Để sản xuất đ−ợc clanhke có đủ thành phần khoáng yêu cầu, bên cạnh việc phải đảm bảo đủ nhiệt độ nung tối đa là 1450- 1500oC và lưu vật liệu ở zôn nung trong thời gian tối thiểu là 25 - 30 phút, việc chế tạo đ−ợc phối liệu có đủ thành phần hoá học yêu cầu đóng vai trò quyết định.
Trong chương I, chúng ta đã biết vai trò quan trọng của 4 ôxít chính trong clanhke là các xít CaO, SiO2, Al2O3 và Fe2O3. Bốn ôxít này phản ứng với nhau ở nhiệt độ cao tạo thành 4 khoáng chính là C3S , C2S , của và C4AF các ôxít và các khoáng này có sự liên hệ với nhau qua các hệ số chế tạo là hệ số bão hoà vôi (KH), môđun silicat (n) và môđun aluminát (p).
Muốn chế tạo đ−ợc phối liệu có thành phần hoá học yêu cầu, tr−ớc hết ta phải tính phối liệu xem cần phải phối trộn các loại nguyên liệu, phụ gia với nhau theo tỷ lệ nh− thế nào (công việc này th−ờng giao cho cán bộ kỹ thuật phụ trách phối liệu đảm nhận). Sau đó, trong quá trình nghiền phối liệu phải khống chế phối trộn theo tỷ lệ phối liệu đó và điều chỉnh sao cho sản xuất đ−ợc phối liệu có thành phần nh tính toán.
3.1. Tính phối liệu theo ph−ơng pháp giải hệ ph−ơng trình
Trình tự tính toán phối liệu (bài toán 4 cấu tử có tro than) nh− sau:
B−ớc 1: Tập hợp số liệu phân tích hoá học toàn phần của các nguyên liệu sống, phụ gia sẽ đ−a vào sản xuất là đá vôi, đất sét, phụ gia cao silic (đá silic, đất cao silic hoặc cát mịn), phụ gia cao sắt (quặng sắt hoặc xỉ pirit), chất l−ợng của than và thành phần hoá học của tro than. Lập bảng thành phần hoá học của nguyên liệu sống.
Buớc 2: Tính chuyển thành phần hoá học của các nguyên liệu sống về thành phân hoá của các nguyên liệu sau khi đã nung nh− sau:
Với mỗi nguyên liệu tính hệ số chuyển đổi KCH = l00/ 100 - MKN).
Lấy KCH nhân với hàm l−ợng của các ôxít ở bảng nguyên liệu sống và điền vào vị trí tương ứng ở bảng thành phần hoá học của nguyên liệu đã nung.
B−ớc 3: Chọn các hệ số chế tạo clanhke: KH, n, p và nhiệt năng tiêu tốn riêng Qr, tính bằng kcal/ 1 kg clanhke.
Bước 4: Tính lượng than cần thiết để nung 100 kg clanhke và lượng tro than tham gia vào thành phần của clanhke.
Gọi l−ợng than cần thiết để nung 100 kg clanhke là T và hàm l−ợng tro than tham gia vào clanhke là q.
Ta có: T = 100. Qr /Qd (kg) và q = T.A/ 100 (%) (A là độ tro của than) B−ớc 5: Tính các hệ số của hệ 4 ph−ơng trình 4 ẩn:
alx + bly + clz + dlt = El ( 1) a2x + b2y + c2z + d2t = E2 (2) a3x + b3y + c3z + d3t = E3 (3) x + y + z + t = 100 - q (4) ở đây: x là % đá vôi đã nung (cấu tử l),
y là % đất sét đã nung (cấu tử 2), z là % quặng sắt đã nung (cấu tử 3), t là % cát mịn đã nung (cấu tử 4),
q là % tro than (cấu tử 5) t−ơng ứng trong 100% clanhke.
