Bài giảng Công nghệ xi măng - Tạ Ngọc Dũng

Nội dung text: Bài giảng Công nghệ xi măng - Tạ Ngọc Dũng

1. CÔNG NGHỆ XI MĂNG TS. Tạ Ngọc Dũng
2. Sơ đồ cụng nghệ
3. Giới thiệu • Công nghệ truyền thống. Nguyên lý cơ bản hầu như không thay đổi trong thời gian dài. • Có những tiến bộ đáng kể về + Giảm năng lượng tiêu tốn. + Giảm cơ bản sự ô nhiễm môi trường.
4. Giới thiệu • Trong khoảng 30 năm trở lại, có sự tiến bộ đặc biệt nhanh về: + Kỹ thuật đốt. + Kỹ thuật nung + Kỹ thuật nghiền
5. Giới thiệu • Trước hết là sự phát minh ra canxinơ, làm tăng đáng kể năng suất . • Thứ hai là việc phát triển máy đập trục và máy nghiền đứng. Đồng thời là việc sử dụng các thiết bị phân ly động đời mới. • Tiếp đó là việc ứng dụng điều khiển tự động mọi qúa trình sản xuất, làm giảm nhân công và tăng tính ổn định của hệ thống, đồng thời cũng đem lại những sự tiết kiệm nhất định về năng lượng
6. Giới thiệu • Về sự ô nhiễm môi trường, đã khống chế được: + Lượng bụi giảm còn 0,2ữ0,3 g/kg xi măng. 3 + NOx còn 1200ppm /m khí lò. 3 + SO2 còn 400ppm /m khí lò. + CO còn 500ppm /m3 khí lò. • Trong các canxinơ đặc biệt, NOx < 400ppm. • Vấn đề còn tồn tại chỉ là lượng CO2 trong khí thải. • Hướng phát triển: sử dụng nhiên liệu thay thế, đốt rác thải.
7. Phối liệu
8. • Hàm lượng 62ữ69% • Tham gia tạo tất cả các khoáng CaO chính của clinke XMP • CaOtd ảnh hưởng xấu tới chất lượng CL và XMP • Nhiều CaO, đóng rắn nhanh, mác cao, kém bền trong môi trường xâm thực Thành phần hoá của clinke xi măng Pooclăng
9. • Hàm lượng 17ữ26% • Tham gia tạo các nhóm khoáng silicat (khoáng nóng chảy) của SiO2 clinke XMP • Nhiều SiO2, đúng rắn chậm, mác cao, bền trong môi trường xâm thực Thành phần hoá của clinke xi măng Pooclăng
10. • Hàm lượng 4ữ10% • Tham gia tạo các khoáng nóng chảy(aluminatcanxivà Al2O3 alumoferit canxi) • Nhiều Al2O3, đúng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt, kém bền trong môi trường xâm thực, tăng độ nhớt pha lỏng clinke Thành phần hoá của clinke xi măng Pooclăng
11. • Hàm lượng 0.1ữ5% • Chủ yếu tham gia tạo khoáng Fe O nóng chảy alumoferit canxi 2 3 • Nhiều Fe2O3, giảm mác xi măng, tăng bền trong môi trường xâm thực, giảm độ nhớt pha lỏng clinke, giảm nhiệt độ nung clinke Thành phần hoá của clinke xi măng Pooclăng
12. • Gồm Na2O và K2O. Tổng hàm lượng 0.1ữ5% • Ở nhiệt độ cao bay hơi một R2O phần, một phần tham gia phản ứng tạo các khoáng chứa kiềm • Nhiều R2O, giảm mác xi măng, không ổn định thể tích, gây loang màu (nếu dùng làm vữa trát), ăn mòn cốt thép Thành phần hoá của clinke xi măng Pooclăng
