Nghiên cứu ảnh hưởng của một số đặc điểm kỹ thuật của bột xi măng đến năng suất máy đóng bao kiểu quay bán tự động

Kết luận chương 2……… 44 Chương 3 - THỰC NHGIỆM KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA BỘT XI MĂNG ĐẾN NĂNG SUẤT CỦA MÁY ĐÓNG BAO KIỂU QUAY………... Xuất phát từ những đặc điểm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

HOÀNG TRƯỜNG SƠN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA BỘT XI MĂNG TỚI NĂNG SUẤT MÁY ĐÓNG BAO

1

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN……… 3

DANH MỤC CÁC BẢNG……… 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ……… 5

MỞ ĐẦU……… 5

Chương 1 – TỔNG QUAN……… 9

1.1 Khái niệm về chất kết dính vô cơ và xi măng 9

1.2 Quy trình sản xuất xi măng 12

1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới trong lĩnh vực đóng bao xi măng ……… 16

1.4 Kết luận chương 1……… 17

Chương 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA XI MĂNG ĐẾN NĂNG SUẤT MÁY ĐÓNG BAO KIỂU QUAY……… 18

2.1 Các phương pháp đóng bao xi măng……… 18

2.1.1 Máy đóng bao hở 19

2.12 Máy đóng bao van kiểu nạp liệu bằng trục vít……… 20

2.1.3 Máy đóng bao kiểu cánh guồng ly tâm ……… 22

2.2 Cơ sở lý thuyết trạng thái lỏng giả (tầng sôi) của lớp vật liệu dạng bột 28

2.3 Điều kiện lỏng giả của hạt xi măng……… 31

2.4 Cơ sở lý thuyết về các máy vận chuyển chất lỏng giả bằng cánh ly tâm 34 2.4.1 Những phương trình cơ bản của máy cánh ly tâm……… 35

2.4.2 Công suất và hiệu suất của máy……… 41

2.4.3 Lưu lượng của máy cánh ly tâm……… 42

2.5 Năng suất máy đóng bao bột xi măng……… 43

2

2.6 Kết luận chương 2……… 44

Chương 3 - THỰC NHGIỆM KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA BỘT XI MĂNG ĐẾN NĂNG SUẤT CỦA MÁY ĐÓNG BAO KIỂU QUAY……… 45

3.1 Mục đích thí nghiệm 45

3.2 Trang thiết bị thí nghiệm bằng phương pháp chạy khảo nghiệm 47

3.2.1 Nguyên liệu phục vụ thí nghiệm 47

3.2.2 Trang thiết bị thực nghiệm……… 48

3.2.3 Các thiết bị cân đo định lượng……… 49

3.2.Tiến hành khảo nghiệm 52

3.2.1 Thí nghiệm ảnh hưởng của tốc độ khí nén đến năng suất đóng bao 52

3.2.2 Thí nghiệm ảnh hưởng của nhiệt độ đến năng suất máy đóng bao 55

3.2.3 Thí nghiệm ảnh hưởng của độ ẩm đến máy đóng bao kiểu quay 56

3.3 Kết luận chương 3 58

Chương 4-KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……… 60

LỜI CẢM ƠN 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình khác, trừ những phần tham khảo đã được ghi rõ trong luận văn

Tác giả

Hoàng Trường Sơn

4

DANH MỤC CÁC BẢNG

2 Ảnh hưởng của tốc độ xục khí đến năng suất đóng bao 53

3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến năng suất đón bao 55

4 Ảnh hưởng của độ ẩm đến năng suất đóng bao 57

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

2 1.2 Sơ đồ bố trí thiết bị khu vực đóng bao 16

8 2.6 Máy đóng bao bằng cánh guồng ly tâm, bán tự động 08

vòi

26

9 2.7 Máy đóng bao kiểu quay nạp liệu bằng cánh guồng 27

10 2.8 Máy đóng bao kiểu quay nạp liệu bằng khí nén 27

11 2.9 Sự phụ thuộc giữa trở lực giữa lớp hạt và không khí 29

12 2.10 Quan hệ phụ thuộc giữa chuẩn Ly đối với hạt rắn ở

trạng thái lỏng giả

30

13 2.11 Sơ đồ bánh động của bơm ly tâm 35

15 2.13 Sự phân bố tốc độ tại một số tiết diện kiểm tra 35

5

18 3.1 Mô hình thực nghiệm tại nhà máy xi măng Sông Thao 46

19 3.2 Mô hình thực nghiệm tại Viện nghiên cứu Cơ khí 46

26 3.9 Quan hệ giữa tốc độ xục khí trong khoang trộn và năng

suất máy đóng bao

6

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong những năm gần đây nước ta trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, trong đó xây dựng cơ sở hạ tầng là một yêu cầu quan trọng Đồng thời cùng với tốc độ đô thị hóa, mức sống của người dân tăng cao nhu cầu về nhà ở càng trở lên cấp thiết dẫn đến nhu cầu về xi măng _chất kết dính thủy lực truyền thống ngày càng tăng

Theo tính toán của Hiệp hội xi măng Việt Nam, nhu cầu xi măng trong nước của nước ta năm sau tăng trung bình từ 9-10% so với năm trước và dự tính năm

2011 nhu cầu gồm tiêu thụ trong nước và một phần xuất khẩu đạt khoảng 56÷57 triệu tấn Để đáp ứng như cầu cấp thiết đó, rất nhiều nhà máy đã được xây dựng và hàng năm lại có nhiều nhà máy xi măng ra đời Xi măng thương phẩm được xuất ra hai dạng: dạng rời dùng cung cấp cho các hộ tiêu thụ trực tiếp như các công trình thủy điện, trạm trộn bê tông, cơ sở bê tông đúc sẵn và các trạm trung chuyển chiếm từ 10÷20% sản lượng; dạng đóng bao dùng để lưu kho dự trữ, bán cho các đại lý nhỏ cung cấp cho các hộ tiêu thụ nhỏ, vùng sâu vùng xa chiếm phần sản lượng còn lại Do đó, máy đóng bao xi măng là thiết bị không thể thiếu trong hệ thống đóng bao xi măng của nhà máy xi măng hiện đại cũng như trong các trạm trung chuyển xi măng

