Thiết kế nhà máy xi mang pooclang theo phương pháp khô lò đứng (thuyết minh+bản vẽ)

Giới thiệu
Trong những năm gần đây nên kinh tế Việt Nam đang ngày càng
phát triển tăng mạnh cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, cho
nên yêu cầu đời sống nhân dân ngày càng tăng, ngày càng nâng cao đến
nhu cầu về nhà ở, các công trình công cộng, đờng phố, khu văn hoá...
ngày càng phát triển mạnh mẽ, có kiến trúc phức tạp và có độ bền cao
phù hợp với tâm sinh lý, hợp vệ sinh con ngời. Do vậy ngày nay ngành
xây dựng phải phát triển mạnh mẽ để đáp ứng đợc những yêu cầu trên.
Mặt khác trong qua trình đổi mới hiện nay ở nớc ta để góp phần
xây dựng thành công mục tiêu công nghiệp hoá hiện đại hoá đòi hỏi
chúng ta phải đẩy mạnh tốc độ xây dựng cơ sở hạ tầng, muốn vậy chúng
ta phải đẩy nhanh tốc độ của ngành xây dựng.
Ngành xây dựng muốn phát triển đợc thì các tế bào, mắt xích của
ngành phải đợc phát triển một cách hài hoà mạnh mẽ. Ngành Vật Liệu
Xây Dựng phải đợc chú trọng sản xuất từ thô sơ đến những nhà máy sản
xuất có những máy móc thiết bị hiện đại để đảm bảo đợc số lợng cũng
nh chất lợng cho từng công trình xây dựng. Trong ngành công nghiệp
Vật Liệu Xây Dựng thì xi măng là loại vật liệu chủ chốt, rất quan trọng
đối với tất cả các công trình xây dựng cơ bản thuộc mọi lĩnh vực của nền
kinh tế quốc dân. Nó là một trong các chỉ tiêu quan trọng để đánh giá sự
tăng trởng của ngành xây dựng.
Hiện nay nhu cầu sử dụng xi măng của nớc ta đang tăng nhanh về
số lợng, chỉ tiêu về sản xuất xi măng và vôi là 20% ữ 25%, đòi hỏi cao
về chất lợng. Trong khi đó chúng ta mới đáp ứng đợc một phần về yêu
cầu xi măng cho sự nghiệp xây dựng đất nớc, trong khi đó nguồn nguyên
liệu sản xuất xi măng ở nớc ta rất rồi rào.
Do đó trong nhiệm vụ làm đồ án môn học khoa Công nghệ Vật
Liệu Xây Dựng đã giao cho em đồ án: Tính cân bằng vật chất cho nhà
máy xi măng Pooclăng sản xuất theo phơng pháp khô lò đứng công suất
80.000 tấn clanke/năm .

1


Chơng I:
Giới thiệu về xi măng pooclăng
I. Giới thiệu chung về xi măng.
Xi măng Pooclăng là chất kết dính hyđrat đợc sản xuất bằng cách
nghiền mịn clinke xi măng Pooclăng với thạch cao đôi khi có cả các phụ
gia khác.
Clinke xi măng Pooclăng sản xuất băng cách nung thiêu kết hỗn
hợp nguyên liệu đồng nhất, phân tán mịn gồm đá vôi, đất sét ( nguyên
liệu chính ) và một số nguyên liệu khác đóng vai trò điều chỉnh ( quặng
sắt, cát quắc... ).
Khi nghiền clinke xi măng Pooclăng phải pha thêm thạch cao để
điều chỉnh tốc độ đóng rắn và một số tính chất khác của xi măng. Nếu xi
2


măng không có thạch cao thì khi trộn xi măng với nớc sẽ ninh kết và khi
đóng rắn sản phẩm có tính chất cơ lý thấp, hàm lợng thạch cao chiếm 3%
- 5% trong xi măng. Các phụ gia nghiền cùng cinke có tác dụng cải thiện
một số tính chất của xi măng, hay tăng số lợng sản phẩm làm giảm giá
thành sản phẩm. Các phụ gia có thể là phụ gia khoáng hoạt tính ( <
15% ), phụ gia trơ ( < 10% ), phụ gia dặc biệt ( < 1% ).
Xi măng Pooclăng là chất kết dính hyđrat đợc sản xuất bằng cách
nghiền mịn clinke xi măng Pooclăng với thạch cao đôi khi có cả các phụ
gia khác.
Clinke xi măng Pooclăng sản xuất băng cách nung thiêu kết hỗn
hợp nguyên liệu đồng nhất, phân tán mịn gồm đá vôi, đất sét ( nguyên
liệu chính ) và một số nguyên liệu khác đóng vai trò điều chỉnh ( quặng

sắt, cát quắc... ).
Khi nghiền clinke xi măng Pooclăng phải pha thêm thạch cao để
điều chỉnh tốc độ đóng rắn và một số tính chất khác của xi măng. Nếu xi
măng không có thạch cao thì khi trộn xi măng với nớc sẽ ninh kết và khi
đóng rắn sản phẩm có tính chất cơ lý thấp, hàm lợng thạch cao chiếm 3%
- 5% trong xi măng. Các phụ gia nghiền cùng cinke có tác dụng cải thiện
một số tính chất của xi măng, hay tăng số lợng sản phẩm làm giảm giá
thành sản phẩm. Các phụ gia có thể là phụ gia khoáng hoạt tính ( <
15% ), phụ gia trơ ( < 10% ), phụ gia dặc biệt ( < 1% ).
1. Những đặc trng cơ bản của clinke xi măng Pooclăng.
Clinke xi măng Pooclăng tồn tại ở dạng tảng có kích thớc khác
nhau thờng 10mm ữ 40mm phụ thuộc chủ yếu vào thành phần phối liệu,
độ đồng nhất của phối liệu, độ mịn của phối liệu cũng nh phơng pháp
công nghệ và dạng lò nung.
a.) Thành phần hoá học của clinke:
Gồm các ôxit chính là Al 2O3 , Fe2O3 , CaO , SiO2 chiếm 95% ữ
97% trong cinke. Ngoài ra trong clinke xi măng Pooclăng còn có các
ôxit khác nh MgO , TiO2 , K2O , Na2O , P2O5 , SO3 ... với hàm lợng nhỏ.
Hàm lợng các ôxit trong clinke xi măng Pooclăng dao động trong
khoảng rộng:
* CaO
: ( 63 ữ 66 )%
* SiO2

