Đồ Án vật liệu chất kết dính

Đồ án Môn học VẬT LIỆU CHẤT KẾT DÍNH ĐỀ TÀI: Thiết kế phân xưởng chuẩn bị phối liệu của nhà máy sản xuất xi măng poóc lăng theo công nghệ lò quay phương pháp khô Xi măng là vật liệu thông dụng nhất trong ngành công nghiệp xây dựng vì chúng là chất kết dính rẻ tiền hơn so với các loại chất kết dính khác. Mặt khác khi sử dụng, xi măng lại cho cường độ nén, chịu uốn cao. Xi măng đã có mặt trong đời sống của con người hàng nghìn năm qua và cho đến nay con người vẫn sử dụng nó trong hầu hết các công trình xây dựng. Đất nước ta đã trải qua 2 cuộc chiến tranh tàn phá, cơ sở hạ tầng còn thấp kém, vì vậy nhu cầu sử dụng xi măng ngày càng tăng khi nước ta bước vào thời kỳ đổi mới tiến tới công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Hàng loạt các công trình xây dựng: thủy điện, cầu cống, đường xá, các công trình thủy lợi, nhà ở, … sẽ tiêu thụ một lượng xi măng rất lớn. Mặc dù, sản lượng xi măng sản xuất trong nước ngày càng tăng nhanh nhưng vẫn không đủ nhu cầu sử dụng trong nước. Do vậy, việc tăng sản lượng xi măng nhằm cân đối giữa cung và cầu trong nước, một phần tham gia xuất khẩu đang là mục tiêu của ngành công nghiệp xi măng Việt Nam. Để góp phần thúc đẩy sự tăng trưởng kinh tế của đất nước đồng thời thực hiện được mục tiêu trên thì việc xây dựng các nhà máy xi măng là rất cần thiết. Qua sự phân tích đánh giá tình hình nhu cầu tiêu thụ xi măng trong nước và được sự tín nhiệm của Bộ môn Công nghệ kỹ thuật vật liệu xây dựng – Trường Đại học Xây Dựng Hà Nội, em được giao đồ án với nhiệm vụ thiết kế phân xưởng chuẩn bị phối liệu của nhà máy sản xuất xi măng poóclăng theo công nghệ lò quay, phương pháp khô công suất 1,2 triệu tấn clanke/năm. Bản đồ án này em hoàn thành với các nội dung sau: Em xin chân thành cảm ơn thầy đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn em hoàn thành đồ án này. Do thời gian có hạn và kiến thức thực tế còn hạn chế nên bản đồ án này không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được tiếp thu những ý kiến đóng góp, bổ sung của các thầy cô giáo trong bộ môn để bản đồ án được hoàn thiện hơn.

KHOA VẬT LIỆU XÂY DỰNG

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU XÂY DỰNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌCVẬT LIỆU CHẤT KẾT DÍNH

ĐỀ TÀI: Thiết kế phân xưởng chuẩn bị phối liệu của nhà máy sản xuất xi măngpoóc lăng theo công nghệ lò quay phương pháp khô

Trưởng bộ mônGiáo viên hướng dẫnSinh viên thực hiệnMã số sinh viênLớp

LỜI NÓI ĐẦU

Xi măng là vật liệu thông dụng nhất trong ngành công nghiệp xây dựng vì chúng là chất

kết dính rẻ tiền hơn so với các loại chất kết dính khác Mặt khác khi sử dụng, xi măng lạicho cường độ nén, chịu uốn cao Xi măng đã có mặt trong đời sống của con người hàngnghìn năm qua và cho đến nay con người vẫn sử dụng nó trong hầu hết các công trìnhxây dựng.

Đất nước ta đã trải qua 2 cuộc chiến tranh tàn phá, cơ sở hạ tầng còn thấp kém, vì vậynhu cầu sử dụng xi măng ngày càng tăng khi nước ta bước vào thời kỳ đổi mới tiến tớicông nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Hàng loạt các công trình xây dựng: thủy điện,cầu cống, đường xá, các công trình thủy lợi, nhà ở, … sẽ tiêu thụ một lượng xi măng rấtlớn Mặc dù, sản lượng xi măng sản xuất trong nước ngày càng tăng nhanh nhưng vẫnkhông đủ nhu cầu sử dụng trong nước Do vậy, việc tăng sản lượng xi măng nhằm cânđối giữa cung và cầu trong nước, một phần tham gia xuất khẩu đang là mục tiêu củangành công nghiệp xi măng Việt Nam Để góp phần thúc đẩy sự tăng trưởng kinh tế củađất nước đồng thời thực hiện được mục tiêu trên thì việc xây dựng các nhà máy xi mănglà rất cần thiết

Qua sự phân tích đánh giá tình hình nhu cầu tiêu thụ xi măng trong nước và được sự tínnhiệm của Bộ môn Công nghệ kỹ thuật vật liệu xây dựng – Trường Đại học Xây DựngHà Nội, em được giao đồ án với nhiệm vụ thiết kế phân xưởng chuẩn bị phối liệu của nhàmáy sản xuất xi măng poóclăng theo công nghệ lò quay, phương pháp khô công suất 1,2triệu tấn clanke/năm.

Bản đồ án này em hoàn thành với các nội dung sau:

Em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Đức Trung đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn emhoàn thành đồ án này Do thời gian có hạn và kiến thức thực tế còn hạn chế nên bản đồ ánnày không thể tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong được tiếp thu những ý kiến đónggóp, bổ sung của các thầy cô giáo trong bộ môn để bản đồ án được hoàn thiện hơn.

PHẦN 1.

TỔNG QUAN VỀ XI MĂNG POÓCLĂNG VÀ TÌNH HÌNH SẢN XUẤT, TIÊUTHỤ XI MĂNG Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI.

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XI MĂNG

I Tình hình sản xuất và tiêu thụ xi măng ở Việt Nam và trên thế giới:a Ở nước ta

- Trong giai đoạn thực dân Pháp xâm lược cuối thế kỷ 19, để đáp ứng nhu cầu xây dựng

các công trình như quân sự, cầu cống,… nhằm khai thác và bóc lột nước ta; vào năm1899 chúng đã cho xây dựng nhà máy xi măng Hải Phòng, từ năm 1899 – 1922 xây dựngthêm 5 hệ thống lò đứng có năng suất 12 vạn tấn và từ năm 1928 – 1939 xây thêm 5 hệthống lò quay có năng suất 30 vạn tấn.

- Sau năm 1954, miền Bắc được giải phóng, trong khoảng những năm 1960 – 1970 ta cóđiều kiện xây thêm nhiều nhà máy xi măng lò đứng, còn ở miền Nam cũng xây nhà máyHà Tiên 1 sản xuất theo phương pháp ướt.

- Từ những năm 1986 – 1990, xây dựng thâm nhà máy xi măng Bỉm Sơn công suất 1,2triệu tấn với 2 lò nung 1.750 tấn clanke/ngày sản xuất theo phương pháp ướt, xi măngHoàng Thạch I 1,1 triệu tấn/năm, lò 3.300 tấn/ngày sản xuất theo phương pháo khô, tổngcông suất toàn ngành xi măng lên đến 4.400.000 tấn/năm.

- Bước vào thời kỳ đổi mới, do nhu cầu xi măng tăng mạnh nên nhà nước đã có chínhsách đầu tư phát triển ngành xi măng, một loạt nhà máy xi măng được xây dựng, nhà máyxi măng Hoàng Thạch II năng suất 1,2 triệu tấn/năm, xi măng Bút Sơn 1,4 triệu tấn/năm,cái tạo nhà máy xi măng Bỉm Sơn I từ ướt sang khô, đồng thời nhờ gọi được vốn đầu tưnước ngoài, liên doanh xây dựng nhà máy ChinFon Hải Phòng 1,5 triệu tấn/năm, xi măngVân Xá 0,5 triệu tấn/năm 2 lò, xi măng Sao Mai 1,760 triệu tấn/năm, xi măng Nghi Sơn2,15 triệu tấn/năm với lò nung 5.800 tấn clanke/ngày.

Cho tới những năm gần đây, sản lượng ngành xi măng đạt được đã tăng lên đáng kể, tìnhhình sản xuất từ năm 2015 – 2022 đã có sự biến đổi rõ rệt:

- Năm 2015: Theo Vụ Vật liệu xây dựng (Bộ Xây dựng), tổng sản lượng xi măng, clinkertiêu thụ trong năm 2015 đạt 72 triệu tấn, đạt 100% kế hoạch năm 2015 Trong đó, lượngtiêu thụ nội địa ước đạt 55-55,5 triệu tấn, tăng 3-4% so với kế hoạch đề ra và tăng 9% sovới năm 2014.

- Năm 2016: Tính chung cả năm 2016, sản lượng của toàn ngành xi măng Việt Nam đạt60,3 triệu tấn chủ yếu tập trung ở các nhà máy xi măng lớn như: công ty xi măng HoàngThạch, công ty xi măng Hải Phòng, công ty xi măng Bút Sơn, công ty xi măng Bỉm Sơn,công ty xi măng Tam Điệp, công ty xi măng Hoàng Mai, công ty xi măng Hà Tiên 1…- Năm 2017: Theo báo cáo của Cục Quản lý giá (Bộ Tài chính) lượng sản xuất của toànngành xi măng tháng 12/2017 đạt 6,3 triệu tấn Cả năm 2017, đạt khoảng 65 triệu tấn,tăng 4 triệu tấn, khoảng 7% so với cùng kì năm trước Sản lượng tiêu thụ xi măng tháng12 đạt 6,5 triệu tấn, cả năm đạt 62 triệu tấn, tăng 3% so với năm 2016.

