Thành Phần hóa học của các cấu tử trước khi nung:
Cấu tử MKN SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O+ Na2O Tổng
Đá Vôi 42.03 0.95 0.92 0.32 54.06 0.95 0.3 99.53 Đất sét 8.67 62.56 15.77 4.47 4.8 1.38 0.32 2.35 100.32 Tro than 0.00 40.80 27.30 30.00 0.50 0.70 0.70 0 100.00 Hệ số chuyển đổi về 100%: - K1 = 99.531 ×100=1.0046 - K2 = 100.321 ×100=0.99681 - K3 = 1001 ×100=1.0
- Thành phần hoá các cấu tử đã chuyển đổi về 100%:
Cấu tử MKN SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O+
Na2O Tổng
Đá vôi 42.22847 0.954486 0.924344 0.321511 54.31528 0.954486 0.301417 0 100 Đất sét 8.642344 62.36045 15.7197 4.455742 4.784689 1.375598 0.318979 2.342504 100
Tro than 0.0 40.80 27.30 30.00 0.50 0.70 0.70 0 100
Hệ số chuyển nguyên liệu về sau khi nung: - Kx=100−MKN100 =100−10042.22847=¿1.7574 - Ky=100−MKN100 =100−1008.642344=¿1.0946 Thành phần hóa nguyên liệu đã nung:
Cấu tử MKN Si02 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O+Na2O Tổng
Đá vôi 0 1.652174 1.6 0.556522 94.01739 1.652174 0.521739 0 100 Đất sét 0 68.25968 17.20676 4.87725 5.237316 1.505728 0.349154 2.5641026 100
Tro than 0 40.80 27.30 30.00 0.5 0.7 0.7 0.0 100
Gọi : X là phần trăm cấu tử thứ nhất đã nung Y là phần trăm cấu tử thứ hai đã nung q là phần trăm tro nhiên liệu lẫn vào Ta thiết lập pt: X + Y + q = 100%
Chọn KH = 0.92 , q=2.5%
Đặt a1 = (2.8S1KH + 1.65A1 + 0.35F1) – C1
= (2.8x1.652174x0.92 + 1.65x1.6+0.35x0.556522) – 94.01739= -86.92661 Tương tự với b1 = (2.8S2KH +1.65A2 + 0.35F2) – C2 = 200.69781 c1 = [C3 –(2.8S3KH +1.65A3 + 0.35F3)]q = -4.003645 Ta có hệ phương trình: {a1X+b1Y=c1 X+Y=100−q {−86.92661X+200.69781Y=−4.003645 X+Y=97.5 X = 68.04721 Y = 29.45279
Quy đổi về nguyên liệu ban đầu có kể đến lượng MKN: X0 = 100−MKNXx100 1=100−42.2284768.04721x100=117.78675 Y0 = 100−MKNYx100 2=100−8.64234429.45279x100=32.239 %Ct 1 = XX00+x100Y 0 = 117.78675x100 117.78675+32.239=78.511% %Ct 2 = yX00x+Y100 0 = 32.239x100 117.78675+32.239=21.489 % Hệ số tiêu hao: K = 100−100MKN=100−35.01115100 =1.5387
Cấu tử MKN Si02 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O+Na2O Tổng
Đá vôi 33.15399 0.749377 0.725712 0.252422 42.64347 0.749377 0.236646 0 78.511 Đất sét 1.857153 13.40064 3.378006 0.957494 1.028182 0.295602 0.068545 0.503381 21.489 Phối liệu 35.01115 14.15001 4.103718 1.209916 43.67165 1.044979 0.305191 0.503381 100
Clinker 0 21.77299 6.314495 1.861728 67.19868 1.607935 0.469605 0.774565 100
Kh = C−(1.652.8AS+0.35F)=67.19868−(1.65×6.314495+0.35×1.861728) 2.8×21.77299 =0.92067 (thoả) P= AF= 6.3144951.861728 = 3.392 - Thành phần khoáng: %C3S = 3.8(3KH−2)S= 3.8(3x0.92 -2) x21.77299= 62.88% %C2S = 8.6(1−KH)S=8.6(1-0.92) x21.77299= 14.9798% - Hàm lượng khống nóng chảy tính theo cơng thức: %C4AF = 3.04xF=3.04x1.861728=5.6596%
%C3A=2.65(A-0.64F) = 2.65x(6.314495 – 0.64x1.861728) =13.576 % - Lượng pha lỏng trong clinker:
L = 1.12C3A + 1.35C4AF = 1.12x13.576 + 1.35x5.6596= 22.84% - Tít phối liệu:
T = 1.785CaO + 2.09MgO = 1.785x43.67165+ 2.09x1.044979= 80.137%
→ Kết luận : Modul alumin cao p=3.392, khi modul alumin cao clinker XMP sẽ chứa nhiều khống aluminat, phối liệu nung luyện khó, xi măng Portland đóng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt, kém bền sunfat. Để giảm modul alumin cần bổ sung thêm Fe2O3 vào phối liệu, vì vậy đề tài chọn quặng sắt
