Đồ-án-chất-kết-dính

van de chat ket dinh trong xay dung

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

KHOA XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CÔNG NGHỆ CHẤT KẾT

DÍNH VÔ CƠ

Đề tài: "Thiết kế phân xưởng nghiền của nhà máy sản xuất xi măng pooc lăng, phương pháp khô lò quay, công suất 2000 tấn clanhke/ngày đêm Cơ cấu

sản phẩm: 60% PCB40 và 40% PC50".

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : THS ĐỖ TRỌNG TOÀN

SINH VIÊN THỰC HIỆN : NGUYỄN BÁ PHƯỚC

LỚP : 2014VL

Hà Nội-2017

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2LỜI NÓI ĐẦU 34.3 Chọn thiết bị cho phân xưởng 64

LỜI NÓI ĐẦU

Xi măng là vật liệu xây dựng quan trọng nhất của ngành xây dựng Sự biến độngcủa thị trường xi măng có tác động to lớn không chỉ riêng với ngành xây dựng mà cònđối với cả nền kinh tế quốc dân Với sự phát triển nhanh chóng và rộng khắp củangành xây dựng, nhu cầu về sản lượng, chất lượng và chủng loại của nó ngày càngtăng Cụ thể là từ năm 2005 nhu cầu về xi măng đạt khoảng 29 triệu tấn, năm 2010tăng lên khoảng 52 triệu tấn, đến năm 2015 là 72 triệu tấn và dự kiến đến năm 2020 là

95 triệu tấn

Hiện nay, trong công nghệ sản xuất chất kết dính ở nước ta tập trung vào xi măngpoóc lăng và chủ yếu sử dụng công nghệ phương pháp khô lò quay bởi những ưu điểmnhư tiết kiệm nhiên liệu, khả năng tự động hóa cao, kích thước lò nung ngắn so vớiphương pháp khác

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

măng Em được giao nhiệm vụ đồ án “Thiết kế phân xưởng nghiền xi măng của nhà máy sản xuất xi măng Poóc lăng, phương pháp khô lò quay, công suất 2000 tấn xi măng/ngày đêm” 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 nhiềunhững 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 trường Đại học Kiến trúc Hà Nội và các bạnđọc để đồ án được hoàn thiện hơn

Em chân thành cảm ơn các thầy cô trong Bộ môn Vật liệu và đặc biệt là thầy ĐỗTrọng Toàn có những hướng dẫn và góp ý trong quá trình tính toán và thiết kế đồ ánnày

Hà Nội, ngày 14 tháng 11 năm 2017 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Bá Phước

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Xi măng là một loại vật liệu xây dựng quan trọng, không thể thiếu được trong cáccông trình xây dựng cơ bản ở mọi lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân Ngành xi măngphát triển sẽ thúc đẩy sự tăng trưởng kinh tế của Đất nước

Nước ta trong thời kỳ đổi mới, tiến tới công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước,

do vậy nhu cầu về sử dụng xi măng trong công việc xây dựng cơ bản ngày một tăng

để đáp ứng nhu cầu xi măng trong nước và tiến tới xuất khẩu, thì việc mở rộng và xâydựng các nhà máy mới dựa trên nguồn nhiên và nguyên tự nhiên phong phú và đadạng, cũng như nguồn nhân lực dồi dào là rất cần thiết

Để tạo ra được những sản phẩm có chất lượng tốt, cũng như mẫu mã giá thànhhợp lý thì chúng ta cần phải làm tốt những quá trình chính trong nhà máy, một trongnhững quá trình cốt lõi và không thể thiếu trong sản xuất xi măng là quá trình ngiền,

nó quyết định tính đồng đều của hạt và sự làm việc của xi măng sau này,… Chính vìvậy việc thiết kế phân xưởng ngiền xi măng có vai trò rất quan trọng mà các kỹ sưtương lai cần phải làm được

4 Nội dung đề tài

Nội dung của đề tài bao gồm các chương sau:

- Chương 1: Tổng quan

+ Tổng quan về nguyên liệu sản xuất xi măng

+ Tổng quan về công nghệ sản xuất

+ Tổng quan về sản phẩm của quá trình sản xuất xi măng

- Chương 2: Cơ sở khoa học

+ Cơ sở khoa học của việc sử dụng các nguyên liệu sản xuất xi măng

+ Cơ sở khoa học của quá trình gia công chuẩn bị phối liệu và gia công nhiệt

trong sản xuất xi măng pooc lăng

+ Cơ sở khoa học của quá trình nghiền

Chương 3: Phân tích và lựa chọn dây chuyền công nghệ

+ Lựa chọn dây chuyền công nghệ, thiết bị của nhà máy và phân xưởng

+ Phân tích công nghệ

Chương 4: Tính toán và lựa chọn thiết bị cho phân xưởng

+ Tính bài toán phối liệu

+ Tính và lựa chọn chế độ làm việc phân xưởng và nhà máy

+ Tính cân bằng vật chất

+ Tính chọn thiết bị cho phân xưởng thiết kế

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.1 Tổng quan về nguyên liệu sản xuất xi măng

1.1.1 Xi măng pooc lăng

Theo TCVN 5438-2004: Xi măng Pooc lăng được sản xuất bằng cách nghiền mịn

từ clanhke xi măng pooc lăng với thạch cao

Xi măng Pooc lăng là chất kết dính có khả năng đông kết, rắn chắc và phát triểncường độ trong môi trường không khí và môi trường nước, thường gọi là chất kết dínhrắn trong nước hay là chất kết dính thủy

Xi măng Pooc lăng được người thợ nề Joeseph Aspdin phát minh ngày 21 tháng

10 năm 1824 ở nước Anh mang số hiệu 5022 có tên gọi: “Hoàn thiện việc sản xuất đánhân tạo” được công bố và nổi tiếng khi được sử dụng để xây dựng các công trình trênđảo Portland Cho tới năm 1843 con trai của Joeseph Asdpin là William Asdpin đã sảnxuất được “Xi măng Pooc lăng chính hiệu” thỏa mãn được khái niệm như ngày nay

Xi măng pooc lăng được sản xuất bằng bằng công nghệ nghiền mịn clanhke ximăng poóclăng với thạch cao (thạch cao đóng vai trò là phụ gia điều chỉnh thời gianđông kết) Xi măng Pooc lăng gồm có clanhke xi măng Pooc lăng, thạch cao và cácphụ gia khác.Theo TCVN 5438-2004: Clanhke xi măng là sản phẩm chứa các pha(khoáng) có tính chất kết dính thủy lực, nhận được bằng cách nung đến kết khối haynóng chảy hỗn hợp các nguyên liệu xác định (phối liệu)

Hình 1.1 Xi măng thương phẩm

1.1.2 Nguyên liệu sản xuất Xi măng Pooc lăng [2]:

Nguyên liệu trực tiếp để sản xuất clanhke xi măng bao gồm đá, đất và các phụ giađiều chỉnh thành phần phối liệu như quặng sắt, nguyên liệu giàu silíc, các nguyên liệuchính dùng để sản xuất clanhke xi măng poóclăng cần phải thoả mãn các qui phạm đãqui định sau:

Đá vôi

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

1.1.2.2 Đất sét

Hình 1.2 Đất sét được lưu trử trong kho chứa nhà máy xi măng

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 tủagiàu hạt nhỏ, dễ tạo thành huyền phù khi khuấy trộn với nước Thành phần khoáng chủyếu 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, tạp chất hữu cơ, Fe2O3 vàcác ôxít kiềm,

1.1.2.3 Các phụ gia trong sản xuất xi măng Pooc lăng

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

a Phụ gia thạch cao

Đây là phụ gia bắt buộc phải đưa vào khi nghiền clanhke xi măng, khi đưa vàonghiền 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 lượngtạp 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 ứngsilicát 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 khoángpuzơlan, 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 nhà máy 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 ởmôi trường hơi nước bão hoà và có nhiệt độ áp suất cao chúng có khả năng kết hợpvới Ca(OH)2 theo các phản ứng silicát nâng cao khả năng chịu lực và rắn chắc chosản phẩm, phụ gia đầy thường là cát thạch anh và đá vôi nghiền mịn Trong xi măngloại phụ gia đầy không vượt quá 20% so với khối lượng clanhke

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

Các phụ gia này có khả năng tăng độ bền nhiệt, bền kiềm và bền axít cho chấtkết 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 kếtdính, 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 tạokhoáng trong lò nung xi măng, phụ gia trợ nghiền nâng cao hiệu suất nghiền clanhke ximăng, phụ gia kéo dài thời gian bảo quản xi măng

1.1.3 Nhiên liệu để sản suất xi măng:

Nhiên liệu để sản xuất xi măng là nguyên liệu dùng để sản xuất clanhke như sấyphối liệu và nung phối liệu thành clanhke Nhiên liệu thường dùng là rắn, lỏng hoặckhí Muốn đảm bảo năng suất lò cao cần cung cấp đầy đủ nhiên liệu cho lò để đạt đượcnhiệt 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, Tínhkinh tế , hàm lượng tro và chất bốc và hàm lượng lưu huỳnh

1.1.3.1 Nhiên liệu rắn:

Nhiên liệu rắn để sản xuất clanhke xi măng là than đá Yêu cầu nhiên liệu rắndùng cho lò quay là :than phải có chất bốc cao, ngọn lửa dài, tro nhiên liệu ít, thườngngười 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%

1.1.3.2 Nhiên liệu khí thiên nhiên:

Khí thiên nhiên được khai thác từ dưới các lớp đất sâu, nó là những hợp chất củacác loại cacbuahydro hữu hạn khác nhau Ưu điểm của khí thiên nhiên dùng cho lòquay nung clinker là dễ tự động hóa, clinker không bị lẫn tro nhiên liệu, trước khi sửdụng không cần qua giai đoạn gia công, lắng lọc, gạn Có nhiệt trị từ 8000- 9000Kcal/kg

1.2 Tổng quan về công nghệ sản xuất

1.2.1 Các phương pháp sản xuất xi măng

Đối với các nhà máy sản xuất xi măng việc lựa chọn dây chuyền là hết sức quantrọng, nó quyết định đến phương pháp sản xuất cũng như chất lượng sản phẩm Việclựa chọn dây chuyền sản xuất phải dựa vào thành phần của nguyên liệu, nhiên liệu,yêu cầu kích thước sản phẩm, hiệu quả kinh tế…Việc lựa chọn dây chuyền hợp lý sẽnâng cao chất lượng sản phẩm, nâng cao năng suất, hạ giá thành, nâng cao hiệu quảkinh tế

Hiện nay, đang có 3 phương pháp chính sản xuất xi măng đó là phương pháp ướt,phương pháp khô và phương pháp liên hợp

1.2.3.1 Phương pháp ướt sản xuất xi măng

Là phương pháp nghiền và trộn nguyên liệu với nước Ưu điểm của phương phápnày là dễ nghiền phối liệu có độ đồng nhất cao Nhược điểm là tiêu tốn nhiên liệu 1,5-

2 lần khi nung clanke, kích thước lò nung và diện tích xây dựng lớn.Wẩm = 30-50%.Hiện nay phương pháp này ít được sử dụng

1.2.3.2 Phương pháp khô sản xuất xi măng

Là phương pháp nghiền và trộn nguyên liệu ở dạng khô, vì vậy nguyên liệu khónghiền mịn, độ đồng nhất của phối liệu không cao bằng phương pháp ướt Nhưng tiêutốn ít nhiên liệu, kích thước lò nung nhỏ, hệ thống trao đổi nhiệt phức tạp, hệ thốnglàm sạch bụi cũng phức tạp, mức độ cơ giới hoá và tự động hoá cao hơn phương phápướt, nhưng hệ số sử dụng thiết bị theo thời gian thấp hơn.Wẩm = <1%

Thể tích khí cháy nhỏ, giảm giá thành cho việc làm sạch khói lò

Có thể sử dụng nhiệt của khí thải để sấy nguyên liệu, giảm tiêu tốn nhiên liệu sảnxuất clanke,tiết kiệm chi phí điện

Kích thước lò nung nhỏ, mặt bằng xây dựng nhà máy nhỏ

1.2.3.3 Phương pháp liên hợp

Là phương pháp trung gian giữa phương pháp ướt và phương pháp khô Việcchuẩn bị phối liệu và gia công nguyên liệu theo phương pháp ướt, nhưng nung phốiliệu tiến hành theo phương pháp khô (có hệ thống ép lọc bùn phối liệu để tách nước)

Wẩm = 12-15%

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật thì nhược điểm của phương pháp khô(khó nghiền mịn, đống nhất kem) đã được khắc phục Việc sử dụng các thiết bị bổ trợnhư thiết bị tiền nung, thiết bị phân hủy đá vôi làm tang năng suất của lò nung cũngnhư tiết kiệm được nhiên liệu Hiện nay ở việt nam các nhà máy xi măng mà được xâydựng đều sử dụng phương pháp khô lò nung, các nhà máy cũ sử dụng phương phápướt, lò đứng đã và đang được cải tiến để chuyển sang phương pháp khô lò quay

Bảng 1.1 Một số chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật so sánh giữa các phương pháp sản xuất

Các chỉ tiêu Lò quay PP ướt Lò quay PP khô

Nhiệt tiêu tốn cho 1kg clinker ( Kcal/ kg ) 1350 – 1600 < 800Điện tiêu tốn cho 1 tấn clinker ( KWh/ T ) 55 79 - 83

Độ đồng nhất phối liệu Tốt Tương đối tốt

Chỉ tiêu Đơn vị tính

Đạt mức Phương pháp

ướt

Phương pháp khô Trước 1990 Sau 1990

Nhiệt năng Kcal/kg clinker 1450 – 1700 780 – 820 730

Điện năng KWh/T cement 120 – 130 115 – 125 90 – 100Gạch chịu lửa Kg/T clinker 2 – 2,5 1 – 1,5 0,5 – 0,8

VL nghiền Kg/T cement 1,5 – 2 0,3 – 0,6 0,2 – 0,5

NS lao động Tcement/người/năm 200 – 600 1000 – 1500 2500 – 3800Nồng độ bụi Mg/m3 kk 100 – 150 50 – 100Ngoài ra còn có phương pháp bán khô ( Xi măng lò đứng):

