ĐỒ án CHẤT kết DÍNH vô cơ

nhiên, khả năng phản ứng CaO với các ôxít khác để tạo thành các khoáng trongclanhke còn phụ thuộc vào bản chất của các ôxít trong nguyên liệu, chế độ gia cônghỗn hợp nguyên liệu và chê

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

KHOA XÂY DỰNG BỘ MÔN VẬT LIỆU XÂY DỰNG KHÓA HỌC : 2012 - 2017

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHẤT KẾT DINH VÔ CƠ

Đề tài: Thiết kế phân xưởng lò nung của nhà máy sản xuất xi măng

Poóclăng, phương pháp khô lò quay, công suất 3000 tấn clanhke/ngày đêm

- Tính toán bài phối liệu theo thành phần khoáng hoặc hệ số đặc trưng củaclanhke

- Tính cân bằng vật chất cho nhà máy

- Tính chọn thiết bị chính cho phân xưởng

Giáo viên hướng dẫn : ThS.Trương Thị Kim XuânChữ ký :

Sinh viên thực hiện : Chữ ký :

Lớp :

Hà nội 27-10-2015

Số liệu thiết kế: KH = 0,9 MS(n) = 2,2MA(p) = 1,5

Thành phần hóa của đá vôi

Thành phần hóa của tro than

LỜI MỞ ĐẦU

Trong sự phát triển của ngành kinh tế hiện nay cùng với sự phát triển của khoahọc-kĩ thuật, cho nên đời sống của nhân dân ngày càng được nâng cao đến nhu cầunhà ở, công trình công cộng, khu văn hóa…được mở rộng Do vậy ngành xây dựngphải được phát triển mạnh mẽ để đáp ứng nhu cầu trên

Ngành xây dựng muốn phát triển được thì các tế bào, mắt xích của ngành phảiđược gắn kết hài hòa mạnh mẽ Ngành Vật liệu xây dựng phải được chú trọng đến sửdụng máy móc thiết bị hiện đại để đảm bảo số lượng và chất lượng cho công trình xâydựng Trong ngành Vật liệu xây dựng, công nghiệp sản xuất chất kết dính đóng vaitrò quan trọng và chiểm tỉ lệ lớn nhất trong giá trị sản lượng, đặc biệt là xi măng.Hiện nay nhu cầu về xi măng của nước ta đòi hỏi cao về chất lượng Trong khi

đó chúng ta chỉ đáp ứng được nguồn xi măng cho sự nghiệp xây dựng đất nước, trongkhi nguồn nguyên liệu sản xuất xi măng dồi dào

Vì vậy, việc nghiên cứu và thiết kế phân xưởng chuẩn bị phối liệu trong sản xuấtvật liệu xây dựng nói chung cũng như sản xuất xi măng nói riêng là hết sức cần thiết.Trên cơ sở những kiến thức đã được học trong môn: Chất kết dính vô cơ và những tàiliệu tham khảo khác Từ đó, chúng em đã vận dụng vào đồ án môn học để: “ Thiết kếphân xưởng nung của nhà sản xuất xi măng Poóclăng, phương pháp khô lò quay,công suất 3000 tấn clanhke/ngày đêm ” Đây là cơ hội cho chúng em học hỏi và trang

bị những kiến thức chuyên nghành để mai sau góp chút sức mình vào công cuộc xâydựng đất nước

Chúng em xin chân thành cảm ơn tới giảng viên hướng dẫn: ThS.Trương ThịKim Xuânvà bộ môn Vật liệu xây dựng đã hướng dẫn và giúp đỡ chúng em hoànthành đồ án môn học này Trong quá trình thực hiện chúng em không tránh khỏinhững thiếu sót mong nhận được sự đánh giá và góp ý của thầy cô

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1.Khái niệm

Ximăng pooclăng (PC) là chất kết dính hyđrát có khả năng đông kết rắn chắc vàphát triển cường độ trong môi trường không khí và nước, thường được gọi là chất kếtdính rắn trong nước hay chất kết dính thuỷ lực, nó được phát minh và đưa vào sửdụng trong xây dựng từ đầu thế kỷ 19, về sau nó được phát triển ngày càng hoàn thiện

về tính năng kỹ thuật và công nghệ sản xuất Các chủng loại xi măng pooclăng là chấtkết dính được sử dụng chủ yếu trong xây dựng quốc gia, nó còn dược coi là một trongcác chỉ tiêu quan trọng để đánh giá sự tăng trưởng của ngành xây dựng và phát triểnđất nước

Nguyên liệu chính để sản xuất xi măng pooclăng là clanhke được sản xuất bằng cáchnung đến thiêu kết hỗn hợp nguyên liệu nghiền mịn ở trạng thái đồng nhất, phân tánmịn của đá vôi, đất sét và một số phụ gia

1.2.Thành phần khoáng,hóa của clanhke xi măng pooclăng

1.2.1 Thành phần khoáng của clanhke xi măng pooclăng

Trong clanhke xi măng pooclăng gồm chủ yếu là các khoáng siliccát canxi (hàmlượng 70 ÷

80%) Các khoáng này là alít và belít, chúng quyết định tính chất chủ yếucủa xi măng Các khoáng tricanxi aluminát, tetracanxi aluminôferit và pha thủy tinhnằm xen kẽ giữa các khoáng alít và belít được gọi là chất trung gian

xi măng, tạo cho xi măng có cường độ cao, tốc độ đông kết rắn chắc nhanh và loạikhoáng này có ảnh hưởng nhiều đến các tính chất của xi măng Trong clanhke ximăng khoáng C3S chiếm từ (45÷