13. • Hàm lượng 0ữ1% • Ở nhiệt độ cao sinh khí SO2 bay ra một phần, một phần tham gia phản SO ứng tạo các khoáng chứa SO3, làm 3 giảm hàm lượng một số khoáng chính • Nhiều SO3, giảm mác xi măng, tạo các hợp chất có nhiệt độ nóng chảy thấp gây hại cho hệ thống lò (chủ yếu lò có hệ cyclon trao đổi nhiệt) • Cùng với R2O gây ảnh hưởng xấu tới quá trình nung luyện cũng như tính chất khoáng hoá và xây dựng sau này của xi măng Thành phần hoá của clinke xi măng Pooclăng
14. • Công thức hoá 3CaO.SiO2 • Khối lượng riêng 3.28g/cm3 C3S • Hàm lượng 40ữ60% • C3S tinh khiết chỉ tồn tại trong phòng thí nghiệm. Trong clinke công nghiệp C3S tồn tại dưới dạng dung dịch rắn bền với tên gọi là Alít • 54CaO.16SiO2.MgO.Al2O3 • Ca106Mg2Al(Na0.25K0.25Fe0.5)O36(Al2Si34O104 ) Thành phần khoáng của clinke xi măng Pooclăng
15. • C3S tinh khiết bền trong vùng nhiệt độ 1250ữ19000C, dưới C S 12500C bị phân hủy 3 C3S → C2S + Ctd • C3S tinh khiết có tinh thể hinh lục giác đều • Khoáng alít đóng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt, không bền trong môi trường xâm thực (đặc biệt là môi trường sunphat) Thành phần khoáng của clinke xi măng Pooclăng
16. • Công thức hóa 2CaO.SiO2 • Có 4 dạng thù hình , ’, ,  • Khối lượng riêng của các dạng C2S lần lượt là 3.04; 3.40; 3.28; 2.97 g/cm3 • Hàm lượng 15ữ35% • C2S tinh khiết chỉ tồn tại trong phòng thí nghiệm. Trong clinke công nghiệp C2S tồn tại dưới dạng dung dịch rắn bền với tên gọi là Bêlit • Ca87MgAlFe(Na0.5K0.5)(Al2Si42O180) Thành phần khoáng của clinke xi măng Pooclăng
17. • Dạng C2S tồn tại trong vùng nhiệt độ 1425ữ21300C. ’ • Dạng C2S tồn tại trong vùng nhiệt C2S độ 830ữ14250C. Dưới 8300C, chuyển về dạng C2S nếu làm lạnh nhanh, về dạng C2S nếu làm lạnh chậm (kèm theo tăng 10% thể tích) • Dạng C2S kém bền, tồn tại trong vùng nhiệt độ 675ữ8300C . Lưu lâu ở 6750C hoặc hạ nhiệt độ xuống dưới 0 675 C, chuyển về dạng C2S (và tăng thể tích) • Dạng C2S tồn tại trong vùng nhiệt độ dưới 6750C Thành phần khoáng của clinke xi măng Pooclăng
18. • Khả năng kết dính (theo quan điểm hóa học tinh thể) giảm dần từ dạng tới  C S • Chỉ có dạng  và  có thể tồn 2 tại trong điều kiên thường. Chỉ dạng  là cần. • Các biện pháp ổn định dạng : + Làm lạnh nhanh + Tạo dung dịch rắn bền, nền là C2S. Đó là Bêlit • Bêlit ít tỏa nhiệt, mác cao, bền trong môi trường xâm thực Thành phần khoáng của clinke xi măng Pooclăng
19. • Gồm một dóy dung dịch rắn (C3A, C5A3, C12A7, CA, CA2, CA6), trong đú chủ yếu là C3A • Cụng thức hoỏ 3CaO.Al2O3 CxAy • Khối lượng riờng 3.04g/cm3 • Hàm lượng 5ữ15% • C3A tinh khiết chỉ tồn tại trong phũng thớ nghiệm. Trong clinke cụng nghiệp trong mạng lưới C3A cũn hoà tan nhiều ụxớt khỏc • Na6K2Ca78Mg4(Al44Fe8Si7O180) • C3A đúng rắn nhanh, toả nhiều nhiệt, khụng bền trong mụi trường xõm thực Thành phần khoáng của clinke xi măng Pooclăng