Nhược điểm: Chất lượng clanhke thấp, năng suất thấp, kém ổn định, gây ô nhiểmmôi trường

Ưu điểm: Vốn đầu tư thấp, dễ thay đỗi công nghệ, dễ thay đổi chủng loại sản phẩm

Ở Viêt Nam, xi măng lò đứng của các địa phương cho sản lượng khoảng: 2,5-3triệu tấn/năm sẻ không được đầu tư tiếp tục, do công nghệ đã lạc hậu và vấn đề môitrường bị ô nhiễm

Kết luận: Từ những phân tích trên trong đồ án lựa chọn sử dụng phương pháp

khô lò quay

1.3 Tổng quan sản phẩm của quá trình sản xuất xi măng

Hiện nay trên thế giới đã sản xuất tới 40 chủng loại xi măng khác nhau như: ximăng Pooclăng; xi măng Pooclăng hỗn hợp; xi măng Pooclăng puzơlan; xi măngPooclăng xỉ; xi măng Pooclăng bền sunfat; xi măng Pooclăng ít toả nhiệt; xi măngPooclăng đóng rắn nhanh; xi măng Pooclăng giãn nở; xi măng trắng và xi măng màu;

xi măng giếng khoan; xi măng chống phóng xạ; xi măng chịu axit Tuỳ theo yêu cầu

về chất lượng công trình xây dựng, kỹ thuật thi công, kiểu dáng, mầu sắc kiến trúc,điều kiện môi trường, khí hậu để lựa chọn chủng loại xi măng cho phù hợp

1 Xi măng PC là xi măng Pooclăng được nghiền từ clinker với một lượng thạchcao nhất định (chiếm từ 4-5%) Chất lượng xi măng Pooclăng được xác định theo tiêuchuẩn TCVN 2682:2009, gồm có 3 mác PC30, PC40 và PC50

2 Xi măng PCB là xi măng Pooclăng hỗn hợp được sản xuất từ việc nghiền hỗnhợp clinker, thạch cao và phụ gia (lượng phụ gia kể cả thạch cao không quá 40% trong

đó phụ gia đầy không quá 20%) Chất lượng xi măng Pooclăng hỗn hợp được xác địnhtheo tiêu chuẩnTCVN 6260:2009, gồm có 3 mác PCB30, PCB40 và PCB50

Như vậy là đã rõ, hai loại xi măng này chỉ khác nhau chút ít về thành phần phụ gia như

nêu trên Căn cứ theo - Các chỉ tiêu chất lượng của xi măng tại hai tiêu chuẩn TCVN2682:2009vàTCVN 6260:2009 có thể nhận thấy hầu hết các chỉ tiêu chất lượng của 2loại xi măng PC và PCB giống nhau, chỉ khác nhau ở điểm duy nhất ở cường độ lúc 3ngày tuồi

Ngày tuổi

Cường độ nén (Mpa) Mác xi măng

Hiện nay trên thị trường xi măng được sử dụng nhiều nhất vẫn là xi măng pooclăng PC và PCP, mác 40 và 50 Ngoài ra cũng có 1 số loại xi măng khác cũng được sữdụng cho những công trình đặc biệt, do đặc thù của địa hình, nhiệt độ và điều kiện thờitiết Vậy

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC

2.1 Cơ sở khoa học của việc sử dụng nguyên liệu sản xuất xi măng

2.1.1 Đặc trưng của nguyên liệu sản xuất xi măng pooc lăng

Chất lượng của clanhke xi măng được đánh giá qua thành phần hố học và thànhphần khống từ 2 nguyên liệu chính đĩ là đất sét và đá vơi Để cĩ được các loại đất sét

và đá vơi cĩ thành phần khống hĩa như mong muốn thì chúng ta cần xác định chínhxác tỉ lệ các thành phần hĩa cĩ trong từng nguyên liệu và là tiền đề cho bài tốn phốiliệu sau này Trong quá trình nung luyện, các ơxít trong nguyên liệu tương tác vớinhau theo một mối liên hệ xác định được biểu diễn bằng các hệ số (mơđun) Để đánhgiá một cách tổng quát hơn thành phần của xi măng người ta thường đánh giá chúngthơng qua các hệ số đặc trưng Các hệ số đắc trưng của nguyên liệu xi măng là:

=

− + + = ÷

tự do tổng

tự do tổng

- Ca

O

Thơng thường hệ số bazơ vào khoảng 1,7-2,4

- Khi m nhỏ hơn 1,7 xi măng cĩ cường độ khơng cao

- Khi m lớn hơn 2,4 xi măng cĩ 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 xâmthực

2.1.1.2 Hệ số Silicat (ký hiệu n)

Biểu thị tỷ số của SiO2 so với tổng làm lượng Al2O3 và Fe2O3

2 2

2 3 2 3

(SiO SiO )%

n(Al O Fe O )% 1,7 3,5

- Khi hệ số n tăng làm tăng hàm lượng khống silicat canxi cĩ độ bazơ thấp,

do đĩ xi măng cĩ thể ninh kết đĩng rắn chậm ở thời kỳ đầu và cường độ cuối cùngcao

- Khi n giảm thì hàm lượng các khống nĩng chảy lớn, clanhke cĩ nhiệt độnung thấp, dễ nung luyện

2.1.1.3 Hệ số Alumin (ký hiệu p)

Hệ số alumin là tỷ lệ Al2O3 đối với Fe2O3 trong clanke xi măng, bởi vậy nĩ thểhiện tỷ lệ khống tricanxi aluminat (C3A) và khống tetracanxi almuoferit (C4AF) vàthường trong khoảng 1 ÷ 2,5

p = 1 ÷ 2,5

- Khi p nhỏ thì xi măng cĩ 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

- Khi p ≤ 0,637 thì trong clanke xi măng sẽ khơng tốn tại khống C3A

2.1.1.4 Hệ số bão hồ (ký hiệu KH)

tự do tổng

- Khi giá trị KH thấp thì khống C3S tạo thành ít hơn C2S nên xi măng đơngkết rắn chắc chậm, cho cường độ thấp ở thời kỳ đầu nhưng cường độ cuối cùng lạicao Hệ số KH thích hợp thuờng dao động trong khoảng 0,85-0,95

2.1.1.5 Nhân tố bão hòa vôi (ký hiệu là LSF)

- Khái niệm

Nhân tố bão hòa vôi LSF là tỷ số của hàm lượng vôi thực tế so với hàm lượngvôi lớn nhất trong clanke (%) Gía trị LSF với xi măng thông thường 90 – 95%, ximăng cường độ phát triển nhanh 95 – 98%

1002,8SiO 1,65 0,35

CaO LSF

CaO LSF

CaO LSF

C AF C A

+

=

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

độ tăng lên

Hệ số đóng rắn M E: C S

S C M

C S C AF+ = ÷

=+

Khi MK càng lớn thì xi măng toả nhiệt càng lớn, MK thường nằm trong giớihạn 0,3-1,8

