Quá trình công nghệ sản xuất xi măng th−ờng đ−ợc chia thành 3 giai đoạn chính tách rời nh−ng kế tiếp nhau. Ba giai đoạn đó là giai đoạn chuẩn bị phối liệu giai đoạn nung clanhke và giai đoạn nghiền, đóng bao xi măng. Mỗi giai
đoạn sản xuất chính đ−ợc thực hiện theo một dây chuyền sản xuất lên động, hoặc cũng có thể thực hiện theo 2 hoặc 3 dây chuyền liên động nhỏ hơn. Sản phẩm của mỗi giai đoạn chính phía tr−ớc lại là nguyên liệu của giai đoạn tiếp theo.
Sơ đồ khối của quá trình công nghệ sản xuất xi măng nh− sau:
a. Nhiệm vụ: Nhiệm vụ của giai đoạn này là gia công sơ bộ các loại nguyên nhiên liệu nh− đá vôpi, đất sét, các loại phụ gia, than v.v... đến kích thước và độ ẩm yêu cầu để có thể cấp cho máy nghiền, sau đó định lượng các loại nguyên, nhiên liệu, phụ gia theo tỷ lệ yêu cầu và nghiền mịn thành phối liệu.
b. Sơ đồ dây chuyền công nghệ chế tạo phối liệu (phương pháp khô)
c) Quá trình công nghệ: Tuỳ theo cách chế tạo phối liệu mà gọi là sản xuất theo ph−ơng pháp khô hay ph−ơng pháp −ớt.
+ Khi sản xuất theo ph−ơng pháp khô: các loại nguyên liệu, phụ gia đ−ợc
đập nhỏ sơ bộ, sấy khô đến độ ẩm W < 2%, đ−ợc cân theo tỷ lệ xác định (để đảm bảo các hệ số chế tạo clanhke theo yêu cầu) và phối trộn lại với nhau, sau đó
đ−ợc nghiền mịn thành bột khô đến độ mịn nhỏ hơn 10% (tính theo l−ợng còn lại trên sàng No008 - kích th−ớc mắt sàng là 0,08mm). Bột phối liệu đ−ợc chứa vào các silô đ−ợc đảo trộn hoặc sục khí nén cho đồng nhất và sau đó đ−ợc cấp cho lò nung ở Việt Nam, hầu hết các nhà máy xi măng đều sản xuất theo phương pháp này.
+ Khi sản xuất theo phương pháp ướt: đá vôi, đất sét, phụ gia sau khi được
đập nhỏ sơ bộ sẽ đ−ợc nghiền cùng với n−ớc tạo thành dạng bùn ớt (bùn pate) có
độ ẩm W = 35 - 37% và đ−ợc bơm vào các bể hoặc giếng chứa bùn. Khi nghiền bùn phối liệu, tỷ lệ giữa các loại nguyên liệu chỉ xác định một cách tương đối.
Trong quá trình sản xuất, bùn đ−ợc bơm vào các giếng và đ−ợc kiểm tra, phân tích độ ẩm, thành phần hoá học. Sau đó phối trộn với nhau để điều chế đ−ợc bùn phối liệu có thành phần hoá học theo yêu cầu. Khi đã đạt yêu cầu, bùn phối liệu thường xuyên được khuấy trộn để chống sa lắng và bơm cấp cho lò nung. ở Việt Nam hiện nay chỉ có 3 nhà máy xi măng sản xuất theo ph−ơng pháp này là nhà máy xi măng Hải Phòng, nhà máy xi măng Hà Tiên (dây chuyền cũ) và nhà máy xi măng Bỉm Sơn. Trong những năm gần đây ng−ời ta không xây dựng các nhà máy sản xuất theo phương pháp ướt nữa vì tuy công nghệ nghiền đơn giản hơn, không phải sấy nguyên liệu, dễ nghiền mịn hơn, dễ đồng nhất hơn nh−ng phải có nhiều bể và giếng để chứa và điều chế bùn phối liệu, khi nung tốn nhiều nhiệt năng để làm bay hơi 35 - 37% ẩm, lò nung dài hơn, năng suất thấp hơn v.v. . .
d) Kiểm tra chất l−ợng nguyên liệu và sản phẩm:
Để đảm bảo chất l−ợng của quá trình sản xuất, nguyên nhiên liệu đ−a vào sản xuất cần phải tập kết theo lô, lấy mẫu kiểm tra độ ẩm, thành phần hoá học.
Nguyên liệu đa vào sản xuất phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đối với mỗi loại (theo tiêu chuẩn cơ sở của từng nhà máy).
