Thiết kế máy nghiền bi liên tục nghiền xi măng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
--------------------

ĐỒ ÁN MƠN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

TÊN ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI LIÊN TỤC
NGHIỀN XI MĂNG CHO NHÀ MÁY CÓ
NĂNG SUẤT 1 TRIỆU TẤN/NĂM

SVTH: 1. TẠ THỊ THANH THÚY
2. NGUYỄN TRẦN THẢO UYÊN
GVHD: TS. LÊ THỊ DUY HẠNH

MSSV:
MSSV:

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2021

18128061
18128075


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
---oOo---

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY VÀ THIẾT BỊ
Giáo viên hướng dẫn: TS. Lê Thị Duy Hạnh
Họ và tên sinh viên thực hiện:

MSSV

1. Tạ Thị Thanh Thúy
18128061
2. Nguyễn Trần Thảo Uyên
18128075
1. Tên đồ án: THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI LIÊN TỤC NGHIỀN XI MĂNG
CHO NHÀ MÁY CÓ NĂNG SUẤT 1 TRIỆU TẤN/NĂM
2. Nhiệm vụ của đồ án:
Hiểu về quy trình nghiền xi măng và nguyên lý làm việc của máy nghiền bi liên tục
nghiền xi măng.
Tính tốn các thơng số cơ bản về cấu tạo máy, các thông số hoạt động và thiết kế máy
(bản thuyết minh và bản vẽ).
3. Các số liệu ban đầu:
Năng suất: 1.000.000 tấn/năm
4. Yêu cầu về phần thuyết minh và tính tốn:
Mở đầu trình bày lý do chọn đề tài, mục đích, đối tượng và phạm vi thiết kế đồ án.
Trình bày tổng quan về clinker xi măng Portland, lựa chọn và giải thích quy trình cơng
nghệ nghiền xi măng
Tính tốn các thơng số kỹ thuật của máy nghiền bi, thông số truyền động và lựa chọn
một số thiết bị phụ cho quy trình sản xuất.
5. Yêu cầu về trình bày bản vẽ (dạng file)
Bản vẽ quy trình cơng nghệ: 01 bản in khổ A1 (gấp lại, kẹp trong quyển thuyết minh
đồ án) và 01 bản in khổ A3 đóng chung quyển thuyết minh.
Bản vẽ thiết bị chính: 01 bản in khổ A1 (gấp lại, kẹp trong quyển thuyết minh đồ án)
và 01 bản in khổ A3 đóng chung quyển thuyết minh.

Bản vẽ khổ A1 phải được gấp lại và kẹp trong quyển thuyết minh để nộp cho Bộ môn
đúng thời hạn Sinh viên được giao trong nhiệm vụ.


6.
7.
8.
9.

Yêu cầu khác: Thực hiện và thông qua đồ án đúng tiến độ
Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 04/03/2021
Ngày hoàn thành đồ án: 13/08/2021
Ý kiến của GV hướng dẫn
TRƯỞNG BỘ MƠN

Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng 08 năm 2021
Giảng viên hướng dẫn


TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
---------------------------------

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

MƠN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2020 – 2021
MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1. GVHD:

TS. Lê Thị Duy Hạnh

2. Sinh viên: Tạ Thị Thanh Thúy

3. MSSV: 18128061

4. Tên đề tài: THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI LIÊN TỤC NGHIỀN XI MĂNG CHO
NHÀ MÁY CÓ NĂNG SUẤT 1 TRIỆU TẤN/NĂM
5. Kết quả đánh giá
STT

Thang
điểm

Nội dung

1

Xác định được đối tượng và yêu cầu thiết kế

0 – 1,0

2

Lập qui trình cơng nghệ và tính tốn được các chi tiết thiết
bị

0 – 2,5

3

Đánh giá được sự phù hợp, điểm mạnh, yếu của thiết kế

0 – 0,75

4

Lập được kế hoạch triển khai thực hiện thiết kế

0 – 0,75

5

Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng

0 – 2,5

6

Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic

0 – 1,0

7

Hồn thành trách nhiệm cá nhân trong nhóm

0 – 0,75

8

Thực hiện đúng kế hoạch công việc được GV giao

0 – 0,75

TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……………………………………….)

Điểm
số

10

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6. Các nhận xét khác (nếu có)
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
7. Kết luận
Được phép bảo vệ : 

Không được phép bảo vệ : 
Ngày …… tháng 8 năm 2021
Người nhận xét

(Ký & ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – THỰC PHẨM

BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
---------------------------------

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN


MÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2020 – 2021
MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1. GVHD:

TS. Lê Thị Duy Hạnh

2. Sinh viên: Nguyễn Trần Thảo Uyên

3. MSSV: 18128075

4. Tên đề tài: THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI LIÊN TỤC NGHIỀN XI MĂNG CHO
NHÀ MÁY CÓ NĂNG SUẤT 1 TRIỆU TẤN/NĂM
5. Kết quả đánh giá
STT

Thang
điểm

Nội dung

1

Xác định được đối tượng và yêu cầu thiết kế

0 – 1,0

2

Lập qui trình cơng nghệ và tính tốn được các chi tiết thiết
bị

0 – 2,5

3

Đánh giá được sự phù hợp, điểm mạnh, yếu của thiết kế

0 – 0,75

4

Lập được kế hoạch triển khai thực hiện thiết kế

0 – 0,75

5

Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng

0 – 2,5

6

Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic

0 – 1,0

7

Hồn thành trách nhiệm cá nhân trong nhóm

0 – 0,75

8

Thực hiện đúng kế hoạch công việc được GV giao

0 – 0,75

TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……………………………………….)