2.1.2 Thành phần khoáng của Clanhke xi măng Pooc lăng

Trong clanhke xi măng pooc lăng 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 tinh nằmxen kẽ giữa các khoáng alít và belít được gọi là chất trung gian

Khoáng Alít (3CaO.SiO2: tricanxi silicat, ký hiệu là C3S)

Khối lượng riêng: 3,15g/cm3

Vai trò: Đây 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 hưởngnhiều 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 chấtkhác có hàm lượng nhỏ từ (2÷4)% như MgO, P2O5, Cr2O3,

Đặc điểm: 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, nhỏhơn 12000C thì bị phân huỷ thành C2S (C3S = C2S + 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 trọngcủa clanhke, có đặc tính là đông kết rắn chắc chậm nhưng cường độ cuối cùng cao.Bêlít là dung dịch rắn của 2CaO.SiO2 với một lượng nhỏ các ô xít khác như Al2O3,

Fe2O3, Cr2O3 Khoáng C2S được tạo thành trong clanhke ở 4 dạng thù hình 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 làmlạnh nhanh thì α’C2S chuyển sang dạng βC2S, còn khi nhiệt độ ≤ 67oC làm nguội chậm

bị chuyển sang dạng γC2S

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

rã thành 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 khảnăng dính kết

Kết luận: Trong công nghệ sản xuất clanhke xi măng, cần dùng dạng thù hình

βC 2 S do nó kém ổn định ở điều kiện nhiệt độ thường, đó cũng là nguyên nhân chúng

có độ hoạt tính khi tác dụng với nước Đồng thời trong các dung dịch có lẫn 1-3% cácoxit như Al2O3, Fe2O3, MgO, K2O… thì chúng tạo điều kiện tốt để chuyển C2S thành β-

C2S và dồng thời làm tăng độ ổn định của β- C2S

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

Khoáng canxi aluminat:

Tồn tại trong clanhke ở hai dạng C3A, C5A3 Do trong clanke lượng CaO dư nênpha Canxi Aluminat thường nằm chủ yếu ở dạng C3A, đặc điểm của C3A là đông kếtrắn chắc nhanh, dễ tạo nên các ứng suất làm nứt, tách cấu trúc đá xi măng khi chúnglàm việc trong môi trường xâm thực sunfat Trong một số loại xi măng chuyên dụng cókhống chế hàm lượng khoáng này (ximăng thuỷ công lượng C3A < 5%, xi măng bềnsunfat lượng 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 thuộc vào thành phầnnguyên liệu ban đầu, điều kiện nung luyện, trong clanhke chúng thường tồn tại dướidạng sau: C6A2F, C4AF, C2F, nhưng thành phần chính là C4AF và trong đó hoà tankhoảng 1% MgO và TiO2

Pha thuỷ tinh:

Có trong clanhke xi măng poóclăng với hàm lượng từ 5÷15% Thành phầncủa 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 hợp nguyên liệu ban đầu

và điều kiện làm lạnh clanhke Sự có mặt của pha này trong clanhke xi măng poóclănglàm ảnh hưởng đến tính chất của các khoáng khác và đặc biệt là làm thay đổi nhiệt độtạo 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 đãđông kết rắn chắc chúng mới thuỷ hoá gây nên ứng suất phá hoại cấu trúc của sảnphẩm như bị nứt, rữa, Làm thay đổi thể tích của sản phẩm và làm giảm cường độcủa đá xi măng

2.1.3 Thành phần hóa của Clanhke xi măng Pooc lăng

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

Fe2O3 với tổng hàm lượng là 95÷97% (theo khối lượng) Ngoài ra còn có các ôxítkhác với hàm lượng nhỏ như : MgO, TiO2, Na2O, P2O5, SO3, Hàm lượng các ôxít phụthuộc vào nguyên vật liệu ban đầu và quy trình công nghệ sản xuất Trong clanhke ximăng poóclăng tỷ lệ thành phần các ôxít thường dao động trong khoảng:

CaO = 63 ÷ 66 % ; SO3 = 0,3 ÷ 1 %SiO2 = 21 ÷ 24% ; P2O5 = 0,1 ÷ 0,3 %

Al2O3 = 4 ÷ 9 % ; K2O + Na2O = 0,4 ÷ 1 %

Fe2O3 = 2 ÷ 4 % ; TiO2 + Cr2O3 = 0,2 ÷ 0,5 %

Hàm lượng các ô xít này thay đổi sẽ làm cho tính chất của xi măng cũng thay đổitheo

Canxi ôxít (CaO, hàm lượng 63-66%)

CaO có chủ yếu trong nguyên liệu đá vôi

Vai trò: Trong quá trình nung luyện tạo thành clanhke ở các điều kiện nhất địnhchúng sẽ liên kết với các ôxít khác tạo nên các hợp chất hoá học quyết định tốc độđông kết rắn chắc và cường độ của xi măng Khi hàm lượng CaO càng lớn thì khảnăng tạo thành các hợp chất dạng khoáng canxi silicat có độ bazơ cao (C3S) trongclanhke càng nhiều, cho xi măng đông kết rắn chắc nhanh cường độ cao nhưng ximăng lại kém bền trong môi trường xâm thực sunfat Hàm lượng CaO nhiều đòi hỏinhiệt 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 chếhàm lượng CaO hợp lý (khoảng 63÷66%) Tuy nhiên, khả năng phản ứng CaO vớicác ôxít khác để tạo thành các khoáng trong clanhke còn phụ thuộc vào bản chất củacác ôxít trong nguyên liệu, chế độ gia công hỗn hợp nguyên liệu và chế độ nung

Ôxít Silic (SiO 2 , hàm lượng 21-2%):

SiO2 chủ yếu trong nguyên liệu đất sét

Vai trò: trong quá trình nung luyện clanhke SiO2 sẽ tác dụng với CaO tạo thànhcác hợp chất dạng khoáng canxi silicat

+Khi hàm lượng SiO2 càng nhiều thì ngoài việc tạo thành khoáng C3S ra, khoángcanxi silicat có độ bazơ thấp (C2S) được hình thành sẽ tăng lên Hàm lượng khoáng

C2S tăng làm xi măng đông kết rắn chắc chậm và cường độ phát triển chậm ở thời kỳđầu của quá trình rắn chắc đá xi măng Tuy nhiên loại xi măng có hàm lượng C2S caolại 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 làmcho xi măng đông kết rắn chắc nhanh, cường độ cao song quá trình nung luyện khó, đểlại lượng vôi (CaO) tự do lớn

Vì vậy trong clanhke xi măng thì ôxít SiO2 cần phải khống chế ở một tỉ lệ thíchhợp (thường cyhiếm khoảng 21÷24% khối lượng clanhke) Ngoài ra, độ hoạt tính

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

Nhôm ôxít (Al 2 O 3 , hàm lượng 4-9%)

Chúng chủ yếu nằm ở dạng khoáng C3A và C4AF Trong clanhke xi măng ôxít nàyđược đưa vào chủ yếu từ đất sét, khi nung luyện, ôxít nhôm tham gia vào quá trình tạonên các khoáng nóng chảy canxi Aluminat

Vai trò: Khi hàm lượng Al2O3 càng nhiều khoáng C3A tạo thành càng lớn, khảnăng xuất hiện pha loãng trong clanhke càng sớm và càng nhiều, còn đối với xi măng,

nó có khả năng tạo cho xi măng đông kết rắn chắc nhanh nhưng cường độ thấp và kémbền trong môi trường sunfat Trong clanhke hàm lượng ôxít nhôm chiếm khoảng 4÷

lại cho xi măng có cường độ thấp (mác thấp) Vì vậy trong quá trình nung luyệnclanhke cần đặc biệt chú ý thành phần ôxít này ở một tỷ lệ hợp lý mới có tác dụng tốtcho việc giảm nhiệt độ nung luyện, nếu quá nhiều, pha lỏng xuất hiện trong clanhke sẽlớn, gây nên hiện tượng bám dính lò đặc biệt trong công nghệ xi măng lò đứng.

