các phương pháp sản xuất xi măng fooclăng

silde bài giảng Các phuơng pháp sản xuất xi măng pooclăng silde bài giảng Các phuơng pháp sản xuất xi măng pooclăngsilde bài giảng Các phuơng pháp sản xuất xi măng pooclăngsilde bài giảng Các phuơng pháp sản xuất xi măng pooclăngsilde bài giảng Các phuơng pháp sản xuất xi măng pooclăngsilde bài giảng Các phuơng pháp sản xuất xi măng pooclăngsilde bài giảng Các phuơng pháp sản xuất xi măng pooclăngsilde bài giảng Các phuơng pháp sản xuất xi măng pooclăngsilde bài giảng Các phuơng pháp sản xuất xi măng pooclăngsilde bài giảng Các phuơng pháp sản xuất xi măng pooclăngsilde bài giảng Các phuơng pháp sản xuất xi măng pooclăngsilde bài giảng Các phuơng pháp sản xuất xi măng pooclăngsilde bài giảng Các phuơng pháp sản xuất xi măng pooclăngsilde bài giảng Các phuơng pháp sản xuất xi măng pooclăng

Chuơng 3:

Các phuơng pháp sản xuất

xi măng pooclăng

– Xi măng lò quay

• Theo độ ẩm của phối liệu khi đưa vào lò nung: 4 pp:

– Phương pháp khô (0,5-1%: khô)

– Phương pháp bán khô (10-12%).

– Phương pháp bán ướt (16-21%).

– Phương pháp ướt (28-43%: bùn).

• Ở VN:

• Phương pháp khô (< 1%)

• Phương pháp bán khô (12 – 18%: dạng viên).

• Phương pháp ướt (18 – 45%: dạng bùn past)

Phương pháp bán khô với thiết bị nung lò

đứng (còn gọi là XM lò đứng)

1 Phương pháp bán khô với thiết bị nung lò

đứng (còn gọi là XM lò đứng)

• Phối liệu vào lò được vê thành viên (1020mm) với độ ẩm

1216% cho vào nung trong lò đứng

• Nhiên liệu than cũng được tạo viên (25mm), đổ chung lẫn vào

viên phối liệu Tốt nhất là dùng than cốc hoặc than antraxit (ít tro, ít chất bốc tạo lửa ngắn) Than cháy truyền nhiệt gần như trực tiếp cho viên phối liệu, vì vậy, hiệu suất nhiệt rất cao

• Để tránh pha lỏng tạo thành quá nhiều ảnh hưởng không tốt tới sự thông gió, hại tường lò, phối liệu XMP theo phương pháp bán khô có modul silic cao, modul nhôm MA = 1,51,7, hệ số bão hòa vôi tương đối thấp (KH = 0,860,88)

Cấu tạo lò đứng nung clinker ximăng.

Lò đứng là 1 ống hình trụ đứng rỗng, ngoài là gạch thường (hiện nay lớp vỏ bằng thép), trong lót vật liệu cách nhiệt và gạch chịu lửa

Chiều cao và đường kính lò thường có tỉ lệ xác định H / D= 3,5 - 4 lần.

Dựa vào chiều cao lò, nhiệt độ nung mà phân chia lò đứng thành 3 hoặc 4 dôn Phổ biến hơn là 3 dôn: dôn sấy, dôn nung và dôn làm lạnh

Để tăng cường quá trình nung trong lò đứng người ta thường đưa gió nóng hoặc gió giàu ôxy vào khu nung.

2 phương pháp ướt với thiết bị lò quay

(past, độ ẩm tới 45%), đi vào lò quay từ đầu phía trên, biến đổi hóa lý: sấy, đốt nóng, phân hủy đất sét và sau đó là cácbonnát canxi, kết khối và làm nguội nhanh thành clinker

thường lắp thêm các thiết bị trao đổi nhiệt phía trong lò như xích sắt, thiết bị trao đổi nhiệt bằng gốm

Cấu tạo Lò quay nung clinker

theo phương pháp ướt.

Gồm 1 ống kim loại hình trụ rỗng bằng thép dày 20 - 70mm mác CT3 và được lót gạch chịu lửa bên trong

Theo hình dáng vỏ lò chia làm hai loại: Đường kính đồng đều và không đồng đều Lò đặt nghiêng 1 góc α so với mặt phẳng ngang, góc nghiêng của lò α = 3 - 50

Số vòng quay dao động từ 0.5 đến 4 vòng / phút.