Công thức tính các hệ số của 3 ph−ơng trình trên nh− sau:
Ph−ơng trình ( 1):
a 1 = 2,8 . KH . S 1 + 1,65 . Al + 0,35 . F 1 - C 1 b 1 = 2,8 . KH . S2 + 1,.65 . A2 + 0,35 . F2 - C2 cl = 2,8 . KH . S3 + 1,65 . A3 + 0,35 . F3 - C3 d 1 = 2,8 . KH . S4 + 1,65 . A4 + 0,35 . F4 - C4 El = q.(C5 - 2,8 . KH . S5 + 1,65 . A5 + 0,35 . F5) Ph−ơng trình (2):
a2 = Al - p.F 1 b2 = A2 - P.F2 c2 = A3 - P.F3 d2 = A4 - P.F4 E2 = q.(pF5 - A5)
Ph−ơng trình (3)
a3 = Sl - n.(Al + Fl) b3 = S2 - n.(A2 + F2) c3 = S3 - n.(A3 + F3) d3 = S4 - n.(A4 + F4) E3 = q.[n.(A5 + F5) - S5] ở đây:
Sl, Al, Fl và C 1 là % của các ôxít trong đá vôi đã nung (cấu tử l), S2, A2, F2 và C2 là % của các ôxít trong đất sét đã nung (cấu tử 2), S3, A3, F3 và C3 là % của các ôxít trong quặng sắt đã nung (cấu tử 3), S4, A4, F4 và C4 là % của các ôxít trong cát mịn đã nung (cấu tử 4), S5, A5, F5 và C5 là % của các oxít trong tro than (cấu tử 5)
Các số liệu này đ−ợc lấy trong bảng thành phần hoá học của nguyên liệu
đã nung.
B−ớc 6: Giải hệ ph−ơng trình 4 ẩn:
Thay các hệ số này vào hệ ph−ơng trình 4 ẩn và giải hệ ph−ơng trình này ta tìm đ−ợc các giá trị x, y, z, t là hàm l−ợng % của các cấu tử nguyên liệu đã
nung tương ứng (q là % tro than trong clanhke đã tính được ở bước 4).
B−ớc 7: Tính kiểm tra thành phần hoá học của clanhke:
Từ kết quả giải hệ phương trình, ta tìm được % các nguyên liệu đã nung trong clanhke. Căn cứ vào đó tính kiểm tra thành phần hoá của clanhke.
B−ớc 8: Tính kiểm tra các hệ số chế tạo và thành phần khoáng của clanhke: Bằng các công thức đã giới thiệu ở chương I và thành phần hoá của clanhke, ta có thể tính kiểm tra các hệ số chế táo của clanhke. Nếu các giá trị tính kiểm tra không giống như số liệu đã chọn ở bước 3 thì chứng tỏ trong khi tính có sự nhầm lẫn, cần kiểm tra thật kỹ từng phép tính. Nếu kết quả trùng nhau, chứng tỏ đã tính đúng và khi đó là kiểm tra thành phần khoáng của clanhke (để biết và dự đoán chất l−ợng, tính dễ nung của phối liệu v.v...). Ngoài ra, để đánh giá khả năng bám dính của clanhke, ta cần tính thêm chỉ tiêu hàm l−ợng pha lỏng của clanhke ở nhiệt độ 1400oC theo công thức:
L 1400 = 2,95. Al2O3 + 2,2.Fe2O3 + MgO + R2O
B−ớc 9: Tính tiêu hao nguyên liệu sống và tỷ lệ phối liệu:
Từ tỷ lệ % các nguyên liệu đã nung tính được ở bước 6, tính tiêu hao nguyên, nhiên liệu sống để nung đ−ợc 100 kg clanhke bằng cách lấy tỷ lệ % của mỗi nguyên liệu đã nung (x, y, z, t đã tính được ở bước 6) nhân với hệ số chuyển
đổi KCH tương ứng của từng loại nguyên liệu. Lượng than tiêu hao để nung được 100 kg clanhke chính là T (kg/kg clanhke) đã tính được ở bước 4.
3.2. Tính phối liệu ph−ơng pháp kiểm tra và hiệu chỉnh
Trong quá trình chỉ đạo sản xuất, để tính nhanh tỷ lệ phối liệu kịp thời phục vụ cho sản xuất hoặc kiểm tra lại thành phần hoá học và các hệ số chế tạo của tỷ lệ phối liệu đang nghiền, các chuyên gia của Viện KHCN Vật liệu xây dựng đã đưa ra phương pháp tính kiểm tra và hiệu chỉnh (gọi là phương pháp tính bù).
Cách tính nh− sau:
B−ớc 1: Lập bảng thành phần hoá học của nguyên liệu sống (khô)
B−ớc 2: Lập bảng tính thành phần hoá học của hỗn hợp phối liệu và thành phần hoá học của clanhke từ tỷ lệ phối liệu giả định.
