Đồ án thiết kế nhà máy sản xuất xi măng pooc lăng công suất 1 5 triệu tấn xi măng năm theo công nghệ lò quay phương pháp khô

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG (1) KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC SVTH: TÔ VĂN KHIẾT VŨ ĐỨC HUYNH 2976.53 8012.53 GVHD: TS BÙI DANH ĐẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG (1) KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỞ ĐẦU Việt Nam phát triển kinh tế thị trường với sách kinh tế mở chiến lược tham gia hội nhập kinh tế quốc tế Phát triển kinh tế thị trường đã, đặt kinh tế nước ta nói chung doanh nghiệp nói riêng đối diện với thách thức mới, khó khăn Mặt khác mục tiêu quan trọng mà tất doanh nghiệp hướng tới hiệu nâng cao hiệu sản xuất kinh doanh điều kiện sống doanh nghiệp, đồng thời tạo điều kiện cho doanh nghiệp sử dụng nguồn lực hợp lí thúc đẩy việc áp dụng tiến khoa học kĩ thuật công nghệ đại vào trình sản xuất kinh doanh Đặc biệt doanh nghiệp hoạt động lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng điều kiện kinh tế thị trường có nhiều biến đổi phải thể vai trị tiên phong q trình hội nhập vào kinh tế khu vực giới Đáp ứng nhu cầu xây dựng ngày nhiều đất nước, ngành sản xuất xi măng có bước phát triển khơng ngừng, việc nhà máy, xí nghiệp sản xuất xi măng mọc lên nhiều nơi nhằm đáp ứng kịp thời nhu cầu sử dụng nguyên vật liệu cho ngành xây dựng, đồng thời chất lượng sản phẩm tạo khơng ngừng hồn thiện Đất nước ta có sản lượng đá vôi, đá sét lớn với đội ngũ lao động trẻ dồi Đó yếu tố thuận lợi trình sản xuất xi măng Với kiến thức thực tế tiếp nhận qua đợt thực tập cán kỹ thuật nhà máy với kiến thức thầy cô Khoa Vật Liệu Xây Dựng trường đại học Xây Dựng truyền giảng, đặc biệt hướng dẫn, bảo giúp đỡ nhiệt tình thầy TS Bùi Danh Đại em xin trình bày nội dung thiết kế đồ án tốt nghiệp “Thiết kế nhà máy sản xuất xi măng pooc lăng công suất 1.5 triệu xi măng/năm theo cơng nghệ lị quay phương pháp khô.Sản phẩm nhà máy bao gồm xi măng PCB30 chiếm 70% xi măng PC40 chiếm 30%” SVTH: TÔ VĂN KHIẾT VŨ ĐỨC HUYNH 2976.53 8012.53 GVHD: TS BÙI DANH ĐẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG (2) KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHẦN I:GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XI MĂNG CHƯƠNG I:GIỚI THIỆU TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN Việt Nam nước đà phát triển xây dựng sở hạ tầng ngày đại hứa hẹn gặt hái nhiều thành công thời gian tới Để đáp ứng kịp thời nhu cầu xây dựng phát triển đất nước, ngành sản xuất vật liệu xây dựng có bước phát triển không ngừng, dần lên mặt chất lượng, sản lượng lẫn công nghệ Trong ngành cơng nghiệp sản xuất xi măng phải trọng phát triển để đáp ứng nhu cầu sử dụng xi măng đất nước Năm 1825 xi măng poóc lăng phát phát triển qua gần hai kỷ nên công nghệ sản xuất ngày cao