20. • Gồm một dóy dung dịch rắn (từ C6A2F tới C6AF2), trong đú chủ yếu là C4AF • Cụng thức hoỏ 4CaO.Al O Fe O CxAyFz 2 3. 2 3 • Khối lượng riờng 3.77g/cm3 • Hàm lượng 10ữ18% • C4AF đúng rắn chậm, cường độ khụng cao, bền trong mụi trường xõm thực Thành phần khoáng của clinke xi măng Pooclăng
21. • Gồm cỏc khoỏng KC23S12 (gốc Khoáng C2S) và NC8A3 (gốc C3A) • Cụng thức hoỏ K O.23CaO.12SiO và chứa 2 2 Na2O.8CaO.3Al2O3 kiềm • Sự hình thành các khoáng chứa kiềm làm giảm hàm lượng các khoáng silicát, tăng vôi tự do 12C3S + K → KC23S12 + 13Ctd (1) 12C2S + K → KC23S12 + Ctd (2) 3C3A + N → NC8A3 + Ctd (3) Thành phần khoáng của clinke xi măng Pooclăng
22. • Cứ 1% K2O tạo ra khoảng 20% Khoáng KC23S12 và làm giảm khoảng 20% (C3S + C2S) • Cứ khoảng 1% Na O tạo ra chứa 2 khoảng 10% NC8A3 và làm giảm khoảng 10% C A kiềm 3 • Khi nung có mặt CaSO4 các khoáng chứa kiềm bị phân huỷ • Khoáng chứa kiềm làm xi măng đóng rắn không ổn định Thành phần khoáng của clinke xi măng Pooclăng
23. • C2S.CaSO4, 3CA.CaSO4 • CS, C S Khoáng 3 2 • CAS2, C2AS • MA, M S, CMS, C MS khác 2 3 2 • C3T2, C3P • Cỏc ụxớt tự do CaO, MgO, Cr2O3 Thành phần khoáng của clinke xi măng Pooclăng
24. • Hàm lượng 5ữ10% Pha • Lượng và thành phần phụ thuộc tốc độ làm lạnh, thành phần hóa thuỷ phối liệu • Lượng SiO2 chỉ chiếm khoảng tinh 7%, cũng lại là cỏc ụxớt khỏc: CaO, Al2O3, MgO với các liên kết Al-O, Ca-O, Mg-O Thành phần khoáng của clinke xi măng Pooclăng
25. • Công thức đầy đủ (C −C ) −1.65A− 0.35F − 0.7S Hệ số KH = td 2.8(S − S ) bão hoà vôi td • Công thức rút gọn C −1.65A − 0.35F KH = KH 2.8S • Khoảng giá trị thông thường 0.85ữ0.95 • Định nghĩa: Các modun, hệ số đặc trưng
26. • Công thức đầy đủ 100(C −C − 0.7S ) LSF = td Hệ số 2.8S +1.18A+ 0.65F bão hoà vôi • Công thức rút gọn 100C LSF = LSF 2.8S +1.18A + 0.65F • Khoảng giỏ trị thụng thường 90ữ100 • Định nghĩa: Các modun, hệ số đặc trưng
27. • Công thức S n = MS = Modun A + F Silicat • Khoảng giá trị cho phép 1ữ3 • Khoảng giá trị thông thường n (MS) 2ữ2.6 • ý nghĩa: C S + C S MS ~ 3 2 C3 A + C4 AF Các modun, hệ số đặc trưng
28. • Công thức A p = MA = Modun F Alumin • Khoảng giỏ trị cho phộp 1ữ3 • Khoảng giỏ trị thụng thường p (MA) 1.4ữ1.7 • í nghĩa: C A MA ~ 3 C4 AF Các modun, hệ số đặc trưng
29. Đập nguyờn liệu • Trong những năm gần đây không khi thay đổi lớn. • Chủ yếu dựng các máy đập búa 1 hoặc 2 rôto hoặc máy đập xung. • Khi vật liệu rất cứng thì kết hợp đập hàm với đập trục hoặc đập cụn. • Những cải tiến mới nhất cho phép kích thước và độ ẩm vật liệu vào mỏy đập búa và đập xung lớn hơn (độ ẩm tăng từ 10% tới 20%, khối lượng cục vật liệu cấp cho mỏy cú thể tới 7 tấn) • Tại cỏc mỏ đỏ, giải phỏp kinh tế nhất thường dùng là các máy đập di động.
