Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong cơ cấu ngành vật liệu xây dựng, công nghiệp sản xuất chất kết dính vô cơ giữ vị trí then chốt và chiếm tỷ trọng lớn nhất về giá trị sản lượng. Tại Việt Nam, xi măng là chất kết dính vô cơ được ứng dụng phổ biến nhất, vượt trội so với vôi và thạch cao. Sự phát triển của các dây chuyền sản xuất xi măng lò quay theo phương pháp khô với mức độ cơ giới hóa và tự động hóa cao đã giúp giảm thiểu tiêu hao nhiên liệu, tiết kiệm điện năng tiêu thụ, kiểm soát phát thải ô nhiễm môi trường và tối ưu hóa hiệu quả kinh tế. Định hướng quy hoạch phát triển của ngành được thể chế hóa theo Quyết định số 108/2005/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về việc phê duyệt Quy hoạch phát triển công nghiệp xi măng Việt Nam.

Đề tài "Thiết kế phân xưởng gia công và chuẩn bị phối liệu nhà máy sản xuất xi măng poóclăng, công suất 1.200.000 tấn clanhke/năm" do sinh viên Lại Minh Dũng thực hiện tại Khoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội (ngành Vật liệu xây dựng, lớp 21VL, giáo viên hướng dẫn: ThS. Phạm Thanh Mai) nhằm giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật cho công đoạn đầu vào của nhà máy xi măng công nghiệp quy mô lớn.

Nhiệm vụ thiết kế của đồ án gồm hai nội dung chính được đánh số theo văn bản giao đề bài:

  1. Tính toán bài phối liệu theo thành phần khoáng và hệ số đặc trưng của clanhke (bao gồm xác định tỷ lệ các nguyên liệu, tính toán ảnh hưởng của tro than và kiểm tra các môđun kỹ thuật).
  2. Tính chọn thiết bị chính cho phân xưởng nung và phân xưởng gia công chuẩn bị phối liệu.

Đối tượng nghiên cứu và thiết kế là dây chuyền công nghệ gia công, đập nghiền sơ bộ, đồng nhất và chuẩn bị phối liệu cho nhà máy sản xuất xi măng poóclăng. Phạm vi kỹ thuật của đồ án bao gồm:

  • Phạm vi không gian công nghệ: Trọng tâm đặt tại phân xưởng gia công và chuẩn bị phối liệu, đồng thời kết nối trực tiếp với phân xưởng nung luyện clanhke (tính toán cân bằng vật chất bắt đầu từ silô chứa clanhke thành phẩm ngược về khâu tiếp nhận nguyên liệu thô).
  • Phạm vi công suất: Dây chuyền sản xuất đạt công suất thiết kế 1.200.000 tấn clanhke/năm, vận hành theo phương pháp khô sử dụng tháp trao đổi nhiệt tầng tiền canxiner và nhiên liệu đốt là than cám.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng

Đồ án xây dựng trên nền tảng lý thuyết hóa học và công nghệ sản xuất chất kết dính vô cơ, bám sát các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia hiện hành:

  • TCVN 5438-2020: Xi măng – Thuật ngữ và định nghĩa, quy định bản chất của xi măng poóclăng là sản phẩm nghiền mịn từ clanhke xi măng poóclăng với lượng thạch cao cần thiết, phụ gia công nghệ không vượt quá 1% khối lượng clanhke.
  • TCVN 2682:2020: Xi măng poóclăng – Yêu cầu kỹ thuật đối với các mác xi măng PC40 và PC50, bao gồm các chỉ tiêu cơ lý và hóa học (cường độ nén, thời gian đông kết, độ ổn định thể tích theo phương pháp Le Chatelier, hàm lượng SO3, MgO, mất khi nung, cặn không tan và kiềm quy đổi).
  • TCVN 6072:2013: Yêu cầu kỹ thuật đối với đá vôi dùng để sản xuất clanhke xi măng poóclăng (hàm lượng CaCO3 ≥ 85%, MgCO3 ≤ 7%).
  • TCVN 6071:2013: Yêu cầu kỹ thuật đối với đất sét dùng để sản xuất clanhke xi măng poóclăng (hàm lượng SiO2 từ 55% đến 70%, Al2O3 từ 10% đến 24%, tổng kiềm K2O + Na2O ≤ 4%).
  • Lý thuyết tạo khoáng clanhke: Clanhke xi măng poóclăng cấu thành chủ yếu từ 4 pha khoáng chính gồm Alit ($C_3S$ - $3CaO \cdot SiO_2$), Belit ($C_2S$ - $2CaO \cdot SiO_2$), Canxi aluminat ($C_3A$ - $3CaO \cdot Al_2O_3$), Tetracanxi alumôferit ($C_4AF$ - $4CaO \cdot Al_2O_3 \cdot Fe_2O_3$) cùng pha thủy tinh trung gian. Chất lượng clanhke được kiểm soát qua hệ số bão hòa vôi (LSF), hệ số silicat (MS hay n), hệ số alumin (MA hay p) và hệ số bazơ (m).