Trước xi măng sản xuất chủ yếu theo phương pháp lò đứng, phương pháp ướt lò quay, phương pháp khô thứ yếu, sản lượng xi măng sản xuất theo phương pháp ướt chiếm từ (70-80)% sản lượng xi măng sản xuất Ngày để tiết kiệm nhiên liệu, nhiệt lượng với phát triển vượt bậc khoa học cơng nghệ công nghệ sản xuất xi măng theo phương pháp khô chiếm vị trí chủ đạo Ngày nhu cầu sử dụng xi măng khơng ngừng tăng nhà máy xi măng mọc lên khắp nơi nhằm đáp ứng kịp thời nhu cầu sử dụng xi măng ngành xây dựng Xây dựng sở hạ tầng đại, đảm bảo mức độ tăng trưởng phát triển đất nước Ngành công nghiệp sản xuất xi măng đáp ứng nhu cầu sử dụng xi măng đất nước bên cạnh nhà nước cần hỗ trợ tích cực mặt chế, sách tạo điều kiện cho ngành sản xuất xi măng phát triển ổn định, bền vững góp phần vào cơng cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước SVTH: TÔ VĂN KHIẾT VŨ ĐỨC HUYNH 2976.53 8012.53 GVHD: TS BÙI DANH ĐẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG (3) KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG II:GIỚI THIỆU VỀ XI MĂNG PC LĂNG Xi măng pc lăng chất kết dính có khả đơng kết, rắn phát triển cường độ môi trường không khí mơi trường nước, thường gọi chất kết dính rắn nước hay chất kết dính thuỷ lực Để sản xuất xi măng poóc lăng người ta nghiền mịn clanhke xi măng với thạch cao có số phụ gia khác Clanhke thành phần xi măng pc lăng Clanhke xi măng poóc lăng sản xuất cách nung đến thiêu kết hỗn hợp nguyên liệu đồng nhất, phân tán mịn đá vơi, đất sét ngun liệu số ngun liệu khác đóng vai trị điều chỉnh : xỉ pyrít, quặng sắt trêpen Để điều chỉnh tốc độ đóng rắn số tính chất khác xi măng nghiền clanhke xi măng người ta pha thêm thạch cao Trong trình nghiền sử dụng số phụ gia cơng nghệ không 1% so với khối lượng clanhke Khi nghiền xi măng có cho thêm phụ gia trơ hay phụ gia khống hoạt tính cho ta sản phẩm xi măng poóc lăng hỗn hợp (PCB) TCVN 2682 -1999 quy định xi măng PC30 PC40 độ mịn sót sàng 90 m khơng lớn 15%, theo phương pháp Blaine không nhỏ 2700 cm 2/g TCVN 6260 -1997 quy định xi măng PCB30 PCB40 độ mịn sót sàng 90 m khơng lớn 12%, theo phương pháp Blaine không nhỏ 2700 cm2/g I NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA CLANHKE XI MĂNG PC LĂNG: Tùy thuộc vào cơng nghệ dạng lị nung mà cho ta clanhke xi măng có tính chất khác kích thước, hình dạng, chất lượng, suất Theo cấu trúc vi mô clanhke xi măng hỗn hợp hạt nhỏ nhiều pha tinh thể lượng nhỏ pha thuỷ tinh Chất lượng clanhke phụ thuộc chủ yếu vào: Thành phần phối liệu phương pháp công nghệ dạng lị nung Thành phần khống clanhke xi măng poóc lăng Trong clanhke xi măng poóc lăng gồm chủ yếu khoáng silicát canxi chiếm khoảng (70 80)% (các khống alít (C3S), bêlít (C2S)) khoáng tricanxi aluminat (C3A) tetracanxi aluminat ferit (C4AF) SVTH: TÔ VĂN KHIẾT VŨ ĐỨC HUYNH 2976.53 8012.53 GVHD: TS BÙI