Thiết kế phân xưởng gia công và chuẩn bị phối liệu của nhà máy sản xuất xi măng poóclăng, phương pháp khô lò quay, công suất 1,1 triệu tấn clanhkenăm

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XI MĂNGXi măng poóclăng PC là chất kết dính có khả năng đông kết rắn chắc và phát triển cường độ trong môi trường không khí và nước, thường được gọi là

Mục Lục

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XI MĂNG 4

I CLANHKE XI MĂNG PÓOCLĂNG 4

1 Thành phần khoáng của clanhke xi măng poóclăng 4

2 Thành phần hoá của clanhke xi măng poóclăng 6

3 Đặc trưng của clanhke xi măng poóclăng 8

II CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG PÓOCLĂNG 10

1.Nguyên liệu sản xuất Xi măng Póoc lăng 10

2.Nhiên liệu để sản suất xi măng 13

3.Các phương pháp sản xuất xi măng 14

4.Các giai đoạn sản xuất 15

CHƯƠNG II : PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT 16

I LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT 16

II.SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ TỔNG QUÁT 17

III.TÍNH TOÁN PHỐI LIỆU 18

1.Cơ sở khoa học của việc tính phối liệu 18

2.Lập bảng thành phần phối liệu 19

3.Tính bài phối liệu 22

CHƯƠNG III :TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 28

I.CHỌN CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC NHÀ MÁY 28

II.TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 32

1.Cân bằng vật chất cho phân xưởng nung 32

2 Tính cân bằng vật chất cho nhà máy.

3 Tính chọn thiết bị cho phân xưởng gia công chuẩn bị phối liệu clanhke

Số liệu thiết kế:

LSF= 91 n=2,3 p=1,5

Bảng 1: Th nh ph n hóa c a á vôiành phần hóa của đá vôi ần hóa của đá vôi ủa đá vôi đá vôi

Thành phần hóa của đá sét

Thành phần hóa của than cám

Thành phần hóa của tro than

B ng 2 : Th nh ph n hóa c a than lo i Aảng 2 : Thành phần hóa của than loại A ành phần hóa của đá vôi ần hóa của đá vôi ủa đá vôi ại A

Than W0 A0 S0 C0 H0 N0 O0 ∑

A 8,000 15,000 2,100 70,200 1,500 0,700 1,500 99,000

Bảng 3: Th nh ph n hóa c a tro thanành phần hóa của đá vôi ần hóa của đá vôi ủa đá vôi

LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự phát triển của ngành kinh tế hiện nay cùng với sự phát triển của khoa học-kĩ thuật, cho nên đời sống của nhân dân ngày càng được nâng cao đến nhu cầu nhà ở, công trình công cộng, khu văn hóa…được mở rộng Do vậy ngành xây dựng phải 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

sử dụng máy móc thiết bị hiện đại để đảm bảo số lượng và chất lượng cho công trình xây dựng Trong ngành Vật liệu xây dựng, công nghiệp sản xuất chất kết dínhđóng vai trò quan trọng và chiểm tỉ lệ lớn nhất trong giá trị sản lượng, đặc biệt là ximăng

Nhận thấy vai trò quan trọng của ngành công nghiệp sản xuất xi măng, cũng như những đòi hỏi ngày một cao của thị trường về số lượng, chất lượng và chủng

loại xi măng Em được giao nhiệm vụ “Thiết kế phân xưởng chuẩn bị phối liệu của nhà máy sản xuất xi măng Poóc lăng, phương pháp khô lò quay, công suất 1,1 triệu tấn clanke/năm” Tuy nhiên đây là một lĩnh vực lớn và phức tạp, khả năng

của em còn hạn chế về kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế, cho nên đồ án này vẫn còn nhiều những hạn chế và thiếu sót trong quá trình tính toán, thiết kế Em mong được sự giúp đỡ của các thầy, cô trong bộ môn Vật liệu xây dựng trường Đạihọc Kiến trúc Hà Nội và các bạn đọc để đồ án này được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo hướng dẫn: K.S Lê Xuân Hậu và bộ môn Vật liệu xây dựng đã hướng dẫn và giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án môn học này Trong quá trình thực hiện chúng em không tránh khỏi những thiếu sót

CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XI MĂNG

Xi măng poóclăng (PC) là chất kết dính có khả năng đông kết rắn chắc và phát triển cường độ trong môi trường không khí và nước, thường được gọi 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 triển ngày 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 trưởng của ngànhxây dựng và phát triển đất nước

Xi măng poóclăng được sản xuất bằng bằng công nghệ nghiền mịn clanhke xi măng poóclăng với thạch cao (thạch cao đóng vai trò là phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết)