60)% Alit là một dung dịch rắn của 3CaO.SiO2 và

2070)0C Nhiệt độ lớn hơn

20700C thì C3S bị nóng chảy, nhỏ hơn 12000C thì bị phân huỷ thành C2S (C3S = C2S +CaO tự do)

C2S chiếm khoảng 20÷

30%, là thành phần quan trọng của clanhke, có đặc tính làđông kết rắn chắc chậm nhưng cường độ cuối cùng cao Bêlít là dung dịch rắn của2CaO.SiO2 với một lượng nhỏ các ô xít khác như Al2O3, Fe2O3, Cr2O3 Khoáng C2Sđược tạo thành trong clanhke ở 4 dạng thù hình αC2S, α’C2S, βC2S , γC2S

αC 2 S : bền vững ở điều kiện nhiệt độ cao từ 1425÷

2130 0C, ở nhiệt độ lớn hơn

21300C, αC2S bị chảy lỏng, ở nhiệt độ nhỏ hơn 14250C khoáng αC2S chuyển sangdạng α’C2S

α’C 2 S: bền vững ở nhiệt độ 830÷

14250C, khi nhiệt độ nhỏ hơn 8300C và làm lạnhnhanh thì α’C2S chuyển sang dạng βC2S, còn khi nhiệt độ ≤ 67oC làm nguội chậm bịchuyển sang dạng γC2S

βC 2 S: không bền luôn có xu hướng chuyển sang dạng γC2S đặc biệt là ở nhiệt độ nhỏhơn 5200C Khi βC2S chuyển thành γC2S làm tăng thể tích khoảng 10% và bị phân rãthành bột

γC 2 S: 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, γC2S mới có khả năngdính kết

Chất trung gian phân bố giữa khoáng Alít và Bêlít là các pha canxi alumoferit, phacanxi aluminat và pha thuỷ tinh

clanke lượng CaO dư nên pha Canxi Aluminat thường nằm chủ yếu ở dạng C3A, đặcđiểm của C3A là đông kết rắn chắc nhanh, dễ tạo nên các ứng suất làm nứt, tách cấutrúc đá xi măng khi chúng làm việc trong môi trường xâm thực sunfat Trong một sốloại xi công lượng C3A < 5%, xi măng bền sunfat lượng măng chuyên dụng có khốngchế hàm lượng khoáng này (ximăng thuỷ C3A < 8%)

Khoáng canxi 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 chúngthường tồn tại dưới dạng sau: C6A2F, C4AF, C2F, nhưng thành phần chính là C4AF vàtrong đó hoà tan khoảng 1% MgO và TiO2

15%.Thành phần của pha thuỷ tinh bao gồm một số loại ôxít như MgO, 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 và đặcbiệt là làm thay đổi nhiệt độ tạo khoáng chính

Ngoài ra trong clanhke xi măng poóclăng còn tồn tại một lượng CaO và MgO tự do,chúng thường là các hạt già lửa nên tác dụng với nước rất chậm khi xi măng đã đông

kết rắn chắc chúng mới thuỷ hoá gây nên ứng suất phá hoại cấu trúc của sản phẩmnhư bị nứt, rữa, Làm thay đổi thể tích của sản phẩm và làm giảm cường độ của đá

xi măng

1.2.2 Thành phần hóa của clanhke xi măng pooc lăng

Clanhke xi măng pooc lăng bao gồm các oxit chính là CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 vớitổng hàm lượng khoảng (95 97%) Ngoài ra còn có các oxit khác với hàm lượng nhỏ

như MgO, TiO2, K2O,Na2O, P2O5, SO3,… Hàm lượng các oxit phụ thuộc vào loạiclanhke xi măng pooc lăng và dao động trong khoảng:

CaO=(63 66%) SiO2(21 24%) P2O5=(0,1÷0,3%)

Al2O3=(4 9%) Fe2O3=(2 4%)K2O+Na2O =(0,4÷1%)

MgO=(0,5 5%) SO3=(0,3 1%)TiO2+Cr2O3=(0,4÷1%)

Canxi ôxít(CaO): Chủ yếu trong nguyên liệu đá vôi, trong quá trình nung luyện tạo

thành clanhke ở các điều kiện nhất định chúng sẽ liên kết với các ôxít khác tạo nêncác hợp 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 canxisilicat có độ bazơ cao (C3S) trong clanhke càng nhiều, cho xi măng đông kết rắn chắcnhanh cường độ cao nhưng xi măng lại kém bền trong môi trường xâm thực sunfat.Hàm lượng CaO nhiều đòi hỏi nhiệt độ nung phải lớn khó nung luyện và để lại trongclanhke một lượng canxi ôxít tự do nhiều, có hại cho xi măng Vì vậy, trong clanhke

xi măng người ta phải khống chế hàm lượng CaO hợp lý (khoảng 63÷

66%) Tuy

nhiên, khả năng phản ứng CaO với các ôxít khác để tạo thành các khoáng trongclanhke còn phụ thuộc vào bản chất của các ôxít trong nguyên liệu, chế độ gia cônghỗn hợp nguyên liệu và chế độ nung.

clanhke SiO2 sẽ tác dụng với CaO tạo thành các hợp chất dạng khoáng canxi silicat.Khi hàm lượng SiO2 càng nhiều thì ngoài việc tạo thành khoáng C3S ra, khoáng canxisilicat có độ bazơ thấp (C2S) được hình thành sẽ tăng lên Hàm lượng khoáng C2Stăng làm xi măng đông kết rắn chắc chậm và cường độ phát triển chậm ở thời kỳ đầucủa quá trình rắn chắc đá xi măng Tuy nhiên loại xi măng có hàm lượng C2S cao lại

có khả năng bền trong nước và môi trường xâm thực sunfat Khi hàm lượng SiO2

trong clanhke ít, 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) tự

do lớn Vì vậy trong clanhke xi măng thì ôxít SiO2 cần phải khống chế ở một tỉ lệthích hợp (thường chiếm khoảng 21÷