Trong quá trình sản xuất, phải định kỳ lấy mẫu nguyên liệu, phụ gia chứa trong các silô (dưới các cân phối liệu), bột hoặc bùn phối liệu đề kiểm tra độ ẩm, phân tích thành phần hoá học làm căn cứ tính toán và điều chỉnh tỷ lệ phối liệu cho phù hợp với sự biến động của chất l−ợng nguyên, nhiên liệu.
Chế độ kiểm tra và chỉ tiêu chất l−ợng yêu cầu.
Đá vôi:
* Chế độ kiểm tra:
- Mẫu trung bình của khu vực dự định khai thác.
Mẫu trung bình hàng ngày (tập trung mẫu theo ca).
Chỉ tiêu kiểm tra và yêu cầu:
CaCO3 > 90%; MgCO3 < 6%; SiO2 < 5%; lượng đất lẫn < 8%; kích thước khai thác đ−a vào máy đập hàm và sau khi đập qua máy đập hàm, đập búa, tuỳ theo thiết bị cụ thể của từng nhà máy mà có quy định riêng.
§Êt sÐt:
* Chế độ kiểm tra:
Mẫu trung bình của khu vực dự định khai thác.
Mẫu trung bình hàng ngày tập trung mẫu theo ca).
* Chỉ tiêu kiểm tra và yêu cầu:
- SiO2 >55%; Al2O3 > 8%; lượng đá lẫn < 3%; kích thước và độ ẩm trước khi đ−a vào máy cán, máy sấy và sau khi sấy, tuỳ theo thiết bị cụ thể của từng nhà máy mà có quy định riêng.
Các loại phụ gia cao silic, cao sắt, cao nhôm và khoáng hoá .
* Chế độ kiểm tra:
Mẫu trung bình theo từng lô hàng nhập về nhà máy.
- Mẫu trung bình đống trong kho ở khu vực dự định đ−a vào sản xuất.
* Chỉ tiêu kiểm tra:
- Kích thước và độ ẩm trước khi đa vào máy đập hoặc máy sấy, tuỳ theo loại phụ gia, thiết bị cụ thể của từng nhà máy mà có quy định riêng.
Nhiên liệu.
* Chế độ kiểm tra:
- Mẫu trung bình theo từng lô hàng nhập về nhà máy.
- Mẫu trung bình đống trong kho ở khu vực dự định đ−a vào sản xuất .
* Chỉ tiêu kiểm tra và yêu cầu:
- Khí tự nhiên: Kiểm tra áp lực khí.
- Dầu FO: Kiểm tra tỷ trọng và hàm lượng lưu huỳnh, nhiệt độ bắt cháy v.v..
- Than cám 3: Hàm l−ợng tro, A = 10: 15%; Chất bốc, V < 6% đối với xi măng lò đứng), V= 8: 10%; Nhiệt l−ợng , Qd > 6500 kcal/kg;
§é Èm , W< 12%.
Than cám ca: Hàm l−ợng tro A = 1 5: 1 9%; chất bốc V < 6% (đối với xi măng lò đứng V= 8: 10%); nhiệt l−ợng Qd > 6 100 kcal/kg; độ ẩm W< 12%.
- Kích thước và độ ẩm trước khi đưa vào máy cán, máy sấy và sau khi sấy tuỳ theo thiết bị cụ thể của từng nhà máy mà có quy định riêng
Bột phối liệu sau máy nghiền:
Chế độ kiểm tra:
- MÉu trung b×nh theo tõng giê.
- Mẫu trung bình theo ca, theo ngày sản xuất .
* Chỉ tiêu kiểm tra và yêu cầu:
- Tít phối liệu (%CaCO3 + %MgCO3) = Tít tính toán + 0,5. Thông th−ờng, phối liệu không có than, T= 78: 80%; phối liệu có than , T = 65: 67%
- Hàm l−ợng CaO, Fe2O3 kiểm tra nhanh bằng máy phân tích canxi, sắt) - Hàm l−ợng các ôxít chính, các hệ số chế tạo KH, n, p phải đạt theo yêu cầu chỉ đạo của phòng kỹ thuật.
Độ mịn, phần còn lại trên sàng No008 < 10%.
2.2. Giai đoạn nung clanhke
a) Nhiệm vụ: Nhiệm vụ của giai đoạn này là nung bột phối liệu khô, bùn phối liệu −ớt hoặc viên phối liệu ẩm thành clanhke.
b) Sơ đồ dây chuyền công nghệ nung clanhke:
+ Dây chuyền lò quay ph−ơng pháp khô:
c) Quá trình công nghệ:
Quá trình nung clanhke có thể thực hiện đ−ợc bằng lò quay hoặc lò đứng.