Điểm
số

10

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6. Các nhận xét khác (nếu có)
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................

7. Kết luận
Được phép bảo vệ : 

Khơng được phép bảo vệ : 
Ngày …… tháng 8 năm 2021
Người nhận xét

(Ký & ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
---------------------------------

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA
GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

MÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2020 – 2021
MÃ MÔN HỌC: PWPD322703


1. GVPB: .....................................................................................................................
2. Sinh viên: Tạ Thị Thanh Thúy

3. MSSV: 18128061

4. Tên đề tài: THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI LIÊN TỤC NGHIỀN XI MĂNG CHO
NHÀ MÁY CÓ NĂNG SUẤT 1 TRIỆU TẤN/NĂM
5. Kết quả đánh giá
STT

Thang
điểm

Nội dung

1

Lập qui trình cơng nghệ và tính tốn được các chi tiết thiết bị

0 – 2,5

2

Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng

0 – 2,5

3

Hồn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic

0 – 1,0

4

Trình bày được những nội dung cốt lõi của đồ án

0 – 1,0

5

Trả lời được các câu hỏi phản biện

0 – 3,0

TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……………………………………….)

Điểm
số

10

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6. Các nhận xét khác (nếu có)
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
Ngày …… tháng 8 năm 2021
Người phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – THỰC PHẨM
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC
---------------------------------

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA
GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

MÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2020 – 2021
MÃ MÔN HỌC: PWPD322703

1. GVPB: .....................................................................................................................
2. Sinh viên: Nguyễn Trần Thảo Uyên

3. MSSV: 18128075


4. Tên đề tài: THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI LIÊN TỤC NGHIỀN XI MĂNG CHO
NHÀ MÁY CÓ NĂNG SUẤT 1 TRIỆU TẤN/NĂM
5. Kết quả đánh giá
STT

Thang
điểm

Nội dung

1

Lập qui trình cơng nghệ và tính tốn được các chi tiết thiết bị

0 – 2,5

2

Lập được bản vẽ với phần mềm chuyên dụng

0 – 2,5

3

Hồn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, chính xác và logic

0 – 1,0

4

Trình bày được những nội dung cốt lõi của đồ án

0 – 1,0

5

Trả lời được các câu hỏi phản biện

0 – 3,0

TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……………………………………….)

Điểm
số

10

Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm

6. Các nhận xét khác (nếu có)
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
Ngày …… tháng 8 năm 2021
Người phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Lê Thị Duy Hạnh –
giảng viên bộ mơn Cơng nghệ Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố
Hồ Chí Minh. Trong suốt thời gian thực hiện đồ án môn học, chúng em đã nhận được
nhiều sự giúp đỡ, góp ý và chỉ bảo nhiệt tình từ cơ.
Ngồi ra, chúng em cũng xin cảm ơn quý thầy cô giáo trong trường Đại học Sư
phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh nói chung và trong bộ mơn Cơng nghệ Hóa
học nói riêng. Qúy thầy cơ đã giúp chúng em có được cơ sở lý thuyết và kiến thức về
các môn đại cương cũng như các môn cơ sở ngành. Với kinh nghiệm còn hạn chế của
một sinh viên khi mới lần đầu làm đồ án, việc tính tốn và thực hiện khơng thể tránh
được những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo từ thầy cô để bài làm
được hồn thiện, chính xác hơn, nâng cao kiến thức bản thân, phục vụ tốt hơn công tác
thực tế sau này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn và kính chúc sức khỏe đến tồn thể q thầy cơ!

8

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần hóa có trong xi măng Portland.............................................3
Bảng 1.2. Thành phần khống chính có trong xi măng Portland.............................5
Bảng 2.1. Phân loại sản phẩm nghiền theo kích thước............................................10
Bảng 2.2. Thang độ rắn Mohs của một số vật liệu...................................................12
Bảng 2.3. Hệ số khả năng đập nghiền của một số vật liệu......................................13
Bảng 2.4. Kích thước của vật liệu trước và sau khi đập nghiền.............................16
Bảng 3.1. So sánh hai chu trình nghiền....................................................................17
Bảng 4.1. Chiều dày thùng nghiền phụ thuộc vào đường kính D...........................30
Bảng 4.2. Thơng số kỹ thuật của động cơ Siemens..................................................39
Bảng 4.3. Chọn thiết bị phân ly cho quy trình nghiền xi măng..............................46
Bảng 4.4. Chọn thiết bị lọc bụi cho quy trình nghiền xi măng...............................48
BẢNG TỔNG KẾT CÁC THƠNG SỐ TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ ..................49