24% khối lượng clanhke).Ngoài ra, độ hoạt tínhcủa SiO2 cũng ảnh hưởng đến quá trình công nghệ sảnxuất xi măng, khi SiO2 có độhoạt tính càng cao thì quá trình tạo khoáng khi nung càng nhanh và càng triệt để

xi măng ôxít này được đưa vào chủ yếu từ đất sét, khi nung luyện, ôxít nhôm thamgia vào quá trìmh tạo nên các khoáng nóng chảy canxi Aluminat Khi hàm lượng

Al2O3 càng 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 ôxít nhôm chiếm khoảng 4÷

8%

luyện và tham gia vào quá trình tạo khoáng Tetracalcium Aluminôferit (C4AF) Hàm

lượng ôxít này trong clanhke xi măng càng lớn thì nhiệt độ nung được hạ thấp,khoáng C4AF được tạo thành nhiều xi măng nâng cao được độ bền trong môi trườngxâm thực sunfat nhưng lại cho xi măng có cường độ thấp (mác thấp) Vì vậy trongquá trình nung luyện clanhke cần đặc biệt chú ý thành phần ôxít này ở một tỷ lệ hợplý mới có tác dụng tốt cho việc giảm nhiệt độ nung luyện, nếu quá nhiều, pha lỏngxuất hiện trong clanhke sẽ lớn, gây nên hiện tượng bám dính lò đặc biệt trong côngnghệ 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 hàm lượng nhỏcác ôxít khác cũng hoà tan trong đó, có khả năng làm ảnh hưởng lớn đến tính chất vàchất 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 xi măng lượngôxít MgO được khống chế với hàm lượng nhỏ hơn 5%

lượng của nó trong clanhke Nếu hàm lượng của nó từ 0,1÷

0,5% thì sẽ làm tốt choquá trình kết tinh các khoáng, ngược lại khi hàm lượng từ 2÷

4% thì TiO2 sẽ thay thếmột phần SiO2 trong xi măng có tác dụng làm tăng cường độ của xi măng

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 dụng ngược lạilàm chậm thời gian đông kết rắn chắc và làm suy giảm cường độ của đá xi măng

Ôxít kiềm Kali và kiềm Natri (K 2 O + Na 2 O): trong clanhke hàm lượng chúng

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

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

1.3 Đặc trưng của clanhke xi măng poóclăng

Chất lượng của clanhke xi măng được đánh giá qua thành phần hoá học và thànhphần khoáng Trong quá trình nung luyện, các ôxít trong clanhke tương tác với nhautheo một mối liên hệ xác định được biểu diễn bằng các hệ số (môđun) Để đánh giámột cách tổng quát hơn thành phần của xi măng người ta thường đánh giá chúngthông qua các hệ số đặc trưng Các hệ số đắc trưng của clanhke xi măng là:

1.3.1 Hệ số bazơ (ký hiệu m)

tong tu do 2tong 2tu do 2 3 2 3

(Cao - CaO )%

m [(SiO SiO ) Al O Fe O ]%

=

= 1,7 ÷ 2,4Thông 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 ổnđịnh thể tích kém, nhiệt độ thuỷ hoá lớn và kém bền trong môi trường nước xâm thực

−

=

+

= 1,7 ÷ 3,5

* 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 cuối cùngcao

* Khi n giảm thì hàm lượng các khoáng nóng chảy lớn, clanhke có nhiệt độ nungthấp, dễ nung luyện Đối với xi măng poóclăng n hợp lý nhất là 2,2 ÷ 2,6

1.3.3.Hệ số Alumin (p)

2 3

2 3

Al O % P

* Khi p nhỏ thì xi măng có độ ổn định trong môi trường xâm thực của nước và sunfat

* Khi p lớn thì xi măng đông kết rắn chắc nhanh nhưng cường độ cuối cùng thấp

* Khi p≤0,637 trong clanhke không tồn tại C3A

1.3.4.Hệ số bão hoà vôi (ký hiệu KH)

Là tỉ số giữa lượng canxi ôxít (CaO) trong thực tế liên kết với ôxít Silic (SiO2) tạothành khoáng C3S :

0,95

* Khi giá trị KH lớn thì khoáng C3S tạo thành nhiều, xi măng đông kết rắn chắcnhanh cường độ cao nhưng không bền trong môi trường nước và sunfat, hỗn hợpnguyên liệu khó thiêu kết

* Khi giá trị KH thấp thì khoáng C3S tạo thành ít hơn C2S nên xi măng đông kếtrắn chắc chậm, cho cường độ thấp ở thời kỳ đầu nhưng cường độ cuối cùng lại cao Mức độ vôi trong clanhke còn được đặc trưng bởi nhân tố bão hòa vôi LSF là tỉ

số của hàm lượng vôi thực tế so với hàm lượng vôi lớn nhất trong clanhke (tínhtheo %):

Al O

+0,7 2 3

Fe O

) khi p<0,6370,66≤ Giá trị LSF ≤ 1,2

Hàm lượng vôi tiêu chuẩn: Với xi măng thông thường 90-95

Với xi măng cường độ cao phát triển nhanh 95-98

SCSCM

3 4

2 3

+

=

Khi MS tăng thì độ bền của xi măng trong môi trường ăn mòn tăng lên và cường độtăng lên.

