Nghiên cứu ảnh hưởng của một số đặc điểm kỹ thuật của bột xi măng đến năng suất máy đóng bao kiểu quay bán tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------HOÀNG TRƯỜNG SƠN

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ KỸ
THUẬT CỦA BỘT XI MĂNG TỚI NĂNG SUẤT MÁY ĐÓNG BAO
KIỂU QUAY BÁN TỰ ĐỘNG

Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS.TS. NGUYỄN THỊ NGỌC LÂN

Hà Nội – Năm 2011


MỤC LỤC

Trang
LỜI CAM ĐOAN…………………………………………………………….

3

DANH MỤC CÁC BẢNG…………………………………………………...

4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ……………………………………..

5

MỞ ĐẦU……………………………………………………………………… 5
Chương 1 – TỔNG QUAN…………………………………………………..

9

1.1. Khái niệm về chất kết dính vô cơ và xi măng...........................................

9

1.2. Quy trình sản xuất xi măng ......................................................................

12

1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới trong lĩnh vực đóng
bao xi măng ………………………………………………………………….

16

1.4. Kết luận chương 1……………………………………………………….

17

Chương 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ ĐẶC
TÍNH KỸ THUẬT CỦA XI MĂNG ĐẾN NĂNG SUẤT MÁY ĐÓNG BAO
KIỂU QUAY………………………………………………………….

18

2.1. Các phương pháp đóng bao xi măng……………………………………

18

2.1.1. Máy đóng bao hở................................................................................

19

2.12. Máy đóng bao van kiểu nạp liệu bằng trục vít………………………

20

2.1.3. Máy đóng bao kiểu cánh guồng ly tâm ……………………………..

22

2.2. Cơ sở lý thuyết trạng thái lỏng giả (tầng sôi) của lớp vật liệu dạng bột..

28

2.3. Điều kiện lỏng giả của hạt xi măng……………………………………..

31

2.4. Cơ sở lý thuyết về các máy vận chuyển chất lỏng giả bằng cánh ly tâm

34

2.4.1. Những phương trình cơ bản của máy cánh ly tâm…………………..

35

2.4.2. Công suất và hiệu suất của máy……………………………………..

41

2.4.3. Lưu lượng của máy cánh ly tâm……………………………………..

42

2.5. Năng suất máy đóng bao bột xi măng…………………………………..

43

1


2.6. Kết luận chương 2………………………………………………………

44

Chương 3 - THỰC NHGIỆM KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ
THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA BỘT XI MĂNG ĐẾN NĂNG SUẤT CỦA
MÁY ĐÓNG BAO KIỂU QUAY…………………………………………..

45

3.1. Mục đích thí nghiệm.................................................................................

45

3.2. Trang thiết bị thí nghiệm bằng phương pháp chạy khảo nghiệm.............

47

3.2.1. Nguyên liệu phục vụ thí nghiệm.........................................................

47

3.2.2. Trang thiết bị thực nghiệm……………………………………………

48

3.2.3. Các thiết bị cân đo định lượng………………………………………..

49

3.2.Tiến hành khảo nghiệm..............................................................................

52

3.2.1. Thí nghiệm ảnh hưởng của tốc độ khí nén đến năng suất đóng bao..

52

3.2.2. Thí nghiệm ảnh hưởng của nhiệt độ đến năng suất máy đóng bao .....

55

3.2.3. Thí nghiệm ảnh hưởng của độ ẩm đến máy đóng bao kiểu quay........

56

3.3. Kết luận chương 3....................................................................................

58

Chương 4-KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………

60

LỜI CẢM ƠN..................................................................................................

61

TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................

62

2


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và
chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình khác, trừ những phần tham
khảo đã được ghi rõ trong luận văn.
Tác giả