Vì công đoạn đóng bao với vật liệu xi măng có những đặc tính kỹ thuật khác nhau tại các môi trường khác nhau nên khi đưa thiết bị đóng bao vào hoạt động đã xảy ra rất nhiều vấn đề ảnh hưởng đến năng suất quá trình đóng bao và làm ảnh hưởng đến năng suất và hiệu quả kinh tế toàn nhà máy

Xuất phát từ những đặc điểm và tình hình trên tác giả đã chọn đề tài: “

Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kỹ thuật của bột xi măng tới năng suất máy đóng bao kiểu quay bán tự động” nhằm xác định liên hệ giữa các thông số kỹ

thuật của bột xi măng với năng suất máy đóng bao Từ đó nâng cao năng suất máy đóng bao

7

2 Đối tượng, mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là một số thông số kỹ thuật của bột xi măng tới năng suất máy đóng bao kiểu quay bán tự động

Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

2.2 Mục đích nghiên cứu

Xác định được mối liên hệ giữa các thông số kỹ thuật của chính của bột xi măng (kích thước hạt, khối lượng riêng, thành phần hóa học, độ ẩm, nhiệt độ) và năng suất máy đóng bao, từ đó nâng cao năng suất máy đóng bao

Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất và nghiên cứu

2.3 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về đóng bao xi măng, ảnh hưởng của một số thông số kỹ thuật của xi măng đến năng suất máy đóng bao xi măng

Nghiên cứu thực nghiệm: Thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của một số thông

số kỹ thuật của xi măng là đặc tính bột, nhiệt độ, độ ẩm của xi măng đến năng suất máy đóng bao

2.4 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm:

- Các phương pháp đóng bao bột xi măng

- Phân tích động học và động lực học của xi măng

- Khảo nghiệm và xử lý số liệu khảo nghiệm

- Phân tích và đánh giá kết quả khảo nghiệm

3 Ý nghĩa của đề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học

Ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật của bột xi măng tới khả năng đóng bao bằng máy nói chung và khả năng đóng bao sử dùng cánh guồng ly tâm (kiểu quay)

8

nói riêng đã và đang được nhiều hãng sản xuất của nước ngoài quan tâm nghiên cứu

và ứng dụng Những kết quả nghiên cứu đó đã trở thành bí quyết riêng của hãng sản xuất, được tích hợp vào sản phẩm và nâng giá trị của sản phẩm lên rất cao Ở Việt Nam, nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật của bột xi măng đến khả năng đóng bao bằng máy thì chưa có công trình nghiên cứu nào về lĩnh vực này được công bố Đề tài với nội nghiên cứu những thông số kỹ thuật cơ bản của bột xi măng là: đặc tính bột, nhiệt độ, độ ẩm của lớp bột đến khả năng và năng suất máy đóng bao bằng máy dùng cánh guồng ly tâm có ý nghĩa khoa học và phù hợp với hướng nghiên cứu của khoa học và công nghệ của các nước trên thế giới

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kỹ thuật của bột xi măng tới năng suất của máy đóng bao kiểu quay bán tự động sẽ là cơ sở để thiết kế chế tạo các máy đóng bao xi măng, các máy đóng bao các dạng bột tương tự ở trong nước, mang lại hiệu quả và lợi ích kinh tế lớn

Kết quả nghiên cứu được khảo nghiệm và ứng dụng vào thực tế sản xuất tại nhà máy Xi măng Sông Thao và ứng dụng chế tạo một mô đun đóng bao xi măng bán tự động tại Viện Nghiên cứu Cơ khí

Nội dung luận văn bao gồm:

Chương 1 : Tổng quan

Chương 2 : C¬ së lý thuyÕt vÒ sự ảnh hưởng của một số thông số kỹ thuật

của bột xi măng đến khả năng và năng suất của máy đóng bao xi măng tự động

Chương 3 : Thực nghiệm khảo sát sự ảnh hưởng của một số thông số kỹ

thuật của bột xi măng tới khả năng và năng suất máy đóng bao kiểu quay bán tự động bằng thực nghiệm

9

Chương 1 - TỔNG QUAN

1.1 Khái niệm về chất kết dính vô cơ và xi măng

Chất kết dính vô cơ là loại vật liệu thường ở dạng bột, khi nhào trộn với nước hoặc các dung môi khác thì tạo thành loại hồ dẻo, dưới tác dụng của quá trình hóa lý tự nó có thể rắn chắc và chuyển sang trạng thái đá Do khả năng này

của chất kết dính vô cơ mà người ta sử dụng chúng để gắn các loại vật liệu rời rạc (cát, đá, sỏi) thành một khối đồng nhất trong công nghệ chế tạo bê tông, vữa xây dựng, gạch silicat, các vật liệu đá nhân tạo không nung và các sản phẩm xi măng amiăng

Có loại chất kết dính vô cơ không tồn tại ở dạng bột như vôi cục, thủy tinh lỏng Có loại khi nhào trộn với nước thì quá trình rắn chắc xảy ra rất chậm như

chất kết dính magie, nhưng nếu trộn với dung dịch MgCl2 hoặc MgSO4 thì quá trình rắn chắc xảy ra nhanh, cường độ chịu lực cao

Căn cứ vào môi trường rắn chắc, chất kết dính vô cơ được chia làm 3 loại: chất kết dính rắn trong không khí, chất kết dính rắn trong nước và chất kết dính rắn trong Ôtôcla