- Năm 2018: Năm 2018, ngành xi măng có nhiều điểm sáng hơn Tuy nhiên, động lựctăng trưởng và giải quyết bài toán thừa cung vẫn nhờ vào xuất khẩu Cụ thể, sản lượngsản xuất đạt 90.2 triệu tấn xi măng thành phẩm, tăng 9.1% so với 2017; trong khi đó, tiêuthụ nội địa đạt 65.1 triệu USD (tăng 9% so với 2017) Xuất khẩu clinker & xi măng đạtmức kỷ lục 31.65 triệu tấn, tăng 55.4% so với 2017; tương đương kim ngạch xuất khẩuđạt 1,242.4 triệu USD, tăng 75.8% so với cùng kỳ Nguyên nhân xuất khẩu tăng trưởngmạnh là do Trung Quốc là nước xuất khẩu xi măng đứng đầu thế giới nay đã chuyển sangnhập khẩu.

- Năm 2019: tổng sản lượng xi măng, clinker tiêu thụ trong năm 2019 khoảng 98 - 99triệu tấn, tăng 2% so với năm 2018 Trong đó, xi măng tiêu thụ nội địa khoảng 67 triệutấn, xuất khẩu sản phẩm xi măng và clinker khoảng 34 triệu tấn Với kết quả xuất khẩu34 triệu tấn và gần 1,4 tỷ USD, kết quả này đã vượt khoảng 100-150 triệu USD so với dựbáo của Bộ Xây dựng từ đầu năm 2019.

- Năm 2020: Theo số liệu thống kê tháng 12 của Hiệp hội Xi măng Việt Nam, sản lượngsản xuất xi măng 12 tháng đạt 80,97 triệu tấn xi măng, riêng tháng 12 toàn ngành sảnxuất ước đạt 7,75 triệu tấn xi măng Tiêu thụ xi măng và clinker trong tháng 12 khoảng9,64 triệu tấn, tăng 8% so với tháng 11/2020, đồng thời tăng 1% so với cùng kỳ năm

2019 Như vậy tổng sản lượng tiêu thụ xi măng và clinker trong năm 2020 đạt 100,14triệu tấn, tăng 1% so với cùng kỳ.

- Năm 2021: Năm 2021, trước tác động tiêu cực của dịch COVID-19, ngành xi măng vẫnlập kỷ lục về tiêu thụ với 108,4 triệu tấn, tăng 8,1% so với năm 2020 Trong đó, tiêu thụnội địa 62,7 triệu tấn, tăng 0,9%, chiếm 57,8% tỷ trọng toàn ngành; xuất khẩu gần 46triệu tấn, tăng 20,1% và chiếm 42,15% tỷ trọng.

- Năm 2022: Tính chung 8 tháng năm 2022, uớc tiêu thụ sản phẩm xi măng chỉ đạtkhoảng khoảng 65,33 triệu tấn, giảm khoảng 8% so với cùng kỳ năm 2021 Trong đó,tiêu thụ trong nước khoảng 43,56 triệu tấn, tương đương cùng kỳ năm 2021.

II Tổng quan về xi măng poóclăng:

1 Giới thiệu chung về xi măng poóclăng và clinker xi măng poóclăng

Xi măng poóclăng là sản phẩm nghiền mịn của hỗn hợp clanke xi măng poóclăng,

khoảng 3-5% thạch cao và phụ gia công nghệ ( nếu có ).

- Clanke xi măng poóclăng là sản phẩm sau khi nung đến kết khối của hỗn hợp gồm đávôi, đất sét và một số nguyên liệu phụ ( nếu cần ) như quặng sắt, bô xít, sét cao silic, …- Clinker là thành phần nguyên liệu không thể thiếu để sản xuất xi măng - chất kết dínhdùng trong xây dựng Thành phần hóa học chủ yếu của phối liệu gồm 4 oxit chính như:CaO (oxit canxi, từ đá vôi), và SiO2 (oxit silic), Fe2O3 (oxit sắt ba), Al2O3 (oxit Nhôm,

các oxit này từ đất sét); nếu thiếu sẽ được bổ sung bằng các phụ gia điều chỉnh kể trên; 4oxit chính trong phối liệu khi nung đến 1450oC sẽ phản ứng với nhau tạo thành 4 khoángchính trong clinker là: C3S (3CaO SiO2) ; C2S( 2Cao.SiO2) ; C3A (3CaO.Al2O3) ;C4AF(4CaO.Al2O3.Fe2O3).

- Các khoáng này có cấu trúc tinh thể khác nhau và quyết định đến tính chất của clinker- Chất lượng của clinker sẽ quyết định tính chất của xi măng Thành phần hóa học tổngquát của clinker như sau:

CaOSiO2Al2O3Fe2O3SO3P2O5TiO2 + Cr2O3K2O + Na2O63÷66%21÷24%4÷9%2÷4%3,3÷1%0,1÷0,3%0,2÷0,5%0,4÷1%

- Ngoài ra còn có một số các oxit khác ở hàm lượng nhỏ : MgO, Na2O, K2O Hàm lượngMgO ≤ 5%; tổng hàm lượng kiềm không vượt quá 2%.

2 Các tính chất cơ bản của Xi măng Poóclăng:

Xi măng có độ mịn cao sẽ dễ tác dụng với nước, các phản ứng thủy hóa sẽ xảy ra triệtđể, tốc độ rắn chắc nhanh, cường độ chịu lực cao Như vậy độ mịn là một chỉ tiêu đánhgiá phẩm chất của xi măng.

a Khối lượng riêng & khối lượng thể tích

- Khối lượng riêng của xi măng pooc lăng (không có phụ gia khoáng) ρa = 3,05 - 3.15a = 3,05 - 3.15g/cm3.

- Khối lượng thể tích có giá trị dao động khá lớn tùy thuộc vào độ lèn chặt, đối với bột ximăng ở trạng thái xốp tự nhiên ρa = 3,05 - 3.15v = 1100kg/m3, lèn chặt trung bình ρa = 3,05 - 3.15v= 1300 kg/m3, lènchặt mạnh ρa = 3,05 - 3.15v= 1600kg/m3.

b Độ mịn

- Xi măng có độ mịn cao sẽ dễ tác dụng với nước, các phản ứng thủy hóa sẽ xảy ra triệtđể, tốc độ rắn chắc nhanh, cường độ chịu lực cao Như vậy độ mịn là một chỉ tiêu đánhgiá phẩm chất của xi măng.

- Độ mịn có thể xác định bằng cách sàng trên sàng 4900 lỗ/cm2 và đo tỷ diện bề mặt củaxi măng.

- Theo TCVN 2682 – 1999, khi sàng bằng sàng 4900 lỗ/cm2 thì độ mịn của xi măng thôngthường PC30 và PC40 phải đạt chỉ tiêu lượng lọt qua sàng lớn hơn hoặc bằng 85%(lượng sót trên sàng ≤ 15%).

- Tỷ diện bề mặt của xi măng là tổng diện tích của các hạt trong 1g xi măng Xi măngcàng mịn tỷ diện càng lớn do đó người ta dùng tỷ diện để biểu thị độ mịn của xi măng.- Cũng theo TCVN 2682-1999 tỷ diện bề mặt của xi măng PC30 và PC40 phải đạt ≥2700cm2/g

Hình 1: Dụng cụ Vika để xác định độ dẻo tiêu chuẩn và thời gian đông kết của xi măng

a) Xác định độ dẻo tiêu chuẩn và thời gian bắt đầu đông kết.b) Xác định thời gian kết thúc đông kết.

c Lượng nước tiêu chuẩn

- Lượng nước tiêu chuẩn của xi măng là lượng nước tính bằng % so với khối lượng ximăng đảm bảo cho hồ xi măng đạt độ dẻo tiêu chuẩn.

- Độ dẻo tiêu chuẩn được xác định bằng dụng cụ vi ka (hình 4 – 5), phương pháp xácđịnh theo TCVN 6017:1995

- Hồ xi măng đảm bảo độ cắm sâu của kim vi ka (đường kính kim 10 ± 0,05 mm) từ 35mm trong khuôn có đường kính trên 70 ± 5mm, đường kính dưới 80 ± 5mm và chiềucao 40 ± 0,2mm thì hồ đó có độ dẻo tiêu chuẩn và lượng đã nhào trộn là lượng nước tiêuchuẩn.

33 Lượng nước tiêu chuẩn của xi măng càng lớn thì lượng nước nhào trộn trong bê tông vàvữa càng nhiều.

- Mỗi loại xi măng có lượng nước tiêu chuẩn nhất định tùy thuộc vào thành phần khoángvật, độ mịn, hàm lượng phụ gia, thời gian đã lưu kho và điều kiện bảo quản xi măng.- Xi măng để lâu bị vón cục thì lượng nước tiêu chuẩn sẽ giảm.