II. BÀI TỐN 3 CẤU TỬ CÓ LẨN TRO NHIÊN LIỆU
Cấu tử MKN Si02 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 K2O+Na2O Tổng
Đá vôi 42.03 0.95 0.92 0.32 54.06 0.95 0.3 99.53 Đất sét 8.67 62.56 15.77 4.47 4.8 1.38 0.32 2.35 100.32 Pyrite 8.32 21.1 6 57.9 1.2 3.4 1.25 99.17 Tro than 0 40.8 27.3 30 0.5 0.7 0.7 100 Hệ số chuyển đổi về 100%: - K1 = 99.531 ×100=1.0046 K2 = 100.321 ×100=0.99681 - K3 = 99.171 ×100=1.008369 K4 = 1001 ×100=1.0 - Thành phần hố các cấu tử đã chuyển đổi về 100%:
Cấu tử MKN Si02 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3
K2O+Na2 O Tổng Đá vôi 42.22847 0.954486 0.924344 0.321511 54.31528 0.954486 0.301417 0 100 Đất sét 8.642344 62.36045 15.7197 4.455742 4.784689 1.375598 0.318979 2.342504 100 Pyrite 8.389634 21.2766 6.050217 58.38459 1.210043 3.428456 1.260462 0 100 Tro than 0 40.8 27.3 30 0.5 0.7 0.7 0 100
Hệ số phối liệu clinker đã nung: - Kx =100−100MKN=100−10042.22847=¿1,7574 - Ky =100−100MKN=100−1008.642344=¿1,0946 - Kz = 100−MKN100 = 100 100−8.389634=¿1.09158 - Kw = 100−100MKN=100−1000=¿1
Phối liệu clinker đã nung :
Cấu tử MKN Si02 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3
K2O+Na2 O Tổng Đá vôi 0 1.652174 1.6 0.556522 94.01739 1.652174 0.521739 0 100 Đất sét 0 68.25968 17.20676 4.87725 5.237316 1.505728 0.349154 2.5641026 100 Pyrite 0 23.2251 6.604293 63.73143 1.320859 3.742433 1.375894 0 100 Tro than 0 40.8 27.3 30 0.5 0.7 0.7 0 100
Gọi : X là phần trăm cấu tử thứ nhất đã nung Y là phần trăm cấu tử thứ hai đã nung Z là phần trăm cấu tử thứ 3 đã nung q là phần trăm tro nhiên liệu lẫn vào Ta thiết lập pt: X + Y +Z+ q = 100% Chọn KH = 0,92, q = 2.5%, p = 1,6 Đặt a1= b1 = c1 = 1
d1 = 100 - q = 97.5 a2 = (2.8S1KH + 1.65A1 + 0.35F1) – C1 =(2.8x 1.652174x0.92 + 1.65x1,6+0,35x0.556522) - 94.01739 = - 86.9266 a3 = pF1 – A1 = 1.6x 0.556522 – 1,60 = -0.70957 Tương tự với: b2 = (2.8S2KH +1.65A2 + 0.35F2) – C2 = 200.6978 c2 = (2.8S3KH +1.65A3 + 0.35F3) – C3 = 91.71007 d2 = [C4 - (2.8S4KH + 1.65A4 + 0.35F4)]q = -4.00365 b3 = pF2 – A2 = -9.40316 c3 = pF3 – A3 = 95.36599 d3 = (A4 - pF4)xq = -0.5175 Giải hệ phương trình: {a1X+b1Y+c1Z=100−q a2X+b2Y+c2Z=d2 a3X+b3Y+c3Z=d3 =¿{ X+Y+Z=97.5 −86.9266X+200.6978Y+91.71007Z=−4.00365 −0.70957X−9.40316Y+95.36599Z=−0.5175 → X = 66.834674 Y = 27.465366 Z=3.1999606
Quy đổi về nguyên liệu ban đầu có kể đến lượng MKN: X0 = 100−MKNXx100 1=66.834674x100
100−42.22847 =¿115.6879 Y0 = 100−MKNYx100 2=27.465366100−8.642344x100=¿ 30.06356
Zo = 100−ZxMKN100 3=3.1999606100−8.389634x100=¿ 3.493011 %Ct 1 = X0x100 X0+Y0+Z o=115.6879115.68791+30.06356x100+3.493011=¿77.5157 % %Ct 2 = X0y+Y0x100 0+Z o=115.687930.06356+30.06356x100+3.493011=¿ 20.14383 % %Ct 3 = XZ o x100 0+Y0+Z o=115.68793.493011+30.06356x100+3.493011=¿2.340463 % Hệ số tiêu hao: K = 100−100MKN= 100 100−34.67095=1.530713
Cấu tử MKN Si02 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3