9


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Xi măng Portland..........................................................................................2
Hình 1.2. Bản vẽ quy trình cơng nghệ nghiền xi măng..................................................6
Hình 1.3. Sơ đồ khối quy trình cơng nghệ nghiền xi măng............................................7
Hình 2.1. Quan hệ giữa ứng suất phá hủy và biến dạng của vật liệu..........................13
Hình 2.2. Ảnh hưởng của khối lượng riêng đến tính nghiền........................................15
Hình 2.3. Ảnh hưởng của độ mịn đến năng suất nghiền..............................................15
Hình 2.4. Các phương pháp đập.................................................................................16
Hình 3.1. Máy nghiền bi..............................................................................................18
Hình 3.2. Sơ đồ máy và nguyên lý làm việc của máy nghiền bi...................................19
Hình 3.3. Cấu tạo máy nghiền bi hai ngăn..................................................................20

Hình 3.4. Các loại tấm lót dùng trong máy nghiền bi..................................................21
Hình 3.5. Vách ngăn....................................................................................................22
Hình 3.6. Các dạng vật nghiền....................................................................................23
Hình 3.7. Ổ đỡ máy nghiền bi.....................................................................................24
Hình 3.8. Sơ đồ ổ trượt................................................................................................24
Hình 3.9. Cửa thăm máy nghiền bi..............................................................................24
Hình 3.10. Đáy và cổ thùng phía nạp liệu...................................................................25
Hình 3.11. Đáy và cổ thùng phía tháo liệu..................................................................26
Hình 3.12. Bộ truyền động bánh răng.........................................................................26
Hình 4.1. Tấm lót ngăn nghiền 1.................................................................................34
Hình 4.2. Tấm lót ngăn nghiền 2.................................................................................35
Hình 4.3. Thiết bị phân ly hạt......................................................................................45
Hình 4.4. Thiết bị lọc bụi túi vải..................................................................................47

10


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY VÀ THIẾT BỊ
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
LỜI CẢM ƠN...............................................................................................................i
DANH MỤC BẢNG....................................................................................................ii
DANH MỤC HÌNH....................................................................................................iii
MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN.........................................................................................2
1.1 Giới thiệu chung về xi măng....................................................................................2
1.1.1 Các khái niệm và sự hình thành của xi măng........................................................2
1.1.2 Thành phần hóa của clinker xi măng Portland......................................................3
1.1.3 Thành phần khoáng của clinker xi măng Portland................................................3

1.2 Phân loại xi măng.....................................................................................................5
1.2.1 Theo loại clinker và thành phần xi măng (TCVN 2682-1992)..............................5
1.2.2 Theo giới hạn bền khi nén sau 28 ngày (TCVN 2682-1992).................................5
1.2.3 Các loại xi măng khác trên cơ sở xi măng Portland..............................................5
1.3 Quy trình cơng nghệ nghiền xi măng.......................................................................6
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐẬP NGHIỀN...........................................10
2.1 Những khái niệm cơ sở..........................................................................................10
2.1.1 Qúa trình nghiền.................................................................................................10
2.1.2 Đường kính trung bình........................................................................................10
2.1.3 Mức độ đập nghiền..............................................................................................11
2.1.4 Tính chất cơ lý vật liệu nghiền............................................................................11
2.1.5 Hệ số khả năng đập nghiền.................................................................................12
2.2 Ảnh hưởng của các tính chất cơ bản của vật liệu tới quá trình nghiền...................13


2.3 Các phương pháp đập, nghiền..............................................................................15
CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.....................17
3.1 Máy nghiền bi........................................................................................................18
3.2 Nguyên lý làm việc của máy nghiền bi nghiền xi măng.........................................18
CHƯƠNG 4 TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI....................................27
4.1 Tính tốn và chọn thơng số cơ bản.........................................................................27
4.2 Xác định số vịng quay của thùng..........................................................................30
4.2.1 Số vòng quay tới hạn...........................................................................................30
4.2.2 Số vòng quay hợp lý...........................................................................................31
4.3 Kích thước bi nghiền và lượng vật liệu cần thiết nạp vào máy...............................32
4.3.1 Kích thước bi nghiền...........................................................................................32
4.3.2 Lượng vật liệu cần thiết nạp vào máy.................................................................32
4.3.3 Chiều cao vật nghiền trong máy..........................................................................33
4.4 Tấm lót................................................................................................................... 33
4.5 Cơng suất máy nghiền bi và động cơ.....................................................................37

4.5.1 Công suất máy nghiền bi.....................................................................................37
4.5.2 Công suất của động cơ........................................................................................39
4.5.3 Điện năng tiêu thụ...............................................................................................40
4.6 Tính bền vỏ ống nghiền..........................................................................................40
4.7 Chọn một số thiết bị phụ cho quy trình nghiền xi măng.........................................45
4.7.1 Thiết bị phân ly hạt.............................................................................................45
4.7.2 Thiết bị lọc bụi....................................................................................................47
BẢNG TỔNG KẾT CÁC THƠNG SỐ TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ...................49
KẾT LUẬN................................................................................................................. 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................51



