Nghiên cứu hệ thống điều khiển công đoạn lò nung cho dây chuyền 2 nhà máy xi măng Hoàng Thạch

Mục lục
Trang

Mục lục hình vẽ
LỜI NÓI ĐẦU
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. Những công trình công
nghiệp lớn và trọng điểm đều được áp dụng ở mức độ tự động hóa tương đối cao.
Mọi thành tựu về tự động hóa đều phải được thực hiện trên nền tảng của lý thuyết
điều khiển tự động. Chính vì vậy, lý thuyết điều khiển tự động là yếu tố quyết định
của mọi quá trình tự động hóa sau này.
Xi măng là vật liệu quan trọng trong ngành xây dựng. Các nhà máy sản xuất
xi măng ở nước ta hiện nay đều là những nhà máy có quy mô lớn, có mức độ tự
động hóa tương đối cao, sản xuất chủ yếu dựa vào nguồn nguyên liệu sẵn có tại địa
phương. Chất lượng xi măng là do chất lượng của clinke quyết định. Chất lượng
clinke phụ thuộc vào quá trình canxi hóa. Vì vậy nhóm sinh viên thực hiện đồ án đã
chọn đề tài: “Nghiên cứu hệ thống điều khiển công đoạn lò nung cho dây chuyền 2
nhà máy xi măng Hoàng Thạch”.
Nội dung đồ án gồm 4 chương như sau:
Chương I: Tổng quan chung về sản xuất xi măng
Chương II: Hệ thống điều khiển công đoạn sản xuất clinke
Chương III: Hệ thống điều khiển cấp liệu
Chương IV: Hệ thống điều khiển nhiệt độ buồng canxi hóa

1


Đây là đồ án tốt nghiệp về một nhà máy sản xuất xi măng lớn, hơn nữa
chúng em không có đủ điều kiện và tài liệu để tìm hiể về nhà máy nên đồ án của
nhóm em chắc chắn không thể tránh khỏi những hạn chế. Chúng em mong nhận
được ý kiến đánh giá của thầy cô và các bạn quan tâm đến đề tài này. Chúng em xin

chân thành cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Văn Hòa, và các thầy cô giáo trong bộ
môn đã hướng dẫn và chỉ bảo nhiệt tình trong quá trình thực tập và hoàn thành đồ
án này.

Chúng em xin cảm ơn tới các kỹ sư đang làm việc tại nhà máy xi măng
Hoàng Thạch đã hướng dẫn và cung cấp tài liệu trong quá trình tìm hiểu nhà máy.
Hà Nội, ngày 28 tháng 5 năm 2009
Nhóm sinh viên thực hiện
Phạm Nhật Linh
Nguyễn Như Quỳnh
Nguyễn Tấn Vinh

2


CHƯƠNG I : TỔNG QUÁT CHUNG VỀ SẢN XUẤT XI MĂNG
1.1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG POOCLĂNG
1.1.1. Các khái niệm về sản xuất xi măng Pooclăng
Xi măng là chất kết dính thuỷ lực cứng trong nước và không khí, được tạo ra
bởi việc nghiền chung clinke với thạch cao và một số phụ gia khác. Clinke là thành
phần quan trọng nhất của xi măng, quyết định tính chất của xi măng.
Nguyên liệu chính để sản xuất clinke là đá vôi (CaO) và đá sét (SiO 2, Fe2O3,
Al2O3). Chất lượng của clinke phụ thuộc vào thành phần hoá học và thành phần
khoáng của nó.
Thành phần hoá học của clinke được biểu diễn bằng tỉ lệ thành phần các ôxít
trong phối liệu và là chỉ tiêu quan trọng để kiểm tra chất lượng clinke. Tổng hàm
lượng 4 ôxít cơ bản: CaO, SiO 2, Fe2O3, Al2O3 trong clinke chiếm tỉ lệ từ 95 – 98%,
tính chất của clinke và xi măng phụ thuộc chủ yếu vào tỉ lệ của các ôxít cơ bản này.
Tỉ lệ hàm lượng các ôxít trong clinke thông thường như sau:
CaO

63 - 67%

Fe2O3 2 - 4 %

SiO2 21 - 24%
Al2O3 4 - 7%

Bằng việc thay đổi tỷ lệ hàm lượng các ôxít cơ bản này khi cấp vào máy nghiền
ta có thể thay đổi tính chất của xi măng. Ngoài các ôxít cơ bản đó trong clinke còn
có các ôxít khác như : MgO, Na2O, P2O5,MnO2…
Trong quá trình nung luyện clinke bốn ôxít cơ bản trên sẽ tác dụng với nhau để
tạo thành các khoáng xác định tính chất của xi măng. Trong xi măng có các khoáng
chính như sau :
Silicat 3 Canxi (Alit)

3 CaO.SiO2

3


Silicat 2 Canxi (Bezit) 2 CaO.SiO2
Aluminat 3 Canxi

3 CaO.Al2O3

Alumoferit 4 Canxi

4 CaO.Al2O3.Fe2O3

Hàm lượng các khoáng cơ bản trong clinke nằm trong các khoảng sau :
Silicat 3 Canxi (Alit)

(42 - 60)%

Silicat 2 Canxi (Bezit) (15 - 50)%
Aluminat 3 Canxi

(2 - 15)%

Alumoferit 4 Canxi

(10 - 25)%

Ngoài các phối liệu cơ bản trên còn có các phụ gia được đưa vào phối liệu nung
hoặc nghiền cùng clinke nhằm tăng cường hoặc hạn chế một số tính chất nào đó của
xi măng:
-

Phụ gia khoáng làm xúc tác cho những phản ứng hóa học, sau khi hoàn thành
sẽ nằm lại luôn trong sản phẩm.

-

Phụ gia điều chỉnh dùng để điều chỉnh sự kết dính và độ đóng rắn của xi măng,
thường dùng thạch cao.