Lò quay là một ống trụ dài, bên trong có lót gạch chịu lửa, đ−ờng kính ống φ 2,5 -6m, chiều dài 75- 185m, nằm nghiêng 2-3o, liên tục quay quanh trục với tốc độ 1,5-3 vòng/phút. Lò đứng là một hình trụ đứng yên, vỏ lò đ−ợc làm bằng thép, bê tông hoặc xây bằng gạch, bên trong có lót gạch chịu lửa, đ−ờng kính trong φ 2,2 -3, 1m, chiều cao 8- 1 1m, trên đỉnh có máy rải liệu để cấp vào lò, dưới đáy có ghi quay hoặc cửa tháo để rút clanhke ra khỏi lò.
+) Quá trình nung bằng lò quay phương pháp khô: Nhiên liệu đốt (khí, dầu hoặc than mịn) đ−ợc phun vào lò từ đầu thấp (còn gọi là đầu nóng). Nhiên liệu cháy tạo ra ngọn lửa có nhiệt độ 1550 - l650oC ở zôn (vùng) nung và giảm dần về phía đầu cao và đi qua hệ thống xyclon trao đổi nhiệt. Bột phối liệu từ các silô chứa đã đồng nhất đ−ợc bơm khí nén cấp vào xyclon trao đổi nhiệt với khí nóng và đ−ợc đốt nóng dần. Do cấu tạo của xyclon, bột phối liệu từ xyclon phía trên tách ra khỏi dòng khí và rơi xuống xyclon phía dưới có nhiệt độ cao hơn.
Qua 4-5 cấp xyclon trao đổi nhiệt (ở các lò hiện đại còn có thêm thiết bị canxi hoá, còn gọi là “thiết bị tiền nung”), bột phối liệu đã đ−ợc đốt nóng đến 900- 1000OC và các nguyên liệu đã bị phân huỷ. Sau đó bột phối liệu đi vào lò nung ng−ợc chiều với dòng khí nóng đến zôn nung. Trong quá trình này, bột liệu đ−ợc
đốt nóng dần đến nhiệt độ 1450 - 1500oC, xảy ra các phản ứng tạo khoáng clanhke, làm cho clanhke kết khối. Ra khỏi zôn nung, clanhke đ−ợc làm nguội nhanh từ 1200oC xuống 150: 250oC nhờ các lò hành tinh gắn xung quanh lò chính hoặc máy làm lạnh và đ−ợc đ−a vào kho ủ. ở Việt Nam, hầu hết các nhà máy xi măng đều sản xuất bằng loại lò này nh− nhà máy xi măng Hoàng Thạch (lò φ = 5,5m, chiều dài 94m), Chinfon, Bút Sơn, Hà Tiên II, Sao Mai và các nhà máy đang xây dựng nh− xi măng Nghi Sơn, Hoàng Mai, Tràng Kênh. v.v...
+) Quá trình nung bằng lò quay phương pháp ướt:Nhiên liệu đốt (khí, dầu hoặc than mịn) đ−ợc phun vào lò từ đầu thấp (còn gọi là đầu nóng). Nhiên liệu cháy tạo ra ngọn lửa có nhiệt độ 1550 - 1650oC ở zôn nung và giảm dần về phía
đầu cao (còn gọi là đầu lạnh). Bùn phối liệu đ−ợc bơm từ các giếng điều chế vào lò nung từ đầu lạnh và đi ng−ợc chiều với dòng khí nóng đến zôn nung. Trong quá trình này, bùn phối liệu đi qua zôn xích đ−ợc sấy khô thành bột và đ−ợc đốt nóng dần đến nhiệt độ 1450- 1500oC. ở trong lò, tuỳ theo nhiệt độ của từng zôn mà ở đó xảy ra các phản ứng phân huỷ nguyên liệu và tạo khoáng clanhke, làm cho clanhke kết khối. Ra khỏi zôn nung, clanhke cũng đ−ợc làm nguội nhanh từ 1200OC xuống 150 - 250oC và đ−ợc đa vào kho ủ.
So với lò quay ph−ơng pháp khô, lò quay ph−ơng pháp −ớt dài hơn và không cần hệ thống xyclon trao đổi nhiệt, ở đầu lạnh có mắc xích tạo thành zôn
say. Loại lò này cho năng suất thấp hơn nhng tiêu tốn nhiệt cao hơn lò quay ph−ơng pháp khô nên ngày nay ít đ−ợc xây dựng mới .
