THIẾT kế NHÀ máy sản XUẤT CLANHKE XI MĂNG POÓC LĂNG THEO CÔNG NGHỆ lò QUAY PHƯƠNG PHÁP KHÔ CÔNG SUẤT 1 400 000 tấn CLANHKE năm

KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNGBỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU XÂY DỰNG ---o0o---ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CLANHKE XI MĂNG POÓC LĂNG THEO CÔNG NGHỆ LÒ QUAY PHƯƠNG PHÁP KHÔ CÔN

KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU XÂY DỰNG

-o0o -ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CLANHKE XI MĂNG POÓC LĂNG THEO CÔNG NGHỆ LÒ QUAY PHƯƠNG PHÁP KHÔ CÔNG SUẤT 1.400.000 TẤN CLANHKE/ NĂM

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Vũ Đình Đấu

Sinh viên thực hiện: Đoàn Tiến Thành MSSV: 213961 Lớp: 61VL1

Hà Nội, 12/2020

KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VLXD

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Năm học 2019-2020

KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU XÂY DỰNG

-o0o -ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CLANHKE XI MĂNG

POÓC LĂNG THEO CÔNG NGHỆ LÒ QUAY PHƯƠNG PHÁP

KHÔ CÔNG SUẤT 1.400.000 TẤN CLANHKE/ NĂM

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Vũ Đình Đấu

Sinh viên thực hiện: Đoàn Tiến Thành MSSV: 213961 Lớp: 61VL1

KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG

DANH MỤC BẢNG BIỂU

4

DANH MỤC HÌNH VẼ

5

MỞ ĐẦU

Xi măng là một loại chất kết dính thủy lực, được dùng làm vật liệu xây dựng Ximăng được tạo thành bằng cách nghiền mịn clinker, thạch cao thiên nhiên và phụ gia(vỏ sò, đất sét) Khi tiếp xúc với nước thì xảy ra các phản ứng thủy hóa và tạo thành mộtdạng hồ gọi là hồ xi măng Tiếp đó, do sự hình thành của các sản phẩm thủy hóa, hồ ximăng bắt đầu quá trình ninh kết sau đó là quá trình hóa cứng để cuối cùng nhận đượcmột dạng vật liệu có cường độ và độ ổn định nhất định

Xi măng là vật liệu thông dụng nhất trong ngành công nghiệp xây dựng Xi măngđã có mặt trong đời sống của con người hàng nghìn năm qua và cho đến nay con ngườivẫn sử dụng nó trong hầu hết các công trình xây đựng Theo những dự đoán thì xi măngvẫn là chất kết dính chủ lực trong thế kỷ tới

Đất nước ta trải qua 2 cuộc chiến tranh tàn phá cơ sở hạ tầng còn thấp kém Dovậy nhu cầu sử dụng xi măng ngày càng tăng khi nước ta vào thời kỳ đổi mới tiến tớicông nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước Hàng loạt các công trình xây dựng: thuỷ điện,cầu cống, đường xá, các công trình thuỷ lợi, nhà ở , sẽ tiêu thụ một lượng xi măng rấtlớn Mặc dù, sản lượng xi măng sản xuất trong nước ngày càng tăng nhanh nhưng vẫnkhông đủ nhu cầu trong nước Do diễn biến phức tạp và kéo dài của dịch Covid-19, tìnhhình sản xuất, tiêu thụ xi măng ở thị trường trong nước cũng như thị trường xuất khẩunhững tháng đầu năm 2020 đều giảm mạnh Cụ thể, theo thống kê của Tổng cục Hảiquan, trong tháng 4/2020 lượng xuất khẩu xi măng và clinker đạt 2,8 triệu tấn trị giá gần

96 triệu USD tăng 3,9 % về lượng nhưng giảm 5,1% về trị giá so với tháng trước

Lũy kế 4 tháng đầu năm, lượng xuất khẩu xi măng đạt hơn 10,5 triệu tấn, trị giágần 395 triệu USD giảm 7,1% về lượng và giảm 17,9% về trị giá so với cùng kỳ

Về tình hình tiêu thụ xi măng trong nước tính riêng tháng 4/2020 đạt khoảng 7,8triệu tấn, giảm so với tháng trước Vì vậy, việc tăng sản lượng xi măng nhằm cân đốigiữa cung – cầu trong nước, một phần tham gia xuất khẩu đang là mục tiêu của ngànhcông nghiệp xi măng Việt Nam Để góp phần thúc đẩy tăng trưởng kinh tế của đất nướcđồng thời thực hiện được mục tiêu trên thì việc xây dựng các nhà máy xi măng là rấtcần thiết

Như chúng ta đã biết, nền kinh tế phát triển được đầu tiên cần đến sự phát triển cơsở hạ tầng kĩ thuật, nghĩa là xây dựng sẽ là ngành tiên phong và là mũi nhọn trong côngcuộc phát triển kinh tế quốc dân

Công nghiệp xây dựng được coi là nền tảng của của sự phát triển kinh tế thì côngnghiệp sản xuất vật liệu xây dựng là nguồn gốc của sự phát triển ấy, trong đó xi măngchiếm một vai trò rất lớn Trong những năm qua, đất nước ta đã không ngừng đổi mới

hạ tầng cơ sở do đó đòi hỏi ngành công nghệ vật liệu xây dựng nói chung và công

6

nghiệp xi măng nói riêng phát triển, đổi mới công nghệ sản xuất nhằm nâng cao năngsuất và chất lượng cho sản phẩm nhằm đáp ứng nhu cầu lớn của xã hội.

Việt Nam là một đất nước có sản lượng đá vôi, đá sét lớn cùng với một đội ngũlao động trẻ dồi dào Đó là điều kiện thuận lợi trong quá trình sản xuất xi măng Vớinhững kiến thức tiếp nhận được qua đợt thực tập cán bộ kỹ thuật cùng với những kiếnthức đã được các thầy, cô trong Khoa Vật liệu Xây dựng và trường đại học Xây Dựng

truyền giảng, đặc biệt là sự hướng dẫn giúp đỡ nhiệt tình của thầy PGS.TS Vũ Đình

Đấu, chúng em xin trình bày nội dung thiết kế đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nhà máy sản suất clanhke xi măng póoc lăng theo công nghệ lò quay phương pháp khô công suất 1.400.000 tấn clanhke/ năm, clanhke mác 50.

7

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CLANHKE XI MĂNG POÓC LĂNG

Sự phát triển của ngành công nghiệp sản xuất xi măng poóc lăng là một quá trìnhlâu dài Để xây dựng được nhà máy đầu tiên, người ta sử dụng các lò nung vôi, nunggạch để nung clanhke xi măng Tại các nhà máy gạch, máy thái đất sét, máy cán, máy

ép gạch đã sử dụng để gia công chế biến phối phiệu cũng như nghiền clanhke và lòbuồng, lò vòng được sử dụng để nung Tại các nhà máy sản xuất vôi, lò đứng cũng đãđược sử dụng để nung clanhke Từ "Clanhke” hay “Cement clanhke” xuất xứ từ nungthiêu kết phối liệu và phối liệu được vê viên hoặc đóng bánh như viên gạch mộc để đưavào lò nung Trong lò vòng người ta còn xếp xen kẽ gạch đất sét mộc và bánh phối liệu

xi măng để nung Mãi đến 1880, nhiều nhà máy cơ khí đã chế tạo các thiết bị chuyêndụng cho việc sản xuất xi măng, vì vậy đã giảm tiêu hao lao động, nâng cao sản phẩm

và chất lượng, giảm giá thành xi măng Một bước tiến quan trọng đó là năm 1885,Frederik Ransome đã phát minh ra lò quay xi măng đưa công nghiệp sản xuất xi mănglên một bước ngoặt mới về năng xuất, chất lượng sản phẩm và có ý nghĩa cho tới hômnay

Clanhke xi măng poóc là bán thành phẩm của công nghệ sản xuất xi măng đượcsản xuất bằng cách nung đến thiêu kết hỗn hợp nguyên liệu nghiền mịn ở trạng tháiđồng nhất, phân tán mịn của đá vôi, đất sét và một số phụ gia Để cải thiện tính chất kỹthuật và giảm giá thành của xi măng poóc lăng, trong quá trình nghiền clanhke người tađưa vào các chất phụ gia khoáng hoạt tính, phụ gia đầy (phụ gia trơ) hay các phụ giađặc biệt

Theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 2682:2009 [1], xi măng poóc lăng (PC) là loạtchất kết dính thủy được chế tạo bằng cách nghiền mịn clanhke xi măng poóc lăng vớimột lượng thạch cao cần thiết Trong quá trình nghiền có thể sử dụng phụ gia công nghệnhưng không quá 1% so với khối lượng clanhke Khi nghiền xi măng poóc lăng có chothêm các phụ gia trơ hay phụ gia khoáng hoạt tính, sản phẩm lúc đó gọi là xi măng poóclăng hỗn hợp (PCB)

1.1 Tình hình sản xuất tiêu thụ

Tình hình tiêu thụ clanhke xi măng trong nước 8 năm gần đây được thống kê trongbảng 1.1 [2]:

8

Bảng 1 1 Tình hình tiêu thụ clanhke và xi măng trong nước (triệu tấn)

Các dây chuyền sản xuất xi măng được đầu tư đều theo công nghệ lò quay phươngpháp khô Đây là loại hình công nghệ tiên tiến nhất hiện nay Tuy nhiên, tùy theo xuất

xứ thiết bị và quy mô công suất, suất tiêu hao nhiên liệu, năng lượng và các chỉ tiêu môitrường có khác nhau

Các dây chuyền công suất từ 2.500 tấn clanhke/ngày trở lên, thiết bị của các nướcphát triển có tiêu hao nhiên liệu, năng lượng đều đạt các chỉ tiêu quy hoạch nêu ra (tiêuthụ điện năng dưới 95 kw.h/tấn xi măng; nồng độ bụi nhỏ hơn 50 mg/Nm3) Các dâychuyền công suất nhỏ thường có suất tiêu hao nhiên liệu, năng lượng cao hơn so với cácdây chuyền công suất lớn

Hiện nay, đều sản xuất xi măng pooc lăng bền sunphat type II; Xi măng pooc lăngtrắng được 1 số các nhà máy như: xi măng Fico Tây Ninh, xi măng trắng Thái Bình

Xi măng xây trát được sản xuất chủ yếu là loại MC25 Xi măng giếng khoan chủng loại

G do Viện vật liệu xây dựng phối hợp cùng công ty xi măng Kiện Khê sản xuất Sảnlượng tiêu thụ mỗi năm là 3000 - 5000 tấn, cung cấp chủ yếu cho công ty liên doanhVietsovpetro

Ngoài ra, còn có một số chủng loại xi măng khác như: Xi măng pooc lăng hỗn hợpbền sun phát, Xi măng alumin, Xi măng poóc lăng ít tỏa nhiệt, xi măng đóng rắn nhanh,

xi măng nở, xi măng pooc lăng puzolan, xi măng pooc lăng xỉ lò cao, xi măng chịu axit, xi măng cản xạ để sử dụng vào những mục đích khác nhau

Việc đầu tư phát triển các cơ sở sản xuất, chế biến nguyên liệu chuyên nghiệp theohướng tập trung, quy mô lớn; đầu tư chiều sâu, nâng cấp công nghệ cũ, ứng dụng côngnghệ hiện đại trong thời gian gần đây của các doanh nghiệp đã giúp cho sản lượngclanhke xi măng không chỉ đáp ứng nhu cầu thị trường trong nước mà còn tham gia vào

9

Thời điểm Công suất

thiết kế

nội địa Xuất khẩuClanhke Xi măng

thị trường xuất khẩu Các dây chuyền sản xuất mới đã thực hiện được vấn đề tiết kiệmnguyên, nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nâng cao chất lượng sản phẩm.

1.2 Clanke xi măng pooc lăng

Clanhke là thành phần chính trong xi măng poóc lăng Clanhke xi măng poóc lăngđược sản xuất bằng cách nung đến thiêu kết hỗn hợp nguyên liệu đồng nhất, phân tánmịn của đá vôi, đất sét là nguyên liệu chính và một số nguyên liệu khác đóng vai tròđiều chỉnh như : xỉ pyrít, quặng sắt, trêpen và tro xỉ nhiệt điện Để điều chỉnh tốc độđóng rắn và một số tính chất khác của xi măng khi nghiền clanhke xi măng người ta phathêm thạch cao Clanhke xi măng poóc lăng thương phẩm là mặt hàng clanhke xi măngpoóc lăng để trao đổi, mua bán trong nước và xuất nhập khẩu

Hoạt tính chỉ đạo của clanhke xi măng poóc lăng là độ bền nén sau 28 ngày củamẫu thử (TCVN 7024:2013) [3] đối với hỗn hợp clanhke và thạch cao là 2%, tính theoSO3, được nghiền trong máy nghiền bi thí nghiệm tới độ mịn 6 ÷ 8 % còn lại trên sàng

có kích thước lỗ 0,08mm, hoặc theo tỷ diện 2800 cm2/gam – 3200 cm2/gam

Hệ số nghiền của clanhke xi măng poóc lăng là tỉ lệ thời gian cần thiết để nghiềncát tiêu chuẩn theo TCVN 7024:2013 và nghiền clanhke trong cùng một điều kiện thínghiệm, đến độ mịn 6 % trên sàng kích thước lỗ 0,08mm

Yêu cầu kỹ thuật clanhke xi măng poóc lăng thương phẩm đưa ra trong bảng 1.2:

Bảng 1 2 Các chỉ tiêu chất lượng clanhke xi măng pooc lăng thương phẩm

- Nhỏ hơn 25 mm và lớn hơn 5 mm, %, không

nhỏ hơn

4 Hàm lượng canxi oxit (CaO), % Từ 58 đến 67

5 Hàm lượng silic oxit (SiO2), % Từ 18 đến 26

6 Hàm lượng nhôm oxit (Al2O3), % Từ 3 đến 8 10

7 Hàm lượng sắt oxit (Fe2O3), % Từ 2 đến 5

8 Hàm lượng magiê oxit (MgO), %, không lớn

1.3 Thành phần khoáng của clanhke xi măng pooc lăng

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

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

- Khoáng Alít (Al2O3.SO2 ký hiệu là C3S ) là khoáng quan trọng nhất của clanhke

xi măng, tạo cho xi măng có cường độ cao, tốc độ đông kết rắn chắc nhanh và loạikhoáng này có ảnh hưởng nhiều đến các tính chất của xi măng Trong clanhke xi măngkhoáng C3S chiếm từ (45 ÷ 60)% Alit là một dung dịch rắn của 3CaO.SiO2 và mộtlượng nhỏ các chất khác có hàm lượng nhỏ từ (2 ÷ 4)% như MgO, P2O5, Cr2O3, C3S ởdạng tinh khiết sẽ bền vững trong khoảng nhiệt độ (1200 ÷ 1250)ºC đến (1900 ÷2070)ºC Nhiệt độ lớn hơn 2070ºC thì C3S bị nóng chảy, nhỏ hơn 1200ºC thì bị phân huỷthành 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 trọng củaclanhke, có đặc tính là đông kết rắn chắc chậm nhưng cường độ cuối cùng cao Bêlít làdung 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 α C2S, α‘C2S, β C2S ,

γ C2S

11

+ α C2S : bền vững ở điều kiện nhiệt độ cao từ 1425÷2130 ºC, ở nhiệt độ lớn hơn

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

+ α’C2S bền vững ở nhiệt độ 830÷1425ºC, khi nhiệt độ nhỏ hơn 830ºC và làmlạnh nhanh thì α’C2S chuyển sang dạng βC2S, còn khi làm nguội chậm bị chuyển sangdạng γC2S

+ βC2S không bền luôn có xu hướng chuyển sang dạng γC2S đặc biệt là ở

nhiệt độ nhỏ hơn 500ºC Khi βC2S chuyển thành γC2S làm tăng thể tích khoảng10% và bị phân rã thành bột

+ γC2S thì hầu như không tác dụng với nước và không có tính chất kết dính, chỉtrong điều kiện hơi nước bão hoà, khoảng nhiệt độ 150÷200ºC, γC2S mới có khả năngdính kết

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

- Pha canxi Aluminat tồn tại trong clanhke ở hai dạng C3A, C5A3 Do trongclanhke lượng CaO dư nên pha Canxi Aluminat thường nằm chủ yếu ở dạng C3A, đặcđiểm của C3A là đông kết rắn chắc nhanh, dễ tạo nên các ứng suất làm nứt, tách cấu trúc

đá xi măng khi chúng làm việc trong môi trường xâm thực sunfat Trong một số loại ximăng chuyên dụng có khống chế hàm lượng khoáng này (ximăng thuỷ công lượng C3A

< 5%, xi măng bền sunfat lượng C3A < 8%)

- Pha 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 thànhphần nguyên liệu ban đầu, điều kiện nung luyện, trong clanhke chúng thường tồn tạidưới dạng 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÷10% Thành phần của pha thuỷ tinh bao gồm một số loại ô xít như CaO, Fe2O3, Na2O,

K2O, Hàm lượng của pha thuỷ tinh phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp nguyên liệuban đầu và điều kiện làm lạnh clanhke Sự có mặt của pha này trong clanhke xi măngpoóclăng làm ảnh hưởng đến tính chất của các khoáng khác và đặc biệt là làm thay đổinhiệt độ tạo khoáng chính

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

do, chúng thường là các hạt già lửa nên tác dụng với nước rất chậm khi xi măng đã đôngkết rắn chắc chúng mới thuỷ hoá gây nên ứng suất phá hoại cấu trúc của sản phẩm như12

bị nứt, rữa, Làm thay đổi thể tích của sản phẩm và làm giảm cường độ của đá ximăng.

