Nghiền xi măng là công đoạn giải quyết các thao tác cuối cùng trong quá trình sản xuất xi măng, nó ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng của xi măng thành phẩm.
1.2.1.1. Máy nghiền xi măng
- Có rất nhiều loại máy có thể dùng để nghiền xi măng như: máy nghiền bi, máy nghiền thanh, máy nghiền rung, máy nghiền con lăn…nhưng phổ biến hiện nay ở nước ta dùng rộng rãi là loại máy nghiền bi thùng quay.
- Máy nghiền bi có thể phân loại thành nhiều loại khác nhau:
+ Phân loại theo cấu tạo của thùng: có các loại hình trụ, hình nón cụt.
+ Phân loại theo phương pháp tháo sản phẩm, có loại tháo qua trục rỗng, tháo qua sàng chắn ngang thùng, tháo qua sàng hình trụ và loại máy nghiền tháo theo thiết bị phân loại đặt riêng biệt bên ngoài.
- Cấu tạo của máy nghiền bi gồm các tang quay bằng thép, có đường kính 1 – 3m, dài 10 – 15m máy được đặt nằm ngang và quay quanh trục của nó, nhờ động cơ và bánh xe truyền động. Trong các tang quay này chứa một phần bi, đạn bằng kim loại hay bằng sứ, quá trình nghiền vật liệu xảy ra khi bi, đạn trong máy nghiền chuyển động. Khi quay tang hỗn hợp bi, đạn và vật liệu nghiền được nâng lên một đoạn theo hướng quay, khi góc nâng lớn hơn góc rơi tự nhiên thì bi, đạn và vật liệu bị trượt xuống phía dưới. Như vậy vật liệu bị nghiền là do sự chà sát hay vừa đập vừa chà sát của bi, đạn với nhau hay bi, đạn với thành thùng.
1.2.1.2. Bi đạn trong máy nghiền
16
Bi, đạn nghiền thường được chế tạo bằng thép hợp kim gồm các bon, mangan, phốt pho, lưu huỳnh, si líc, crôm, mô líp đen. Bi của máy nghiền có đường kính từ 20 – 100mm, đạn thường có kích thước từ 15 – 25 hoặc 20 – 30mm
- Góc nâng của bi nghiền: Theo các tính toán về mặt lý thuyết cho thấy động năng của bi, đạn rơi tối đa, khi góc nâng của chúng bằng 35020’.
- Hệ số nạp bi, đạn trong máy nghiền: Hệ số nạp bi, đạn trong máy nghiền là tỉ số giữa tổng khối lượng bi, đạn khi xếp tự do với khối lượng làm việc của máy nghiền.
Theo các tính toán thì cách nạp tối ưu phải tương ứng với h = 0,16.D.
Với D: là đường kính thùng nghiền.
h: là khoảng cách từ mặt bi, đạn tới mặt cắt ngang giữa thùng.
Hệ số nạp bi, đạn trong máy nghiền
Hình 1.1. Hệ số nạp bi đạ cho máy nghiền 1.2.1.3. Tấm lót
Để tránh va đập, vỏ máy bên trong được lót bằng những tấm lót kim loại. Tấm lót máy nghiền thường có gân trên bề mặt và được thiết kế theo các hình dạng khác nhau để làm giảm độ mòn, chiều dày tấm lót phụ thuộc vào đường kính máy nghiền và kích thước vật thể nghiền ở giới hạn 30 – 63mm.
17 1.2.2. Công suất tiêu thụ của máy nghiền
Khi nạp bi, đạn tối ưu và tần số quay hợp lý có thể công suất tiêu thụ của máy nghiền được xác định theo công thức thực nghiệm P = 12,5.G, hoặc công thức của Blank P = C.G. D.
Trong đó
P: Công suất của máy nghiền, W G: Tổng trọng lượng bi nghiền, kG C: Hệ số nạp.
1.2.3. Đối tượng nghiền 1.2.3.1. Clinker
Clinker sau khi được làm lạnh xuống còn nhiệt độ 50 – 1500C không thể đưa vào nghiền ngay được vì lúc nghiền sự va đập cơ năng biến thành nhiệt năng làm cho máy nghiền nóng làm giảm khả năng nghiền đập của máy, làm tăng hệ số mòn bi đạn, tấm lót. Ở nhiệt độ 50 – 1500C cho vào máy lúc đó nhiệt độ tăng lên, thạch cao CaSO4.2H2O sẽ mất nước biến thành CaSO4.0,5H2O gây nên hiện tượng ninh kết giả. Trong clinker xi măng, nhất là xi măng lò đứng chứa một lượng CaO tự do và MgO tự do sẽ gây tác hại không ổn định thể tích xi măng hay sinh nứt nổ cấu kiện xây dựng. Do đó clinker ra lò bắt buộc phải ủ trong kho từ 7 – 15 ngày để:
clinker hút ẩm không khí làm cho CaO chuyển thành Ca(OH)2 nở thể tích phát sinh những vết nứt rạn, nứt sẽ dễ nghiền hơn. Trước khi đưa vào máy nghiền clinker có dạng hình cầu và có kích thước từ 8 – 12mm.