*Hệ số đóng rắn ME:

SC

SCM

*Hệ số nhiệt MK:

AFCSC

ACSCM

4 2

3 3

+

=

= 0,3 ÷ 1,8Khi MK càng lớn thì xi măng toả nhiệt càng lớn, MK thường nằm trong giới hạn0,3÷

1,8

1.4 Công nghệ sản xuất xi măng pooclăng

1.4.1 Nguyên liệu sản xuất

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

Bảng1.1: Giá trị thành phần khoáng của các nguyên liệu sản xuất xi măng

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

Hàm lượng Fe2O3,%

Hàm lượng MKN,%

60 ÷ 68

12 ÷ 22

CaCO3 90% Fe2O3 1% SiO2 8%

MgO 2% Al2O3 2% SO3 1%

Ở nước ta hiện nay sử dụng đá vôi là chủ yếu

b)Đất sét

Đất sử dụng để sản xuất clanhke xi măng pooc lăng chủ yếu cung cấp SiO2,Al2O3 và

Fe2O3 bao gồm đất sét, đất hoàng thổ,phiến thạch sét.Hiện nay chủ yếu là sử dụng đấtsét làm nguyên liệu

Đất sét là khoáng kết tủa giàu hạt nhỏ,dễ tạo thành huyền phù khi khuấy trộn vớinước.Thành phần khoáng chính của các loại đất sét là khoáng alumosilicat ngậmnước tồn tại ở dạng Al2O3.SiO2.2H2O.Ngoài ra trong đất sét còn lẫn các hợp chất khácnhư:cát,tạp chất hữu cơ,…và có thành phần hóa học chính dao động như sau:

d)Phụ gia pha vào xi măng

Các loại phụ gia pha vào khi nghiền clanhke xi măng pooclăng để cải thiện một sốtính chất của xi măng và hạ giá thành sản phẩm là thạch cao,phụ gia trơ,phụ giakhoáng hoạt tính như xỉ lò xao,xỉ nhiệt điện,puzơlan,…

Đối với xi măng pooc lăng,khi nghiền clanhke xi măng phải đưa thạch cao vào đểđiều chỉnh tốc độ đông kết và đóng rắn của xi măng,ngoài ra còn có các khoáng khácvới hàm lượng nhỏ

1.4.2 Nhiên liệu để sản suất xi măng

Để cung cấp nhiệt cho quá trình phân hủy đá vôi, đất sét, phụ gia thành các ôxit vàtạo nhiệt độ cao để xảy ra phản ứng giữa các ôxit với nhau tạo thành khoáng clanker

xi măng, cần phải đốt nhiên liệu để nung nóng phối liệu đến nhiệt độ khoảng1450℃.Tính chất của nhiên liệu ảnh hưởng đến quá trình nung, tính toán phối liệu.Tuy nhiên việc lựa chọn loại nhiên liệu nào phụ thuộc vào điều kiện thiết bị, côngnghệ của từng nhà máy cụ thể, giá thành sản phẩm và nguồn nguyên liệu có thể cungcấp được cho nhà máy Thông thường, các nhiên liệu dùng cho công nghiệp sản xuất

xi măng gồm 3 loại: nhiên liệu khí, nhiên liệu lỏng, nhiên liệu rắn

* Nhiên liệu khí: Đây là loại nhiên liệu tốt nhất vì dễ cháy, thiết bị đốt đơn giản,nhiệt trị cao và không có tro Tuy nhiên, nhiên liệu khí ít được dùng trong công nghệsản xuất xi măng và thường chỉ được sử dụng khi các nhà máy được xây dựng gần

mỏ khí

Ở Việt Nam, chỉ có Nhà máy xi măng trắng Thái Bình sử dụng khí tự nhiên ở mỏ khíTiền Hải để nung clanker, nhưng hiện nay nhà máy này cũng đã chuyển sang nhiênliệu rắn

*Nhiên liệu lỏng: Nhiên liệu lỏng thường dùng là dầu FO, có nhiệt lượng cao (hơn

9000 kcal/kg) và không có tro, dễ cháy Tuy nhiên sử dụng nhiên liệu lỏng yêucầuthiết bị đốt phức tạp hơn nhiên liệu khí Đặc trưng nhiên liệu lỏng là cháy ở trạngthái lỏng giọt, do đó cần tạo được các hạt dầu có kích thước vài micromet Để đốtđược dầu trong lò nung xi măng, người ta phải sấy dầu trước bằng thiết bị trao đổinhiệt, tạo cho dầu có nhiệt độ 100 – 110℃ sau đó phun vào lò

Trong thực tế sản xuất tại Việt Nam, sử dụng dầu để nung clanker làm tăng chi phí,

do đó dầu hiện nay ít được sử dụng Chủ yếu nhiên liệu khí được dùng trong giaiđoạn nhóm lò hoặc đốt kết hợp với than khi cần thiết

* Nhiên liệu rắn: Nhiên liệu rắn thường được sử dụng là than đá (than antraxit), tuykhông có các ưu điểm như hai loại trên nhưng lại được dùng phổ biến nhất hiện nay Yêu cầu chất lượng than:

- Nhiệt năng ≥ 5500 kcal/kg

- Hàm lượng tro 15 – 25%

- Đối với lò quay phương pháp khô, hàm lượng lưu huỳnh trong than thấp

Nếu than không đạt được một trong các tính năng kỹ thuật trên, phải phối hợp haihay nhiều loại than Than dùng cho lò quay phải được sấy khô và ngiền mịn, yêu cầu

độ mịn < 5 % còn lại trên sàng 0,08 mm, và độ ẩm W ≤ 1 %

1.4.3 Các phương pháp sản xuất clanhke xi măng

Đối với các nhà máy sản xuất xi măng, việc lựa chọn dây chuyền sản xuất là hết sứcquan trọng, nó quyết định đến phương pháp sản xuất cũng như dạng sản phẩm Việclựa chọn dây chuyền sản xuất phải dựa vào tính chất của nguyên liệu, nhiên liệu, yêucầu kĩ thuật, công suất, hiệu quả kinh tế, … Việc lựa chọn dây chuyền hợp lý sẽ nâng

cao chất lượng sản phẩm, nâng cao năng lực sản xuất, giảm giá thành, nâng cao hiệuquả kinh tế.