Ngoài các ôxít chính tham gia vào quá trình tạo khoáng còn có một hàm lượngnhỏ các ôxít khác cũng hoà tan trong đó, có khả năng làm ảnh hưởng lớn đến tính chất

và chất lượng của xi măng đó là:

Magiê ôxít (MgO):

Là thành phần có hại cho xi măng, là nguyên nhân gây sự mất ổn định thể tíchkhi xi măng đã đông kết rắn chắc Thường trong sản xuất xi măng lượng ôxít MgOđược khống chế với hàm lượng nhỏ hơn 5%

Titan ôxít (TiO 2 ):

Thành phần ôxít này gây ảnh hưởng tới xi măng tuỳ thuộc vào hàm lượng của nótrong clanhke Nếu hàm lượng của nó từ 0,1÷0,5% thì sẽ làm tốt cho quá trình kết tinhcác khoáng, ngược lại khi hàm lượng từ 2÷4% thì TiO2 sẽ thay thế một phần SiO2

trong xi măng có tác dụng làm tăng cường độ của xi măng

Crôm ôxít (Cr 2 O 3 ) và phốt pho ôxít (P 2 O 5 ):

Khi hàm lượng của các ôxít này nằm vào khoảng 0,1÷0,3% sẽ có tác dụng tốt làthúc đẩy quá trình đông kết ở thời kỳ đầu, tăng cường độ cho xi măng Nhưng với hàmlượng lớn (1÷2%) có tác dụng ngược lại làm chậm thời gian đông kết rắn chắc và làmsuy 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 nàylớn hơn 1% sẽ gây nên sự mất ổn định thể tích của xi măng đặc biệt là gây nên sự tách,nứt trong bê tông thuỷ công do các ôxít kiềm này có khả năng tác dụng với CaO, Al2O3

tạo nên các khoáng trương nở thể tích là Na2O.8CaO.3Al2O3(NC8A3), K2O.8CaO.3Al2O3

(KC8A3) hoặc tác dụng với SO3 tạo nên khoáng nở thể tích là K2SO4, Na2SO4,

2.2 Cơ sở khoa học của quá trình gia công chuẩn bị phối liệu và gia công nhiệt trong sản xuất xi măng pooc lăng

2.2.1 Gia công nguyên liệu và chuẩn bị hỗn hợp nguyên liệu

Các phương pháp sản xuất xi măng pooc lăng đều bao gồm các giai đoạn sau:

- Khai thác nguyên liệu: sử dụng các máy đào xúc, cẩu và ô tô để khai thác vàvận chuyển nguyên liệu, nhằm đạt được công suất yêu cầu nhà máy

- Đập: thường sử dụng loại máy đập búa một trục, nhằm làm nhỏ đá vôi trước khithực hiện các công đoạn tiếp theo

- Đồng nhất sơ bộ:đây là công đoạn được thực hiện tại kho, trước khi đưa vàomáy nghiền

-Nghiền phối liệu: các nguyên liệu đồng nhất xong được đưa vào máy nghiền bingiền và sấy Đây là công đoạn quyết định đến độ mịn và tốc độ đóng rắn của xi măngsau này

- Đồng nhất tinh: Đây là công đoạn cuối cùng trong dây chuyền sản xuất ximăng,

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 phápkết hợp giữa khô và ướt

Trong việc chuẩn bị nguyên liệu cần chú ý đến độ nghiền mịn Nguyên liệu càngnghiền 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

Công đoạn chuẩn bị hỗn hợp phối liệu là một công đoạn rất quan trọng và quyếtđịnh phương pháp sản xuất xi măng poóc lăng.Công đoạn chuẩn bị phối liệu theophương pháp ướt có nhiều ưu điểm như khả năng nghiền mịn lớn,độ đồng nhất phốiliệu cao nhưng tiêu tốn nhiệt khi nung clanhke lớn,năng suất thấp.Với sự phát triểnkhoa học kỹ thuật,ngày nay phương pháp khô chuẩn bị phối liệu được sử dụng rộng rãitrong sản xuất xi măng poóc lăng và đem lại hiệu quả kinh tế lớn

2.2.2 Quá trình gia công nhiệt trong sản xuất xi măng pooc lăng

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

Tốc độ nung clanhke không những phụ thuộc vào thành phần hoá học mà cònphụ thuộc vào độ nhỏ và mức độ trộn đều của hỗn hợp nguyên liệu sống Nung ximăng thường dùng hai loại lò đứng và lò quay Để tạo ra đật chất lượng các khoáng

như yêu cầu đề ra thì việc điều chỉnh nhiệt độ nung rất quan trọng, với mỗi loạikhoáng sẻ có một khoảng nhiệt độ kết khối nhất định, nên quá trình gia công nhiệt làquá trình chính quyết định đến chất lượng sản phẩm

Nhiên liệu sử dụng để nung luyện có thể là nhiên liệu lỏng,nhiên kiệu rắn vànhiên liệu khí.Ở nước ta hiện nay nhiên liệu dùng sản xuất clanhke xi măng thường lànhiên liệu rắn.Nhiên liệu rắn thường được sử dụng là than cám quảng ninh

Khi đốt nóng hỗn hợp phối liệu đến 1000C thì nước tự do bốc hơi, trong khoảng nhiệt

độ 100÷2000C thì nước hấp thụ và một phần nước kết tinh bị tách ra Ở nhiệt độ400÷7000C, nước liên kết hóa học bị tách ra, kèm theo sự thay đổi cấu trúc mạng lướitinh thể Khi nhiệt độ tăng dần, các loại khoáng sét như caolinit, montmorilonit, ilit,…trong đó chủ yếu là caolinit (Al2O3.2SiO2.2H2O) sẽ bị phân hủy Nhiệt độ khử nướccủa caolinit chủ yếu phụ thuộc vào cấu trúc tự nhiên của nó: caolinit cấu trúc phân tánmịn dễ dàng khử nước ở 300-4200C, loại caolinit tinh thể thô phải nâng cao nhiệt độtới 475-5050C Khi nhiệt độ lên đến 500-6000C thì caolinit không còn nước kết tinh,chuyển sang meta caolinit, nếu tăng thêm nhiệt độ thì một phần phân hủy thành dạng

vô định hình Al2O3 và SiO2 có hoạt tính:

Al2O3.2SiO2.2H2O →500 600 C− 0 Al2O3.2SiO2 ¬ →900 C0 Al2O3 + 2SiO2

Trong sản xuất clanhke bằng lò quay phương pháp khô giai đoạn này sảy ra ởxyclon cấp II và xyclon cấp III, tại đó bột liệu được trộn lẫn với dòng khí nóng cónhiệt độ từ 500-9000C từ dưới đi lên và truyền nhiệt cho bột liệu Bột liệu được nângnhiệt dần và xảy ra các phản ứng phân hủy khoáng sét và một phần khoáng cacbonat.Khi nung phối liệu, đá vôi ( thành phần khoáng là canxi cacbonat CaCO3 ) bị phân hủynhiệt theo phản ứng: CaCO3

-Nhiệt độ tăng cao tốc độ phản ứng nhanh

-Giảm áp lực riêng phần CO2 sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho phân hủy CaCO3

- Khoáng canxi kết tinh thô, hạt to, thì tốc độ phân hủy chậm và ngược lại.