MỞ ĐẦU
Trong ngành Vật liệu xây dựng, công nghiệp sản xuất chất kết dính đóng vai trị
quan trọng và chiếm tỷ trọng lớn nhất về giá trị sản lượng. Ở nước ta hiện nay, chất kết
dính vơ cơ được sử dụng trong xây dựng chủ yếu là đá vôi, thạch cao, xi măng,…
Trong đó xi măng là vật liệu quan trọng nhất. Việt Nam đang trong quá trình đổi mới,
rất nhiều các tịa nhà mọc lên cùng với các cơng trình dân sinh, cơng cộng xuất hiện.
Bởi vậy, có thể nói nhu cầu về sản lượng và chủng loại của xi măng ngày càng tăng.
Xi măng được tạo thành bằng cách nghiền mịn clinker, thạch cao thiên nhiên và
phụ gia (vỏ sị, đất sét,…). Chất lượng sản phẩm là thơng số quan trọng nhất đặt ra để
chúng ta làm cơ sở lựa chọn công nghệ và thiết bị cho quá trình nghiền. Chất lượng xi
măng khơng những được quyết định bởi thành phần khống của clinker xi măng, mà
cịn phụ thuộc rất nhiều vào độ mịn. Điều này lý giải vai trị của q trình nghiền xi
măng, thiết bị dùng cho q trình nghiền mịn này chính là máy nghiền bi. Vậy câu hỏi
đặt ra là để đáp ứng được năng suất yêu cầu thì máy nghiền bi sẽ được thiết kế như thế
nào mới phù hợp.
Trong học kỳ này chúng em cũng đã được học về máy nghiền bi cùng với thắc
mắc như trên, nhóm quyết định chọn đề tài đồ án máy thiết bị là “Thiết kế máy nghiền

bi liên tục nghiền xi măng cho nhà máy có năng suất 1.000.000 sản phẩm/năm”. Với
những mong muốn sau khi hoàn thành đồ án sẽ hiểu sâu hơn về thiết bị này, giúp ích
cho cơng việc kỹ sư sau khi ra trường.

14


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu chung về xi măng
1.1.1 Các khái niệm và sự hình thành của xi măng
Xi măng Portland là chất kết dính vơ cơ dạng bột, có khả năng đông kết, rắn chắc và
phát triển cường độ trong mơi trường khơng khí và mơi trường nước. Xi măng
Portland là loại chất kết dính khơng thể thiếu trong xây dựng.

Hình 1.1. Xi măng Portland [5]/5
Xi măng được phát hiện đã tồn tại từ những nền văn minh rất sơ khai. Thuật ngữ xi
măng (tên tiếng Anh: “cement”) xuất phát từ tiếng La Mã với tên gọi “opus
caementicium” (tức chất kết dính của người La Mã). Mẫu xi măng đầu tiên được sản
xuất và sử dụng trong các công trình xây dựng có niên đại khoảng 400 năm trước công
nguyên thuộc các nền văn minh Ai Cập và La Mã cổ đại. Phương pháp sản xuất ban
đầu được thực hiện hồn tồn thủ cơng, trộn nhiều ngun liệu ngẫu nhiên dẫn tới sản
phẩm xi măng tạo ra không ổn định, cường độ chịu lực còn kém, mất nhiều ngày để
đông kết và chưa thể sản xuất với khối lượng lớn. Tình trạng này kéo dài cho tới khi
hệ thống máy móc sản xuất xi măng và dịng xi măng Portland hiện đại ra đời. Lúc
này, tên gọi xi măng mới được ghi nhận vào thế kỷ XVIII (năm 1702 tại Saint –
Peterbur, Nga). Người đầu tiên đăng ký bằng phát minh về quy trình cơng nghệ tạo xi
măng Portland là Josef Aspdin (Anh) vào năm 1824. Bằng cách nung đá vơi và đất sét

tới nóng chảy, làm nguội tạo clinker rồi nghiền lại thành bột và gọi đó là xi măng
Portland, như tên gọi hiện nay. Portland ở đây là vùng đất chứa loại đá tự nhiên có
thành phần và tính chất tương tự xi măng Portland.
Dựa trên cơ sở xi măng Portland, người ta đã nghiên cứu và tìm thêm nhiều loại xi
măng có tính chất khác nhau như: xi măng Portland Puzzoland, xi măng trắng, xi
măng màu,...