18 1.2.3.2. Thạch cao
Để điều chỉnh thời gian đông kết người ta thường thêm vào quá trình nghiền xi măng từ 3 – 4% thạch cao CaSO4. Thạch cao cũng được đập nghiền sơ bộ đến cỡ hạt 5 – 15mm trước khi được đưa vào máy nghiền.
1.2.3.3. Các phụ gia khác
Trong quá trình nghiền clinker xi măng người ta còn sử dụng các phế thải của các ngành công nghiệp hay các hợp chất có trong tự nhiên như: nham thạch, tro bụi của núi lửa, gạch non, đá đen, đá sít (lớp đất, đá bóc bề mặt của các mỏ than)…nhằm tăng sản lượng và giảm giá thành xi măng.
1.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền
- Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền như: Sơ đồ nghiền, tấn số quay, đường kính của máy nghiền, số lượng, loại, kích thước bi đạn, số lượng các khoang máy nghiền, tính chất của vật liệu, tỷ số L/D (chiều dài trên đường kính), kết cấu của máy nghiền, chủng loại của tấm lót, khả năng thông gió của máy nghiền...
Có 2 – 20% năng lượng do máy nghiền tiêu thụ chuyển thành công có ích để nghiền vật liệu, phần năng lượng còn lại chi phí cho cọ sát lẫn nhau của các hạt vật liệu và ma sát giữa các hạt vật liệu với các chi tiết khác của máy nghiền tạo ra tiếng ồn, tạo ra nhiệt, bị mất mát ở bộ truyền động giữa động cơ và máy nghiền.
- Quá trình nghiền xi măng ngoài yếu tố công nghệ như trên còn có các ảnh hưởng của các yếu tố khác như:
+ Bản chất của nguyên liệu: Các thành phần khoáng khác nhau trong clinker sẽ ảnh hưởng rất lớn đến quá trình nghiền. Khi tăng môđun silicát thì tốc độ nghiền sẽ bị giảm , hàm lượng phần trăm của oxyt nhôm và oxyt sắt tăng thì tốc độ nghiền sẽ tăng…
+ Kích thước của nguyên liệu: kích thước của nguyên liệu càng lớn thì thời gian nghiền sẽ tăng và ngược lại
+ Độ ẩm của nguyên liệu: độ ẩm của nguyên liệu mà cao thì sẽ ảnh hưởng xấu đến quá trình nghiền sẽ làm tăng độ dính bết tiêu hao nhiều điện năng.
19
+ Sự thoát nhiệt khi nghiền: Phần lớn năng lượng trong các máy nghiền bi sẽ tạo thành nhiệt, vật liệu nghiền có nhiệt độ lên tới 1000C. Ở nhiệt độ này mặc dù tính chất của clinker không đổi nhưng các phụ gia khác thì bị ảnh hưởng. Thạch cao sẽ bắt đầu khử nước ở nhiệt độ 1050C, khi nhiệt độ cao hơn thì sẽ xảy ra sự tách nhiệt, một phần nước sẽ kết tinh và thạch cao sẽ mất khả năng điều chỉnh đông kết.
1.2.5. Các nguyên nhân gây nên hiện tượng bám dính trong quá trình nghiền - Lực hút tĩnh điện: Khi nghiền clinker xi măng mặc dù vật liệu đưa vào nghiền như clinker, các phụ gia đã được sấy khô nhưng hàm ẩm còn tích luỹ sâu bên trong vật liệu. Khi nghiền hơi nước trong vật liệu sẽ tiếp tục bay ra và duy trì một khối lượng không đổi trong máy nghiền từ đó làm cho các hạt còn có điều kiện hút ẩm trở lại hình thành nên lực mao quản bám dính vào nhau, vào bi đạn tấm lót, thành vách máy nghiền. Còn trong quá trình nghiền do sự va đập, chà sát, hệ phân tán xuất hiện lực hút tích điện. Các hạt khi được nghiền nhỏ một phần sẽ mang điện tích dương, phần còn lại mang điện tích âm, như vậy hai hạt mang điện tích trái dấu sẽ hút nhau và tạo thành các vẩy mỏng bám vào bi, đạn trong máy nghiền.
- Sự hấp phụ: Những phân tử riêng biệt hấp phụ màng khí ở bề mặt, ban đầu nó cản trở việc liên kết các phần tử, tuy nhiên do một nguyên nhân nào đó màng đó sẽ biến mất thì sẽ liên kết các phần tử rất nhanh.
- Sự va đập cơ học: theo thuyết các vật thể nghiền cùng va đập với nhịp xung, vật liệu nghiền sẽ bị đập vào bề mặt sần sùi của vật thể nghiền.
- Khi nghiền thạch cao với clinker sẽ giảm được độ dính vào bi đạn nhưng là thạch cao đã khử nước; clinker càng để lâu sẽ càng tạo ra nhiều sự dính bết hơn so với clinker mới nung.
- Bề mặt sần sùi của bi đạn đó cũng là một nguyên nhân gây nên hiện tượng bám dính của vật liệu nghiền.
20