K2O+Na2 O Tổng Đá vôi 32.7337 0.739877 0.716512 0.249222 42.10287 0.739877 0.233645 0 77.5157 Đất sét 1.7409 12.56179 3.16655 0.897557 0.96382 0.277098 0.064255 0.47187 20.14383 Pyrite 0.196356 0.497971 0.141603 1.36647 0.028321 0.080242 0.029501 0 2.34047 Phối liệu 34.67095 13.79963 4.024665 2.513248 43.09501 1.097217 0.327401 0.47187 100 Clinke r 21.12327 6.160606 3.847061 65.96608 1.679523 0.501156 0.722298 100
Kiểm tra lại hệ số bão hịa vơi:
- Kh = C−(1.652.8A+S0.35F)=65.96608−(1.65×6.160606+0.35×3.847061)
2.8×21.12327 =¿0.920694
( thỏa)
- n = AS+F=6.16060621.12327+3.847061=2.110709 ( thỏa) - p = AF = 6.1606063.847061 = 1.60138 (thỏa)
Thành phần khoáng:
- %C3S = 3.8(3KH−2)S= 3.8(3x0.92 -2)x21.12327= 61.00401%
- %C2S = 8.6(1−KH)S=8.6(1-0.92)x21.12327 = 14.53281% Hàm lượng khống nóng chảy có thể tính theo cơng thức:
- %C4AF = 3.04xF=3.04x3.847061=11.69507 %
- %C3A=2.65(A-0.64F) = 2.65(6.160606– 0.64x3.847061) = 9.699042 % Lượng pha lỏng trong clinker:
- L = 1.12C3A + 1.35C4AF = 1.12x9.699042 + 1.35x11.69507 = 26.65127 % Tít phối liệu:
- T = 1.785CaO + 2.09MgO = 1.785x43.09501 + 2.09x1.097217 = 79.21778 %
→ Kết luận: Các hệ số, hàm lượng khống, thơng số pha lỏng, tít phối liệu
thỏa các thơng số đề bài và yêu cầu về loại clinker mac 50. Việc thêm quặng Pyrite vào phối liệu giúp gia tang pha lỏng để tạo điều kiện hình thành C3S tốt hơn . Đây là loại clinker tiêu chuẩn.
Để sản xuất clinker Cpc50, tỷ lệ phối các nguyên liệu như sau { Đá vôi=77.5157 %
Đất sét=20.14383 %
Chương 4: DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆI. CHUẨN BỊ PHỐI LIỆU I. CHUẨN BỊ PHỐI LIỆU
SVTH: Nguyễn Hải Trung Sơn – 1512839 Trang 39
Khai thác đá vơi ( nổ mìn, cắt tầng) (d<1000mm) Xe ben Bunker chứa Xe xúc Máy đập búa va đập phản hồi Đá vơi đầu ra d < 25 Máy cán trục Băng tải có mái
che Máy xúc nhiều
gầu Mỏ đất sét Xe ủi
PGNAA
Kho chung (kho tròn)
Kho dài
Tiếp liệu băng Băng tải chung
Máy sấy nghiền đứng (sấy nghiền liên
hợp) Khí thải lị nung Tháp điều hịa Hệ van 2 chiều Quặng sắt Xe tải Bunke trung gian
Tiếp liệu băng
Băng tải
Máy sấy nghiền đứng Cylon thu hồi
Cylon trao đổi nhiệt Calciner Vít tải Kho than Băng tải Máy xúc gầu ngặm
Phểu trung gian
Gầu nâng Silo bột phối
liệu Xà lan than
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Huỳnh Thị Hạnh
II. NUNG PHỐI LIỆU TẠO CLINKER
SVTH: Nguyễn Hải Trung Sơn – 1512839 Trang 41 Khí thải Nhiệt
Kho
Gió 1
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS. Huỳnh Thị Hạnh
III. THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
a. Khai thác nguyên liệu a.1 Đá vôi
Trước khi khai thác phải tiến hành khảo sát địa chất, xác định thành phần hóa học và chủng loại đá, quy hoạch vùng khai thác và xác định trữ lượng đá vôi trong mỏ. Để khai thác đá vôi, đầu tiên dùng máy ủi và máy xúc để tách lớp hữu cơ và lớp đất sét phía trên mặt, sau đó dùng phương pháp nổ mìn để khai thác theo từng lớp từ trên xuống dưới hết lớp này tới lớp khác, mỗi lớp cao từ 10-15m rộng vừa đủ quay đầu xe. Đá vơi sau khi nổ mìn nếu có kích thước lớn hơn 1000mm sẽ được nổ mìn tiếp hoặc dùng búa đập thủy lực để giảm kích thước đá, sau đó được xe múc xúc lên xe ben chở về khu vực máy đập búa va đập phản hồi. Sau khi được máy đập nhỏ ra tới kích thước dưới 25mm sẽ được đưa qua bunke, sau đó được cân băng rồi đổ vào băng tải chung cùng với đất sét đi vào máy phân tích thành phần hóa PGNAA rồi được đưa vào kho chứa chung.