Thành phần chính trong xi măng là clanhke, phụ gia thạch cao và một số các loại phụ gia khác Clanhke là nguyên liệu chính đóng vai trò quyết định cho tính chất của xi măng Clanhke được sản xuất bằng cách nung đến thiêu kết hỗn hợp nguyên liệu đồng nhất phân tán mịn gồm đá vôi, đất sét (nguyên liệu chính) và một

số nghuyên liệu khác đóng vai trò điều chỉnh (xỉ pyrít, quặng sắt, cát quắc, )

Clanhke xi măng 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 :(Ttrích tài liệu sách chất kết dính vô cơ)

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

Khoáng silíccát canxi gồm hai loại khoáng là khoáng Alít và khoáng Bêlít

- Khoáng Alít (3CaO.SiO2: tricanxi silicát, ký hiệu là C3S ) là khoáng quan trọng nhất của clanhke xi măng, tạo cho xi măng có cường độ cao, tốc độ đông kết rắn chắc nhanh 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 dịch rắn 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 khoảng nhiệt 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 và CaO tự do

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

Trong clanhke xi măng C2S chiếm khoảng 2030%, là thành phần quan trọng của 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 độ lớn hơn 21300C,  C2S bị chảy lỏng, ở nhiệt độ nhỏ hơn 14250C khoáng  C2S chuyển sang dạng ’ C2S

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

+ C2S không bền luôn có xu hướng chuyển sang dạng  C2S đặc biệt là ở nhiệt

độ nhỏ hơn 5200C Khi C2S chuyển thành  C2S làm tăng thể tích khoảng 10% và

bị phân rã thành bột

+  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 có khả năng dính kết.

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

- Khoáng celit : còn gọi là alumô pherit canxi

Celit là dung dịch rắn của các alumô pherit canxi có thành phần khác nhau phụ thuộc vào thành phần hóa học của phối liệu và điều kiện nung luyện …Nó có thể

là tập hợp dung dịch rắn gồm : C8A3F,C6A2F, C4AF, C2F.Trong clinker ximăng pooclăng thường thì khoáng alumô pherit canxi chủ yếu là C4AF.Trong clinker

C4AF chiếm 10- 18 %,là khoáng đóng rắn tương đối chậm, cho cường độ không cao lắm nhưng bền nước và bền trong môi trường sulphat, C4AF là khoáng nặng nhất trong clinker XMPL có γ = 3,77 g/cm3

- Khoáng canxi Aluminat : Cũng là chất trung gian giữa alit và bêlit, trong

clinker XMPL có thể gặp ở 2 dạng là 3CaO.Al2O3 và 12CaO.7Al2O3.Trong clinkerthường với hàm lượng CaO trong phối liệu cao thì dạng 12CaO.7Al2O3 không có

mà tồn tại chủ yếu là dạng 3CaO.Al2O3, viết tắt là C3A C3A có tính chất kết dính, đóng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt, kém bền nước và nước khoáng, trong clinker XMPL thường C3A chiếm 5-15%.Thực tế C3A chiếm < 10%

- Pha thuỷ tinh có trong clanhke xi măng poóclăng với hàm lượng từ 515%.Thành phần của pha thuỷ tinh bao gồm một số loại ô xít như CaO, Fe2O3, Na2O,

K2O,…

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

do

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 ôxít khác với hàm lượng nhỏ như : MgO, TiO2, Na2O, P2O5, SO3, Hàm lượng các ô xít phụ thuộc vào nguyên vật liệu ban đầu và quy trình công nghệ sản xuất Trong clanhke

xi măng poóclăng tỷ lệ thành phần các ôxít thường dao động trong khoảng: ( trang

- 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 nên các 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 canxi silicat có độ bazơ cao (C3S) trong clanhke càng nhiều, cho xi măng đông kết rắn chắc nhanh 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 trong clanhke 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 hợplý(khoảng 6366%)

- Silic ôxít (SiO2) :Chủ yếu trong nguyên liệu đất sét, trong quá trình nung luyện 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 canxi silicat có độ bazơ thấp (C2S) được hình thành sẽ tăng lên Hàm lượngkhoáng C2S tăng làm xi măng đông kết rắn chắc chậm và cường độ phát triển chậmở thời kỳ đầu của 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 rắn chắc nhanh, cường độ cao song quá trình nung luyện khó, để lạilượng vôi (CaO) tự 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

- Sắt ôxít (Fe2O3): có tác dụng làm giảm nhiệt độ thiêu kết của quá trình nung luyện 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 hạ thấp, khoáng C4AF được tạo thành nhiều xi măng nâng cao được độ bền trong môi trường xâm thực sunfat nhưng lại cho mác xi măng không cao 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 ô xít khác như :