1.4 Thành phần hóa của clanhke xi măng pooc lăng

Clanhke xi măng poóclăng bao gồm các khoáng chính là CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3với tổng hàm lượng là 95÷97% (theo khối lượng) Ngoài ra còn có các ôxít khác vớihàm lượng nhỏ như : MgO, TiO2, Na2O, P2O5, SO3, Hàm lượng các ô xít phụ thuộcvào nguyên vật liệu ban đầu và quy trình công nghệ sản xuất Trong clanhke xi măngpoóclăng tỷ lệ thành phần các ôxít thường dao động trong khoảng như bảng 1.3:

Bảng 1 3 Thành phần hóa của xi măng pooc lăng TCVN 7024:2013 [5]

- Canxi ôxít (CaO):

Chủ yếu trong nguyên liệu đá vôi, trong quá trình nung luyện tạo thành clanhke ởcác điều kiện nhất định chúng sẽ liên kết với các ôxít khác tạo nên các hợp chất hoá họcquyết định tốc độ đông kết rắn chắc và cường độ của xi măng Khi hàm lượng CaOcàng lớn thì khả năng tạo thành các hợp chất dạng khoáng canxi silicat có độ bazơ cao(C3S) trong clanhke càng nhiều, cho xi măng đông kết rắn chắc nhanh cường độ caonhưng xi măng lại kém bền trong môi trường xâm thực sunfat Hàm lượng CaO nhiềuđòi hỏi nhiệt độ nung phải lớn khó nung luyện và để lại trong clanhke một lượng canxiôxít tự do nhiều, có hại cho xi măng Vì vậy, trong clanhke xi măng người ta phải khốngchế hàm 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 của cácôxít trong nguyên liệu, chế độ gia công hỗn hợp nguyên liệu và chế độ nung

Chủ yếu trong nguyên liệu đất sét, trong quá trình nung luyện clanhke SiO2 sẽ tácdụng với CaO tạo thành các hợp chất dạng khoáng canxi silicat Khi hàm lượng SiO2càng nhiều thì ngoài việc tạo thành khoáng C3S ra, khoáng canxi silicat có độ bazơ thấp(C2S) được hình thành sẽ tăng lên Hàm lượng khoáng C2S tăng làm xi măng đông kếtrắn chắc chậm và cường độ phát triển chậm ở thời kỳ đầu của quá trình rắn chắc đá ximăng Tuy nhiên loại xi măng có hàm lượng C2S cao lại có khả năng bền trong nước vàmôi trường xâm thực sunfat Khi hàm lượng SiO2 trong clanhke ít, khoáng C3S đượctạo thành nhiều, sẽ làm cho xi măng đông kết rắn chắc nhanh, cường độ cao song quátrình nung luyện khó, để lại lượng vôi (CaO) tự do lớn Vì vậy trong clanhke xi măngthì ôxít SiO2 cần phải khống chế ở một tỉ lệ thích hợp (thường chiếm 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 độ hoạt tính càng cao thì quá trình tạo khoáng khi nung càngnhanh và càng triệt để

- Nhôm ôxít (Al2O3): nằm ở dạng khoáng C3A và C4AF Trong clanhke xi măng

ôxít này được đưa vào chủ yếu từ đất sét, khi nung luyện, ôxít nhôm tham gia vào quátrìmh tạo nên các khoáng nóng chảy canxi Aluminat Khi hàm lượng Al2O3 càng nhiềukhoáng C3A tạo thành càng lớn, khả năng 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 chắcnhanh nhưng cường độ thấp và kém bền trong môi trường sunfat Trong clanhke hàmlượng ô xít nhôm chiếm khoảng 4 8%

- Sắt ôxít (Fe2O3): có tác dụng làm giảm nhiệt độ thiêu kết của quá trình nung

luyện và tham gia vào quá trình tạo khoáng tetracalcium Aluminôferit (C4AF) Hàmlượng ô xít này trong clanhke xi măng càng lớn thì nhiệt độ nung được hạ thấp, khoángC4AF được tạo thành nhiều xi măng nâng cao được độ bền trong môi trường xâm thựcsunfat nhưng lại cho xi măng có cường độ thấp (mác thấp) Vì vậy trong quá trình nungluyện clanhke cần đặc biệt chú ý thành phần ôxít này ở một tỷ lệ hợp lý mới có tác dụngtốt cho việc giảm nhiệt độ nung luyện, nếu quá nhiều, pha lỏng xuất hiện trong clanhkesẽ lớn, gây nên hiện tượng bám dính lò đặc biệt trong công nghệ xi măng lò đứng, thôngthường tổng hàm lượng ôxít Fe2O3 chiếm khoảng 2 4%

Ngoài các ôxít chính tham gia vào quá trình tạo khoáng còn có một hàm lượng nhỏcác ôxít khác cũng hoà tan trong đó, có khả năng làm ảnh hưởng lớn đến tính chất vàchất lượng của xi măng đó là:

- Magiê ôxít (MgO): là thành phần có hại cho xi măng, là nguyên nhân gây sự

mất ổn định thể tích khi xi măng đã đông kết rắn chắc Thường trong sản xuất xi mănglượng ôxít MgO được khống chế với hàm lượng nhỏ hơn 5% 14

- Titan ôxít (TiO2): thành phần ôxít này gây ảnh hưởng tới xi măng tuỳ thuộc vào

hàm lượng của nó trong clanhke Nếu hàm lượng của nó từ 0,1 0,5% thì sẽ làm tốt choquá trình kết tinh các khoáng, ngược lại khi hàm lượng từ 2 4% thì TiO2 sẽ thay thế mộtphần SiO2 trong xi măng, nếu hàm lượng lớn hơn 4% thì làm giảm cường độ của ximăng

- Crôm ôxít (Cr2O3) và phốt pho ôxít (P2O5) : khi hàm lượng của các ôxít này

nằm vào khoảng 0,1 0,3% sẽ có tác dụng tốt là thúc đẩy quá trình đông kết ở thời kỳđầu, tăng cường độ cho xi măng Nhưng với hàm lượng lớn (1 2%) có tác dụng ngượclại làm chậm thời gian đông kết rắn chắc và làm suy giảm cường độ của đá xi măng

- Ôxít kiềm Kali và kiềm Natri (K2O + Na2O): trong clanhke hàm lượng chúng

khoảng 0,5 1% Khi hàm lượng các ô xít này lớn hơn 1% sẽ gây nên sự mất ổn định thểtích của xi măng đặc biệt là gây nên sự tách, nứt trong bê tông thuỷ công do các ôxítkiềm 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 SO3tạo nên khoáng nở thể tích là K2SO4, Na2SO4,

1.5 Đặc trưng của clanhke xi măng pooc lăng

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

1.5.1 Hệ số bazơ (kí hiệu m)

3 2 3

2

2 Al O Fe OSiO

Caom

++

=

(1.1)Thông thường hệ số bazơ vào khoảng 1,7-2,4 Khi hệ số này nhỏ hơn 1,7 xi măng

có cường độ không cao Khi m lớn hơn 2,4 xi măng có cường độ cao nhưng nhiệt độnung phải lớn, độ ổn định thể tích kém, nhiệt độ thuỷ hoá lớn và kém bền trong môitrường nước xâm thực

1.5.2 Hệ số silicat (kí hiệu n)

Hệ số silicat là tỷ số giữa SiO2 với tổng hàm lượng Fe2O3 và Al2O3 :

3 2 3

2

2OFeO

Al

SiOn

+

=

(1.2)Khi hệ số n tăng làm tăng hàm lượng khoáng silicat canxi có độ bazơ thấp, do đó

xi măng có thể ninh kết đóng rắn chậm ở thời kỳ đầu và cường độ cuối cùng cao Khi n15

giảm thì hàm lượng các khoáng nóng chảy lớn, clanhke có nhiệt độ nung thấp, dễ nungluyện Đối với xi măng poóclăng thường hệ số n từ 1,7-3,5.