a.2 Đất sét
Quạt Ơng khói Lọc bụi tay áo
Sau khi đã loại bỏ lớp hữu cơ bên trên, đất sét được khai thác bằng máy xúc nhiều gầu nhằm đảm bảo mức độ đồng nhất của đất sét, sau đó được băng tải có mái che vận chuyển về nhà máy cho vào máy cán trục để làm tơi đất sét rồi đi vào bunke, sau đó được cân băng định lượng rồi đổ vào băng tải chung cùng với đá vơi đi qua thiết bị phân tích PGNAA rồi vào kho chung.
b. Nghiền nguyên liệu thành bột phối liệu
Đá vôi và đất sét sau khi tiến hành đập nhỏ ra thì được băng tải chung vận chuyển vào kho chung. Trước khi đi vào kho chung, đá vôi và đất sét phải đi qua thiết bị phân tích thành phần hóa PGNAA, sau đó phối liệu được rải đổ vào kho chung. Phối liệu được rút ra theo từng mặt cắt bằng thiết bị cào. Kho chung được xem là một giải phát giúp tăng sự đồng nhất cho phối liệu bằng cách kết hợp nhiều cơng nghệ như phân tích nhanh thành phần hóa, phương pháp rải đổ, rút liệu.
Quặng sắt sau khi được xe ben chở về thì được rải đổ trong kho dài. Quặng sắt sau đó được xe ủi đổ vào băng tải rồi cho vào bunke, sau đó đi qua cân băng rồi vào băng tải chung đi vào máy nghiền.
Đá vôi, đất sét và quặng sắt được đưa vào băng tải chung, sau đó được đưa vào máy sấy nghiền đứng liên hợp. Gió nóng hệ lị nung đi qua van hai chiều rồi đi vào máy nghiền. Bột liệu trong máy nghiền được gió nóng(sấy) thổi lên thiết bị phân ly liên tục, hạt nào đạt kích thước sẽ đi qua cịn hạt nào khơng đạt kích thước sẽ được đưa trở lại bàn nghiền. Để điều chỉnh kích thước hạt liệu ta sẽ điều chỉnh độ nghiên của cánh phân ly.
Sau khi đi ra khỏi máy nghiền bột liệu được thu hồi bằng hệ cylon thu hồi, thiết bị cylon này có một đầu vơ và hai đầu ra, bột liệu được thu hồi sẽ đi qua máng trượt khí động rồi vào gầu nâng đưa vơ silo bột liệu. Dịng khí thốt ra được đưa vào lọc bụi điện, bụi được thu hồi bằng lọc bụi điện sẽ được đưa vào máng trượt khí động rồi đi vào gầu nâng, cịn khí sau khi được lọc đi qua quạt rồi thốt ra ngồi qua ống khói.