Chất kết dính vô cơ rắn trong không khí

Chất kết dính vô cơ rắn trong không khí là loại chất kết dính chỉ có thể rắn chắc và giữ được cường độ lâu dài trong môi trường không khí

Chất kết dính vô cơ rắn trong nước

Chất kết dính vô cơ rắn trong nước là loại chất kết dính không những có khả năng rắn chắc và giữ được cường độ lâu dài trong môi trường không khí mà còn có khả năng rắn chắc và giữ được cường độ lâu dài trong môi trường nước

Về thành phần hoá học chất kết dính rắn trong nước là một hệ thống phức tạp bao gồm chủ yếu là liên kết của 4 oxyt CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3 Các liên kết đó hình thành ra 3 nhóm chất kết dính chủ yếu sau :

(1) Xi măng Silicat : các khoáng chủ yếu là Silicat canxi (đến 75%) Trong nhóm này gồm có xi măng pooc lăng và các chủng loại của nó (nhóm chất kết dính chủ yếu trong xây dựng)

10

(2) Xi măng alumin: Aluminat canxi là các khoáng chủ yếu của nó

(3) Vôi thuỷ và xi măng La mã

Chất kết dính rắn trong Ôtôcla

Bao gồm những chất có khả năng trong môi trường hơi nước bão hoà có

nhiệt độ 175 200C và áp suất 8 12 atm để hình thành ra “đá xi măng“ Chất kết

dính này có 2 thành phần chủ yếu là CaO và SiO2 Ở điều kiện thường chỉ có CaO đóng vai trò kết dính nhưng trong điều kiện ôtôcla thì CaO tác dụng với SiO2 tạo thành các khoáng mới có độ bền nước và khả năng chịu lực cao Các chất kết dính thường gặp trong nhóm này là: chất kết dính vôi silic; vôi tro; vôi xỉ,

Trong các nhóm xi măng trên, xi măng pooc lăng (nhóm silicat) chiếm thị phần chủ yếu của thị trường xi măng Việt Nam và nhu cầu ngày càng tăng trong những năm tiếp theo Nguyên nhân là do loại xi măng này đơn giản trong sử dụng kết hợp với trong nước có nhiều địa phương có khoáng sản phù hợp với việc xây dựng nhà máy sản xuất, cùng với việc ứng dụng rộng rãi quy trình xi măng lò quay giúp giảm chi phí, tăng chất lượng sản phẩm dẫn đến sự phổ biến của loại xi măng này Đề tài lựa chọn xi măng pooc lăng là nguyên liệu khảo nghiệm vì sự thuận tiện cho việc khảo cứu và áp dụng kết quả của đề tài

Xi măng pooc lăng là chất kết dính rắn trong nước, chứa khoảng 70 - 80% silicat canxi nên còn có tên gọi là xi măng silicat Nó là sản phẩm nghiền mịn của clinke với phụ gia đá thạch cao (3 - 5%).Đá thạch cao có tác dụng điều chỉnh tốc độ đông kết của xi măng để phù hợp với thời gian thi công

Clinke thường ở dạng hạt có đường kính 10 - 40 mm được sản xuất bằng cách nung hỗn hợp đá vôi, đất sét và quặng sắt đã nghiền mịn đến nhiệt độ kết khối (khoảng 1450oC).Chất lượng clinke phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, hóa học

và công nghệ sản xuất Tính chất của xi măng do chất lượng clinke quyết định

ở dạng cấu trúc tinh thể hoặc vô định hình

Clinke có 4 khoáng vật chính như sau :

Alit : silicat canxi 3CaO.SiO2 ( viết tắt là C3S) chiếm hàm lượng 45 - 60% trong clinke.Alit là khoáng quan trọng nhất của clinke, nó quyết định cường độ và các tính chất khác của xi măng Đặc điểm làt tốc độ rắn chắc nhanh, cường độ cao, tỏa nhiều nhiệt, dễ bị ăn mòn

Bêlit : silicat canxi 2CaO.SiO2 (viết tắt là C2S) Chiếm hàm lượng 20 - 30% trong clinke Bêlit là khoáng quan trọng thứ hai của clinke Đặc điểm là rắn chắc chậm nhưng đạt cường độ cao ở tuổi muộn, tỏa nhiệt ít, ít bị ăn mòn

Aluminat canxi : 3CaO.Al2O3 (viết tắt là C3A ) Chiếm hàm lượng 4 - 12 % trong clinke Đặc điểm là rắn chắc rất nhanh nhưng cường độ rất thấp, tỏa nhiệt rất nhiều và rất dễ bị ăn mòn

Feroaluminat canxi : 4CaO.Al2O3.Fe2O3 ( viết tắt là C4AF ) Chiếm hàm lượng 10 - 12% trong clinke Đặc điểm là tốc độ rắn chắc, cường độ chịu lực, nhiệt lượng tỏa ra và khả năng chống ăn mòn đều trung bình

Ngoài các khoáng vật chính trên trong clinke còn có một số thành phần khác như CaO; Al2O3; Fe2O3; MgO; K2O và Na2O, tổng hàm lượng các thành phần này khoảng 5-15% và có ảnh hưởng xấu đến tính chất của xi măng làm cho xi măng kém bền nước.Khi hàm lượng các khoáng thay đổi thì tính chất của xi măng cũng thay đổi theo

Các thành phần hóa học của xi măng pooc lăng ảnh hưởng đến quá trình đóng bao bằng máy:

C3A + 6H2O → 3C3AH6 (đóng rắn nhanh)

C4AF (Tetracalcium Aluminoferrite ) : Thời gian bắt đầu đông kết của xi măng phụ thuộc vào hàm lượng của pha ferrite trong thành phần của xi măng