1.5.3 Hệ số alumin (P)

Hệ số alumin là tỷ số giữa hàm lượng ô xít nhôm và ô xít sắt trong clanhke :

3 2

3 2OFe

OAl

P =

(1.3)

Hệ số P xác định tỉ lệ giữa khoáng C3A và C4AF Khi P nhỏ thì xi măng có độ ổnđịnh trong môi trường xâm thực của nước và sunfat, khi P lớn thì xi măng đông kết rắnchắc nhanh nhưng cường độ cuối cùng thấp Thông thường hệ số p từ 1- 2,5

1.5.4 Hệ số bão hòa (kí hiệu KH)

Hệ số bão hoà là tỉ số giữa lượng canxi ô xít (CaO) trong thực tế liên kết với ô xítSilic (SiO2) tạo thành khoáng C3S:

2

1,65 A 0,352,8

KH thích hợp thuờng dao động trong khoảng 0,85 0,95

Ngoài ra để đánh giá tỉ lệ thành phần clanhke xi măng người ta còn dùng một sốcác hệ số khác như:

* Hệ số MS : C AF C A

SCSCM

3 4

2 3

độ tăng lên

*Hệ số đóng rắn ME: C S

S C M

2

3

E =

(1.6)Khi ME lớn thì cường độ ban đầu của xi măng cao, nhiệt hyđrat lớn nhưng độ bềntrong môi trường xâm thực thấp

*Hệ số nhiệt MK: C S C AF

ACSCM

4 2

3 3

+

=

1.6 Các tính chất của clanhke xi măng poóc lăng

1.6.1 Khối lượng riêng và khối lượng thể tích

Khối lượng riêng (γa) là tỷ số giữa khối lượng của clanhke xi măng với thể tích củaclanhke xi măng, nó phụ thuộc vào thành phần khoáng clanhke xi măng và phụ thuộcvào thành phần phụ gia trong nó

Khối lượng thể tích đổ đống (γđ) là tỷ số giữa khối lượng của clanhke xi măng vớithể tích đổ đống của nó Khối lượng thể tích đống phụ thuộc vào khối lượng riêng vàkhả năng lèn chặt của clanhke xi măng

1.6.2 Lượng nước yêu cầu và độ dẻo tiêu chuẩn của hồ xi măng

Lượng nước yêu cầu (lượng nước tiêu chuẩn) là lượng nước cần thiết để hyđrathoá các khoáng của clanhke xi măng đảm bảo cho hồ xi măng có độ lưu động cần thiết,tương ứng với lượng nước tiêu chuẩn cho ta hồ xi măng có độ dẻo tiêu chuẩn

Lượng nước yêu cầu của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng của clanhke,

độ mịn của xi măng và loại phụ gia cho vào khi nghiền clanhke xi măng

Hồ xi măng đạt độ dẻo tiêu chuẩn có sức cản nhất định đối với sự lún của kim tiêuchuẩn Lượng nước cần thiết để hồ xi măng đạt độ dẻo tiêu chuẩn được xác định bằngcách thử độ lún của kim vào các hồ xi măng có các hàm lượng nước khác nhau

1.6.3 Thời gian đông kết của xi măng pooc lăng theo TCVN 6017:2015 [6]

Là thời gian từ khi trộn xi măng với nước tạo thành hỗn hợp bê tông có độ linhđộng theo yêu cầu cho đến khi hỗn hợp đó đặc lại và đạt được cường độ ban đầu nào đóthì gọi là thời gian ninh kết của xi măng Thời gian ninh kết phụ thuộc vào thành phầnkhoáng của clanhke, độ nghiền mịn của xi măng, phụ gia trong xi măng, điều kiện môitrường và lượng nước tiêu chuẩn khi đưa vào nhào trộn

Thời gian đông kết được xác định bằng cách quan sát độ lún sâu của kim tiêuchuẩn vào hồ xi măng có độ dẻo tiêu chuẩn, cho đến khi nó đạt được giá trị quy định

1.6.4 Mác của clanhke xi măng

Hoạt tính cường độ của clanhke xi măng poóc lăng là giá trị cường độ nén (theoTCVN 6016:2011 [7]) của mẫu xi măng thử nghiệm có độ mịn (3100 ± 100) cm2/g (theophương pháp Blaine) và phần còn lại trên sàng có kích thước lỗ 0,09 mm không lớn hơn

10 %; được nghiền trong máy nghiền bi

Ký hiệu quy ước biểu thị cường độ nén tối thiểu của xi măng, đánh giá theophương pháp tiêu chuẩn Xi măng đạt mác quy định phải có chất lượng phù hợp tiêuchuẩn tương ứng Đây là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng xi măng và làchỉ tiêu để phân loại cho xi măng Do vậy người ta đã qui định mác của xi măng là17

cường độ nén của những mẫu thí nghiệm đã được dưỡng hộ 28 ngày trong môi trường

có nhiệt độ 20±50C và độ ẩm 90 ÷100%

18

CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU, NHIÊN LIỆU TRONG SẢN XUẤT CLANHKE

XI MĂNG

2.1 Nguyên liệu sản xuất clanhke xi măng

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 khoảng nhưtrong bảng 2.1:

Bảng 2 1 Yêu cầu nguyên liệu chính dùng để sản xuất clanhke xi măng

Đá vôi

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

2.1.2 Đất sét (TCVN 6071 : 2013)

Đất sét sử dụng để sản xuất clanhke xi măng nhằm cung cấp các ôxít , , bao gồmđất sét, đất hoàng thổ, phiến thạch sét Đất sét là khoáng kết tủa giàu hạt nhỏ, dễ tạothành huyền phù khi khuấy trộn với nước Thành phần khoáng chủ yếu của đất sét làkhoáng Alumô silicat ngậm nước tồn tại ở dạng Ngoài ra trong đất sét còn có lẫn các

19

hợp chất khác như cát, tạp chất hữu cơ, Fe2O3 và các ôxít kiềm, TCVN về đất sét sửdụng để sản xuất clanhke xi măng là TCVN 6071:2013 [9]

2.1.3 Phụ gia điều chỉnh

Phụ gia điều chỉnh đưa vào hỗn hợp nguyên liệu xi măng khi thành phần hoá họccủa nó không đảm bảo yêu cầu đã định Như để làm tăng hàm lượng SiO2 trong phốiliệu thường dùng phụ gia điều chỉnh là cát, trêpen, điatômit Khi hàm lượng ôxít sắttrong phối liệu thấp thì dùng quặng sắt làm phụ gia điều chỉnh

Ngoài ra trong sản xuất clanhke còn dùng nguyên liệu gián tiếp đó là các chất phụgia đưa vào khi nghiền clanhke nhằm đích kinh tế và cải thiện mốt số tính chất nhưthạch cao, phụ gia khoáng hoạt tính ( xỉ lò cao, xỉ nhiệt điện)

2.2 Nhiên liệu để sản xuất clanke xi măng

Để sản xuất xi măng poóc lăng có thể sử dụng hầu hết các loại nhiên liệu ở cả 3dạng rắn, lỏng, khí Thực tế việc sử dụng nhiên liệu lỏng và khí là tốt nhất vì chúng cónhiệt trị cao và không có tro, dễ dàng điều chỉnh chế độ nung, tuy nhiên giá thành cao

Vì thế trong nhà máy sử dụng hai loại nhiên liệu chính là nhiên liệu lỏng và nhiên liệurắn

2.2.1 Nhiên liệu

2.2.1.1 Than

Nhiên liệu rắn cung cấp nhiệt cho quá trình nung clanhke chủ yếu sử dụng để đốtở buồng phân hủy đá vôi và ở lò nung clanhke là than Ngoài ra than còn có thể sử dụnglàm nhiên liệu cho các thiết bị sấy thùng quay để sấy các loại phụ gia khoáng có độ ẩmcao như puzolan,xỉ lò cao hoạt hóa

Trong nhà máy sản xuất xi măng sử dụng nhiên liệu rắn, giá thành phân xưởngchuẩn bị than chiếm 15-20% tổng giá thành về thiết bị nhà máy Lò quay sử dụng nhiênliệu chủ yếu là than cám, nhiệt trị ≥5500 Kcal/kg Than có chất lượng càng cao thì chấtlượng clanhke càng tốt

Chọn nhiên liệu sử dụng trong nhà máy là than cám 3b

2.2.1.2 Dầu

Dầu là loại nhiên liệu lỏng dùng làm nhiên liệu phụ trợ có thể sử dụng để sấy nóng

lò nung đốt bằng than trong giai đoạn khởi động lò và được đốt ở cả vòi đốt lò nung, cácvòi đốt buồng phân hủy đá vôi Để điều khiển chế độ nung trong quá trình vận hành hệthống lò nung clanhke, dầu có thể được đốt và phối hợp với cả than ở 2 vị trí nói trên.Khi hệ thống lò nung ngừng hoạt động hoặc khi nguyên liệu cần sấy có độ ẩm cao màtác nhân sấy thừ tháp trao đổi nhiệt hoặc từ thiết bị làm nguội clanhke không cung cấp

đủ nhiệt lượng cho quá trình sấy thì có thể sử dụng dầu để đốt các lò đốt phụ trợ cấp tác

20

nhân sấy cho máy nghiền phối liệu, nghiền than hay cung cấp tác nhân sấy Ngoài radầu còn được đốt để cung cấp nhiệt năng cho thiết bị hâm nóng dầu khi nó có độ nhớtlớn Nhiệt trị của dầu 8500-10000 Kcal/kg.