: ( 21 ữ 24 )%
3


* Al2O3

: ( 04 ữ 09 )%

* Fe2O3

: ( 02 ữ 04 )%

* ( K2O + Na2O) : ( 0,4 ữ 01 )%
* MgO

: ( 0,5 ữ 05 )%

* ( TiO2 + Cr2O3) : ( 0,2 ữ 0,5 )%
* SO3

: ( 0,3 ữ 01 )%

* P2O5
: ( 0,1 ữ 0,5 )%
Khi hàm lợng các ôxit trên thay đổi dẫn đến tính chất của xi măng
sau này cùng bị thay đổi.
b.) Vai trò của các ôxit chính trong Clinke:
CaO ở trong những điều kiện nhất định liên kết với các ôxit khác tạo
ra các khoáng chính ( C2S , C3S , C3A , C4AF ) quyết định ninh kết
đóng rắn và cờng độ xi măng. Khi CaO dần đến khoáng C 3S lớn, xi
măng đóng rắn nhanh, cờng độ cao, nhng nhiệt độ nung luyện cao,
CaO tự do lớn và xi măng không bền trong môi trờng nớc và môi trờng sunfat.
Ôxit Silic ( SiO2 ) khi nung luyện tác dụng với oxit Canxi ( CaO ) để
tạo thành khoáng Silicát cansi. Khi lợng SiO2 nhiều thì khoáng silicát
canxi có bazơ thấp hơn C2S, xi măng ninh kết đóng rắn chậm ở thời
kỳ đầu cờng độ không cao nhng xi măng lền trong nớc và môi trờng

sunfat, cờng độ cuối cùng cao.
Ôxit nhôm ( Al2O3 ) tác dụng với các oxit khác khi nung luyện tạo ra
các khoáng chính C3A , C4AF. Khi hàm lợng Al2O3 nhiều thì khả năng
tạo ra các khoáng C3A càng lớn. Xi măng ninh kết đóng rắn nhanh, cờng độ không cao và kém bền trong môi trờng nớc và môi trờng
sunfat.
Ôxit sắt ( Fe2O3 ) có tác dụng làm giảm nhiệt độ thiêu kết khi nung
luyện clinke, tham gia tạo khoáng alumo ferit canxi dạng C 4AF. Xi
măng bên trong môi trờng nớc, mác xi măng không cao. Khi Fe 2O3
tăng thì khoáng C4AF cao dẫn đến pha lỏng khi nung luyện lớn, khả
năng bám dính lớn, là bị sự cố đặc biệt là lò dứng.

4


Ôxit magie ( MgO ) gây nên sự thay đổi thể tích không đồng thời khi
đóng rắn của xi măng.
Ôxit Titan ( TiO2 ) tuỳ hàm lợng khác nhau mà gây ảnh hởng khác
nhau. Khi hàm lợng 0,1% ữ 0,5% có khả năng kết tinh tốt các khoáng
clinke. Khi hàm lợng 2% ữ 4% thì thay thế một lợng SiO2 làm tăng cờng độ xi măng, hàm lợng > 4% thì làm giảm cờng độ xi măng.
Ôxit Cr2O3 và P2O5 khi hàm lợng 0,1% ữ 0,3% làm tăng cờng độ đóng
rắn của xi măng vào thời kỳ đầu và cờng độ cuối cùng cao. Nhng khi
hàm lợng 1% ữ 2% thì tác dụng ngợc lại.
Các oxit kiềm ( K2O + Na2O ) khi hàm lợng >1% thì chúng gây nên
tính không ổn định của thời kỳ ninh kết và tạo thành các vết mẫu trên
bề mặt dung dịch hay bê tông. Các oxit này có khả năng tác dụng với
CaO , Al2O3 tạo thành ( Na, K )2O.8CaO.3Al2O3(K, Na) hay ( K, Na )
2SO4 khi tác dụng với SO3 .
c.) Thành phần khoáng của clike xi măng Pooclăng
Trong clike xi măng Pooclăng gồm chủ yếu là các khoáng silic cát
canxi ( hàm lợng 70% ữ 80% ), các khoáng aluminat và alumo ferit

canxi.
Khoáng silicat canxi gồm 2 khoáng alít và belít:
- Khoáng silicat là khoáng quan trọng nhất của clinke xi măng
tạo cho xi măng có cờng độ cao, tốc độ kết rắn nhanh và quyết
định nhiều tính chất khác của xi măng.
- Trong clike xi măng Pooclăng alít chiếm 45% ữ 60%, alít là
dung dịch rắn của khoáng C3S với một lợng nhỏ các ôxit khác
nh MgO , P2O5 , Cr2O3 ... với hàm lợng 2% ữ 4%. C3S bền vững
trong khoảng nhiệt độ 12000C ữ 12500C đến 19000C ữ 20700C.
Nhiệt độ lớn hơn 20700C thì C3S bị nóng chảy, nhỏ hơn 12000C
thì C3S bị phân huỷ: C3S = C2S + CaO tự do
- Belít là khoáng cũng quan trọng trong clinke có đặc điểm đóng
rắn chậm nhng cờng độ cuối cùng tơng đối cao. Belít là dung
dịch rắn của khoáng C2S với một lợng nhỏ từ 1% ữ 3% các ôxit
khác nh Al2O3 , Fe2O3 , Cr2O3 ... Trong clinke belít chiếm từ
20% ữ 30%.
5


Belít tồn tại nhiều dạng thù hình khác nhau C2S , C2S, C2S,
C2S. Trong đó:
- C2S tồn tại ở nhiệt độ 14250C ữ 21300C khi nhiệt độ lớn hơn
21300C thì C2S chuyển thành C2S.
- C2S bền vững với nhiệt độ 830 0C ữ 14250C khi < 8300C và
làm lạnh nhanh thì C2S chuyển về C2S.
- C2S không bền luôn có hớng chuyển về C2S ở nhiệt độ
5250C. Khi C2S chuyển thành C2S làm tăng thể tích 10%
và bị phân huỷ thành bột.
- C2S hầu nh không tác dụng với dụng với nớc và không có tính
kết dính.