Hiện nay có 3 phương pháp sản xuất xi măng đó là:phương pháp khô,phương phápướt và phương pháp liên hợp

a)Phương pháp khô

Là phương pháp nghiền và trộn nguyên liệu ở dạng khô,vì vậy nguyên liệu khónghiền mịn hơn so với phương pháp ướt,độ đồng nhất của phối liệu không cao bằngphương pháp ướt.Nhưng tiêu tốn ít nhiên liệu,kích thước lò nung nhỏ,hệ thống traođổi nhiệt phức tạp,hệ thống làm sạch bụi cũng phức tạp,mức độ cơ giới hóa và tựđộng hóa cao.Nhưng hệ số sử dụng thiết bị theo thời gian thấp hơn

b)Phương pháp ướt

Là phương pháp nghiền và trộn nguyên liệu với nước.Ưu điểm của phương pháp này

là dễ nghiền phối liệu có độ đồng nhất cao.Nhược điểm là tiêu tốn nhiên liệu khinung,kích thước lò nung và diện tích xây dựng lớn

c)Phương pháp liên hợp

Là phương pháp trung gian giữa phương pháp ướt và phương pháp khô.Việc chuẩn bịphối liệu và gia công nguyên liệu theo phương pháp ướt nhưng nung phối liệu theophương pháp khô(có hệ thống ép lọc bùn phối liệu để tách nước)

* Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật thì các nhược điểm của phương pháp khô(khó nghiền mịn, đồng nhất kém) đã được khắc phục Việc sử dụng thêm các thiết bị

bổ trợ như thiết bị tiền nung, thiết bị phân hủy đá vôi làm tăng năng suất của lò nungcũng như tiết kiệm được nhiên liệu Hiện nay ở Việt Nam, các nhà máy xi măng màđược xây dựng đều sử dụng phương pháp khô lò quay, các nhà máy cũ sử dụng

phương pháp ướt, lò đứng đã và đang được cải tiến để chuyển sang phương pháp khô

lò quay

→ Trong nội dung đồ án – tác giả lựa chọn phương pháp khô - lò quay có sử dụngbuồng phân hủy đá vôi

1.4.4 Các giai đoạn sản xuất clanhke xi măng pooc lăng

a)Chuẩn bị phối liệu

Đá vôi vận chuyển về nhà máy thường có kích thước lớn,do đó phải đập đến kíchthước phù hợp của máy nghiền.Căn cứ vào kích thước sản phẩm nhận được sau khiđập có thể chia quá trình đập đá vôi thành 3 loại là:đập thô,đập trung bình và đập nhỏ Đất sét khi khai thác dùng cho phương pháp khô thông thường sau khi khai thácđất có độ ẩm từ 12 18% được đem đến đập trục hay máy cắt thái làm nhỏ.Sau đó

được đưa vào thiết bị sấy đến độ ẩm %,độ lớn < 25 mm.Trong các nhà máy thường sửdụng thiết bị sấy nghiền đồng thời

b)Nghiền mịn phối liệu

Trong công nghiệp sản xuất xi măng theo phương pháp khô lò quay,quá trìnhnghiền mịn phối liệu thường được thực hiện trong các loại máy sấy nghiền đồng thờilàm việc theo chu trình kín Tuy nhiên mỗi loại thiết bị nghiền có một giới hạn độ ẩmcho phép của vật liệu đưa vào máy nghiền.Vì thế, nguyên liệu cần được sấy tới độ ẩmthích hợp sau đó đưa vào máy nghiền

c)Đồng nhất nguyên vật liệu và phối liệu

Phương pháp khô sản xuất xi măng có nhược điểm là đồng nhất kém Vì vậy các giảipháp công nghệ để tăng độ đồng nhất của phối liệu đã được sử dụng Trong các nhà

máy xi măng, giải pháp công nghệ được thực hiện ở công đoạn đồng nhất sơ bộnguyên liệu tại kho nhờ hệ thống máy rải liệu và máy cào liệu.Sau đó đến khâu đồngnhất phối liệu tại hệ thống xilo với buồng trộn trung tâm.

e)Nung clanhke xi măng pooclăng

Để nung phối liệu tạo thành clanhke xi măng, các nhà máy xi măng hiện đại thường

sử dụng lò quay.Hệ thống lò nung có sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt và tháp tiền cho

sẽ cho hiệu quả cao về chỉ tiêu kỹ thuật và hiệu quả kinh tế

* Tháp trao đổi nhiệt là một hệ thống gồm từ 3-5 tầng để tăng thời gian trao đổinhiệt của bột liệu Bột liệu được cấp từ trên đỉnh tháp và đi xuống, nhiệt nóng từ thanđược đốt cháy từ Calciner và lò nung đi lên sẽ tạo điều kiện cho phản ứng tạo khoángbên trong bột liệu Mặc dù bột liệu đi xuống và khí nóng đi lên nhưng thực chất quátrình này là trao đổi nhiệt cùng chiều do cấu tạo đặc biệt của các Cyclon trao đổinhiệt