- Đặt khuôn vào dụng cụ vika, hạ đầu kim (có đường kính 10 ± 0,05 mm và dài 50 ± 1mm) xuống sát mặt hồ xi măng và vặn vít để giữ kim, sau đó mở vít cho kim tự do cắmvào hồ xi măng Qua 30 giây vặn chặt vít và đọc trị số kim chỉ trên thước chia độ để biếtđộ cắm sâu của kim trong hồ xi măng.

- Nếu kim cắm cách tấm đế 6±1mm thì hồ xi măng đạt độ dẻo tiêu chuẩn Nếu kim cămnông hoặc sâu hơn thì phải trộn mẻ khác với lượng nước nhiều hơn hoặc ít hơn Cứ thínghiệm nhiều lần như vậy cho đến khi tìm được lượng nước ứng với độ dẻo tiêu chuẩncủa hồ xi măng.

d Thời gian đông kết của xi măng

Sau khi trộn xi măng với nước, hồ xi măng có tính dẻo cao nhưng sau đó tính dẻo mấtdần Thời gian tính từ lúc trộn xi măng với nước cho đến khi hồ xi măng mất dẻo và bắtđầu có khả năng chịu lực gọi là thời gian đông kết.

Thời gian đông kết của xi măng bao gồm 2 giai đoạn là thời gian bắt đầu đông kết và thờigian kết thúc đông kết.

Thời gian bắt đầu đông kết: Là khoảng thời gian tính từ lúc bắt đầu trộn xi măng vớinước cho đến khi hồ xi măng mất tính dẻo, ứng với lúc kim vika nhỏ có đường kính 1,13± 0,05 mm lần đầu tiên cắm cách tấm kính 4 ± 1 mm.

Thời gian kết thúc đông kết: Là khoảng thời gian tính từ lúc bắt đầu trộn xi măng vớinước cho đến khi trong hồ xi măng hình thành các tinh thể, hồ cứng lại và bắt đầu có khảnăng chịu lực, ứng với lúc kim vika có đường kính 1,13 ± 0,05 mm lần đầu tiên cắm sâuvào hồ 0,5 mm.

Thời gian đông kết của xi măng phụ thuộc vào thành phần khoáng, độ mịn, hàm lượngphụ gia, thời gian lưu giữ trong kho và điều kiện bảo quản xi măng.

Các loại xi măng có thời gian đông kết khác nhau Khi thi công bê tông và vữa cần phảibiết thời gian bắt đầu đông kết và thời gian kết thúc đông kết của xi măng để định ra kếhoạch thi công hợp lý.

Khi xi măng bắt đầu đông kết nó mất tính dẻo nên tất cả các khâu vận chuyển, đổ khuônvà đầm chặt bê tông phải tiến hành xong trước khi xi măng bắt đầu đông kết, do đó thờigian bắt đầu đông kết phải đủ dài để kịp thi công.

Khi xi măng kết thúc đông kết là lúc xi măng đạt được cường độ nhất định, do đó thờigian kết thúc đông kết không nên quá dài vì xi măng cứng chậm, ảnh hưởng đến tiến độthi công.

Từ những ý nghĩa trên mà TCVN 2682 – 1999 đã quy định :+ Thời gian bắt đầu đông kết không được sớm hơn 45 phút.+ Thời gian kết thúc đông kết không quá 375 phút.

e Tính ổn định thể tích

Xi măng phải đảm bảo tính ổn định thể tích để không bị biến dạng và nứt nẻ, nguyênnhân gây nên hiện tượng không ổn định thể tích là hàm lượng CaO; MgO tự do vàkhoáng aluminat canxi lớn, các chất này khi khi cứng rắn thường nở thể tích Mặt khácnếu lượng nước sử dụng nhiều quá cũng gây hiện tượng co cho đá xi măng cũng như bêtông và vữa.

f Sự tỏa nhiệt

Khi nhào trộn với nước hồ xi măng tỏa ra một lượng nhiệt nhất định, lượng nhiệt đó phụthuộc vào thành phần khoáng vật, độ mịn của xi măng và hàm lượng thạch cao.

Lượng nhiệt tỏa ra khi thủy hoá của xi măng có lợi trong trường hợp thi công các kết cấubê tông mỏng, nhỏ vào mùa lạnh vì lượng nhiệt đó sẽ làm cho bê tông rắn nhanh, nhưngkhông có lợi khi thi công các kết cấu bê tông khối lớn trong điều kiện nhiệt độ môitrường thấp, vì chúng dễ gây rạn nứt cho công trình do chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặtvà trong lòng khối bê tông Vì vậy đối với những công trình bêtông khối lớn phải chú ýđến kỹ thuật thi công phân đoạn, mặt khác nếu cần thiết phải dùng loại xi măng có hàmlượng thành phần khoáng C3S và C3A thấp vì đây là 2 loại khoáng có lượng nhiệt tỏa ranhiều nhất.

g Cường độ chịu lực và mác của xi măng

Khái niệm: Xi măng thường dùng để chế tạo bê tông, vữa và nhiều loại vật liệu đá nhântạo khác Trong kết cấu bê tông, vữa và vật liệu đá nhân tạo sử dụng xi măng, chúng cóthể chịu nén, chịu uốn Cường độ chịu nén và chịu uốn của vữa xi măng càng cao thìcường độ nén và uốn của bê tông cũng càng lớn.

Giới hạn cường độ uốn và nén của vữa xi măng được dùng làm cơ sở để xác định mác ximăng và mác xi măng là chỉ tiêu cần thiết khi tính thành phần cấp phối bê tông và vữa.Theo TCVN 6016-1995, mác của xi măng được xác định theo cường độ chịu uốn của cácmẫu hình dầm kích thước 40 x 40 x 160 mm và cường độ chịu nén của các nửa mẫu hìnhdầm sau khi uốn, các mẫu thí nghiệm này được bảo dưỡng trong điều kiện tiêu chuẩn(1ngày trong khuôn ở môi trường nhiệt độ 27±1°C, độ ẩm không nhỏ hơn 90%, 27 ngàysau trong nước ở nhiệt độ 27±1°C).

Theo cường độ chịu lực, xi măng pooc lăng gồm các mác sau: PC30; PC40; PC50.Trong đó : PC : Ký hiệu cho xi măng pooc lăng.

Các trị số 30; 40; 50 là giới hạn bền nén sau 28 ngày tính bằng N/mm2, xác định theoTCVN 6016-1995.

Trong quá trình vận chuyển và cất giữ, xi măng hút ẩm dần dần vón cục, cường độ giảmđi, do đó trước khi sử dụng xi măng nhất thiết phải thử lại cường độ và sử dụng xi măngtheo kết quả kiểm tra chứ không dựa vào mác ghi trên bao.

h Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu lực của xi măng :

Cường độ chịu lực của xi măng phát triển không đều, trong 3 ngày đầu có thể đạt 50%; 7 ngày đạt 60-70%, những ngày sau tốc độ tăng cường độ chậm đi, đến 28 ngày đạtcường độ chuẩn Tuy nhiên trong những điều kiện thuận lợi sự rắn chắc của nó có thể kéodài vài tháng và thậm chí hàng năm, cường độ cuối cùng có thể vượt gấp 2 – 3 lần cườngđộ 28 ngày.

40-Cường độ của đá xi măng và tốc độ cứng rắn của nó phụ thuộc vào thành phần khoángcủa clinke, độ mịn của xi măng, độ ẩm và nhiệt độ của môi trường, thời gian bảo quản ximăng.

Thành phần khoáng: Tốc độ phát triển cường độ của các khoáng rất khác nhau.

C3S có tốc độ nhanh nhất, sau 7 ngày nó đạt đến 70% cường độ 28 ngày, sau đó thì chậmlại Trong thời kỳ đầu (đến tuổi 28 ngày) C2S có tốc độ phát triển cường độ chậm nhưngthời kỳ sau tốc độ này tăng lên và có thể vượt xa cường độ của C3S.

Khoáng C3A là loại khoáng có cường độ thấp nhưng lại phát triển rất nhanh ở thời kỳđầu.

Độ mịn tăng thì cường độ của đá xi măng cũng tăng vì mức độ thủy hóa của các hạt ximăng được tăng lên.

Độ ẩm và nhiệt độ môi trường rắn chắc có ảnh hưởng đến quá trình rắn chắc của đá ximăng vì giai đoạn đầu của quá trình rắn chắc là thủy hóa, mặt khác quá trình thuỷ hoácũng là quá trình xảy ra lâu dài.

Để tạo môi trường ẩm, trong thực tế đã dùng những phương pháp khác nhau như tướinước, phủ kết cấu bê tông bằng mùn cưa, phoi bào hay cát ẩm, v.v…

Thời gian bảo quản xi măng trong kho càng dài thì cường độ của đá xi măng càng giảmđi dù có bảo quản trong điều kiện tốt nhất Thông thường trong điều kiện khí hậu củanước ta sau 3 tháng cường độ giảm đi 15 – 20%, sau một năm giảm đi 30 – 40%.