C4AF + CaSO4.2H2O + CaOH)2 → 3CaO(Al2O3,Fe2O3).3CaSO4

Đá xi măng có cấu trúc đặc khít và các không gian rỗng đã được lấp đầy bằng ettringite, hiđroxit sắt, hiđroxit nhôm, pha tạo gen của silicat canxi ngậm nước

1.2 Quy trình công nghệ sản xuất xi măng

Nguyên liệu sản xuất

Nguyên liệu sản xuất clinke là đá vôi có hàm lượng canxi lớn như đá vôi đặc, đá phấn, đá macnơ và đất sét Trung bình để sản xuất 1 tấn xi măng cần khoảng 1,5 tấn nguyên liệu Tỷ lệ giữa thành phần đá vôi và đất sét vào khoảng 3/1

Ngoài hai thành phần chính là đá vôi và đất sét người ta có thể cho thêm vào thành phần phối liệu các nguyên liệu phụ để điều chỉnh thành phần hóa học,nhiệt độ kết khối và kết tinh của các khoáng

Quá trình sản xuất xi măng gồm các công đoạn chuẩn bị phối liệu, nung và nghiền

13

Chuẩn bị phối liệu

Gồm có khâu nghiền mịn, nhào trộn hỗn hợp với tỷ lệ yêu cầu để đảm bảo cho các phản ứng hóa học được xảy ra và clinke có chất lượng đồng nhất

Thông thường có hai phương pháp chuẩn bị phối liệu: Khô và ướt

Phương pháp khô: Khâu nghiền và trộn đều thực hiện ở trạng thái khô hoặc

đã sấy trước Đá vôi và đất sét được nghiền và sấy đồng thời cho đến độ ẩm 1-2% trong máy nghiền bi Sau khi nghiền, bột phối liệu được đưa vào xi lô để kiểm tra hiệu chỉnh lại thành phần và để dự trữ đảm bảo cho lò nung làm việc liên tục

Phương pháp ướt: Đất sét được máy khuấy tạo huyền phù sét, đá vôi được

đậpnhỏ rồi cho vào nghiền chung với đất sét ở trạng thái lỏng (lượng nước chiếm 35-45%) trong máy nghiền bi cho đến khi độ mịn đạt yêu cầu Từ máy nghiền hỗn hợp được bơm vào bể bùn để kiểm tra và điều chỉnh thành phần trước khi cho vào lò nung

Nung

Quá trình nung phối liệu được thực hiện chủ yếu trong lò quay Nếu nguyên liệu chuẩn bị theo phương pháp khô có thể nung trong lò đứng Lò quay là ống trụ bằng thép đặt nghiêng 3-4o, trong lót bằng vật liệu chịu lửa Chiều dài lò 95-185m, đường kính 5-7m

Lò quay làm việc theo nguyên tắc ngược chiều Hỗn hợp nguyên liệu được đưa vào đầu cao, khí nóng được phun lên từ đầu thấp.Khi lò quay, phối liệu được chuyển dần xuống và tiếp xúc với các vùng có nhiệt độ khác nhau, tạo ra những quá trình hóa lý phù hợp để cuối cùng hình thành clinke Tốc độ quay của lò 1 - 2 vòng/phút

Clinke khi ra khỏi lò ở dạng màu sẫm hoặc vàng xám được làm nguội

từ 10000C xuống đến 100 - 2000C trong các thiết bị làm nguội bằng không khí rồi giữ trong kho 1- 2 tuần

Nghiền

Việc nghiền clinke thành bột mịn được thực hiện trong máy nghiền bi làm việc theo chu trình hở hoặc chu trình kín Máy nghiền bi là ống hình trụ bằng thép

Xi măng sau khi nghiền có nhiệt độ 80 - 1200C được hệ thống vận chuyển bằng khí nén đưa lên xilô Xilô là bể chứa bằng bê tông cốt thép đường kính 8 -15

m, cao 25 - 30m, những xi lô lớn có thể chứa được 4000 - 10000 tấn xi măng

Xi măng trong xi lô có đặc tính kỹ thuật sau:

+ Cỡ hạt: 1÷50µm chiếm 90%, lớn hơn 50 µm chiếm 10%

+ Độ ẩm: 0÷1%

+ Tỉ trọng 1100 kg/m3

Thành phần:

+ Alit: 3CaO.SiO2 ( viết tắt là C3S) chiếm hàm lượng 45 - 60%

+ Bêlit : 2CaO.SiO2 (viết tắt là C2S) Chiếm hàm lượng 20 - 30%

+ Aluminat canxi : 3CaO.Al2O3 (viết tắt là C3A ) Chiếm hàm lượng 4 - 12 %

+ Feroaluminat canxi : 4CaO.Al2O3.Fe2O3 ( viết tắt là C4AF ) Chiếm hàm lượng 10 - 12%

Xuất xi măng

Từ đáy xilô xi măng được suất theo theo hai đường chính là xuất trực tiếp lên

xe téc (xi măng dời) và là đóng bao Xi măng chứa trong xi lô 1 (hình 1.1) được rút

ra ngoài qua hệ thống máng khí động 2 vào bun ke cân 3, từ đây xi măng được xuất theo máng khí động 4 trực tiếp lên xe téc hay theo máng khí động 5 đến gầu nâng

sang khu vực máy đóng bao Tại khu vực đóng bao (hình 1.2) xi măng được gầu

nâng 1 trút xuống sàng rung 2 (nơi loại bỏ rác và các hạt quá cỡ), từ sàng rung xi măng được trút xuống bun ke cân 3, qua các van 4 xi măng được đưa xuống máy đóng bao 5

