Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, ngành xây dựng đóng vai trò thiết yếu trong việc phát triển kết cấu hạ tầng kỹ thuật, nhà ở dân dụng và các công trình quy mô lớn. Xi măng là vật liệu xây dựng cơ bản, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và độ bền vững của công trình. Để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ ngày càng tăng, các doanh nghiệp sản xuất xi măng cần liên tục cải tiến và hoàn thiện quy trình sản xuất nhằm nâng cao năng suất, đảm bảo chất lượng sản phẩm theo tiêu chuẩn, tối ưu hóa chi phí sản xuất và kiểm soát ô nhiễm môi trường.

Khóa luận tốt nghiệp "Cải tiến quy trình sản xuất xi măng tại trạm nghiền Thủ Đức – Công ty Cổ phần Xi măng Hà Tiên 1" do sinh viên Nguyễn Hoài Nam thực hiện (ngành Quản lý Công nghiệp, Khoa Kinh tế, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Khắc Hiếu, năm 2016) tập trung giải quyết bài toán tối ưu hóa vận hành tại một đơn vị sản xuất trực tiếp.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài được xác định cụ thể gồm ba nhiệm vụ:

  1. Tìm hiểu và mô tả chi tiết quy trình sản xuất xi măng tại Trạm nghiền Thủ Đức thuộc Công ty Cổ phần Xi măng Hà Tiên 1.
  2. Phân tích, đánh giá thực trạng hoạt động sản xuất tại trạm, nhận diện các yếu tố thuận lợi cùng những khó khăn, hạn chế trong dây chuyền công nghệ hiện hữu.
  3. Xây dựng các giải pháp nhằm cải tiến, tối ưu hóa quy trình sản xuất xi măng tại Trạm nghiền Thủ Đức.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hoạt động quản trị và dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng tại Trạm nghiền Thủ Đức – Công ty Cổ phần Xi măng Hà Tiên 1.
  • Phạm vi nghiên cứu: Khảo sát thực tế quy trình sản xuất tại Trạm nghiền Thủ Đức trong khoảng thời gian từ ngày 09/01/2016 đến ngày 11/04/2016.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài kết hợp cơ sở lý luận về quản trị sản xuất và hệ thống thông tin quản lý doanh nghiệp để tiếp cận đối tượng nghiên cứu:

  • Lý thuyết về sản xuất và quản trị sản xuất: Vận dụng mô hình chuyển hóa đầu vào - quá trình biến đổi - đầu ra (Inputs - Transforms - Outputs) theo lý thuyết của Đồng Thị Thanh Phương (2005) và các nguyên lý quản trị sản xuất, tác nghiệp theo Nguyễn Văn Duyệt và Trương Chí Tiến (2009). Tác giả làm rõ đặc điểm của loại hình sản xuất khối lớn liên tục (áp dụng trong ngành xi măng) và phân tích 5 nhóm yếu tố nội bộ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả quy trình: trình độ lao động, máy móc thiết bị và công nghệ, năng lực tổ chức quản lý (tiêu chuẩn ISO 9000), chất lượng nguyên vật liệu, và quan điểm điều hành của ban lãnh đạo.
  • Lý thuyết về hệ thống ERP (Enterprise Resource Planning): Tiếp cận định nghĩa và cấu trúc phân hệ của hệ thống hoạch định nguồn lực doanh nghiệp theo Nguyễn Anh Hào (2007), tập trung vào hai phân hệ then chốt là phân hệ quản lý hàng tồn kho và phân hệ quản lý sản xuất liên tục (hoạch định năng lực, lập lịch trình sản xuất, kiểm soát giá thành và tích hợp luồng dữ liệu).
  • Phương pháp nghiên cứu:
    • Phương pháp thu thập dữ liệu sơ cấp: Quan sát trực tiếp dây chuyền vận hành, đo lường các thông số kỹ thuật thực tế tại các công đoạn nạp liệu, nghiền, phân ly và đóng bao; phỏng vấn trực tiếp cán bộ kỹ thuật và công nhân vận hành tại trạm; thu thập tài liệu kỹ thuật nội bộ.
    • Phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp: Tổng hợp các báo cáo sản xuất, tài liệu lịch sử hình thành, quy chuẩn kiểm định nguyên liệu và thành phẩm theo Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 6260:2009).
    • Phương pháp phân tích dữ liệu: Sử dụng phương pháp thống kê mô tả, phân tích tổng hợp, sơ đồ hóa quy trình công nghệ và so sánh đối chiếu giữa tiêu chuẩn kỹ thuật với kết quả kiểm định thực tế.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu khái quát về Trạm nghiền Thủ Đức - Công ty Cổ phần Xi măng Hà Tiên 1