- 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 clanhke sản xuất xi măng lượng ôxít MgO được khống chế với hàm lượng < 5%

- Titan ôxít (TiO2): Hàm lượng của nó từ 0,10,5% thì sẽ làm tốt cho quá trình kết tinh các khoáng, khi hàm lượng từ 24% thì TiO2 sẽ thay thế một phần SiO2

trong xi măng, làm tăng cường độ của xi măng

- Crôm ôxít (Cr2O3) và phốt pho ô xít (P2O5) : khi hàm lương của các ôxít này nằmvào 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 lại làm chậm thời gian đơng kết rắn chắc và làm suy giảm cường độ của đá

xi măng

- Ơxít kiềm kali và kiềm natri (K2O + Na2O) do đất sét đưa vào: trong clanhke hàm lượng chúng khoảng 0,51% Khi hàm lượng các ơ xít này lớn hơn 1% sẽ gây nên sựmất ổn định thể tích của xi măng đặc biệt là gây nên sự tách, nứt trong bê tơng thuỷ cơng do các ơ xít kiềm này có khả năng tác dụng với CaO, Al2O3 tạo nên các khống trương nở thể tích là Na2O.8CaO.3Al2O3(NC8A3), K2O.8CaO.3Al2O3 (KC8A3) hoặc tác dụng với SO3 tạo nên khống nở thể tích là K2SO4, Na2SO4,

3 Đặc trưng của clanhke xi măng poĩclăng :

Chất lượng của clanhke xi măng được đánh giá qua thành phần hố học và thành phần khống Để đánh giá một cách tổng quát hơn thành phần của xi măng người

ta thường đánh giá chúng thơng qua các hệ số đặc trưng

CÁC HỆ SỐ ĐẮC TRƯNG CỦA CLANHKE XI MĂNG LÀ: (Trích trang 72 sách CKD vơ cơ)



tự do tổng

tự do tổng

- CaO

Thơng thường hệ số bazơ vào khoảng 1,72,4 Khi hệ số này nhỏ hơn 1,7 ximăng có cường độ khơng 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 hố lớn và kém bền trong mơi trường nước xâm thực

b Hệ sớ Silicat(ký hiệu n)

2 2

2 3 2 3

(SiO SiO )%

n (Al O Fe O )%

tự do tổng 



Khi hệ số n tăng làm tăng hàm lượng khống 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 cùng cao Khi n giảm thì hàm lượng các khống nóng chảy lớn, clanhke

có nhiệt độ nung thấp, dễ nung luyện Đối với xi măng poóclăng n hợp lý nhất

Fe O %



Hệ số P xác định tỉ lệ giữa khống C3A và C4AF Khi P nhỏ thì xi măng có độ

ổn định trong mơi trường xâm thực của nước và sunfat, khi P lớn thì xi măng đơng kết rắn chắc nhanh nhưng cường độ cuối cùng thấp Thơng thường hệ số p từ 12,5

d Hệ số bão hồ vơi

KH

2,8(SiO SiO )

tự do tổng

tự do tổng

- CaO  1,65A 



Giá trị KH trong clanhke xi măng phụ thuộc vào thành phần và tính chất của nhiên liệu sử dụng, dạng lò nung, điều kiện nung luyện và một số nhân tố khác Khi giá trị KH lớn thì khống C3S tạo thành nhiều, xi măng đơng kết rắn chắc nhanh cường độ cao nhưng khơng bền trong mơi trường nước và sunfat, hỗn hợpnguyên liệu khó thiêu kết Khi giá trị KH thấp thì khống C3S tạo thành ít hơn

C2S nên xi măng đơng kết rắn chắc chậm, cho cường độ thấp ở thời kỳ đầu nhưng cường độ cuối cùng lại cao Hệ số KH thích hợp thuờng dao động trong khoảng 0,850,95

- Hệ số LSF:

Mức độ vơi trong clankke còn được đặc trưng bởi nhân tố bão hòa vơi LSF là

tỉ số của hàm lượng vơi thực tế so với hàm lượng vơi lớn nhất trong clanhke ( tính theo %)

LSF= 100CaO: (2,8SiO2+1,65Al2O3+0,35Fe2O3) khi P >0,64

LSF= 100CaO: (2,8SiO2+1,1Al2O3+0,7Fe2O3) khi P <0,64

Hàm lượng vơi tiêu chuẩn : Với xi măng thơng thường 90-95

Với xi măng cường độ phát triển nhanh 95-98

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

SCM

3 3

k





Khi MK càng lớn thì xi măng toả nhiệt càng lớn, MK thường nằm trong giới hạn0,31,8

II CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG PÓOCLĂNG

1.Nguyên liệu sản xuất Xi măng Póoc lăng:

Nguyên liệu trực tiếp để sản xuất clanhke xi măng bao gồm đá, đất và các 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 mãn các qui phạm đã qui định sau:

Đá vôi

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

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

1.2 Đất sét

Đất sét sử dụng để sản xuất clanhke xi măng nhằm cung cấp các ôxít SiO2,

Al2O3, Fe2O3 bao gồm đất sét, đất hoàng thổ, phiến thạch sét Đất sét là khoáng kết tủa giàu hạt nhỏ, dễ tạo thành huyền phù khi khuấy trộn với nước Thành phần khoáng chủ yếu của đất sét là khoáng Alumô silicat 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,

1.3 Phụ gia điều chỉnh

a Phụ gia giàu silic : Để điều chỉnh mô đun silicat ( n ), trong trường hợp nguồn

sét của nhà máy có SiO2 thấp, có thể sử dụng các loại phụ gia cao silic Các phụ giathường sử dụng là các loại đất hoặc đá cao silic có SiO2 > 80%

b.Phụ gia giàu sắt : Để điều chỉnh mô đun aliminat (p) nhằm bổ sung hàm lượng

Fe2O3 cho phối liệu , vì hầu hết các loại sét đều không có đủ Fe2O3 theo yêu

cầu Các loại phụ gia cao sắt thường được sử dụng ở nước ta là : quặng sắt ( Thái Nguyên, Thanh Hóa, Lạng Sơn) , xỉ pirit Lâm Thao hoặc quặng Laterit ở các tỉnh miền Trung

c Phụ gia giàu nhôm: Để điều chỉnh mo dun aliminat (p) nhằm bổ sung hàm

lượng Al2O3 cho phối liệu Các loại phụ gia nhôm thường được sử dụng ở nước ta

là quặng bôxit

1.4 Các phụ gia trong sản xuất xi măng Pooclang

Trong công nghệ sản xuất chất kết dính vô cơ người ta sử dụng nhiều loại phụ gia nhằm mục đích: cải thiện các tính chất kỹ thuật của chất kết dính, điều chỉnh mác chất kết dính (phụ gia đầy), nâng cao hiệu suất của thiết bị công nghệ (phụ giacông nghệ)

a Phụ gia thạch cao

Đây là phụ gia bắt buộc phải đưa vào khi nghiền clanhke xi măng, khi đưa vào nghiền cùng clanhke, thạch cao có tác dụng điều chỉnh tốc độ đông kết và đóng rắncủa xi măng Thạch cao có thành phần khoáng chủ yếu là CaSO4.2H2O, ngoài ra còn có các chất khác với hàm lượng nhỏ Màu sắc của đá thạch cao phụ thuộc vào lượng tạp chất lẫn trong nó, thông thường đá thạch cao thường có màu trắng đục, có ố vàng và mềm hơn đá vôi

b Phụ gia khoáng hoạt tính

Là loại phụ gia có thể kết hợp với Ca(OH)2 ở nhiệt độ thường qua các phản ứng silicát ngậm nước làm tăng khả năng chịu lực và độ bền trong môi trường nước chosản phẩm Phụ gia hoạt tính gồm có hai loại : Loại có nguồn gốc tự nhiên như khoáng puzơlan, trêpen, điatômít, bazan, bọt núi lửa, tro núi lửa, Loại có nguồn gốc nhân tạo bao gồm các phế thải công nghiệp như tro xỉ bazơ (thải phẩm của nhàmáy thép), tro xỉ axít (thải phẩm của nhà máy nhiệt điện nồi hơi, ), tro trấu, gạch đất sét non lửa

c Phụ gia đầy

Là loại phụ gia không có khả năng kết hợp với vôi ở nhiệt độ thường, nhưng ở môi trường hơi nước bão hoà và có nhiệt độ áp suất cao chúng có khả năng kết hợp với Ca(OH)2 theo các phản ứng silicát nâng cao khả năng chịu lực và rắn

chắc cho sản phẩm, phụ gia đầy thường là cát thạch anh và đá vôi nghiền mịn Trong xi măng loại phụ gia đầy không vượt quá 20% so với khối lượng clanhke.

d Phụ gia cải thiện tính chất đặc biệt cho xi măng pooclang :

Các phụ gia này có khả năng tăng độ bền nhiệt, bền kiềm và bền axít cho chất kết dính Các chất loại này thường là các vật liệu chịu nhiệt, chịu axít, chịu kiềm cótrong tự nhiên hoặc nhân tạo

