ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG NGHIỀN VÀ PHÂN LOẠI XI MĂNG

Trong thời đại hiện nay, cùng với sự phát triển xã hội, quá trình công nghiệp hóa cũng phát triển một cách mạnh mẽ và không ngừng. Kéo theo đó là sự phát triển của ngành công nghiệp Xây dựng khi các dự án tái định cư, chung cư và các khu khu đô thị đang được đẩy mạnh nhằm đáp ứng nhu cầu nhà ở cho người dân cũng như qui hoạch hệ thống đô thị theo hướng hiện đại và có hệ thống nhất. Và thành phần quan trọng, thiết yếu nhất trong xây dựng đó chính là Xi Măng.Thập kỷ qua đã chứng kiến sản lượng xi măng toàn cầu tăng mạnh ở mức 1383 triệu tấn, với mức tăng trưởng đạt 84%. Gần 73% trong tổng mức tăng trưởng này, 1008 triệu tấn, bắt nguồn từ việc mở rộng ngành ở các nền kinh tế đang tăng trưởng nhanh chóng thuộc khu vực Đông Á, với sự đóng góp sản lượng 177 triệu tấn của các quốc gia khác ở Châu Á. Trong cùng thời gian, các hoạt động mở rộng trong vùng khác bao gồm 39 triệu tấnnăm ở Nam và Trung Mỹ, 82 triệu tấn ở Châu Phi và 97 triệu tấn ở Trung Đông. Đã thu được nhiều khoản lãi lớn từ việc giảm tổng cộng 35 triệu tấn ở Châu Âu và Châu Đại Dương và Bắc Mỹ. Sản lượng sản xuất và tiêu thụ xi măng toàn cầu được dự báo sẽ tăng lên từ mức dự kiến 3312 triệu tấn trong năm 2010 lên khoảng 4223 triệu tấn vào năm 2015 và sau đó sẽ tăng lên gần 5901 triệu tấn vào năm 2025. Điều này cho thấy tổng công suất mở rộng thêm sẽ đạt mức xấp xỉ 78%. Việc mở rộng công suất trong nửa thập kỷ được dự kiến sẽ đạt xấp xỉ 27,5% trong giai đoạn từ 2010 đến 2015, và giảm xuống 20% trong nửa thập kỷ tiếp theo và giảm thêm xuống 16% trong giai đoạn giữa 2020 và 2025. Các nhà máy xi măng ở nước ta hiện nay điều có quy mô lớn, có mức tự động hóa cao, sản xuất chủ yếu dựa vào nguồn nguyên liệu sẵn có tại địa phương.Trong quá trình sản xuất xi măng thì công đoạn nghiền nguyên liệu đóng vai trò then chốt trong toàn bộ dây chuyền. Công đoạn nghiền nguyên liệu có ảnh hưởng lớn đến chất lượng xi măng. Vì vậy nhóm thực hiện đã chọn đề tài: “Điều khiển và giám sát hệ thống nghiền và phân loại xi măng”.

THÀNH PH H CHÍ MINH Ố Ồ KHOA ĐÀO T O CH T L Ạ Ấ ƯỢ NG CAO

1 Tên đề tài:

2 Các số liệu, tài liệu ban đầu:

3 Nội dung thực hiện đề tài:

4 Sản phẩm:

TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

******************

BẢNG NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên Sinh viên: MSSV:

.MSSV:

.MSSV:

Ngành:

Tên đề tài:

Họ và tên Giáo viên hướng dẫn:

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20… Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc ******* B NG NH N XÉT C A GIÁO VIÊN PH N BI N Ả Ậ Ủ Ả Ệ Họ và tên Sinh viên: MSSV:

.MSSV:

.MSSV:

Ngành:

Tên đề tài:

NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20…

Giáo viên phản biện

(Ký & ghi rõ họ tên)

Sau hơn 4 tháng thực hiện đến nay đồ án chúng em đã hoàn thành, có thể nói

đồ án tốt nghiệp này là hành trang rất quan trọng để chúng em có thể trang bị, hệthống lại toàn bộ kiến thức đã được học trong 4 năm ngồi trên ghế nhà trường và tựtin để bắt đầu cống hiến chút sức nhỏ của mình cho xã hội sau khi ra trường Mặc

dù chúng em đã cố gắng nỗ lực để hoàn thành đồ án tốt nghiệp một cách tốt nhất.Tuy nhiên, do thời gian và trình độ có hạn nên chắc chắn đồ án còn có nhiều thiếusót và hạn chế Vì vậy, chúng em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của cácThầy cô và các bạn

Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Thầy Nguyễn Minh Tâm

đã tận tình hướng dẫn chúng em để chúng em có thể hoàn thành đồ án một cách tốtnhất Cảm ơn thầy Tạ Văn Phương đã tạo điều kiện cho chúng em đi tham quantrạm nghiền Phú Hữu để rồi xây dựng ý tưởng cho Đồ án ngày hôm nay

Chúng em xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô trong khoa Điện - Điện Tử vàkhoa Đào tạo Chất Lượng Cao trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật tp.HCM đã dạy

dỗ và truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian vừaqua

Cảm ơn những người bạn, người thân đã giúp đỡ,động viên trong quá trìnhthực hiện đồ án tốt nghiệp

TP Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 7 năm 2014

L I NÓI Đ U Ờ Ầ

Trong thời đại hiện nay, cùng với sự phát triển xã hội, quá trình công nghiệphóa cũng phát triển một cách mạnh mẽ và không ngừng Kéo theo đó là sự pháttriển của ngành công nghiệp Xây dựng khi các dự án tái định cư, chung cư và cáckhu khu đô thị đang được đẩy mạnh nhằm đáp ứng nhu cầu nhà ở cho người dâncũng như qui hoạch hệ thống đô thị theo hướng hiện đại và có hệ thống nhất Vàthành phần quan trọng, thiết yếu nhất trong xây dựng đó chính là Xi Măng

Thập kỷ qua đã chứng kiến sản lượng xi măng toàn cầu tăng mạnh ở mức

1383 triệu tấn, với mức tăng trưởng đạt 84% Gần 73% trong tổng mức tăng trưởngnày, 1008 triệu tấn, bắt nguồn từ việc mở rộng ngành ở các nền kinh tế đang tăngtrưởng nhanh chóng thuộc khu vực Đông Á, với sự đóng góp sản lượng 177 triệutấn của các quốc gia khác ở Châu Á Trong cùng thời gian, các hoạt động mở rộngtrong vùng khác bao gồm 39 triệu tấn/năm ở Nam và Trung Mỹ, 82 triệu tấn ở ChâuPhi và 97 triệu tấn ở Trung Đông Đã thu được nhiều khoản lãi lớn từ việc giảmtổng cộng 35 triệu tấn ở Châu Âu và Châu Đại Dương và Bắc Mỹ Sản lượng sảnxuất và tiêu thụ xi măng toàn cầu được dự báo sẽ tăng lên từ mức dự kiến 3312 triệutấn trong năm 2010 lên khoảng 4223 triệu tấn vào năm 2015 và sau đó sẽ tăng lêngần 5901 triệu tấn vào năm 2025 Điều này cho thấy tổng công suất mở rộng thêm

sẽ đạt mức xấp xỉ 78% Việc mở rộng công suất trong nửa thập kỷ được dự kiến sẽđạt xấp xỉ 27,5% trong giai đoạn từ 2010 đến 2015, và giảm xuống 20% trong nửathập kỷ tiếp theo và giảm thêm xuống 16% trong giai đoạn giữa 2020 và 2025 Cácnhà máy xi măng ở nước ta hiện nay điều có quy mô lớn, có mức tự động hóa cao,sản xuất chủ yếu dựa vào nguồn nguyên liệu sẵn có tại địa phương

Trong quá trình sản xuất xi măng thì công đoạn nghiền nguyên liệu đóng vaitrò then chốt trong toàn bộ dây chuyền Công đoạn nghiền nguyên liệu có ảnh

khiển và giám sát hệ thống nghiền và phân loại xi măng”.