2.2.2 Thạch cao

Thạch cao được mua từ công ty cung ứng của liên hiệp xi măng – Bộ xây dựng vàđược nhập về từ cảng tuân theo TCVN 9807:2013 [10]

Một số chỉ tiêu của thạch cao như sau :

- Hàm lượng SO3, %, min : 40

- Các ô xít có hại như kiềm, P2O5¬ , %, max: 1,5

- Lượng hạt sót sàng 25x25 mm không quá 5 %

- Độ ẩm Thạch cao : 1-3 % ( độ ẩm này do tạp chất mang vào)

Độ ẩm đá bazan, trước khi đưa vào kho, không lớn hơn 7,0 %

Phụ gia khai thác tại mỏ, trước khi đưa vào kho kích thước không lớn hơn 25 mm(lượng quá cỡ từ 25– 50 mm không quá 5 %)

21

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU CHUNG

VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CLANKE XI MĂNG POOC LĂNG

3.1 Các phương pháp sản xuất clanke xi măng pooc lăng

Đối với các nhà máy sản xuất xi măng, việc lựa chọn dây chuyền sản xuất là hếtsức quan trọng, quyết định đến phương pháp sản xuất cũng như chất lượng sản phẩm.Việc lựa chọn dây chuyền sản xuất phải căn cứ vào tính chất của nguyên nhiên liệu, vàokhả 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 có 3 phương phápsản xuất xi măng đó là phương pháp ướt, phương pháp khô và phương pháp liên hợp

3.1.1 Phương pháp ướt sản xuất xi măng với thiết bị lò quay

Là phương pháp nghiền và trộn nguyên vật liệu trong nước Phương pháp này có

ưu điểm dễ nghiền, độ đồng nhất của phối liệu cao nhưng tiêu tốn nhiên liệu khi nunglớn, kích thước lò nung dài và diện tích xây dựng lớn

Phối liệu được nghiền ướt thành dạng bùn (past, độ ẩm tới 45%), đi vào lò quay từđầu phía trên, biến đổi hóa lý: sấy, đốt nóng, phân hủy đất sét và sau đó là cacbonatcanxi, kết khôi và làm nguội nhanh thanh clinker

Để tăng hiệu quả trao đổi nhiệt trong lò quay, thường lắp thêm các thiết bị trao đổinhiệt phía trong lò như xích sắt thiết bị trao đổi nhiệt bằng gốm…

Cấu tạo của lò quay nung clinker theo phương pháp ướt:

Gồm 1 ống kim loại hình trụ rỗng bằng thép dày 20-70mm mác CT3 và được lótgạch chịu lửa bên trong

Theo hình dáng vỏ lò chia làm hai loại: đường kính đồng đều và không đồngđều.Lò được đặt nghiêng 1 góc so với mặt phẳng ngang, góc nghiêng của lò là 3-5 dộ

Số vòng quay dao động từ 0.5 đến 4 vòng/ phút

Tỉ lệ chiều dài và đường kính lò: L/D= (30-40) lần

Lò quay phương pháp ướt thường có các loại sau:

D x L = 3 x 100m; 3,6 x 120m;

4 x 150m; 5 x 185m; 7 x 270m

Lưu ý:

Để đảm bảo tuổi thọ của lò và giảm tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh, trong

lò thường tạo một lớp trám dày từ 100m – 150mm trên bề mặt gạch chịu lửa và làm mát

vẻ lò bằng nước hay không khí

22

Tùy theo tính chất kĩ thuật của từng dôn mà sử dụng các loại gạch chịu lửa khácnhau

Lò quay làm việc theo nguyên tắc ngược chiều, phối liệ đầu cao (đầu lạnh) của lòclinker ra đầu thấp (đầu nóng) của lò,nhiên liệu và không khí đi vào đầu tháp của lò

Do nhiên liệu được đốt cháy và phối liệu đi ngược chiều nhau

Nguyên liệu được đốt nóng từ nhiệt độ thường đến nhiệt độ kết khối, còn khí nóng

có nhiệt độ giảm dần theo chiều dài lò ra ống khói, nhiệt độ khí thải khoảng 200–300 độ

3.1.2 Phương pháp khô

Phương pháp nghiền và trộn nguyên liệu ở dạng khô, vì vậy nguyên vật liệu khónghiền mịn, độ đồng nhất của hỗn hợp phối liệu kém nhưng tiêu tốn nhiên liệu khi nungthấp (725–1200Kcal/Kg clanhke), do sử dụng hiệu quả nhiệt của khí thải và khí làmlạnh clanhke, kích thước lò nung ngắn, mức độ tự động hóa cao Khi sản xuất xi măngtheo phương pháp khô, thể tích khí cháy nhỏ hơn từ 35-40% so với phương pháp ướtkhi năng suất lò là như nhau, do đó giá thành làm sạch khói lò giảm, khả năng sử dụngnhiệt của khí thải để sấy nguyên liệu lớn, làm giảm tiêu tốn nhiệt dùng để sản xuấtclanhke Trong phương pháp khô hiện đại, hệ thống trao đổi nhiệt ngoài lò thường sửdụng calxiner tiền nung để làm tăng hiệu quả quá trình nung, giảm nhiệt tiêu tốn

3.1.3 Phương pháp liên hợp

Là phương pháp trung gian, nó có thể dựa trên cơ sở phương pháp ướt hay phươngpháp khô Khi sử dụng phương pháp ướt thì bùn phối liệu được khử nước trong thiết bịlọc chân không hay máy ép lọc đến độ ẩm (12÷15)%, sau đó đưa vào tạo thành hạttrong thiết bị tạo hạt Khi hỗn hợp nguyên liệu sản xuất theo phương pháp khô thì phảilàm ẩm phối liệu đến độ ẩm (12÷15)% khi tạo hạt Lò nung phương pháp liên hợp là lòđứng, lò quay có xích canxinatơ và phối liệu vào lò ở dạng hạt

Dựa vào điều kiện kinh tế của đất nước, vào đặc điểm của các phương pháp sảnxuất ở trên và vào đặc điểm của nguồn cung cấp nguyên vật liệu, ta chọn công nghệ sảnxuất xi măng poóc lăng theo phương pháp khô lò quay công suất lớn Với trình độ khoahọc kỹ thuật ngày nay các máy móc và thiết bị đã đáp ứng được yêu cầu về độ mịn, độđồng nhất của phối liệu trước khi đem đi nung luyện (khắc phục được nhược điểm tồntại của phương pháp khô), đồng thời đáp ứng được nhu cầu về sử dụng xi măng trongxây dựng và tăng chất lượng cũng như sản lượng dẫn tới hạ giá thành sản phẩm

Trong đồ án tốt nghiệp, phương pháp khô sản xuất xi măng có sử dụng calxinertiền nung sử dụng giàn ghi làm lạnh clanhke đã được lựa chọn Do khi sử dụng phươngpháp này, chất lượng của clanhke tốt và độ ổn định cao so với không sử dụng calxiner,

có khả năng tiết kiệm năng lượng và nhiên liệu sử dụng

3.2 Sản xuất clanhke xi măng pooc lăng

23

Để sản xuất clanhke xi măng poóc lăng cần phải trải qua 5 giai đoạn chính:

• Gia công sơ bộ nguyên liệu

• Nghiền mịn phối liệu

• Đồng nhất nguyên vật liệu và phối liệu

• Chuẩn bị nhiên liệu nung clanhke xi măng

• Nung clanhke xi măng poóc lăng

Giai đoạn 1: Gia công sơ bộ nguyên liệu

Trong clanhke có các thành phần: canxi, silic, sắt, và nhôm Những thành phầnnày có trong đá vôi, đất sét và quặng sắt Clanhke có hỗn hợp quặng sắt và đất sét với tỉ

lệ nhỏ Và đương nhiên trong quặng sắt và đất sét thì có thể đáp ứng nhu cầu về silic, sắt

và nhôm

Thông thường các nhà máy sản xuất xi măng đều được đặt ở khu vực gần các núi

đá vôi để tiết kiệm chi phí và giúp giảm một phần giá thành của clanhke Nguyên liệuthô được khai thác từ các núi đá vôi sau đó thông qua băng chuyền được vận chuyểnđến các nhà máy

Ngoài ra còn có rất nhiều nguyên liệu thô khác được sử dụng trong quá trình sảnxuất xi măng Ví dụ như đá phiến, tro bay, vảy thép cán và bô xit.những nguyên liệu thônày được mang lại từ nhiều nguồn khác nhau bởi vì lượng yêu cầu nhỏ

Trước khi vận chuyển đến nhà máy thì khối đã lớn được nghiền nhỏ ra, và làm chokích thước của đá tương đương với kích thước của các viên sỏi

Giai đoạn 2: Nghiền mịn phối liệu

Nguyên liệu thô được chuyển đến phòng thí nghiệm của nhà máy, ở đây sẽ giúpnhà máy phân tích, phân chia tỉ lệ chính xác giữa đá vôi và đất sét trước khi bắt đầunghiền.Theo tỉ lệ thông thường thì 80% là đá vôi và 20% là đất sét

Trong công nghiệp sản xuất xi măng theo công nghệ lò quay phương pháp khô,quá trình nghiền mịn phối liệu thường được thực hiện trong các loại máy sấy nghiềnđồng thời làm việc theo chu trình kín Tuy nhiên với mỗi loại thiết bị nghiền có một giớihạn độ ẩm cho phép của vật liệu đưa vào máy nghiền Vì vậy khi nguyên liệu sản xuất

xi măng có độ ẩm quá lớn thì cần phải tiến hành sấy trước khi đưa vào nghiền Mặt kháckhi nghiền xi mãng, các loại nguyên liệu yêu cầu phải có độ ẩm nhỏ, vì vậy cần phải sấykhô nguyên vật liệu trước khi đưa vào máy nghiền

Và tiếp theo mới đến nhiệm vụ của nhà máy đó là nghiền hỗn hợp nhờ vào các conlăn quay và bàn xoay Bàn xoay quay liên tục dưới con lăn và con lăn tiếp xúc trực tiếpvới hỗn hợp Con lăn sẽ nghiền hỗn hợp thành bột mịn và khi đó thì con lăn đã hoàn24

thành nhiệm vụ Hỗn hợp nguyên liệu thô sẽ được dự trữ trong đường ống sau khi đãnghiền hỗn hợp thành bột mịn.

Giai đoạn 3: Đồng nhất nguyên vật liệu và phối liệu

Trong công nghiệp sản xuất xi măng, các cấu tử nguyên liệu chính được sử dụnglàm nguyên liệu là đá vôi và đất sét Thực tế thành phần của các cấu tử này có sự daođộng lớn, do đó chúng có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của clanhke xi măng Vì thếđồng nhất nguyên vật liệu là giải pháp hợp lý và được sử dụng rộng rãi trong côngnghiệp sản xuất xi măng

Đồng nhất từng cấu tử nguyên liệu riêng biệt là phương pháp phổ biến nhất trongcông nghiệp sản xuất clanhke Vật liệu cần đồng nhất được rải thành từng lớp tạo thànhđống trong kho Tùy theo phương pháp rải, đống liệu tạo thành có thể là đống dài hayđống hình tròn Khi xúc hay rút liệu ra, vật liệu được lấy theo chiều ngang của tiết diệnđống

Giai đoạn 4: Chuẩn bị nhiên liệu nung clanhke xi măng

Nhiên liệu chính sử dụng để nung clanhke xi măng là than Nhà máy nghiền thanđến độ mịn tương ứng với lượng sót sàng N 008 <4%

Với nhà máy sản xuất clanhke xi măng theo phương pháp khỏ, quá trình sấy thanthường được kết hợp với quá trình nghiền trong máy sấy nghiền đồng thời Không khínóng để sấy than thường được lấy ra từ thiết bị làm nguội clanhke hay từ lò nung Thiết

bị nghiền được đặt ở đầu vào của lò nung và sử dụng khí thải của lò để sấy than Bộtthan sau khi nghiền được chuyển tới vòi đốt tại cửa ra của lò nung bằng một thiết bị vậnchuyển thích hợp Ưu điểm chù yếu của việc sử dụng khí thải của lò nung để sấy khôthan là hàm lượng oxi trong khí thải lò nung thường rất thấp, do đó nguy cơ cháy nổ sẽgiảm bớt

Giai đoạn 5: Nung clanhke xi măng poóc lăng

Lò khá lớn và có thể xoay được và nó cũng được coi là phần quan trọng nhất củaquá trình sản xuất clanhke Trong lò nhiệt độ có thể lên tới 1450oC Nhiệt độ này đạtđược là bắt nguồn từ phản ứng hóa học gọi là phản ứng khử Cacbon và phản ứng nàycòn thải ra khí CO2 Nhiệt độ cao trong lò làm cho nguyên liệu nhão ra

Chuỗi phản ứng hóa học giữa Ca và SiO2 tạo ra thành phần chính trong xi măng(CaSiO3) Lò nhận nhiệt từ bên ngoài nhờ khí tự nhiên hoặc than đá Khi nguyên liệu ởphần thấp nhất của lò nung thì nó sẽ hình thành lên xỉ khô

25

CHƯƠNG 4 LỰA CHỌN ĐỊA ĐIỂM

XÂY DỰNG NHÀ MÁY

4.1 Mục đích, ý nghĩa

Nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa nên nhu cầu xây dựngtăng cao Trong ngành vật liệu xây dựng, công nghiệp sản xuất chất kết dính đóng vaitrò đặc biệt quan trọng và chiếm tỷ trọng lớn nhất về giá trị sản lượng, nhất là xi măng-

là chất kết dính chưa thể thay thế hiện nay Để đáp ứng nhu cầu sản xuất xi măng, chúng

em được giao nhiệm vụ thiết kế nhà máy sản xuất clanhke xi măng Poóc lăng theo côngnghệ lò quay phương pháp khô, công suất 1.400.000 tấn clanhke/ năm

4.2 Các yêu cầu lựa chọn địa điểm nhà máy

Lựa chọn địa điểm nhà máy một cách hợp lý thì phải thỏa mãn các yêu cầu sau:-Yêu cầu về tổ chức sản xuất

Địa điểm phải gần các nguồn cung cấp nguyên liệu, nhiên liệu, điện, nước và gầnnơi tiêu thụ sản phẩm hoặc thuận tiện cho việc di chuyển xi măng đi nơi khác tiêu thụ

26

-Yêu cầu hạ tầng kỹ thuật

Phù hợp và tận dụng tối đa hệ thống giao thông quốc gia bao gồm đường bộ,đường thuỷ, đường sắt Phù hợp và tận dụng tối đa hệ thống mạng lưới cấp điện vàthông tin liên lạc

-Yêu cầu về quy hoạch

Phù hợp với quy hoạch vùng, lãnh thổ, quy hoạch cụm kinh tế công nghiệp, nhằmtạo điều kiện phát huy tối đa công suất nhà máy và khả năng hợp tác với các nhà máylân cận

-Yêu cầu về xây lắp và vận hành máy

Thuận tiện trong việc cung cấp vật liệu, vật tư, xây dựng nhằm giảm chi phí vậnchuyển và giảm tối đa cước vận chuyển từ nơi xa đến

Thuận tiện trong việc cung cấp nhân công cho nhà máy trong quá trình xây dựngcũng như vận hành nhà máy sau này

-Yêu cầu về kỹ thuật xây dựng

Về địa hình có khu đất có kích thước hình dạng thuận lợi trong việc xây dựngtrước mắt cũng như mở rộng diện tích nhà máy sau này và thuận tiện cho việc bố trí dâychuyền công nghệ sản xuất Khu đất phải cao ráo, tránh ngập lụt về mùa mưa lũ, có mựcnước ngầm thấp tạo điều kiện cho việc thoát nước khi có mưa, lũ Độ dốc tự nhiên thấphạn chế việc san lấp mặt bằng Về địa chất địa điểm phải không được nằm trên các vùng

có mỏ khoáng sản hoặc địa chất không ổn định Cường độ chịu nén khu đất xây dựng từ1,5 ÷ 2 kg/cm2