-

Phụ gia thủy làm tăng tính bền nước của xi măng. Có 2 loại:

+ Dạng tự nhiên: tro núi lửa, đá bọt.
+ Dạng nhân tạo: xỉ của nhà máy luyện kim, xỉ lò cao…vv

-

Phụ gia điền đầy: nhằm tăng sản lượng xi măng, giảm gía thành sản phẩm.

-

Phụ gia bảo quản: có tác dụng tạo màng ngăn ẩm bao bọc các hạt xi măng,
ngăn không cho chúng hút ẩm, thường dùng dầu thực vật dầu lạc có độ phân
tán cao.

Xi măng là chất kết dính xây dựng, các thành phần hoá học của nó gồm các hợp
chất có độ bazơ cao.
Trên quan điểm hoá học người ta phân chia như sau :
-

Nhóm xi măng Silíc – Môi trường nước.

-

Nhóm xi măng Alumin – Môi trường nhiệt độ cao.

-

Nhóm xi măng khác – Môi trường đặc biệt.

Xi măng Pooclăng là chất kết dính thuỷ lực được sản xuất bằng cách nghiền mịn
clinke xi măng với thạch cao (3 – 5%) và phụ gia (nếu có).

4


Xi măng Pooclăng hỗn hợp là sản phẩm nghiền mịn của hỗn hợp clinke, thạch cao
(3 – 5%) với phụ gia hỗn hợp (tổng lượng không lớn hơn 40%, trong đó phụ gia
đầy không lớn hơn 20%).
Khi thành phần trọng lượng phụ gia thêm vào > 15% thì xi măng được gọi theo
tên gốc cùng với tên phụ gia như xi măng Pooclăng xỉ, xi măng Pooclăng
pudơlan…
Clinke xi măng là sản phẩm nung đến kết khối của hỗn hợp nguyên liệu đá vôi, đất
sét theo các môđul hệ số phù hợp để tạo được các thành phần khoáng theo mong
muốn.
Hệ số bão hoà vôi :
LSF =

100.C
2,8.S + 1,18. A + 0, 65.F

Đối với xi măng Pooclăng thường (LSF = 95 – 100%).
Môđul Silíc :
SIM =

S
A+ F

Đối với xi măng Pooclăng (MS = 1,7 – 3,5).
Môđul nhôm :
ALM =

A
F

Đối với xi măng Pooclăng (MA = 1 – 3).
Trong đó : (C, S, A, F) là % các ôxít CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 trong clinke.
Thành phần khoáng (% khối lượng) xi măng Pooclăng thường :
Khoáng Alit C3S hàm lượng 45 – 60%.
Khoáng Bêlit C2S hàm lượng 20 – 30%.
Khoáng Alumin canxi C3A hàm lượng 5 – 15%.
Khoáng Alumôferit canxi C4AF hàm lượng 10 – 18%.
Pha thuỷ tinh, hàm lượng từ 15 – 30%.
Thành phần hoá học :
Các ôxít chính gồm : CaO, SiO2, Fe2O3, Al2O3 chiếm từ 95 – 97%, còn lại từ
3 – 5% là các ôxít khác (Na2O, K2O, MgO, Mn2O3, SO3, TiO2).
Xi măng Pooclăng thường các ôxít nằm trong giới hạn :
5


-

CaO = 63 – 67%.

-

SiO2 = 21 – 24%.

-

Al2O3 = 4 – 7%.

-

Fe2O3 = 2,5 – 4%

-

R2O < 1,5%.

-

TiO2 < 5%.

-

MnO2 < 1,5%.

-

MgO ≤ 5%.

1.1.2 Nguyên liệu sản xuất xi măng
Thành phần phối liệu sản xuất ra clinke gồm bốn ôxít chính là CaO, SiO 2,
Al2O3, Fe2O3.
+ Ôxít canxi do nhóm nguyên liệu cacbonat canxi cung cấp.
+ Ôxít SiO2, Al2O3, Fe2O3 nằm trong các khoáng sét do đất sét cung cấp.
+ Để điều chỉnh các môđul cho hợp lý ta phải thêm vào một số phụ gia điều
chỉnh như Diantomit, quặng sắt, bôxít.
a. Nhóm nguyên liệu chứa CaO :
Để tạo ra CaO :
CaCO3

Ca(OH)2

o

o

700 C ÷1000 C

→

→

CaO + CO2

CaO + H2O

Trong đó Ca(OH)2 là tốt nhất vì có độ phân tán cao, hoạt tính.
Khi chọn nguyên liệu nếu có đá vôi sét mà hàm lượng sét > 20% là tốt nhất .
Cho clinke tốt, công nghệ đơn giản, ít tốn năng lượng.
b. Nhóm nguyên liệu chứa SiO2, Al2O3, Fe2O3 :
Đất sét chứa các thành phần sau :
- Khoáng sét.
- Muối khoáng.
- Tạp chất hữu cơ.
- Đá, sỏi, cát, trường thạch.
Trong đó khoáng sét là chủ yếu.
Để sản xuất xi măng thì đất sét phải có hàm lượng khoáng sét > 70 –
75%. Trong đó khoáng caolinit là chủ yếu.
6

Khi tỉ lệ môđul, hệ số chưa hợp lý ta phải dùng các cấu tử phụ gia giầu
SiO2, Al2O3, Fe2O3 để điều chỉnh.
1.1.3. Nhiên liệu để nung clinke xi măng
Quá trình tạo khoáng clinke xi măng thu nhiệt và chỉ xảy ra hoàn toàn ở
nhiệt độ cao 1400 – 15000C trong thời gian nhất định. Vì vậy, phải cung
cấp nhiên liệu để nung chín được clinke.
Trong công nghệ sản xuất xi măng hiện đang sử dụng 3 loại nhiên liệu
chính sau :
- Nhiên liệu rắn (Than)
- Nhiên liệu lỏng (Dầu MFO)
- Nhiên liệu khí (Khí thiên nhiên)
a. Nhiên liệu rắn :
Hiện nay các nhà máy xi măng chủ yếu dùng loại than đá lửa dài,
nhiều chất bốc để pha hỗn hợp than bụi hoặc than Atraxit phân loại theo số
cám 1, 2, 3 ,4, 5 làm nhiên liệu.
Yêu cầu của than dùng trong lò quay :
- Nhiệt trị : QH ≥ 5500 Kcal/kg than.
- Chất bốc : V = 15 – 30%.
Yêu cầu kỹ thuật của than dùng trong lò đứng :
- Nhiệt trị : QH ≥ 5500 Kcal/kg than.
- Chất bốc : V < 20%.
b. Nhiên liệu lỏng :
Dầu MFO nhiệt năng cao, ít tro, dễ điều chỉnh khi nung nhưng giá thành cao
gấp 2 – 3 lần than và phải gia nhiệt trước khi phun vào lò (90 – 1000C).
Dầu MFO sử dụng làm nhiên liệu cho sản xuất xi măng phải thoả mãn
những yêu cầu kỹ thuật sau :
- Nhiệt lượng ≥ 9200 Kcal/Kg dầu.
- Lượng nước lẫn ≤ 1%.
- Tỷ trọng ở 200C ≤ 0,98 Tấn/m3.