DANH ĐẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG (4) KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP + Khống Alít (3CaO.SiO ký hiệu C 3S) khoáng quan trọng clanhke xi măng, tạo cho xi măng có cường độ cao, tốc độ đơng kết rắn nhanh khống có ảnh hưởng nhiều đến tính chất xi măng Trong clanhke xi măng khống C 3S chiếm từ (45 60)% Alít dung dịch rắn 3CaO.SiO lượng nhỏ chất khác có hàm lượng nhỏ từ (2 4)% MgO, P 2O5, Cr2O3, Khoáng C3S dạng tinh khiết bền vững khoảng nhiệt độ (1200 1250)0C đến (1900 2070)0C Nhiệt độ lớn 2070 0C C3S bị nóng chảy, nhỏ 1200 0C bị phân huỷ thành C 2S (C3S = C2S + CaO tự do) + Khống bêlít (2CaO.SiO2 ký hiệu C2S ) Trong clanhke xi măng C2S chiếm khoảng (20 30)%, thành phần quan trọng clanhke, có đặc tính đông kết rắn chậm cường độ cuối tương đối cao Bêlít dung dịch rắn 2CaO.SiO với lượng nhỏ ơxít khác Al2O3, Fe2O3, Cr2O3 + Khoáng C2S tạo thành clanhke dạng thù hình C2S, ‘C2S,  C2S,  C2S -  C2S: bền vững điều kiện nhiệt độ cao từ (1425 2130)0C, nhiệt độ lớn 21300C,  C2S bị chảy lỏng, nhiệt độ nhỏ 1425 0C khoáng  C2S chuyển sang dạng ’ C2S - ’C2S bền vững nhiệt độ (830 1425)0C, nhiệt độ nhỏ 830 0C làm lạnh nhanh ’C2S chuyển sang dạng C2S, cịn làm nguội chậm bị chuyển sang dạng C2S - C2S khơng bền ln có xu hướng chuyển sang dạng C2S đặc biệt nhiệt độ nhỏ 5000C Khi C2S chuyển thành C2S làm tăng thể tích khoảng 10% bị phân rã thành bột - C2S khơng tác dụng với nước khơng có tính chất kết dính, điều kiện nước bão hồ, khoảng nhiệt độ (150 200)0C, C2S có khả dính kết Chất trung gian phân bố khống Alít Bêlít pha Aluminơferit, pha canxi Aluminat pha thuỷ tinh + Pha canxi Aluminat tồn clanhke hai dạng C3A, C5A3 Do clanhke lượng CaO dư nên pha Canxi Aluminat thường nằm chủ yếu dạng C 3A Đặc điểm C3A đông kết rắn nhanh, dễ tạo nên ứng suất làm nứt, tách cấu trúc đá xi măng chúng làm việc môi trường xâm thực sunfat Trong số loại xi măng SVTH: TÔ VĂN KHIẾT VŨ ĐỨC HUYNH 2976.53 8012.53 GVHD: TS BÙI DANH ĐẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG (5) KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP chuyên dụng có khống chế hàm lượng khống (ximăng thuỷ cơng lượng C 3A < 5%, xi măng bền sunfat lượng C3A < 8%) + Pha Aluminơferit dung dịch rắn khống canxi Alumơferit Khống canxi Aluminơferit có thành phần khác phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu ban đầu, điều kiện nung luyện, Trong clanhke chúng thường tồn dạng sau: C 6A2F, C4AF, C2F, thành phần C 4AF hồ tan khoảng 1% MgO TiO2 + Pha thuỷ tinh có clanhke xi măng poóc lăng với hàm lượng từ (5 10)% Thành phần pha thuỷ tinh bao gồm số loại ơxít CaO, Fe 2O3, Na2O, K2O, Hàm lượng pha thuỷ tinh phụ thuộc vào thành phần hỗn hợp nguyên liệu ban đầu điều kiện làm lạnh clanhke Sự có mặt pha clanhke xi măng pc lăng làm ảnh hưởng đến tính chất khoáng khác đặc