Hoàng Trường Sơn

3


DANH MỤC CÁC BẢNG
TT

Tên bảng

Trang

1

Thông số kỹ thuật Loadcell

49

2

Ảnh hưởng của tốc độ xục khí đến năng suất đóng bao

53

3

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến năng suất đón bao

55

4

Ảnh hưởng của độ ẩm đến năng suất đóng bao

57

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
TT

Tên hình vẽ, đồ thị

Trang

1

1.1. Thiết bị dưới đáy si lô

15

2

1.2. Sơ đồ bố trí thiết bị khu vực đóng bao

16

3

2.1. Máy đóng bao hở

20

4

2.2. Máy đóng bao trục vít

21

5

2.3. Máy đóng bao cánh guồng ly tâm

23

6

2.4. Cánh guồng ly tâm nạp liệu

25

7

2.5. Van điều tiết

25

8

2.6. Máy đóng bao bằng cánh guồng ly tâm, bán tự động 08

26

vòi
9

2.7. Máy đóng bao kiểu quay nạp liệu bằng cánh guồng

27

10

2.8. Máy đóng bao kiểu quay nạp liệu bằng khí nén

27

11

2.9. Sự phụ thuộc giữa trở lực giữa lớp hạt và không khí

29

12

2.10. Quan hệ phụ thuộc giữa chuẩn Ly đối với hạt rắn ở

30

trạng thái lỏng giả
13

2.11. Sơ đồ bánh động của bơm ly tâm

35

14

2.12. Sơ đồ cấu tạo quạt

35

15

2.13. Sự phân bố tốc độ tại một số tiết diện kiểm tra

35

4


16

2.14. Các tam giác tốc độ

38

17

2.15. Bơm cánh guồng nạp liệu

42

18

3.1. Mô hình thực nghiệm tại nhà máy xi măng Sông Thao

46

19

3.2. Mô hình thực nghiệm tại Viện nghiên cứu Cơ khí

46

20

3.3. Mô đun cân

47

21

3.4. Máy đóng bao 08 vòi

48

22

3.5. Cân đo độ ẩm

49

23

3.6. Đồng hồ hiển thị

49

24

3.7. Cảm biến trọng lượng

50

25

3.8. Thiết bị đo lưu lượng khí

51

26

3.9. Quan hệ giữa tốc độ xục khí trong khoang trộn và năng

54

suất máy đóng bao
27

3.10. Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến năng suất máy đóng

56

bao
28

3.11. Sự ảnh hưởng của độ ẩm đến năng suất máy đóng bao

5

58


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây nước ta trong quá trình công nghiệp hóa và hiện
đại hóa, trong đó xây dựng cơ sở hạ tầng là một yêu cầu quan trọng. Đồng thời cùng
với tốc độ đô thị hóa, mức sống của người dân tăng cao nhu cầu về nhà ở càng trở
lên cấp thiết dẫn đến nhu cầu về xi măng _chất kết dính thủy lực truyền thống ngày
càng tăng.
Theo tính toán của Hiệp hội xi măng Việt Nam, nhu cầu xi măng trong nước
của nước ta năm sau tăng trung bình từ 9-10% so với năm trước và dự tính năm
2011 nhu cầu gồm tiêu thụ trong nước và một phần xuất khẩu đạt khoảng 56÷57
triệu tấn. Để đáp ứng như cầu cấp thiết đó, rất nhiều nhà máy đã được xây dựng và
hàng năm lại có nhiều nhà máy xi măng ra đời. Xi măng thương phẩm được xuất ra
hai dạng: dạng rời dùng cung cấp cho các hộ tiêu thụ trực tiếp như các công trình
thủy điện, trạm trộn bê tông, cơ sở bê tông đúc sẵn...và các trạm trung chuyển
chiếm từ 10÷20% sản lượng; dạng đóng bao dùng để lưu kho dự trữ, bán cho các
đại lý nhỏ cung cấp cho các hộ tiêu thụ nhỏ, vùng sâu vùng xa...chiếm phần sản
lượng còn lại. Do đó, máy đóng bao xi măng là thiết bị không thể thiếu trong hệ
thống đóng bao xi măng của nhà máy xi măng hiện đại cũng như trong các trạm
trung chuyển xi măng.
Vì công đoạn đóng bao với vật liệu xi măng có những đặc tính kỹ thuật khác

nhau tại các môi trường khác nhau nên khi đưa thiết bị đóng bao vào hoạt động đã
xảy ra rất nhiều vấn đề ảnh hưởng đến năng suất quá trình đóng bao và làm ảnh
hưởng đến năng suất và hiệu quả kinh tế toàn nhà máy.
Xuất phát từ những đặc điểm và tình hình trên tác giả đã chọn đề tài: “
Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kỹ thuật của bột xi măng tới năng suất
máy đóng bao kiểu quay bán tự động” nhằm xác định liên hệ giữa các thông số kỹ
thuật của bột xi măng với năng suất máy đóng bao. Từ đó nâng cao năng suất máy
đóng bao.
6


2. Đối tượng, mục đích, nội dung và phương pháp nghiên cứu
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là một số thông số kỹ thuật của bột xi măng
tới năng suất máy đóng bao kiểu quay bán tự động.
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm.
2.2. Mục đích nghiên cứu
Xác định được mối liên hệ giữa các thông số kỹ thuật của chính của bột xi
măng (kích thước hạt, khối lượng riêng, thành phần hóa học, độ ẩm, nhiệt độ) và
năng suất máy đóng bao, từ đó nâng cao năng suất máy đóng bao.
Dùng làm tài liệu tham khảo cho sản xuất và nghiên cứu
2.3. Nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về đóng bao xi măng, ảnh hưởng của một số
thông số kỹ thuật của xi măng đến năng suất máy đóng bao xi măng.
Nghiên cứu thực nghiệm: Thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của một số thông
số kỹ thuật của xi măng là đặc tính bột, nhiệt độ, độ ẩm của xi măng đến năng suất
máy đóng bao.
2.4. Phương pháp nghiên cứu
Đề tài được thực hiện bằng phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết hợp với
thực nghiệm:

- Các phương pháp đóng bao bột xi măng
- Phân tích động học và động lực học của xi măng.
- Khảo nghiệm và xử lý số liệu khảo nghiệm.
- Phân tích và đánh giá kết quả khảo nghiệm.
3. Ý nghĩa của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
Ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật của bột xi măng tới khả năng đóng bao
bằng máy nói chung và khả năng đóng bao sử dùng cánh guồng ly tâm (kiểu quay)
7


nói riêng đã và đang được nhiều hãng sản xuất của nước ngoài quan tâm nghiên cứu
và ứng dụng. Những kết quả nghiên cứu đó đã trở thành bí quyết riêng của hãng sản
xuất, được tích hợp vào sản phẩm và nâng giá trị của sản phẩm lên rất cao. Ở Việt
Nam, nghiên cứu sự ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật của bột xi măng đến khả
năng đóng bao bằng máy thì chưa có công trình nghiên cứu nào về lĩnh vực này
được công bố. Đề tài với nội nghiên cứu những thông số kỹ thuật cơ bản của bột xi
măng là: đặc tính bột, nhiệt độ, độ ẩm của lớp bột đến khả năng và năng suất máy
đóng bao bằng máy dùng cánh guồng ly tâm có ý nghĩa khoa học và phù hợp với
hướng nghiên cứu của khoa học và công nghệ của các nước trên thế giới.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kỹ thuật của bột xi măng
tới năng suất của máy đóng bao kiểu quay bán tự động sẽ là cơ sở để thiết kế chế
tạo các máy đóng bao xi măng, các máy đóng bao các dạng bột tương tự ở trong
nước, mang lại hiệu quả và lợi ích kinh tế lớn.
Kết quả nghiên cứu được khảo nghiệm và ứng dụng vào thực tế sản xuất tại
nhà máy Xi măng Sông Thao và ứng dụng chế tạo một mô đun đóng bao xi măng
bán tự động tại Viện Nghiên cứu Cơ khí.
Nội dung luận văn bao gồm:
Chương 1 : Tổng quan.