15


1.1.2 Thành phần hóa của clinker xi măng Portland
Clinker xi măng Portland (nguyên liệu chính để sản xuất xi măng Portland) là bán
thành phẩm tạo thành do quá trình nung hỗn hợp nguyên liệu (đất sét, đá vôi, quặng
sắt,…) đến nhiệt độ 1400 – 15000C, sau đó làm nguội nhanh. Nhìn từ bên ngồi
clinker có màu đen xám khơng lẫn màu vàng, tồn tại ở dạng hạt có kích thước 10 – 40
mm phụ thuộc vào dạng lò nung. Clinker chứa đựng trong kho phải khô ráo, để đúng
nơi quy định, không để lẫn với các vật liệu khác.
Thành phần hóa của xi măng Portland được biểu thị qua hàm lượng các oxit có trong
clinker (theo % khối lượng) ghi ở bảng sau:
Bảng 1.1. Thành phần hóa có trong xi măng Portland [2]/7
Tên oxyt

%

Tên oxyt

%

CaO

63 – 66

SO3

0,3 – 1

SiO2

21 – 24

P2O5

0,1 – 0,3

Al2O3

4–9

Na2O + K2O

0,4 – 1

Fe2O3

2–4

TiO2 + Cr2O3

0,2 – 0,5

MgO
0,5 – 5
1.1.3 Thành
của clinker xi măng Portland

phần khống

Tính chất của clinker và xi măng Portland do thành phần pha (các loại khoáng và pha
thủy tinh) của chúng quyết định. Thành phần pha chính gồm có:
Alite là dung dịch rắn của khoáng gốc C 3S với các oxit khác (2 – 4%) như MgO,
Cr2O3, P2O5,… Thực tế, alite được hiểu là C3S, khống này có khối lượng riêng là 3,15
g/cm3 và cũng là khoáng quan trọng nhất. Alite ở dạng thù hình α là khống chính tạo
cường độ cho xi măng Portland, đóng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt. Ở dạng tinh khiết
khoáng C3S bền vững trong khoảng nhiệt độ 1200 – 2070 0C, bị nóng chảy ở nhiệt độ
lớn hơn 20700C và phân hủy thành C2S và CaO ở nhiệt độ dưới 12000C.
Belite là dung dịch rắn của khoáng gốc C 2S với các oxit khác (1 – 3%) như Al 2O3,
Fe2O3, Cr2O3,… Thực tế khoáng belite tồn tại ở hai dạng thù hình là β-C2S và γ-C2S
với khối lượng riêng tương ứng là 3,28 g/cm 3 và 2,97 g/cm3. Dạng thù hình cần thiết
trong clinker xi măng Portland là β-C2S có tính kết dính, ít tỏa nhiệt khi đóng rắn, phát
triển cường độ chậm ở giai đoạn đầu nhưng sau đó cho cường độ khá cao. Trong kỹ
thuật sản xuất cần làm nguội clinker rất nhanh ở khoảng 6750C, nhằm tránh sự biến đổi
β-C2S thành γ-C2S (khống khơng có tính kết dính).

16


Tri-calcium aluminate tồn tại chủ yếu ở dạng khoáng C 3A do hàm lượng CaO trong
clinker cao. Khống này có khối lượng riêng 3,04 g/cm 3, đóng rắn rất nhanh, cường độ
thấp và dễ tạo nên các ứng suất gây nứt sản phẩm trong môi trường xâm thực sulfate,
tỏa nhiệt nhiều. Người ta phải dùng phụ gia thạch cao CaSO 4.2H2O để hạn chế tốc độ

đóng rắn của C3A.
Tetra-calcium aluminoferrite (Celite) là dung dịch rắn của khoáng gốc C 4AF chứa
khoảng 1% MgO và TiO2 có khối lượng riêng 3,77 g/cm3. Khống này dễ hịa tan
trong nước tạo pha thủy tinh, ít tỏa nhiệt, đóng rắn nhanh tạo cường độ ban đầu nhanh,
nhưng sau đó cường độ khơng cao, chịu ăn mịn tốt. Nếu hàm lượng Al 2O3 ít (tỷ lệ
Al2O3:Fe2O3 < 2:1), thì sẽ tạo 2CaO.Fe 2O3, trong đó Al3+ thay thế đồng hình Fe3+ tạo
dung dịch rắn liên tục. Khi hàm lượng Al2O3 đủ lớn, tạo C4AF.
Pha thủy tinh trong clinker có hàm lượng 15 – 25% là pha lỏng cần thiết để nung luyện
clinker kết khối tốt, tạo điều kiện thuận lợi hình thành khống C 3S. Trong clinker nó
thường có màu vàng – xanh, nâu đen rất khó phân biệt trên ảnh kính hiển vi các loại.
Khi làm nguội nhanh, pha lỏng sẽ chuyển thành pha thủy tinh và tạo những vết nứt tế
vi trong clinker xi măng Portland nhờ đó mà clinker dễ nghiền hơn. Hoạt tính pha thủy
tinh trong clinker rất cao, dễ hydrat hóa.
Ngồi ra, trong clinker xi măng Portland cịn những khống khác như các sulfate kiềm
(K, Na)2SO4, CaSO4, aluminate kiềm (K, Na)2.8CaO.3Al2O3, alumo-manganate canxi
4CaO.Al2O3.Mn2O3,… và một lượng oxit tự do (Na2O, CaO, MgO,…) chưa phản ứng
hết trong quá trình nung luyện. Trong số đó, khơng mong muốn nhất là CaO (cần
khống chế 1 – 2%) và MgO tự do, càng ít càng tốt (nhỏ hơn 4 – 6%, tùy tiêu chuẩn
mỗi quốc gia). Các oxit kiềm có ảnh hưởng xấu tới khả năng hydrate hóa xi măng
Portland và làm giảm mạnh độ bền hóa, có thể gây ra phản ứng kiềm silic của cốt liệu
ảnh hưởng đến tuổi thọ,… của đá xi măng trong quá trình sử dụng (do phản ứng kiềm
với oxit silic trong cốt liệu).
Bảng 1.2. Thành phần khoáng chính có trong xi măng Portland [5]/19
Hợp chất