Loại phụ gia này làm tăng nhanh hay làm chậm thời gian đông kết của chất kết dính, phụ gia gây mầm tinh thể thúc đẩy quá trình kết tinh rắn chắc của chất kết dính

e Phụ gia công nghệ

Để nâng cao hiệu suất của thiết bị công nghệ như : phụ gia thúc đẩy quá trình tạo khoáng trong lò nung xi măng, phụ gia trợ nghiền nâng cao hiệu suất nghiền clanhke

xi măng, phụ gia kéo dài thời gian bảo quản xi măng

2.Nhiên liệu để sản suất xi măng:

Nhiên liệu để sản xuất xi măng là nguyên liệu dùng để sản xuất clanhke như sấy phối liệu và nung phối liệu thành clanhke Nhiên liệu thường dùng là rắn, lỏng hoặc khí Muốn đảm bảo năng suất lò cao cần cung cấp đầy đủ nhiên liệu cho lò đểđạt được nhiệt độ yêu cầu, muốn vậy thì nhiên liệu cần phải đảm bảo:

- Cung cấp nhiều nhiệt cho lò

- Nhiên liệu phải cháy hoàn toàn với lượng không khí dư nhỏ nhất

- Dùng không khí nóng đưa vào để tăng điều kiện cháy

Lựa chọn nhiên liệu cho lò quay cần chú ý 3 yêu cầu chính: Nhiệt trị thấp, Tính kinh tế , hàm lượng tro và chất bốc và hàm lượng lưu huỳnh

a.Nhiên liệu rắn: Nhiên liệu rắn để sản xuất clinker ximăng là than đá Yêu cầu

nhiên liệu rắn dùng cho lò quay là :than phải có chất bốc cao, ngọn lửa dài, tro nhiên liệu ít, thường người ra sử dụng loại than có :

Nhiệt trị thấp ≥ 5500 Kcal/kg

Chất bốc = (15-30)%

Hàm lượng tro = (10-20)%

Hàm lượng lưu huỳnh < 1%

b.Nhiên liệu khí thiên nhiên :Khí thiên nhiên được khai thác từ dưới các lớp đất

sâu, nó là những hợp chất của các loại cacbuahydro hữu hạn khác nhau Ưu điểm của khí thiên nhiên dùng cho lò quay nung clinker là dễ tự động hóa, clinker không bị lẫn tro nhiên liệu, trước khi sử dụng không cần qua giai đoạn gia công, lắng lọc, gạn Có nhiệt trị từ 8000- 9000 Kcal/kg

c Nhiên liệu lỏng : được sử dụng đối với lò quay ở dạng mazut.Mazut thu được từ

sản phẩm sau khi chưng cất dầu mỏ.Mazut cũng là 1 loại nhiên liệu tốt dùng cho lòquay nung clinker.Ưu điểm của mazut là ít tạp chất , hàm lượng tro rất nhỏ khoảng 0,1-0,3%, độ ẩm 1-4% nhiệt năng khá cao 8000 kcal/kg

3.Các phương pháp sản xuất xi măng:

Có 3 phương pháp sản xuất xi măng đó là phương pháp ướt, phương pháp khô và phương pháp liên hợp

3.1 Phương pháp ướt sản xuất xi măng

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 khi nung, kích thước lò nung và diện tích xây dựng lớn

3.2 Phương pháp khô sản xuất xi măng

Là phương pháp nghiền và trộn nguyên liệu ở dạng khô, vì vậy nguyên liệu khó nghiền mịn, độ đồng nhất của phối liệu không cao bằng phương pháp ướt Nhưng tiêu tốn ít nhiên liệu, kích thước lò nung nhỏ, hệ thống trao đổi nhiệt phức tạp, hệ thống làm sạch bụi cũng phức tạp, mức độ cơ giới hoá và tự động hoá cao hơn phương pháp ướt, nhưng hệ số sử dụng thiết bị theo thời gian thấp hơn

3.3 Phương pháp liên hợp

Là phương pháp trung gian giữa phương pháp ướt và phương pháp khô Việc chuẩn bị phối liệu và gia công nguyên liệu theo phương pháp ướt, nhưng nung phối liệu tiến hành theo phương pháp khô (có hệ thống ép lọc bùn phối liệu

để tách nước)

4.Các giai đoạn sản xuất:

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

a.Giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu :

Tuỳ theo tính chất của nguyên liệu sử dụng nhiều hay ít nước, tình hình thiết bị và lò nung người ta chuẩn bị nguyên liệu theo phương pháp khô, ướt và phương pháp kết 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 có thể đưa vào sấy để làm giảm bớt độ ẩm (đối với phương pháp khô) hoặc đưa vào bể lọc đánh tơi đất sét (đối với phương pháp ướt) Các chất phụ gia điều chỉnh được đưa vào (nếu cần) để điều chỉnh thành phần phối liệu theo yêu câù - Đem nghiền nhỏ hỗn hợp nguyên liệu trong máy nghiền bi và đưa qua hệ thống xi lô để kiểm nghiệm lại thành phần hoá học và thành phần hạt cho đạt yêu cầu trước khi đưa vào nung

Trong việc chuẩn bị nguyên liệu cần chú ý đến độ nghiền mịn Nguyên liệu càng nghiền nhỏ, phản ứng khi nung càng nhanh, đỡ tốn nhiên liệu Mặt khác, có nghiềnnhỏ thì SiO2 mới có khả năng phản ứng triệt để với CaO, làm giảm bớt lượng CaO

tự do sau này trong xi măng do đó chất lượng xi măng càng được nâng cao

b Giai đoạn nung : Nung là giai đoạn kế tiếp theo việc chuẩn bị nguyên liệu, gồm có các bước chính là: làm khô ( làm bay hơi nước tự do), gia nhiệt trước, phóng nhiệt, dung kết và làm nguội clanhke

Tốc độ nung clanhke không những phụ thuộc vào thành phần hoá học mà còn phụthuộc vào độ nhỏ và mức độ trộn đều của hỗn hợp nguyên liệu sống Nung xi măng thường dùng hai loại lò đứng và lò quay.

c Giai đoạn nghiền clanhke thành xi măng :

Clanhke sau khi ra lò thường phải để ở trong kho từ 12 tuần mới đem nghiền thành bột Mục đích là để cho CaO tự do trong clanhke hút hơi ẩm trong không khíđược tôi thành Ca(OH)2 hoặc cacbonat hoá thành CaCO3 làm cho xi măng có tính

ổn định tốt hơn

Khi nghiền clanhke, người ta thường pha trộn thêm 25% thạch cao sống (CaSO4 2H2O) để điều chỉnh thời gian ninh kết của xi măng cho phù hợp với điều kiện thi công Ngoài ra còn trộn thêm vào xi măng poóclăng dưới 20% chất phụ giahoạt tính hoặc dưới 20% chất phụ gia trơ, vừa để cải thiện tính chất của xi măng poóclăng, vừa để tăng sản lượng và hạ giá thành

CHƯƠNG II : PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT

I LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT

Đối với các nhà máy sản xuất xi măng việc lựa chọn dây chuyền sản xuất là hết sức quan trọng, nó quyết định đến phương pháp sản xuất cũng như chất lượng sản phẩm Việc lựa chọn dây chuyền sản xuất phải căn cứ vào tính chất của nguyên nhiên liệu, vào khả năng kinh tế kỹ thuật của đất nước và công suất yêu cầu của nhà máy Nếu lựa chọn được dây chuyền sản xuất hợp lý cho phép nâng cao chất lượng sản phẩm, hạ giá thành sản phẩm, nâng cao hiệu quả kinh tế Hiện nay ta đang có 3 phương pháp sản xuất xi măng đó là phương pháp ướt, phương pháp khô

và phương pháp liên hợp

Phương pháp khô sản xuất xi măng: Là phương pháp nghiền và trộn nguyên liệu

ở dạng khô, vì vậy nguyên liệu khó nghiền mịn, độ đồng nhất của phối liệu không cao bằng phương pháp ướt Nhưng tiêu tốn ít nhiên liệu, kích thước lò nung nhỏ, nguyên vật liệu có độ ẩm nhỏ(W=10 - 15%),hệ thống trao đổi nhiệt phức tạp, hệ thống làm sạch nguyên liệu cũng phức tạp, mức độ cơ giới hoá và tự động hoá cao hơn phương pháp ướt, hệ số sử dụng thiết bị theo thời gian thấp hơn

Dựa vào điều kiện kinh tế của đất nước và dựa vào đặc điểm của các phương pháp sản xuất ở trên, vào đặc điểm của nguồn cung cấp nguyên nhiên liệu ta chọn phương pháp khô với công nghệ lò đứng sản clinke xi măng poóclăng Với trình độkhoa học kỹ thuật ngày nay các máy móc và thiết bị đã đáp ứng được yêu cầu về

độ mịn, độ đồng nhất của phối liệu trước khi đem đi nung luyện (khắc phục được nhược điểm tồn tại của phương pháp khô) đồng thời làm tăng chất lượng cũng như sản lượng dẫn tới hạ giá thành sản phẩm

II SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG

Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng theo phương pháp khô ( trang