Chương 2 : C¬ së lý thuyÕt vÒ sự ảnh hưởng của một số thông số kỹ thuật
của bột xi măng đến khả năng và năng suất của máy đóng bao xi măng tự động
Chương 3 : Thực nghiệm khảo sát sự ảnh hưởng của một số thông số kỹ
thuật của bột xi măng tới khả năng và năng suất máy đóng bao kiểu quay bán tự
động bằng thực nghiệm.

8


Chương 1 - TỔNG QUAN
1.1. Khái niệm về chất kết dính vô cơ và xi măng
Chất kết dính vô cơ là loại vật liệu thường ở dạng bột, khi nhào trộn với
nước hoặc các dung môi khác thì tạo thành loại hồ dẻo, dưới tác dụng của quá trình
hóa lý tự nó có thể rắn chắc và chuyển sang trạng thái đá. Do khả năng này
của chất kết dính vô cơ mà người ta sử dụng chúng để gắn các loại vật liệu rời
rạc (cát, đá, sỏi) thành một khối đồng nhất trong công nghệ chế tạo bê tông, vữa
xây dựng, gạch silicat, các vật liệu đá nhân tạo không nung và các sản phẩm xi
măng amiăng.
Có loại chất kết dính vô cơ không tồn tại ở dạng bột như vôi cục, thủy tinh
lỏng. Có loại khi nhào trộn với nước thì quá trình rắn chắc xảy ra rất chậm như
chất kết dính magie, nhưng nếu trộn với dung dịch MgCl2 hoặc MgSO4 thì
quá trình rắn chắc xảy ra nhanh, cường độ chịu lực cao
Căn cứ vào môi trường rắn chắc, chất kết dính vô cơ được chia làm 3 loại:
chất kết dính rắn trong không khí, chất kết dính rắn trong nước và chất kết dính rắn
trong Ôtôcla.
Chất kết dính vô cơ rắn trong không khí
Chất kết dính vô cơ rắn trong không khí là loại chất kết dính chỉ có thể rắn
chắc và giữ được cường độ lâu dài trong môi trường không khí.
Chất kết dính vô cơ rắn trong nước
Chất kết dính vô cơ rắn trong nước là loại chất kết dính không những có

khả năng rắn chắc và giữ được cường độ lâu dài trong môi trường không khí mà
còn có khả năng rắn chắc và giữ được cường độ lâu dài trong môi trường nước.
Về thành phần hoá học chất kết dính rắn trong nước là một hệ thống phức
tạp bao gồm chủ yếu là liên kết của 4 oxyt CaO-SiO2-Al2O3-Fe2O3. Các liên kết đó
hình thành ra 3 nhóm chất kết dính chủ yếu sau :
(1)

Xi măng Silicat : các khoáng chủ yếu là Silicat canxi (đến 75%).

Trong nhóm này gồm có xi măng pooc lăng và các chủng loại của nó (nhóm
chất kết dính chủ yếu trong xây dựng)
9


(2)

Xi măng alumin: Aluminat canxi là các khoáng chủ yếu của nó.

(3)

Vôi thuỷ và xi măng La mã.

Chất kết dính rắn trong Ôtôcla
Bao gồm những chất có khả năng trong môi trường hơi nước bão hoà có

nhiệt độ 175 200C và áp suất 8 12 atm để hình thành ra “đá xi măng“. Chất kết

dính này có 2 thành phần chủ yếu là CaO và SiO2. Ở điều kiện thường chỉ có CaO
đóng vai trò kết dính nhưng trong điều kiện ôtôcla thì CaO tác dụng với SiO2
tạo thành các khoáng mới có độ bền nước và khả năng chịu lực cao. Các chất kết

dính thường gặp trong nhóm này là: chất kết dính vôi silic; vôi tro; vôi xỉ, ...
Trong các nhóm xi măng trên, xi măng pooc lăng (nhóm silicat) chiếm thị
phần chủ yếu của thị trường xi măng Việt Nam và nhu cầu ngày càng tăng trong
những năm tiếp theo. Nguyên nhân là do loại xi măng này đơn giản trong sử dụng
kết hợp với trong nước có nhiều địa phương có khoáng sản phù hợp với việc xây
dựng nhà máy sản xuất, cùng với việc ứng dụng rộng rãi quy trình xi măng lò quay
giúp giảm chi phí, tăng chất lượng sản phẩm dẫn đến sự phổ biến của loại xi măng
này. Đề tài lựa chọn xi măng pooc lăng là nguyên liệu khảo nghiệm vì sự thuận tiện
cho việc khảo cứu và áp dụng kết quả của đề tài.
Xi măng pooc lăng là chất kết dính rắn trong nước, chứa khoảng 70 - 80%
silicat canxi nên còn có tên gọi là xi măng silicat. Nó là sản phẩm nghiền mịn
của clinke với phụ gia đá thạch cao (3 - 5%).Đá thạch cao có tác dụng điều chỉnh
tốc độ đông kết của xi măng để phù hợp với thời gian thi công.
Clinke thường ở dạng hạt có đường kính 10 - 40 mm được sản xuất bằng
cách nung hỗn hợp đá vôi, đất sét và quặng sắt đã nghiền mịn đến nhiệt độ kết khối
(khoảng 1450oC).Chất lượng clinke phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, hóa học
và công nghệ sản xuất. Tính chất của xi măng do chất lượng clinke quyết định.
10