M C L C Ụ Ụ

DANH M C CÁC HÌNH NH Ụ Ả

Thập kỷ qua đã chứng kiến sản lượng xi măng toàn cầu tăng mạnh ở mức 1383triệu tấn, với mức tăng trưởng đạt 84% Gần 73% trong tổng mức tăng trưởng này,

1008 triệu tấn, bắt nguồn từ việc mở rộng ngành ở các nền kinh tế đang tăng trưởngnhanh chóng thuộc khu vực Đông Á, với sự đóng góp sản lượng 177 triệu tấn củacác quốc gia khác ở Châu Á Trong cùng thời gian, các hoạt động mở rộng trongvùng khác bao gồm 39 triệu tấn/năm ở Nam và Trung Mỹ, 82 triệu tấn ở Châu Phi

và 97 triệu tấn ở Trung Đông Đã thu được nhiều khoản lãi lớn từ việc giảm tổngcộng 35 triệu tấn ở Châu Âu và Châu Đại Dương và Bắc Mỹ Sản lượng sản xuất vàtiêu thụ xi măng toàn cầu được dự báo sẽ tăng lên từ mức dự kiến 3312 triệu tấntrong năm 2010 lên khoảng 4223 triệu tấn vào năm 2015 và sau đó sẽ tăng lên gần

5901 triệu tấn vào năm 2025 Điều này cho thấy tổng công suất mở rộng thêm sẽđạt mức xấp xỉ 78% Việc mở rộng công suất trong nửa thập kỷ được dự kiến sẽ đạtxấp xỉ 27,5% trong giai đoạn từ 2010 đến 2015, và giảm xuống 20% trong nửa thập

kỷ tiếp theo và giảm thêm xuống 16% trong giai đoạn giữa 2020 và 2025 Các nhàmáy xi măng ở nước ta hiện nay điều có quy mô lớn, có mức tự động hóa cao, sảnxuất chủ yếu dựa vào nguồn nguyên liệu sẵn có tại địa phương

Trong quá trình sản xuất xi măng thì công đoạn nghiền nguyên liệu đóng vaitrò then chốt trong toàn bộ dây chuyền Công đoạn nghiền nguyên liệu có ảnhhưởng lớn đến chất lượng xi măng Vì vậy nhóm chúng tôi đã chọn đề tài: “Điềukhiển và giám sát hệ thống nghiền và phân loại xi măng”.

Hình 1 1: Cân băng tải định lượng phối liệuKhi sử dụng PLC để điều khiển hệ thống, ta sẽ có được những ưu điểm sau:

- Tính linh hoạt: có thể sử dụng bộ điều khiển cho nhiều đối tượng khác nhauvới thuật toán điều khiển khác nhau

- Dễ dàng thiết kế và thay đổi logic điều khiển: với các hệ thống điều khiển sửdụng rơle, khi thay đổi logic điều khiển cần có nhiều thời gian để nối lại dâycho các thiết bị và panel điều khiển, và đó là một công việc phức tạp Với hệthống điều khiển sử dụng PLC, thay đổi logic điều khiển bằng cách thay đổichương trình thông qua thiết bị lập trình và ngôn ngữ lập trình chuyên dùng.Điều đó làm giảm đáng kể thời gian thiết kế hệ thống

- Tối ưu logic điều khiển: Được sự hỗ trợ của các công cụ mô phỏng và gỡ rốitrực tuyến và trực quan làm cho hệ thống được thiết kế có tính tối ưu hơn

- Tốc độ thực hiện nhanh

- Nhỏ gọn và giá thành thấp

- Khả năng mở rộng và nâng cấp hệ thống: Do được chế tạo dưới dạng cácmodule được chuẩn hóa cho phép ghép nối các thành phần không chỉ của mộtnhà sản xuất Đây là một yêu cầu không thể thiếu trong các hệ thống điềukhiển hiện đại.

Hình 1 2: Trạm PLC S7-200 điều khiển hệ thống trong thực tế

Hệ thống khi được giám sát bằng phần mềm sẽ có những ưu điểm như sau:

- Giảm thời gian, chi phí nhân công để ghi lại dữ liệu từ các thiết bị đo lường

- Giảm được sai sót trong quá trình thu thập dữ liệu bằng tay, tăng độ chính xáctrong đo lường

- Khả năng đáp ứng nhanh với bất kỳ sự cố nào thông qua những cảnh báo

- Giảm thời gian xử lý sự cố do dữ liệu được thu thập đầy đủ

- Sử dụng công nghệ và phần mềm tiên tiến

- Có thể mở rộng một hệ thống từ đơn giản đến phức tạp một các linh hoạt, từ

hệ thống với một máy tính giám sát tới hệ thống với nhiều máy tính giám sáthay hệ thống có tính phân tán với nhiều mày chủ

Hình 1 3:Một phần HMI RsView32 (Rockwell Automation) trong hệ thống tiết

kiệm năng lượng nhà máy sản xuất Pepsi

1.2 M c tiêu ụ

Mục tiêu của đề tài là:

- Thiết kế hệ thống cân động trên băng tải để trộn nguyên liệu nghiền xi măngtheo các tỉ lệ thích hợp, tạo ra các loại xi măng khác nhau

- Mô phỏng máy nghiền xi măng

- Thiết kế bồn chứa xi măng 3 ngăn

- Thiết kế hệ thống phân loại xi măng, đưa xi măng vào các ngăn thích hợptrong bồn chứa

- Đảm bảo tính vận hành liên tục nhằm tối ưu năng suất

1.3 Gi i h n đ tài ớ ạ ề

Giới hạn của đề tài là:

- Do hệ thống thực tế sử dụng nhiều công nghệ hiện đại nên khi thiết kế, xâydựng hệ thống mô phỏng chưa đảm bảo đầy đủ các yếu tố theo tiêu chuẩnthực

- Máy nghiền thực tế được thiết kế bằng hệ thống con lăn nghiền được điềukhiển bằng hệ thống thủy lực với nhiều đặc điểm phức tạp, nên khi nhóm môphỏng lại máy nghiền chưa giống với công nghệ thực tế

- Bộ phận định lượng sử dụng phương pháp cân động nên có sai số lớn hơnphương pháp cân tĩnh thông thường.

1.4 Ph ươ ng pháp nghiên c u ứ

Dựa vào các hệ thống nhà máy nghiền xi măng trên toàn quốc và so sánh cáccông nghệ nghiền tại các nhà máy, nhóm đã thực hiện dựa trên mô hình nhà máynghiền xi măng Phú Hữu thuộc Tổng công ty xi măng Hà Tiên Đây là một hệ thốngđược thiết kế dựa trên công nghệ hiện đại nhất Đông Nam Á với nhiều ưu điểmvượt trội như:

- Nhà máy được vận hành thông qua 1 hệ thống PLC của hãng ABB với mộtphần mềm điều khiển giám sát, thông qua đó người vận hành có thể thao tác,giám sát và kiểm tra sự cố qua màn hình máy tính

- Với công nghệ này nhà máy sử dụng rất ít nhân công vì toàn bộ quá trình điềuđược tự động hóa

- Ở đầu ra, xi măng được vận chuyển đến 1 bồn 5 ngăn có thể chứa nhiều loại ximăng khác nhau thay vì phải sử dụng 5 bồn chứa theo cách truyền thống, điềunày giúp tiết kiệm diện tích, tăng tính linh hoạt trong khâu xuất sản phẩm…

1.5 N i dung đ tài ộ ề

Phần còn lại của đề tài có nội dung như sau:

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 trình bày qui trình sản xuất xi măng, các nguyên liệu sản xuất vànguyên lý tính lưu lượng của băng tải định lượng

Chương 3: Thiết kế phần cứng

Chương 3 trình bày yều cầu và sơ đồ công nghệ của hệ thống, tính toán vàlựa chọn các thiết bị sử dụng trong hệ thống cũng như các bản vẽ kết nối PLC,kết nối mạch động lực

Chương 4: Giải thuật điều khiển

Chương 4 trình bày trình tự hoạt động của hệ thống, yêu cầu giám sát và cácthông số cần thay đổi, từ đó đưa ra thuật toán điều khiển và phần mềm giám sátcho hệ thống.