Chương này trình bày tổng quan về doanh nghiệp chủ quản và đơn vị thực tập:

  • Lịch sử hình thành Công ty Cổ phần Xi măng Hà Tiên 1: Tiền thân là Nhà máy Xi măng Hà Tiên được xây dựng năm 1964 do hãng VENOT.PIC (Pháp) cung cấp thiết bị với công suất ban đầu 240.000 tấn clinker/năm tại Kiên Lương và 280.000 tấn xi măng/năm tại Thủ Đức. Năm 1974, nhà máy hợp tác với hãng POLYSIUS (Pháp) mở rộng công suất lên 1.000.000 tấn/năm. Trải qua các giai đoạn sáp nhập, tách chuyển (1981, 1983, 1993), liên doanh với Tập đoàn Holderbank Thụy Sĩ (1993) thành lập Xi măng Sao Mai và liên doanh SPMV (1995), công ty thực hiện cổ phần hóa năm 2007 (vốn điều lệ 870 tỷ đồng) và sáp nhập Xi măng Hà Tiên 2 vào năm 2009-2010. Đến thời điểm nghiên cứu, tổng công suất toàn công ty đạt khoảng 7.000.000 tấn xi măng/năm với 2 nhà máy và 4 trạm nghiền.
  • Trạm nghiền Thủ Đức: Thành lập từ năm 1964, tọa lạc tại Km 8 Xa lộ Hà Nội, Phường Trường Thọ, Quận Thủ Đức, TP.HCM. Công suất thiết kế đạt 1,8 triệu tấn/năm. Năng lực xuất hàng gồm máng xuất thủy (1.000 tấn/ngày) và máng xuất bộ (7.000 tấn/ngày). Cơ cấu tổ chức gồm Ban Giám đốc, Phòng Tổng hợp, Phòng Kế toán, Phòng Hậu cần, Phòng Kỹ thuật & AT-MT, Phòng Thí nghiệm, Xưởng Xi măng và Xưởng Sửa chữa.
  • Sản phẩm chính: Xi măng Portland hỗn hợp PCB 40 sản xuất theo tiêu chuẩn TCVN 6260:2009 từ clinker phối trộn với các phụ gia gồm puzzolan, đá vôi, thạch cao và xỉ lò cao.

Chương 2: Cơ sở lý luận của đề tài

Nội dung chương 2 hệ thống hóa các khái niệm học thuật:

  • Khái niệm sản xuất, chu trình biến đổi nguyên vật liệu thành sản phẩm có giá trị gia tăng, phân loại sản xuất (bậc 1: khai thác sơ chế, bậc 2: chế tạo chế biến, bậc 3: dịch vụ) và 9 đặc trưng của sản xuất công nghiệp hiện đại.
  • Bản chất và mục tiêu của quản trị sản xuất và tác nghiệp; các dạng quy trình sản xuất cơ bản (đơn chiếc, theo lô, khối lớn).
  • Phân tích chi tiết các chức năng cơ bản trong quy trình (gia công xử lý, lắp ráp, dự trữ cấp liệu, kiểm tra sửa chữa, kiểm soát quá trình) cùng các nhân tố bên trong chi phối năng suất và chất lượng.
  • Khái niệm kiến trúc hệ thống ERP, vai trò của module hàng tồn kho trong quản lý nguyên vật liệu - phế phẩm và module quản lý sản xuất đối với ngành sản xuất liên tục (hoạch định nhu cầu công suất, tiến độ gia công và liên kết dữ liệu bán hàng).