III.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 Póoclăng là phương pháp xác định thành phần hóa học của phối liệu, đảm bảo hình thành các khoáng cần thiết cho CLK XMP, phù hợp với tính chất và trình độ của công nghệ sản xuất, đảm bảo tận dụng tài nguyên, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường trong điều kiện Việt Nam

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

Để tính toán phối liệu SX CLK XM có thể sử dụng các phương pháp tính toán khác nhau Đối với các bài toán phức tạp có 3 cấu tử có lẫn tro hay 4 cấu tử không lẫn tro thường sử dụng phương pháp điều chỉnh Với bài toán có 2 hay 3 cấu

tử thường sử dụng các phương pháp lựa chọn các hệ số Các nhà máy sản xuất XM

PL ở nước ta hiện nay thường sử dụng phương pháp tính toán phối liệu theo các hệ

số KH hay LSF, n, p.MA,MS Với phương pháp tính toán phối liệu theo các hệ số, tùy theo công nghệ 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 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 không lẫn tro nhiên 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:

B ng 2.1 Th nh ph n hóa c a á vôi v ảng 2 : Thành phần hóa của than loại A ành phần hóa của đá vôi ần hóa của đá vôi ủa đá vôi đá vôi ành phần hóa của đá vôi đá vôiất sét ban đầut sét ban đá vôiần hóa của đá vôiu

B ng 2.2 Th nh ph n hóa c a ph gia i u ch nh.ảng 2 : Thành phần hóa của than loại A ành phần hóa của đá vôi ần hóa của đá vôi ủa đá vôi ụ gia điều chỉnh đá vôi ều chỉnh ỉnh

Thành phần SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO MKN Tổng

B ng 3.2 Th nh ph n hóa c a tro thanảng 2 : Thành phần hóa của than loại A ành phần hóa của đá vôi ần hóa của đá vôi ủa đá vôi

a Chọn thành phần khoáng

Chọn chất lượng clanke như sau:

LSF=91, MS=2,3 , MA= 1,5

b Nguyên liệu

Thành phần hóa của đá vôi và đất sét ban đầu

Bảng 4.1: Bảng thành phần hóa nguyên liệu lựa chọn.

Sau khi qui đổi về 100% ta có bảng sau :

Bảng 4.2 Thành phần hóa của nguyên liệu quy về 100% trước khi nung

đs đs đs

A MA

đs đs

đs đs

S MS

Bảng 4.3.Thành phần hoá học của quặng sắt và quắc zít

Nguyên liệu SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO MKN ∑

Quartzite 92,8 3,95 2,35 0,86 0,3 - 100,26

Bảng 4.4.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 4.5 thành phần hóa học của các nguyên liệu quy về 100%

Độ ẩm ban đầu được sấy đến độ ẩm 1%

Độ mịn sau khi nghiền: 15% trên sàng N2008

Bảng 5 1 Thành phần hóa học của than A

A 8,000 15,000 2,100 70,200 1,500 0,700 1.500 99,000

Bảng 5.2 Th nh ph n hóa c a than quy ành phần hóa của đá vôi ần hóa của đá vôi ủa đá vôi đá vôiổi về 100% ều chỉnh.i v 100%

A 8,09 15,18 2,12 70,85 1,51 0,708 1,5 100,000

Hệ số sử dụng của than là: Ksd = = 1,07

Thành phần làm việc của than được tính bằng cách lấy Ksd nhân với từng thành phần của than đưa ra ở bảng 3.2

Bảng 5.3 Thành phần hóa làm việc của than A quy về 100%

Bảng 5.4 Thành phần hoá học của tro than

Bảng 5.5 Thành phần hoá học của tro than quy về 100%

3.Tính bài phối liệu

a Xác định thông số làm việc của than

Nhiệt trị thấp của than Q H:

QH = 81.Cl + 246.Hl – 26(Ol - Sl) – 6Wl (kCal/kgthan)

= 81.75,8+246.1,61-26.(1,605-2,26)-6.8,65= 6500,99 (kCal/kg than)

Xác định hàm lượng tro lẫn, [1]

t =100P B A.100. , %Trong đó: t – Hàm lượng tro lẫn vào CLK, %

A 8,65 16,24 2,26 75,8 1,61 0,75 1,605 100,000

Alv – Lượng tro than, Alv=16,24%;

B - hệ số lắng tro- phần tro than lắng lại trong lò nung

Do hiện nay hệ thống thu hồi rất tốt nên lựa chọn B= 100%

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

P = 100 (%)

'