- Hàm lượng lưu huỳnh ≤ 2,1%.

7


c. Nhiên liệu khí :
Dùng khí thiên nhiên rất sạch, dễ điều chỉnh, không có tro, dùng để
sản xuất xi măng trắng rất tốt. Sử dụng không phải gia công.
1.1.4. Các phương pháp sản xuất xi măng
Các yêu cầu kỹ thuật của phối liệu :
- Đảm bảo thành phần hoá.
- Đảm bảo độ mịn (≤ 15% trên sàng R 008).
- Đảm bảo độ ẩm .
- Đảm bảo độ đồng nhất.
Phân loại các phương pháp sản xuất xi măng :
 Theo chuẩn bị phối liệu :
1- Phương pháp ướt :
phối liệu vào lò dạng bùn có độ ẩm W = 36 – 42%
2- Phương pháp khô :
phối liệu vào lò dạng bột có độ ẩm W = 1 – 2%
3- Phương pháp bán khô :
phối liệu vào lò dạng viên có độ ẩm W = 12 – 14%.
Ba phương pháp này chỉ khác nhau cơ bản ở khâu gia công và chuẩn bị
phối liệu nung.
 Theo hệ thống lò :
1. Hệ thống lò đứng.
2. Hệ thống lò quay (lò quay phương pháp ướt hoặc lò quay
phương pháp khô).
Để lựa chọn phương pháp sản xuất hợp lý, nhà sản xuất phải dựa vào
một số điều kiện sau :

- Vốn đầu tư.
- Quy mô sản xuất.
- Mặt bằng sản xuất.
- Nguồn nguyên, nhiên liệu.
- Trình độ trang thiết bị sản xuất.

8


Từ những điều kiện thực tế mà người ta lựa chọn phương pháp sản
xuất hợp lý.
Hiện nay, các nhà máy xi măng hiện đại chủ yếu sử dụng lò quay
phương pháp khô.
1.1.5. Quá trình lý hóa xảy ra khi nung clinke trong lò quay
Quá trình diễn biến khi nung trải qua 8 giai đoạn diễn biến theo sơ đồ sau.
Theo chiều mũi tên thì quá trình xảy ra đi từ đầu lò, nơi nguyên vật liệu vào đến
cuối lò clinke ra lò.
(Giai đoạn viết tắt là GĐ)
GĐ1 – Mất nước lý học, t0 ≈ 1000C.
GĐ2 – Mất nước hoá học phân huỷ khoáng caolinit (khoáng sét), t0 = 600 – 9000C.
GĐ3 – Phân huỷ magiê cacbonat (MgCO3) , t0 = 7000C.
GĐ4 – Phân huỷ canxi cacbonat (CaCO3), t0 = (9000C – 10000C).
GĐ5 – Phản ứng pha rắn xảy ra quá trình khuyếch tán bề mặt, khuyếch tán thể
tích. Tạo các khoáng clinke ở nhiệt độ thấp và các khoáng trung gian, t0 > 6000C.
GĐ6 – Xuất hiện pha lỏng do các khoáng dễ nóng chảy. Quá trình khuyếch tán
hoà tan CaOtd, C2S quá bão hoà kết tinh ra C3S do tương tác của CaOtd và C2S.
GĐ7 – Làm lạnh clinke từ 14500C xuống 11000C.
GĐ8 – Clinke ra khỏi giàn làm lạnh nhiệt độ từ 11000C xuống 800C.
Các giai đoạn này được tách ra chỉ là tương đối nhằm phản ánh quá trình cơ
bản nhất mà ở khoảng nhiệt độ đó tạo ra. Giữa các giai đoạn có tính chất liên tục,

phản ứng hay quá trình diễn ra ở cuối giai đoạn này thì là đầu của giai đoạn tiếp
theo.
Diễn biến của các giai đoạn được trình bày như sau :
GĐ1 – Mất nước lý học, khoảng nhiệt độ khoảng 1000C.
GĐ2 – Mất nước hoá học phân huỷ khoáng caolinit (khoáng sét), t0 ≈ 600 – 9000C.
Tách nước hoá học, nước liên kết trong cấu trúc khoáng Al 2(OH)4.[SiO5]. Từ
600 – 9500C
Al2O3.2SiO2.2H2O

→ Al2O3 vdh + SiO2 vdh

Al2O3 vdh , SiO2 vdh tồn tại ở dạng tự do.
GĐ3 – Phân huỷ magiê cacbonat (MgCO3), t0 = 7000C.

9


MgCO3

o

≥ 700 C
→

MgO + CO2

GĐ4 – Phân huỷ canxi cacbonat (CaCO3), t0 = (700 – 10000C).
CaCO3

o

o

700 C ÷1000 C

→

CaO + CO2

GĐ5 – Xảy ra phản ứng pha rắn (t 0 > 6000C). Hình thành các khoáng C2S, C3A,
C4AF.
Phương trình phản ứng :
C+F
C+A

o

500 ÷600 C

→

800 ÷900 C

→ CA
o

>900 C
3CA + 2C →
o

2C + S
C + CF

CF

C5A3

900 ÷1000 C
C2S
→
o

900 ÷1000 C
C2F
→
o

>1200 C
C5A3 + 4C 
→ 3C3A
o

C3A + CF

>1200 C

→ C4AF
o

GĐ6 – Xuất hiện pha lỏng ở 12500C – 14500C.