Aluminat canxi tồn tại trong clinke dới hai dạng C3A , C5A3 tạo cho xi
măng tính ninh kết đóng rắn nhanh nhng cờng độ thấp và dễ gây nên
hiện tợng không ổn định thể tích trong sản phẩm đã đóng rắn khi tiếp
xúc với môi trờng có các muối sunfat. Nên trong một số loại xi măng
có khống chế:
* Xi măng thuỷ công % C3A 5%
* Xi măng bền sunfat % C3A 8%
Trong clike xi măng Pooclăng hàm lợng CaO lớn nên aluminat
canxi chỉ tồn tại chủ yếu ở dạng C3A.
Pha alumo pherit canxi là dung dịch rắn của các alumo ferit canxi
thành phần khác nhau phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu ban đầu,
điều kiện nung luyện có thể có trong clike xi măng tạo thành các
dung dịch rắn C6A2F, C4AF, C6AF2. Trong clike xi măng Pooclăng pha
alumo ferit canxi có thành phần gần với C 4AF, trong đó thờng hoà tan
1% MgO.

Pha thuỷ tinh chiếm 4% ữ 15% ở dạng cấu trúc thuỷ tinh do sự hoà
tan một số ôxit nh CaO, Al2O3, Fe2O3, Na2O, K2O có ảnh hởng đến
tính chất các khoáng của clinke, chúng làm thay đổi nhiệt độ hình
thành các khoáng chủ yếu.
Ngoài ra trong clike xi măng Pooclăng còn có CaO tự do và MgO tự
do chúng nằm ở dạng các hạt già lửa và tác dụng rất chậm với nớc gây
nên sụ thay đổi thể tích không đều khi đóng rắn, làm giảm cờng độ

6


của xi măng. Đối với xi măng hàm lợng CaO tự do thờng phải 0,5%
ữ 1%. Trong clike xi măng sau khi nung luyện hàm lợng vôi tự do là:

* Đối với lò quay 1%
* Đối với lò đứng 3% ữ 6% có khi đạt tới 8% ữ 9% đây là
nguyên nhân làm cho xi măng lò đứng kém ổn định thể tích, cờng độ
thấp.
Trong clike xi măng Pooclăng các khoáng đợc thể hiện là:
- Hàm lợng C3S > C2S > C3A > C4AF
- Cờng độ nén 28 ngày C3S > C2S > C3A > C4AF
- Tốc độ đóng rắn C3A > C3S > C4AF > C2S
Độ nên sunfat C2S > C4AF > C3S > C3A
d.) Đặc trng của clike xi măng Pooclăng đợc đánh giá bởi các hệ
số sau:
Hệ số hoà KH: biểu thị tỷ số lợng ôxit canxi trong clinke thực tế liên
kết với ôxit silic SiO2 tạo thành C3S.
KH gọi là mức độ bão hoà CaO của ôxit axit:
KH =

CaO 1,65 Al2O3 0,35 Fe2O3
2,8SiO2

Giá trị của KH trong clike xi măng phụ thuộcvào thành phần và
tính chất của nguyên liệu sử dụng, dạng lò nung, điều kiện nugn luyện và
các nhân tố khác khi KH càng lớn thì khoáng C 3S nhiều, xi măng ninh
kết và đóng rắn nhanh cờng độ cao nhng không bền trong môi trờng nớc
và môi trờng sunfat hỗn hợp nguyên liệu khó thiêu kết. Khi KH thấp thì
khoáng C3S thấp C2S nhiều nên xi măng ninh kết và đóng rắn chậm trong
thời kỳ đầu, cờng độ cuối cùng cao. Vì vậy trong xi măng hệ số KH =
0,85 ữ 0,95.
Hệ số silicat ( n ) là tỷ số giữa SiO2 và tổng hàm lợng Fe2O3 + Al2O3
n=

SiO2
Al2O3 + Fe2O3

Khi tăng hệ số n thì làm tăng hàm lợng khoáng silicat canxi có độ
baza thấp, do đó xi măng có thể ninh kết đóng rắn chậm ở thời kỳ đầu và
cờng độ cuối cùng cao. Khi n giảm thì hàm lợng các khoáng nóng chảy
lớn, clinke dễ nung luyện và có nhiệt độ nung thấp. Vì vậy đối với xi
măng Pooclăng n = 1,7 ữ 3,5.
7


Hệ số Alumin ( P ): là tỷ số giữa hàm lợng oxit nhôm và oxit sắt trong
clinke
P=

Al 2 O3
Fe2 O3

Hệ số P xác định tỷ lệ giữa khoáng C 3A và C4AF. Khi P nhỏ thì xi
măng có độ bền cao trong nớc, khi P lớn thì xi măng ninh kết và đóng
rắn nhanh nhng cờng độ cuối cùng thấp. Vì vậy trong xi măng pooclăng
hệ số P = 1% ữ 2,5%.
Ngoài 3 hệ số chính ở trên, ngời ta còn sử dụng thêm các hệ số
khác
Hệ số MS
MS =

C3 S + C 2 S
C4 AF + C3 A

Khi MS tăng thì độ bền của xi măng trong moi trờng ăn mòn tăng
lên và cờng độ tăng lên.
Hệ số đóng rắn ME
ME =

C3 S
C2 S

Khi ME lớn thì cờng độ ban đầu của xi măng cao, nhiệt Hydrat lớn
nhng độ bền trong môi trờng xâm thực thấp.
Hệ số nhiệt MK
MK =