Chương 5: Kết quả

Chương này trình bày những thông số kỹ thuật, hình ảnh kết quả phần cứng

và phần mềm cũng như thảo luận về kết quả đã đạt được

2 CH ƯƠ NG 2

C S LÝ THUY T Ơ Ở Ế 2.1 Quy trình s n xu t xi măng ả ấ

Hình 2 1 Quy trình sản xuất xi măngQuá trình sản xuất xi măng được mô tả qua 3 giai đoạn cụ thể như sau:

2.1.1 Quá trình chu n b nguyên nhiên li u: ẩ ị ệ

Từ mỏ, đá vôi được khai thác (nổ mìn) và được vận chuyển bằng xe tải về đổqua máy đập búa (1) đưa về kích thước nhỏ hơn và đưa lên máy rải liệu (2) để rảiliệu chất thành đống trong kho (đồng nhất sơ bộ)

Tương tự với đất sét, quặng sắt( hoặc đá đỏ), than đá và nguyên liệu kháccũng được chất vào kho và đồng nhất theo cách trên.

Tại kho chứa, mỗi loại sẽ được máy cào liệu (5) và (6) cào từng lớp (đồngnhất lần hai) đưa lên băng chuyền để nạp vào từng Bin chứa liệu (7) theo từng loại

Đá Vôi, Đất Sét, Quặng Sắt, Thạch Cao, Than

Than Đá thô từ kho chứa sẽ được đưa vào máy nghiền đứng (20) để nghiền,với những hạt đạt yêu cầu sẽ được đưa vào Bin chứa (21) còn những hạt chưa đạt sẽhỗi về máy nghiền nghiền lại đảm bảo hạt than nhiên liệu cháy hoàn toàn khi cấpcho đầu lò nung và tháp trao đổi nhiệt

2.1.2 Quá trình s n xu t Clinker thành ph m: ả ấ ẩ

T các Bin ch a li u (7), t ng lo i nguyên li u đừ ứ ệ ừ ạ ệ ược rút ra và ch y quaạ

h th ng cân đ nh lệ ố ị ượng theo đúng t l c p ph i đ a ra t nhân viên v nỷ ệ ấ ố ư ừ ậhành đi u khi n (t l ph i li u đề ể ỷ ệ ố ệ ược quy t đ nh t phòng thí nghi m) T cế ị ừ ệ ấ

c nguyên li u đó sẽ đả ệ ược gom vào m t băng t i chung và đ a vào máy nghi nộ ả ư ề

đ ng (8) đ nghi n v kích thứ ể ề ề ước yêu c u (<15% khi qua sàn 0.08mm), t iầ ạđây nguyên li u đã đệ ược đ ng nh t m t l n n a B t li u sau khi nghi n đồ ấ ộ ầ ữ ộ ệ ề ượcchuy n lên Silo ch a li u s ng (9) chu n b đ c p cho lò nung, dể ứ ệ ố ẩ ị ể ấ ưới Silo li uệ

s ng ph i có h th ng s c khí nén liên t c vào Silo đ ti p t c đ ng nh t l nố ả ệ ố ụ ụ ể ế ụ ồ ấ ầ

n a.ữ Đ có m t s n ph m Clinker n đ nh chúng ta th y nguyên li u ph i quaể ộ ả ẩ ổ ị ấ ệ ả

ít nh t 4 l n đ ng nh t nguyên li u.ấ ầ ồ ấ ệ

Lò quay nung Clinker (12) và tháp phân gi i (11):ả

Lò nung (12) là m t ng tròn độ ố ường kính t 3 - 5 mét và dài t 30 - 80ừ ừmét tùy vào công su t c a lò Góc nghiên c a lò t 3ấ ủ ủ ừ 0 – 50 đ t o đ nghiên choể ạ ộdòng nguyên li u ch y bên trong T i đ u ra c a Clinker sẽ có m t dàn qu tệ ả ạ ầ ủ ộ ạ

th i gió tổ ươi làm ngu i nhanh Clinker (làm ngu i càng nhanh càng cho ch tộ ộ ấ

lượng Clinker t t h n)ố ơ

Tháp phân gi i (11) là m t h th ng g m t 3-5 t ng, m i t ng có 1ả ộ ệ ố ồ ừ ầ ỗ ầ

ho c 2 ng l ng d ng chóp có c u t o đ tăng th i gian trao đ i nhi t c a b tặ ố ồ ạ ấ ạ ể ờ ổ ệ ủ ộ

li u B t li u đệ ộ ệ ượ ấ ừc c p t trên đ nh tháp và đi xu ng, nhi t nóng t than đỉ ố ệ ừ ược

đ t cháy t tháp phân gi i và ố ừ ả lò nung đi lên sẽ t o đi u ki n cho ph n ngạ ề ệ ả ứ

t o khoáng bên trong b t li u M c dù b t li u đi xu ng và khí nóng đi lênạ ộ ệ ặ ộ ệ ố

nh ng th c ch t quá trình này là trao đ i nhi t cùng chi u do c u t o đ cư ự ấ ổ ệ ề ấ ạ ặ

bi t c a các Xyclon trao đ i nhi t.ệ ủ ổ ệ

Than m n đị ược rút t Bin ch a trung gian (21) c p cho các béc phun ừ ứ ấ ởtháp trao đ i nhi t và đ u lò nung đ đổ ệ ầ ể ược đ t cháy nung nóng b t li u.ố ộ ệ

B t li u s ng độ ệ ố ược rút ra t Silo ch a (9), qua cân đ nh lừ ứ ị ượng và được

đ a lên đ nh tháp trao đ i nhi t b ng thi t b chuyên dùng T trên đ nh thápư ỉ ổ ệ ằ ế ị ừ ỉ(11), li u t t đi xu ng qua các t ng XyClon k t h p v i khí nóng t lò nungệ ừ ừ ố ầ ế ợ ớ ừ

đi lên được gia nhi t d n lên kho ng 800-900ệ ầ ả 0C trước khi đi vào lò nung (12).Trong lò, nhi t đ 1450ở ệ ộ 0C các oxit CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 có trong nguyên

li u k t h p v i nhau t o thành m t s khoáng chính quy t đ nh ch t lệ ế ợ ớ ạ ộ ố ế ị ấ ượng

c a Clinker nh : Củ ư 3S, C2S, C3A và C4AF Viên Clinker ra kh i lò sẽ r i xu ng dànỏ ơ ốlàm l nh (13), h th ng qu t cao áp đ t bên dạ ệ ố ạ ặ ưới sẽ th i gió tổ ươi vào làmngu i nhanh viên Clinker v nhi t đ kho ng 50 ÷ 90ộ ề ệ ộ ả 0C, sau đó Clinker sẽ

được chuy n lên Silo ch a Clinker.ể ứ

2.1.3 Quá trình s n xu t xi măng và đóng bao thành ph m: ả ấ ẩ

Clinker sẽ được rút từ Silo, cấp vào Bin chứa (15) để chuẩn bị nguyên liệucho quá trình nghiền xi măng Tương tự Thạch Cao và Phụ Gia từ kho cũng đượcchuyển vào Bin chứa riêng theo từng loại Dưới mỗi Bin chứa, nguyên liệu đượcqua cân định lượng theo đúng khối lượng của đơn phối liệu, xuống băng tải chínhđưa vào máy cán (16) để cán sơ bộ, sau đó được đưa vào máy nghiền xi măng (17).Bột liệu ra khỏi máy nghiền được đưa lên thiết bị phân ly (18), tại đây những hạtchưa yêu cầu sẽ được hồi lưu về máy nghiền để nghiền tiếp còn những hạt đạt kíchthước yêu cầu được phân ly tách ra, đi theo dòng quạt hút đưa lên lọc bụi (19) thuhồi toàn bộ và đưa vào Silo chứa xi măng (22) Quá trình nghiền sẽ diễn ra theo mộtchu trình kín và liên tục

Từ Silo chứa (22) xi măng sẽ được cấp theo 2 cách khác nhau:

Rút xi măng cấp trực tiếp cho xe bồn nhận hàng dạng xá/rời

Và cấp qua máy đóng bao (23), để đóng thành từng bao 50kg giao đến từngphương tiện nhận hàng