biệt làm thay đổi nhiệt độ tạo khống - Ngồi clanhke xi măng pc lăng cịn tồn lượng CaO MgO tự do, chúng thường hạt già lửa nên tác dụng với nước chậm xi măng đông kết rắn chúng thuỷ hoá gây nên ứng suất phá hoại cấu trúc sản phẩm bị nứt, rữa, Làm thay đổi thể tích sản phẩm làm giảm cường độ đá xi măng Thành phần hoá clanhke xi măng pc lăng: Thành phần hố clanhke xi măng pc lăng gồm ơxít : Al2O3, Fe2O3, CaO, SiO2 chúng chiếm từ (95 – 97)% clanhke Ngồi clanhke xi măng pc lăng cịn có ơxít khác : MgO, TiO 2, K2O, Na2O, P2O5, SO3 với hàm lượng nhỏ Hàm lượng ơxít clanhke xi măng pc lăng dao động khoảng rộng: CaO = 63 66% SiO2 = 21 24% Al2O3 = 9% Fe2O3 = 4% SO3 = 0,3 1% P2O5 = 0,1 0,3% K2O + Na2O = 0,4 1% TiO2 + Cr2O3 = 0,2 0,3% SVTH: TÔ VĂN KHIẾT VŨ ĐỨC HUYNH 2976.53 8012.53 GVHD: TS BÙI DANH ĐẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG (6) KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hàm lượng ơxít thay đổi làm cho tính chất xi măng thay đổi theo - Canxi ơxít (CaO): Ơxít chủ yếu có ngun liệu đá vơi Trong q trình nung luyện tạo thành clanhke điều kiện định chúng liên kết với ơxít khác tạo nên hợp chất hố học định tốc độ đông kết rắn cường độ xi măng Khi hàm lượng CaO lớn khả tạo thành hợp chất dạng khống canxi silicat có độ bazơ cao (C 3S) clanhke nhiều, cho xi măng đông kết rắn nhanh cường độ cao xi măng lại bền môi trường xâm thực sunfat Hàm lượng CaO nhiều địi hỏi nhiệt độ nung phải lớn khó nung luyện để lại clanhke lượng canxi ơxít tự nhiều, có hại cho xi măng Vì vậy, clanhke xi măng người ta phải khống chế hàm lượng CaO hợp lý khoảng (63 66)% Tuy nhiên, khả phản ứng CaO với ơxít khác để tạo thành khống clanhke cịn phụ thuộc vào chất ơxít ngun liệu, chế độ gia cơng hỗn hợp nguyên liệu chế độ nung - Silic điơxít (SiO2): Ơxít chủ yếu có ngun liệu đất sét, trình nung luyện clanhke, SiO2 tác dụng với CaO tạo thành hợp chất dạng khống canxi silicat Khi hàm lượng SiO2 nhiều ngồi việc tạo thành khống C 3S ra, khống canxi silicat có độ bazơ thấp (C2S) hình thành tăng lên Hàm lượng khoáng C 2S tăng làm xi măng đông kết rắn chậm cường độ phát triển chậm thời kỳ đầu trình rắn đá xi măng Tuy nhiên loại xi măng có hàm lượng C 2S cao lại có khả bền nước môi trường xâm thực sunfat Khi hàm lượng SiO clanhke ít, khống C3S tạo thành nhiều, làm cho xi măng đông kết rắn nhanh, cường độ cao song trình nung luyện khó, để lại lượng vơi (CaO) tự lớn Vì clanhke xi măng ơxít SiO2 cần phải khống chế tỉ lệ thích hợp (thường chiếm khoảng 21 24% khối lượng clanhke) Ngoài ra, độ hoạt tính SiO ảnh hưởng đến q trình cơng nghệ sản xuất xi măng Khi SiO2 có độ hoạt tính cao q trình tạo khống nung nhanh triệt để - Nhơm ơxít (Al2O3): Nằm dạng khoáng C3A C4AF Trong clanhke xi măng ơxít đưa vào chủ yếu từ đất sét, nung luyện, ơxít nhơm tham gia vào q trình tạo nên khống nóng chảy