Tỉ lệ giữa chiều dài và đường kính lò:

Lưu ý:

Để đảm bảo tuổi thọ của lò và giảm tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh, trong lò thường tạo một lớp lớp trám dày từ 100- 150mm trên bề mặt gạch chịu lửa và làm mát vỏ lò bằng nước hay

kỹ thuật của từng dôn mà sử dụng các loại gạch chiu lửa lót khác nhau.

Lò quay làm việc theo nguyên tắc ngược chiều, phối liệu vào đầu cao (đầu lạnh) của lò, clinker

ra đầu thấp (đầu nóng) của lò, nhiên liệu và không khí đi vào đầu thấp của lò

Do nhiên liệu được đốt cháy và phối liệu đi ngược chiều nhau.

Nguyên liệu được đốt nóng từ nhiệt độ thường đến nhiệt độ kết khối, còn khí nóng có nhiệt độ giảm dần theo chiều dài lò ra ống khói, nhiệt độ khí thải khỏang 200 - 3000C.

Dựa vào chiều dài lò quay, nhiệt độ vật liệu và dòng khí người ta phân chia lò thành 5 -6 dôn là:

+ Dôn sấy và đốt nóng chiếm

50 - 60% chiều dài lò.

+ Dôn phân giải cácbônát chiếm 20 - 23 % chiều dài lò.

+ Dôn tỏa nhiệt chiếm 5 - 7% chiều dài lò.

+ Dôn kết khối chiếm 10 - 15% chiều dài lò.

+ Dôn làm lạnh chiếm 2 - 4% chiều dài lò.

Bảng: Các zôn kỹ thuật trong lò quay

phương pháp ướt

Chiều dài

tương đối

( % L)

  Tên gọi zôn Nhiệt độ ( 0 C)

  Làm nguội

120 – 200 tới 650

650 – 1000

1000 – 1450  

 

1450 – 1380  

Mất nước lý học

Al2O3.2SiO2.2H2O 3Al2O3.2SiO2+H2O CaCO3  CaO+CO2

Tạo pha lỏng và kết tinh:

12CaO + 2SiO2 + 2Al2O3 + Fe2O3

 C3S+C2S+C3A+C4AF Các viên clinker dạng sỏi hình thành

 

  Làm nguội

nhanh 1380 - 100 Clinker nguội tới nhiệt độ để nghiền Tạo pha thủy tinh, các tinh thể nhỏ mịn Ngăn

biến đổi thù hình:

Bể bừa bùn

Băng tải, bơm

H 2 O Bể chứa

QUẶNG SẮT (FeS 2 ) Silo chứa

MÁY NGHIỀN BI ƯỚT

Làm nguội nhanh

-Thiết bị hành tinh -Thiết bị kiểu ghi

Cát

Xuất clinker

phương pháp ướt với thiết bị lò quay

khai thác ban đầu có độ ẩm rất cao, nguyên liệu cung cấp CaO không cứng, dễ tạo huyền phù khi nghiền ướt (đất sét từ sông, hồ, đầm lầy; đá vôi từ vỉa ngầm có độ ẩm rất cao)

Cấu tạo:

Lò quay nung clinker ximăng theo phương pháp khô về cấu tạo thân lò và nguyên tắc làm việc ngược chiều như lò quay phương pháp ướt

kích thước lò rất ngắn so với lò phương pháp ướt, tỉ lệ L/D = 15

- 17 lần, phổ biến là loại lò có kích thước:

D x L =3,5 x 50m ; 4 x 60m ; 5 x 75m

3 phöông phaùp khođ vôùi thieât bò loø quay

Phối liệu vào lò dạng bột mịn:

Bột phối liệu từ két chứa hoặc silô chứa có W = 0,5 - 1% vào hệ thống xyclon trao đổi nhiệt (tháp trao đổi nhiệt) nhờ thiết bị chuyển vận, khí nóng từ trong lò

đi vào buồng khói rồi lên các xyclon, vật liệu và dòng khí chuyển động ngược chiều nhau

Do tác dụng của dòng khí vật liệu trong xyclon luôn luôn ở trạng thái lơ lửng, vì vậy sự tiếp xúc giữa dòng khí và vật liệu tốt hơn, quá trình trao đổi nhiệt giữa khí và vật liệu tốt hơn.

Kết quả bột phối liệu vào đầu lò có nhiệt độ

950 - 10000C còn nhiệt độ khí thải ra là 300 - 3100C, phối liệu vào lò tiếp tục quá trình nung luyện

Hiện nay nhờ thiết kế thêm buồng đốt phụ, nên mức độ phân giải đá vôi có thể lên mức từ 90% đến 97% trước khi vào lò.