C3 S + C3 A
C 2 S + C 4 AF

Khi MK càng lớn thì xi măng toả nhiệt càng lớn, M K thờng nằm
trong khoảng giới hạn 0,3 ữ 1,8
Hệ số nhiệt MK
C3 S + C3 A
C 2 S + lớn
C 4 AFthì
càng

MK =

Khi MK

xi măng toả nhiệt càng lớn, M K thờng nằm

trong khoảng giới hạn 0,3 ữ 1,8
e.) Các tính chất cơ bản của xi măng pooclăng
Khối lợng riêng và khối lợng thể tích:

8


- a khối lợng riêng là tỷ số giữa khói lợng của xi măng với thể
tích của xi măng nó phụ thuộc vào thành phần khoáng clinke xi
măng và phụ gia cho cao
- Khối lợng đổ đống của xi măng ( Y ) là tỷ số giữa khối lợng của
xi măng với thể tích đổ đống của xi măng. Khối lợng thể tích
đống phụ thuộc vào khối lợng riêng và khả năng nèn chặt của xi
măng.
Lợng nớc yêu cầu và độ dẻo tiêu chuẩn của hồ xi măng:
- Lợng nớc yêu cầu ( lợng nớc tiêu chuẩn ) là lợng nớc cần thiết
để hydrat hoá các khoáng của clinke xi măng và bảo đảm cho
hồ xi măng có độ dẻo tiêu chuẩn.
- Lợng nớc yêu cầu cầu xi măng phụ thuộc vào thành phần
khoáng clinke, độ mịn của xi măng và loại phụ gia cho và khi
nghiền clinke xi măng.
Thời gian ninh kết của xi măng pooclăng: là thời gian từ khi trộn xi
măng với nớc cho hỗn hợp tơng đối linh động đến khi xi măng nớc
đặc lại và có cờng độ ban đầu nào đó thì gọi là thời gian ninh kết của
xi măng pooclăng. Thời gian ninh kết của xi măng pooclăng phụ
thuộc vào thành phần khoáng của clinke, độ nghiền mịn của xi măng
và loại, lợng phụ gia trong xi măng, điều kiện môi trờng đóng rắn và
tỷ lệ nớc.
Cờng độ của xi măng: là một tính chất quan trọng của xi măng là khả
năng rắn chắc khi tác dụng với nớc và chuyển hỗn hợp dẻo thành

dạng đã tạo cho sản phẩm có cờng độ cao. Cờng độ của xi măng có
thể đánh giá bằng các phơng pháp khác nh cờng độ chịu uốn, cuờng
độ chịu nén, cờng độ chịu kéo... Cờng độ của xi măng Pooclăng phụ
thuộc vào thành phần khoáng của xi măng, cấu trúc của clike xi măng
Pooclăng, độ nghiền mịn và thành phần hạt, thời gian bảo quản của xi
măng, điều kiện môi trờng bảo quản xi măng, loại và lợng phụ gia
trong xi măng.
Tính ổn định của xi măng Pooclăng: các chất kết dính nói chung và xi
măng nói riêng khi đóng rắn cần phải ổn định thể tích. Xi măng nếu
thay đổi thể tích không đồng thời sẽ đẫn đến làm giảm cờng độ của bê
tông khi đóng rắn, có khi dẫn đến phá hỏng sản phẩm. Nguyên nhân
do trong xi măng có CaO, MgO tự do lớn lên nên khi xi măng đã
đong rắn thì CaO, MgO tự do với nớc làm tăng thể tích sản phẩm vì

9


vậy đối với xi măng hàm lợng CaO tự do 1,5%, hàm lợng MgO
5%.

II.) Nguyên liệu, nhiên liệu sản xuất clike
xi măng Pooclăng.
1. Nguyên liệu sản xuất xi măng Pooclăng.
Các nguyên liệu chính để sản xuất xi măng Pooclăng là đá vôi, đất
sét, ngoài ra còn sử dụng nguyên liệu điiêù chỉnh là xỉ pyrit, quặng sắt,
boxit...
Quy phạm quy định chất lợng của các nguyên liệu dùng để sản
xuất clike xi măng Pooclăng: ( trang bên )

Nguyên liệu

Đá vôi

Đất sét

Xỉ pyrit

Các chỉ tiêu
hàm lợng Cao; %; min
hàm lợng MgO; %; max
hàm lợng SiO2; %; max
hàm lợng đất lẫn; %; max
hàm lợng SiO2; %
hàm lợng Al2O3; %
hàm lợng Fe2O3; %; min
hàm lợng MKN; %; max
hàm lợng Fe2O3; min
hàm lợng CaO; %; min
hàm lợng SiO2; %; min
hàm lợng Al2O3; %; min
hàm lợng MgO; %; max

Giá trị
50
3,5
8
7
60 ữ 68
12 ữ 22
5
8

63
0,5
9
0,9
0,5

a.) Đá vôi:
Đá vôi sản xuất clike xi măng chủ yếu để cung cấp oxit CaO, trong
đá vôi hàm lợng các cấu tử cacbonat đạt từ 76% ữ 80%. tính chất hoá
học và hoá lý của đá vôi ảnh hởng đến việc *lựa chọn công nghệ sản
xuất xi măng. Trong đá vôi có chứa các hỗn hợp chất nh sắt, đất sét.
b.) Đất sét
10