Khi độ mịn của xi măng càng lớn thì cường độ của đá xi măng càng giảm nếu để dự trữlâu Vì độ mịn cao làm cho xi măng dễ hút ẩm hơn.

i Khả năng chống ăn mòn của đá xi măng

Nguyên nhân

- Đá xi măng là loại vật liệu có cường độ chịu lực cao, khá bền vững trong môi trường,tuy nhiên sau một thời gian sử dụng đá xi măng thường bị ăn mòn làm giảm chất lượngcủa công trình.

- Đá xi măng bị ăn mòn chủ yếu là do sự tác dụng của các chất khí và chất lỏng lên cácbộ phận cấu thành xi măng đã rắn chắc (chủ yếu là Ca(OH)2 và 3CaO.Al2O3.6H2O).Trong thực tế có tới hàng chục chất gây ra ăn mòn đá xi măng Mặc dù các chất gây ănmòn rất đa dạng, nhưng có thể phân ra 3 nguyên nhân cơ bản sau đây:

+ Sự phân rã các thành phần của đá xi măng, sự hòa tan và rửa trôi hyđroxit canxi.

+ Tạo thành các muối dễ tan do hyđroxit canxi và các thành phần khác của đá xi măngtác dụng với các chất xâm thực và sự rửa trôi các muối đó (ăn mòn axit, ăn mònmagiezit).

+ Sự hình thành những liên kết mới trtinh-chat-cua-xi-mang-pooclangong các lỗ rỗng cóthể tích lớn hơn thể tích của các chất tham gia phản ứng tạo ra ứng suất gây nứt bê tông(ăn mòn sunpho-aluminat).

6 Các loại xi măng :a Xi măng PC:

- Định nghĩa: PC là từ viết tắt của Portland Cement Xi măng PC có nghĩa là xi măngPooclăng Loại xi măng này được nghiền từ clinker với một số lượng thạch cao nhất định(khoảng 4 – 5%) Chất lượng của xi măng Pooclăng được xác định theo tiêu chuẩnTCVN 2682:2009.

- Ưu điểm: Xi măng PC là 1 loại xi măng được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới Nókhông chỉ làm nguyên liệu của bê tông mà còn làm vữa xây, vữa trát Xi măng PC đượcứng dụng vào rất nhiều loại công trình khác nhau do nó sở hữu cho mình rất nhiều ưuđiểm như : cường độ cao, cường độ trễ cao, độ ổn định ở mức cao, dễ dàng sử dụng, dễkiểm soát chất lượng bê tông tại công trình đặc biệt đối với loại công trình có sử dụngthêm phụ gia giảm nước để chế tạo bê tông, có khả năng chống thấm tốt, bền nước.

- Phân loại: Xi măng PC được phân loại theo 3 mác là PC30, PC40, PC50 Mỗi một loạicó đặc tính riêng và phù hợp với loại công trình khác nhau.

+ Xi măng PC30: Xi măng PC30 có cường độ chịu nén N/mm2 (MPa), không nhỏ hơn: 3ngày ± 45 phút là 16, 28 ngày ± 8 giờ là 30 Sản phẩm xi măng PC30 có ưu điểm và đápứng được mọi công trình khác nhau như: nhà dân dụng, nhà cao tầng, cầu đường, xâydựng thủy điện… Với giá thành sản phẩm thấp, chống xâm thực được trong các môitrường khác nhau Có độ bền cao, hệ số dư mác cao, độ dẻo lớn và rất phù hợp với khíhậu nước ta.

+ Xi măng PC40: Xi măng PC40 có cường độ chịu nén N/mm2 (MPa), không nhỏ hơn: 3ngày ± 45 phút là 21, 28 ngày ± 8 giờ là 40 Đạt mức cao hơn xi măng PC30 Loại ximăng này có một ưu điểm lớn đó là tiết kiệm được khoảng 15% lượng xi măng cho 1khối bê tông so với loại xi măng PC30 Các công trình có yêu cầu kết cấu bê tông chịulực cao rất thích hợp để dùng loại xi măng này Tuy nhiên giá thành của xi măng này sẽcao hơn do chi phí sản xuất tốn kém hơn.

+ Xi măng PC50: Đây là loại xi măng pooclăng bền sun phát mác cao Thường sử dụngcho các công trình có kết cấu bê tông chịu lực cao Những dự án lớn hoặc sử dụng để sảnxuất bê tông chất lượng cao Các dự án công trình công nghiệp, cầu đường với yêu cầu kỹthuật cao và cần tháo dỡ cốp pha nhanh Đặc biệt nó còn thích hợp với những công trìnhbiển đảo nữa.

b Xi măng PCB:

- Định nghĩa: Xi măng PCB hay còn gọi là xi măng pooclăng hỗn hợp và được sản xuấttừ clinker, thạch cao Và có khoảng không quá 20% chất phụ gia được sản xuất theo tiêuchuẩn Việt Nam TCVN 6260: 2009 Thành phần của xi măng PCB có thêm phụ gia, cònxi măng PC thì không.

- Ưu điểm: Xi măng PCB được sử dụng cho hầu hết các loại công trình có yêu cầu vềchất lượng bê tông không quá cao Không cần bê tông phát triển cường độ sớm quánhanh, nhiệt thủy hóa thấp và chi phí xây dựng thấp Sản phẩm xi măng này có những ưuđiểm như: Giá thành sản phẩm thấp, giảm nguy cơ nứt bê tông do nhiệt thủy hóa, dùng đểchế tạo vữa xây tô có độ dẻo cao và cường độ cao

- Phân loại:

+ Xi măng PCB30: Sản phẩm xi măng Pooclăng hỗn hợp PCB30 giỳp làm tăng độ dẻocủa vữa, tăng cường tớnh chống thấm, chống xõm thực với mụi trường Tăng độ bền vữngcho cụng trỡnh và rất phự hợp với khớ hậu nhiệt đới của Việt Nam Chất lượng của loại ximăng này luụn ở độ ổn định Đặc biệt cường độ xi măng luụn cú độ dư mỏc lớn cho nờnsẽ giỳp tiết kiệm lượng xi măng khi sử dụng.

+ Xi măng PCB40: Đối với xi măng PCB40 này nú phự hợp với tất cả cỏc cụng trỡnh dõndụng và cụng trỡnh cụng nghiệp Và cả cỏc cụng trỡnh khỏc như giao thụng, thủy lợi, cỏccụng trỡnh hạ tầng cơ sở Cũng như đỏp ứng tốt cỏc cụng trỡnh cú yờu cầu về cường độcao và phỏt triển sớm Đặc biệt hơn nữa chỳng cũn phự hợp với cỏc kết cấu như múng,dầm, cột Hay cỏc cấu kiện bờ tụng khối lớn, cú cường độ nộn cao, cường độ uốn, độ bềnhúa học cao.

+ Xi măng PCB50: Xi măng PCB50 cú nhiều ưu điểm như cú độ dẻo cao, rỳt ngắn thờigian thi cụng, tiết kiệm chi phớ cho một mẻ trộn, độ mịn cao Dũng sản phẩm xi măng nàyđược sử dụng hầu hết cho cỏc loại cụng trỡnh từ nhà ở dõn dụng Cho đến cỏc cao ốc vănphũng, cỏc dự ỏn lớn Nú đỏp ứng tốt cỏc yờu cầu kỹ thuật chất lượng của vữa và bờ tụng.Cú ưu thế vượt trội là phỏt triển cường độ sớm rất cao nờn giỳp tiết kiệm được chi phớxõy dựng.

7 Đặc trưng của clanke xi măng poúc lăng:

Chất lợng của clanhke xi măng đợc đánh giá qua thành phần hoá học và thành phầnkhoáng Để đánh giá một cách tổng quát hơn thành phần của xi măng ngời ta thờng đánhgiá chúng thông qua các hệ số đặc trng.

c Hệ số Alumin (P)

Hệ số alumin là tỷ số giữa hàm lượng ô xít nhôm và ô xít sắt trong clanhke :

P=A l2O3F e2O3

Hệ số P xác định tỉ lệ giữa khoáng C3A và C4AF Khi P nhỏ thì xi măng có độ ổn địnhtrong môi trường xâm thực của nước và sunfat, khi P lớn thì xi măng đông kết rắn chắcnhanh nhưng cường độ cuối cùng thấp Thông thường hệ số p từ 1÷2,5.

d Hệ số bão hoà (ký hiệu KH)

Hệ số bão hoà là tỉ số giữa lượng canxi ô xít (CaO) trong thực tế liên kết với ô xít Silic(SiO2) tạo thành khoáng C3S:

KH =CaO−1,65× A l2O3−0,35 × F e2O32,8 × SiO2

Giá trị KH trong clanhke xi măng phụ thuộc vào thành phần và tính chất của nhiên liệusử dụng, dạng lò nung, điều kiện nung luyện và một số nhân tố khác Khi giá trị KH lớnthì khoáng C3S tạo thành nhiều, xi măng đông kết rắn chắc nhanh cường độ cao nhưngkhông bền trong môi trường nước và sunfat, hỗn hợp nguyên liệu khó thiêu kết Khi giátrị KH thấp thì khoáng C3S tạo thành ít hơn C2S nên xi măng đông kết rắn chắc chậm,cho cường độ thấp ở thời kỳ đầu nhưng cường độ cuối cùng lại cao Hệ số KH thích hợpthuờng dao động trong khoảng 0,85÷0,95.