Trong quá trình sét và đá vôi phân hủy, các oxit mới sinh lập tức phản ứng vớinhau hình thành clanhke Trước hết là hình thành canxi aluminat (CA) ở nhiệt độkhoảng 7000C, sau đó CA kết hợp với CaO ở 900-10000C trở thành C5A3 và cuối cùngtạo thành C3A ở 12000C

Sự tạo thành ferit có nhiều ý kiến khác nhau nhưng đa số cho rằng ở khoảngnhiệt độ trên 7000C đã có phản ứng giữa CaO và Fe2O3 tạo thành C2F Sau đó kết hợpthêm CaO Al2O3 tạo thành C4AF

Từ trên 7000C bắt đầu phản ứng của CaO với SiO2 tạo thành didcanxxi silicat(C2S)

Quá trình trên có thể đơn giản hóa bằng các phương trình phản ứng như sau:

2CaO SiO+ →2CaO.SiO

Từ nhiệt độ 10000C đến 12000C-12500C C3A và C4AF tiếp tục được tạo thành và

C2S đạt tới hàm lượng lớn nhất, trước khi C2S tham gia phản ứng với CaO ở giai đoạntiếp theo

Giai đoạn phản ứng pha rắn thực tế đã bắt đầu ngay trong hệ thống trao đổi nhiệtxyclon,trong thiết bị tiền nung và tiếp tục xảy ra trong lò quay

Phản ứng CaO với SiO2 trước hết tạo thành C2S rồi tiếp tục kết hớp với CaOchuyển thành C3S Điều kiện để C2S kết hợp với CaO chuyển thành C3S là có sự xuấthiện của pha lỏng Khi suất hiện pha lỏng C2S, CaO hòa tan vào pha lỏng và kết hợpvới nhau thành C3S theo phản ứng sau:

C2Shòa tan + CaOhòa tan

0 pha l (1250 14 − 50 C) án g

→3CaO.SiO2(kết tinh)Lượng pha lỏng và dộ nhớt của pha lỏng ảnh hưởng rất lớn đến sự tạo thành C3S.Các cation có tác dụng làm giảm độ nhớt của pha lỏng xếp theo thứ tự:

K+ < Na+ < Ba2+ < Sr2+ < Ca2+ < Mg2+ < Fe2+ < Mn2+

Như vậy, các cation Fe2+ và Mn2+ có tác dụng làm giảm độ nhớt nhiều nhất Vìthế trong phối liệu clanhke ximăng pooclăng nếu thiếu Fe2O3 người ta phải sử dụngphụ gia giàu sắt để điều chỉnh Trên thực tế ở Việt Nam, nguồn nguyên liệu của tất cả

các nhà máy ximăng đều thiếu Fe2O3, vì vậy phụ gia giàu sắt (quặng sắt hoặc xỉ pyrit,laterit) là phụ gia không thể thiếu trong sản xuất clanhke ximăng pooclăng.

Trong lò quay nung clanhke ximăng, giai đoạn phản ứng pha lỏng để tạo khoáng C3Sxảy ra ở nhiệt độ cao nhất (1350–15000C) và tại đó được gọi là dôn nung Quá trìnhnày cần khoảng thời gian từ 25–30 phút để tất cả CaO trong bột liệu có thể liên kết hếtthành C3S, vì vậy dôn nung của lò quay thường có chiều dài khoảng 20–30 m

2.3 Cơ sở khoa học của quá trình nghiền

Các hạt clanhke gồm các tinh thể có đặc tính liên kết định vị, vì vậy sự phá vỡ cơhọc cấu trúc mạng lưới tương đối dễ.Khả năng nghiền của clanhke phụ thuộc thànhphần và độ cứng tế vi của clanhke.Trong clanhke có pha tinh thể gồm C3S, C2S, C3A,

C4AF và pha thủy tinh Trong pha tinh thể C3S giòn nhất, C2S có độ cứng tế vi lớnnhất, C4AF dẻo nhất

Độ cứng tế vi của clanhke phụ thuộc vào nhiều yếu tố như kích thước tinh thể vàđiều kiện kết tinh.Khi kích thước tinh thể càng nhỏ thì độ cứng tế vi càng lớn

Sự phá hủy cấu trúc của clanhke dưới tác động cơ học phụ thuộc cấu trúc vi môhạt, độ rỗng của hạt.Khi nghiền càng mịn trỏ lực càng lớn,tiêu tốn điện năng để nghiềncàng cao

Để đặc trưng cho quá trình nghiền,người ta sử dụng hệ số nghiền K là tỉ số giữathời gian cần thiết để nghiền cát thạch anh và thời gian cần thiết để nghiền clanhke ximăng với cùng độ mịn K=t0/tVL

Mục đích của quá trình nghiền là giảm kích thước các hạt clanhke đến giới hạnđảm bảo thuận lợi cho quá trình đông kết và răn chắc của xi măng.Lý thuyết nghiềnmiêu tả mối quan hệ giữa việc giảm kích thước hạt với tiêu hao năng lượng nghiền.Trong quá trình nghiền xi măng,với các nhà máy xi măng hiện đại thường sửdụng chu trình nghiền kín có sử dụng thiết bị phân ly.Để tính toán thực tế và đánh giáviệc sử dụng máy phân ly theo chu trình kín,người ta dựa trên cơ sở phương trình củachu trình nghiền hở.Tiêu hao năng lượng khi nghiền hở có thể biểu diễn như sau: E=W.log Ro/Rf

Trong đó: E- tiêu hao năng lượng riêng

W- chỉ số nghiền

R0- lượng sót sàng của liệu cấp vào máy

Rf- lượng sót sàng của liệu thành phẩm

Ngiền xi măng bằng thiết bị máy nghiền bi

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN DÂY CHUYỀN

CÔNG NGHỆ 3.1 Lựa chọn dây chuyền công ngệ và thiết bị của nhà máy và phân xưởng

Đối với các nhà máy sản xuất xi măng việc lựa chọn dây chuyền sản xuất là hếtsức quan trọng, nó quyết định đến phương pháp sản xuất cũng như chất lượng sảnphẩm Việc lựa chọn dây chuyền sản xuất phải căn cứ vào tính chất của nguyên nhiênliệu, 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 sảnphẩm, hạ giá thành sản phẩm, nâng cao hiệu quả kinh tế Hiện nay ta đang có 3phương pháp sản xuất xi măng đó là phương pháp ướt, phương pháp khô và phươngpháp liên hợp

Với nhiệm vụ được giao là sản xuất theo phương pháp khô lò quay, đây làphương pháp được dùng phổ biến và có những ưu điểm riêng

Phương pháp khô.