* Buồng phân hủy đá vôi có tác dụng phân hủy gần như hoàn toàn đá vôi trước khiphối liệu được chuyển xuống lò nung Tại đây lượng than tiêu tốn khoảng 60%

* Lò nung có dạng hình trụ tròn đường kính từ 3 - 5 mét và dài từ 30 - 80 mét tùyvào công suất của lò Vỏ lò nung được làm băng thép chịu nhiệt, bên trong có lót một

lớp vật liệu chịu lửa Góc nghiêng của lò từ 3% - 5% để tạo độ nghiêng cho dòngnguyên liệu chảy bên trong Tại đầu ra của clanhke sẽ có một dàn quạt thổi gió tươilàm nguội nhanh clanhke

Phối liệu được rút ra từ Silo chứa, qua cân định lượng và được đưa lên đỉnh tháp traođổi nhiệt bằng thiết bị chuyên dùng Từ trên đỉnh tháp, liệu từ từ đi xuống qua cáctầng Cyclone kết hợp với khí nóng từ lò nung đi lên được gia nhiệt dần lên khoảng800-900 0C trước khi đi vào lò nung Trong lò, ở nhiệt độ 1450 0C các oxit CaO, SiO2,

Al2O3, Fe2O3 có trong nguyên liệu kết hợp với nhau tạo thành một số khoáng chínhquyết định chất lượng của Clinker như: C3S, C2S, C3A và C4AF Viên Clinker ra khỏi

lò sẽ rơi xuống dàn làm lạnh, hệ thống quạt cao áp đặt bên dưới sẽ thổi gió tươi vàolàm nguội nhanh viên Clinker về nhiệt độ khoảng 2000C, sau đó Clinker sẽ đượcchuyển lên Silo chứa Clinker

g)Nghiền clanhke thành xi măng bột

Clanhke khi ra khỏi lò thường để ủ trong kho từ 1-2 tuần mới đem nghiền thànhbột.Mục đích là để cho CaO tự do trong clanhke hút hơi ẩm trong không khí để tôithành Ca(OH)2 hoặc cacbonat hóa thành CaCO3 làm cho xi măng có tính ổn định tốthơn

Khi nghiền clanhke người ta thường pha trộn thêm 3-5% thạch cao sống(CaSO4.2H2O) để điều chỉnh thời gian ninh kết của xi măng cho phù hợp với điềukiện thi công Ngoài ra còn trộn thêm phụ gia hoạt tính,phụ gia trơ để cải thiện tínhchất của xi măng để tăng sản lượng và hạ giá thành

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG

2.1 BÀI TOÁN PHỐI LIỆU:

Cơ sở khoa học của việc tính phối liệu

Cơ sở khoa học tính toán phối liệu sản xuất Clanhke xi măng pooc lăng là phươngpháp xác định thành phần hóa học của phối liệu, đảm bảo hình thành các khoáng cầnthiết cho CLK XMP

Tính toán thành phần hỗn hợp nguyên liệu là xác định tỷ lệ hàm lượng các loạinguyên liệu sử dụng phù hợp với công nghệ nung luyện để chế tạo CLK XM có thànhphần hóa học và thành phần khoáng yêu cầu

Để tính toán phối liệu sản xuất CLK XM có thể sử dụng các phương pháp tính toánkhác nhau.Đối với các bài toán phức tạp có 3 cấu tử có lẫn tro hay 4 cấu tử không lẫntro thường sử dụng phương pháp điều chỉnh.Với bài toán có 2 hay 3 cấu tử thường sửdụng các phương pháp lựa chọn các hệ số Các nhà máy sản xuất XM PL ở nước tahiện nay thường sử dụng phương pháp tính toán phối liệu theo các hệ số KH hayLSF, n, p(MA,MS) Với phương pháp tính toán phối liệu theo các hệ số, tùy theocông nghệ nung, nguyên liệu và nhiên liệu sử dụng mà ta có các dạng bài toán phốiliệu hệ 2 hay nhiều cấu tử hoặc bài toán có lẫn tro hay không lẫn tro nhiên liệu Khi

sử dụng nhiên liệu rắn là than thì bài toán thường thuộc dạng có lẫn tro nhiên liệu.Nếu sử dụng nhiên liệu là khí thiên nhiên hay dầu thì bài toán thuộc về dạng khônglẫn tro nhiên liệu

Phụ gia (PG) điều chỉnh thành phần hóa học của phối liệu thường sử dụng quăng sắtkhi hàm lượng sắt oxit trong đất sét ít hay sử dụng phụ gia khoáng giàu Silic nhưtrepan, điatômit…khi hàm lượng Silíc điôxit thấp Trong trường hợp nguyên liệu banđầu có hàm lượng oxit nhôm thấp, người ta thường sử dụng quặng bôxit làm phụ giađiều chỉnh

2.1.2 Bài toán phối liệu(trang 34 Công nghệ và thiết bị sx xi măng pooc lăng – Vũ

Đình Đấu)

Số liệu thiết kế.