Tên gọi

Hàm lượng

C3S (3CaO.SiO2)

Tri-calcium silicate (Alite)

40 – 60%

C2S (2CaO.SiO2)

Di-calcium silicate (Belite)

15 – 35%

C3A (3CaO.Al2O3)

Tri-calcium aluminate

4 – 14%

C4AF (4CaO.Al2O3.Fe2O3)

Tetra-calcium aluminoferrite
(Celite)

10 – 18%

17


1.2 Phân loại xi măng
1.2.1 Theo loại clinker và thành phần xi măng (TCVN 2682-1992)
Xi măng Portland (PC) và xi măng hỗn hợp (PCB)

 PC là sản phẩm nghiền mịn clinker xi măng Portland với phụ gia thạch cao (3 – 5%)
 PCB là PC trộn với những phụ gia khác (phụ gia hoạt tính hoặc phụ gia đầy, tổng hàm
lượng phụ gia có thể tới 40%).
1.2.2 Theo giới hạn bền khi nén sau 28 ngày (TCVN 2682-1992)
Giới hạn bền khi nén sau 28 ngày (N/mm2): được đặc trưng bằng mác xi măng.
 Xi măng Portland gồm có các mác: PC30, PC40 và PC50.
 Xi măng Portland Puzzoland có các mác: PCPUZ20, PCPUZ30 và PCPUZ40.
 Xi măng Portland hỗn hợp gồm: PCB30; PCB40.
1.2.3 Các loại xi măng khác trên cơ sở xi măng Portland
Theo tiêu chuẩn của Mỹ ASTM-C150 (The American Society for Testing and
Meterials), xi măng Portland được chia làm 5 loại chính:
 Loại I: xi măng Portland thường;
 Loại II: xi măng Portland bền sulfat thường;
 Loại III: xi măng Portland tạo cường độ sớm cao;
 Loại IV: xi măng Portland ít tỏa nhiệt;
 Loại V: xi măng Portland bền sulfat cao.

18


1.3 Quy trình cơng nghệ nghiền xi măng
Hình 1.2. Bản vẽ quy trình cơng nghệ nghiền xi măng

19


Hình 1.3. Sơ đồ khối quy trình cơng nghệ nghiền xi măng
Thiết bị công nghệ, công đoạn nghiền xi măng và đóng bao
Silo clinker
Clinker sau khi qua thiết bị làm nguội kiểu ghi được vận chuyển tới silo clinker (1)

bằng băng tải xích. Clinker được chứa trong một silo (∅30 × 41,2 m), kết cấu bê tông
cốt thép, sức chứa 30.000 tấn đảm bảo dự trữ cho 9,5 ngày sản xuất. Đáy silo clinker
bố trí các cửa tháo, dưới mỗi cửa tháo bố trí van rút clinker. Clinker rút ra từ silo được
tập hợp ở 3 băng tải chịu nhiệt, sau đó được các băng tải tập trung vận chuyển đến
trạm cân đong nghiền xi măng.
Một silo nhỏ sức chứa 1.000 tấn được sử dụng để chứa clinker thứ phẩm. Đáy silo
clinker thứ phẩm có hai đường ra:
 Một đường ra chất tải cho ô tô tự đổ
 Một đường ra để cấp clinker thứ phẩm vào băng tải vận chuyển clinker chính phẩm
cung cấp cho cơng đoạn nghiền xi măng.

20


Đập phụ gia
Phụ gia và thạch cao được xe xúc (hoặc ô tô tự đổ) nạp vào phễu tiếp nhận, qua băng
tải đến máy đập búa công suất 60 – 80 tấn/h và được đập nhỏ đến kích thước 25 mm.
Phụ gia đã đập được gầu nâng vận chuyển đổ vào silo phụ gia (3) và silo thạch cao (2)
của trạm cân đong nghiền xi măng.
Cân đong nghiền xi măng
Clinker từ silo được hệ thống băng tải vận chuyển đến bunke clinker tại trạm cân đong
nghiền xi măng. Trạm cân đong nghiền xi măng bố trí bunke:
 Bunke clinker: sức chứa 400 tấn, dự trữ cho 3,04 giờ sản xuất
 Bunke phụ gia : sức chứa: 160 tấn, dự trữ cho 12,54 giờ sản xuất
 Bunke thạch cao: sức chứa 230 tấn, dự trữ cho 2,07 ngày sản xuất
Dưới các silo đặt các thiết bị cân bằng định lượng cho clinker, phụ gia và thạch cao để
cung cấp cho hệ thống nghiền xi măng.
Nghiền xi măng
Clinker, phụ gia và thạch cao được nghiền trong máy nghiền bi (4) với công suất
khoảng 131 tấn/h. Quá trình nghiền xi măng thực hiện như sau:

Clinker, phụ gia, thạch cao được rút ra từ các silo và được cân đong nhờ các cân bằng
định lượng và nạp vào máy nghiền bi. Tại máy nghiền bi xi măng được nghiền đến độ
mịn khoảng 3060 cm2/g (Blaine).
Sản phẩm sau khi ra khỏi máy nghiền bi xuống cửa tháo liệu, phần lớn sẽ được đưa
trực tiếp theo băng tải gầu nâng (5) tới silo chứa xi măng. Một phần khác cũng theo
băng tải gầu nâng (5) vận chuyển tới thiết bị phân ly (6). Tại đây, những hạt vật liệu
thô do giảm động năng, dưới tác dụng của trọng lực rơi xuống đáy nón theo ống tháo
quay trở lại máy nghiền bi để nghiền lại. Còn những hạt vật liệu mịn đưa vào cyclon
lắng (7), tại đây bột liệu được lắng xuống đáy các cyclon sau đó qua cửa tháo qua các
thiết bị vận chuyển rồi đến silô chứa xi măng (9), những hạt bụi quá mịn bị dịng khí
cuốn lên đi qua thiết bị lọc bụi tay áo (8). Những hạt bụi rất mịn này bám lên trên túi
lọc làm cho khí đi ra sạch hơn, về phần túi lọc sau một thời gian nhất định giũ xuống
ta thu hồi được vật liệu đưa đến silo chứa xi măng (9).
Máy nghiền bi (4) còn một cửa đi ra nằm đối với cửa tháo liệu, tại đây một phần khí và
bụi đi thẳng tới thiết bị lọc bụi tay áo (8). Giống như đã nói ở trên thì khí sạch đi ra đạt
được nồng độ bụi cho phép được thải ra ngoài, vật liệu thu hồi sẽ được đưa về silo
chứa xi măng (9). Còn những hạt bụi quá mịn đưa vào thiết bị phân ly (6) để thu hồi
21


lại.
Chứa và xuất xi măng rời
Xi măng thành phẩm được chứa trong hai silo xi măng (∅22,5 × 43,5 m), sức chứa
mỗi cái 12.000 tấn, dự trữ cho khoảng 5 ngày sản xuất.
Bột xi măng sau khi nghiền cịn nóng, khơng thể sử dụng ngay, cần được thổi khí nén
tiếp tục làm đồng nhất và tránh vón cục trước khi sử dụng. Khi bột xi măng có nhiệt độ
đủ thấp, có thể cấp xi măng theo hai cách: Rút xi măng cấp trực tiếp cho xe bồn nhận
hàng dạng rời hoặc cấp qua máy đóng bao, để đóng thành từng bao 50kg giao cho đơn
vị vận chuyển.
Đóng bao và xuất xi măng bao

Để đóng bao và xuất xi măng bao, trang bị dây chuyền đồng bộ với máy đóng bao (10)
Xi măng đã đóng bao qua thiết bị làm sạch bao. Với những bao không đạt tiêu chuẩn
trọng lượng, được loại ra và thu hồi lại xi măng. Với các bao xi măng đã đạt tiêu chuẩn
được các băng tải phẳng vận chuyển đến thiết bị xuất xi măng bao.

22


CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ĐẬP NGHIỀN

Trong kỹ thuật sản xuất Vật liệu xây dựng, chúng ta luôn gặp quá trình đập nghiền
nguyên vật liệu. Quá trình này chủ yếu nhằm tăng diện tích bề mặt (diện tích riêng)
của vật thể, nhằm tạo điều kiện dễ dàng thực hiện tốt các q trình hóa lý xảy ra tiếp
theo.
2.1 Những khái niệm cơ sở
2.1.1 Qúa trình nghiền
Nghiền là một quá trình bao gồm một hoặc nhiều cơng đoạn nhằm làm giảm các kích
thước của vật liệu ban đầu cần nghiền đến kích thước yêu cầu.
Tùy theo kích thước của sản phẩm nghiền, người ta phân biệt nghiền hạt và nghiền
bột. Phụ thuộc vào kích thước sản phẩm người ta phân thành các loại sau:
Bảng 2.1. Phân loại sản phẩm nghiền theo kích thước [6]/5, 6
2.1.2
Nghiền hạt