Ưu điểm:

Lò quay được giảm bớt chiều dài (còn khoảng 60 –80m), năng lượng tiết kiệm hơn nhiều so với nung clinker bằng phương pháp ướt

Vấn đề môi trường cũng được coi là dễ giải quyết hơn

II – 3 – SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XMP PHƯƠNG PHÁP KHÔ:

ĐÁ VÔI ĐẤT SÉT

Nổ mìn,

khoan

Đập , nghiền

Nghiền trục Kho chứa Kho chứa

SẤY NGHIỀN LIÊN HỢP

PHỤ GIA FeS 2

Đập nghiền Kho chứa

MÁY LÀM NGUỘI Nghiền sơ bộ Silo ủ clinker NGHIỀN MỊN

Nhiên liệu

Thạch cao Đập, nghiền

Cân Phụ gia

Đập nghiền

Cân

Đóng bao Tiêu thụ

clinker

Xuất clinker

Cac chỉ tiêu Lo quay phương phap

ươt

Lo quay phương phap khô

Nhiêt tiêu tôn cho1

Một số chỉ tiêu kinh tế kỹ

thuật so sánh giữa các phương pháp sản xuất

Sô lương thiêt bị Ít Nhiêu

Diên tích san xuât Lơn Nho

Đô đông nhât phôi

Chỉ tiêu Đơn vị tính Đạt mức

Phương pháp ướt Phương pháp khô

Trước 1990 Sau 1990 Nhiệt năng Kcal/kg Clinker 1450 -1700 780 - 820 730 Điện năng kWh/T cement 120 - 130 115 - 125 90 - 100 Gạch chịu lửa Kg/T Clinker 2 - 2.5 1 - 1.5 0.5 - 0.8

VL nghiền Kg/T cement 1.5 - 2 0.3 - 0.6 0.2 - 0.5

NS lao động T cement/người/năm 200 - 600 1000 - 1500 2500 - 3800 Nồng độ bụi mg/m3 kk 100 - 150 50 - 100

Cơ sở để lựa chọn phương pháp sản xuất:

Lựa chọn phương pháp sản xuất là một trong những vấn đề quan trọng, nó ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của nhà máy Sau đây là một số cơ sở để lựa chọn phương pháp sản xuất.

• Độ ẩm tự nhiên của nguyên

• Điều kiện thiết bị.

• Điều kiện vệ sinh công

nghiệp.

• Điều kiện diện tích sản

xuất và mở rộng.

Khi lựa chọn phương pháp sản xuất cần so sánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật với những nhà máy có cùng năng suất như nhau, lò có cùng năng suất, cùng sử dụng một loại nhiên liệu, cùng sản xuất ra một loại sản phẩm

Rút ngắn quá trình sản xuất, nâng cao hiệu suất sử dụng maõy móc và thiết bị

Nâng cao sản lượng và chất lượng sản phẩm, hạ giá thành sản phẩm

Hạ chỉ tiêu tiêu tốn năng lượng, nguyên vật liệu

Nâng cao trình độ cơ khí hóa, tự động hóa, giảm bớt lao động nặng nhọc

Đảm bảo vệ sinh an tòan lao động

II.NUNG CLINKER

QUÁ TRÌNH TẠO CLINKER

XMP TỪ BỘT PHỐI LIỆU

Bột phối liệu từ đá vôi, đất sét, quặng sắt được đem nung luyện sẽ trải qua một loạt những biến đổi.Theo bản chất hoá lý: 5 giai đoạn:

1 Biến đổi chỉ ở pha rắn (sấy, đốt nóng, phân hủy cacbonat)

2 Biến đổi với sự tham gia của pha lỏng (kết khối, làm nguội)

Phối liệu vào dôn sấy ở dạng bùn lỏng nhờ có xích trao đổi nhiệt mà cường độ sấy tăng lên, độ ẩm phối liệu giảm dần, độ nhớt tăng lên, vật liệu vón thành cục.

Cuối dôn xích nhiệt độ

đó đất sét mất một phần tính dẻo, hạt vật liệu có kích thước tương đối nhỏ.

        Mất nước hóa học của các khoáng sét: hiệu ứng thu nhiệt từ 400 – 600 0 C

x Al2O3.ySiO2.mH2O = xAl2O3.ySiO2 + mH2O.

(nước tách ra, tạo sản phẩm

có độ xốp, bề mặt phản ứng lớn)

mạnh nhất trong khoảng 540 – 580 0 C

Phản ứng mất nước của caolinhít

Al2O3.2SiO2.2H2O = Al2O3.2SiO2 + 2H2O).

        Phân hủy các chất hữu cơ trong đất sét (phản ứng toả nhiệt, ở 300 –

400 0 C); phân hủy pyrít sắt FeS2.