30. Nghiền liệu • Có nghiền chu trình kín/ chu trình hở. • Có máy nghiền bi, nghiền đứng, nghiền Horomill • Gần đây, hệ thống nghiền thường kèm theo máy nghiền sơ bộ, phổ biến là máy nghiền con lăn. • Khoảng 10 năm trở lại đây, việc dùng nghiền đứng nghiền liệu trở nên phổ biến hơn do tiêu thụ năng lượng riêng thấp hơn và sấy được vật liệu có độ ẩm cao hơn so với máy nghiền bi.
31. Nghiền liệu • Trong những năm gần đây, có các cải tạo về vật liệu chế tạo máy nghiền nên các lớp lót có tuổi thọ rất cao (6000 đến 16000h), và làm việc tới nhiệt độ 6000C • Về mặt công nghệ, phối liệu sau nghiền cần: + Độ mịn phải đạt 45m, hay lượng hạt canxit >150m phải <2%. Không đạt độ mịn, vôi tự do sẽ nhiều. + Độ ẩm phải <1%, thường 0,5ữ0,8%. Độ ẩm cao ảnh hưởng xấu tới tính chảy của vật liệu
32. Phân ly Dùng phõn ly ảnh hưởng đến hiệu suất và tiêu tốn năng lượng máy nghiền. • Hiệu suất phân ly cũng ảnh hưởng tương tự.
33. Phân ly • Khả năng phân ly thể hiện trên đường cong Tromp. • Các phân ly đời mới cho phép tăng năng suất khoảng 30ữ32% và giảm năng lượng tiêu thụ khoảng 20ữ30%.
34. Đồng nhất sơ bộ • Đồng nhất rất quan trọng với liệu cấp cho lò phải rất ổn định về thành phần hoá. • Để vận hành lò ổn định cần dao động của LSF<1. • Đồng nhất sơ bộ rất hiệu quả khi liệu kém ổn định; tuy nhiên giá đầu tư tăng khoảng 10% tổng giá. • Có nhiều phương pháp đồng nhất sơ bộ. Nếu đồng nhất tốt hệ số đồng nhất có thể lớn tới 10. • Để tăng hiệu quả đồng nhất sơ bộ hơn, sử dụng thiết bị phân tích liên tục PGNAA (Thiết bị phân tích kích hoạt gamma bằng phóng xạ notron).
35. Thiết bị PGNAA
36. Đồng nhất tinh • Có nhiều phương pháp. • Đồng nhất liên tục bằng khí nén, dòng điều khiển được là phương pháp thông dụng nhất hiện nay. • Hệ số đồng nhất của các silô đồng nhất mới khoảng 7 đến 10.
37. Nung clinke • Phương pháp khô chiếm ưu thế do tiêu tốn nhiệt riêng nhỏ (khoảng720 kCal/kgCL) so phương pháp ướt (>1350 kCal/kgCL). • Số tầng trao đổi nhiệt phụ thuộc độ ẩm nguyên liệu. • Tỷ lệ L/D giảm. Lò mới chỉ cũng 2 bệ đỡ • Đã có cải tiến về cấu trúc các cyclon trao đổi nhiệt, cho phép giảm sụt áp.
38. Nung clinke • Sự ra đời của canxinơ giỳp năng suất lũ tăng khoảng 2,5 lần. • Cụng nghệ canxinơ cú hai dạng, một dạng cú dựng giú 3 và một dạng lấy giú qua lũ. • Mức độ canxi hoỏ trong canxinơ khụng lớn hơn 90ữ95%, để trỏnh quỏ nhiệt và tổn thất nhiệt lớn tại canxinơ.
