Nguyên cứu hệ thống điều khiển lò nung nhà máy xi măng bỉm sơn

Nguyên cứu hệ thống điều khiển lò nung nhà máy xi măng Bỉm Sơn Chơng i Công nghệ sản xuất xi măng 1.1 Cơ sở lý thuyết xi măng 1.1.1 Giới thiệu xi măng poóc lăng phân loại 1.1.1.1 Xi măng poóc lăng (XMP) Ximăng poóclăng (XMP) sản phẩm nghiền mịn clinke XMP với thạch cao (thờng 3á5%CaSO4 H2O) số phụ gia khác (nếu có) nh : chất trợ nghiền, chất độn làm tăng hàm lợng sản phẩm 1.1.1.2 Clinke XMP Là sản phẩm thu đợc sau nung hỗn hợp nghiền mịn từ nguyên liệu chủ yếu đá vôi khoáng sét đén kết khối để tạo thành khoáng chủ yếu gồm canxi silicát nh canxi aluminát canxi alumôferít 1.1.1.3 Xi măng poóc lăng 1.1.1.4 bền sun phát( XM BSF) XM BSF : sản phẩm nghiền mịn clinker xi măng poóc lăng có thành phần khoáng hoá yêu cầu với thạch cao làm phụ gia điều chỉnh đông kết mà không đợc pha thêm phụ gia khác Loại xi măng đợc sử dụng phổ biến nhất, phạm vi sử dụng phù hợp loaị xi măng dùng làm cấu kiện bê tông nằm phần công trình chịu khô ẩm( vùng thuỷ chiều vùng có mức nớc ngầm thay đổi theo chu kỳ) chịu đông lạnh tan băng luân phiên Qua nghiên cứu nhà khoa học nguyên nhân gây không bền môi trờng sun phát xi măng pooc lăng khoáng C 3A Do sản xuất xi măng bền sun phát cần giảm lợng khoáng C3A xuống mức thấp tăng lợng C4AF muốn đạt đợc điều phải giảm modul nhôm xuống thấp (MA ) - Loại xi măng có MA gọi xi măng pherari - Để độ bền sun phát xi măng tăng lên bên cạnh việc tính phối liệu kỹ thuật nung phải kể đến việc sử dụng phụ gia để giảm hàm lợng C3A xuốngđể tồn dạng C5A3 Tuy nhiên ta đa phụ gia hoạt tính vào xi măng làm tăng độ bền sun phát lên nhng lại làm giảm độ bền băng giá xuống - Một số nhà khoa học đà nghiên cứu kết luận đa thêm lợng xỉ nhiệt điện hợp lý vào tăng độ bền sun phát lên - Dây chuyền sản xuất xi măng pooc lăng bề sun phát công Nguyễn Đỗ Khánh Nguyễn Đình Ngân Nguyễn Đình Ngân Nguyên cứu hệ thống điều khiển lò nung nhà máy xi măng Bỉm Sơn nghệ sản xuất xi măng pooc lăng thờng khác khâu tính phối liệu, chuẩn bị phối liệu, trình nung, làm lạnh, nghiền xi măng phụ gia Các tiêu chuẩn xi măng poóc lăng bền sun phát ( XMBSF) Theo BS 4027 : 1996(Anh) XMPBSF phải có hàm lợng C3A 3,5% Theo ASTM C150 Nguyễn Đình Ngân 96 (Mỹ) có hai loại XMPBSF type II (sử dụng yêu cầu độ bền sun phát vừa phải ) quy định C3A 8% , C3A + C3S 5% vµ SO3 3% Type V(sử dụng yêu cầu độ bền sun phát cao) quy định : C3A 5% , 2C3A + C4AF 25% SO3 2,3% đồng thời quy định độ nở sun phát sau 14 ngày thử theo ASTM C452 Nguyễn Đình Ngân 89 phải 0,04% Theo TCVN 6067 : 1995, Việt Nam quy định sản xuất hai loại XMBSF có tiêu kỹ thuật sau : - Loại xi măng bền sun phát thờng : (ký hiệu PCs30, PCs40 ) có chØ tiªu nh sau : C3A < 8%, C3A +C3S < 58% - Loại xi măng bền sun phát cao ( ký hiƯu : PCHS30, PCHS40 ) cã c¸c chØ tiªu nh sau : C3A < 5%, C3A + C4AF < 22%, C3S  50% Theo GOST 22266 Nguyễn Đình Ngân 76 (Liên Xô cũ ) XMPBSF phải thoả mÃn thành phần khoáng : C3A 5% , C3A + C4AF 22% , C3S 50% vµ SO3  Các loại xi măng poóc lăng bền sun phát ( XMBSF) XMBSF cao chøa bari - Theo kÕt qu¶ nghiên cứu viện nghiên cứu xi măng Liên Xô từ năm 1973 ngời ta đà sản xuất xi măng poóc lăng chứa bari có độ bền sun phát cao Kết nghiên cứu loại xi măng đà đợc viện nghiên cứu KHCN vật liệu xây dựng nghiên cứu đa vào sản xuất số nhà máy xi măng Việt Nam - Việc đa bari (BaO) vào phối liệu thúc đẩy phần trình tạo clanhke ảnh hởng lên thành phần tính chất C 2S Độ bền xi măng có BaO 3% cao xi măng poóc BaO 4á14%.6 Các loại XMP BSF khác - XMP BSF có phụ gia khoáng mác 400 mác 500 với yêu cầu hàm lợng C3A 5% C3A + C4AF 22% đợc phép pha thêm 10 20% xỉ hạt lò cao á10 % loại phụ gia khoáng hoá khác - XMP xỉ bền sun phát : Đợc sản xuất sở clinker có Nguyễn Đỗ Khánh Nguyễn Đình Ngân Nguyễn Đình Ngân Nguyên cứu hệ thống điều khiển lò nung nhà máy xi măng Bỉm Sơn chứa C3A không lớn 8% xỉ lò cao xỉ phốt nhiệt điện có hàm lợng Al2O3 không lớn 8% mác xi măng poóc lăng xỉ bền sun phát 300và 400 ( KG/cm2) Xi măng xỉ dùng cho cấu trúc bê tông bê tông cốt thép công trình mặt đất, dới nớc dới đất không cho phép sử dụng xi măng poóc lăng xỉ vùng có mức nớc thay đổi nh vùng nhiệt độ thấp mà đốt nóng nhân tạo - Xi măng puzơ lan : Tợng tự xi măng poóc lăng xỉ quy định C3A2h Đông kết bình thờng : thời gian bắt đầu đông kết 45 phút đến 2h Đông kết nhanh : thời gian bắt đầu đông kết < 45 phút 1.1.2.4 Phân loại theo mác xi măng Mác cao ≥ 50 : PC50, PC60  M¸c thêng : PC30, PC50 Mác thấp : PC < 30 Ngoài có loại xi măng đặc biệt nh : xi măng bền sun fát, xi măng trắng, xi măng mầu khoáng phản ứng với n 1.2 Thành phần khoáng hoá clinker XMP 1.2.1 Thành phần kho¸ng  C¸c kho¸ng chÝnh: C3S, C2S, C3A, C4AF chiÕm khoảng (95-97)% Các khoáng khác : CS (Wollastonite), C3S2 ( Rankinite), CAS2(Anorthite), C2AS ( Genlenite) Nguyễn Đỗ Khánh Nguyễn Đình Ngân Nguyễn Đình Ngân Nguyên cứu hệ thống điều khiển lò nung nhà máy xi măng Bỉm Sơn Khoáng chứa kiềm : KC23S12, NC8A3, C2S.CaSO4, 3CA.CaSO4 khoáng phản ứng với n Các ôxit tự : CaO, MgO khoáng phản ứng với n Pha thuỷ tinh 1.2.1.1 Khoáng C3S( Tricalci silicate) Hàm lợng: 40 60% khối lợng Khối lợng riêng 3,28g/cm3 C3S tinh khiết tồn phòng thí nghiệm, clinker XMP công nghiệp C3S có số chất khác tồn dạng dung dịch rắn C3S nên gọi Alít có tính chất tơng đối Công thức đơn giản: dung dịch rắn Alít  C54S16AM  C3S bỊn vïng nhiƯt ®é t0 = 1250á 19000C dới 12500C C3S phân huỷ thành C2S CaO tự do: C3S đ C2S + CaO C3S tinh khiết có dạng lục giác Alít không dạng lục giác C3S tạo cho XMP có cờng độ cao, đóng rắn nhanh toả nhiều nhiệt hydrat hoá, không bền môi trờng xâm thực Alít dung dịch rắn C3S có số khoáng khác, bền nhiệt độ < 12500 Nó hoạt