2.2.1.2 Nguyên li u s n xu t Clinker ệ ả ấ

2.2.1.2.1 Đá vôi

Theo tiêu chuẩn Việt nam TCVN 6072:1996, đá vôi dùng làm nguyên liệu đểsản xuất xi măng poóc lăng phải thoả mãn yêu cầu về hàm lượng của các chất là:CaCO3≥ 85%; MgCO3≤ 5%; K2O + Na2O ≤ 1%

Thông thường, các nhà máy xi măng ở nước ta đều sử dụng đá vôi có hàmlượng CaCO3 = 90 ÷ 98% (CaO = 50 ÷ 55%), MgO < 3% và oxit kiềm không đángkể

Ngoài đá vôi ra, ở một số nơi hiếm đá vôi có thể sử dụng đá vôi san hô hoặc

vỏ sò nhưng phải khai thác và để lâu ngày cho mưa rửa trôi hết muối NaCl Đá phấn

có chứa CaCO3 98 ÷ 99%, có cấu trúc tơi xốp có thể thay cho đá vôi và là nguyênliệu thích hợp để sản xuất xi măng trắng

Phụ gia giàu silic: Để điều chỉnh môđun silicat (n = S / A + F) trong trường

hợp nguồn sét của nhà máy có hàm lượng SiO2 thấp, có thể sử dụng các loại phụ giacao silic Các phụ gia thường sử dụng là các loại đất hoặc đá cao silíc có hàm lượngSiO2 > 80% Ngoài ra, ở những nơi không có nguồn đất cao silic có thể sử dụng cátmịn nhưng khả năng nghiền mịn sẽ khó hơn và SiO2 trong cát nằm ở dạng quăczitkhó phản ứng hơn nên cần phải sử dụng kèm theo phụ gia khoáng hoá để giảm nhiệt

độ nung clinker

Phụ gia giàu sắt: Để điều chỉnh môđun aluminat (p = A / F) nhằm bổ sunghàm lượng Fe2O3 cho phối liệu, vì hầu hết các loại sét đều không có đủ lượng Fe2O3theo yêu cầu Các loại phụ gia cao sắt thường được sử dụng ở nước ta là: Xỉ piritLâm Thao (phế thải của công nghiệp sản xuất H2SO4 từ quặng pyrit sắt) chứa Fe2O3:

55 ÷ 68%, quặng sắt (ở Thái Nguyên, Thanh Hoá, Quảng Ninh, Lạng Sơn) chứa

Fe2O3: 65 ÷ 85% hoặc quặng Laterit (ở các tỉnh miền Trung, miền Nam) chứa

Fe2O3: 35 ÷ 50%

Phụ gia giàu nhôm: Cũng dùng để điều chỉnh mô đun aluminat (p) nhằm bổsung hàm lượng Al2O3 cho phối liệu trong trường hợp nguồn sét của nhà máy quá ítnhôm Nguồn phụ gia cao nhôm thường là quặng bôxit (ở Lạng Sơn, Cao Bằng,Lâm Đồng) có chứa Al2O3 44 ÷ 58% Cũng có thể sử dụng cao lanh hoặc tro xỉnhiệt điện làm phụ gia bổ sung nhôm, nhưng tỷ lệ dùng khá cao và hiệu quả kinh tếthấp hơn do phải vận chuyển khối lượng lớn đi xa

2.2.2.2.4 Phụ gia khoáng hoá:

Để giảm nhiệt độ nung clinker nhằm tiết kiệm nhiên liệu và tăng khả năngtạo khoáng, tăng độ hoạt tính của các khoáng clinker, có thể sử dụng thêm một sốloại phụ gia khoáng hoá như quặng fluorit, còn gọi là huỳnh thạch (chứa CaF2),quặng phosphorit (chứa P2O5), quặng barit (chứa BaSO4), thạch cao (chứa CaSO4).Các loại phụ gia này có thể dùng riêng một loại hoặc dùng phối hợp với nhau ởdạng phụ gia hỗn hợp, khi đó tác dụng khoáng hoá sẽ tốt hơn, tỷ lệ mỗi loại phụ gia

sẽ ít hơn Tuy vậy, trong sản xuất nếu càng sử dụng nhiều loại nguyên liệu và phụgia thì công nghệ pha trộn phối liệu càng phức tạp, tốn nhiều thiết bị cân trộn hơn

và khả năng đồng nhất kém hơn, việc khống chế phối liệu cho chính xác cũng khóhơn

Mặt khác khi sử dụng phụ gia khoáng hóa cần lưu ý đến các điều kiện kỹ thuật,môi trường và đặc biệt là hiệu quả kinh tế so với giải pháp chỉ sử dụng than có chấtlượng

2.2.1.3 Thành ph n khoáng và hóa c a Clinker â u

2.2.1.3.1 Thành ph n hóa â

Chủ yếu gồm 4 oxit chính như: CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 chiếm từ 94 đến96% Ngoài ra, tùy theo nguồn nguyên liệu sử dụng để chế tạo phối liệu mà trongclinker còn có thêm một số oxit khác với hàm lượng nhỏ như: MgO, TiO2, SO3,

Các khoáng này có cấu trúc tinh thể khác nhau và quyết định đến tính chấtcủa clinker

Chất lượng của clinker sẽ quyết định tính chất của xi măng Thành phần tổngquát của clinker

Trong sản xuất, để giảm nhiệt độ nung clinker người ta có thể sử dụng một

số phụ gia khoáng hóa như crômit, apatit, barit, thạch cao, huỳnh thạch, v.v Hàmlượng % của các oxit khoáng hóa (nếu có) thường nằm trong khoảng sau:

Mn2O3 : 0,1 ÷ 0,3 Cr2O3 : 0,1 ÷ 0,3

P2O5 : 0,1 ÷ 0,25 BaO : 0,5 ÷ 1,5

Vai trò của các oxit:

Oxit canxi (CaO): Tham gia vào phản ứng tạo các khoáng chính của clinker(C3S, C2S, C3A, C4AF)

Nguồn cung cấp CaO chủ yếu là đá vôi (chứa CaCO3) Hàm lượngCaO trong clinker càng nhiều thì khả năng tạo thành C3S càng lớn, khi đóng rắn ximăng sẽ phát triển cường độ càng nhanh, cho cường độ càng cao

Tuy nhiên, muốn xi măng có chất lượng cao, yêu cầu hầu hết lượng CaO cótrong clinker phải phản ứng hết với các oxit khác để tạo thành các khoáng canxi silicat,canxi aluminat, canxi alumo ferit Nếu CaO còn lại trong clinker ở dạng tự do (CaOtd)lớn hơn 2% sẽ làm cho đá xi măng nở thể tích dẫn đến phá hủy cấu trúc đã bền vữnglàm giảm cường độ của nó Xi măng chứa nhiều CaO tỏa nhiều nhiệt khi đóng rắn (cóthể gây nứt bê tông), kém bền vững trong các môi trường xâm thực và làm giảm độbền nước của bê tông

Oxit silic (SiO2): Là thành phần rất quan trọng của clinker và đứng thứ hai về

số lượng sau CaO Nguồn cung cấp SiO2 chủ yếu là sét, đất cao silic hoặc cát và trothan Oxit silic phản ứng với oxit canxi tạo thành các khoáng canxi silicat C3S và

C2S Khi hàm lượng SiO2 nhiều mà CaO vừa đủ thì xi măng sẽ đóng rắn chậm,cường độ ban đầu thấp Tuy nhiên sau thời gian dài đóng rắn (khoảng sau 1 năm),

đá xi măng sẽ có cường độ cao Ngoài ra, xi măng còn có nhiều tính chất quí khácnhư tỏa nhiệt ít khi đóng rắn, bền trong các môi trường xâm thực, độ bền nước cao

Oxit nhôm (Al2O3): Trong quá trình nung, Al2O3 tác dụng với CaO, Fe2O3 tạothành các khoáng canxi aluminat C3A và canxi alumo ferit C4AF Nguồn cung cấp

Al2O3 chủ yếu là sét và tro than Clinker chứa nhiều Al2O3 sẽ cho xi măng có thờigian đông kết ngắn, tốc độ phát triển cường độ nhanh, cường độ cao, nhưng tỏanhiều nhiệt khi đóng rắn và kém bền trong các môi trường xâm thực Đồng thời nólàm độ nhớt pha lỏng tăng gây cản trở quá trình tạo khoảng C3S Mặt khác khi làmlạnh các khoáng aluminat dễ bị phân hủy và tạo ra CaO tự do