Các khoáng C3A, C4AF, muối kim loại kiềm nếu có nóng chảy tạo ra pha
lỏng và đồng thời là quá trình hoà tan C 2S, CaOtd hoạt tính, tinh thể không hoàn
chỉnh hoà tan khuyếch tán. Khi nồng độ vượt quá nồng độ bão hoà thì tương tác
nhanh giữa C2S và CaO tạo mầm và kết tinh ra C3S.
Vùng phản ứng kết khối, pha lỏng xuất hiện do các khoáng dễ chảy như
C3A, C4AF và một số muối của họ chất kiềm nóng chảy.
Các khoáng C2S, CaOtd khuyếch tán vào pha lỏng. Các hạt này hoà tan dần
vào pha lỏng, khi vượt quá nồng độ bão hoà thì có xu hướng kết tinh tạo ra C 3S.
Quá trình này phụ thuộc vào nhiệt độ, độ nhớt của pha lỏng, nồng độ của chất
khuyếch tán trong pha lỏng, hoạt tính hoá học của C2S và CaOtd.
Quá trình kết tinh đồng nghĩa với quá trình làm mất trạng thái bão hoà nồng
độ C2S và CaOtd hoà tan trong lỏng giảm. Do đó quá trình hoà tan lại tiếp tục.
Ở mỗi nhiệt độ có một nồng độ bão hoà nhất định. Khi làm lạnh nhiệt độ
giảm thì quá trình kết tinh tinh thể C 3S tăng lên, tinh thể C3S lớn lên. Khi giảm
nhiệt độ tới < 13000C thì C3A, C4AF, C2S tái kết tinh. Tuy nhiên pha lỏng vẫn tồn

10


tại và tồn tại chất hoà tan. Do vậy kết tinh tinh thể C 3S vẫn được tiếp tục đồng thời
với quá trình lớn lên của tinh thể.
Tốc độ khuyếch tán phụ thuộc đặc biệt vào nhiệt độ, bản chất của C 2S và
CaOht.
GĐ7 – Làm lạnh clinke, giảm nhiệt độ từ 14500C xuống 11000C.
Các quá trình ở giai đoạn này xảy ra :
a. Có khả năng phân huỷ một phần C3S ở nhiệt độ < 12000C.
C3S

→ C2S + CaOtd

Nhưng do làm lạnh nhanh trong khoảng nhiệt độ 1250 0C và do C3S
tạo dung dịch rắn với các ôxít khác lên bền và ít bị phân huỷ.
b. Pha thuỷ tinh hình thành có các ôxít tự do MgO, CaO phân tán
trong pha thuỷ tinh.
c. Kết tinh và phát triển C 3S, tái kết tinh C2S, C4AF kết tinh từ C3S từ
pha lỏng thuỷ tinh.
GĐ8 – Làm lạnh từ 11000C xuống 800C.
Có các quá trình chủ yếu sau xảy ra :
- Kết tinh C3S và tái kết tinh C2S.
- Biến đổi thù hình của C 2S đặc biệt phải làm lạnh nhanh trong khoảng nhiệt
độ 6750C vì : õC2S

↔

óC2S

Tránh hiện tượng biến đổi õC2S sang óC2S. Duy trì được hàm lượng õC 2S có
tính kết dính và đóng rắn tạo cường độ cho đá xi măng.
1.1.6. Quá trình gia công và bảo quản clinke xi măng :
a. Gia công clinke xi măng :
* Ủ clinke :
Nhiệt độ clinke ra khỏi máy làm lạnh khoảng 100 – 1500C không thể đưa vào
máy nghiền ngay được vì :
Nhiệt độ cao thạch cao sẽ bị mất nước biến thành thạch cao khan
CaSO4.2H2O

o

t C


→

CaSO4.0,5H2O + 1,5H2O

gây nên hiện tượng ninh kết giả. Trong clinke còn có hiện tượng CaO tự do và
MgO tự do sẽ gây ra tác hại không ổn định thể tích xi măng, hay sinh nứt nở cấu
kiện xây dựng. Hơn nữa, lúc nghiền sự va đập cơ năng biến thành nhiệt năng làm
11


cho máy nóng, giảm tuổi thọ máy nghiền. Do đó, clinke ra lò bắt buộc phải ủ
trong silô từ 7 – 15 ngày nhằm mục đích :
+ Để clinke hút ẩm không khí làm cho CaO → Ca(OH) 2 nở thể tích phát
sinh vết nứt rạn trong clinke. Vết nứt càng sâu, ứng suất nội trong viên clinke càng
lớn dẫn đến clinke dòn dễ nghiền đập. Năng suất máy nghiền tăng, hao mòn tấm
lót, bi đạn ít.
+ Tiếp tục làm lạnh clinke xuống gần nhiệt độ thường trước khi nghiền.
+ Clinke dòn, dễ nghiền hơn.
* Nghiền clinke xi măng :
Để nghiền xi măng các loại người ta thường dùng máy nghiền bi
nhiều ngăn hoặc nghiền đứng chu trình kín có hệ thống phân ly trung gian
thu hồi sản phẩm nghiền mịn, tránh hiện tượng bột xi măng đã đạt độ mịn
yêu cầu còn bị nghiền lại làm giảm làm giảm khả năng nghiền của bi đạn.
Trong quá trình nghiền đập, cơ năng biến thành nhiệt năng. Nhiệt độ
xi măng thành phẩm phải được khống chế trong khoảng 110 0 – 1250C đảm
bảo không làm mất tác dụng của thạch cao, không xảy ra sự vón két khô
trong máy nghiền, ảnh hưởng đến năng suất máy nghiền. Một trong những
biện pháp tích cực là bơm làm mát bên trong máy nghiền. Việc bơm nước
có thể thực hiện ở 2 đầu máy nghiền.
Bản chất các khoáng clinke ảnh hưởng tới năng suất nghiền :