• Biến đổi thù hình của  - quắc   - quắc

(thu nhiệt nhỏ ở 573 – 575 0 C). 

• Quá trình chủ yếu là phân hủy cácbonát canxi CaCO3 (nhiệt độ phân hủy mạnh nhất ở khoảng 870

- 900 0 C)

CaCO3=CaO + CO2

• MgCO3 phân hủy ở 700-800 0 C).

• Phản ứng thu nhiệt và tỏa khí rất mạnh Sự phân hủy tạo CaO hoạt tính cao dễ phản ứng với các ôxít hoạt tính của đất sét như SiO2, Al2O3 các silicát canxi như CA, C12A7, CS, C3S2… bắt đầu tạo thành

Đặc trưng cơ bản của toàn bộ giai đoạn này là các biến đổi xảy ra ở pha rắn, theo sơ đồ:

4 – Keât khoâi: 10000C – 14500C :

• Ở 13500C một phần vật liệu bị nóng chảy tạo chất lỏng, sản phẩm đi vào khu vực kết khối gồm: C3A, C4AF,

C5A3, C2S, C2F, MgO và 1 lượng CaO tự

1000-11000C: tạo pha lỏng

2 (Al2O3.2SiO2) = 2Al2O3.3 SiO2 (spinel) + SiO2

CaO + Fe2O3 = CaO.Fe2O3CaO + Al2O3 = CaO.Al2O3CaO.Al2O3 + 4 CaO + 2Fe2O3 = C5A3

C5A3 (không bền) = C3A + CaO tự doCaO + SiO2 = CaO.SiO2 (wolastonhít)

CaO.SiO2 + Al2O3 = 2 CaO Al2O3 SiO2

(ghelenhít)CaO.Al2O3 + 2 CaO + Fe2O3 = C4AF

C4AF (chảy thành pha lỏng)

“Sự kết khối kèm theo biến đổi thể tích, các lỗ

xốp giảm dần kích thước, tăng mật độ hạt ä phụ thuộc nhiều vào điều kiện kỹ thuật, quan trọng nhất là

nhiệt độ và thời gian kết khối".

thủy tinh trong clinker Thành phần pha của clinker

pha thủy tinh Ngoài ra là những khoáng CaO, MgO do không phản ứng hết.

“ -CC 2 S không có tính kết dính, không tạo cường độ cho xi măng, làm cho xi măng bị t i tả” ơi tả”

Chú ý: cần phải làm nguộâi nhanh:

         Lực làm lạnh nhanh sẽ làm cho màng đó cứng lại ngăn cản không cho  C2S   C2S, ngăn sự phân hủy C3S.

         Pha thủy tinh hình thành có các vết nứt, giúp clinker dễ vỡ, thuận lợi cho quá trình nghiền.

          Tạo tinh thể nhỏ, mịn: giúp dễ nghiền, dễ tham gia phản ứng sau này.

III THIẾT BỊ TRAO ĐỔI

NHIỆT KIỂU TREO

1 – Sơ đồ nguyên lý thiết bị

• Đóng vai trò quyết định trong việc tiết kiệm năng lượng nhiệt của lò nung clinker XMP phương pháp khô.

• Hệ thống tháp trao đổi nhiệt kiểu treo gồm hệ thống

xyclon nhiều tầng mắc nối tiếp Mỗi tầng có một hoặc

nhiều xyclon, phía trong các xyclon thường được lắp gạch chịu lửa cao nhôm

• Bột phối liệu đã nghiền mịn đi vào các xyclon ở

trạng thái lơ lửng có khả năng trao đổi nhiệt rất mạnh

với khí nóng do hầu như toàn bộ bề mặt hạt tham gia trao đổi nhiệt. 

Hình 8.1 Sơ đồ nguyên lý lò nung clinker XMP với hệ thống

trao đổi nhiệt kiểu treo SP

Hạt phối liệu rắn theo dòng khí nóng đi vào

xyclon theo hướng tiếp tuyến, chuyển động xoáy

vòng theo hướng từ trên xuống dưới, đi từ xyclon

này vào xyclon khác có nhiệt độ cao hơn

Khí thải từ lò với nhiệt độ 900 – 10000C được hồi lưu, dẫn vào các xyclon chuyển động ngược

chiều dòng bụi phối liệu, truyền nhiệt cho phối liệu Khi ra khỏi xyclon, khí thải có nhiệt độ 250 – 3000C

đi qua các thiết bị lọc bụi tĩnh điện rồi thải ra ngoài

Trong khí thải của lò quay, rất nhiều bụi

Qua các xyclon, phối liệu có nhiệt độ 650-8000C

Kết thúc các quá trình sấy, mất nước hóa học và một phần phân hủy các muối cácbonát trong phối liệu

(khoảng 10 – 15%).