Oxit sắt (Fe2O3): Là thành phần chính tạo ra chất nóng chảy khi nung phốiliệu Nhờ chất nóng chảy này mà các phản ứng tạo khoáng clinker xảy ra dễ hơn và

ở nhiệt độ thấp hơn Fe2O3 phản ứng với CaO và Al2O3 tạo thành khoáng canxialumôferit C4AF Nguồn cung cấp Fe2O3 chủ yếu là quặng sắt, xỉ pyrit, quặng laterit

và một phần oxit sắt có sẵn trong sét, tro than Clinker chứa nhiều oxit sắt sẽ cho ximăng có cường độ thấp và tốc độ đóng rắn chậm Ngoài ra, nếu hàm lượng Fe2O3quá lớn (Fe2O3 > 5%)sẽ tạo nhiều chất nóng chảy gây dính lò, khó nung; nếu hàmlượng Fe2O3 quá ít sẽ không đủ chất nóng chảy, khó phản ứng tạo khoáng và clinkerkhó kết khối Vì vậy trong sản xuất cần khống chế chặt chẽ hàm lượng Fe2O3 trongkhoảng cho phép

Oxit Magiê (MgO): Là oxit có hại trong clinker xi măng poóclăng, thường lẫntrong đá vôi, sét, tro than, v.v Với hàm lượng nhỏ (0,2 ÷ 0,5%) nó tạo thành dung dịchrắn với khoáng C3S làm tăng hoạt tính của khoáng này Nhưng nếu hàm lượng MgOquá lớn nó sẽ nằm ở dạng tự do, khi nung ở nhiệt độ cao bị hóa già thành periclaz.Periclaz phản ứng rất chậm với nước, gây ra nở thể tích và phá vỡ cấu trúc đá xi măng

sau này Vì vậy, hầu hết các nước đều quy định hàm lượng MgO trong clinker xi măngkhông được vượt quá 5 %, riêng Mỹ quy định MgO ≤ 6%.

Các oxit khác:

Oxit titan (TiO2): Là tạp chất thường có trong sét Hàm lượng TiO2 trongclinker rất nhỏ nhưng lại là tạp chất có lợi cho quá trình tạo khoáng

Oxit mangan (Mn2O3): Thường có trong quặng sắt và đá vôi Hàm lượng nhỏ

Mn2O3 có vai trò như Fe2O3 và có tác dụng tốt đến quá trình tạo khoáng, nó có thểthay thế đồng hình cho Fe2O3 trong các khoáng canxi alumoferrit tạo thành dungdịch rắn

Các Oxit crôm (Cr2O3), phốtpho (P2O5), bari (BaO): Là các oxit có lợi choquá trình tạo khoáng clinker Với hàm lượng nhỏ, chúng có tác dụng giảm nhiệt độnung và tạo thành dung dịch rắn làm tăng hoạt tính của các khoáng khi tác dụng vớinước Vì vậy chúng thường được gọi là các oxit khoáng hóa Nhưng với hàm lượnglớn, chúng lại làm giảm cường độ của xi măng do cản trở quá trình tạo khoáng C3S(là khoáng chủ yếu tạo ra cường độ của đá xi măng)

Anhydric sunfuric (SO3): Khi nung clinker, lưu huỳnh có trong nhiên liệu vànguyên liệu bị đốt cháy thành SO3 và bay hơi theo khói lò gây ô nhiễm môi trường,

có hại cho sức khỏe SO3 còn lại trong clinker có tác dụng 2 mặt: Nếu kết hợp vớioxit kiềm tạo thành K2SO4 và Na2SO4 sẽ ảnh hưởng không tốt tới quá trình nung(nhất là đối với công nghệ lò quay phương pháp khô) và làm giảm cường độ của đá

xi măng, nếu nằm lại trong clinker ở dạng khoáng sunfoaluminat thì lại có lợi chocường độ của đá xi măng

Oxit kiềm (Na2O, K2O): Là tạp chất có hại, chủ yếu do sét đưa vào phối liệu.Khi nung ở nhiệt độ cao, chúng tạo thành các hợp chất dễ thăng hoa bay theo khói

và bụi làm ảnh hưởng tới hoạt động của lò nung Phần kiềm còn lại trong clinkerlàm giảm cường độ của xi măng Nếu hàm lượng lớn hơn 1% sẽ rất nguy hiểm vìchúng tác dụng với SiO2 hoạt tính của cốt liệu dẫn đến phản ứng kiềm - silic pháhủy bê tông, thậm chí sau 30 ÷ 40 năm Đối với xi măng dùng cho các công trình

thủy công yêu cầu hàm lượng kiềm tương đương (tính theo công thức %Na2Otđ =

%Na2O + 0,658 %K2O) phải nhỏ hơn 0,6%

Hàm lượng của các khoáng này trong clinker xi măng poóc lăng nằm trong giớihạn sau: C3S: 37 ÷ 60%, C2S: 15 ÷ 40%, C3A: 5 ÷15%, C4AF: 10÷18%

Tổng các khoáng chính chiếm 95 ÷ 97%, trong đó C3S + C2S: 75 ÷ 80%,

C3A+C4AF: 18 ÷ 25%

Đặc trưng của các khoáng clinker :

Khoáng Alit (54CaO.16SiO2.Al2O3.MgO = C54S16AM): Là khoáng chính củaclinker xi măng poóclăng Alit là dạng dung dịch rắn của khoáng C3S với oxit Al2O3

và MgO lẫn trong mạng lưới tinh thể thay thế vị trí của SiO2 Khoáng C3S được tạothành ở nhiệt độ lớn hơn 12500C do sự tác dụng của CaO với khoáng C2S trong phalỏng nóng chảy và bền vững đến 20650C (có tài liệu nêu giới hạn nhiệt độ bền vữngcủa C3S từ 12500C ÷ 19000C) Alit có cấu trúc dạng tấm hình lục giác, màu trắng, cókhối lượng riêng 3,15 ÷ 3,25 g/cm3, có kích thước 10 ÷ 250 µm

Khi tác dụng với nước, khoáng Alit thủy hóa nhanh, tỏa nhiều nhiệt, tạothành các tinh thể dạng sợi (có công thức viết tắt là CSH(B) gọi là Tobermorit) đanxen vào nhau tạo cho đá xi măng có cường độ cao và phát triển cường độ nhanh.Đồng thời nó cũng thải ra lượng Ca(OH)2 khá nhiều nên kém bền nước và nướcchứa ion sunphat

4CaO + Al2O3 + Fe2O3 = 4CaO.Al2O3.Fe2O3 viết tắt là C4AF

3CaO + Al2O3 = 3CaO.Al2O3 viết tắt là C3A

2CaO + SiO2 = 2CaO.SiO2 viết tắt là C2S

CaO + 2CaO.SiO 2 = 3CaO.SiO2 viết tắt là C3S

Khoáng Bêlít (βC2S): Có cấu trúc dạng tròn, phân bố xung quanh các hạtAlit Bêlit là một dạng thù hình của khoáng C2S, tồn tại trong clinker khi làm nguộinhanh Trong quá trình nung clinker do phản ứng của CaO với SiO2 ở trạng thái rắntạo thành khoáng C2S ở nhiệt độ 600 ÷ 11000C Khoáng C2S có 4 dạng khác nhau vềhình dáng cấu trúc và các tính chất, gọi là dạng thù hình, đó là α, α'-,β- và γ- C2S.