+ Độ cứng lớn nhất khả năng nghiền kém nhất là C 2S sau đó là C4AF.
Dễ nghiền nhất là khoáng C3S độ nghiền trung bình là khoáng C3A. Tuỳ
loại nguyên liệu, chế độ nung, phụ gia khoáng hoá, sự biến đổi thù hình của
khoáng C2S trong clinke làm độ giòn, độ cứng clinke hoàn toàn khác nhau.
Clinke nhiều khoáng Alít nghiền dễ hơn khoáng Bêlít có nghĩa hệ số bão
hoà vôi LSF tăng thì clinke dễ nghiền.
+ Nếu môđul nhôm cao hơn 1,5 tạo nên clinke rất xít đặc và có độ
cứng rất lớn do đó rất khó nghiền.
b. Bảo quản clinke xi măng :

12


Clinke ra lò phải được đưa vào silô chứa để ủ và bảo quản. Việc bảo
quản này có ảnh hưởng tốt đến chất lượng xi măng và năng suất máy nghiền
xi măng.
Clinke để lâu ngoài trời, chất lượng sẽ bị suy giảm đáng kể vì nước
mưa rửa trôi các khoáng của clinke theo nước, các hạt clinke nhỏ và bề mặt
các viên clinke lớn tiếp xúc với nước và không khí ẩm đóng rắn sơ bộ. Khi
đóng rắn sơ bộ thành những tảng khối rắn chắc sẽ gây khó khăn lớn cho công
việc vận chuyển và bốc xúc. Do đó, khi lưu clinke ngoài trời cần che đậy cẩn
thận. Trước khi đưa vào nghiền phải kiểm tra chất lượng.
Khi nghiền clinke để lâu ngoài trời, năng suất máy nghiền thấp vì:
- Kích thước hạt vào nghiền lớn
- Độ ẩm clinke cao, độ linh động của vật liệu kém dẫn đến bết ướt. Sản
phẩm nghiền mịn bị lỏi Blaine cao và độ sót sàng cao.
1.1.7. Quá trình đóng rắn và Hydrat hóa của xi măng :
Quá trình hoá học gồm hai giai đoạn :
GĐ1 – Xi măng tác dụng với nước cho các sản phẩm của phản ứng thuỷ
phân hoặc hyđrát hoá.

GĐ2 – Gồm các phản ứng thứ cấp, các sản phẩm của phản ứng sơ cấp tác
dụng tương hỗ nhau hoặc tác dụng với các phần hoạt tính của phụ gia tạo các
khoáng mới, làm tăng cường độ đá của xi măng.
* Xét khoáng C3S (Alít):
Cho phản ứng thuỷ phân tuỳ hàm lượng vôi trong pha lỏng :
Nồng độ vôi CaO < 0,08g/l.
C3S + H2O → 3Ca(OH)2 + SiO2.nH2O
Nồng độ vôi CaO = 0,08g/l.
2C3S + H2O → 2CSH(B) + Ca(OH)2
Nồng độ vôi CaO = 1,1g/l.
2C3S + H2O → C2SH2 + Ca(OH)2
Trong điều kiện thực tế thì C3S phản ứng qua các giai đoạn sau:
C3S

→ C2SH2 + Ca(OH)2
↓

13


CSH(B)
Trong đó : C2SH2 là viết tắt của công thức sau :
xCa(OH)2.SiO2.yH2O với x = 1,7 – 2,0
y = 2,0 – 4,0
CSH(B) là viết tắt của công thức sau :
xCa(OH)2.SiO2.yH2O với x = 0,8 – 1,5
y = 0,5 – 2,5
* Xét khoáng C2S (Bêlít):
Bêlít là khoáng chủ yếu thuỷ hoá khi hyđrát hoá C 2S sẽ thuỷ phân nếu
nhiều nước và lắc liên tục để phương trình phản ứng

C2S + nH2O → 2Ca(OH)2 + SiO2.(n - 2)H2O
Nhưng trong điều kiện thực tế thì C 2S không thuỷ phân mà chỉ tạo ra
các gen C2SH2, CSH(B), không tạo ra Ca(OH)2.
C2S + nH2O → C2SH2 → CSH(B)
Các hyđrô silicatcanxi CSH(B) là chất chủ yếu tạo lên tính kết dính
đảm bảo cho đá xi măng phát triển cường độ và bền vững.
* Xét khoáng C3A, C4AF(Alumilatcanxi, Alumoferitcanxi):
Khoáng C3A tác dụng rất nhanh với H2O tạo pha trung gian là C4AHx
với (x = 13 - 19). Sản phẩm cuối cùng là C3AH6.
Phương trình phản ứng hyđrat hoá của khoáng C3A, C4AF :
4C3A + 45/2H2O → 3C4AH14 + AH3
AH3 + 3CH
C4AF

o

t C

→

C3AH6

H 2O

→ C3AH6 + CaO.Fe2O3.H2O

CaO.Fe2O3.H2O + 2Ca(OH)2 + xH2O → C3FH6
Do cấu trúc của tinh thể C3A là xốp và rất hoạt tính nên khoáng C 3A
tác dụng rất nhanh với nước do đó hồ xi măng sẽ nhanh chóng liên kết và đóng rắn
và gây khó khăn cho việc thi công trong sản xuất thực tế. Để khắc phục người ta

dùng thạch cao để điều chỉnh thời gian của hyđrat hoá C3A.
Khi C3A hyđrat hoá xung quanh hạt C3A có nhiều iôn Al3+
Khi hoà tan vào nước thì xung quanh hạt thạch cao có nhiều iôn
SO42- .
14