2 – Chuyển vận phối liệu và khí nóng trong

hệ thống trao đổi nhiệt kiểu treo SP

• T > 10000C, xuất hiện nhiều pha lỏng (do phối liệu chứa sắt, do tro than …) gây khó khăn trong quá trình truyền vận trong đường ống, thậm chí tắc ống dẫn

• Hệ thống xyclon bốn bậc: l = 50m, thời gian =

25s T = 500C lên tới 8000C, t0C khí thải từ

11000C, giảm xuống còn khoảng 3000C Tốc độ khí và nguyên liệu trong khí thải khoảng 22 – 25 m/s

Xyclon bậc I:

Quá trình chủ yếu là sấy (bay hơi ẩm), bắt đầu đốt nóng bột phối liệu Khí thải nhiều hơi ẩm H2O đi vào các hệ thống lọc bụi và thoát ra ngoài.

Xyclon bậc II:

Quá trình hóa lý chủ yếu là mất nước hóa học của đất sét, cháy các tạp chất hữu

cơ lẫn trong phối liệu.

Xyclon bậc III:

• đất sét mất nước hóa học

• Hạt cát biến đổi thù hình

Xyclon bậc IV:

• Tận dụng nhiệt khí thải từ lò nung đốt nóng bột phối liệu.

• Nhiệt độ khí thải cao: 1000 – 11000C

CaCO3  CaO + CO2

(khoảng 10 -15%)

Chú ý:

Đối với xyclon bậc I: đây là xyclon đầu tiên

tính theo chiều bột phối liệu chuyển vận và cuối

cùng tính theo chiều khí chuyển động, cần được

thiết kế sao cho lượng bụi theo khí thải ra ngoài là ít nhất

Vì vậy, xyclon bậc I thường gồm hai xylon có bán kính nhỏ hơn và dài hơn so với các xyclon

những bậc còn lại, hai xyclon này cần đóng cả vai trò sấy và lọc bụi

Các xyclon bậc II, III và IV thường có cùng kích thước phải kiểm tra sự thông bột phối liệu

thường xuyên, thậm chí có thể phải ngừng lò xử lý

do tắc nghẽn

Hình 8.1 Sơ đồ nguyên lý lò nung clinker XMP với hệ thống

trao đổi nhiệt kiểu treo SP

• Sự va chạm vào thành xyclon và va chạm lẫn nhau làm hạt mất động năng, lắng xuống nhanh hơn

• Nhưng ở tầng xyclon dưới, áp suất dòng khí cao

hơn, các hạt lại tiếp tục trao đổi nhiệt ở trạng thái

lơ lửng

Tóm lại:

Nhiệt độ hạt phụ thuộc vào kích thước, thời gian lưu, bản chất hạt, chế độ thủy động của khí nóng …

Đây là lý do cần nhiều bậc xyclon, mỗi bậc ứng với một khoảng nhiệt độ

nhất định với mức tăng dần, nhằm tăng

cường và có thể điều khiển quá trình trao đổi nhiệt giữa khí nóng – hạt nguyên liệu. 

IV LÒ QUAY NUNG

CLINKER

 Đường kính lò D = 3 – 6m

 Chiều dài L = 40 – 80m

 Đặt với góc nghiêng 3 – 70

 Quay với tốc độ 1 – 2 vòng/phút.

Thời gian lưu phối liệu trong lò (hệ số đổ đầy 7 – 15% diện tích thiết diện lò) sẽ phụ thuộc kích thước lò, góc nghiêng và tốc độ quay của lò.

56

Lò xi măng theo pp khô

Gạch chịu lửa (GCL) cho lò nung

• GCL đóng vai trò hết sức quan trọng trong kỹ thuật sản xuất clinker XMP Độ bền GCL quyết định thời gian làm việc của lò, và như vậy, quyết định năng suất, sản lượng và giá thành của XM Cần xác định chủng loại GCL thích hợp cho từng vùng làm việc của lò, thời gian có thể làm việc của mỗi loại

• Nguyên nhân chính phá hủy GCL trong lò nung là độ bền hóa và độ bền nhiệt của GCL Phản ứng của GCL với khối phối liệu giàu pha lỏng khi lò quay rất mạnh Zôn nung là khu vực có nhiệt độ nung cao nhất, GCL lại phải chịu ăn mòn hóa học của khối silicát nóng chảy đồng thời tác dụng cơ học mài mòn

do lò quay, các viên clinker trượt mài lên thành lò