15

Do lượng xi măng đóng bao dùng để lưu kho dự trữ, cung cấp cho các hộ tiêu thụ nhỏ chiếm từ 80-90% sản lượng của nhà máy và bao xi măng phải đảm bảo những yêu cầu kỹ thuật nhất định (ví dụ TCVN 2682-1999) nên máy đóng bao là một trong những thiết bị quan trọng nhất của nhà máy sản xuất xi măng Việc lựa chọn máy đóng bao và năng suất máy ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và hiệu quả kinh tế của toàn nhà máy

Hình 1.1: Thiết bị dưới đáy si lô

1 Si lô xi măng; 2.Máng khí động; 3 Bun ke cân; 4 Máng khí động; 5.Máng khí

động

16

Hình 1 2: Sơ đồ bố trí thiết bị khu vực đóng bao 1.Gầu nâng, 2 sàng rung, 3 Bunke cân, 4 Van, 5 Máy đóng bao,

6 Thiết bị thu bụi

1.3 Tỡnh hỡnh nghiờn cứu trong nước và trờn thế trong lĩnh vực đúng bao xi măng

Trên thế giới tại các nước công nghiệp phát triển hệ thống đóng bao xi măng

đã đạt tới trình độ cao về công nghệ thiết bị, năng suất và đạt độ chính xác ± 150g/ bao 50kg Có những hãng chuyên sản xuất dây chuyền đóng bao nói chung và máy

đóng bao nói riêng loại nhiều vòi phù hợp với dây chuyền cỡ trung bình và lớn như: máy 6 vòi, 8 vòi 12 vòi Xét theo cách bố trí các vòi có các loại máy như: Hãng AMEO-V của Ventomatic, kiểu bố trí các vòi trên đường thẳng, do bị hạn chế số vòi, tăng diện tích nhà xưởng nên hạn chế sử dụng Máy của hãng Haver Boecker (H

& B ) Đức, các mô đun cân bố trí theo vòng tròn ( máy đóng bao ROTO PARKER) khắc phục được nhược điểm trên Theo nguyên lý nạp liệu vào bao thì có nạp bao

kiểu cánh guồng (kiểu quay) và nạp liệu bằng khí nén Theo kiểu vỏ bao thì có máy

đóng bao kiểu hở và kiểu bao van, máy kiểu bao van (valve bag) thông dụng hơn

17

Xét theo kiểu cân thì có cân cơ và cân điện tử, kiểu cân điện tử ưu việt hơn nhiều so với kiểu cân cơ chế tạo thuận lợi và kích thước gọn Xét theo mức tự động hóa thì có máy tự động hóa hoàn toàn và máy bán tự động (nạp bao bằng tay)

Trong gần 20 năm qua nước ta nhập hàng chục dây chuyền thiết bị toàn bộ xi măng lò quay với công suất khác nhau: phổ biến loại công suất: 1,4 triệu tấn/năm, 2 triệu tấn /năm Ngành Cơ khí nước ta đã tham gia tổng lắp đặt cả dây chuyền, chế tạo sản phẩm kết cấu và các thiết bị đơn giản Song công việc chế tạo, lắp đặt được làm theo sự hướng dẫn của chuyên gia nước ngoài Với điều kiện kinh tế, khẳ năng công nghệ, điều kiển ở nước ta thì lựa chọn việc nghiên cứu máy đóng bao nạp liệu kiểu cánh guồng (kiểu quay) cân điện tử bán tự động là khả thi và phù hợp hơn cả Viện IMI và Viện Nghiên cứu Cơ khí đã thiết kế máy đóng bao kiểu quay, song cũng chỉ mới dừng ở khâu thiết kế bước đầu thử nghiệm chế tạo Việc nghiên cứu tổng thể đặc tính kỹ thuật của xi măng trong điều kiện cụ thể ảnh hưởng đến năng suất của máy đóng bao kiểu quay để tạo cơ sở cho việc chế tạo trong nước thì chưa

được tiến hành

1.4 Kết luận chương 1

Cựng với sự phỏt triển nhu cầu xi măng núi ở nước ta ngày càng tăng Để đỏp ứng nhu cầu đú cỏc nhà mỏy xi măng cũ và mới đều phải quan tõm đến việc nõng cao năng suất nhà mỏy Việc tăng năng suất khụng thể bỏ qua khõu đúng bao

và thiết bị quan trọng nhất trong khõu này là mỏy đúng bao

Xi măng núi chung và xi măng pooc lăng núi riờng với những thụng số kỹ thuật riờng, để nõng cao năng suất đúng bao đũi hỏi mỏy đúng bao phải cú đặc điểm cấu tạo riờng cựng với chế độ vận hành riờng biệt Từ yờu cầu cải tiến nõng cao năng suất và thiết kế, chế tạo mỏy đúng bao trong nước vấn đề nghiờn cứu ảnh hưởng của cỏc thụng số kỹ thuật của xi măng đến năng suất mỏy đúng bao càng trở lờn cấp thiết

18

Chương 2 - CƠ SỞ Lí THUYẾT VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT

SỐ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA XI MĂNG ĐẾN NĂNG SUẤT MÁY ĐểNG BAO KIỂU QUAY

2.1 Cỏc phương phỏp đúng bao xi măng

Đúng bao xi măng nhằm mục đớch bảo quản sản phẩm lõu dài, giữ vệ sinh, định lượng sản phẩm và rất quan trọng trong việc vận chuyển và tiờu thụ Mỏy đúng bao xi măng là mỏy đúng bao sản phẩm dạng rời

Trong đúng bao núi chung và đúng bao xi măng núi riờng, khõu định lượng

là khõu quan trọng nhất, phõn loại theo phương phỏp định lượng căn bản gồm hai dạng: định lượng theo thể tớch và định lượng theo khối lượng