B−ớc 3: Tính kiểm tra thành phần khoáng, các hệ số chế tạo và hàm l−ợng pha lỏng của clanhke từ kết quả ở bước 2 theo các công thức đã giới thiệu ở ch−ơng I.
So sánh với các hệ số chế tạo điều kiện để sản xuất, nếu thấy sai khác nhiều thì điều chỉnh tỷ lệ các nguyên liệu và làm lại toàn bộ bước 2 và 3 cho đến khi các hệ số chế tạo clanhke thoả mãn giá trị yêu cầu.
Nguyên tắc điều chỉnh tỷ lệ của các nguyên liệu là:
Nếu KH thấp hơn yêu cầu thì tăng l−ợng đá vôi và ng−ợc lại.
Nếu n thấp hơn yêu cầu thì tăng l−ợng phụ gia cao silic và ng−ợc lại.
Nếu p thấp hơn yêu cầu thì giảm l−ợng phụ gia cao sắt và ng−ợc lại.
Ngoài ra, để kiểm tra phối liệu trong quá trình sản xuất cần tính tít của phối liệu theo công thức: Ttính toán = 1,786.% CaO + 2,08% MgO (%) .
Khi sản xuất cần khống chế tít phối liệu (xác định bằng thí nghiệm chuẩn tít nh−
đã nói ở mục 2.1.d) sai số cho phép là 0,5% , tức là Tthực tế = Ttính toán ± 0,5%.
Ghi chú: Trong điều kiện hiện nay, việc tính toán phối liệu dã thuận tiện hơn rất nhiều nhờ sử dụng máy vi tính. Cách tính cơ bản nh hớng dẫn ở mục 3.1
đã được lập chương trình bằng ngôn ngữ PASCAL, chương trình này có thể tính chọn lọc từng phối liệu hoặc tính hàng loạt các phương án để lựa chọn. Cách tính hiệu chỉnh nh− h−ớng dẫn ở mục 3.2 đ−ợc sử dụng thuận tiện hơn bằng Microsoft Excel. Bạn đọc muốn tìm hiểu thêm có thể hên hệ với Trung tâm xi măng và bê tông - Viện KHCN Vật liệu xây dựng - Bộ Xây dựng.
CÂU HỏI Và BàI TậP
1. Nêu đặc điểm và yêu cầu chất l−ợng của các loại nguyên, nhiên liệu, phụ gia sử dụng trong công nghiệp sản xuất xi măng?
2. Nêu sơ đồ công nghệ để sản xuất xi măng?
3. Công nghệ sản xuất xi măng bằng lò đứng, lò quay phương pháp khô, lò quay ph−ơng pháp −ớt có những điểm giống nhau và khác nhau nh− thế nào ? Nêu
ưu nhược điểm của từng phương pháp đó?
4. Để kiểm tra các thông số công nghệ và khống chế, chỉ đạo sản xuất, người cán bộ thí nghiệm cần kiểm tra những chỉ tiêu chất l−ợng nào, lấy mẫu ở đâu và chuẩn bị mẫu thí nghiệm nh− thế nào?
5.Tính phối liệu để sản xuất xi măng theo thành phần hoá học của nguyên liệu
đã biết theo các hệ số chế tạo cho trước (cán bộ giảng dạy ra số liệu riêng cho từng người để học viên làm bài tập).
Ch−ơng 3
TíNH CHấT Kỹ THUậT CủA XI MĂNG POóC LĂNG Tính chất kỹ thuật của xi măng poóc lăng có ý nghĩa quan trọng trong quá
trình bảo quản, thi công và sử dụng.
Thông th−ờng, trong sản xuất và sử dụng, ng−ời ta kiểm tra các tính chất kỹ thuật sau đây của xi măng:
- Tính ổn định thể tích.
- Độ mịn.
- Khối l−ợng riêng và khối l−ợng thể tích.
- Lượng nước tiêu chuẩn và thời gian đông kết.
- Cường độ.
- Nhiệt thuỷ hoá.
- Độ bền trong môi trường xâm thực (gọi tắt là độ bền ăn mòn).
- Sự co nở thể tích.
- Độ trắng (đối với xi măng trắng).