II.TÍNH TOÁN PHỐI LIỆU

1.Cơ sở khoa học của việc tính phối liệu

Cơ sở khoa học tính toán phối liệu sản xuất Clanhke xi măng Póoc lăng làphương pháp xác định thành phần hóa học của phối liệu, đảm bảo hình thành cáckhoáng cần thiết cho CLK XMP, phù hợp với tính chất và trình độ của công nghệ sảnxuất, đảm bảo tận dụng tài nguyên, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường trongđiều kiện Việt Nam

Tính toán thành phần hỗn hợp nguyên liệu là xác định tỷ lệ hàm lượng các loạinguyên liệu sử dụng phù hợp với công nghệ nung luyện để chế tạo CLK XM có thànhphần hóa học và thành phần khoáng yêu cầu

Để tính toán phối liệu SX CLK XM có thể sử dụng các phương pháp tính toánkhác nhau Đối với các bài toán phức tạp có 3 cấu tử có lẫn tro hay 4 cấu tử không lẫntro thường sử dụng phương pháp điều chỉnh Với bài toán có 2 hay 3 cấu tử thường sửdụng các phương pháp lựa chọn các hệ số Các nhà máy sản xuất XM PL ở nước tahiện nay thường sử dụng phương pháp tính toán phối liệu theo các hệ số KH hayLSF, n, p.MA,MS Với phương pháp tính toán phối liệu theo các hệ số, tùy theo côngnghệ nung, nguyên liệu và nhiên liệu sử dụng mà ta có các dạng bài toán phối liệu hệ

2 hay nhiều cấu tử hoặc bài toán có lẫn tro hay không lẫn tro nhiên liệu Khi sử dụngnhiên liệu rắn là than thì bài toán thường thuộc dạng có lẫn tro nhiên liệu Nếu sửdụng nhiên liệu là khí thiên nhiên hay dầu thì bài toán thuộc về dạng không lẫn tronhiên liệu

Phụ gia (PG) điều chỉnh thành phần hóa học của phối liệu thường sử dụng quăng sắt khi hàm lượng sắt oxit trong đất sét ít hay sử dụng phụ gia khoáng giàu

Silic như trepan, điatômit…khi hàm lượng Silíc điôxit thấp Trong trường hợp nguyên liệu ban đầu có hàm lượng oxit nhôm thấp, người ta thường sử dụng quặng bôxit làm phụ gia điều chỉnh

2.Lập bảng thành phần phối liệu:

Bảng 1 Thành phần hóa của đá vôi.

Bảng 2 Thành phần hóa của đất sét.

Bảng 3.Thành phần hóa của phụ gia điều chỉnh

Thành phần hóa của đá vôi và đất sét ban đầu

Bảng 6.Thành phần hoá học của nguyên liệu ban đầu

Nguyên liệu SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO MKN ∑

Nếu tổng hàm lượng các ôxít nhỏ hơn 100% và chênh lệch ∆<1%), hay tổng hàmlương các ôxít lớn hơn 100% ta phải qui về 100% bằng cách nhân trị số hàm lượng

từng ôxít với hệ số chuyển đổi Ri :

100i

i : hàm lượng ôxít thứ i

Sau khi qui về 100% ta có bảng sau:

Bảng 7.Thành phần hoá học của nguyên liệu quy về 100%

Nguyên liệu SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO MK

đs đs

A p F

64, 403

2,57 6,86 18,16

đs

đs đs

S n

Nhận xét: Ta cần phải thêm cấu tử điều chỉnh để giảm n và giảm p, tức là cần bổ

sung them cấu tử giàu sắt và nhôm Chọn cấu tử điều chỉnh là quặng sắt và quắc zít Thành phần hóa như sau:

Bảng 8.Thành phần hoá học của quặng sắt và quắc zít

Nguyên liệu SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO MKN ∑

Bảng 9.Thành phần hoá học của quặng sắt và quắc zít quy về 100%

Nguyên liệu SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO MKN ∑

Vậy ta có bảng nguyên liệu quy về 100% là:

Bảng 10 thành phần hóa học của các nguyên liệu quy về 100%

Độ mịn sau khi nghiền: 15% trên sàng N2008.

Bảng 11 Thành phần hóa học của than B

Khi sử dụng than để cấp cho lò thì than phải được sấy đến độ ẩm làm việc là 1%, do

đó thành phần làm việc của than được tính bằng cách lấy hệ số sử dụng nhân với từngthành phần hóa học của than

Thành phần S A F C M SO3 Σ

3.Tính bài phối liệu

a Xác định thông số làm việc của than

QH = 81.Cl + 246.Hl – 26(Ol - Sl) – 6Wl (kCal/kgthan) (3) = 81.76,371+246.1,632-26.(1,632-2,285)-6.1= 6598,49 (kCal/kgthan)

Xác định hàm lượng tro lẫn

q = , %

Trong đó: q – Hàm lượng tro lẫn vào CLK, %

P – lượng than tiêu tốn cho 1kg CLK (%) và xác định theo công thức

P =

(%) 100

'

H

Q Q

(5)

Q’ – Nhiệt tiêu tốn để điều chế 1 kg CLK phụ thuộc vào phương pháp SX

+ Đối với lò quay phương pháp ướt : Q’= 1400 ÷ 1700, kcal/kg CLK;+ Đối với lò quay phương pháp khô: Q’= 700 ÷ 1000, kcal/kg CLK;+ Đối với lò đứng : Q’= 1000 ÷ 1200, kcal/kg CLK;

900 (%)

100

(kg/kg CL)

Al – Lượng tro than, Al=16,304% (theo bảng 2.5);

B - Hàm lượng tro lẫn vào CLK so với tổng lượng tro, phụ thuộc vào phươngpháp công nghệ