Chương 3: Thực trạng quy trình sản xuất tại Trạm nghiền Thủ Đức

Chương 3 mô tả chi tiết dữ liệu kỹ thuật và các công đoạn vận hành thực tế tại trạm:

1. Tiêu chuẩn kiểm tra nguyên liệu đầu vào

Trạm kiểm định nghiêm ngặt 4 loại nguyên vật liệu chính:

  • Clinker: Lấy mẫu gia công cỡ hạt $\le$ 5 mm, phối trộn thử nghiệm 96% clinker + 4% thạch cao, nghiền đến độ mịn Blaine $3100 \pm 100\text{ cm}^2/\text{g}$ và độ sót rây $0,09\text{ mm} \le 10%$.
  • Puzzolan: Kiểm tra hoạt tính cường độ nén 28 ngày qua tỷ lệ mẫu pha 20% Puzzolan + 80% xi măng nền OPC gốc ($B/A \ge 80%$).
  • Thạch cao và Đá vôi: Kiểm tra thành phần hóa học và cỡ hạt.
Loại nguyên liệu Chỉ tiêu chất lượng quy định Mức yêu cầu kỹ thuật
Clinker Cường độ nén sau 3 ngày $\pm$ 45 phút $\ge 21\text{ N/mm}^2$
Cường độ nén sau 28 ngày $\pm$ 2 giờ $\ge 40\text{ N/mm}^2$
Thời gian đông kết bắt đầu $\ge 45\text{ phút}$
Thời gian đông kết kết thúc $\le 375\text{ phút}$
Độ ẩm $\le 1,5%$
Độ ổn định thể tích (Le Chatelier) $\le 10\text{ mm}$
Cỡ hạt nhỏ hơn 1 mm $\le 10%$
Cỡ hạt từ 5 mm đến 25 mm $\ge 50%$
Chỉ số nghiền $\ge 1,2$
Puzzolan Chỉ số hoạt tính cường độ nén 28 ngày ($B/A$) $\ge 80%$
Độ ẩm mùa khô (tháng 1–4 và 11–12) $\le 8%$
Độ ẩm mùa mưa (tháng 5–10) $\le 12%$
Lượng sót trên sàng 40 mm $\le 10%$
Thạch cao Hàm lượng $\text{CaSO}_4\cdot 2\text{H}_2\text{O}$ $\ge 95%$
Lượng sót trên sàng 50 mm Kiểm định theo lô
Đá vôi Hàm lượng tạp chất bụi và sét $\le 3%$
Hàm lượng $\text{CaO}$ $\ge 44%$
Hàm lượng $\text{MgO}$ $\le 5%$
Độ ẩm $\le 1,5%$
Lượng sót trên sàng 40 mm $\le 10%$

2. Dây chuyền công nghệ sản xuất

Quy trình sản xuất xi măng tại trạm được tổ chức qua 3 công đoạn chính:

  • Công đoạn nạp liệu: Clinker nhập bằng xà lan tải trọng 300–1000 tấn cập cảng, sử dụng hệ thống cẩu múc công suất 600 tấn/giờ dỡ vào phễu tiếp liệu 2 tầng (có lưới lọc thép), chuyển bằng băng tải vào 2 silô chứa clinker (dung tích 27.000 tấn và 20.000 tấn). Thạch cao nhập đường thủy đưa vào kho hở; đá vôi và puzzolan nhập đường bộ lưu tại bãi chứa kho hở. Cầu trục gầu ngoạm vận chuyển nguyên liệu vào các phễu chứa trung gian riêng biệt trước khi cấp cho băng tải định lượng.
  • Công đoạn nghiền xi măng: Băng tải định lượng điều chỉnh tỷ lệ phối liệu từng thành phần (tổng đạt 100%) đưa vào băng tải chung cấp cho máy nghiền. Thiết bị nghiền là máy nghiền bi hai ngăn kích thước $4,2 \times 14\text{ m}$, năng suất 90 tấn/giờ. Ngăn I chứa bi nghiền cỡ lớn ($\Phi 80, \Phi 70, \Phi 60\text{ mm}$) thực hiện đập vỡ hạt liệu xuống dưới 3 mm; ngăn II chứa bi nhỏ ($\Phi 40, \Phi 25\text{ mm}$) thực hiện chà sát nghiền mịn. Hạt sau nghiền qua ghi tháo liệu, gầu nâng đưa lên máy phân ly hạt động (mâm quay ly tâm tách hạt thô quay lại ống nghiền, hạt mịn chuyển sang bình bơm). Luồng khí lẫn bụi được quạt hút qua phân ly hạt tĩnh (cánh rèm tách hạt thô) rồi đi vào hệ thống lọc bụi điện (hàm lượng bụi đầu vào khoảng $450\text{ g/m}^3$; lọc sơ cấp giữ lại 70% bụi qua búa gõ; buồng 1 và 2 tích điện hạt bụi vào cực lắng/cực phóng). Xi măng thu hồi được chuyển vào 2 bình bơm khí nén dung tích 30 tấn/bình (vận hành so le: nạp 15 phút, bơm 14,5 phút) để bơm lên silô xi măng. Bụi phát sinh tại các điểm chuyển tiếp được xử lý bằng hệ thống lọc bụi túi hồi lưu.
  • Công đoạn vô bao và xuất hàng: Xi măng từ silô theo máng trượt khí nén và gầu nâng qua sàng rung đặt nghiêng $6^\circ\text{–}8^\circ$ nhằm loại bỏ vón cục và dị vật. Xi măng lọt sàng vào phễu chứa cấp cho 2 dàn đóng bao (mỗi dàn gồm 2 máy đóng bao, năng suất mỗi máy đạt 1.800–2.400 bao/giờ). Máy sử dụng cơ cấu đòn bẩy cân đối trọng 50 kg, tự động đóng ngắt khóa điện, may miệng bao và dùng thanh đẩy đưa bao xi măng ra băng tải xuất xe. Đối với xi măng xá, sản phẩm được cấp trực tiếp qua thiết bị giao xi măng xá đổ vào xe bồn.

3. Quy trình kiểm tra chất lượng xi măng thành phẩm PCB 40

  • Cường độ nén: Trộn mẫu vữa gồm 450 g xi măng, 1350 g cát tiêu chuẩn và 225 g nước; đúc khuôn dưỡng hộ $24 \pm 2\text{ giờ}$, sau đó ngâm nước (thay nước 7 ngày/lần); nén mẫu với tốc độ tăng tải $2400 \pm 200\text{ N/s}$. Tiêu chuẩn đạt: sau 3 ngày $\pm$ 45 phút $\ge 19\text{ N/mm}^2$; sau 28 ngày $\pm$ 2 giờ $\ge 42\text{ N/mm}^2$.
  • Thời gian đông kết: Dùng thiết bị Vicat (kim đường kính $1,13 \pm 0,05\text{ mm}$, dài $50 \pm 1\text{ mm}$, nhiệt độ dưỡng mẫu $27 \pm 1^\circ\text{C}$). Tiêu chuẩn: thời gian bắt đầu $\ge 90\text{ phút}$ (kim dừng cách đáy $6 \pm 1\text{ mm}$); thời gian kết thúc $\le 5\text{ giờ}$ (kim lún không quá 0,5 mm).
  • Các chỉ tiêu khác: Xác định độ mịn theo phương pháp sàng rây và phương pháp đo độ thấm khí Blaine; đo độ ổn định thể tích bằng phương pháp Le Chatelier; xác định hàm lượng anhydric sunfuric ($\text{SO}_3$).