Đất sét xử dụng để sản xuất clike xi măng chủ yếu cung cấp SiO 2,
Al2O3, Fe2O3. Đất sét là khoáng kết tủa hạt nhỏ, dễ tạo thành huyền phù
khi khuấy trộn với nớc thành phần khoáng chủ yếu của đất sét là khoáng
alumo silicat ngậm nớc tồn tại ỏ dạng Al2O3, 2SiO2.2H2O. Ngài ra trong
đất sét còn lẫn các hợp chất khác nh cát, tạp chất hữu cơ, Fe2O3 và oxit
kiềm...
c.) Các phụ gia điều chỉnh
Phụ gia đa vào hỗn hợp nguyên liệu xi măng khi thành phần hoá
học của nó không đảm bảo yêu cầu đã định để tăng thành phần hoá học
của nó không đảm bảo yêu cầu đã định nh để tăng hàm lợng SiO2 trong
phối liệu thờng dùng phụ gia là cát, trepen, diatomit... để tăng hàm lợng
Fe2O3 dùng quặng sắt, còn khi để tăng hàm lợng Al2O3 ta dùng quặng
Boxit làm phụ gia điều chỉnh.
d.) Các phụ gia
Pha vào khi nghiền clike xi măng Pooclăng để cải thiện 1 số tính

chất của xi măng và hạ giá thành sản phẩm là thạch cao, phụ gia khoáng
hoạt tính ( xỉ lò cao, xỉ nhiệt điện)
2. Nhiên liệu sản xuất xi măng Pooclăng
Để nung luyện clike xi măng Pooclăng, ngời ta có thể sử dụng
nhiên liệu rắn, lỏng, khí.
Nhiên liệu lỏng thờng dùng là dầu marut có nhiệt trị là Q = 8000 ữ

11000 Kcal/kg
Nhiên liệu khí sử dụng là khí thiên nhiên có Q = 8000 ữ 9000 Kcal/kg

Nhiên liệu rắn thờng dùng là than, khi nung clike xi măng trong lò

đứng thì sử dụng than ngắn lửa, chất bốc thấp 3 ữ 6%, nhiệt trị của
than Q = 5500 ữ 6500 Kcal/kg.
Nếu nung trong lò quay thì sử dụng than có hàm lợng chất bốc cao

15% ữ 20% có nhiệt trị QM 550 Kcal/kg.

11


chơng ii
bàI toán phối liệu
1.) Thành phần hoá của nguyên liệu cho trớc:
Bài toán phối liệu nhằm mục đích tính toán thành phần, hàm lợng
nguyên vật liệu trong phối liệu để sản xuất Clinke. Bài toán phối liệu rất
quan trọng, nó là điều kiện đầu tiên để quyết định đến chất lợng của xi
măng sau này.
Trong đồ án này nguyên liệu dùng để sản xuất Clinke xi măng
Pooclăng gồm 3 cấu tử là:

Đá vôi
Đất sét
Quặng sắt
Bảng thành phần hoá học của nguyên liệu cha nung:

Đá vôi
Đất sét
Quặng

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

MKN

1,4
64,73
15,92

0,16
19,5
4,85

0,5

6,28
71,15

54,76
2,37
1,35

1,27
1,05
3,25

42,4
4,82
2,63

( Bảng 01 )


100.49
98,75
99,15

Bảng thành phần hoá của nguyên liệu cha nung quy về 100%

Đá vôi
Đất sét
Quặng

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

MKN

1,39
65,54
16,05

0,159
19,74
4,89

0,497
6,36
71,76

54,493
2,4
1,36

1,2638
1,06
3,277

42,1972
4,9

( Bảng 02 )


100
100
100

2.) Bảng thành phần hoá học của nguyên liệu đã nung quy về 100%:
12


Ta có:
K1 =

100
100
=
= 1,7300199
100 MKN 100 42,1972

K1 : Kđá vôi
K1 =

100
100
=
= 1,051524

100 MKN 100 4,9

K2 : Kđất sét
K1 =

100
100
=
= 1,02735
100 MKN 100 2,663

K3 : Kquặng sắt
Bảng thành phần của nguyên liệu đã nung quy về 100%:

Đá vôi
Đất sét
Quặng
Tro than

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

2,4047

68,917
16,49
60,5

0,275
20,757
5,0237
27,2

0,859
6,6877
73,723
5

94,493
2,52
1,397
6,6

1,9683
1,1183
3,3661
0,7

( Bảng 03 )


100
100
100

100

3.) Xác định lợng tro đọng lại trong Clinke:
Theo số liệu của than cám số 4 có độ tro A = 15%, ta có các số liệu
sau:
Clv

Hlv

Slv

Olv

Nlv

Alv

Wlv

68

1,6

1,0

1,5

0,8

15

12


100

( Bảng 04 )
Thành phần hoá của tro than(%):
SiO2
60,5

Al2O3
27,2

Fe2O3
5

CaO
6,6

MgO
0,7

C khác
-

( Bảng 05 )

13

* Xác định nhiệt trị của than: áp dụng công thức thực nghiệm của
Mendeleep:
QCLV = 81.C + 300.H 26.( O - S )
= 81.68 + 300.1,6 26.( 1,5 1,0 )
= 5975 ( kcal/kg )
LV
LV
QT = QC 6.( 9.Hlv + wlv )
= 5975 6.( 9.1,6 + 12 )
= 5726 ( kcal/kg )
* Tính hàm lợng tro đọng trong Clinke
q=

P. A.B
100.100

áp dụng công thức:
q: Hàm lợng tro lẫn trong Clinke
A: Hàm lợng tro than, theo đầu bài A = 15%
B: Mức hấp thụ tro của Clinke, lò đứng B = 100%
P: Lợng than tiêu tốn nung 1kg Clinke
P=

Q TT
QTLV

QTT : Nhiệt trị cần tiêu tốn để sản xuất 1kg Clinke,
sản xuất bằng lò đứng cơ giới hoá Q TT = 1100 ữ
1200 chọn QTT = 1200

QTLV : Nhiệt trị của than ( nhiệt trị thấp làm việc), đã
tính ở trên, QTLV = 5726 ( kcal/kg )
Vậy
P=

Vậy:
q=

1200
= 0,20957 0,2096
5726

0,2096.15.100
= 3,144%
100.100

4.) Xác định hệ số bão hoà, môđun Silicat và môđun aluminat theo
thành phần khoáng yêu cầu:
Bảng thành phần khoáng:
C3S

C2S

C3A

C4AF

55

20

8

15


98

( Bảng 06 )
Bảng thành phần khoáng quy về 100%

14


C3S

C2S

56,12

20,41

C3A

C4AF

8,163
( Bảng 07 )