ở Việt Nam hiện nay chỉ có các nhà máy xi măng Hải Phòng (lò 4) = 2,5:3m, chiều dài 75 - 1 10 m), Bỉm Sơn (lò φ = 5 m, chiều dài 185 m), Hà Tiên I (lò φ = 2,5m, chiều dài 75 m) là còn đang sản xuất bằng loại lò này.
+) Quá trình nung bằng lò đứng: Nhiên liệu đốt là than cám đ−ợc nghiền cùng với phối liệu và đ−ợc vê thành viên. Khi nhiên liệu cháy tạo ra ngọn lửa có nhiệt độ 1450 - 1500oC ở zôn nung (cách sàn lò 1 ,5:2 m). Trong quá trình này, bột liệu đ−ợc đốt nóng dần đến nhiệt độ 1400: 1450oC và xảy ra các phản ứng phân huỷ nguyên liệu và tạo khoáng clanhke, làm cho clanhke kết khối. Ra khỏi zôn nung, clanhke đ−ợc làm nguội nhanh từ 1200oC xuống 150 - 250oC nhờ gió lạnh thổi từ d−ới lên, đ−ợc ghi quay nghiền vỡ, đ−ợc tháo ra khỏi lò và đ−ợc đ−a vào kho (hoặc silô) ủ. Sản xuất bằng phương pháp lò đứng tuy công nghệ đơn giản hơn, vốn đầu t− thấp nh−ng nh−ợc điểm lớn nhất là chế độ nung không ổn
định và phụ thuộc rất nhiều vào kỹ thuật thao tác của thợ lò. Nếu quá trình nung không tốt sẽ có hiện t−ợng không đều nhiệt, có vùng chỉ đạt 600: 1000OC ch−a
đủ để phản ứng tạo khoáng clanhke, nên tạo ra clanhke chất l−ợng thấp, vôi tự do cao làm cho xi măng kém ổn định thể tích và cường độ thấp.
d) Kiểm tra chất l−ợng sản phẩm:
Việc kiểm tra chất l−ợng clanhke trong quá trình sản xuất nhằm đánh giá
khả năng kết luyện của clanhke, . chế độ nhiệt của lò nung đã phù hợp hay ch−a
để cán bộ kỹ thuật và thợ lò khống chế, chỉ đạo sản xuất.
Chế độ kiểm tra và chỉ tiêu chất l−ợng yêu cầu nh− sau:
Chế độ kiểm tra:
- Mẫu clanhke ra lò từng giờ (lấy sau lò nung).
- Mẫu trung bình theo ca sản xuất (gộp mẫu lấy theo giờ).
- Mẫu trung bình theo ngày sản xuất (gộp mẫu lấy theo ca).
Chỉ tiêu kiểm tra:
- Đối với mẫu clanhke theo giờ, cần kiểm tra dung trọng làm cơ sở để thợ lò điều chỉnh chế độ nhiệt và năng suất lò.
- Đối với mẫu trung bình theo ca sản xuất, cần kiểm tra hàm l−ợng vôi tự do.
- Đối với mẫu trung bình theo ngày sản xuất cần kiểm tra thành phần hoá
học, các hệ số chế tạo, tính ổn định thể tích và cường độ bền nén theo phương pháp nhanh.
2.3. Giai đoạn nghiền, đóng bao xi măng
a) Nhiệm vụ: Nhiệm vụ của giai đoạn này là nghiền xi măng từ clanhke, thạch cao và một số loại phụ gia nh− phụ gia hoạt tính, phụ gia đầy, phụ gia công nghệ. Sau khi nghiền, xi măng sẽ đ−ợc chứa trong các si lô và đ−ợc đóng thành bao 50kg để xuất xưởng theo nhu cầu bán hàng hoặc cũng có thể xuất xưởng ở dạng xi măng rời. Tuỳ theo loại tỷ lệ phụ gia pha vào khi nghiền mà ta có các loại xi măng khác nhau. Nếu chỉ nghiền clanhke xi măng poóc lăng với 3-5%
thạch cao, ta đ−ợc xi măng poóclăng (PC); nếu pha thêm puzơlan ta đ−ợc xi măng poóc lăng puzơlan (Pz); nếu pha thêm xỉ lò cao, ta đ−ợc xi măng poóc lăng xỉ (Px): nếu pha thêm các loại phụ gia hoạt tính và phụ gia đầy v.v... ta đ−ợc xi măng hỗn hợp (PCB).
b) Sơ đồ dây chuyền công nghệ nghiền xi măng:
* Tuỳ vào loại xi măng cần sản xuất mà sử dụng (hoặc không sử dụng) các loại phụ gia.
c) Quá trình công nghệ:
Để nghiền xi măng, ng−ời ta sử dụng hệ thống máy nghiền bi. Tuỳ theo hành trình của vật liệu bị nghiền (quyết định bởi máy nghiền) và các thiết bị phụ trợ mà ta phân biệt ra nghiền theo chu trình kín hay chu trình hở.