canxi Aluminat Khi hàm lượng Al2O3 nhiều khoáng C3A tạo thành lớn, khả xuất pha loãng clanhke sớm nhiều, xi măng, có khả tạo cho xi măng đơng kết rắn nhanh SVTH: TÔ VĂN KHIẾT VŨ ĐỨC HUYNH 2976.53 8012.53 GVHD: TS BÙI DANH ĐẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG (7) KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP cường độ thấp bền mơi trường sunfat Trong clanhke hàm lượng ơxít nhơm chiếm khoảng (4 8)% - Sắt ơxít (Fe2O3): Có tác dụng làm giảm nhiệt độ thiêu kết trình nung luyện tham gia vào q trình tạo khống tetracalcium Aluminơferit (C 4AF) Hàm lượng ơxít clanhke xi măng lớn nhiệt độ nung hạ thấp, khoáng C 4AF tạo thành nhiều nên nâng cao độ bền mơi trường xâm thực Vì trình nung luyện clanhke cần đặc biệt ý thành phần ơxít tỷ lệ hợp lý có tác dụng tốt cho việc giảm nhiệt độ nung luyện, nhiều, pha lỏng xuất clanhke lớn, gây nên tượng bám dính lị đặc biệt cơng nghệ xi măng lị đứng, thơng thường tổng hàm lượng ơxít Fe 2O3 chiếm khoảng (2 4)% khối lượng lanhke Ngồi ơxít tham gia vào q trình tạo khống cịn có hàm lượng nhỏ ơxít khác hồ tan nên ảnh hưởng lớn đến tính chất chất lượng xi măng: - Magiê ơxít (MgO): Là thành phần có hại cho xi măng, nguyên nhân gây ổn định thể tích xi măng đơng kết rắn Thường sản xuất clanhke xi măng, lượng ơxít MgO khống chế với hàm lượng nhỏ 5% - Titan ơxít (TiO2): Thành phần ơxít gây ảnh hưởng tới xi măng tuỳ thuộc vào hàm lượng clanhke Nếu hàm lượng từ (0,1 0,5)% làm tốt cho trình kết tinh khoáng, ngược lại hàm lượng từ (2 4)% TiO2 thay phần SiO2 xi măng, hàm lượng lớn 4% làm giảm cường độ xi măng - Crơm ơxít (Cr2O3) phốt ơxít (P2O5): Khi hàm lượng ơxít nằm vào khoảng (0,1 0,3)% có tác dụng tốt thúc đẩy q trình đơng kết thời kỳ đầu, tăng cường độ cho xi măng Nhưng với hàm lượng lớn (1 2)% có tác dụng ngược lại làm chậm thời gian đông kết rắn làm suy giảm cường độ đá xi măng - Ơxít kiềm kali kiềm natri (K2O + Na2O): đất sét đưa vào clanhke với hàm lượng khoảng 0,5 1% Khi hàm lượng ơxít lớn 1% gây nên ổn định thể tích xi măng đặc biệt gây nên tách, nứt bê tơng thuỷ cơng ơxít kiềm có khả tác dụng với CaO, Al 2O3 tạo nên khống trương nở thể tích Na2O.8CaO.3Al2O3(NC8A3), K2O.8CaO.3Al2O3 (KC8A3) SVTH: TÔ VĂN KHIẾT VŨ ĐỨC HUYNH 2976.53 8012.53 GVHD: TS BÙI DANH ĐẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG (8) KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đặc trưng clanhke xi măng poóc lăng: Chất lượng Clanhke xi măng đánh giá qua thành phần hoá học thành phần khoáng Để đánh giá cách tổng quát thành phần xi măng người ta thường đánh giá chúng thông qua hệ số đặc trưng - Các hệ số đặc trưng clanhke xi măng là: a Hệ số bazơ (kýhiệu m): m = Thông thường hệ số bazơ vào khoảng b Hệ số Silicat (ký hiệu n): m = 1,7 2,4 n = Đối với xi măng poóc lăng thường hệ số n = 1,7 3,5 Khi tăng n làm giảm khả nung