Chương 4: Nhận xét và một số giải pháp nhằm cải tiến quy trình sản xuất xi măng tại Trạm nghiền Thủ Đức

Dựa trên đánh giá thực trạng vận hành, tác giả đề xuất 3 nhóm giải pháp chính:

  1. Hoàn thiện hệ thống ERP: Chuẩn hóa cơ cấu tổ chức đơn vị quản lý ERP tại trạm, thiết lập quy trình luân chuyển dữ liệu sản xuất thời gian thực giữa các phân hệ tồn kho, kỹ thuật, xưởng nghiền và phòng kế toán nhằm kiểm soát định mức nguyên vật liệu và tiến độ đơn hàng.
  2. Áp dụng giải pháp Sản xuất sạch hơn (SXSH): Tối ưu hóa hiệu suất sử dụng năng lượng điện trong khâu nghiền, nghiên cứu định hướng ứng dụng công nghệ máy nghiền con lăn đứng nhằm thay thế hoặc hỗ trợ máy nghiền bi để giảm tiêu hao điện năng riêng trên mỗi tấn sản phẩm.
  3. Giải pháp về công tác vệ sinh trạm: Tăng cường kiểm soát phát thải bụi rò rỉ tại khu vực bốc dỡ kho hở và các đầu băng tải; trang bị xe quét hút bụi công nghiệp chuyên dụng (Hako Jonas 1900D) để cải thiện môi trường làm việc và bảo đảm sức khỏe người lao động.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đạt được các kết quả cụ thể dựa trên số liệu thực tế tại trạm:

  • Khảo sát và lập sơ đồ chi tiết toàn bộ chu trình sản xuất khép kín của Trạm nghiền Thủ Đức với các thông số thiết bị chính xác: máy nghiền bi 2 ngăn công suất 90 tấn/giờ ($4,2 \times 14\text{ m}$), 2 silô clinker tổng sức chứa 47.000 tấn, 2 dàn đóng bao đạt năng suất 1.800–2.400 bao/giờ/máy, và hệ thống bình bơm khí nén chu kỳ 29,5 phút/mẻ (15 phút nạp, 14,5 phút bơm).
  • Hệ thống hóa bộ chỉ tiêu kỹ thuật kiểm soát chất lượng đầu vào cho 4 loại nguyên liệu (clinker, puzzolan, thạch cao, đá vôi) và các chỉ tiêu xuất xưởng của xi măng PCB 40 theo tiêu chuẩn TCVN 6260:2009 (độ nén 3 ngày $\ge 19\text{ N/mm}^2$, 28 ngày $\ge 42\text{ N/mm}^2$; thời gian đông kết từ 90 phút đến 5 giờ).
  • Đề xuất 3 định hướng cải tiến mang tính khả thi cho đơn vị: chuẩn hóa quy trình sản xuất tích hợp ERP, áp dụng nguyên lý sản xuất sạch hơn kết hợp nghiên cứu máy nghiền đứng, và cơ giới hóa vệ sinh công nghiệp xử lý bụi bằng xe quét Hako Jonas 1900D.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Thời gian thu thập số liệu thực tế chỉ diễn ra trong 3 tháng (từ 09/01/2016 đến 11/04/2016) tại một địa bàn duy nhất là Trạm nghiền Thủ Đức. Khóa luận chủ yếu dừng ở mức mô tả thực trạng công nghệ và đề xuất giải pháp định hướng quản lý, chưa có điều kiện thực nghiệm đo lường chi tiết mức giảm tiêu hao điện năng cụ thể khi triển khai máy nghiền con lăn đứng hoặc hạch toán tổng chi phí đầu tư chuyển đổi hệ thống.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng nghiên cứu tính toán bài toán kinh tế - kỹ thuật khi đầu tư máy nghiền đứng; đánh giá hiệu quả định lượng của hệ thống quản lý ERP sau khi đưa vào vận hành thực tế tại trạm.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Quản lý Công nghiệp, Quản trị Sản xuất, Kỹ thuật Cơ khí hoặc Công nghệ Vật liệu Xây dựng cần tìm hiểu quy trình công nghệ nghiền xi măng chu trình kín và công tác kiểm định chất lượng trong nhà máy sản xuất vật liệu.
  • Kỹ sư vận hành, cán bộ quản lý sản xuất tại các trạm nghiền xi măng muốn tham khảo sơ đồ phân bổ công nghệ (từ bốc dỡ xà lan, nghiền bi 2 ngăn, phân ly hạt động/tĩnh, lọc bụi tĩnh điện đến hệ thống đóng bao tự động).