Thành phần hóa học của clinke biểu thị bằng hàm lượng (%) các oxyt có
trong clinke, giao động trong giới hạn sau:
CaO: 63 - 66%; Al2O3: 4 - 8%; SiO2: 21 - 24%; Fe2O3: 2 - 4%.
Ngoài ra còn có một số oxyt khác như MgO; SO3; K2O; Na2O;
TiO2;Cr2O3; P2O5,... Thành phần hóa học của clinke thay đổi thì tính chất của xi
măng cũng thay đổi. Trong quá trình nung đến nhiệt độ kết khối các oxyt chủ yếu
kết hợp lại tạo thành các khoáng vật silicat canxi, aluminat canxi, alumôferit canxi
ở dạng cấu trúc tinh thể hoặc vô định hình.
Clinke có 4 khoáng vật chính như sau :
Alit : silicat canxi 3CaO.SiO2 ( viết tắt là C3S). chiếm hàm lượng 45 - 60%

trong clinke.Alit là khoáng quan trọng nhất của clinke, nó quyết định cường độ và
các tính chất khác của xi măng. Đặc điểm làt tốc độ rắn chắc nhanh, cường độ cao,
tỏa nhiều nhiệt, dễ bị ăn mòn.
Bêlit : silicat canxi 2CaO.SiO2 (viết tắt là C2S). Chiếm hàm lượng 20 - 30%
trong clinke. Bêlit là khoáng quan trọng thứ hai của clinke. Đặc điểm là rắn chắc
chậm nhưng đạt cường độ cao ở tuổi muộn, tỏa nhiệt ít, ít bị ăn mòn.
Aluminat canxi : 3CaO.Al2O3 (viết tắt là C3A ). Chiếm hàm lượng 4 - 12 %
trong clinke. Đặc điểm là rắn chắc rất nhanh nhưng cường độ rất thấp, tỏa nhiệt rất
nhiều và rất dễ bị ăn mòn.
Feroaluminat canxi : 4CaO.Al2O3.Fe2O3 ( viết tắt là C4AF ). Chiếm hàm
lượng 10 - 12% trong clinke. Đặc điểm là tốc độ rắn chắc, cường độ chịu lực,
nhiệt lượng tỏa ra và khả năng chống ăn mòn đều trung bình.
Ngoài các khoáng vật chính trên trong clinke còn có một số thành phần
khác như CaO; Al2O3; Fe2O3; MgO; K2O và Na2O, tổng hàm lượng các thành
phần này khoảng 5-15% và có ảnh hưởng xấu đến tính chất của xi măng làm cho xi
măng kém bền nước.Khi hàm lượng các khoáng thay đổi thì tính chất của xi măng
cũng thay đổi theo.
Các thành phần hóa học của xi măng pooc lăng ảnh hưởng đến quá trình
đóng bao bằng máy:
11


Xi măng sau khi nghiền được bảo quản xi lô bảo quản, gặp hơi nước trong
không khí sẽ sảy ra các phản ứng như sau
C3S (Tricalcium Silicate) : khi gặp nước xảy ra quá trình tác dụng nhanh của
khoáng Alit với nước và đạt độ bền cực đại ngay trong giai đoạn đầu của quá trình
hydrat hóa:
2C3S + 6H2O → C3S2H3 + 3Ca(OH)2
C2S (Dicalcium Silicate) : Khi Ca(OH)2 tách ra từ Alit, khoáng Belit sẽ thủy
phân chậm hơn và giải phóng ít Ca(OH)2 hơn

2C2S + 4H2O → C3S2H3 + Ca(OH)2
C3A (tricalcium Aluminate) : hydrat hóa tạo khoáng Ettringite dạng tinh thể
hình kim được hình thành với lượng lớn nhờ pha aluminate phản ứng với thạch cao
lấp đầy các không gian rỗng cho đá xi măng cường độ cao.
C3A + 6H2O → 3C3AH6 (đóng rắn nhanh)
C4AF (Tetracalcium Aluminoferrite ) : Thời gian bắt đầu đông kết của xi
măng phụ thuộc vào hàm lượng của pha ferrite trong thành phần của xi măng
C4AF + CaSO4.2H2O + CaOH)2 → 3CaO(Al2O3,Fe2O3).3CaSO4
Đá xi măng có cấu trúc đặc khít và các không gian rỗng đã được lấp đầy
bằng ettringite, hiđroxit sắt, hiđroxit nhôm, pha tạo gen của silicat canxi ngậm
nước.
1.2. Quy trình công nghệ sản xuất xi măng
Nguyên liệu sản xuất
Nguyên liệu sản xuất clinke là đá vôi có hàm lượng canxi lớn như đá vôi
đặc, đá phấn, đá macnơ và đất sét. Trung bình để sản xuất 1 tấn xi măng cần
khoảng 1,5 tấn nguyên liệu. Tỷ lệ giữa thành phần đá vôi và đất sét vào khoảng 3/1
Ngoài hai thành phần chính là đá vôi và đất sét người ta có thể cho thêm
vào thành phần phối liệu các nguyên liệu phụ để điều chỉnh thành phần hóa
học,nhiệt độ kết khối và kết tinh của các khoáng.
Quá trình sản xuất xi măng gồm các công đoạn chuẩn bị phối liệu, nung và
nghiền.
12


