Ta có w = 12 – 8 = 4 %

12 100

100 52

, 42 100

100 3

100

100 588

, 66397

100

100 100

100 100

100

5 5

h Q

Q

Q8 130512 , 397

4 100

100 1

, 0 100

100 161

, 0 100

100 100

4 161 , 135597 100

4 , 70



 100 2 100

6 , 17

17,96

 100 5 2 100

1

5 , 1 100

11

11,17Tổng :71,11 + 17,96 + 1,026 + 11,17 = 101,266

Độ Èm phối liệu

% 248 , 1 026 , 1 266 , 101

5 , 2 17 , 11 266 , 101

5 , 1 96 , 17 266 , 101

2 111

, 71 266

41 , 120071

248 , 1



 <tấn/năm>

Khối lượng nước đưa vào

Qnước vào = Qnước - Qnước có = 10440,99 – 1517,43 = 8923,56 <tấn/năm>

Công suất tại máy trộn

2 8

9

100

100 100

100

w h

, 1 100

100 0,2

100

-100 120071,41

- h8 = 0,2% : hao hụt ở máy vê viên

10 Công suất bun ke chứa phối liệu :

46 , 121954 1

, 0 100

100 504

, 121832 100

100

9 9

h9 = 0,1% : hao hụt tại máy trộn hai trục và làm Èm

11 Công suất tại gầu nâng phối liệu lên bunke:

Q11 = Q10 = 121954,46 < tấn/năm>

Hao hụt tại bun ke nhỏ nờn cú thể bỏ qua

12 Cụng suất xy lụ phối liệu đồng nhất :

53 , 122076 1

, 0 100

100 46

, 121954 100

100

11 11

h11 = 0,1% : hao hụt tại gầu nõng phối liệu

B Tớnh cõn bằng vật chất cho phõn xưởng gia cụng phối liệu:

Sơ đồ dõy chuyền cụng nghệ:

Thiết kế phõn xưởng nung clanhke xi măng lũ đứng

cụng suất 66000 tấn Clanhke/năm

27

Đá vôi

Kho đá

vôi Băng tải xích Máy đập

hàm Băng tải cao su Máy đập

búa Băng tải cao su Gầu tải đá

Xy lô đá

Cấp liệu rung

Định l ợng

Đất sét

Kho đất sét

Máy đập búa Băng tải cao su Sấy thùng quay Băng tải chịu nhiệt Gầu tải đất

Xy lô đất

Cấp liệu rung

Định l ợng

Than Kho than

Băng tải cao su Sấy thùng quay Băng tải chịu nhiệt

Gầu tải

Xi lô than

Cấp liệu rung

Định l ợng

Quặng sắt

Kho quặng Băng tải

Đập hàm Gầu nâng

Cấp liệu rung

Định l ợng

Băng tải cao su Gầu nâng Bun ke

Máy nghiền bi Gầu tải Máy phân ly Gầu tải

Gầu tải Băng tải

Bun ke

13 Cụng suất tại gầu tải phối liệu lờn xylụ đồng nhất :

72 , 122198 1

, 0 100

100 53

, 122076 100

100

12 12

h12 = 0,1% : hao hụt ở xylụ phối liệu

14 Cụng suất tại vớt tải 1 :

041 , 122321 1

, 0 100

100 72

, 122198 100

100

13 13

Xy lô

bột liệu Cấp liệu vít

Xy lô

bột liệu Cấp liệu vít

Vít tải

Gầu tải

Xi lô

đồng nhất

15 Công suất tại xylô bột liệu :

48 , 122443 1

, 0 100

100 041

, 122321 100

100

14 14

h14 = 0,1% : hao hụt tại vít tải 1

16 Công suất tại vít tải 2 :

05 , 122566 1

, 0 100

100 48

, 122443 100

100

15 15

h15 = 0,1% : hao hụt tại xylô bột liệu

17 Công suất tại gầu tải phối liệu :

73 , 122688 1

, 0 100

100 05

, 122566 100

100

16 16

h16 = 0,1% : hao hụt tại cấp liệu vít

18 Công suất tại vít tải mịn :

55 , 122811 1

, 0 100

100 73

, 122688 100

100

17 17

h17 = 0,1% : hao hụt gầu nâng

19 Công suất tại máy phân ly phối liệu :

48 , 122934 1

, 0 100

100 55

, 122811 100

100

18 18

h18 = 0,1% : hao hụt ở vít tải

Tại máy phân ly phối liệu, khoảng 80% khối lượng bột sẽ lọt qua sàng, 20%còn lại sẽ được trở lại máy nghiền bi Ta sử dụng thiết bị để đưa bột thô trở lại là víttải thô và gầu nâng

Công suất của các thiết bị đó là:

89 , 24586 48

, 122934 100

20 100

, 0 100

100 48

, 122934 100

100

19 19

h19 = 0,3% : hao hụt tại máy phân ly phối liệu

21 Công suất tại máy nghiền bi :

82 , 123427 1

, 0 100

100 39

, 122204 100

100

20 20

h20 = 0,1% : hao hụt tại gầu nâng

22 Công suất tại bun ke hỗn hợp nguyên liệu:

22 , 123799 3

, 0 100

100 82

, 123427 100

100

21 21

h21 = 0,3% : hao hụt tại máy nghiền bi

23 Công suất tại gầu nâng hỗn hợp nguyên liệu :

Q23 = Q22 = 123799,22 < tấn/năm>

hao hụt ở bun ke nhỏ có thể coi bằng 0

24 Công suất tại băng tải cao su :

14 , 123923 1

, 0 100

100 22

, 123799 100

100

23 23

h23 = 0,1% : hao hụt tại gầu nâng

* Tính cho tuyến đá vôi :

25 Công suất tại xy lô bột liệu :

89 , 87241 100

4 , 70 14 , 123923 100

4 , 70

25

26 Q 

Q < tấn/năm>

Hao hụt tại cân băng định lượng nhỏ có thể coi hao hụt bằng 0

27 Công suất tại xy lô đá:

22 , 87329 1

, 0 100

100 89

, 87241 100

100

26 26

h26 = 0,1% : hao hụt tại thiết bị cấp liệu đất sét

28 Công suất tại gầu tải đá :

22 , 87329

27

28 Q 

Q < tấn/năm>

Hao hụt tại xy lô đá nhỏ có thể bỏ qua

29 Công suất tại băng tải cao su tải đá:

63 , 87416 1

, 0 100

100 22

, 87329 100

100

28 28

h28 = 0,1% : hao hụt tại gầu tải đá

30 Công suất tại máy đập búa :

14 , 87504 1

, 0 100

100 63

, 87416 100

100

29 29

h29 = 0,1% : hao hụt ở băng tải cao su tải đá

31 Công suất tại tại máy đập hàm :