Ngoài ra để đánh giá tỉ lệ thành phần clanhke xi măng người ta còn dùng một số các hệ sốkhác như:

* Hệ số MS : MS= C3S +C2SC4AF+C3A

Khi MS tăng thì độ bền của xi măng trong môi trường ăn mòn tăng lên và cường độ tănglên.

* Hệ số đóng rắn ME: ME=C3SC2S

Khi ME lớn thì cường độ ban đầu của xi măng cao, nhiệt hyđrat lớn nhưng độ bền trongmôi trường xâm thực thấp.

* Hệ số nhiệt MK: Mk= C3S+C3AC2S+C4AF

lượng SiO2), thạch cao để kiểm soát quá trình gia công và chế biến xi măng đúng theocác tiêu chuẩn chất lượng.

- Đá vôi: là loại đá canxit, tức là loại đá carbonat canxi (CaCO3) Đá này thường lẫn cáctạp khoáng dolomit - muối kép carbonat canxi và magnezi (MgO.CaO.(CO2)2), đá sét, đásilic và rất ít (<= 0,5%) các quặng sắt, photphorit, kiềm và các muối clorua.

- Yêu cầu kỹ thuật cho sản xuất xi măng PC là đá vôi có lẫn tạp khoáng ít nhất TCVN6072-1996 đã quy định, hàm lượng CaCO3 >= 85% và MgCO3 <= 5%, tức là tươngđương >= 47,6% CaO và <= 2,4% MgO.

- Đá/ Đất sét: Đất hoặc đá sét dùng cho sản phẩm xi măng PC cũng phải thỏa mãn yêucầu kỹ thuật riêng của nó về chất lượng và trữ lượng, bao gồm các chỉ tiêu sau:

+ Phải hạn chế MgO, TiO2, R2O và ion Cl- để đảm bảo chất lượng của xi măng và đảmbảo cho ổn định công nghệ sản xuất và độ bền chống ăn mòn của thiết bị (SO3, Cl-) + Độ cứng và độ ẩm của đá sét cũng là những chỉ tiêu chất lượng quan trọng của loạinguyên liệu này đối với công nghệ sản xuất xi măng Độ cứng càng nhỏ và độ đồng nhấtcủa độ cứng càng đều thì chất lượng của sét càng tốt Độ ẩm cho phép tối đa là 20% (tốtnhất là từ 12 - 16%).

- Các loại phụ gia điều chỉnh: Tùy thuộc vào mục tiêu điều chỉnh, người ta sử dụng cácloại phụ gia khác nhau, bao gồm:

+ Quặng sắt tự nhiên (Fe2O3.H2O): đảm bảo các yêu cầu: Về thành phần hóa học Fe2O3 = 40 - 60%

Độ ẩm không vượt quá 10% Nếu vượt quá 10% thì tỉ lệ pha phối liệu không chínhxác.

+ Quặng sắt nhân tạo có xỉ ở dạng bột mịn màu nâu đen, hàm lượng Fe2O3 = 58 - 68%,nhưng khả năng cung cấp không nhiều, độ ẩm gặp mưa nhiều khi vượt quá 10%.

+ Thạch cao: Dùng để điều chỉnh thời gian đông kết của xi măng Cho đến nay, nguồnnguyên liệu này chưa tìm thấy ở Việt Nam, nên các Công ty xi măng vẫn phải nhập ngoạitừ Lào, Thái Lan và Trung Quốc.

II Nhiên liệu:

Để sản xuất xi măng poóc lăng có thể sử dụng hầu hết các loại nhiên liệu ở cả 3 dạng rắn,lỏng, khí Thực tế việc sử dụng nhiên liệu lỏng và khí là tốt nhất vì chúng có nhiệt trị caovà không có tro, dễ dàng điều chỉnh chế độ nung, tuy nhiên giá thành cao Vì thế trongnhà máy sử dụng hai loại nhiên liệu chính là nhiên liệu lỏng và nhiên liệu rắn.

1 Nhiên liệu rắn:

Nhiên liệu rắn cung cấp nhiệt cho quá trình nung clanhke chủ yếu sử dụng để đốt ở buồngphân hủy đá vôi và ở lò nung clanhke là than Ngoài ra than còn có thể sử dụng làm nhiênliệu cho các thiết bị sấy thùng quay để sấy các loại phụ gia khoáng có độ ẩm cao nhưpuzolan,xỉ lò cao hoạt hóa

Trong nhà máy sản xuất xi măng sử dụng nhiên liệu rắn, giá thành phân xưởng chuẩn bịthan chiếm 15-20% tổng giá thành về thiết bị nhà máy Lò quay sử dụng nhiên liệu chủyếu là than cám, nhiệt trị ≥5500 Kcal/kg Than có chất lượng càng cao thì chất lượngclanhke càng tốt.

2 Nhiên liệu lỏng:

Dầu là loại nhiên liệu lỏng dùng làm nhiên liệu phụ trợ có thể sử dụng để sấy nóng lònung đốt bằng than trong giai đoạn khởi động lò và được đốt ở cả vòi đốt lò nung, các vòiđốt buồng phân hủy đá vôi Để điều khiển chế độ nung trong quá trình vận hành hệ thốnglò nung clanhke, dầu có thể được đốt và phối hợp với cả than ở 2 vị trí nói trên Khi hệthống lò nung ngừng hoạt động hoặc khi nguyên liệu cần sấy có độ ẩm cao mà tác nhânsấy thừ tháp trao đổi nhiệt hoặc từ thiết bị làm nguội clanhke không cung cấp đủ nhiệtlượng cho quá trình sấy thì có thể sử dụng dầu để đốt các lò đốt phụ trợ cấp tác nhân sấycho máy nghiền phối liệu, nghiền than hay cung cấp tác nhân sấy Ngoài ra dầu còn đượcđốt để cung cấp nhiệt năng cho thiết bị hâm nóng dầu khi nó có độ nhớt lớn Nhiệt trị củadầu 8500-10000 Kcal/kg.

III Quá trình sản xuất:

1 Quá trình sản xuất xi măng poóc lăng gồm 2 giai đoạn chính:

- Sản xuất clanke xi măng

- Nghiền clanke xi măng với thạch cao và có thể với các phụ gia khác

Để sản xuất clanke xi măng poóc lăng có thể sử dụng phương pháp ướt và phương phápkhô, phương pháp khô liên hợp.

Quá trình sản xuất xi măng poóc lăng gồm những giai đoạn sau:- Khai thác nguyên liệu và nhiên liệu

- Chuẩn bị hỗn hợp nhiên liệu

- Nung hỗn hợp nguyên liệu tạo thành- Nghiền clanke với thạch cao và phụ gia

2 Ưu, nhược điểm của các phương pháp sản xuất clanke

- Phương pháp ướt:

Sản xuất xi măng pooclăng là phương pháp nghiền và trộn nguyên liệu trong nước.Phương pháp này có ưu diểm là dễ nghiền, độ đồng đều phối liệu cao nhưng tiêu tốnnhiên liệu khi nung lớn: 1400 – 1700 Kcal/Kg Clanke Kích thước lò nung lớn và diệntích xây dựng lớn.

- Phương pháp khô:

Sản xuất xi măng pooclăng là phương pháp nghiền trộn nguyên liệu ở dạng khô vì vậynguyên liệu khó bị nghiền mịn, độ đồng đều của hỗn hợp phối liệu kém hơn phương phápướt Nhưng ưu điểm của chúng là có công suất lớn và tiêu tốn ít năng lượng 800 - 1200Kcal/KgClanke Kích thước lò ngắn song mức độ cơ giới hóa cao Thể tích khí cháy nhỏhơn, từ 30 - 35% so với phương pháp ướt khi năng suất lò như nhau Do đó giá thành làmsạch khói lò giảm, khả năng sử dụng nhiệt của khí thải để sấy nguyên liệu lớn hơn, nhưnghệ thống trao đổi nhiệt và làm sạch phức tạp, quá trình sản xuất sinh ra một lượng bụilớn Để nung hỗn nguyên liệu tạo thành clanke xi măng, người ta thường sử dụng lòquay, lò đứng Tốc độ tạo thành clanke và nhiệt độ cần thiết để thiêu kết hỗn hợp nguyênliệu phụ thuộc vào thành phần hóa học của phối liệu.

3 Công đoạn sản xuất:

Quá trình sản xuất xi măng poóclăng bao gồm ba giai đoạn chính: chuẩn bị nguyên liệu,nung và nghiền clanhke

Sơ đồ dây truyền công nghệ của toàn nhà máy.

Dây truyền công nghệ của nhà máy được chia thành hai phân xưởng chính gồm:+ Phân xưởng chuẩn bị phối liệu;

+ Phân xưởng nung clanhke;

+ Phân xưởng nghiền xi măng và đóng bao.