4.3 Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy

Việc lựa chọn địa điểm xây dựng đóng một vai trò hết sức quan trọng Nó ảnhhưởng đến vốn đầu tư ban đầu, tuổi thọ của nhà máy cũng như vấn đề kinh tế, duy trìhoạt động và phát triển của nhà máy

Nguyên tắc lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy :

- Gần nguồn cung ứng nguyên vật liệu chính

- Xa khu vực dân cư để tránh ô nhiễm

- Giao thông đường thuỷ, đường sắt, đường bộ thuận lợi

- Gần khu vực tiêu thụ sản phẩm

- Khu vực chọn để xây dựng nhà máy cần có nền đất ổn định để thuận lợi cho việcxây dựng, lắp đặt trang thiết bị

27

Dựa vào các điều kiện trên ta chọn nơi xây dựng nhà máy sản xuất xi măng TiếnThành tại xã Minh Tân – Huyên Kinh Môn – Tỉnh Hải Dương, vì thoả mãn các điềukiện sau:

- Diện tích sử dụng:

Xã Minh Tân có nhiều quỹ đất để xây dựng các nhà máy công nghiệp, đặc biệt lànhà máy sản xuất xi măng Mặt bằng xây dựng được lựa chọn theo sự quy hoạch củachính quyền địa phương và kết quả khảo sát địa hình Tổng diện tích dùng để xây dựngnhà máy là 16 ha

- Địa hình:

Mặt bằng xây dựng nhà máy có độ dốc nhỏ, hướng thoải ra sông nên rất thuận lợicho việc thoát nước ra sông vào mùa mưa, mặt khác nhà máy xi măng Tiến Thành trênđất đồi ổn định, ít có mạch nước ngầm nên thuận tiện cho việc tạo móng xây dựng côngtrình trọng tải lớn

- Tài nguyên:

Đối với sản xuất xi măng thì nguyên liệu sử dụng chủ yếu là đá vôi và đất sét Việc

có các mỏ đá vôi và đất sét được phân bố đều, về phía đông nam là các mỏ đá vôi cáchnhà máy >2 Km, và về phía tây nam là mỏ đất sét cách nhà máy >1,5 Km, thì việc khaithác nguồn nguyên liệu và vận chuyển về cho nhà máy hết sức thuận lợi Bên cạnh đócòn có một số mỏ đá vôi và đá sét của tư nhân, cũng đóng góp một phần nguyên liệucho nhà máy trong quá trình sản suất, tạo điều kiện cho nhà máy có thể dự trữ nguồnnguyên liệu phục vụ cho công tác sản xuất lâu dài

- Môi trường vệ sinh công nghiệp:

Nhà máy xi măng Minh Tân cách khu vực dân cư:

Cách thôn Bích Nhôi > 500 m về phía hạ lưu

28

Cách thôn Tử Lạc > 500 m về phía thượng lưu.

Cách thôn Vĩnh Tuy >1500 m về phía Bắc

Cách thôn Phú Thứ > 3000 m về phía Nam

Tuy có khoảng cách khá gần cụm dân cư nên khi đi vào hoạt động, Tiến Thành sẽcùng với chính quyền địa phương quan tâm nhiều đến vấn đề môi trường để có nhữngchính sách ưu đãi và có những biện pháp công nghệ để khắc phục những vấn đề ônhiễm môi trường

4.4 Nguyên liệu và phương án khai thác, cung ứng

4.4.1 Đá vôi

Đá vôi được khai thác từ mỏ đá Minh Tân– Kinh Môn - Hải Dương bằng cáchkhoan nổ mìn cắt tầng Đá vôi sau công đoạn nổ mìn được gia công đập sơ bộ vớinhững hòn có kích thước lớn hơn 1500(mm), sau đó được xúc lên xe tải trọng lớn rồivận chuyển về phễu cấp liệu cho máy đập búa Kích thước vật liệu đá vôi vào máy đậpbúa ≤ 1200(mm)

Một số trữ lượng các mỏ gần nhà máy:

- Mỏ A: Trữ lượng ≈ 3.000.000(m3)

- Mỏ B: Trữ lượng ≈ 9.000.000(m3)

- Mỏ C: Trữ lượng ≈ 13.000.000(m3)

Đá vôi có thành phần hóa như bảng 4.1

Bảng 4 1 Thành phần hóa của đá vôi Hải Dương

4.4.2 Đất sét:

Đá sét được khai thác ở các mỏ sét Minh Tân - Kinh Môn - Hải Dương Sau khiđược nổ mìn, ủi, gạt, xúc lên xe tải trọng lớn vận chuyển về nhà máy với kích thước ≤800(mm)

Một số trữ lượng các mỏ ở Minh Tân - Kinh Môn - Hải Dương:

- Mỏ A: Trữ lượng ≈ 1.000.000(m3)

- Mỏ B: Trữ lượng ≈ 5.000.000(m3)

Đất sét có thành phần hóa như bảng 4.2

Bảng 4 2 Thành phần hóa của đất sét Hải Dương

Quặng sắt Hoành Bồ: Công ty công nghiệp xây dựng số 1 cung cấp.

Phụ gia trên đều được vận chuyển về nhà máy bằng các xe tải có tải trọng lớn.Quặng sắt có thành phần hóa như bảng 4.3

Bảng 4 3 Thành phần hóa của quặng sắt Hoành Bồ

Thành phần tro than cám 3b như bảng 4.5

Bảng 4 5 Thành phần tro của than cám 3b

4.5 Các yếu tố khác:

4.5.1 Cơ cấu lao động:

Số lao động làm việc trong ngành kinh tế quốc dân: 48.680 người Trong đó:

Lao động phi nông nghiệp: 44.180 người

Lao động nông nghiệp: 4500 người

Tỷ lệ lao động phi nông nghiệp: 90,7% Thành phố Hải Dương có lợi thế là trungtâm công nghiệp, du lịch, y tế và đào tạo Trên địa bàn lực lượng lao động kỹ thuật đượcđào tạo cơ bản trên đại học, đại học, cao đẳng, trung học chuyên nghiệp và công nhân

kỹ thuật

Từ đó ta có thể dễ dàng kết luận và khẳng định Hải Dương là 1 thành phố cónguồn nhân lực dồi dào, có thể cung cấp công nhân viên và cán bộ kỹ thuật cho nhàmáy mà không sợ thiếu hụt nhân lực

4.5.2 Về cấp điện:

Địa điểm xây dựng nhà máy nằm ở phần ngoại thành của thành phố Hải Dương

Vì vậy muốn có được sự cấp điện đầy đủ phục vụ cho sản xuất của nhà máy, chúng tathiết kế 2 máy biến áp và 1 máy phát điện để phòng ngừa mất điện khi có sự cố 30

Bảng 4 6 Máy biến áp dầu 3 pha kiểu kín 2500kVA

Tổn hao không tải (P0) 1850 WTổn hao ngắn mạch (Pk) 21000 W

Tiêu chuẩn TCVN 6306 (IEC 60076)Tiêu chuẩn chất lượng ISO 9001:2015; ISO 14001:2015

4.5.3 Môi trường vệ sinh công nghiệp:

Nhà máy sản xuất xi măng hoạt động sản xuất với phương châm bảo vệ môitrường là bảo vệ cuộc sống của chính mình, nhà máy xin cam kết:

- Duy trì và cải tiến liên tục hệ thống quản lý môi trường để ngăn chặn sự ô nhiễmmôi trường và phá hoại môi trường,từng bước giảm thiểu các gánh nặng môi trường

- Thúc đẩy việc tiết kiệm năng lượng, tài nguyên thông qua các hoạt động cải tiếnliên tục

- Tuân thủ pháp luật và các quy định khác liên quan, hợp tác trong các hoạt độngbảo vệ môi trường của xã hội

- Không ngừng nâng cao nhận thức cho cán bộ công nhân viên toàn công ty tronghoạt động bảo vệ môi trường

KẾT LUẬN: Qua các yếu tố trên mặc dù không thể đáp ứng được hoàn toàn các

điều kiện để xây dựng nhà máy sản xuất xi măng nhưng đây là địa điểm tối ưu để dựngnhà máy xi măng và vậy em quyết định đặt nhà máy tại xã Minh Tân – Huyên KinhMôn – Tỉnh Hải Dương

31

CHƯƠNG 5 BÀI TOÁN PHỐI LIỆU

5.1 Nguyên liệu, nhiên liệu sản xuất clanhke

Thành phần hóa của nguyên liệu và tro than được thống kê ở bảng 5.1

Bảng 5 1 Bảng thành phần hóa của nguyên liệu và tro than

Bảng 5 2 Bảng thành phần hóa của nguyên liệu và tro than quy về 100%

Nguyên liệu SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO R2O SO3 MKN Tổng