Định lượng theo thể tớch được ỏp dụng cho vật liệu dạng rời cú ưu điểm là đơn giản, dễ chế tạo nhưng độ chớnh xỏc khụng cao do ảnh hưởng của đặc tớnh vật liệu Cỏc cơ cấu định lượng theo thể tớch cú thể dựng cỏc kết cấu: kiểu khoang, đĩa, vớt xoắn, mỏng cào, bơm…

Ngày nay, cựng với sự phỏt triển của kỹ thuật điện tử, với nhiều loại cõn điện

tử (loadcell) với độ chớnh xỏc và ổn định cao ra đời đó kết hợp hai phương phỏp đúng bao theo thể tớch và đúng bao theo trọng lượng, giỳp tăng hiệu xuất mỏy đúng bao và giải quyết nhược điểm của phương phỏp định lượng theo thể tớch đú là độ chớnh xỏc khi đúng bao Tổng quan cỏc mỏy đúng bao gồm cú ba cơ cấu chớnh đú là: cơ cấu nạp liệu vào bao, cơ cấu cõn kiểm tra và cơ cấu dỡ bao hoàn thành

Căn cứ vào một số tiêu chí kỹ thuật chính, có thể chia thành các nhóm, dạng sau:

• Theo kiểu bao, có các loại đóng bao hở (open bag) và bao van (valve bag) Với mỗi loại bao, có kết cấu kẹp bao, nạp liệu khác nhau Với bao xi măng, chủ yếu chỉ sử dụng bao van, là loại bao đã được làm kín sẵn cả hai đầu, chỉ còn một miệng

có đường kính 50-70 mm, kết cấu hình ống đủ dài, dùng cho nạp xi măng vào và tự khoá kín sau khi đẩy nhờ chính lực ép của khối xi măng từ bên trong bao ra miệng

19

• Theo phương pháp nạp liệu vào bao: với loại bao van, người ta sử dụng 3 kiểu nạp liệu: kiểu cánh guồng ly tâm, kiểu vít và kiểu khí nén Kiểu khí nén tiêu thụ năng lượng ít hơn, nhưng kết cấu đòi hỏi có những chi tiết chế tạo khó khăn, đặc biệt trong điều kiện công nghệ của Việt Nam (ví dụ tấm đồng xốp thổi khí) Do vậy, kiểu cánh guồng được dùng phổ biến hơn do cấu trúc máy đơn giản, dễ bảo trì hơn máy dùng khí nén nạp liệu

• Theo số vòi: thường có các loại 1, 3, 4, 6, 8, 10, 12, 16 vòi/máy Máy có số vòi 8-12 thích hợp với các dây chuyền xi măng cỡ trung bình và lớn, đồng thời suất

đầu tư trên tấn sản phẩm lại thấp hơn (Hình 6)

• Theo mức độ tự động hoá: có thể có các dạng hoàn toàn tự động, kể cả quá trình nạp bao bằng máy, kết hợp điều khiển từ xa qua các thiết bị giám sát hiện đại nhờ camera, SCADA Dạng bán tự động trong đó có các quá trình nạp bao được thực hiện bằng tay, tuy nhiên mọi nguyên công còn lại, kể cả giám sát hệ thống cũng

đều được tự động hoá hoàn toàn

2.1.1 Mỏy đúng bao hở

Cấu tạo chung của một máy đóng bao bao hở như (hình1) Nguyên lý hoạt

động nhưu sau: Liệu từ phễu cấp liệu trung gian qua máy cấp liệu kiểu rung 5 cấp liệu đều vào phễu cân, lúc này van 8 đóng, khi cân đủ cân van 14 đóng, van 8 mở nạp liệu vào phễu cấp từ phễu 9 nạp liệu vào bao Khi thay đổi kích thước bao, điều chỉnh bằng cách thay đổi giá điều chỉnh 11

Máy đóng bao hở dùng để đóng các hạt có kích thước trung bình như thức ăn gia súc, gạo, hạt cafe Tuy nhiên, do năng suất tháp, bụi lớn ảnh hưởng nhiều đến môi trương, các máy đóng bao này chỉ phù hợp cho các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ

20

1.Phễu chứa liệu trung gian;2.Van chặn; 3 máng dẫn liệu; 4,5.Cấp liệu kiểu rung; 6 loadcell; 7 phễu cân; 8 cửa chặn; 9 phễu cấp liệu; 10 vòi cấp; 11

giá điều chỉnh; 12 khung máy; 13 tủ điều khiển; 14 van chặn liệu rung

Hình 2.1 : Máy đóng bao hở

2.1.2 Mỏy đúng bao van kiểu nạp liệu bằng trục vớt

Máy đóng van nạp liệu bằng trục vít dùng để đóng các hạt có kích thước trung bình từ 50.10-6m đến 5.10-4 m như thức bột đá, bột barit, thức ăn gia súc,bột cà fe

Nguyên lý cấu tạo (hình 2) và nguyên lý hoạt động tương tự như máy đóng

bao hở, chỉ khác cơ cấu nạp liệu vào bao bằng vít

Khả năng đóng bao phụ thuộc rất nhiều vào độ ẩm của vật liệu, khi độ ẩm vật liệu vượt quá 7% có hiện tượng bết dính, gây tắc vít nạp

Các thông số chính:

Q năng suất trọng lượng(T/h); V năng suất thể tích; D đường kính vít(m); t bước vít (m); ξ=t/D (hệ số); γ trọng lượng rêng t/m3; ψ hệ số điền đầy của vít; Cβ

hệ số tính đến góc nâng so với phương ngang; n số vòng quay/phút của vít

Đối với vít đặt ngang và nghiêng năng suất của trục vít

Số vòng quay lớn nhất của vít có thể tính gần đúng

Với vật liệu nhẹ bụi, than, bột grapht ; n =

Hệ số điền đầy tiết diện ngang của vít nên dùng theo tính chất sau :