Thạch cao sẽ tác dụng với C3A, H2O tạo ra các khoáng sau :
+ Hyđro trisunfo Aluminat Canxi : Công thức hoá học là
C3A.3CaSO4.3H2O
+ Hyđro monosunfo Aluminat Canxi : Công thức hoá học là
C3A.CaSO4.12H2O
Trên bề mặt xung quanh hạt C 3A do bão hoà iôn Al3+ và ít iôn SO42khuyếch tán từ thạch cao sang và hình thành khoáng monosunfo Aluminat cấu trúc
hình vẩy tấm, lớp cấu trúc này tạo màng sản phẩm. Màng sản phẩm này có chức
năng hạn chế iôn Al3+ từ hạt C3A khuyếch tán ra bề mặt.
Trên bề mặt xung quanh hạt thạch cao thì nồng độ Al 3+ khuyếch tán từ C3A sang là
ít do vậy nó bão hoà iôn SO 42- tạo nên sản phẩm trisunfo Aluminat. Khoáng này cấu
trúc hình kim rối nội và xốp do đó cho phép SO 42- khuyếch tán dễ dàng hơn và
khuyếch tán qua bề mặt hạt C3A.
Khi xung quanh hạt C3A bão hoà SO42- thì khoáng hyđro trisunfo Aluminat Canxi
lại hình thành và cho phép Al3+ khuyếch tán ra. Nhưng do quá trình khuyếch tán
Al3+ ra bề mặt qua cấu trúc xốp đó nhanh hơn quá trình khuyếch tán SO 42- từ hạt
thạch cao sang do đó khoáng Hyđro trisunfo Aluminat Canxi lại hình thành tạo
màng sản phẩm bao bọc hạt C3A và hạn chế làm chậm sự hyđrat hoá của C3A.
Nếu thiếu thạch cao thì không điều chỉnh được thời gian đông kết. Còn nếu thừa
thạch cao thì tác dụng ngược lại. Do vậy, lượng thạch cao cho vào xi măng phải vừa
đủ và hợp lý, lượng từ (3 – 5%) là phù hợp.
* Xét sụ hyđrat hoá của pha thuỷ tinh :
Khi hyđrat hoá với nước, kiềm tan và đi vào pha lỏng để lại các gốc
khoáng và chúng phản ứng, hyđrat hoá như các khoáng chính C 3A, C4AF,

C3S.
1.1.8. Một số tính chất của xi măng :
1.1.8.1 - Độ mịn.
1.1.8.2 - Khối lượng thể tích.
1.1.8.3 - Trọng lượng riêng (khối lượng riêng).
1.1.8.4 - Sự giảm cường độ khi bảo quản (độ giảm mác lúc lưu kho).
1.1.8.5 – Lượng nước tiêu chuẩn (độ dẻo tiêu chuẩn).

15


1.1.8.6 – Thời gian đông kết.
1.1.8.7 – Tính chịu lửa.
1.1.8.8 – Mác của xi măng.
1.1.8.9 - Độ ổn định thể tích.
1.1.9. Các loại phụ gia đưa vào nghiền xi măng :
– Phụ gia điều chỉnh thời gian đông kết của xi măng.
– Phụ gia trợ nghiền.
– Phụ gia thuỷ hoạt tính.
– Phụ gia đầy (phụ gia lười).
– Phụ gia bảo quản.

1.2 QUY TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG TẠI CÔNG TY XI MĂNG HOÀNG
THẠCH

Quá trình sản xuất xi măng có các trình tự thao tác công nghệ sau :
-

Khai thác nguyên liệu.

-

Nghiền liệu.

-

Đồng nhất liệu.

-

Nung luyện thành clinke.

-

Nghiền clinke với phụ gia.

-

Đóng bao.

16


Dưới đây là sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng Pooclăng và xi măng
Pooclăng hỗn hợp tại Công ty xi măng Hoàng Thạch :

17


Đá sét

Đập bỳa

Cỏn trục

Silíc điều
chỉnh
Kho
Quặng sắt
Bụxit
Phụ gia
Thạch
cao
Than
Bể
dầu

Sà
lan
dầu

Đường bộ

Đập búa

Đá vôi

Kho đồng nhất sơ
bộ

Cấp quặng sắt-bụxit

Sấy-nghiền liệu

Sấy-nghiền
than

Đồng nhất

Than mịn

Cấp liệu lũ

Hõm
sấy
dầu

Lũ quay

Kột phụ gia

Kột thạch cao

Silụ chứa
clinke

Đóng bao

Silô xi măng

Nghiền xi măng

Đường thuỷ

Đường sắt

Nhà máy xi măng Hoàng Thạch có 2 dây chuyền : dây chuyền I (HT I) và dây
chuyền II (HT II). Hai dây chuyền hoạt động song song với nhau. Do dây chuyền
II đi vào hoạt động muộn hơn so với dây chuyền I nên công nghệ và thiết bị tiên
tiến hơn dây chuyền I. Vì vậy trong đồ án này chủ yếu trình bày công nghệ và thiết
bị sản xuất xi măng dây chuyền II.
Nhà máy xi măng Hoàng Thạch bao gồm 4 phân xưởng tương ứng với trình tự
thao công nghệ sản xuất xi măng, đó là các phân xưởng :

18


- Phân xưởng nguyên liệu.
- Phân xưởng lò nung.
- Phân xưởng xi măng.
- Phân xưởng đóng bao.
1.2.1. Phân xưởng nghiền liệu :
Khái quát về công nghệ :
Phân xưởng nguyên liệu bao gồm từ các máy gia công nguyên liệu
thô đến gia công nguyên liệu tinh và đồng nhất tinh bột liệu. Gồm các máy
đập búa gia công đá vôi, máy đập búa gia công đá sét, máy gia công phụ gia
cho nguyên liệu cho đến các kho đồng nhất sơ bộ. Công đoạn gia công
nguyên liệu tinh gồm các máy nghiền bi, bột liệu sau máy nghiền bi được
đưa vào các xilô đồng nhất của hai dây chuyền, là các xilô F-F (dây chuyền
I) và xilô CF (dây chuyền II).

a. Dây chuyền II :