Nghiền bột

Nghiền thơ

125 ÷ 250 mm

Bột thơ

0,3 ÷ 3 mm

Nghiền vừa

20 ÷ 125 mm

Bột mịn

0,05 ÷ 0,1 mm

Nghiền nhỏ

3 ÷ 20 mm

Siêu mịn

0,005 ÷ 0,01 mm

Đ
ư
ờ
n
g

kính trung bình
Vật liệu trước và sau khi đập nghiền thường có hình dáng kích thước khác nhau. Kích

thước hạt là một trong những đại lượng cơ bản đánh giá độ mịn của sản phẩm nghiền.
Để có thể tiến hành tính tốn được cần xác định kích thước trung bình của vật thể.
 Kích thước trung bình của từng cục vật liệu:
Trong đó: l, b, h lần lượt là kích thước chiều dài, chiều rộng và chiều cao của vật liệu.
 Kích thước trung bình của nhóm cục (hạt) vật liệu:
Trong đó: dmax và dmin lần lượt là kích thước hạt to nhất và bé nhất
 Kích thước trung bình của hỗn hợp nhiều nhóm hạt vật liệu:

23


Trong đó:

a1, a2,…an: hàm lượng % mỗi nhóm trong hỗn hợp vật liệu
dN1, dN2,…dNn: kích thước trung bình của mỗi nhóm hạt vật liệu

2.1.3 Mức độ đập nghiền
Mức độ đập nghiền là tỷ số kích thước trung bình của hạt, của nhóm hạt hay hỗn hợp
nhóm hạt vật liệu trước và sau khi đập nghiền.
Mức độ đập nghiền của hạt vật liệu:
Mức độ đập nghiền của nhóm hạt vật liệu:
Mức độ đập nghiền của hỗn hợp nhóm hạt vật liệu:
Trong đó:

D: kích thước vật liệu trước khi đập nghiền;
D: kích thước vật liệu sau khi đập nghiền

2.1.4 Tính chất cơ lý vật liệu nghiền
Tính chất cơ bản của vật liệu nghiền thường gặp trong sản xuất vật liệu xây dựng là độ
bền, độ cứng, độ giòn, độ mài mòn, khối lượng riêng, modun đàn hồi, độ hạt,…

Độ bền: Đặc trưng cho khả năng chống lại sự phá hủy dưới tác dụng của ngoại lực. Độ
bền của vật liệu lại chia thành độ bền nén, độ bền uốn, độ bền kéo,… Đối với vật liệu
vô cơ hay dùng trong xây dựng thì đại lượng đặc trưng cho tính chất của vật liệu là độ
bền nén là chủ yếu. Tùy thuộc độ bền nén (σn) người ta phân thành:
Vật liệu có độ bền nén thấp: σn ≤ 10 MN/m2
Vật liệu có độ bền nén trung bình: σn = (10 ÷ 50) MN/m2
Vật liệu có độ bền nén cao: σn = (350 ÷ 450) MN/m2
Độ cứng: Đặc trưng cho khả năng chống lại sự biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực.
Độ cứng Mohs: được xác định bằng cách so với các vật liệu chuẩn. Các vật liệu chuẩn
được sắp xếp theo thứ tự từ mềm đến cứng
Bảng 2.2. Thang độ rắn Mohs của một số vật liệu [6]/13

24


Đặc tính Cấp độ
Loại vật liệu thí dụ
vật liệu
cứng

Mềm

Trung bình

Cứng

Ghi chú

1

Hoạt thạch

Dễ vạch bằng móng tay

2

Thạch cao

Làm xước được bằng móng tay

3

Đá vơi

Dễ cọ xước bằng dao

4

Xỉ đá vơi

Khó cọ xước bằng dao

5

Apatit

Khơng cọ xước được bằng dao

6

Khống Kali

7

Quặng thạch anh

Cọ xước được kính

8

Hồng ngọc

Cọ xước được kính

9

Bột oxit nhơm

Cắt được kính

10

Kim cương

Cắt được kính

Có độ cứng bằng kính

Độ giịn: đặc trưng cho khả năng vật liệu bị phá hủy (khơng có biến dạng dẻo) dưới
tác dụng của các tác động cơ học. Vật liệu có độ giịn cao thường có tính nghiền tốt,

ngược lại với nó là độ dẻo, vật liệu càng dẻo việc nghiền nhỏ càng khó.
Độ mài mòn: Đặc trưng cho khả năng làm mòn bộ phận công tác khi làm việc của vật
liệu cần nghiền. Đại lượng đặc trưng là chỉ số hao mòn I (gam/tấn) (là tỷ số giữa lượng
vật liệu bị mài mòn các bộ công tác trên một tấn sản phẩm nghiền).
2.1.5 Hệ số khả năng đập nghiền
Hệ số khả năng đập nghiền là tỷ số giữa năng lượng tiêu tốn riêng khi đập nghiền vật
liệu chuẩn so với loại vật liệu thường khác có cùng một mức độ và trạng thái đập
nghiền.
Nếu gọi hệ số khả năng đập nghiền của vật liệu chuẩn bằng 1 (vật liệu chuẩn thường
chọn clinker lò quay trung bình), thì hệ số khả năng đập nghiền của một số loại vật
liệu như sau:

25