tính C3S mạng lới tinh thể biến đổi 1.2.1.2 Khoáng C2S(Dicalci silicate) Công thức : 2CaO.SiO2 Hàm lợng :15á45% C2S có dạng thù hình: a, a, b, với khối lợng riêng lần lợt :3,04; 3,40; 3,28; 2,97 g/cm3 Trong dạng thù hình dạng b quan trọng cần thiết đối víi clinker XMP Thùc tÕ C 2S tån t¹i ë dạng dung dịch rắn bền có tên gọi bêlít - Dạng a: tồn vùng nhiệt độ 1425á2130C - Dạng a: tồn vùng nhiệt độ 830á1425C, dới 830C làm lạnh nhanh chuyển dạng b, ngợc lại làm lạnh chậm chuyển dạng kèm theo tăng thể tích 10% gây tả clinker - Dạng b bền mặt nhiệt động tồn vùng nhiệt độ 675á830C ta nung lâu 675C hạ chậm xuống dới 675C chuyển dạng Đây dạng không mong muốn Nguyễn Đỗ Khánh Nguyễn Đình Ngân Nguyễn Đình Ngân Nguyên cứu hệ thống điều khiển lò nung nhà máy xi măng Bỉm Sơn - Dạng tồn taị < 675C Chú ý: dạng thù hình khả kết dính cho cờng độ cao giảm dần từ dạng a đến Dạng khả đóng rắn Để ổn định dạng b ngời ta thờng làm lạnh nhanh qua vùng nhiệt độ 675C dùng phụ gia ổn định có hiệu oxit xâm nhập vào mạng lới C2S hình thành dung dịch rắn ổn định C 2S nhiệt độ cao nhiệt độ thấp ví dụ nh : B2O3, P2O5, V2O5, BaO, Mn2O3 khoáng phản ứng với n Bêlít bC2S có tốc độ đóng rắn vừa phải toả nhiệt đóng rắn bền môi trờng xâm thực 1.2.1.3 Khoáng C3A(calci aluminat) C«ng thøc: 3CaO.Al2O3  Trong hƯ cÊu tử CaO Al 2O3 ta có dÃy dung dịch rắn: C 3A, C5A3, C12A7, CA, CA2, CA6, chủ yếu C 3A Trong thực tế C3A hoà tan nhiều oxít khác Hàm lợng: 5á 15% C3A có cấu trúc xốp, phản øng rÊt nhanh víi H 2O, to¶ nhiỊu nhiƯt hydrát hoá, không bền môi trờng xâm thực Khối lợng riêng: 3,04g/cm3 1.2.1.4 Khoáng C4AF(alumoferit canxi) Công thức : 4CaO.Al2O3 Hàm lợng: 10 18% Khối lợng riêng: 3,77 g/cm3 C4AF khoáng chủ yếu dÃy dung dịch rắn khoáng từ C 6A2F đ C6AF2 Nên gọi khoáng alumoferit canxi có tính tơng đối C4AF đóng rắn chậm, cờng độ không cao nhng bền môi trờng xâm thực môi trờng băng giá 1.2.1.5 Khoáng khác(khoáng chứa kiềm) Gåm kho¸ng chøa kiỊm chÝnh KC 23S12 ( gèc C2S ) NC8A3 ( gốc C3A) Công thức hoá học: + K2O.23CaO.12SiO2 + Na2O.8CaO.3Al2O3 Sự hình thành khoáng chứa kiềm làm giảm hàm lợng khoáng Silicát 12C3S + K đ KC23S12 + 13C (1) 12C2S + K® KC23S12 + 1C (2) 3C3A + N đ NC8A3 + 1C (3) Nguyễn Đỗ Khánh Nguyễn Đình Ngân Nguyễn Đình Ngân Nguyên cứu hệ thống điều khiển lò nung nhà máy xi măng Bỉm Sơn Theo phơng trình (1) (2) khoảng 1% K2O tạo khoảng 20% khoáng KC23S12 làm giảm khoảng 20% tổng lợng khoáng C2S khoáng C3S Theo phơng trình (3), 1% Na2O tạo 10% NC8A3 làm giảm khoảng 10% C3A Các khoáng chứa kiềm bị phân huỷ có mặt CaSO 4khi nung ( SO3 + kiềm đ muối sunfat ): Na2O.8CaO.Al2O3 + CaSO4 ® Na2SO4 + C3A K2O.23CaO.12SiO2 + CaSO4 đ K2SO4 + 12 C2S Khoáng chứa kiềm làm cho XMP đóng rắn không ổn định Ngoài khoáng chứa kiềm có loạt khoáng khác nh : C2AS, CAS2 1.2.1.6 C¸c oxÝt tù Các oxít lại clinker không nằm