Sự thay đổi trạng thái cấu trúc của Bêlít khi tăng nhiệt độ tới xuất hiện pha lỏng

và khi làm nguội tới nhiệt độ bình thường rất phức tạp và phụ thuộc vào nhiều yếu tốkhác nhau Sự biến đổi thù hình của C2S trong quá trình làm nguội mô tả sau đây đãđơn giản hóa rất nhiều

Khi làm nguội clinker, nếu tốc độ làm nguội chậm sẽ xảy ra sự biến đổi thùhình từ dạng β- C2S sang dạng γ- C2S kèm theo hiện tượng clinker bị tả thành bột vì

có sự tăng thể tích Nguyên nhân vì γ- C2S có khối lượng riêng là 2,97g/cm3, nhỏhơn khối lượng riêng của β- C2S là 3,28g/cm3 γ- C2S không có tính kết dính ở điềukiện nhiệt độ và áp suất thường, vì vậy để tránh hiện tượng tả clinker do sự biến đổithù hình từ β- C2S sang γ- C2S ở 5750C, cần ổn định bằng cách đưa một số oxit khácnhư P2O5, BaO vào mạng lưới cấu trúc của nó tạo thành dung dịch rắn

Khi tác dụng với nước, khoáng Belit thủy hóa chậm, tỏa nhiệt ít và cũng tạothành các tinh thể dạng sợi (có công thức viết tắt là CSH(B) gọi là Tobermorit) đanxen vào nhau tạo cho đá xi măng có cường độ cao Tốc độ phát triển cường độ củakhoáng Belit chậm hơn khoáng Alit, phải sau 1 năm đóng rắn cường độ của Belitmới bằng của Alit

Belit thải ra lượng Ca(OH)2 ít hơn Alit nên nó tạo cho đá xi măng có độ bền

ăn mòn rửa trôi cao hơn đá xi măng Alit

Khoáng canxi aluminat (C3A): Là chất trung gian màu trắng nằm xen giữacác hạt Alit và Belit cùng với alumo ferit canxi (C4AF) Trong thành phần của C3Acũng chứa một số tạp chất như: SiO2, Fe2O3, MgO, K2O, Na2O

Aluminát canxi là khoáng quan trọng cùng với Alit tạo ra cường độ ban đầucủa đá xi măng Xi măng chứa nhiều C3A toả nhiều nhiệt khi đóng rắn, nếu thiếu

hoặc không có thạch cao để làm chậm sự đông kết thì xi măng sẽ bị đóng rắn rấtnhanh (không thể thi công được) C3A có tỷ trọng 3,04g/cm3, là khoáng đóng rắnnhanh, cho cường độ cao nhưng kém bền trong môi trường sun phát.

Khoáng Canxi alumo ferit (C4AF): Cũng là chất trung gian, có tỷ trọng 3,77g/cm3, màu đen, nằm xen giữa các hạt Alit và Belit cùng với khoáng C3A Khi nungclinker, do phản ứng của CaO với Fe2O3 tạo thành các khoáng nóng chảy ở nhiệt độthấp (600 ÷ 700OC) như CaO.Fe2O3 (CF), C2F Sau đó các khoáng này tiếp tụcphản ứng với Al2O3 tạo thành các khoáng Canxi Alumo Ferit có thành phần thay đổinhư C2F, C6A2F, C4AF,C6AF2 Các khoáng này bị nóng chảy hoàn toàn ở nhiệt độ

1250OC và trở thành pha lỏng cùng với các khoáng Canxi aluminat, tạo ra môitrường cho phản ứng tạo thành khoáng C3S, nên chúng thường được gọi là chấttrung gian hoặc pha lỏng clinker

Khi tác dụng với nước, Canxi alumo ferit thuỷ hoá chậm, toả nhiệt ít và cho cường độthấp

Các khoáng khác:

Ngoài 4 khoáng chính ở trên, trong clinker còn chứa pha thuỷ tinh là chấtlỏng nóng chảy bị đông đặc lại khi làm lạnh clinker Nếu quá trình làm nguội nhanhthì các khoáng C3A, C4AF, MgO (periclaz), CaOtd… không kịp kết tinh để táchkhỏi pha lỏng, khi đó pha thuỷ tinh sẽ nhiều Ngược lại, nếu làm lạnh chậm thì phathuỷ tinh sẽ ít Khi làm nguội nhanh, các khoáng sẽ nằm trong pha thuỷ tinh ở dạnghoà tan nên có năng lượng dự trữ lớn làm cho clinker rất hoạt tính và sẽ tạo cho đá

xi măng có cường độ ban đầu cao Khi làm lạnh chậm, các khoáng sẽ kết tinh hoànchỉnh, kích thước lớn nên độ hoạt tính với nước sẽ giảm, hơn nữa MgO và CaO tự

do sẽ kết tinh thành các tinh thể độc lập, bị già hoá nên dễ gây ra sự phá huỷ cấutrúc của đá xi măng, bê tông về sau

Hình 2 2 Khoáng Alit (C54S16AM)

Hình 2 3 Khoáng Belit (β-C2S)

2.2.1.4 Đ c tinh c a clinker ă u

2.2.1.4.1 S hydrat hoá c a các khoáng Clinker: ư u

2.2.1.4.1.1 S hydrat hoá c a Cự ủ 3S và Alít:

Sự hydrat hoá của C3S và Alít tạo thành các hydro canxi silicat và Ca(OH)2theo các phản ứng như sau:

2(3CaO SiO2) + 6H2O = 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2 + ∆H

3CaO SiO2 + 3H2O = 2CaO.SiO2.2H2O + Ca(OH)2 + ∆H

Tổng lượng nhiệt toả ra phụ thuộc vào dạng hydro canxi silicat được tạothành và thay đổi trong khoảng từ 32 ÷ 500 kJ/kg

Mức độ hydrat hoá C3S ở nhiệt độ 2980K (25oC) sau 1 ngày: 25 ÷ 35%; sau

10 ngày: 55 ÷ 65%; sau 28 ngày: 78 ÷ 80%

Thành phần của các hydro canxi silicat được tạo thành khi hydrat hoá C3S vàAlit bị thay đổi và phụ thuộc vào điều kiện đóng rắn Các hydro canxi silicat mới có

độ bazơ cao kết tinh dưới dạng tinh thể hình sợi dài nhỏ Các tinh thể này tạo thành

ở bên ngoài lớp vỏ hydrat hình cầu do đó có thể quan sát được khi nghiên cứu kínhhiển vi điện tử

Sự hydrat hoá C3S bị chậm lại khi có mặt Ca(OH)2, C3A và tăng lên đáng kểkhi có mặt CaCl2 và các clorit, bromit, nitrit, sunfat, cacbonat, các kim loại kiềm vàthạch cao

2.2.1.4.1.2 S hydrat hoá c a Cự ủ 2S và bêlit

Phản ứng hydrat hoá C2S và các dung dịch rắn của nó tạo thành các hydrocanxi silicat thành phần khác nhau và số lượng Ca(OH)2 nào đó như sau:

2CaO.SiO2 + 3H2O = CaO SiO2.2H2O + Ca(OH)2 Phản ứng xảy ra với lượng nhiệt toả ra 250 ÷ 290 kJ/kg

Tốc độ hydrat hoá C2S chậm hơn so vớiC3S và phụ thuộc vào cấu tạo tinhthể của khoáng, thành phần của dung dịch nước và điều kiện xảy ra phản ứng Dotác động của các yếu tố đã chỉ ra, mức độ hydrat hoá C2S có thể là:

Sau 1 ngày: 5 ÷ 10%; sau 10 ngày: 10 ÷ 20%;

Sau 28 ngày: 30 ÷ 50%; sau 5 ÷ 6 năm: 100%

Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng β-C2S tổng hợp hydrat hoá chậm hơn belittrong thành phần XMP Sự hoà tan trong chúng của các oxit BaO, P2O5, Cr2O3,

Fe2O3, Na2O ở số lượng hợp lý góp phần làm tăng độ hoạt tính hydrat hoá củakhoáng Nguyên nhân của đặc trưng hydrat hoá rất phức tạp của các dung dịch rắn

của C2S chính là sự ổn định của chúng ở các trạng thái cấu trúc khác nhau Người ta

đã cho rằng hoạt tính hydrat hoá của α, α' và β-C2S cao nhưng khác nhau còn γ

-C2S không bị hydrat hoá Tốc độ hydrat hoá C2S tăng lên trong dung dịch nướcchứa CaSO4 và CaCl2 hoà tan

2.2.1.4.1.3 S hydrat hoá các canxi aluminatự

Trong quá trình hydrat hoá C3A tách ra các hydro canxi aluminat khác nhau,nhưng ở giai đoạn đầu có 4CaO.Al2O3.19H2O và 2CaO.Al2O3.8H2O Phản ứng cóthể xảy ra theo sơ đồ:

2(3CaO.Al2O3) + 27H2O = 2CaO.Al2O3.8H2O + 4CaO.Al2O3.19H2O

3CaO.Al2O3 + 3CaSO4 + 32H2O = 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O

Trong trường hợp nếu các ion SO42- trong dung dịch không đủ để liên kết tất

cả hydro canxi aluminat thành Ettringit, thì các tinh thể Ettringit và hydrocanxialuminat tương tác với nhau tạo thành hydro canxi monosunfo aluminat: 2(C3AH6 ) + 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O =

= 3(3CaO.Al2O3.CaSO4.12H2O) + 8H2OCác tinh thể Ettringit hình kim hoặc hình lăng trụ tạo thành ở gần bề mặt củahạt C3A cũng như ở khoảng trống giữa các hạt Các tinh thể hydro canxi monosunfoaluminat có dạng tấm Khi có mặt các ion SO42- tốc độ hydrat hoá C3A bị chậm lại

Các ion Cl- (CaCl2) thúc đẩy quá trình hydrat hoá C3A cũng như hỗn hợp C3Avới CaSO4 Các muối hoà tan nhiều trong nước (sunfat, clorit, nitrat v.v.) gây ra ảnhhưởng lớn lên động học hydrat hoá C3A Trên cơ sở các hydro canxi aluminat độ

bazơ cao có thể tạo thành Ettringit khi chúng tương tác với các ion Ca2+ và SO4trong các môi trường xâm thực

2-2.2.1.4.1.4 S hydrat hoá canxi alumoferitự

Phản ứng hydrat hoá cũng xảy ra theo các sơ đồ phức tạp và tạo thành cáctinh thể hydrat khác nhau:

4CaO.Al2O3.Fe2O3 + 13H2O = 4CaO.Al2O3.Fe2O3.13H2O

4CaO.Al2O3.Fe2O3 + 10H2O = 3CaO.( Al,Fe)2O3.6H2O +

+ Ca(OH)2 + Fe2O3.3H2OSản phẩm trung bình của sự hydrat hoá canxi alumoferit có dạng C2AH8,dung dịch rắn cao sắt C4(A1 - xFx) H19, gel Fe2O3 Tốc độ hydrat hoá C4AF ở giaiđoạn đầu lớn: qua 3 ngày mức độ hydrat hoá của khoáng đạt đến 50 ÷ 70% Khitrộn C4AF với dung dịch nước chứa Ca(OH)2 và CaSO4 hoà tan ở giai đoạn đầu tạothành các hydro canxi sunfo aluminat dạng Trisunfo và dạng Monosunfo, chứa

Fe2O3 ở dạng dung dịch rắn Sự hydrat hoá C6A2F và C6AF2 cũng xảy ra như C4AFnhưng tốc độ phản ứng bị giảm dần từ thành phần cao nhôm đến thành phần cao sắt.2.2.1.4.1.5 S hydrat hoá các pha còn l i c a Clinkerự ạ ủ

CaO và MgO tự do bị thuỷ phân tạo thành Ca(OH)2 (portlandit) và Mg(OH)2(bruxit) Sự tương tác của chúng với nước xảy ra chậm kèm theo sự tăng thể tích cóthể là nguyên nhân không ổn định thể tích của đá XM trong thời gian đóng rắn vềsau (khoảng sau 10 năm)

Pha thuỷ tinh của clinker XMP bị hydrat hoá rất nhanh tạo thành các dungdịch rắn của các canxi alumoferit thành phần 3CaO.Al2O3.Fe2O3.6H2O và cáchydrogrannat có công thức chung 3CaO.(Al,Fe)2O3.xSiO2(6-2x)H2O Cả hai dạnghợp chất này đều tạo thành ở điều kiện thường nhưng sự kết tinh rõ ràng của chúngchỉ xảy ra ở nhiệt độ cao (373 ÷ 4730K) và áp suất cao

2.2.1.4.2 Màu s c, và c u t o ngo i quan c a h t Clinker ă ấ ạ ạ u ạ

Hình 2 4 Cấu trúc ngoại quan của ClinkerClinker là vật chất tối nốt màu xám của đá vôi, đất nung và đất sét ở nhiệt độkhoảng 14000C- 15000C Các nốt là mặt đất lên đến một loại bột mịn để sản xuất ximăng, với một lượng nhỏ thạch cao được thêm vào để kiểm soát thiết lập các thuộctính

Clinker là cục u hay bướu, thường là 3-25mm

Phân tích hoá học cũng như phân bố cỡ hạt của các mẫu clinker trên ta xácđịnh được:

Trắng/xám giữa các tinh thể Ferrite/Aluminate C4AF/C3A

Viền trắng bao quanh tinh thể Vôi tự do CaO

Xám/đen trong mẫu clinker Lỗ xốp, rỗ

Xám trong các mảng clinker Keo, nhựa gắn kết

Bảng 2 2 Bảng phân tích màu sắc của các thành phần hóa học

Cho thấy một bề mặt mẫu mài của clinker xi măng có chứa các pha chínhcủa clinker Các màu có ý nghĩa như sau:

Trong ảnh kính hiển vi, các tinh thể trắng gần tròn trong phần trên bên tráitâm ảnh kính hiển vi là CaO tự do, belite ở góc dưới bên phải bao quanh lỗ trũngmàu đen cũng alkali ở phía trên bên phải, bao quanh lỗ màu xám.

Hình:

Khi nghiên cứu các loại clinker của các nhà máy khác nhau trong kính hiển

vi quang học, có thể thấy các cấu trúc khác nhau của clinker Điều này có thể đượcminh hoạ bằng hình 2.5

Ảnh kính hiển vi cho thấy một loại clinker có độ xốp thấp (nhỏ hơn khoảng5%) bao gồm một vài lỗ nhỏ Các tinh thể alite và belite là lớn Cần chú ý rằng độphóng đại hình 2.5 là như nhau trên các clinker khác nhau

Trên ảnh kính hiển vi hình 2.5 thấy một cấu trúc clinker rất khác Độ xốpcao, do đó nó gồm có nhiều lỗ nhỏ, đồng thời kích thước các tinh thể alite là nhỏcòn hàm lượng belite là thấp

Điều không ngạc nhiên là clinker với những cấu trúc khác nhau như vậy sẽcho thấy các khả năng nghiền khác nhau

Mặc dù khác nhau về thành phần phase và cấu trúc của clinker là hiển nhiên,

ta cần định lượng các tính chất này Do hàm lượng của alite, belite, phase lỏng, độxốp, mức độ giao cắt giữa các lỗ N1 cũng như kích cỡ của các tinh thể alite và đôikhi là các tính chất khác được định lượng từ các lát cắt mẫu mài theo cách sau:

Hình 2 5 Cấu trúc của Clinker

Hàm lượng các phase của clinker và độ xốp được đo bằng cách đếm số điểmhay bằng cách phân tích ảnh tự động.

Mức độ giao cắt giữa các lỗ N1 được đo như số lần một đường thẳng cóchiều dài đó biết cắt một lỗ Do đó N1 có quan hệ với số lỗ trong clinker

Kích cỡ trung bình của tinh thể alite và belite được đo bằng phương phápnhanh do đó kích thước trung bình đo được là nhỏ hơn so với giá trị đúng nhưng đủ

Thạch cao có dạng tinh thể hạt, bột khối lượng riêng 2,31-2,33 g/cm³

Màu sắc: Trắng, không màu, vàng-trắng, lục-trắng, đà…, ngoài ra màu thạch

cao còn phụ thuộc vào tạp chất

Hành vi tạo tinh thể: Đồ sộ, phẳng Tinh thể kéo dài hình lăng trụ.