4 Quy trình sản xuất:

a Giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu :

Tuỳ theo tính chất của nguyên liệu sử dụng nhiều hay ít nước, tình hình thiết bị và lònung người ta chuẩn bị nguyên liệu theo phương pháp khô, ướt và phương pháp kết hợpgiữa khô và ướt Giai đoạn chuẩn bị chia ra làm các bước sau:

- Tính toán sự phối hợp nguyên liệu đạt tỉ lệ yêu cầu.

- Đập vụn đá vôi thành cỡ từ 1 3 cm, đất sét cũng được đập nhỏ, sau đó có thể đưavào sấy để làm giảm bớt độ ẩm (đối với phương pháp khô) hoặc đưa vào bể lọcđánh tơi đất sét (đối với phương pháp ướt) Các chất phụ gia điều chỉnh được đưavào (nếu cần) để điều chỉnh thành phần phối liệu theo yêu câù.

- Đem nghiền nhỏ hỗn hợp nguyên liệu trong máy nghiền bi và đưa qua hệ thốngxi lô để kiểm nghiệm lại thành phần hoá học và thành phần hạt cho đạt yêu cầutrước khi đưa vào nung.

Trong việc chuẩn bị nguyên liệu cần chú ý đến độ nghiền mịn Nguyên liệu càng nghiềnnhỏ, phản ứng khi nung càng nhanh, đỡ tốn nhiên liệu Mặt khác, có nghiền nhỏ thì SiO2mới có khả năng phản ứng triệt để với CaO, làm giảm bớt lượng CaO tự do sau này trongxi măng do đó chất lượng xi măng càng được nâng cao

b Giai đoạn nung :

Nung là giai đoạn kế tiếp theo việc chuẩn bị nguyên liệu, gồm có các bước chính là: làmkhô (làm bay hơi nước tự do), gia nhiệt trước, phóng nhiệt, dung kết và làm nguộiclanhke.

Tốc độ nung clanhke không những phụ thuộc vào thành phần hoá học mà còn phụ thuộcvào độ nhỏ và mức độ trộn đều của hỗn hợp nguyên liệu sống Nung xi măng thườngdùng hai loại lò đứng và lò quay.

c Giai đoạn nghiền clanhke thành xi măng bột :

Clanhke sau khi ra lò thường phải để ở trong kho từ 1 - 2 tuần mới đem nghiền thành bột.Mục đích là để cho CaO tự do trong clanhke hút hơi ẩm trong không khí được tôi thànhCa(OH)2 hoặc cacbonat hoá thành CaCO3 làm cho xi măng có tính ổn định tốt hơn

Khi nghiền clanhke, người ta thường pha trộn thêm 25% thạch cao sống (CaSO4 2H2O)để điều chỉnh thời gian ninh kết của xi măng cho phù hợp với điều kiện thi công Ngoàira còn trộn thêm vào xi măng poóclăng dưới 20% chất phụ gia hoạt tính hoặc dưới 20%chất phụ gia trơ, vừa để cải thiện tính chất của xi măng poóclăng, vừa để tăng sản lượngvà hạ giá thành.

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO R2O SO3 MKN

Đá vôi 1,23 0,14 0,13 53,98 1,21 0,22 0,12 43,21 100,24Đất sét 68,44 17,35 5,33 1,18 1,12 0,42 1,17 5,17 100,18

Tro than 61,38 26,28 5,80 4,80 1,53 - 0,67 - 100,00

2 Chuyển thành phần hóa học của các nguyên vật liệu về 100%.

Chuyển thành phần của nguyên vật liệu sử dụng (chưa đúng =100%) về 100% bằngcách nhân hàm lượng từng ôxít của từng loại nguyên vật liệu với hệ số Ri của nguyên liệutương ứng:

Ri= 1

∑i.100Trong đó: Ri: hệ số chuyển đổi của cấu tử thứ i ∑i: Tổng hàm lượng các ôxít của cấu tử thứ i

Theo∑i của nguyên vật liệu trong bảng 1 ta tính hệ số chuyển đổi như sau:Với đá vôi A: Rđv = 100/100.24 = 0,9976

Với đất sét B: Rđs = 100/100.18 = 0,9982 Với quặng sắt C: Rqs = 100/100.14 = 0,9986

Với tro than Rtt = 1,00 vì tổng thành phần của tro than = 100,00%.

Thành phần hóa học của các loại nguyên vật liệu chuyển về 100% đưa ra trong bảng 2.

Bảng 2: Thành phần nguyên vật liệu quy về 100%

(%)SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO R2O SO3 MKN

Đá vôi 1,23 0,14 0,13 53,85 1,20 0,22 0,12 43,10 100,00Đất sét 68,34 17,33 5,32 1,18 1,12 0,42 1,17 5,16 100,00

Tro than 61,38 26,28 5,80 4,80 1,53 - 0,67 - 100,00

3 Chuyển thành phần nguyên liệu chưa nung về nguyên liệu đã nung.

Từ bảng số liệu của bảng thành phần hóa học (đã quy về 100%) chuyển về thànhphần hóa học của nguyên vật liệu đã nung bằng cách nhân thành phần hóa của cấu tử thứi chưa nung với hệ số Ki củanó: Ki= 100

100− MK Ni

Dựa vào MKN của các loại nguyên liệu (bảng 2), tính được hệ số K tương ứng vớicác loại nguyên vật liệu như sau:

Kdv = 100/(100 - MKNđv) = 100/(100 – 43.10) = 1,7574 Kđs = 100/(100 - MKNđs) = 100/(100 – 5.16) = 1,0544 Kqs = 100/(100 - MKNqs) = 100/(100 – 3.24) = 1,0334.

(%)SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO R2O SO3

Đá vôi 2,16 0,24 0,23 94,0 2,10 0,38 0,21 100Đất sét 72,0 18,27 5,60 1,24 1,18 0,44 1,23 100Quặng

than 61,38 26,28 5,80 4,80 1,53 - 0,67 100

4 Thành phần hóa học của than cám Quảng Ninh

Thành phần hóa học của than cám Quảng Ninh đưa ra trong bảng 5.

Bảng 4: Thành phần hóa của than

Vậy nhiên liệu ở chế độ làm việc chọn Wlv = 1%

Nhân lần lượt các thành phần với hệ số sử dụng của than : Ksd = 100−1100−7 =1,0645

Bảng 5: Thành phần làm việc của than cám Quảng Ninh

- Hàm lượng tro lẫn trong clanhke được tính theo công thức:

Với than cám Quảng Ninh, A = 16,4%.

B: Mức độ lẫn của tro than trong clanhke so với tổng hàm lượng tro của than sửdụng (lò quay phương pháp khô: chọn B = 90%)

P: Lượng than tiêu tốn để nung 1 kg clanhke (kg than /kg clanhke).

P =Qtt/Qlv (kg than/kg clanhke)

Qtt: nhiệt tiêu tốn để tạo ra l kg clanhke, phụ thuộc vào phương pháp sản xuất. Với lò quay phương pháp khô:

Chọn Qtt = 760 (Kcal/kg).

Qlv: Nhiệt trị làm việc của than (Kcal/kg than).

+ Lượng than tiêu tốn P =7244,91760 = 0,104 (kg than/kg clanhke) Thay vào công thức (1), tính được hàm lượng tro than lẫn trong clanhke là:

6 Tính thành phần phối liệu nung clanhke xi măng.

Để thuận tiện trong quá trình tính toán, kí hiệu các ôxit của mỗi nguyên liệu trongbài toán phối liệu (gồm đá vôi, đất sét, quặng sắt, tro than) như trong bảng 7.

Bảng 7: Ký hiệu các ôxit của các cấu tử trong phối liệu và nguyên vật liệu sử dụng.

Thành phần Clanhke Phối liệu Đá vôi (1) Đất sét (2) Quặng sắt (3) Tro than (4)

Kết hợp với lượng tro than lẫn trong clanhke q (4) tạo nên clanhke xi măng Ta có: x + y + z + q = 100

Thành phần các ôxít trong clanhke được tính theo công thức như sau: C = x C1+y C2+z C3+q C4

A = x A1+y A2+z A3+q A4

S = x S1+y S2+z S3+q S4100

F = x F1+y F2+z F3+q F4

C1, S1, A1, F1 là hàm lượng CaO; SiO2; Al2O3; Fe2O3 của cấu tử đá vôi (1).C2, S2, A2, F2 là hàm lượng CaO; SiO2; Al2O3; Fe2O3 của cấu tử đất sét (2).C3, S3, A3, F3 là hàm lượng CaO; SiO2; Al2O3; Fe2O3 của cấu tử quặng sắt (3).C4, S4, A4, F4 là hàm lượng CaO; SiO2; Al2O3; Fe2O3 của cấu tử tro than q (4).Đây là bài toán ba cấu tử: đá vôi, đất sét, quặng sắt và có lẫn tro than nên có thểchọn 2 hệ số: KH và n hoặc KH và p.