Chuẩn bị phối liệu
Gồm có khâu nghiền mịn, nhào trộn hỗn hợp với tỷ lệ yêu cầu để đảm bảo
cho các phản ứng hóa học được xảy ra và clinke có chất lượng đồng nhất.
Thông thường có hai phương pháp chuẩn bị phối liệu: Khô và ướt.
Phương pháp khô: Khâu nghiền và trộn đều thực hiện ở trạng thái khô hoặc
đã sấy trước. Đá vôi và đất sét được nghiền và sấy đồng thời cho đến độ ẩm 1-2%

trong máy nghiền bi. Sau khi nghiền, bột phối liệu được đưa vào xi lô để kiểm
tra hiệu chỉnh lại thành phần và để dự trữ đảm bảo cho lò nung làm việc liên tục.
Phương pháp ướt: Đất sét được máy khuấy tạo huyền phù sét, đá vôi được
đậpnhỏ rồi cho vào nghiền chung với đất sét ở trạng thái lỏng (lượng nước
chiếm 35-45%) trong máy nghiền bi cho đến khi độ mịn đạt yêu cầu. Từ máy
nghiền hỗn hợp được bơm vào bể bùn để kiểm tra và điều chỉnh thành phần trước
khi cho vào lò nung.
Nung
Quá trình nung phối liệu được thực hiện chủ yếu trong lò quay. Nếu nguyên
liệu chuẩn bị theo phương pháp khô có thể nung trong lò đứng. Lò quay là ống trụ
bằng thép đặt nghiêng 3-4o, trong lót bằng vật liệu chịu lửa Chiều dài lò 95-185m,
đường kính 5-7m.
Lò quay làm việc theo nguyên tắc ngược chiều. Hỗn hợp nguyên liệu được
đưa vào đầu cao, khí nóng được phun lên từ đầu thấp.Khi lò quay, phối liệu được
chuyển dần xuống và tiếp xúc với các vùng có nhiệt độ khác nhau, tạo ra những
quá trình hóa lý phù hợp để cuối cùng hình thành clinke. Tốc độ quay của lò 1 - 2
vòng/phút.
Clinke khi ra khỏi lò ở dạng màu sẫm hoặc vàng xám được làm nguội
từ 10000C xuống đến 100 - 2000C trong các thiết bị làm nguội bằng không
khí rồi giữ trong kho 1- 2 tuần.
Nghiền
Việc nghiền clinke thành bột mịn được thực hiện trong máy nghiền bi làm
việc theo chu trình hở hoặc chu trình kín. Máy nghiền bi là ống hình trụ bằng thép
13


bên trong có những vách ngăn thép để chia máy ra nhiều buồng. Máy nghiền
loại lớn có kích thước 3,95 x 11 m (năng suất 100T/giờ) và 4,6 x 16,4 m (năng suất
135 T/giờ)
Clinke được nghiền dưới tác dụng của bi thép hình cầu (nghiền thô) và bi

thép hình trụ (nghiền mịn). Khi máy quay bi thép được nâng lên đến một độ cao
nhất định rồi rơi xuống va đập và trà sát làm vụn hạt vật liệu (clinke, thạch cao và
phụ gia).
Xi măng sau khi nghiền có nhiệt độ 80 - 1200C được hệ thống vận chuyển
bằng khí nén đưa lên xilô. Xilô là bể chứa bằng bê tông cốt thép đường kính 8 -15
m, cao 25 - 30m, những xi lô lớn có thể chứa được 4000 - 10000 tấn xi măng.
Xi măng trong xi lô có đặc tính kỹ thuật sau:
+ Cỡ hạt: 1÷50µm chiếm 90%, lớn hơn 50 µm chiếm 10%
+ Độ ẩm: 0÷1%
+ Tỉ trọng 1100 kg/m3
Thành phần:
+ Alit: 3CaO.SiO2 ( viết tắt là C3S). chiếm hàm lượng 45 - 60%
+ Bêlit : 2CaO.SiO2 (viết tắt là C2S). Chiếm hàm lượng 20 - 30%
+ Aluminat canxi : 3CaO.Al2O3 (viết tắt là C3A ). Chiếm hàm lượng 4 - 12 %
+ Feroaluminat canxi : 4CaO.Al2O3.Fe2O3 ( viết tắt là C4AF ). Chiếm hàm
lượng 10 - 12% .
Xuất xi măng
Từ đáy xilô xi măng được suất theo theo hai đường chính là xuất trực tiếp lên
xe téc (xi măng dời) và là đóng bao. Xi măng chứa trong xi lô 1 (hình 1.1) được rút
ra ngoài qua hệ thống máng khí động 2 vào bun ke cân 3, từ đây xi măng được xuất
theo máng khí động 4 trực tiếp lên xe téc hay theo máng khí động 5 đến gầu nâng
sang khu vực máy đóng bao. Tại khu vực đóng bao (hình 1.2) xi măng được gầu
nâng 1 trút xuống sàng rung 2 (nơi loại bỏ rác và các hạt quá cỡ), từ sàng rung xi
măng được trút xuống bun ke cân 3, qua các van 4 xi măng được đưa xuống máy
đóng bao 5.
14


Do lượng xi măng đóng bao dùng để lưu kho dự trữ, cung cấp cho các hộ
tiêu thụ nhỏ chiếm từ 80-90% sản lượng của nhà máy và bao xi măng phải đảm bảo

những yêu cầu kỹ thuật nhất định (ví dụ TCVN 2682-1999) nên máy đóng bao là
một trong những thiết bị quan trọng nhất của nhà máy sản xuất xi măng. Việc lựa
chọn máy đóng bao và năng suất máy ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và hiệu quả
kinh tế của toàn nhà máy.