khoáng mà dạng tự nh : CaO, MgO, TiO2, Cr2O3,Mn2O3 khoáng phản ứng với n 1.2.1.7 Pha thuỷ tinh Hàm lợng: 5á10% Lợng thành phần pha thuỷ tinh phụ thuộc thành phần hoá học pha lỏng nóng chảy Thuỷ tinh chủ yếu chứa phức silíc có oxit kim loại Làm lạnh nhanh có nhiều thành phần làm lành chậm có thành phần thực nhớt tạo thuỷ tinh 1.3 Các modun, hệ số Giúp đánh giá thành phần khoáng hoá, chất lợng clinker XMP 1.3.1 Hệ số bÃo hoà vôi KH Hệ số bÃo hoà vôi KH tỷ số lợng vôi lại sau đà phản ứng hết với ôxít nhôm ôxít sắt để tạo khoáng C3A C4AF lợng vôi cần thiết để bÃo hoà toàn SiO2 thành khoáng C3S Công thức tính: KH= (C Ctd )  1,65 * A  0,35 * F  0,7 * S 2,8 * ( S  Std ) 1.3.2 Hệ số bÃo hoà vôi LSF Là tỉ số lợng vôi hiệu lợng vôi tiêu chuẩn Công thøc tÝnh : LSF= 100 * (C  C td )  0,7 * S 2,8 * S  1,18 * A  0,65 * F 1.3.3 Mo®un Silic: n(MS) Là tỷ lệ khoáng khó nóng chảy khoáng nóng chảy Nguyễn Đỗ Khánh Nguyễn Đình Ngân Nguyễn Đình Ngân Nguyên cứu hệ thống điều khiển lò nung nhà máy xi măng Bỉm Sơn Công thức tính: MS= S AF 1.3.4 Môdun Alumin: p(MA) Là tỉ số khoáng C3A C4AF, thể độ nhớt pha lỏng nóng chảy (MS tăng độ nhớt tăng) Công thức tính: MA= A F Thông thờng, sản xuất XMP ngời ta thờng chọn modun hệ số nằm khoảng sau : - KH=0,82á0,92 - n=1,7á3,5 - p=1á3 Nguyễn Đỗ Khánh Nguyễn Đình Ngân Nguyễn Đình Ngân Nguyên cứu hệ thống điều khiển lò nung nhà máy xi măng Bỉm Sơn Chơng II Tổng quan công nghệ sản xuất xi măng công ty Xi măng Bỉm Sơn 1.1 Giới thiệu công ty Xi măng Bỉm Sơn 1.1.1 Giới thiệu chung Công ty Xi măng Bỉm Sơn công ty thành viên trực thuộc tổng công ty xi măng Việt Nam, nằm trung tâm thị xà Bỉm Sơn, cách thành phố Thanh Hoá 30km phía Bắc, cách Hà Néi 130km vỊ phÝa Nam, s¸t kỊ d·y nói Tam Điệp ranh giới Thanh Hoá Ninh Bình Công ty có diện tích khoảng 50ha nằm thung lũng đá vôi đất sét, nguyên liệu để sản xuất xi măng Đây vị trí thuận lợi nguồn nguyên liệu khai thác dồi thuận tiện, giao thông có quốc lộ 1A chạy qua thị xà với chiều dài 9,8Km đờng sắt 9,2km nên thuận lợi cho việc sản xuất nh tiêu thụ sản phẩm 1.1.2 Quá trình hình thành phát triển công ty Xi măng Bỉm Sơn Công trình nhà máy Xi măng Bỉm Sơn đợc khởi công xây dựng vào năm 1976 Ngày 4/3/1980 Chính phủ đà định số 334/ BXD - TCCB việc thành lập nhà máy Xi măng Bỉm Sơn sau gần năm thi công xây dựng, dây chuyền I nhà máy đà thức vào hoạt động Đến ngày 22/12/1981, dây chuyền đà đợc hoàn thành vào hoạt động, với tổng công suất toàn nhà máy 1,2 triệu sp/ năm Và toàn thiết bị Liên Xô thiết kế cung cấp Cùng với biến đổi chế thị trờng, với mục đích đảm bảo sản xuất kinh doanh bớc phù hợp với quản lí nhà nớc, tháng 8/1993 Chính phủ đà định xác lập đơn vị Nhà máy Xi măng Bỉm Sơn công ty cung ứng số thành công ty Xi măng Bỉm Sơn trực thuộc tổng công ty xi măng ViƯt Nam víi tỉng sè CBCNV 2957 ngêi S¶n phÈm công ty mang