Câu hỏi thường gặp

1. Máy nghiền xi măng chính tại Trạm nghiền Thủ Đức có thông số kỹ thuật và cấu tạo như thế nào?
Trạm sử dụng máy nghiền bi hai ngăn có kích thước $4,2 \times 14\text{ m}$, năng suất hoạt động đạt 90 tấn/giờ. Ống nghiền được chia làm hai ngăn: ngăn I chứa bi thép kích thước lớn ($\Phi 80, \Phi 70, \Phi 60\text{ mm}$) để đập nhỏ nguyên liệu xuống cỡ hạt $< 3\text{ mm}$; ngăn II dài hơn, chứa bi thép nhỏ ($\Phi 40, \Phi 25\text{ mm}$) dùng để chà sát và nghiền mịn xi măng.

2. Tiêu chuẩn cường độ nén và thời gian đông kết của nguyên liệu Clinker đầu vào được quy định ra sao?
Mẫu thử nghiệm (96% clinker + 4% thạch cao) phải đạt cường độ nén sau 3 ngày $\pm$ 45 phút không nhỏ hơn $21\text{ N/mm}^2$ và sau 28 ngày $\pm$ 2 giờ không nhỏ hơn $40\text{ N/mm}^2$. Thời gian đông kết bắt đầu không nhỏ hơn 45 phút và thời gian đông kết kết thúc không lớn hơn 375 phút; độ ổn định thể tích theo phương pháp Le Chatelier không quá 10 mm.

3. Hệ thống vận chuyển xi măng từ máy nghiền lên silô chứa hoạt động bằng phương thức nào?
Xi măng sau khi qua phân ly hạt động và lọc bụi điện được đưa vào hệ thống 2 bình bơm bằng thép (sức chứa 30 tấn/bình) vận hành bằng khí nén theo chu kỳ luân phiên: bình 1 nạp liệu trong 15 phút thì bình 2 bơm liệu lên silô trong 14,5 phút và ngược lại.

4. Quy trình đóng bao xi măng tại trạm có năng suất bao nhiêu và kiểm soát khối lượng bằng cơ chế nào?
Trạm bố trí 2 dàn đóng bao, mỗi dàn gồm 2 máy đóng bao với năng suất từ 1.800 đến 2.400 bao/giờ/máy. Máy cấp liệu qua vòi phun vào vỏ bao đặt trên máng đỡ có cơ cấu đòn bẩy cân đối trọng 50 kg; khi xi măng đạt đủ khối lượng 50 kg sẽ làm lệch đòn bẩy, ngắt khóa điện, may miệng bao và thanh đẩy tự động đẩy bao rơi xuống băng tải.

5. Tiêu chuẩn kiểm tra cường độ nén của xi măng thành phẩm PCB 40 tại phòng thí nghiệm của trạm quy định mức nào?
Theo quy trình thử nghiệm vữa chuẩn (450 g xi măng, 1350 g cát tiêu chuẩn, 225 g nước) với tốc độ nén $2400 \pm 200\text{ N/s}$, xi măng PCB 40 phải đạt giới hạn cường độ nén sau 3 ngày $\pm$ 45 phút tối thiểu là $19\text{ N/mm}^2$ và sau 28 ngày $\pm$ 2 giờ tối thiểu là $42\text{ N/mm}^2$.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Hoài Nam đã phản ánh toàn diện bức tranh công nghệ và quy trình vận hành sản xuất xi măng PCB 40 tại Trạm nghiền Thủ Đức – Công ty Cổ phần Xi măng Hà Tiên 1. Đề tài đã hệ thống hóa đầy đủ dữ liệu kỹ thuật từ khâu tiếp nhận nguyên vật liệu, vận hành máy nghiền bi 90 tấn/giờ, xử lý bụi và khí nén, đến công đoạn đóng bao và kiểm nghiệm chất lượng theo tiêu chuẩn TCVN 6260:2009. Các giải pháp đề xuất về hoàn thiện hệ thống ERP, sản xuất sạch hơn và cơ giới hóa vệ sinh công nghiệp bám sát thực tiễn hoạt động của nhà máy.