Giả sử chọn KH và n Với clanhke xi măng mác 30, ta chọn KH = 0,90; n = 2,20.Thế các giá trị trên vào công thức của các hệ số bài toán 3 cấu tử:

KH = C−(1,65 A +0,35 F )

2,80 S

n = A +FSx + y + z + q = 100

Với hệ 3 cấu tử có lẫn tro than, để xác đinh x, y, z ta giải hệ phương trình (2) sau:

(2) {a1x+b1y+c1z=d1a2x+b2y+c2z=d2a3x+b3y+c3z=d3

Với các hệ số trong các phương trình được xác định như sau: a1 = (2,8.KH.S1 + 1,65.A1+ 0,35.F1) – C1

= (2,8.0,90.2.16 + 1,65.0,24 + 0,35.0,23) – 94 = – 88,08

b1 = (2,8.KH.S2 + 1,65.A2 + 0,35.F2) – C2

= (2,8.0,90.72 + 1,65.18,27 + 0,35.5,6) – 1,24 = 212,30

c1 = (2,8.KH.S3 + 1,65.A3 + 0,35.F3) – C3

= (2,8.0,90.12,49+ 1,65.5,22 + 0,35.76,20) – 2,48 = 64,25

d1 = [C4 – (2,8.KH.S4 + 1,65.A4 + 0,35.F4)].q

= [4,8 – (2,8.0,90.61,38 + 1,65.26,28 + 0,35.5.8)].1,42 = – 277,28

a2 = n.(A1+ F1 ) – S1 = 2,20.(0,24+ 0,23) – 2,16 = – 1,13b2 = n.(A2+ F2 ) – S2 = 2,20.(18,27 + 5,6) – 72 = – 19,48

c2 = n.(A3+ F3 ) – S3 = 2,20.(5,22 + 76,2) – 12,49 = 166,63

d2 = q.[S4– n.(A4+ F4 )] = 1,42.[61,38 – 2,20.(26,28 + 5,8)] = - 13,05

a3 = b3 = c3 = 1

d3 = 100 – q = 100 – 1,42 = 98,58

Thay các giá trị trên vào phương trình (2) ta có:- 88,08.x + 212,3.y + 64,25.z = - 277,28 - 1,13.x – 19,48.y + 166,63.z = - 13,05 x + y +z = 98,58

Giải hệ phương trình ta được: {x=68,89y=26,23

Vậy thành phần clanhke gồm có:

+ 68,89% cấu tử đá vôi đã nung + 26,23% cấu tử đá sét đã nung + 3,46% cấu tử quặng sắt đã nung + 1,42% tro than

∑¿68,89+26,23+3,46+1,42=100 %- Xác định thành phần hóa học của clanhke:

Nhân hàm lượng của các cấu tử nguyên vật liệu đã nung trong clanhke tính toánvới thành phần hóa học tương ứng của từng cấu tử đã nung (bảng 3) ta có thành phần hóahọc của clanhke như đưa ra trong bảng 8.

Bảng 8: Thành phần hóa học của clanke

Thành phầnhóa học

Đá vôi A68,89 %

Đất sét B26,23 %

Quặng sắt3,46%

Tro than1,42%

Clanhke100,00%

- Tính toán thành phần nguyên liệu chưa nung:

Nhân hàm lượng % của nguyên vật liệu đã nung (bảng 7) với hệ số chuyển đổi

Ki= 100

100− MKN tương ứng của đá vôi, đất sét và quặng sắt ta có:

Xo = 100−43,1068,90.100 = 121,08 phần khối lượng đá vôi.

Yo =100−5,1626,11.100 = 27,53 phần khối lượng đất sét.

Zo =100−3,243,43.100 = 3,54 phần khối lượng quặng sắt.

Tổng hàm lượng nguyên liệu trong phối liệu: Xo+ Yo+ Zo = 152,15 phần khối lượng Tínhhàm lượng % của các cấu tử trong phối liệu (quy về 100%) như sau:

Bảng 9: Bảng thành phần hóa của phối liệu khô (W=0).

Thành phầnĐá vôi AĐất sét BQuặng sắt Phối liệu

7 Kiểm tra các hệ số lựa chọn theo thành phần clanhke tính toán

Tính kiểm tra các hệ số của clanhke theo thành phần hóa học (bảng 7) như sau:- Hệ số KH:

KH = CaO−1,65 A l2O3−0,35 F e2O32,8 SiO2 KH = 65,25−1,65.5,51−0,35.4,352,8.21 68 =0,90

Sai số của KH = [(0,90- 0,90)/0,90].100 = 0% - Hệ số n: n = A +FS = 21,68

Sai số của n = [(2,20 - 2,20)/2,20].100 = 0%.- Hệ số p: p =AF=5,51

Kết quả kiểm tra các hệ số của clanhke cho thấy: sai số cho phép của KH, n lựa chọn <0,5%; hệ số p nằm trong phạm vi từ 1,0 ÷ 2,5 Vì vậy các hệ số lựa chọn và tính toán trongbài toán phối liệu là phù hợp.

Ghi chú: Nếu các hệ số lựa chọn kiểm tra có sai số lớn hơn giới hạn cho phép thì chọn lại giá

trị của các hệ số đó để tính toán lại bài toán phối liệu Các hệ số không lựa chọn thì chỉ cầnnằm trong giới hạn lý thuyết cho phép.

- Tính kiểm tra thành phần khoáng trong clanhke

C3S = 4,071.%CaO - 7,60.%SiO2 - 6,718.%Al2O3 - 1,43.%Fe2O3 = 4,071.65,25 - 7,60.21,68 - 6,718.5,51 - 1,43.4,35 = 57,63%.

C2S = 8,602.%SiO2 - 3,071.%CaO + 5,068.%Al2O3 + 1,078.%Fe2O3 = 8,602.21,68 - 3,071.65,25 + 5,068.5,51 + 1,078.4,35 = 18,72%.

C3A = 2,65.(%Al2O3 - 0,64.%Fe2O3) = 2,65.(5,51 - 0,64.4,35) = 7,22%.

C4AF = 3,04.%Fe2O3 = 3,04.4,35 = 13,22%.

%CaO; %SiO2; %Al2O3; %Fe2O3: là hàm lượng % của các ôxít có trong clanhke.

8 Tính tít phối liệu và hàm lượng pha lỏng

- Tít phối liệu (%) tính theo công thức:

T = 1,785.CaO + 2,09.MgO = 1,785.43,12+ 2,09.1,23 = 79,54%.CaO và MgO là hàm lượng % của CaO và MgO trong phối liệu.

Theo yêu cầu của phối liệu sản xuất clanhke xi măng theo phương pháp khô lòquay: T = 79,00 ± 1,00%, vậy T nằm trong giới hạn cho phép.

- Hàm lượng pha lỏng của clanhke tính theo công thức:

L = 3,0.%Al2O3 + 2,25.%Fe2O3 + %MgO + %R2O

%Al2O3, %Fe2O3, %MgO và %R2O: hàm lượng % của các ôxít trong clanhke => L = 3.5,51 + 2,25.4,35+ 1,23 = 27,54 % - Hệ số tiêu hao nguyên liệu để nung 1 kg clanhke sẽ là:

100−q100−MKN=

- Các hệ số n = 2,2; KH = 0,9; p = 1,26 tính toán là phù hợp với giá trị lựa chọn banđầu vì sai số nằm trong giới hạn cho phép.

- Hệ số KH tính toán của clanhke là 0,9 nên hàm lượng C3S cao và phù hợp choclanhke xi măng poóc lăng mác 30 Do hệ số p = 1,26 nên hàm lượng C3A thấp, vìthế cường độ xi măng cao và sự ổn định thể tích sẽ tốt.

- Do KH tương đối cao, hàm lượng C3S lớn, C3A và C4AF thấp, vì thế clanhke cónhiệt độ nung cao và khả năng thiêu kết không cao (clanhke khó nung luyện).

Công đoạn chuẩn bị phối liệu cho nhà máy được bắt đầu từ khai thác đá vôi, đất sét, phụ gia được khai thác và vận chuyển tới khâu tiếp nhận nguyên liệu ban đầu vào nhà máy cho tới silô đồng nhất phối liệu.

- Chuẩn bị nguyên liệu:

+ Quá trình công nghệ của dây chuyền chuẩn bị đá vôi: Đá vôi được khai thác từ mỏ

đá của nhà máy bằng phương pháp khoan nổ mìn rồi được vận chuyển về nhà máy rồi đổ vào phễu tiếp liệu của băng tải xích để chuyển đến máy đập búa Đá vôi được vận chuyển về nhà máy có kích thước  1500 mm Tại máy đập búa đá vôi được đập nhỏ tớikích thước  25 mm Sau khi ra khỏi máy đập búa đá vôi được các băng tải cao su vận chuyển đến máy rải liệu Máy rải liệu được đặt trong kho đồng nhất sơ bộ đá vôi có nhiệm vụ rải đá thành nhiều lớp (theo thiết kế đá vôi được rải theo kho dài) theo công suất thiết kế thì đá vôi dự trữ trong kho đồng nhất sơ bộ là 6 ngày làm 2 đống mỗi đống 3ngày.

-Sau khi được đồng nhất sơ bộ, đá vôi được cầu xúc liệu lấy ra khỏi kho, qua băng tảiđổ vào bunke chứa Đá vôi được tháo ở phía dưới đáy bun ke xuống băng tải cao su (cócân băng định lượng) rồi được đổ vào băng tải đến máy nghiền đứng.