+ Khi nghiền theo chu trình hở: vật liệu nghiền đ−ợc cấp vào máy nghiền ở đầu cấp liệu và đ−ợc lấy ra ở đầu thạo liệu, vật liệu đ−ợc nạp vào và tháo ra liên tục theo một chiều. Trong quá trình này, vật liệu đ−ợc đập nhỏ, nghiền mịn nhờ sự va đập, chà xát của bi đạn với nhau và với tấm lót bên trong máy nghiền.
Độ mịn của vật liệu nghiền (xi măng) phụ thuộc vào độ cứng của clanhke, phụ gia, năng suất cấp liệu và chế độ thông gió cho máy nghiền v.v...
+ Khi nghiền theo chu trình kín: khác với chu trình hở, là sau khi vật liệu nghiền ra khỏi máy nghiền, chúng đ−ợc đ−a vào máy phân ly. Tại máy phân ly, vật liệu nghiền được phân loại. Những hạt vật liệu có kích thước đạt yêu cầu
đ−ợc đ−a vào nơi chứa sản phẩm (th−ờng khống chế theo l−ợng còn lại trên sàng No008 nhỏ hơn 3% hoặc tỷ diện lớn hơn 3200 cm2/g, khi đó cỡ hạt có kích thước nhỏ hơn 60àm th−ờng chiếm trên 90%), những hạt vật liệu có kích th−ớc lớn hơn yêu cầu đ−ợc tách ra và đ−a trở lại đầu cấp liệu để nghiền lại. Nhờ có máy phân ly, các hạt vật liệu mịn đ−ợc tách ra khỏi hỗn hợp, làm cho bi đạn tiếp tục chà xát các hạt vật liệu to hơn, hiệu suất nghiền cao hơn. Với cùng một máy nghiền bi, nếu lắp thêm hệ thống nghiền theo chu trình kín, năng suất sẽ tăng thêm 20÷25%.
+Giai đoạn đóng bao: ngoài các thiết bị vận chuyển là vít tải, gầu tải thì
thiết bị chính là máy đóng bao ở các nhà máy nhỏ, thường sử dụng máy đóng bao 2 vòi có công suất 30 tấn/h. ở các nhà máy lớn, thường sử dụng máy đóng bao 18 - 36 vòi có công suất 100-300 tấn/h.
d) Kiểm tra chất l−ợng:
Việc kiểm tra chất l−ợng xi măng trong quá trình sản xuất cũng nh− tr−ớc khi xuất x−ởng là khâu cuối cùng nh−ng rất quan trọng trong quá trình kiểm tra sản xuất. Các tính chất kỹ thuật của xi măng phải đạt yêu cầu của các tiêu chuẩn chất l−ợng hiện hành. Các chỉ tiêu chất l−ợng kiểm tra là căn cứ để đánh giá chất l−ợng xi măng và cũng là cơ sở để cán bộ kỹ thuật khống chế, chỉ đạo sản xuất.
Đây là nhiệm vụ trọng tâm của nhân viên thí nghiệm cơ lý xi măng nên chúng ta sẽ khảo sát kỹ hơn ở các ch−ơng sau.
Chế độ kiểm tra và chỉ tiêu chất l−ợng yêu cầu:
* Chế độ kiểm tra:
- Mẫu xi măng nghiền từng giờ (lấy sau máy nghiền hoặc máy phân ly).
- Mẫu trung bình theo ca sản xuất (gộp mẫu lấy theo giờ).
- Mẫu trung bình theo ngày sản xuất (gộp mẫu lấy theo ca).
- Mẫu trung bình theo lô hàng xuất xưởng (lấy tại máy đóng bao).
* Chỉ tiêu kiểm tra:
- Đối với mẫu xi măng nghiền theo giờ, cần kiểm tra độ mịn, hàm l−ợng SO3 để kịp thời điều chỉnh năng suất, tỷ lệ thạch cao.
- Đối với mẫu trung bình theo ca, theo ngày sản xuất, cần kiểm tra độ mịn, lượng nước tiêu chuẩn (hay độ dẻo tiêu chuẩn), thời gian đông kết, hàm lượng vôi tự do, tính ổn định thể tích và cường độ bền nén theo phương pháp nhanh.
- Đối với mẫu trung bình theo lô hàng xuất x−ởng cần kiểm tra tất cả các chỉ tiêu chết l−ợng yêu cầu sẽ giới thiệu ở các ch−ơng sau).