+Với vật liệu nặng (có mài) ψ=0,125

+ Với vật liệu nặng (không mài) ψ=0,25

+ Với vật liệu nhẹ (có mài) ψ=0,32

+ Với vật liệu nhẹ (không mài) ψ =0,4

Nếu vít tải để nghiêng ta có Cβ( hệ số góc nâng) ⇔ góc nghêng β

22

Hình 2.2: Máy đóngbao kiểu trục vít 1_Phễu thu bụi; 2_Khung máy; 3_Cấp liệu kiểu rung; 4_Loadcell trọng l−ợng; 5_Phễu cân;

6_Van điện động; 7,8_phễu nạp; 9_Vít tải nạp liệu; 10_Đai; 11_động cơ;

12_Van chắn tay; 13_phêu

Năng suất đóng bao còn phụ thuộc chủ yếu vào năng suất hoạt động của vít tải Do nạp liệu bằng vít nên năng suất không cao (khoản 6-12 t/h) nên máy đóng bao kiểu này phù hợp với các cơ sở sản xuất nhỏ

2.1.3 Mỏy đúng bao kiểu cỏnh guồng ly tõm

Mỏy đúng bao sử dụng cỏnh guồng ly tõm nạp liệu được dựng phổ biến để đúng bao xi măng, bột đỏ, bột than… với năng suất cao từ 8-25 tấn/h gồm cỏc bộp phận chớnh như sau:

08 Bộ phận điều chỉnh vị trí bao trên giá

09 Lò xo đỡ dưới

10 Khung cân 11.Xi lanh kẹp bao

và báo trạng thái

12 Cảm biến trọng lượng

Hình 2.3: Kết cấu một mô đun cân đóng bao của máy đóng bao bán tự động

24

đỡ bao nghiêng ra phía ngoài máy đóng bao Bao chứa với trọng lượng của nó sẽ tuột ra khỏi vòi nạp liệu và rơi vào máy tháo bao đặt sau máy đóng bao và tiếp tục đi theo dây chuyền Sau khi bao rơi ra khỏi máy, xi lanh đẩy tháo bao kéo yên đỡ bao

về vị trí cũ để bắt đầu một chu trình cân-đóng bao mới Xi lanh đẩy tháo bao lắp cố

định với khung cân qua một khớp quay và đầu cần xi lanh lắp cố định với yên đỡ bao

Toàn bộ xi lanh kẹp bao, vòi nạp liệu , yên đỡ bao được gắn trên khung cân

10 Khung cân được gắn với khung đế máy bằng bốn cụm lò xo khung cân Bốn cụm lò xo khung cân này chia hai, hai cụm lò xo trên và hai cụm lò xo dưới Lò xo khung cân dạng thanh và được lắp đặt song song cùng hướng để khử hết các dao

động ngang, chỉ còn dao động theo một chiều dọc thẳng đứng Để đo trọng lượng bao, trên đỉnh khung cân có nối với cụm cảm biến trọng lượng 12 Khi bơm liệu vào bao, dưới tác động của dòng liệu, trọng lượng của vật liệu nằm trong bao sẽ sinh ra các lực và các dao động Nhờ lò xo khung cân lắp đặt song song cùng hướng nên sẽ chỉ còn các lực theo chiều thẳng đứng tác động vào cụm cảm biến Để đảm bảo đo

được chính xác trọng lượng của bao hơn nữa, giữa khung cân và cảm biến trọng lượng có lắp hai khớp cầu tự lựa Như vậy mọi lực tác động lên cảm biến trọng lượng trong quá trình cân-đóng bao sẽ được khử hết trừ trọng lực do trọng lượng gây

ra Tại điểm kết nối giữa vòi nạp liệu và van điều tiết là một khớp nối mềm bằng cao

su Khớp nối này cho phép vòi nạp liệu trên khung cân dao động với van chặn nạp liệu cụm bánh guồng nạp liệu lắp cố định trên khung đế máy

Để tăng năng suất người ta tích hợp nhiều mô đun cân-đóng bao hoạt động song song, tự động và độc lập, mỗi mô đun cân-đóng bao có một tủ điện-điều khiển các thao tác cân-đóng bao riêng biệt (máy đóng bao nhiều vòi) Một hệ thống tiếp nhận và cấp liệu chung, hệ thống động lực dẫn động quay chính chung, hệ thống tiếp nhận khí nén chung, hệ thống tiếp nhận điện chung và hệ thống điều khiển

chung kiểm soát liên động với các thiết bị trong dây chuyền đóng bao (hình 6), mô

tả một máy đóng bao 08 vòi được lắp đặt tại nhà máy xi măng Sông Thao, có năng

suất từ 100-150 tấn/h

được đẩy ra khỏi máy sau khi bơm đầy có thể tự đóng kín lỗ bơm nên đảm bảo độ kín, tiết kiệm được nhân công khâu bao, hạn chế nhân công tiếp xúc với bụi xi măng

ảnh hưởng đến sức khỏe Ngoài ra, sử dụng bao van có thể tăng hàm lượng tự động hóa cho hệ thống đóng bao

Qua phân tích ở trên, chỉ có hai loại máy có khả năng đóng được loại bao van

là máy đóng bao kiểu trục vít, máy đóng bao bằng khí nén và máy đóng bao bằng cánh guồng ly tâm Đối với máy đóng bao trục vít, không thể tăng năng suất băng cách tăng đường kính cánh vít (đường kính lỗ bao van là xác định) cũng như khó có thể tăng năng suất bằng cách tăng số vòng quay vì sẽ đòi hỏi những kết cấu phức tạp

đảm bảo làm việc tin cậy ở tốc độ cao Máy đóng bao bằng khí nén thì chưa phù hợp với điều kiện ở nước ta chỉ có máy đóng bao bằng cánh guồng ly tâm là phù hợp hơn