Hình 1.2.1a Công đoạn đá vôi
Đá vôi được khai thác bằng cách khoan nổ mìn cắt tầng. Đá vôi sau
công đoạn nổ mìn được gia công đập sơ bộ với những hòn có kích thước lớn
hơn 1500 mm, sau đó được xúc lên xe tải tự đổ R32 rồi vận chuyển về phễu
cấp liệu cho máy búa A2M01 (EV 200*300 thuộc công trình 11 cho dây
chuyền II) qua băng xích J10. Năng suất máy búa EV 200*300 là 1000 (t/h),
công suất máy búa là 1200 (KW). Kích thước vật liệu đá vôi vào máy đập
búa ≤ 1200 (mm), vật liệu sau máy búa có kích thước ≥ 25 (mm) không quá

19


5%. Vật liệu đạt kích thước lọt qua ghi ra liệu đi xuống các băng tải vận
chuyển gồm các băng (A2J12, A2U1) tới van chia U11 (có thể cấp một phần
cho dây chuyền I). Vật liệu từ van chia U11 được chuyển tiếp vào các băng
tải (U12, U02), băng tải A2J01 đưa vào rải luống trong kho đồng nhất sơ bộ
15A2, đá vôi được rải theo phương pháp rải luống và rải thành hai đống (A,
B), thể tích mỗi đống 10600 (m 3). Mỗi đống có số lượng là 24 luống, số lớp
là 8 lớp.
Đá vôi sau khi được rải để đồng nhất sơ bộ thì được gầu xúc R2L03
lấy liệu theo mặt vát nghiêng tự nhiên của đống định lượng bởi cân điện tử
và đổ vào băng tải hỗn hợp R2J07.

Hình 1.2.1b Công đoạn đá sét
Đá sét được khai thác bằng phương pháp khoan nổ mìn, ủi, gạt, xúc lên thiết
bị vận chuyển tự đổ R32, Euclit, vận chuyển về phễu cấp liệu cho máy đập
búa hai trục C1M01 qua băng tải xích J01 thuộc công trình 13. Máy búa có
công suất là 110 (KW), năng suất máy búa là 210 (t/h). Kích thước đá sét vào

máy đập búa ≤ 800 (mm) xuống băng tải xích, vật liệu đạt kích thước đi qua
ghi sàng sau máy đập búa có kích thước 75 (mm). Sau đó vật liệu chuyển
xuống băng tải J02 tới các băng tiếp theo gồm (J03, J04) đi vào máy cán hai
trục M02. Máy cán hai trục gồm 2 rulô cán hình trụ có vấu với năng suất
máy cán là 210 (t/h). Kích thước vật liệu vào là kích thước liệu sau máy búa
20


hai trục C1M01, kích thước liệu ra là 25 (mm), với lượng lớn hơn không quá
5%. Vật liệu sau máy cán hai trục đi vào các băng tải vận chuyển gồm (J05,
J06, J07). Tại băng tải J06 có hai cửa đổ, một đi vào dây chuyền I, một đi
vào dây chuyền II. Liệu từ cửa đổ tới dây chuyền II đi vào băng tải R2U01
và tới băng tải J01 vào rải luống đồng nhất sơ bộ. Đá sét được rải thành hai
đống (A, B), thể tích mỗi đống là 4700 (m3), số luống là 24, số lớp là 18,số
luống phụ thuộc vào chất lượng sét ở các mỏ.

Hình 1.2.3c Công đoạn nghiền liệu
Đá vôi và đát sét sau khi được đồng nhất sơ bộ thì được định lượng
cấp vào máy nghiền tinh bột liệu.
Để đảm bảo chất lượng clinke, ta phải kiểm soát theo đúng mô đun,
hệ số đã xác định. Do đó ngoài đá vôi và đất sét còn có các nguyên liệu điều
chỉnh lần lượt là quặng sắt (giàu hàm lượng ôxít Fe 2O3) và bauxit (giàu hàm
lượng Al2O3).
Quặng sắt và bauxit được nhập về qua cảng thuộc công trình 23, được
vận chuyển và rải đống trong kho 26. Quặng sắt và bauxit lần lượt được

21


chuyển vào phễu cấp liệu để đi xuống các băng tải J01, J02, tại băng tải J02

có cửa đổ đi vào băng tải R2U15 và băng hai chiều R2U16 tới các két chứa
(R2L01, R2L02) để cấp liệu cho máy nghiền.
Quặng sắt và bauxit từ hai két chứa riêng biệt được định lượng bằng 2
cân đôsimat A01, B01 rồi tháo xuống băng tải cao su là R2U18 và R2U17 đổ
vào băng tải hỗn hợp R2J08. Hỗn hợp vật liệu từ băng R2J08 đi vào băng tải
R2J09 cấp liệu đi vào máy nghiền R2M01.
Liệu từ đầu ra của máy nghiền bao gồm hỗn hợp liệu mịn và liệu còn
thô cùng với khí sau sấy. Hỗn hợp liệu mịn và khí sau sấy đi trực tiếp lên
phân ly SEPAX – S01, hỗn hợp liệu mịn và thô hơn được đi xuống máng khí
động R2M22 chuyển vào gầu nâng R2J01 đổ vào máng khí động R2J02
chuyển vào phân ly SEPAX – S01. Phân ly SEPAX – S01 có chức năng tách
ra hạt mịn để thu hồi , hạt thô hồi lưu lại máy nghiền. Hạt thô hồi lưu lại máy
nghiền qua van nón và máng khí động J04 xuống cân điện tử xác định lượng
liệu hồi lưu. Hạt mịn cùng với khí đi vào 2 cyclone lắng R2S15 và R2S17,
tại đây liệu mịn lắng xuống vào hai van xoáy S16, S18 xuống máng khí động
R2U01, van chia R2U06 vào một trong hai gầu nâng R2A20 hoặc WB20.
Liệu mịn đổ vào chân gầu nâng R2A20 thì tiếp tục được đi xuống
máng khí động R2A21 vào xilô đồng nhất tinh bột liệu (xilô CF – H01).
Liệu đổ vào chân gầu W2B20 đi lên và đổ vào máng R2A20 tới van
cắt dòng W2A24 đổ xuống máng R2A21 để đi vào xilô đồng nhất tinh bột
liệu CF – H01.
Tại xilô CF – H01 bột liệu được đồng nhất và tháo liệu liên tục tại
nhiều điểm, nhiều lớp khác nhau trong thể tích toàn xilô. Với chu trình tháo
tự động qua 42 điểm trong 7 cửa của 3 nhóm. Nhóm 1 gồm các cửa (A, B),
nhóm 2 gồm các cửa (C, G), nhóm 3 gồm các cửa (E, D, F). Chu kỳ tháo mỗi
điểm của các nhóm 1 và 2 là 60 giây còn các điểm thuộc nhóm 3 là 45 giây.
Liệu được tháo xuống hộp gom H23, tại đây được cấp một phần cho
dây chuyền I qua két cân W2A11 cấp liệu lò I. Phần chủ yếu cấp liệu cho lò
II qua két cân W2A01, máng W2A06 và một trong 2 gầu nâng W2A20,
W2B20.