Hình 1.1: Thiết bị dưới đáy si lô
1. Si lô xi măng; 2.Máng khí động; 3. Bun ke cân; 4. Máng khí động; 5.Máng khí
động
15


Hình 1.2: Sơ đồ bố trí thiết bị khu vực đóng bao
1.Gầu nâng, 2. sàng rung, 3. Bunke cân, 4. Van, 5. Máy đóng bao,
6. Thiết bị thu bụi
1.3. Tỡnh hỡnh nghiờn cu trong nc v trờn th trong lnh vc úng bao xi
mng
Trên thế giới tại các nớc công nghiệp phát triển hệ thống đóng bao xi măng
đã đạt tới trình độ cao về công nghệ thiết bị, năng suất và đạt độ chính xác 150g/
bao 50kg. Có những hãng chuyên sản xuất dây chuyền đóng bao nói chung và máy
đóng bao nói riêng loại nhiều vòi phù hợp với dây chuyền cỡ trung bình và lớn nh:
máy 6 vòi, 8 vòi 12 vòi. Xét theo cách bố trí các vòi có các loại máy nh: Hãng
AMEO-V của Ventomatic, kiểu bố trí các vòi trên đờng thẳng, do bị hạn chế số
vòi, tăng diện tích nhà xởng nên hạn chế sử dụng. Máy của hãng Haver Boecker (H
& B ) Đức, các mô đun cân bố trí theo vòng tròn ( máy đóng bao ROTO PARKER)
khắc phục đợc nhợc điểm trên. Theo nguyên lý nạp liệu vào bao thì có nạp bao
kiểu cánh guồng (kiểu quay) và nạp liệu bằng khí nén. Theo kiểu vỏ bao thì có máy
đóng bao kiểu hở và kiểu bao van, máy kiểu bao van (valve bag) thông dụng hơn.
16

Xét theo kiểu cân thì có cân cơ và cân điện tử, kiểu cân điện tử u việt hơn nhiều so
với kiểu cân cơ chế tạo thuận lợi và kích thớc gọn. Xét theo mức tự động hóa thì có
máy tự động hóa hoàn toàn và máy bán tự động (nạp bao bằng tay).
Trong gần 20 năm qua nớc ta nhập hàng chục dây chuyền thiết bị toàn bộ xi
măng lò quay với công suất khác nhau: phổ biến loại công suất: 1,4 triệu tấn/năm, 2
triệu tấn /năm. Ngành Cơ khí nớc ta đã tham gia tổng lắp đặt cả dây chuyền, chế
tạo sản phẩm kết cấu và các thiết bị đơn giản. Song công việc chế tạo, lắp đặt đợc
làm theo sự hớng dẫn của chuyên gia nớc ngoài. Với điều kiện kinh tế, khẳ năng
công nghệ, điều kiển ở nớc ta thì lựa chọn việc nghiên cứu máy đóng bao nạp liệu
kiểu cánh guồng (kiểu quay) cân điện tử bán tự động là khả thi và phù hợp hơn cả.
Viện IMI và Viện Nghiên cứu Cơ khí đã thiết kế máy đóng bao kiểu quay, song
cũng chỉ mới dừng ở khâu thiết kế bớc đầu thử nghiệm chế tạo. Việc nghiên cứu
tổng thể đặc tính kỹ thuật của xi măng trong điều kiện cụ thể ảnh hởng đến năng
suất của máy đóng bao kiểu quay để tạo cơ sở cho việc chế tạo trong nớc thì cha
đợc tiến hành.
1.4. Kt lun chng 1
Cựng vi s phỏt trin nhu cu xi mng núi nc ta ngy cng tng.
ỏp ng nhu cu ú cỏc nh mỏy xi mng c v mi u phi quan tõm n vic
nõng cao nng sut nh mỏy. Vic tng nng sut khụng th b qua khõu úng bao
v thit b quan trng nht trong khõu ny l mỏy úng bao.
Xi mng núi chung v xi mng pooc lng núi riờng vi nhng thụng s k
thut riờng, nõng cao nng sut úng bao ũi hi mỏy úng bao phi cú c im
cu to riờng cựng vi ch vn hnh riờng bit. T yờu cu ci tin nõng cao
nng sut v thit k, ch to mỏy úng bao trong nc vn nghiờn cu nh
hng ca cỏc thụng s k thut ca xi mng n nng sut mỏy úng bao cng tr
lờn cp thit.

17

Chng 2 - C S Lí THUYT V NH HNG CA MT
S C TNH K THUT CA XI MNG N
NNG SUT MY ểNG BAO KIU QUAY

2.1. Cỏc phng phỏp úng bao xi mng
úng bao xi mng nhm mc ớch bo qun sn phm lõu di, gi v sinh,
nh lng sn phm v rt quan trng trong vic vn chuyn v tiờu th. Mỏy úng
bao xi mng l mỏy úng bao sn phm dng ri.
Trong úng bao núi chung v úng bao xi mng núi riờng, khõu nh lng
l khõu quan trng nht, phõn loi theo phng phỏp nh lng cn bn gm hai
dng: nh lng theo th tớch v nh lng theo khi lng.
nh lng theo th tớch c ỏp dng cho vt liu dng ri cú u im l
n gin, d ch to nhng chớnh xỏc khụng cao do nh hng ca c tớnh vt
liu. Cỏc c cu nh lng theo th tớch cú th dựng cỏc kt cu: kiu khoang, a,
vớt xon, mỏng co, bm
Ngy nay, cựng vi s phỏt trin ca k thut in t, vi nhiu loi cõn in
t (loadcell) vi chớnh xỏc v n nh cao ra i ó kt hp hai phng phỏp
úng bao theo th tớch v úng bao theo trng lng, giỳp tng hiu xut mỏy úng
bao v gii quyt nhc im ca phng phỏp nh lng theo th tớch ú l
chớnh xỏc khi úng bao. Tng quan cỏc mỏy úng bao gm cú ba c cu chớnh ú
l: c cu np liu vo bao, c cu cõn kim tra v c cu d bao hon thnh.
Căn cứ vào một số tiêu chí kỹ thuật chính, có thể chia thành các nhóm, dạng
sau:
Theo kiểu bao, có các loại đóng bao hở (open bag) và bao van (valve bag).
Với mỗi loại bao, có kết cấu kẹp bao, nạp liệu khác nhau. Với bao xi măng, chủ yếu
chỉ sử dụng bao van, là loại bao đã đợc làm kín sẵn cả hai đầu, chỉ còn một miệng
có đờng kính 50-70 mm, kết cấu hình ống đủ dài, dùng cho nạp xi măng vào và tự
khoá kín sau khi đẩy nhờ chính lực ép của khối xi măng từ bên trong bao ra miệng.
18