Là phương pháp nghiền và trộn nguyên liệu ở dạng khô, vì vậy nguyên liệu khónghiền mịn, độ đồng nhất của phối liệu không cao bằng phương pháp ướt Nhưngphương pháp này lại có nhiều ưu điểm như:

- Thể tích khí cháy nhỏ => giảm giá thành cho việc làm sạch khói lò

- Có thể sử dụng nhiệt của khí thải để sấy nguyên liệu => Tiêu tốn ít nhiên liệusản xuất clanke, tiết kiệm chi phí điện

- Kích thước lò nung nhỏ, mặt bằng xây dựng nhà máy nhỏ

- 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 bịtheo thời gian thấp hơn

Với trình độ khoa học kỹ thuật ngày nay của các máy móc và thiết bị đã đáp ứngđược yêu cầu về độ mịn, độ đồng nhất của phối liệu trước khi đem đi nung luyện (khắcphục 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.Nghiền xi măng.

Nghiền xi măng có vai trò quan trọng trong qua trình sản xuất xi măng Khi sửdụng công nghệ nghiền tiên tiến, không những làm giảm chi phí năng lượng nghiền

mà còn làm tăng chất lượng xi măng Điều này cho thấy ảnh hưởng quan trọng của độmịn đến tính chất của xi măng.Mục đích của công đoạn nghiền xi măng đặt ra là giảmtiêu hoa năng lượng khi nghiền, tăng hiệu quả sử dụng máy nghiền và đảm bảo chấtlượng xi măng.Chất lượng sản phẩm, là thông số quan trọng nhất đặt ra để chúng talàm cơ sở lựa chọn công nghệ và thiết bị cho quá trình nghiền chất lượng xi măngkhông những được quyết định bởi thành phần khoáng của clanhke xi măng mà còn phụthuộc rất nhiều vào độ mịn điều này lý giaải ai trò quan trọng của quá trình nghiền

Sơ đồ dây chuyền công nghệ tổng quát

Địnhlượng

Thiết bị phân hủy

đá vôi (canxiner)Xiclon trao đổi nhiệt

3.2 Phân tích công nghệ

3.2.1 Công đoạn gia công nguyên liệu và hỗn hợp nguyên liệu

Đá vôi: được khái thác ở mỏ bằng phương pháp khoan nổ mìn cắt tầng rồi đượcvận chuyển bằng ô tô về trạm đập sơ bộ Máy đập đá vôi là loại máy đập búa một trục,kích thước đá vôi trước khi vào máy đập búa < 1500mm, và được đập nhỏ xuống kíchthước  75mm rồi được tập trung vào kho đồng nhất sơ bộ bằng hệ thống băng tải Tạikho đồng nhất sơ bộ, đá vôi được đồng nhất theo phương pháp rải liệu Chervon ( hìnhmái ) rồi được máy dỡ liệu và hệ thống băng tải vận chuyển về két chứa trước khinghiền

Đất sét : Sau khi khai thác vận chuyển bằng ô tô về trạm đập, đập xuống kíchthước  50mm rồi đưa vào kho đồng nhất sơ bộ Tại kho, đất sét cũng được đồng nhấttheo phương pháp rải liệu Windrow ( kiểu lớp ) rồi được máy dỡ liệu và hệ thống băngtải vận chuyển về két chứa trước khi nghiền

Xỉ quặng sắt: nhập về bằng đường sắt rồi tập chung vào kho chứa tổng hợp.Trước khi vận chuyển về két chứa Quặng sắt cũng được qua máy đập sơ bộ

Sét caosilic: sau khi khai thác được vận chuyển về kho chứa bằng ô tô rồi quamáy đập sơ bộ và vận chuyển về két chứa

3.2.2 Công đoạn nghiền nguyên liệu

Đá vôi, đất sét, quặng sắt, sét caosilic được tháo từ két chứa, qua hệ thống cânđịnh lượng theo tỷ lệ bài phối liệu và được băng tải tổng hợp vận chuyển về máy sấynghiền liên hợp con lăn kiểu đứng làm việc theo chu trình kín có hệ thống phân ly khíđộng hiệu quả cao, sử dụng tác nhân sấy là khói lò Trong máy nghiền nguyên liệu bịnghiền nhỏ và sấy đến độ ẩm < 1% Dòng khí nóng có chức năng sấy và cuốn các hạtliệu nhỏ, dòng khí và bột liệu qua hệ thống phân ly tĩnh và động của máy nghiền,những hạt thô được thu hồi lưu lại bàn nghiền còn các hạt mịn bị dòng khí cuốn rakhỏi máy nghiền và được thu hồi nhờ hệ thống cyclone thu hồi liệu Tại máy sấynghiền chúng được nghiền đến độ mịn có độ sót sàng <10% trên sàng No008, độ ẩm <1% rồi vận chuyển về silo đồng nhất CF bằng hệ thống máng khí động và gầu nâng

3.2.3 Công đoạn nung luyện và làm lạnh clanhke

Phối liệu từ silo được qua két cân định lượng rồi vận chuyển về hệ thống cyclontrao đổi nhiệt bằng hệ thống gầu nâng và máng khí động Liệu vào ống nối giữa

cylonetầng 4 và tầng 5, liệu được chia vào 2 dãy cylone theo kỷ lệ 1:1 Trong hệ thốngcylone, liệu và khí chuyển động cùng chiều và thực hiện quá trình trao đổi nhiệt, nhờđược gia nhiệt bột liệu xảy ra các quá trình tách hơi ẩm và phân hủy caolinit Phối liệuxuống cyclone tầng 2 sẽ qua van chia liệu: 65% liệu vào ống nối giữa canciner và ốngnối gió 3, còn lại 35% liệu rơi vào ống đứng nối từ lò lên cyclone tầng 1 Phần liệu vàocanciner theo phương tiếp tuyến và chuyển động xoáy xuống dưới, nhờ nhiệt trị củathan của canciner khoảng 900 – 10000C Phần liệu vào ống đứng được gia nhiệt nhờgió 2, hai phần liệu bày được trộn lẫn trong ống đứng và bị cuốn vào 2 cyclone tầng 1.