Cấu trúc tinh thể: Đơn nghiêng

2.2.2.2 Tác d ng c a Th ch Cao ụ u ạ

Là phụ gia cho thêm vào xi măng để kéo dài thời gian ninh kết, giảm tốc độđóng rắn của xi măng Nhà máy xi măng Hà Tiên nhập thạch cao phần lớn từ Lào,Thái Lan

Clinker khi nghiền mịn đóng rắn rất nhanh, do phản ứng C3A với nước xảy rarất nhanh Do đó phải giảm tốc độ đóng rắn của clinker bằng thạch cao Khi có mặtthạch cao quá trình đóng rắn xảy ra phản ứng:

C3A + CaSO4.2H2O + 26 H2O  6 CaO Al2O3.3SO3.3H2O

C3A + CaSO4.2H2O + 26 H2O  3 CaO Al2O3.3SO3.3H2O

Khi tạo hỗn hợp vữa, bao quanh thạch cao lúc đầu là C3A.CaSO4.3H2O xốp,hình kim Ion SO42- tiếp tục đi qua lỗ xốp ra môi trường SO42- bao quanh C3A tạothành lớp C3A.CaSO4.12H2O xít đặt giả bền, ngăn cản không cho ion Al3+ thoát rangoài, vì vậy mà quá trình phản ứng chậm lại và thời gian ninh kết kéo dài

Nếu cho quá nhiều thạch cao, nồng độ SO42- cao, tạo nên môi trường bão hòanhanh C3A.CaSO4.12H2O thành C3A.CaSO4.31H2O có cấu trúc xốp, làm tăng tốc độdính ướt, quá trình tạo hydrosunfua aluminat nhanh, làm tăng tốc độ ninh kết

Nếu cho ít thạch cao, nồng độ SO42- ít, làm Al3+ tiếp tục thoát ra môi trường,tăng quá trình đóng rắn

2.2.3 Đá vôi

2.2.3.1 C u t o ấ ạ

Đá vôi là loại một loại đá trầm tích, về thành phần hóa học chủ yếu là khoángchất canxit Đá vôi ít khi ở dạng tinh khiết, mà thường bị lẫn các tạp chất như đáphiến silic, silicat và đá mácma cũng như đất sét, bùn và cát, bitum Nên nó có màusắc từ trắng đến màu tro, xanh nhạt, vàng và cả màu hồng xẫm, màu đen

2.2.3.2 Đ c đi m c a đá vôi ă ê u

Đá vôi có độ cứng 3, khối lượng thể tích 1700 ÷ 2600 kg/m3, cường độ chịunén 1700 ÷ 2600kg/cm2, độ hút nước 0,2 ÷ 0,5% Đá vôi nhiều silic có cường độ

cao hơn, nhưng giòn và cứng Đá vôi chứa nhiều sét (lớn hơn 3%) thì độ bền nướckém Đá vôi là nguyên liệu để sản xuất vôi và xi măng.

Theo tiêu chuẩn Việt nam TCVN 6072:1996, đá vôi dùng làm nguyên liệu

để sản xuất xi măng poóclăng phải thoả mãn yêu cầu về hàm lượng của các chất là:CaCO3 ≥ 85%; MgCO3 ≤ 5%; K2O + Na2O ≤ 1% Thông thường, các nhà máy ximăng ở nước ta đều sử dụng đá vôi có hàm lượng CaCO3 = 90 ÷ 98% (CaO = 50 ÷

55%), MgO < 3% và ô xit kiềm không đáng kể

2.2.3.3 Ch tiêu ki m tra và yêu c u i ê â

CaCO3, không nhỏ hơn 90%

MgCO3 không lớn hơn 6%

SiO2 không lớn hơn 5%

Hàm lượng đất lẫn không lớn hơn 8%

Kích thước đá khai thác và sau khi qua máy đập: tùy theo quy mô và thiết bịđập, nghiền của mỗi nhà máy cụ thể

2.2.4 Puzzolan

2.2.4.1 Khái ni m ệ

Puzzolan là lọai đá thiên nhiên thuộc nhóm phụ gia hoạt tính (thủy lực) làmtăng mật độ và cường độ của xi măng trong môi trường nước Đồng thời giúp tăngsản lượng, hạ giá thành sản phẩm Puzzolan được khai thác ở Đồng Nai

2.2.4.2 Thành ph n â

Thành phần chính là các khoáng hoạt tính nhóm alumo silicat Tự bản thânkhông có tính thủy lực Trong môi trường điện ly có Ca(OH)2 từ phản ứng hydratclinker, chúng có khả năng tạo khoáng hydrosilicat canxi CSH hoặc hydrosilicatalumin CAH có tính thủy lực rất có lợi Độ hoạt tính càng lớn khi hàm lượng oxytsilic vô định hình càng cao.ngoài ra Puzzolan làm tăng tính bền nước, hạ giá thànhsản phẩm

Độ hoạt tính của Puzzolan Lượng hút vôi từ dung dịch vôi bão hòa sau 30 ngày

đêm của 1 gam Puzzolan (mg CaO/g đá)

Bảng 2 3 Độ hoạt tính của Puzzolan

2.3 Nguyên lý tinh l u l ư ượ ng c a cân băng đ nh l u ị ượ ng

2.3.1 Nguyên lý tinh l u l ư ượ ng

Cân băng định lượng là thiết bị cung cấp liệu kiểu trọng lượng Vật liệuđược vận chuyển trên băng tải mà tốc độ của băng tải được điều chỉnh để nhận đượclưu lượng đặt trước khi có nhiều tác động liên hệ (nguyên liệu không xuống đều)

Băng tải định lượng về cơ bản bao gồm: Một cảm biến trọng lượng(LoadCell) gắn trên giá mang nhiều con lăn Trọng lượng của vật liệu trên băngđược hai cảm biến trọng lượng (LoadCell) chuyển đổi thành tín hiệu điện đưa về bộ

xử lý để tính toán lưu lượng

Hình 2 6 Mô hình băng tải định lượng

Để xác định lưu lượng vật liệu chuyển tới nơi đổ liệu thì phải xác định đồngthời vận tốc của băng tải và trọng lượng của vật liệu trên 1 đơn vị chiều dài Trong

đó tốc độ của băng tải được đo bằng cảm biến tốc độ có liên hệ động học với động

do người vận hành đặt trước

Bộ điều khiển đo tải trọng trên băng truyền và điều chỉnh tốc độ băng đảmbảo lưu lượng không đổi ở điểm đổ liệu

Q = ƍ * VTrọng lượng tổng trên băng là lực Fc(N) được đo bởi hệ thống cân trọnglượng và ∂, được tính theo biểu thức:

γ - Khối lượng riêng của vật liệu (kg/m3)

S - Tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng tải (m2)

Do đó lưu lượng có thể tính là:

Q =

g L

V Fc g

L

V Fc

*

*22

*

=

2.3.2 Đo tr ng l ọ ượ ng li u trên băng t i ệ ả

Trọng lượng đo nhờ tín hiệu của LoadCell bao gồm trọng lượng của băng tải

và trọng lượng vật liệu trên băng Vì vậy để đo được trọng lượng của liệu thì ta phảitiến hành trừ bì (tức là trừ đi trọng lượng của băng tải)

2.4 Nguyên lý đo t c đ băng t i ố ộ ả

2.4.1 Các ph ươ ng án đo t c đ băng t i ố ộ ả

Phương án 1: Đo tốc độ băng tải sử dụng encoder.

Phương án này ta sẽ dùng encoder để đọc tốc độ động cơ Từ tốc độquay của động cơ và các hệ số truyền động, ta tính toán được tốc độ thực

tế của băng tải Với phương án này tốc độ băng tải được tính toán chínhxác vì encoder đọc chính xác được tốc độ quay của động cơ nhưng PLCcần có chức năng sử dụng high speed counter

Phương án 2: Đo tốc độ băng tải sử dụng cảm biến tiệm cận.

Phương án này sẽ sử dụng cảm biến tiệm cận để phát hiện được tốc độquay của trục băng tải, từ tỉ số tương ứng giữa 1 vòng quay của trục băngtải với chiều dài băng tải ta tính được tốc độ của của băng tải Vì độ phângiải khi đo tốc độ quay của trục băng tải không lớn dẫn đến khi tốc độquay chậm sẽ dẫn đến sai số lớn

Nhận xét: So sánh giữa 2 phương pháp thì phương pháp 1 sẽ chính xác hơn

so với phương pháp 2 nhưng do điều kiện thực tế nhóm thực hiện không lựa chọnđược PLC có bộ high speed counter (CPU 315-2dp nhưng không có module mởrộng dùng cho high speed counter) nên nhóm thực hiện lựa chọn phương án 2