Bột phối liệu sẽ được đồng nhất trước khi đi vào lò nung tại silo.
c. Nung phối liệu tạo clinker
Than được chở về bằng xe tải và cho vào kho chứa than. Than sau đó được đưa vào máy sấy nghiền than. Nhiệt sấy than được lấy từ cuối dàn làm lạnh clinker. Sau khi đạt yêu cầu về độ mịn và độ ẩm than được thu hồi bằng cylon rồi đưa vào silo than. -Bột liệu từ silo chứa được gầu nâng vận chuyển lên vít tải rồi đi vào hệ cylon trao dổi nhiệt. Tại hệ cylon trao đổi nhiệt sẽ diễn ra các q trình hóa lý liên tục sau đây:
Tham khảo 11
- Cylon bậc 5 : Phối liệu được gầu xúc chuyển tới đổ vào ống giữa cylon bậc 5 và
cylon bậc 4. Khí nóng từ cylon bậc 4 ( 450 độ C) thổi từ dưới lên cuốn bột phối liệu vào theo phương tiếp tuyến với cylon bậc 5. Bột phối liệu ở trạng thái lơ lững nhận nhiệt từ khí nóng tăng nhiệt độ rất nhanh ( lên 250 độ C), các phản ứng lí hóa xảy ra làm khối lượng riêng của bột liệu thay đổi, đồng thời, hạt bột liệu chuyển chuyển động xoáy trong cylon liên tục va chạm với thành cylon, va chạm với nhau mất dần động năng, rơi xuống đáy cylon, theo ống dẫn rơi xuống dưới, tiếp tục quá trình ở cylon bậc 4. Quá trình chủ yếu trong cylon bậc 5 là sấy, bắt đầu làm nóng phối liệu.
- Cylon bậc 4 : Bột phối liệu từ cylon bậc 5 ( nhiệt độ 250 độ C) rơi xuống ống nối
giữa cylon bậc 4 và cylon bậc 3. Gặp dịng khí nóng từ cylon bậc 3 ( nhiệt độ khoảng 600 độ C) thổi từ dưới lên, phối liệu bị cuốn theo vào cylon bậc 4 theo phương tiếp tuyến. Hạt bột liệu có nhiệt độ tăng từ 250 độc C lên tới 450 độ C và rơi xuống ống dẫn khí thải giữa cylon bậc 3 và cylon bậc 2. Khí nóng giảm nhiệt độ từ 600 độ C xuống còn 450 độ C rồi đi vào cylon bậc 5. Q trình hóa lí chủ yếu trong cylon bậc 4 là sấy, mất nước hóa học của đất sét, các tạp chất hữu cơ bắt đầu cháy.
- Cylon bậc 3 : Bột phối liệu từ cylon bậc 4 ( nhiệt độ 450 độ C) rơi xuống ống nối
giữa cylon bậc 3 và cylon bậc 2. Gặp dịng khí nóng từ cylon bậc 2 ( nhiệt độ khoảng 750 độ C) thổi từ dưới lên, phối liệu bị cuốn theo vào cylon bậc 3 theo phương tiếp tuyến. Hạt bột liệu có nhiệt độ tăng từ 450 độc C lên tới 600 độ C và rơi xuống ống dẫn khí thải giữa cylon bậc 3 và cylon bậc 2. Khí nóng giảm nhiệt độ từ 750 độ C xuống còn 600 độ C rồi đi vào cylon bậc 4. Q trình hóa lí chủ
này , cháy các tạp chất hữu cơ, bắt đầu quá trình chuyển hóa từ FeS sang Fe2O3 của quặng pyrite,phân hủy MgCO3, bắt đầu q trình phân hủy đá vơi.
- Cylon bậc 2 : Bột phối liệu từ cylon bậc 3 rơi xuống ống nối giữa hay cylon bậc 2
và cylon bậc 1 gặp khí nóng từ cylon bậc 1 thốt ra ( nhiệt độ 850 độ C), bị cuốn theo khí nóng đi vào cylon bậc 2 theo phương tiếp tuyến. Trong cylon bậc 2, nhiệt độ bột phối liệu tăng từ 600 độ C lên tới 750 độ C. Sau đó bột phối liệu được chia làm 2 phần:một phần sẽ đi vào phần trên Calciner và một phần sẽ được cho vào phần dưới của calciner. Q trình chính trong cylon bậc 2 là phân hủy hầu hết MgCO3 và tăng cường sự phân hủy CaCO3, CaCO3 phân hủy khá chậm tại đây. Tạp chất hữu cơ cũng sẽ được cháy nốt. Chuyển hóa hồn tồn quặng Pyrite
- Calciner : Bột liệu có nhiệt độ 750 độ C đi vào Calciner tại đây có 3 nguồn nhiệt.
Nguồn nhiệt thứ nhất được cung cấp từ khí cháy của buồng đốt phụ ở calciner từ trên xuống, nguồn nhiệt thứ hai ( gió 3) là từ thiết bị làm lạnh đi vào bên hông của