lanhke, giảm hàm lượng pha lỏng, giảm đông kết rắn xi măng c Hệ số Alumin (p): p = Thông thường hệ số p = 2,5 Khi p giảm nhiệt hydrat hóa thấp d Hệ số bão hồ KH: Hệ số KH thích hợp thường dao động khoảng 0,85 0,95 KH cao clanhke xi măng có C3S lớn, KH=1 CaO liên kết hồn tồn với SiO2 II CÁC PHỤ GIA TRONG SẢN XUẤT XI MĂNG: Trong cơng nghệ sản xuất chất kết dính vơ người ta sử dụng nhiều loại phụ gia nhằm mục đích: + Cải thiện tính chất kỹ thuật chất kết dính + Điều chỉnh mác chất kết dính, giảm giá thành xi măng (phụ gia đầy) + Nâng cao hiệu suất thiết bị công nghệ (phụ gia cơng nghệ) SVTH: TƠ VĂN KHIẾT VŨ ĐỨC HUYNH 2976.53 8012.53 GVHD: TS BÙI DANH ĐẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG (9) KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Phụ gia thạch cao: Phụ gia thạch cao phụ gia bắt buộc phải đưa vào nghiền với clanhke xi măng Thạch cao có tác dụng điều chỉnh tốc độ đơng kết đóng rắn xi măng Thạch cao có thành phần khống chủ yếu CaSO 4.2H2O Yờu cầu kỹ thuật thạch cao dựng để sản xuất xi măng đưa theo tiờu chuẩn xõy dựng TCXD 168-1989 Phụ gia sử dụng xi măng có hai loại: a) Phụ gia khống hoạt tính: loại phụ gia làm tăng khả chịu lực độ bền môi trường nước cho sản phẩm Phụ gia hoạt tính gồm phụ gia nguồn có gốc tự nhiên : trêpen, điatơmít phụ gia có nguồn gốc nhân tạo bao gồm phế thải công nghiệp xỉ bazơ (thải phẩm nhà máy thép), tro xỉ axít b) Phụ gia đầy: loại phụ gia khơng có khả kết hợp với vôi nhiệt độ thường, môi trường nước bão hồ có nhiệt độ áp suất cao chúng có khả kết hợp với Ca(OH)2 theo phản ứng silicát nâng cao khả chịu lực rắn cho sản phẩm Phụ gia đầy thường cát thạch anh đá vôi nghiền mịn, đá bazan Trong xi măng loại phụ gia đầy không vượt 20% so với khối lượng xi măng – theo TCVN Phụ gia cải thiện tính chất đặc biệt cho chất kết dính: Các phụ gia có khả tăng độ bền nhiệt, bền kiềm bền axít cho chất kết dính Các chất loại thường vật liệu chịu nhiệt, chịu axít, chịu kiềm có tự nhiên nhân tạo Phụ gia hoạt tính bề mặt: Loại phụ gia có khả hoạt tính bề mặt cao, chất kết dính thuỷ hố chúng tạo thành màng mỏng bề mặt hạt chất kết dính làm thay đổi trạng thái bề mặt hạt chất kết dính thấm nước, giảm ma sát trượt tăng độ dẻo hỗn hợp nên nên thường gọi chất phụ gia tăng dẻo hay phụ gia siêu dẻo Một số phụ gia thuộc loại bã rượu sunfit, nước thải bã giấy, loại axít béo tổng hợp Phụ gia cải thiện số tính chất chất kết dính : Loại phụ gia làm tăng nhanh hay làm chậm thời gian đông kết chất kết dính, phụ gia gây mầm tinh thể thúc đẩy trình kết tinh rắn chất kết dính Phụ gia công nghệ: Để nâng cao hiệu suất thiết bị cơng nghệ q trình sản xuất xi măng sử dụng phụ gia cơng nghiệp nhằm nâng cao hiệu suất nghiền Clanhke xi măng, phụ gia kéo dài thời gian bảo quản xi măng SVTH: TÔ VĂN KHIẾT VŨ ĐỨC HUYNH 2976.53 8012.53 GVHD: TS BÙI DANH ĐẠI