+ với lò đứng: B = 100%

+ với lò quay phương pháp ướt: B = 70 ÷ 100%

+ với lò quay phương pháp khô: B = 30 ÷ 70%

Vậy hàm lượng than đọng lại trong CLK là 1,112%

b Tính toán phối liệu

Quy đổi về nguyên liệu khô chưa nung với tổng các oxit 100%

Bảng 15 Thành phần các oxit của cấu tử chưa nung

Nguyên liệu SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO MK

Bảng 16 Thành phần các oxit của cấu tử đã nung

Nguyên liệu SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO CK SO 3 ∑

z là phần KL cấu tử quặng sắt đã nung

m là phần KL cấu tử quắc zít đã nung

q là hàm lượng tro than

ta thiết lập được hệ phương trình sau:

Bảng 18 : Bảng thành phần hóa học của clanhke

Nguyên liệu SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO CK SO 3 ∑

0,694 0,309 0,058 0,036 0,013

2

1,112

Sai lệch ∆

=0%

21,229

2,35,226 3,999

Tính thành phàn hóa học của phối liệu:

Để nung được 100 kg clanhke thì cần:

• Khối lượng đá vôi là:

127,55

x X

MKN

Lượng mất khi nung của đất sét là: MKN = 7,31 kg

• Khối lượng quặng sắt là:

3,26

z Z

MKN

Lượng mất khi nung của quặng sắt: MKN = 7 kg

• Khối lượng quặng zít là

100 100.3,03

3,03

m M

MKN

−Vậy tổng thành phần khối lượng của các khoáng hợp thành phối liệu là:

2.2.1 Chế độ làm việc của nhà máy:

a Đối với phân xưởng gia công nguyên liệu và chuẩn bị phối liệu

- Số ngày nghỉ lễ và Tết 10 ngày

- Số ngày bảo dưỡng máy móc 45 ngày

 Số ngày làm việc thực tế trong năm:

b Đối với phân xưởng lò nung

- Số ngày bảo dưỡng máy móc thiết bị: 30 ngày

- Kiểm tra sản xuất vận hành lò 1h/ngày => 15 ngày/năm

- Thay gạch chịu lửa: 6 ngày

 Số ngày làm việc thực tế trong năm:

c Đối với phân xưởng nghiền CLK

Làm việc giống như phân xưởng gia công nguyên liệu và chuẩn bị phối liệu

d Đối với phân xưởng đóng gói và bảo quản

- Số ngày nghỉ thứ 7 và chủ nhật trong năm: 52 ngày

- Số ngày nghỉ lễ và Tết trong năm: 10 ngày

- Sửa chữa bảo dưỡng máy móc: 10 ngày

- Số ngày làm việc thực tế trong năm:

Nlv4 = 365 – (52+10+10) = 293 (ngày)

- Mỗi ngày làm việc 2 ca, số ca làm việc trong năm là:

Clv4 = 293.2 = 586 (ca)

- Mỗi ca làm việc 8h, số giờ làm việc trong năm là: Tlv4 = 586 8 = 4688 (giờ)

Bảng 2.20 Chế độ làm việc của nhà máy

Gia công nguyên liệu và chuẩn bị phối liệu 310 930 7440

Sơ đồ dây chuyền công nghệ

Máy đập

Két phụ

gia lời

Két phụ gia hoạt tính

Thạch cao

Máy đập

Két thạch cao

Xuất CLK rời

Xi lô CLK thứ phẩm

Xilo CLK chính phẩm Máy làm lạnh

Két chứa

Máy sấy nghiền

Đồng nhất Than

Lò quay

Hệ xyclon trao đổi nhiệt

Si lô đồng nhất Máy sấy nghiền

Két quắc zít

Két quặng sắt

Kho chứa phụ gia

Máy đập Máy đập

Quắc zít Quặng sắt

Két đá sét Két đá vôi

Kho đồng nhất sơ bộ

Máy đập Máy đập

Đá sét

Đá vôi

1.Đập đá vôi và chứa

Đá vôi khai thác tại mỏ cố kích thước < 1500 mm(2000 kg) được ô tô tự đổ 32 Tvận chuyển về trạm đập đá vôi gần mỏ.Qua cấp liệu, đá vôi vào máy đập búa 1 trụcđập nhỏ đến kích thước < 65 mm Đá vôi đã đập được băng tải chuyển về kho đá vôitrong nhà máy

Tại kho, đá vôi được cần rải để rải thành 2 đống, mỗi đống 30000T, đảm bảo dựtrữ cho 7 ngày sản xuất

Đá vôi được lấy đi gia công nhờ máy xúc bên và băng tải chuyển đến silo của nhànạp nguyên liệu nghiền

2.Cán đá sét và chứa

Đá sét khai thác tại mỏ có kích thước < 500 mm được ô tô 20 tấn chuyển đến trạmcán đá sét Qua cấp liệu tấm đá sét được máy cán 2 trục có vấu cán nhỏ đến kíchthước ≤ 25 mm, và được băng tải chuyển vào kho chứa Để tạo sự đồng nhất đá sét,

sử dụng kho hệ thống kho dài với thiết bị cầu rải để rải đá sét thành từng lớp theotừng luống trong kho với 2 đống, mỗi đống chứa 7000T, đảm bảo dự trữ trong 7 ngàysản xuất

Đá sét được lấy đi gia công nhờ thiết bị cầu xúc loại xích Theo phương cắt ngangluống và lấy suốt từ dưới lên trên dọc chiều cao đống nên tăng cường sự đồng nhất đásét

Đá sét được băng tải chuyển đến silo để chuẩn bị nạp liệu vào máy nghiền

3.Đập và chứa thạch cao

Thạch cao, đưa về nhà máy có kích thước cục < 300 mm được gia công đập ởmáy đập búa đập đến kích thước < 25 mm và được băng tải chuyển vào kho nguyên