+ Quá trình công nghệ của dây chuyền chuẩn bị đất sét: Đất sét được khai thác và vậnchuyển về nhà máy có kích thước  300 mm được đổ vào phễu tiếp liệu rồi qua băng tảixích để chuyển tới máy cán Tại máy cán, đất sét được cán nhỏ tới kích thước 75mm.Đất sét từ máy cán 2 trục được chuyển đến máy rải liệu Máy rải liệu được đặttrong kho đồng nhất sơ bộ đất sét có nhiệm vụ rải thành nhiều lớp dọc theo kho dài Theocông suất thiết kế dự trử đất sét trong kho đồng nhất sơ bộ là 10-14 ngày chia làm 2 đống.Sau khi được đồng nhất sơ bộ đất sét được cầu xúc liệu lấy ra khỏi kho rồi đổ vào bunkechưa Đất sét được tháo ở phía dưới đáy bunke xuống băng tải cao su chung ( có cân băngđịnh lượng) rồi được đổ vào máy nghiền đứng

+ Quá trình công nghệ chuẩn bị quặng sắt: Quặng sắt đưa về nhà máy đã đạt yêu cầuvề chất lượng và kích thước nên không cần đập mà đưa thẳng vào kho đồng nhất sơ bộ.

Tại kho đồng nhất sơ bộ quặng sắt được máy ủi, ủi đến phễu tiếp liệu xuống băng tải caosu đưa lên bun ke chứa Quặng sắt được tháo ở phía dưới đáy bun ke xuống băng tải caosu (có cân băng định lượng) rồi được đổ vào băng tải đến máy nghiền đứng.

- Nghiền phối liệu và đồng nhất:

Đá vôi, đất sét, quặng sắt được tháo từ các két chứa sau đó qua hệ thống cân địnhlượng theo tỉ lệ bài toán phối liệu, định lượng vận chuyển về máy sấy nghiền liên hợp chutrình kín Trước khi đưa vào máy nghiền đứng liên hợp thì độ ẩm của đất sét là W=12–18 % Trong máy nghiền đứng liên hợp thì vật liệu được nghiền giữa bàn nghiền và conlăn dưới tác động của lực ép và lực ma sát Bàn nghiền chuyển động quay tròn quanh trụcthẳng đứng thông qua hộp giảm tốc và động cơ Vật liệu nghiền được máng dẫn liệu cấpvào trung tâm bàn nghiền Do tác động của lục quay ly tâm sinh ra khi bàn nghiền quay,vật liệu nghiền sẽ chuyển động ra mép ngoài bàn nghiền và bị nghiền nát bởi các con lăn.Một vòng chặn bao quanh bàn nghiền có tác dụng dàn đều vật liệu nghiền thành một lớprãnh nghiền Vật liệu nghiền dần dần bị ép đẩy qua mép của vành chặn thoát ra khỏi bànnghiền Tại đây vật liệu nghiền được dòng khí thải ra tao bởi quạt quấn đưa lên máy phânly đặt ngay ở phần trên của máy nghiền Tại máy phân ly, vật liệu nghiền được phân loại,các hạt thô rơi xuống bàn nghiền và được tách khỏi bởi thiết bị lắng Khí sử dụng trongmáy nghiền đứng con lăn là khí nóng lấy từ khói lò của các xyclon Khi ra khỏi máynghiền sấy liên hợp thì vật liệu được nghiền tới độ mịn có độ sót sang nhỏ hơn 10% trênsàng No009 độ ẩm của phối liệu W nhỏ hơn 1% rồi chuyển lên silô đồng nhất bằng hệthống máng khí động và gầu nâng.

Tại silô đồng nhất phối liệu sử dụng hình nón trung tâm, bột liệu được cấp vào silônhờ hệ thống máng khí động phân phối bố trí trên đỉnh silô và sẽ rải đều bột liệu thànhtừng lớp trên toàn bộ tiết diện silô Quá trình đồng nhất xảy ra khi tháo bột liệu nhờ hìnhnón trung tâm silô, dòng bột chảy dưới tác dụng của trọng lực sẽ chuyển về khu vưc vànhđai giữa thành và đáy hình nón Tại đây silô được bố trí các hộp thông khí Trong quátrình thao tác, van xả bố trí bên trong hình nón trung tâm sẽ hoạt động đồng thời với phântử hóa lỏng phối liệu bố trí sát bên trên Một hệ thống điều khiển đươc lập trình sẵn sẽ

điều khiển hoạt động của silô Trong quá trình tháo, bột liệu sẽ tạo thành dòng chảy dạngphễu, cấu trúc lớp của bột liệu bị phá vỡ, các lớp vật liệu xáo

trộn với nhau làm tăng sự đồng nhất về thành phần Bằng các điều khiển việc nạp khívào các phần tử lỏng bột liệu và tháo qua van co thể lần lượt tạo thành các phễu bột liệutrên tòa bộ diện tích silô Khả năng đồng nhất của silô có thể biểu diễn bằng hệ số trộnđều phụ thuộc vào cấu trúc silô, số lượng silô sử dụng và mức độ dễ chảy của chúng.

2 Dây chuyền công nghệ phân xưởng nung

- Công đoạn nung có nhiệm vụ là nung phối liệu dạng bột trong hệ thống lò quay cótháp trao đổi nhiệt xyclon và thiệt bi tiền nung canxinater tới nhiệt độ kết khối ( 1450 –1470 C ) để tạo thành các khoáng clanke theo yêu cầu

- Bột liệu sau khi đã được đồng nhất đảm bảo thành phần hóa sẽ đươc tháo ra vào hệthống cân cấp liệu rồi xuống vít tải Từ vít tải bột liệu đươc vận chuyển đổ xuống 1 trong2 gầu nâng ( 1 chiếc dự phòng ) rồi lên vít tải để xuống bunke chứa và định lượng Sauđó bột liệu được đổ vào đoạn ống cong giữa xyclon tầng 2 và tầng 1 Tại đây bột liệu gặpdòng khí nóng đi từ ống đứng của xyclon tầng 2 thổi lên cuốn vào xyclon 1 theo phươngtiếp tuyến với thành xyclon Bột liệu nhờ máng khí động đổ vào ống khí ra của xyclontang 2 để cùng khí nóng đi vào xyclon tầng 1 Bột liệu được lắng xuống đay và qua vanđối trọng chảy xuống đọa ống cong giữa xyclon tầng 3 và xyclon tầng 4 Qúa trình traođổi nhiệt và phân ly cứ diễn ra ở các tầng xyclon tiếp theo Sauk hi được lắng tại xyclon 4bột liệu qua van chia liệu khoảng 40% bột liệu đưa xuống buồng khói để đưa lên xyclon5 60% bột liệ cấp vào canxinater Khí cung cấp cho quá trình cháy trong canxinater ladòng khí nóng thu từ ghi làm lạnh qua ống gió 3.

- Khí thải sau khi ra khỏi xyclon tâng 1 nhờ quạt hút có nhiệt độ 350 – 3700C mộtphần được sử dụng để sấy nguyên liệu cho công đoạn nghiền phối liệu, 1 phần đến thápphun ẩm để điều chỉnh nhiệt độ xuông 1500C và cuối cùng đi qua lọc bụi tinhx điện nhờquạt đẩy ra ngoài khí quyển qua ống khói Bụi thu hồi từ tháp phun ẩm và lọc bụi tĩnhđiện được đưa vào si lô đồng nhất nhờ hệ thống vít tải.

- Bột liệu sau khi ra khỏi xyclon tầng 4 được chia làm 2 đường nhờ van 2 ngả mộtđường đi vào ống đứng buồng khói đầu lò, một đường đi vào canxinater Sự phân chianay nhằm mục đích điều chỉnh nhiệt độ tại canxinater và giảm khả năng kết dính của phốiliệu tại buồng khói Bột liệu từ đường ống đúng buồng khói vào canxinater đến xyclonbậc 5 qua ống cong với hành trình dài tiếp tục trao đổi nhiệt khí nóng Sauk hi ra khỏitầng 5 thì bột liệu chảy xuống lo quay , lúc này đã đạt phân hủy 90% Do lò có độ dốc vàquay liên tục , vật liệu được dịch chuyển từ đầu lò xuống cuối lò.

Cùng với quá trình trao đổi nhiệt giữa dòng khí nóng với bột liệu trong tháp trao đổinhiệt, canxinater và lò quay , trong bột liệu xảy ra các quá trình hóa lý như sấy khó bộtliệu , phân hủy khoáng sét , phân hủy cacbonat, phản ứng pha rắn, phản ứng tạo khoáng

C3S trong pha lỏng dưới tác dụng nhiệt của vòi đốt trong tâm của lò quay tạo khoángclanke.

Clanke sau khi ra khỏi lo quay được đưa vào thiết bị làm lạnh kiểu ghi đẩy qua máyđập búa xuống gầu xích vận chuyển xuống si lô thu hồi nhờ lọc bụ tay áo.

Khí thải nóng của hệ thống làm lạnh clanke được thu hồi cho quá trình cháy của vòiđốt trung tâm ( gió 2 ) phần còn lại sau khi qua lọc bụi tĩnh điện nhờ quạt hút khí thảiđẩy ra ống khói có tích 1 phần khí nóng sử dụng sấy nghiền than ở trong công đoạnchuẩn bị than.