19 20

21

23 24 26

Hình 2.6: Cấu tạo của máy đóng bao bán tự động 8 vòi 1.Động cơ-giảm tốc truyền động quay chính; 2 Bộ truyền đai truyền động quay

chính

3 Bộ đấu nối khí nén chung ;4 Bộ đấu nối điện-điều khiển chung; 5.Hộp giảm tốc trung tâm ; 6 Khung treo máy; 7 Vòng trạng thái; 8 Trục chính ; 9.Thân chia liệu;10 Khớp nối chữ thập ; 11 Bộ cảm biến trọng l−ợng ; 12.Động cơ truyền động nạp liệu ; 14.Bộ truyền đai truyền động nạp liệu ; 15 Xi lanh kẹp bao ; 16 Xi lanh

đẩy tháo bao ; 17 Yên đỡ bao ; 18 Khung cân ; 19 Lò xo khung cân ; 20.Sàn và bao che gom bụi ; 21.Gối bi định tâm ; 22.Khung đế máy ; 23.Van chặn nạp liệu ; 25.Vòi nạp liệu ; 26.Bánh guồng nạp liệu ; 27.Bộ cảm biến báo đầy; 28.Cửa cấp liệu

chung

27

Hình 2.7: Máy đóng bao kiểu quay nạp

liệu bằng cánh guồng

1 Bộ cấp điện và khí nén ; 2.Bộ truyền

động 3.Giảm tốc trung tâm; 4.Phễu cấp liệu;

5.Hộp thiết bị điều khiển; 6.Hệ thống bơm cấp

liệu; 7.Mô đun khung cân 8.Đường hồi liệu;

9.Giá đỡ khung cân; 10.Hệ thống báo mức;

11.Bảng điều khiển

Hình 2.8: Máy đóng bao kiểu quay nạp

liệu bằng khí nén

1 Bộ cấp điện và khí nén ; 2.Bộ truyền

động 3.Giảm tốc trung tâm; 4.Phễu cấp liệu; 5.Hộp thiết bị điều khiển; 6.Hệ thống bơm cấp liệu; 7.Mô đun khung cân 8.Đường hồi liệu; 9.Giá đỡ khung cân; 10.Hệ thống báo mức;

11.Bảng điều khiển

28

Căn cứ vào từng ưu nhược điểm của từng loại máy và nguyên liệu như đã phân tích ở trên, xuất phát từ thực tiễn sản xuất xi măng tại Việt Nam cũng như nhiều nước trên thế giới và trong khu vực, trên cơ sở khả năng công nghệ cơ khí, tự

động hoá của Việt Nam hiện nay và những năm tới đây, tác giả xác định mô hình máy đóng bao xi măng tự động nhiều vòi thích hợp nhất là máy kiểu quay, nạp liệu bằng cánh guồng ly tâm, cân và điều khiển điện tử, nạp bao bằng tay_gọi tắt là máy

đóng bao kiểu quay bán tự động là đối tượng nghiên cứu của đề tài

Nội dung nghiờn cứu sẽ tập trung vào hai vấn đề lớn đú là trạng thỏi của xi măng trước khi đúng bao và sự liờn quan giữa một số thụng số kỹ thuật của bột xi măng đến năng suất mỏy đúng bao kiểu quay bỏn tự động từ đú tỡm ra biện phỏp nõng cao năng suất của mỏy đúng bao

2.2 Cơ sở lý thuyết trạng thỏi lỏng giả (tầng sụi) của lớp vật liệu dạng bột

Để cú thể vận chuyển được xi măng ở trạng thỏi hạt rời bằng dạng bơm ly tõm cỏnh guồng, phải trộn khớ để đưa xi măng đến trạng thỏi giả lỏng Sau đõy là cơ

sở lý thuyết của trạng thỏi giả lỏng của bột xi măng

Khi tốc độ khớ qua lớp vật liệu hạt (trong thiết bị cú mặt cắt ngang khụng đổi) đạt được giỏ trị tới hạn ϖth(giới hạn của lớp vật liệu bất động) thỡ độ xốp của lớp hạt đạt được giỏ trị cực đại

Nếu tốc độ vượt quỏ giới hạn này thỡ cỏc hạt rắn sẽ mất độ tiếp xỳc liờn tục với nhau, lớp vật liệu trở lờn linh động, cỏc hạt rắn chuyển động lộn xộn khụng theo một hướng nhất định, người ta gọi chỳng là trạng thỏi lỏng giả hay trạng thỏi tầng

sụi

Trờn đồ thị đường OABC biểu thị quỏ trỡnh tăng tốc độ khớ từ trạng thỏi lớp vật liệu bất động đến trạng thỏi tầng sụi Đường CBD biểu thị quỏ trỡnh ngược lại Nếu ta lặp lại quỏ trỡnh thổi khớ qua lớp hạt khi độ xốp của lớp đang ở giỏ trị cực đại thỡ đường biểu diễn sẽ đi theo DBC

“Trạng thỏi tầng sụi bắt đầu khi đạt được cõn bằng giữa trở lực thủy học của

lớp và trọng lượng của tất cả cỏc hạt trong lớp”

29

Hình 2.9: Sự phụ thuộc giữa trở lực lớp hạt và không khí

Trong thực tế không phải chỉ có một tốc độ tới hạn mà có cả một vùng tốc

độ tới hạn, trong đó bắt đầu và hoàn thành việc chuyển từ lớp bất động đến lớp tầng sôi hoàn chỉnh

Để tính toán tốc độ tới hạn gần đúng ta có dùng công thức Tô đec và công thức Romankov

Công thức Todec:

Ar Re

Trong đó: ε _Độ xốp của lớp lỏng giả;Reth =ϖth h d ρ µh/ 0- Chuẩn số Raynon

0,1046 0,1175

30

0,21 2