15,307

100

Hệ số bão hoà: KH
+Yêu cầu: KH = 0,85 ữ 0,95
KH =

C 3 S + 0,89.C 2 S 56,12 + 0,89.20,41
=
= 0,892
C 3 S + 1,33.C 2 S 56,12 + 1,33.20,41

Mođun Silicat: n
+Yêu cầu: n = 1,7 ữ 3,5
n=

C 3 S + 1,33.C 2 S
56,12 + 1,39.20,41
=
= 1,931
1,44.C 3 A + 2,05.C 4 AF 1,44.8,613 + 2,05.15,307

Mođun Aluminat: P

+ Yêu cầu: P = 1 ữ 1,5
P=

1,15.C3 A
1,15.8,163

+ 0,64 =
+ 0,64 = 1,2533
C4 AF
15,307

5.) Tính cấp phối cho phối liệu :

Đây là bài toán phối liệu có lẫn tro than, vậy ta phải tính bài toán
theo bảng thành phần hoá của nguyên liệu đã nung quy về 100%. ( Theo
bảng 03_ tính thành phần nguyên liệu đã nung )
Gọi : Phần trọng lợng đá vôi là X
Phần trọng lợng đất sét là Y
Phần trọng lợng quặng sắt là Z
Ta ký hiệu bảng thành phần hoá của Clinke và các cấu tử nh sau:
Oxit
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO

Đá vôi
cấu tử 1
S1
A1
F1
C1

Đất sét
cấu tử 2
S2

A2
F2
C2

Quặng sắt
cấu tử 3
S3
A3
F3
C3

Tro than
cấu tử 4
S4
A4
F4
C4

Clinke

Tro than

Clinke

S
A
F
C

( Bảng 08 )

Bảng số liệu của các cấu tử sau khi nung
Oxit

Đá vôi

Đất sét

Quặng sắt

15


SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO

cấu tử 1
3,6547
0,3481
0,2784
93,9785

cấu tử 2
69,8802
19,8801
6,8083
2,2332

Cấu tử 3

14,6576
5,3215
75,0862
1,5578

cấu tử 4
60,5
27,2
5,0
0,7

S
A
F
C

( Bảng 09 )
Hàm lợng các oxit trong Clinke đợc tính:
C=

x.C1 + y.C 2 + z.C 3 + q.C 4
x+ y+z+q

Trong đó: x + y + z + q = 100

A=

x. A1 + y. A2 + z. A3 + q. A4
100

x.F1 + y.F2 + z.F3 + q.F4
100
x.S1 + y.S 2 + z.S 3 + q.S 4
S=
100

F=

Thế các giá trị trên vào công thức của các hệ số tính theo thành
phần hoá :
C 1,65. A 0,35.F
2,8.S
S
n=
A+ F
KH =

Ta có đợc hệ phơng trình 3 ẩn sau
a1.X + b1.Y + c1.Z = d1 ( 1 )
a2.X + b2.Y + c2.Z = d2 ( 2 )
a3.X + b3.Y + c3.Z = d3 ( 3 )
Trong đó các giá trị trên đợc xác định nh sau :
a1 = ( 2,8.KH.S1 + 1,65.A1 + 0,35.F1 ) C1
= ( 2,8.0,892.3,6547 + 1,65.0,3481 + 0,35.0,2784 ) 93,9785
= - 84,1787
b1 = ( 2,8.KH.S2 + 1,65.A2 + 0,35.F2 ) C2
= ( 2,8.0,892.69,8802 + 1,65.19,8801 + 0,35.6,8083 ) 2,2332
= 207,485
16

c1 = ( 2,8.KH.S3 + 1,65.A3 + 0,35.F3 ) – C3
= ( 2,8.0,892.14,6576 + 1,65.5,3215 + 0,35.75,0862 ) – 1,5578
= 70,1117
d1 = [- ( 2,8.KH.S4 + 1,65.A4 + 0,35.F4 ) + C4].q
= [- ( 2,8.0,892.60,5 + 1,65.27,2 + 0,35.5,0 ) + 0,7 ].3,144
= - 600,928
a2 = n.( A1 + F1 ) – S1
= 1,931.( 0,3481 + 0,2784 ) – 3,6547
= - 2,4449
b2 = n.( A2 + F2 ) – S2
= 1,931.( 19,8801 + 6,8083 ) – 69,8802
= - 18,3449
c2 = n.( A3 + F3 ) – S3
= 1,931.( 5,3215 + 75,0862 ) – 14,6576
= 140,61
d2 = q.[ S4 – n.( A4 + F4 )]
= 3,144.[ 60,5 – 1,931.( 27,2 + 5,0 )]
= - 5,2763
a3 = b3 = c3 = 1
d3 = 100 – q = 100 – 3,144
= 96,856
Thay vµo ta cã hÖ ph¬ng tr×nh 3 Èn:
- 84,1787.X + 207,485.Y + 70,1117.Z = - 600,928 ( 1 )
- 2,4449.X - 18,3449.Y + 140,61.Z
X

+

Y +

Z

=

- 5,2763 ( 2 )

=

96,856 ( 3 )

Gi¶i ra ta cã :
X = 68,9620
Y = 23,6473
Z = 4,2467
17


Bảng thành phần các cấu tử trong Clinke phối liệu đã nung: ( Bảng 10 )
( Trang bên ).
Cấu tử

SiO2

Đá vôi
Đất sét
Quặng
Tro than

2,5204

16,5249
0,6225
1,9021
21,5699



Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

0,2401
4,7011
0,2260
0,8552
6,0224

0.1920
1,6099
3,1886
0,1572
5,1477

64,8094
0,5281
0,0662

0,2075
65,6112

1,2001
0,2833
0,1434
0,0220
1,6488


68,9620
23,6473
4,2467
3,1440
100

( Bảng 10 )

6.) Chuyển thành phần phối liệu đã nung sang cha nung:
Để nung đợc 100kg Clinke thì cần:

- Khối lợng đá vôi là:
M dv =

100. X
100.69,962
=
= 120,69(kg )
100 MKN dv 100 42,86

- Khối lợng đất sét là:
M ds =

100.Y
100.23,6473
=
= 25,322(kg )
100 MKN ds 100 6,6124

- Khối lợng quặng sắt là:
M qs =

100.Z
100.4,2467
=
= 4,379(kg )
100 MKN qs 100 3,0870

- Khối lợng than là:
M than =

100.q
100.3,144
=
= 20,96(kg )
100 MKN than
100 85

Do MKNthan = 100 Atro = 85%
Ta có:

X + Y + Z + Q = 120,766 + 25,333 + 4,385 + 20,58
= 171,351 ( kg )
Lợng cấu tử nguyên liệu trong 100 kg phối liệu là :
- Khối lợng đá vôi là:
M dv =

100. X
100.120,69
=
= 70,434(kg )
171,064
171,351

- Khối lợng đất sét là:
M ds =

100.Y
100.25,322
=
= 14,778( kg )
171,064
171,351

18


- Khối lợng quặng sắt là:
M qs =

100.Z

100.4,379
=
= 2,556(kg )
171,064
171,351

- Khối lợng than là:
M than =

100.Q
100.20,96
=
= 12,232(kg )
171,064
171,351

Bảng thành phần hoá của phối liệu cha nung:

Đá vôi
Đất sét
Quặng
Than


SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

MKN

1,4709
9,6440
0,3633
1,1101
12,5883

0,1401
2,7436
0,1319
0,4991
3,5147

0,1121 37,8225 0,7004 30,1880
0,9396 0,3082 0,1654 0,9772
1,8612 0,0386 0,0837 0,0773
0,0917 0,1211 0,0128 10,3972
3,0046 38,2904 0,9623 41,6397


70,434
14,778
2,556
12,232
100

( Bảng 11 )

7.) Tính tít phối liệu và hàm lợng pha lỏng:
Tính tít phối liệu
T = 1,785.CaO + 2,09.MgO
= 1,785.38,2904 + 2,09.0,9623
= 70,36
-Theo quy phạm thì T = 65 ữ 75 Tit phối liệu rất phù hợp.
Hàm lợng pha lỏng đợc xác định:
L = 1,12.C3A + 1,35.C4AF
= 1,12.8,163 + 1,35.15,307
= 29,807
8.) Kiểm tra lại giá trị KH và n theo thành phần hoá:
KH =

CaO 1,65. Al 2 O3 0,35.Fe2 O3 65,6112 1,65.6,0224 0,35.5,1477
=
= 0,892
2,8.SiO2
2,8.21,5699

Giá trị của hệ số KH tính theo thành phần khoáng và tính theo thành
phần hoá không có sự sai khác.
n=

SiO2
21,5699
=
= 1,931

Al 2 O3 + Fe2 O3 6,0224 + 5,1477

Giá trị của hệ số n tính theo thành phần khoáng và tính theo thành
phần hoá không có sự sai khác.
19


Chơng III
tính cân bằng vật chất
Cân bằng vật chất là tỷ số giữa nguyên liệu đa vào trong sản xuất
và số lợng sản phẩm thu đợc trong quá trình sản xuất. Qua số liệu cân
bằng vật chất cho ta biết đợc số lợng nguyên liệu hay sản phẩm cần thiết
ở mỗi công đoạn. Trên cơ sở đó lựa chọn thiết bị máy móc cho cả dây
chuyền sản xuất, hoạch toán giá thành và làm cho dây chuyền công nghệ
cân đối, đồng bộ. Phơng pháp tính căn cứ vào sản lợng yêu cầu, tính lợng
nguyên liệu theo từng khâu của quá trình sản xuất.

I. Chế độ làm việc của nhà máy.

20


1.) Đặc điểm sản xuất xi măng theo phơng pháp lò đứng:
Quá trình sản xuất tối u nhất là phải thờng xuyên, liên tục, đặc biệt
với công đoạn nung luyện và sấy thùng quay ( bởi vì mỗi khi dừng hoạt
động thì khi hoạt động trở lại phải nhóm lại lò rất tốn kém và mất thời
gian ). Tuy nhiên lò cũng không thể hoạt động thờng xuyên trong một
thời gian dài. Bởi vì trong một thời gian làm việc các thiết bị máy móc bị
hỏng hóc cần đợc sửa chữa và bảo dỡng, đặc biệt ở đôn nung nung lớp
gạch chịu lửa thờng bị ăn mòn, với đôn xây bằng gạch Cr-Mg bình quân

3 ữ 5 tháng thì phải thay lớp gạch chịu lửa khác.
Với dây chuyền sản xuát xi măng nhất thiết phải có hệ thống dự trữ
nguyên liệu ở khâu trung gian, cũng nh ở các khâu mà phổ biến là hệ
thống xylô. Nh vậy giúp cho các phân xởng làm việc độc lập với nhau
trong một khoảng thời gian nhất định. Tuy nhiên để tận dụng tối đa khả
năng làm việc của máy móc thiết bị thì các máy móc nên chọn đúng
công suất và chế độ làm việc của chúng nên chọn đồng bộ.
Để cho nhà máy xi măng lò đứng làm việc thuận lợi ta chia nhà
máy làm 3 phân xởng:
- Phân xởng xi măng
- Phân xởng nung luyện
- Phân xởng chuẩn bị phối liệu
2.) Lập chế độ làm việc của nhà máy:
a.) Lập chế độ làm việc cho phân xởng nung luyện :
ở phân xởng này yêu cầu phải làm việc liên tục không nghỉ chủ
nhật và những ngày lễ trong năm, chỉ nghỉ 6 ngày tết nguyên đán và 49
ngày sữa chữa, một ngày làm việc 3 ca và mỗi ca làm việc 8 tiếng.
Vậy số ngày làm việc trong năm :
365 ( 49 + 6 ) = 310 ngày
b.) Phân xởng chuẩn bị phối liệu :
Số ngày trong năm: 365 ngày
Số ngày dừng sửa chữa: 45 ngày
Số ngày nghỉ các ngày lễ, tết: 10 ngày
Vậy số ngày làm việc là: 365 - ( 45 + 10 ) = 310 ngày