biểu tợng voi, đạt chất lợng cao, chiếm u thị trờng, đợc sử dụng để xây dựng công trình trọng điểm đất nớc: thuỷ điện, Hoà Bình, Bảo tàng HCM, đờng dây 500KV Bắc Nam, công trình quốc phòng dân sinh miền đất nớc Sau gần 30 năm phấn đấu trởng thành, thành tựu mà công ty đạt đợc khẳng định đờng lối lÃnh đạo đắn Đảng Nhà nớc, với nỗ Nguyễn Đỗ Khánh Nguyễn Đình Ngân Nguyễn Đình Ngân Nguyên cứu hệ thống điều khiển lò nung nhà máy xi măng Bỉm Sơn lực phấn đấu không ngừng Ban giám đốc toàn thể cán công nhân viên công ty Những thành tựu, kết kinh tế xà hội mà công ty đạt đợc tiền đề cho hội nhập kinh tế nớc nói chung công ty nói riêng khu vực Đông Nam toàn cầu Với truyền thống tốt đẹp ngày 1/10/2002 công ty Xi măng Bỉm Sơn đà đợc Nhà nớc trao tặng danh hiệu đơn vị anh hùng lao động Đó niềm phấn khởi, tự hào, nguồn động viên lớn cán công nhân viên chức công ty Xi măng Bỉm Sơn Hội nhập với kinh tế sản xuất kinh doanh Hiện nay, Công ty Xi măng Bỉm Sơn dần cải tạo nâng cấp đa vào sử dụng dây chuyền mới, chuyển từ sản xuất xi măng theo công nghệ ớt sang sản xuất xi măng theo công nghệ khô, với công suất thiết kế từ 1,2 triệu sp/ năm lên 1,8 triệu sp/ năm Và tiến tới 2,4 triệu sp / năm vào năm 2005 Dây chuyền công nghệ Nhật thiết kế cung cấp 1.2 Công nghệ sản xuất xi măng 1.2.1 Đặc điểm công nghệ sản xuất xi măng Công nghệ sản xuất xi măng thực trình hoá lý số dạng khoáng tự nhiên thành số dạng khoáng có khả tham gia phản ứng với nớc tạo thành xi măng đà đông kết ổn định Dây chuyền sản xuất xi măng chủ yếu dựa công nghệ sản xuất xi măng sau: - Sản xuất xi măng theo phơng pháp ớt - Sản xuất xi măng theo phơng pháp khô Tuy nhiên hai phơng pháp t hông qua giai đoạn sau: Chuẩn bị phôi (Đất sét, đá vôi, thạch cao) Đồng chất nguyên liệu Nghiền Clinker phụ gia thành xi măng Hình 1.1 Các giai đoạn sản xuất xi măng * Khai thác chuẩn bị bột liệu: gồm công đoạn từ khác đến vận chuyển, gia công nguyên liệu thô, đồng sơ bé vµ nghiỊn liƯu * Nung vµ lµm ngi Clinker: gồm công đoạn từ khâu đồng bột liệu, nung clinker đến làm nguội clinker đổ vào silo chứa clinker * Nghiền xi măng đóng bao: gồm công đoạn từ nghiền xi măng đến đóng bao xuất xi măng rời, xi măng bao Nguyễn Đỗ Khánh Nguyễn Đình Ngân Nguyễn Đình Ngân 10 ... Nguyễn Đình Ngân Nguyên cứu hệ thống điều khiển lò nung nhà máy xi măng Bỉm Sơn Chơng II Tổng quan công nghệ sản xuất xi măng công ty Xi măng Bỉm Sơn 1.1 Giới thiệu công ty Xi măng Bỉm Sơn 1.1.1 Giới.. .Nguyên cứu hệ thống điều khiển lò nung nhà máy xi măng Bỉm Sơn nghệ sản xuất xi măng pooc lăng thờng khác khâu tính phối liệu, chuẩn bị phối liệu, trình nung, làm lạnh, nghiền xi măng phụ... bao xuất xi măng rời, xi măng bao Nguyễn Đỗ Khánh Nguyễn Đình Ngân Nguyễn Đình Ngân 10 Nguyên cứu hệ thống điều khiển lò nung nhà máy xi măng Bỉm Sơn Tuỳ thuộc vào tính chất lý, hoá học nguyên