Bảng 5 3 Bảng thành phần hóa của nguyên liệu sau khi nung

Nguyên liệu SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO R2O SO3 Tổng

Thông số làm việc của than cám 3b được đưa ra ở bảng 5.4:

Bảng 5 4 Thành phần hóa học của than cám 3b

• Tính nhiệt trị của than

Theo công thức thực nghiệm của Mendeleep

Bảng 5 5 Bảng thành phần tro của than cám 3b

Bảng 5 6 Thành phần hóa làm việc của than cám 3b

33

p

(2.2)Trong đó : q : Hàm lượng tro lẫn vào Clanhke ( % )

A : Hàm lượng tro của than ( % ) A=17,730 %

B : Lượng tro lẫn vào Clanhke so với tổng hàm lượng tro và phụ thuộcvào phương pháp công nghệ, với lò quay phượng pháp khô chọnB=95%

p : Lượng than tiêu tốn cho 1kg Clanhke và xác định theo công thức:

p = Q’/ QthQ’ : Nhiệt lượng tiêu tốn để tạo 1kg Clanhke phụ thuộc vào phươngpháp công nghệ Đối với lò quay phương pháp khô Q’=750÷800(kcal/kgClanhke), chọn Q’ = 750 kcal/kgClanhke

p = = 0,1156 ( kgthan/kgclanhke)

Vậy q = 1,95 %

• Tính toán phối liệu :

Ta kí hiệu các Oxit của các cấu tử trong phối liệu như trong bảng 5.7:

Bảng 5 7 Kí liệu các oxit của các cấu tử trong phối liệu

Thành

phần hóa

CủaClanhke

Của Phốiliệu

Của đávôi

Của đấtsét

Củaquặng sắt

Của trothan

Đây là hệ 3 cấu tử có lẫn tro, gọi :

+ x là phần khối lượng của cấu tử đá vôi (1),

+ y là phần khối lượng của cấu tử đất sét (2),

+ z là phần khối lượng của cấu tử sắt quặng (3),

Kết hợp với lượng tro than đọng lại là q tạo nên Clanhke xi măng

34

Ta có: x + y + z + q = 100

- Thành phần các oxit trong clanhke được tính như sau:

.C1 y C2 z C3 q C4

.A1 y A2 z A3 q A4

.S1 y S2 z S3 q S4

.F1 y F2 z F3 q F4

C

80 , 2

35 , 0 65 ,

=++

=++

3 3 3

3

2 2

2 2

1 1 1 1

dzcybxa

dzcybxa

dzcybxa

Trong đó các hệ số được xác định như sau:

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

Giải hệ phương trình ta được:

Như vậy trong phối liệu clanhke đã nung có:

67,496 % cấu tử đá vôi

28,387 % cấu tử đất sét

2,167 % cấu tử quặng sắt và 1,95 % tro than

Thành phần hóa cảu clanhke được tổng hợp trong bảng 5.8

Bảng 5 8 Bảng thành phần hóa của clanhke

Thành

phần hóa SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO

Thànhphầnkhác

Ki = 100 −MKN

100

36

Tổng hàm lượng nguyên liệu trong phối liệu bằng 100%

.A1 y A2 z A3 q A4

.S1 y S2 z S3 q S4

.F1 y F2 z F3 q F4

Vì trong clanhke có lẫn 1.95 % tro than nhiên liệu nên hàm lượng clanhke donguyên liệu tạo thành là: (100-q)

Hệ số tiêu hao nguyên liệu để nung 1 đơn vị khối lượng clanhke sẽ bằng:

Thành phần hóa của phối liệu và clanhke được đưa ra trong bảng 5.8

Bảng 5 9 Bảng thành phần hóa của phối liệu

Thành phần

hóa SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO

Thànhphầnkhác

Hệ số bão hòa vôi :

Vậy hệ số Aluminat nằm trong phạm vi cho phép (p=1÷2,5)

Tính và kiểm tra thành phần khoáng trong clanhke:

• Tính toán phối liệu và hàm lượng pha lỏng :

- Tính toán phối liệu

T = 1,78CaO + 2,09MgO = 1,78×43,19 + 2,09×1,21= 79,41 %

Vậy T nằm trong giới hạn cho phép ( T= 79±1)

- Hàm lượng pha lỏng :

38

L = 3x + 2,25y + a + b

Trong đó :

x : % Al2O3 trong Clanhke

y : % Fe2O3 trong Clanhke

a : % MgO trong Clanhke

b:%Thành phần khác trong Clanhke bằng tổng 100%-các thành phần đã tính=0,01%

L = 3×6,121 + 2,25×3,821+ 1,872 + 0,01 = 28,842 %

Kết luận: Bài toán phối liệu đưa ra là phù hợp để đưa vào sản xuất clanhke xi

măng trong nhà máy

CHƯƠNG 6 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CLANHKE XI MĂNG POÓC LĂNG THEO PHƯƠNG PHÁP KHÔ

Dây chuyền công nghệ sản xuất clanhke xi măng poóc lăng theo phương pháp khôđược chia thành 2 phân xưởng chính với 2 công đoạn sản xuất riêng:

+ Công đoạn chuẩn bị phối liệu

Các công đoạn của dây chuyền này tuy riêng rẽ nhưng kế tiếp với nhau, sản phẩmcủa công đoạn phía trước là nguyên liệu đầu vào của công đoạn sau

6.1 Công đoạn chuẩn bị phối liệu

Công đoạn này bắt đầu từ khâu khai thác, vận chuyển, tiếp nhận nguyên liệu banđầu (đá vôi, đất sét, phụ gia điều chỉnh, phụ gia khoáng hóa) vào nhà máy cho tới silôđồng nhất phối liệu

Sản phẩm cuối cùng của công đoạn chuẩn bị liệu là bột phối liệu đã được đồngnhất và là đầu vào của công đoạn nung clanhke Bột phối liệu phải đảm bảo đồng nhất,

có các hệ số chế tạo ( KH, n, p) theo tính toán, có độ mịn thường nhỏ hơn 10 % tínhtheo lượng còn lại trên sàng có kích thước mắt sàng 0,09 mm

6.1.1 Chuẩn bị nguyên liệu

+ Quá trình công nghệ của dây chuyền chuẩn bị đá vôi

Đá vôi được vận chuyển về nhà máy có kích thước ≤ 1500 mm, được đổ vào phễutiếp liệu của băng tải tấm để chuyển đến máy đập búa Đá vôi đạt kích thước yêu cầu lọtqua ghi ra liệu có kích thước ≤75mm được các băng tải cao su vận chuyển đến máy rảiliệu Máy rải liệu được đặt trong kho đồng nhất sơ bộ đá vôi có nhiệm vụ rải đá thànhnhiều lớp (theo thiết kế đá vôi được rải theo kho dài)

Sau khi được đồng nhất sơ bộ, đá vôi được cầu dỡ liệu lấy ra khỏi kho, qua băngtải đổ vào bunke chứa Đá vôi được tháo ở phía dưới đáy bunke xuống băng tải cao su(có cân băng định lượng) rồi được đổ vào băng tải đến máy nghiền sấy liên hợp

+ Quá trình công nghệ của dây chuyền chuẩn bị đất sét

Đất sét được khai thác và vận chuyển về nhà máy có kích thước ≤ 300 mm được

đổ vào phễu tiếp liệu để chuyển tới máy cán 2 trục Tại máy cán 2 trục, đất sét được đậpnhỏ tới kích thước yêu cầu ≤75mm Ra khỏi máy cán trục, đất sét được băng tải cao suvận chuyển đến máy rải liệu được đặt trong kho đồng nhất sơ bộ đất sét có nhiệm vụ rảithành nhiều lớp dọc theo kho dài

+ Quá trình công nghệ chuẩn bị quặng sắt

Quặng sắt khi nhập về nhà máy đã đạt yêu cầu về độ nhỏ nên không cần đập màđưa thẳng vào kho đồng nhất sơ bộ Tại kho đồng nhất sơ bộ quặng sắt được máy ủi, ủiđến phễu tiếp liệu xuống băng tải cao su đưa lên bun ke chứa Quặng được tháo ở phíadưới đáy bun ke xuống băng tải cao su (có cân băng định lượng) rồi được đổ vào băngtải đến máy nghiền sấy liên hợp

6.1.2 Nghiền phối liệu và đồng nhất

Đá vôi, đất sét, quặng sắt được tháo từ các két chứa qua hệ thống cân định lượngtheo tỉ lệ bài toán phối liệu, định lượng vận chuyển về máy sấy nghiền liên hợp chu

40