21


Riêng với phân xởng gia công đá và phân xởng phụ gia xỷ lò
cao làm việc 2 ca trong ngày, chỉ sấy thùng quay làm việc 3 ca,

mỗi ca 8 tiếng.
Tổng số ngày làm việc trong năm : 310 ngày.
c.)Phân xởng xi măng:
Công đoạn đóng bao:
- Số ngày trong năm: 365 ngày.
- Số ngày chủ nhật: 51 ngày.
- Các ngày lễ công nhân đợc nghỉ: 10 ngày.
- Thời gian sửa chữa: 9 ngày.
- Tổng thời gian công nhân đợc nghỉ: 70 ngày.
- Tổng thời gian công nhân làm việc trong năm: 295 ngày.
- ở công đoạn này công nhân làm việc một ngày 2 ca, mỗi
ca 8 tiếng.
- Số ca làm việc trong năm là: 295x2 = 590 ca.
- Số giờ làm việc là: 4720 giờ.
Công đoạn nghiền ủ:
- ở công đoạn này công nhân không nghỉ chủ nhật, mỗi
ngày làm việc 2 ca, mỗi ca 8 tiếng.
- Trong năm sửa chữa, bảo dỡng là: 55 ngày.
- Tổng các ngày nghỉ lễ tết: 10 ngày.
- Tổng số ngày làm việc trong năm: 300 ngày.
Lịch làm việc:

Khâu đóng bao:
Số ngày
Sửa
Nghỉ
Các
Ngày
Ca/năm
trong năm chữa chủ nhật ngày lễ làm việc

365
9
51
10
295
590

Số ngày
trong năm
365


Sửa
chữa
50

Nghỉ
chủ nhật
0

Giờ/năm
4720

Công đoạn nghiền ủ xi măng:
Các
Ngày
Ca/năm Giờ/năm
ngày lễ làm việc
10
300

600
4800
Phân xởng nung luyện:
22


Số ngày
trong năm
365

Sửa
chữa
49


Phân xởng sấy
Phân xởng khác

Nghỉ
chủ nhật
0

Các
ngày lễ
6

Ngày
làm việc
310

Ca/năm

Giờ/năm

930

7440

Phân xởng chuẩn bị phối liệu:
Sửa chữa Ngày lễ
Ngày
Ca/năm Giờ/năm
làm việc
45
10
930
740
Xylô phối liệu đồng 310
nhất
45
10
310
620
4960

II. Tính cân bằng vật chất.

1.) Tính cân bằng vật chất choCấp
phânliệu
xởng

vít lò nung:
* Sơ đồ dây chuyền công nghệ :
Vít tải phối liệu đồng nhất

Gỗu nâng phối liệu đồng nhất

Bunke

Vít định lợng

Nứoc

Trộn hai trục làm ẩm

Nứoc

Máy vê viên

Băng tải cao su

23


Máy rải liệu

Lò nung

Ghi quay

Băng tải xích

Máy đập hàm

Gầu tải 1

Băng tải cào
Theo yêu cầu thiết kế công suất nhà máy là 80000 T clinke/năm.
Xylôclinke
clinkeQ = 10800 ( T/n ). Gọi K I là
Đây chính là lợng Clinke trong xylô
lợng hao hụt ở khâu thứ i thì lợng vật liệu đa vào trớc khâu i là:
Qi = Q( i 1) .

100
100 K i

1. Khối lợng Clinke trớc băng tải cào ( hao hụt ở băng tải cào là K 1
= 0,05% ):
Q1 = Q0

100
100
= 80000.
= 80040(T .clinke / n)
100 K 1
100 0,05

2. Khối lợng Clinke trớc gầu tải ( 1 ) ( hao hụt ở gầu tải ( 1 ) là K 2
= 0,05% ):
Q2 = Q1 .

100
100
= 80040.
= 80080,1(T .Clinke / n)
100 K 2
100 0,05

24


3. Khối lợng Clinke trớc máy kẹp hàm ( hao hụt ở máy kẹp hàm là
K3 = 0,3% ):
Q3 = Q2 .

100
100
= 80080,1.
= 80321,1(T .Clinke / n)
100 K 3
100 0,3

4. Khối lợng Clinke trớc ghi quay ( hao hụt ở băng tảI xích + ghi
quay là K4 = 0,05%):
Q4 = Q3 .

100
100
= 80321,1.
= 80361,3(T .Clinke / n)

100 K 4
100 0,05

5. Khối lợng viên phối liệu cho vào nung:
Q5 = Q4 .

100
100
100
100
.
.
.
100 K 5 100 MKN 100 w 100 f

Trong đó: K5 : hao hụt trong lò nung
Lấy k5 = 2,5%
w : Độ ẩm của viên liệu
Chọn w = 13%
f : Phế phẩm khi nung, lấy theo kinh nghiệm.
f = 3%
MKN = 41,6397%
Q5 = 80361,3.

100
100
100
100
.
.

.
= 167353,2(T / n)
100 2,5 100 41,6397 100 13 100 3

6. Khối lợng phối liệu trớc băng tải cao su ( hao hụt ở băng tải cao
su là k6 = 0,05% ):
Q6 = Q5 .

100
100
= 167353,2.
= 167436,9(T / n)
100 k 6
100 0,05

7. Khối lợng bột phối liệu ẩm đa vào máy vê viên
Q7 = Q6 .

100
100
.
100 k 7 100 + w

Trong đó: k7 : Hao hụt ở máy vê viên, lấy k7 = 0,1%
w : Lợng ẩm đa vào máy vê viên.
Có: độ ẩm viên liệu = 13%; độ ẩm bột liệu đa vào tai thiết
bị trộn 2 trục, bột liệu đợc làm ẩm tới 8,5%
w = 13 8,5 = 4,5%
Q7 = 167436,9.

100
100
.
= 160387,1(T / n)
100 0,1 100 + 4,5

8. Khối lợng bột phối liệu khô đa vào máy trộn 2 trục làm ẩm:
Q8 = Q7 .

100
100
.
100 k 8 100 + w

25