H Q Q

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’= 750 ÷ 1200, kcal/kg CLK;+ Đối với lò đứng cơ giới hóa: Q’= 1000 ÷ 1200, kcal/kg CLK;+ Đối với lò đứng thủ công: Q’= 1300 ÷ 1800, kcal/kg CLK;

Lựa chọn Q’ =900 kCal/kg CLK;

QH - Nhiệt trị thấp của than, kCal/kg

Vậy hàm lượng than đọng lại trong CLK là 2,24%

b Tính toán phối liệu

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

Bảng 5.5 Thành phần các oxit của cấu tử chưa nung

Bảng 5.6 Thành phần các oxit của cấu tử đã nung

Nguyên liệu SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO CK SO 3 ∑

Gọi: x là phần KL cấu tử đá vôi đã nung

y là phần KL cấu tử đất sét đã nung

z là phần KL cấu tử quặng sắt đã nung

m là phần KL cấu tử quắc zít đã nung

t là hàm lượng tro than

ta thiết lập được hệ phương trình sau:

- Phương trình 1: x y z m t     100

x y z m    100  t 100 2, 24 97,76   (1)

- Phương trình 2:

(2)

Với Ci, Si, Ai, Fi lần lượt là % của Cao, SiO2, Al2O3, Fe2O3 của các cấu tử trong Clanhke

Thay số ở bảng 2.15 vào (2), (3), với LSF0=0,91 ta có phương trình sau:

Thay các giá trị trên vào hệ phương trình ta được:

91,6x – 193,785y – 240,598z – 88,782m = 413,864 (4)

- Phương trình 3:

Thay số ở bảng 2.15 vào (5), (6), với MA0=1,3 ta có phương trình sau:

-0,1x + 3,84y + 0,43z -107,59m = -43,959

(7)

- Phương trình 4:

(8)Trong đó ∆Si = với MSi=

(9)Thay số ở bảng 2.15 vào (8), (9), với MS0=2,3 ta có phương trình sau:

-0,77x + 2,378y + 78,117z -166,164m = 29,492 (10)

Ta lập được hệ phương trình 4 ẩn từ 4 phương trình (1),(4),(7), (10):

+ Tính thành phần hóa học của từng cấu tử trong clanhke:

Thay số ở bảng 2.15 vào các công thức sau:

(11)

(13)(14) (15)

(16)(17)

Bảng 5.8 : Bảng thành phần hóa học của clanhke

Nguyên liệu SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO CK SO 3 ∑

Đá vôi, % 0,726 0,299 0,544 64,48 1,927 - - 67,68Đất sét, % 17,15 4,709 2,483 0,523 0,313 0,469 - 25,647Quặng sắt, % 0,207 0,058 0,953 0,022 0,034 - - 1,275

Tro than A,

0,034 0,004 2,24Tổng 22,22 5,797 3,864 65,127 2,308 0.503 0,004 100

91 2,8 1,18 0,65 2,8.22, 22 1,18.5,797 0,65.3,864

C LSF

S MS

A MA

F

Nhận xét : sai lêch không vượt quá giới hạn cho phép,như vậy kết quả là

phù hợp

Mô đun silicat MS=2,3 (nằm trong giới hạn 1,7-2,5) đối với CLK thông thường ít gây ảnh hưởng đến cường độ xi măng MS cao chứng tỏ hàm lượng khoáng silicat lớn, khoáng nóng chảy nhỏ -> xi măng có chất lượng tốt nhưng phốiliệu khó nung đến nhiệt độ kết khối, làm giảm năng suất và tuổi thọ của lò.

Mô đun MA =1,3( nằm trong giới hạn 1-1,3 ) tương đối chuẩn với CLK nhưvậy sẽ cho ta xi măng mac cao, cường độ lớn,khả năng tạo khoáng C3S lớn, tuy nhiên khó khắn trong quá trình nung luyện

-Tính bài phối liệu

Từ thành phần hóa của nguyên liệu đã nung, ta chuyển về thành phần hóa của nguyên liệu chưa nung ta có :

x0 = x.100 / (100-MKN1) = 67,857.100 / ( 100-43,7) =120,5 phần trọng lượng

yo = y.100 / (100-MKN2) = 25,647.100 /( 100-8,03) = 27,8 phần trọng lượng

z o = z.100 / (100-MKN3) = 2,981.100 / ( 100-7,05) =3,2 phần trọng lượng

Đổi sang thành phần % ta được

- Tính tít phối liệu :

T = 1,785.CaO + 2,09.MgO = 1,785.43,402+2,09.0,403 = 78,3 %

Nhận xét : Tít PL lớn hơn yêu cầu của bài toán đặt ra và nằm trong giới hạn cho phép (79±1) % là 1% Tít phối liệu 78,3% nên quá trình nung bình thường