Theo phơng pháp nạp liệu vào bao: với loại bao van, ngời ta sử dụng 3
kiểu nạp liệu: kiểu cánh guồng ly tâm, kiểu vít và kiểu khí nén. Kiểu khí nén tiêu
thụ năng lợng ít hơn, nhng kết cấu đòi hỏi có những chi tiết chế tạo khó khăn, đặc
biệt trong điều kiện công nghệ của Việt Nam (ví dụ tấm đồng xốp thổi khí). Do vậy,
kiểu cánh guồng đợc dùng phổ biến hơn do cấu trúc máy đơn giản, dễ bảo trì hơn
máy dùng khí nén nạp liệu.
Theo số vòi: thờng có các loại 1, 3, 4, 6, 8, 10, 12, 16 vòi/máy. Máy có số
vòi 8-12 thích hợp với các dây chuyền xi măng cỡ trung bình và lớn, đồng thời suất
đầu t trên tấn sản phẩm lại thấp hơn (Hình 6).
Theo mức độ tự động hoá: có thể có các dạng hoàn toàn tự động, kể cả quá
trình nạp bao bằng máy, kết hợp điều khiển từ xa qua các thiết bị giám sát hiện đại
nhờ camera, SCADA. Dạng bán tự động trong đó có các quá trình nạp bao đợc thực
hiện bằng tay, tuy nhiên mọi nguyên công còn lại, kể cả giám sát hệ thống cũng
đều đợc tự động hoá hoàn toàn.
2.1.1. Mỏy úng bao h
Cấu tạo chung của một máy đóng bao bao hở nh (hình1) .Nguyên lý hoạt
động nhu sau: Liệu từ phễu cấp liệu trung gian qua máy cấp liệu kiểu rung 5 cấp
liệu đều vào phễu cân, lúc này van 8 đóng, khi cân đủ cân van 14 đóng, van 8 mở
nạp liệu vào phễu cấp từ phễu 9 nạp liệu vào bao. Khi thay đổi kích thớc bao, điều
chỉnh bằng cách thay đổi giá điều chỉnh 11.
Máy đóng bao hở dùng để đóng các hạt có kích thớc trung bình nh thức ăn
gia súc, gạo, hạt cafe...Tuy nhiên, do năng suất tháp, bụi lớn ảnh hởng nhiều đến
môi trơng, các máy đóng bao này chỉ phù hợp cho các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ .

19


1.Phễu chứa liệu trung
gian;2.Van chặn; 3. máng

dẫn liệu; 4,5.Cấp liệu kiểu
rung; 6. loadcell; 7. phễu
cân; 8. cửa chặn; 9. phễu
cấp liệu; 10. vòi cấp; 11.
giá điều chỉnh; 12. khung
máy; 13. tủ điều khiển; 14.
van chặn liệu rung

Hình 2.1 : Máy đóng bao hở

2.1.2. Mỏy úng bao van kiu np liu bng trc vớt
Máy đóng van nạp liệu bằng trục vít dùng để đóng các hạt có kích thớc
trung bình từ 50.10-6m đến 5.10-4 m nh thức bột đá, bột barit, thức ăn gia súc,bột cà
fe...
Nguyên lý cấu tạo (hình 2) và nguyên lý hoạt động tơng tự nh máy đóng
bao hở, chỉ khác cơ cấu nạp liệu vào bao bằng vít.
Khả năng đóng bao phụ thuộc rất nhiều vào độ ẩm của vật liệu, khi độ ẩm vật
liệu vợt quá 7% có hiện tợng bết dính, gây tắc vít nạp.
Các thông số chính:
Q năng suất trọng lợng(T/h); V năng suất thể tích; D đờng kính vít(m); t
bớc vít (m); =t/D (hệ số); trọng lợng rêng t/m3; hệ số điền đầy của vít; C
hệ số tính đến góc nâng so với phơng ngang; n số vòng quay/phút của vít
Đối với vít đặt ngang và nghiêng năng suất của trục vít

20


Q=V. = 60.

.D 2

4

.n...C (t/h)

(2.1)

Số vòng quay lớn nhất của vít có thể tính gần đúng
Với vật liệu nhẹ bụi, than, bột grapht.. ; n =
Với vật liệu nặng( than đá..)

60
D

45

n=

D

Với vật liệu hạt mài nặng, xi măng, cát.. n =

30
D

Hệ số điền đầy tiết diện ngang của vít nên dùng theo tính chất sau :
+Với vật liệu nặng (có mài) =0,125
+ Với vật liệu nặng (không mài) =0,25
+ Với vật liệu nhẹ (có mài) =0,32
+ Với vật liệu nhẹ (không mài) =0,4
Nếu vít tải để nghiêng ta có C ( hệ số góc nâng) góc nghêng

0o

C

1

5o
0,9

10o 15o
0,8

20o

0,7 0,65

Sau khi có các thông số cần thết ta chọn đờng kính sơ bộ của vít
D = 0,28. 3

Q
.n .C

Sau khi có D ta làm tròn và lấy theo têu chuẩn OCT 2037-65 vít tả làm
vệc nặng nếu đa vào n, phải đảm bảo D là lớn nhất.
Các thông số yêu cầu đã có ta đi tính trở lạ năng suất vít tải xem có đạt yêu
cầu không theo công thức sau
Q= 47.D3..n..C. (m3/h)
Cấu tạo chung của máy đóng bao bằng vít tải nh (hình 2)