39. Nung clinke • Cấu trúc canxinơ đã có những cải tiến đáng kể, đặc biệt về mặt giới hạn ô nhiễm môi trường.
40. Nung clinke CO+NO→CO2+ ½ N2 H2+NO→ ½ N2+H2O 1½ H2+NO→NH3+H2O NH3→ ½ N2+1½ H2 • Cho phép giảm 70%NOx từ lò ra. • Giảm CO sau canxinơ chỉ cũng 100 ữ 200ppm khi CO ra khỏi khói lò là 3%
41. Làm lạnh • Làm lạnh ảnh hưởng lớn tới tiêu tốn nhiệt của lò và chất lượng xi măng. • Quá trình làm lạnh diễn ra trong máy làm lạnh. • Có 3 dạng máy làm lạnh + Kiểu quay + Kiểu hành tinh + Kiểu ghi • Kiểu quay và hành tinh, lượng gió làm mát clinke chỉ đạt 0,85ữ0,95 Nm3/kgCL nên nhiệt độ clinke ra cao (>1500C).
42. Làm lạnh • Kiểu ghi đạt 2,5 Nm3/kgCL nờn nhiệt độ clinke ra chỉ cao hơn mụi trường khoảng 500C. • Ngày càng phổ biến dựng mỏy đập trục trong mỏy làm lạnh kiểu ghi. • Mỏy làm lạnh mới nhất cho năng suất 100T/m2.ngày đờm. Loại trừ được hiện tượng “dũng sụng đỏ”. • Khí thừa từ máy làm lạnh kiểu ghi được dùng để sấy liệu, than, xỉ hoặc phát điện. Để giảm lượng khí này, tạo vòng tuần hoàn của khí trong máy làm lạnh.
43. Nghiền xi măng • Phổ biến nhất là nghiền bi. • Cỏc mỏy nghiền bi hiện đại thường cú hai khoang. Khoang 1 để đập, cú cỏc tấm lút nõng. Khoang 2 để nghiền, cú lút cỏc tấm lút phõn loại. Vỏch ngăn giữa cỏc khoang cũng đó dược cải tiến khụng ngừng. • Chuyển sang nghiền theo mạch kớn, cho phộp giảm năng lượng, tăng năng suất khoảng 20% so mạch hở.
44. Nghiền xi măng • Nghiền bi hiệu suất thấp, phần lớn năng lượng chuyển thành nhiệt năng nờn gần đõy phỏt triển cụng nghệ sử dụng nghiền đứng để nghiền xi măng, cả nghiền bỏn hoàn tất lẫn nghiền hoàn tất. • Hệ nghiền bỏn hoàn tất kết hợp nghiền đứng và nghiền bi cho phộp tăng năng suất nghiền 30ữ60%, tiết kiệm năng lượng 15ữ25%. • Tuy nhiờn ỏp lực nghiền của nghiền đứng cũn khỏ cao (max 350MPa), vật liệu lút đắt tiền nờn gần đõy bắt đầu phỏt triển thế hệ mỏy nghiền mới.
45. Nghiền xi măng • Máy nghiền Horomill chạy với áp lực khoảng 40÷70MPa, tiêu tốn năng lượng riêng thấp hơn nghiền đứng. • Chất lượng xi măng của các máy mới và máy nghiền bi truyền thống là hoàn toàn có thể so sánh với nhau. Tuy nhiên sản phẩm của nghiền đứng đòi hỏi nước tiêu chuẩn cao hơn một chút.
46. Tự động hoỏ • Quá trình công nghệ và các thiết bị cơ khí để sản xuất xi măng đó trở thành một hệ thống đồng bộ. • Chất lượng, tính đa dạng sản phẩm, bảo vệ môi trường, các nhiên liệu thay thế và quản lý năng lượng là những vấn đề đòi hỏi sự quan tâm hơn nữa của người quản lý nhà máy. Đây là lý do chính để đưa máy tính vào hỗ trợ điều khiển quá trình và quản lý hệ thống thông tin.
47. Tự độnghoỏ • Tự động hoá trong nhà máy xi măng đã có bước tiến dài, từ chỗ tự động hoá từng phần tiến đến tự động hoá toàn bộ dây chuyền công nghệ.