22


Khí thải đã tách bụi mịn tại 2 cyclone lắng (S15, S17) được hút bởi
quạt S20 có công suất 1800 (KW) qua van điều chỉnh gió R2R01. Khí thải từ
quạt S20 một phần hồi lưu trở lại phân ly R2S01 qua van điều chỉnh R2R02,
phần còn lại được đẩy vào lọc bụi điện J2P21 qua van J10 cùng với khí thải
của lò II. Khí sạch sau lọc bụi điện được hút bởi quạt P27 qua van tấm P26
đẩy vào ống khói đi ra ngoài.
b. Thành phần hoá và hệ số, môđul của bột chế tạo và bột nạp vào
lò :
+ Bột liệu chế tạo :
Thành

SiO2

phần
Thông số

Al2O3

Fe2O3

2.0 ÷ 4.0

12 ÷14

1,8 ÷ 4.0

CaO
42 ÷ 46

Độ

ẩm Sót sàng

(W)

0,09%

≤ 1.0%

≤ 12%

Hệ số, môđul : LSF = 93 ÷ 107
SIM = 2.0 ÷ 2.6
ALM = 0.7 ÷ 2.0
+ Bột liệu nạp lò :
Có hệ số, môđul như sau : LSF = 99 ± 0.1
SIM = 2.5 ± 0.05
ALM = 1.5 ± 0.05
1.2.2. Phân xưởng lò nung :
Chúng em xin trình bày rõ hơn ở chương II
1.2.3. Phân xưởng xi măng :
Clinke, thạch cao, phụ gia qua hệ thống băng tải, gầu nâng, cân đôsimat được
vận chuyển tới máy nghiền làm việc theo chu trình kín có hệ thống phân ly và làm
mát trực tiếp bằng nước đặt ở 2 đầu máy nghiền, khi đó hạt thô mất động năng quay
trở lại máy nghiền, hạt mịn được đưa lên cyclone lắng thu hồi hạt mịn, qua hệ thống
băng tải đưa vào két chứa, một phần xi măng được mang đi xuất rời, một phần đưa

sang phân xưởng đóng bao.
Dây chuyền II :

23


Clinke được gầu nâng W2J27 và băng tải xích W2J14 vận chuyển vào két
chứa Z2L06 có cân đôsimat cùng với thạch cao, phụ gia được lấy từ kho 26 qua hệ
thống băng tải Z2U22 vào 2 két chứa Z2L07 và Z2L08 có cân đôsimat định lượng
tự động cấp liệu vào máy nghiền và tỷ lệ đạt % của clinke, thạch cao, và phụ gia.
Máy nghiền xi măng trong dây chuyền II là máy nghiền loại TUMS có kích
thước ệ 5.9*16 m làm việc theo chu trình kín (có phân ly trung gian kiểu Sepax
425M- 22), có hệ thống phun nước làm mát đặt ở 2 đầu máy nghiền, máy nghiền có
năng suất thiết kế là 200 (t/h), công suất động cơ 680 KW. Bột liệu ra khỏi máy
nghiền qua hệ thống máng khí động Z2M22, gầu nâng Z2J01 đưa vào hệ thống
phân ly Sepax, ở đây hạt thô mất động năng rơi xuống máng khí động Z2J08 quay
trở lại máy nghiền, hạt mịn thổi lên 4 cyclone lắng Z2S15, S17, S19, S21 rồi lắng
xuống máng khí động, qua hệ thống vít tải Z2U01, U02, U03, U06, U07, U08, qua
hệ thống máng khí động U10, U14 đưa vào 5 silô chứa P1L01, L02, L03, L04, L05
để chờ đóng bao hoặc xuất xi măng rời.
1.2.4. Phân xưởng đóng bao :
Tổng quan về quy trình công nghệ xuởng đóng bao :
Sơ đồ công nghệ dây chuyền Hoàng Thạch I:

24


Xi lô chứa
xi măng
Máng khí

động
Vít tải

Gầu nâng

Vít tải

Sàng quay
Xi măng
thu hồi

Két chứa

Máy đóng
bao
Băng tải
xuất xi

Dây chuyền đóng bao Hoàng Thạch I có dây chuyền cấp liệu hoàn toàn như nhau,
trên đây chỉ là sơ đồ chung cho một dây chuyền.
Xi măng chứa trong silô (1, 2, 3) được tháo qua 8 cửa tháo. Nguyên tắc tháo
là dùng khí nén sục vào đáy silô, giả hoá lỏng xi măng, xi măng được chuyển qua
các kênh máng khí động vào vít vận chuyển. Điều chỉnh xi măng ra bằng cách điều
chỉnh lượng khí nén sục vào hoặc bằng van chặn cơ khí. Xi măng được vít tải
chuyển đến gầu nâng, gầu nâng vận chuyển xi măng lên cao theo phương thẳng
đứng, xi măng được đổ vào sàng thùng quay tại đây thực hiện việc loại bỏ các tạp
chất có kích thước lớn hơn 10 x 20, những hạt đạt tiêu chuẩn được đưa vào két chứa

25