21

(2.2)


Hình 2.2: Máy đóngbao kiểu trục vít
1_Phễu thu bụi; 2_Khung máy; 3_Cấp liệu kiểu rung; 4_Loadcell trọng lợng; 5_Phễu cân;
6_Van điện động; 7,8_phễu nạp; 9_Vít tải nạp liệu; 10_Đai; 11_động cơ;
12_Van chắn tay; 13_phêu

Năng suất đóng bao còn phụ thuộc chủ yếu vào năng suất hoạt động của vít
tải. Do nạp liệu bằng vít nên năng suất không cao (khoản 6-12 t/h) nên máy đóng
bao kiểu này phù hợp với các cơ sở sản xuất nhỏ.
2.1.3. Mỏy úng bao kiu cỏnh gung ly tõm
Mỏy úng bao s dng cỏnh gung ly tõm np liu c dựng ph bin
úng bao xi mng, bt ỏ, bt than vi nng sut cao t 8-25 tn/h gm cỏc bp
phn chớnh nh sau:

22


01. Cảm biến vị trí
02. Phễu cấp liệu
03. Lo xo đỡ trên
04. Bơm liệu
05. Van điều tiết
06. Vòi bơm
07.Lanh đẩy bao
08. Bộ phận điều

chỉnh vị trí bao trên
giá
09. Lò xo đỡ dới
10. Khung cân
11.Xi lanh kẹp bao
và báo trạng thái
12. Cảm biến trọng
lợng

Hình 2.3: Kết cấu một mô đun cân đóng bao của máy đóng bao bán tự động
Nguyên lý hoạt động
Vật liệu từ phễu cấp liệu 02 xuống khoang chứa của khung đế máy và cấp
vào bơm nạp liệu 04 gắn dới khoang chứa.
Động cơ truyền động nạp liệu qua bộ truyền đai dẫn động quay tới bánh
guồng nạp liệu của bơm nạp 04 (hình). Bánh guồng nạp liệu quay tròn bơm vật liệu
qua van điều tiết 05 (hình) và vòi bơm 06 vào bao chứa. Bao chứa đợc lồng vào vòi
bơm bằng tay do ngời công nhân hoặc tự động bằng máy nạp vỏ bao. Bao chứa vật
liệu đợc giữ chặt với vòi bơm bởi xi lanh kẹp bao 11 và đợc đỡ đáy bởi yên đỡ bao
của khung cân 10 trong quá trình nạp liệu. Khi bao đợc bơm đầy đạt đủ trọng
lợng, xi lanh kẹp bao 11 nhả ra, xi lanh đẩy tháo bao gá trên cụm khung đẩy yên
23


đỡ bao nghiêng ra phía ngoài máy đóng bao. Bao chứa với trọng lợng của nó sẽ
tuột ra khỏi vòi nạp liệu và rơi vào máy tháo bao đặt sau máy đóng bao và tiếp tục đi
theo dây chuyền. Sau khi bao rơi ra khỏi máy, xi lanh đẩy tháo bao kéo yên đỡ bao
về vị trí cũ để bắt đầu một chu trình cân-đóng bao mới. Xi lanh đẩy tháo bao lắp cố
định với khung cân qua một khớp quay và đầu cần xi lanh lắp cố định với yên đỡ
bao .
Toàn bộ xi lanh kẹp bao, vòi nạp liệu , yên đỡ bao đợc gắn trên khung cân

10. Khung cân đợc gắn với khung đế máy bằng bốn cụm lò xo khung cân . Bốn
cụm lò xo khung cân này chia hai, hai cụm lò xo trên và hai cụm lò xo dới. Lò xo
khung cân dạng thanh và đợc lắp đặt song song cùng hớng để khử hết các dao
động ngang, chỉ còn dao động theo một chiều dọc thẳng đứng. Để đo trọng lợng
bao, trên đỉnh khung cân có nối với cụm cảm biến trọng lợng 12. Khi bơm liệu vào
bao, dới tác động của dòng liệu, trọng lợng của vật liệu nằm trong bao sẽ sinh ra
các lực và các dao động. Nhờ lò xo khung cân lắp đặt song song cùng hớng nên sẽ
chỉ còn các lực theo chiều thẳng đứng tác động vào cụm cảm biến. Để đảm bảo đo
đợc chính xác trọng lợng của bao hơn nữa, giữa khung cân và cảm biến trọng
lợng có lắp hai khớp cầu tự lựa. Nh vậy mọi lực tác động lên cảm biến trọng
lợng trong quá trình cân-đóng bao sẽ đợc khử hết trừ trọng lực do trọng lợng gây
ra. Tại điểm kết nối giữa vòi nạp liệu và van điều tiết là một khớp nối mềm bằng cao
su. Khớp nối này cho phép vòi nạp liệu trên khung cân dao động với van chặn nạp
liệu cụm bánh guồng nạp liệu lắp cố định trên khung đế máy .
Để tăng năng suất ngời ta tích hợp nhiều mô đun cân-đóng bao hoạt động
song song, tự động và độc lập, mỗi mô đun cân-đóng bao có một tủ điện-điều khiển
các thao tác cân-đóng bao riêng biệt (máy đóng bao nhiều vòi). Một hệ thống tiếp
nhận và cấp liệu chung, hệ thống động lực dẫn động quay chính chung, hệ thống
tiếp nhận khí nén chung, hệ thống tiếp nhận điện chung và hệ thống điều khiển
chung kiểm soát liên động với các thiết bị trong dây chuyền đóng bao (hình 6), mô
tả một máy đóng bao 08 vòi đợc lắp đặt tại nhà máy xi măng Sông Thao, có năng
suất từ 100-150 tấn/h

24