Do có nhiệt độ cao và hành trình dài nên phối liệu bị phân hủy 95%, xuống lò quayphối liệu sẽ thực hiện các phản ứng hóa lý tạo thành các khoáng cần thiết của clinhker.Clinhker được làm lạnh nhờ hệ thống làm lạnh kiểu ghi và đập sơ bộ rồi được vậnchuyển về silo chứa

3.2.4 Công đoạn nghiền clanhke và thạch cao hoặc phụ gia.

Clanke từ các silo chứa thạch cao và các phụ gia từ kho chứ tổng hợp được vậnchuyển lên két máy nghiền bằng hệ thống bang tải và gầu nâng,từ két máy nghiềnclanke,thạch cao,phụ gia cấp vào máy nghiền qua hệ thống cân định lượng

3.2.5 Công đoạn đóng bao.

Xi măng từ silo có thể được xuất trực tiếp qua hệ thống xuất xi măng rời hoặc cóthể được vận chuyển về hệ thống đóng bao Tại đây, xi măng được đóng bao rồi xuấttheo các hệ thống xuất xi măng bao hay có thể được tập chung về kho chứa

3.2.6 Hệ thống lò quay sản xuất xi măng pooc lăng theo phương pháp khô

Hệ thống lò nung bao gồm hệ thống tháp trao đổi nhiệt, buồng phân hủy(calciner), lò quay, hệ thống làm nguội clinker và hệ thống vòi đốt, trong đó tiêu haochủ yếu là tiêu hao về nhiên liệu và điện

Hình 3.1 Hệ thống lò quay sản xuất xi măng theo phương pháp khô

- Tháp trao đổi nhiệt: trao đổi nhiệt gồm một nhánh 5 tầng xiclon có buồng phânhuỷ (precalciner) Buồng phân huỷ được đốt hoàn toàn bằng than và được cung cấpkhông khí nóng để đốt cháy than cám từ khí nóng của thiết bị làm nguội kiểu ghi thôngqua ống gió ba Khí thải ra từ tháp trao đổi nhiệt qua tháp điều hoà và được tận dụngcho quá trình nghiền sấy phối liệu tại máy nghiền đứng Một thang máy và tời điện sẽđược cung cấp để bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống thiết bị

Hình 3.2 Tháp trao đổi nhiệt

- Calciner

Buồng phân hủy, Calciner là hạt nhân của hệ thống trao đổi nhiệt, trong đó hoàn

thành một loạt quá trình: đốt nhiên liệu, phân huỷ chất cacbonat, làm chuyển động hai pharắn và lỏng, trộn đều (phân tán) trao đổi nhiệt, chuyển chất…, đồng thời kèm theo thayđổi về nồng độ vật liệu, kích thước hạt cũng như thay đổi về lưu lượng, thành phần vàtrường nhiệt độ của khí Khoảng 60% nhiên liệu dùng trong hệ thống nung đốt clinker ximăng được sử dụng trong Calciner, vì vậy Calciner có kết cấu hợp lý, tính năng ưu việt thì

có thể thực hiện khả năng đốt cháy triệt để các loại nhiên liệu khác nhau

- Lò quay

Tại hệ thống lò quay, nhiệt lượng cháy của nhiên liệu làm nâng nhiệt độ nguyênliệu, làm thành phần cacbonat canxi hoàn toàn bị phân huỷ thành oxit canxi sau đócùng với các thành phần khác được nung luyện ở nhiệt độ 1400oC thiêu kết thànhclinker Thông qua rất nhiều chứng minh thực tiễn, loại lò quay ngắn hai bệ đỡ có tỷ lệchiều dài và đường kính L/D < 12,5 ngày càng thu hút được quan tâm vì yếu tố tiếtkiệm nhiệt nung và năng suất riêng của lò khá cao

Ưu điểm nổi trội của loại lò ngắn hai bệ đỡ là tiết kiệm năng lượng, tổn thất toả nhiệtchênh lệch so sánh với lò cùng quy cách vào khoảng 16.7 kJ (4kCal/kg clinker), ngoài

ra còn có hàng loạt ưu điểm về chi phí sản xuất thiết bị, chi phí xây dựng thấp.

Hình 3.3 Lò quay sản xuất xi măng.

Ghi làm lạnh

Hình 3.4 Hệ thống ghi làm lạnh clanhke

Ghi làm nguội, công dụng của ghi làm nguội là sử dụng gió mát để làm nguộiclinker có nhiệt độ cao xuống nhiệt độ thấp Khi đó, gió nguội bị gia nhiệt nóng lên trởthành gió II Gió II vào lò để đốt nhiên liệu, giảm nhiệt lượng thoát ra ngoài, từ đógiảm tổn thất năng lượng

Ghi làm nguội trải qua thế hệ thứ I với thông gió trong buồng gió lớn, thế hệ thứ

II với thông gió trong buồng gió nhỏ, thế hệ thứ III với dầm phụt khí cấp gió, đến thế

hệ thứ IV với thông gió đơn nguyên theo hướng đứng Ghi làm nguội không rò liệukiểu hành tiến thế hệ IV tránh được clinker lọt qua ghi rơi xuống tạo thành trở lực theohướng đứng, có lợi cho việc thông gió đều đặn Hiệu suất thu hồi nhiệt của ghi làmnguội thế hệ IV trên 74%, so với mức vận hành thực tế hiện nay của ghi thế hệ III là

68 ~ 70%, có thể tiết kiệm tiêu hao nhiệt 61.9 ~ 92,8kJ/kg (cứ nâng cao 1% hiệu suấtthu hồi nhiệt thì có thể giảm tiêu hao nhiệt 15.5kJ/kg)

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO PHÂN XƯỞNG

4.1 Tính toán phối liệu

4.1.1 Chọn hệ số.

LSF=98,0 ; n= 2,5 ; p =1,4

4.1.2 Nguyên liệu.

-Theo đề bài 2 cấu tử được giao là đá vôi (1) và đất sét (2) có thành phần hoá như sau:

Bảng 4.1: Thành phần hóa của đá vôi và đất sét ban đầu

Cấu tử SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 MKN ∑

Đá vôi 2,3 0,1 0,16 52,90 2,50 0,05 43,20 101,21Đất sét 64,25 15,51 7,67 2,7 0,8 0,2 7,11 99,24

- Tính kiểm tra sơ bộ hệ số đối với đất sét

0

0 0

2,77 2,5

2, 02 1

64, 2515,51 7,6715

, 4,

,7

Từ kết quả của hai hệ số ta thấy hệ số nds=2,77>2,5 giá trị chênh lệch không quá

lớn, còn hệ số pds=2,02>1,4 giá trị chênh lệch lớn nên ta bổ sung cấu tử điều chỉnh là

quặng sắt vào để điều chỉnh sao cho hệ số pds giảm

Suy ra ta có:

0 0

0 0

'15,51 15,51

A

F F F

F F F

= = = =

⇔ = ⇒ = =

⇒ ∆ = − = − =

Khi thêm cấu tử điều chỉnh là quặng sắt vào dẫn tới đồng thời hệ số nds thay đổi

Vậy khi thêm cấu tử điều chỉnh là quặng sắt vào ta điều chỉnh được hệ số pds

giảm phù hợp với yêu cầu thiết kế nhưng hệ số nds=2,42<2,5 không phù hợp cần bổ

sung them cấu tử giàu silic để nsd=2,5

Vì vậy ta phải thêm cấu tử điều chỉnh để sao cho n giảm và p giảm cho phù hợp với

hệ số đã chọn Ta bổ sung thêm cấu tử giàu sắt và silic Bài toán trở thành hệ 4 cấu tử

Bảng 4.2: Thành phần hóa của phụ gia điều chỉnh.