Phương pháp tính toán và thiết kế

Tác giả sử dụng các phương pháp kỹ thuật thực tế sau:

  • Phương pháp giải hệ phương trình đại số xác định bài phối liệu: Đối với hệ phối liệu 4 cấu tử có lẫn tro than từ nhiên liệu đốt, tác giả thiết lập hệ 4 phương trình bậc nhất dựa trên định luật bảo toàn khối lượng và các điều kiện ràng buộc của hệ số bão hòa vôi ($LSF = 91%$), hệ số silicat ($MS = 2,5$) và hệ số alumin ($MA = 1,45$).
  • Phương pháp tính toán cân bằng vật chất: Áp dụng phương pháp truy ngược dòng công nghệ từ đầu ra (1.200.000 tấn clanhke/năm tại silô clanhke) qua từng thiết bị vận chuyển, nghiền, nung, lắng lọc bụi, căn cứ vào tỷ lệ hao hụt thực tế, tổn thất mất khi nung (MKN) của bột liệu và tỷ lệ hồi lưu sản phẩm phân ly (20%).
  • Phương pháp tính chọn thiết bị công nghệ: Căn cứ vào năng suất yêu cầu theo giờ của từng tuyến phối liệu kết hợp chế độ làm việc danh định của từng phân xưởng trong năm để lựa chọn thiết bị công nghiệp phù hợp theo catalogue kỹ thuật (máy đập búa, máy nghiền đứng, băng tải, silô).

Nguồn dữ liệu thiết kế

Dữ liệu đầu vào phục vụ tính toán gồm số liệu phân tích thành phần hóa học của các nguyên liệu và nhiên liệu được cấp từ đề bài:

Nguyên vật liệu $SiO_2$ (%) $Al_2O_3$ (%) $Fe_2O_3$ (%) $CaO$ (%) $MgO$ (%) MKN (%) $SO_3$ (%) Tổng (%)
Đá vôi 18 2,68 0,80 0,40 52,40 1,30 41,90 - 99,48
Đất sét 8 62,30 18,90 7,53 2,55 0,67 9,04 - 100,99
Quặng sắt 15,00 4,20 69,00 1,60 2,50 7,00 - 99,30
Quắc zít 92,80 3,95 2,35 0,86 0,30 0,00 - 100,26
Quặng bôxit 4,00 59,00 25,00 0,40 0,10 10,10 - 98,60
Tro than B 61,10 28,20 4,60 4,10 0,90 - 0,80 99,70

Thành phần nhiên liệu than B ở trạng thái ẩm: độ ẩm ban đầu $W^0 = 8%$, độ tro $A^0 = 16,2%$, lưu huỳnh $S^0 = 2,1%$, cacbon $C^0 = 70%$, hydro $H^0 = 1,6%$, nitơ $N^0 = 0,9%$, oxy $O^0 = 1,5%$, tổng thành phần đạt 100,3%.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về xi măng

Chương 1 hệ thống hóa toàn diện cơ sở khoa học của công nghệ sản xuất xi măng poóclăng, phân tích cấu trúc khoáng vật, vai trò hóa học của các oxit và thiết bị công nghệ:

  • Phân tích các khoáng chính của clanhke:
    • Khoáng Alit ($C_3S$): Chiếm 45–65% trong clanhke, khối lượng riêng 3,15 g/cm³, bền vững ở 1200–2070°C, đóng vai trò quyết định cường độ phát triển sớm và tốc độ đóng rắn nhanh của đá xi măng.
    • Khoáng Belit ($C_2S$): Chiếm 20–30%, có 4 dạng thù hình ($\alpha, \alpha', \beta, \gamma$). Trong đó dạng $\gamma-C_2S$ hình thành khi làm nguội chậm dưới 520°C gây tăng 10% thể tích làm clanhke bị tả thành bột và mất hoạt tính thủy lực.
    • Khoáng Canxi aluminat ($C_3A$) và Tetracanxi alumôferit ($C_4AF$): Đều chiếm tỷ lệ từ 5–15%. $C_3A$ tỏa nhiều nhiệt khi thủy hóa và kém bền sunfat; $C_4AF$ làm giảm nhiệt độ thiêu kết nhờ tạo pha lỏng và tăng độ bền xâm thực.
  • Quy chuẩn chất lượng sản phẩm: Tổng hợp chỉ tiêu kỹ thuật của xi măng poóclăng thương phẩm mác PC40 và PC50 theo TCVN 2682:2020:
Chỉ tiêu chất lượng (TCVN 2682:2020) Mức PC40 Mức PC50
Cường độ chịu nén 3 ngày ± 45 phút (MPa), không nhỏ hơn 21 25
Cường độ chịu nén 28 ngày ± 8 giờ (MPa), không nhỏ hơn 40 50
Thời gian đông kết bắt đầu (phút), không nhỏ hơn 45 45
Thời gian đông kết kết thúc (phút), không lớn hơn 375 375
Độ ổn định thể tích Le Chatelier (mm), không lớn hơn 10 10
Hàm lượng $SO_3$ (%), không lớn hơn 3,5 3,5
Hàm lượng $MgO$ (%), không lớn hơn 5,0 5,0
Hàm lượng mất khi nung MKN (%), không lớn hơn 3,0 – 3,5 3,0 – 3,5
Hàm lượng cặn không tan CKT (%), không lớn hơn 1,5 1,5
Hàm lượng kiềm quy đổi $Na_2O_{qđ}$ (%), không lớn hơn 0,6 0,6
  • Lựa chọn công nghệ sản xuất: So sánh ba phương pháp sản xuất xi măng (phương pháp ướt độ ẩm 30–50%, phương pháp khô độ ẩm thấp, phương pháp liên hợp độ ẩm 12–15%). Tác giả khẳng định phương pháp khô lò quay tháp canxiner là tối ưu nhờ tiết kiệm 1,5–2 lần nhiên liệu, tận dụng nhiệt khí thải để sấy nguyên liệu, giảm kích thước lò nung và diện tích mặt bằng xây dựng.
  • Giải pháp thiết bị cho phân xưởng chuẩn bị phối liệu: Đánh giá chi tiết các thiết bị đập nghiền sơ bộ (máy đập hàm, máy đập nón, máy đập trục, máy đập búa). Khẳng định ưu thế của máy đập búa phản kích EV của hãng F.L.Smidth có khả năng xử lý khối đá vôi thể tích 1–2 m³ (kích thước tới 2 m) thành hạt dưới 25 mm với tốc độ rôto 38–40 m/s; máy nghiền con lăn đứng (dòng EM của hãng Claudius Peters) tích hợp đồng thời 3 công đoạn sấy khô, nghiền mịn và phân ly; công nghệ đồng nhất kho đống dài rải kiểu mái nhà Chevron và silô đồng nhất bột liệu liên tục bằng khí nén có buồng giãn nở trung tâm của hãng Claudius Peters.

Chương 2: Tính toán phối liệu

Chương 2 trình bày các bước tính toán phối liệu 4 cấu tử có tính đến ảnh hưởng của tro than:

  • Kiểm tra sơ bộ hệ số của đất sét: $$M_{Sđs} = \frac{SiO_2}{Al_2O_3 + Fe_2O_3} = \frac{62,3}{18,9 + 7,53} = 2,36 < 2,50$$ $$M_{Ađs} = \frac{Al_2O_3}{Fe_2O_3} = \frac{18,9}{7,53} = 2,51 > 1,45$$ Do $M_{Sđs}$ nhỏ hơn môđun thiết kế ($MS = 2,5$) và $M_{Ađs}$ lớn hơn môđun thiết kế ($MA = 1,45$), bài toán bắt buộc phải phối trộn thêm hai cấu tử điều chỉnh: quắc zít (để tăng hàm lượng $SiO_2$) và quặng sắt (để bổ sung $Fe_2O_3$, hạ chỉ số $MA$).
  • Tính toán thông số làm việc của than B:
    • Than được sấy từ độ ẩm ban đầu $W^0 = 8%$ xuống độ ẩm làm việc $W^{lv} = 1%$. Hệ số sử dụng than $K_{sd} = \frac{100 - 1}{100 - 8} = 1,076$.
    • Thành phần làm việc của than: $W^{lv} = 1%$, $A^{lv} = 17,38%$, $S^{lv} = 2,25%$, $C^{lv} = 75,08%$, $H^{lv} = 1,72%$, $N^{lv} = 0,97%$, $O^{lv} = 1,61%$.
    • Nhiệt trị thấp của than: $Q_H = 6515,24$ kcal/kg than.
    • Suất tiêu hao nhiệt sản xuất clanhke lò quay khô: chọn $Q = 750$ kcal/kg clanhke.
    • Lượng than cần nung 1 kg clanhke: $B = \frac{750}{6515,24} = 0,115$ kg than/kg clanhke.
    • Lượng tro than lẫn vào clanhke: $t = 2%$.
  • Lập hệ 4 phương trình đại số và giải tỷ lệ các cấu tử đã nung trong clanhke:
    • Phương trình bảo toàn tổng các cấu tử: $X_1 + X_2 + X_3 + X_4 = 100 - 2 = 98%$.
    • Phương trình hệ số bão hòa vôi ($LSF = 91%$): $7726,3 \cdot X_4 = 37025$.
    • Phương trình hệ số alumin ($MA = 1,45$): $-0,38 \cdot X_4 = 43,14$.
    • Phương trình hệ số silicat ($MS = 2,5$): $-0,55 \cdot X_4 = 41,9$.
    • Kết quả giải hệ phương trình xác định phần trăm các cấu tử đã nung trong clanhke: Đá vôi ($X_1$) = 72,00%; Đất sét ($X_2$) = 16,89%; Quặng sắt ($X_3$) = 2,13%; Quắc zít ($X_4$) = 6,98%; Tro than ($X_5$) = 2,00%.
  • Kiểm tra thành phần hóa học và các hệ số đặc trưng của clanhke thành phẩm:
    • Thành phần oxit clanhke tính toán: $SiO_2 = 22,83%$; $Al_2O_3 = 5,40%$; $Fe_2O_3 = 3,73%$; $CaO = 66,17%$; $MgO = 1,85%$; $SO_3 = 0,02%$; Tổng = 100%.
    • Kiểm tra hệ số: $LSF = 91%$; $MS = \frac{22,83}{5,40 + 3,73} = 2,50$; $MA = \frac{5,40}{3,73} = 1,447 \approx 1,45$ (hoàn toàn trùng khớp các giá trị thiết kế ban đầu).
  • Tính toán thành phần khoáng và pha lỏng của clanhke:
    • Hàm lượng khoáng Alit ($C_3S$): 54,55%.
    • Hàm lượng khoáng Belit ($C_2S$): 24,27%. Tổng khoáng silicat ($C_3S + C_2S$) đạt 78,82%.
    • Hàm lượng Canxi aluminat ($C_3A$): 8,00%.
    • Hàm lượng Tetracanxi alumôferit ($C_4AF$): 11,34%. Tổng khoáng trung gian đạt 19,34%.
    • Tổng hàm lượng 4 khoáng tinh khiết chính: $78,82% + 19,34% = 98,16%$.
    • Lượng pha lỏng ở nhiệt độ thiêu kết: tính theo khoáng đạt 24,27%; tính theo oxit đạt 26,44%.
  • Chuyển đổi sang phối liệu khô chưa nung và kiểm tra tít phối liệu:
    • Tỷ lệ phối liệu khô chưa nung: Đá vôi = 81,72%; Đất sét = 12,19%; Quặng sắt = 1,50%; Quắc zít = 4,59%.
    • Tít phối liệu $T = 79,9%$, nằm trong khoảng kỹ thuật cho phép ($79 \pm 1%$).

Chương 3: Thiết kế phân xưởng

Chương 3 thiết lập các thông số vận hành của dây chuyền, cân bằng dòng vật chất và tính chọn thiết bị công nghệ:

  • Chế độ làm việc danh định của các phân xưởng trong nhà máy:
Phân xưởng Ngày làm việc/năm Ca làm việc/ngày Giờ làm việc/năm
1. Phân xưởng gia công và chuẩn bị phối liệu 287 2 4.592
2. Phân xưởng nung luyện clanhke 330 3 7.920
3. Phân xưởng nghiền xi măng và đóng bao 280 2 4.880
  • Cân bằng vật chất phân xưởng nung và chuẩn bị phối liệu:
    • Công suất clanhke tại silô thành phẩm: 1.200.000 tấn/năm.
    • Tổng lượng mất khi nung của phối liệu $MKN = 57,94$ kg/100 kg bột liệu (trong đó tháp trao đổi nhiệt canxiner chiếm 90% tương ứng $MKN_{tháp} = 52,146%$, lò quay chiếm 10% tương ứng $MKN_L = 5,794%$). Lượng phế phẩm $p = 0,3%$.
    • Độ ẩm bột liệu sau máy nghiền sấy $W_{BL} = 0,5%$. Công suất bột liệu yêu cầu tại silô đồng nhất: $Q_{10} = 2.676.730$ tấn bột liệu/năm.
    • Xác định độ ẩm phối liệu đầu vào máy nghiền sấy: Từ khối lượng ẩm của đá vôi (độ ẩm 2%), đất sét (độ ẩm 8%), quặng sắt (độ ẩm 2%) và quắc zít (độ ẩm 2%), tính được độ ẩm trung bình của phối liệu vào là $W_{PL} = 2,65%$.
    • Năng suất sấy nghiền của máy nghiền con lăn đứng: $Q_{13} = 2.750.900,26$ tấn phối liệu/năm.
    • Năng suất băng tải chung cấp liệu: $Q_{14} = 2.752.275,71$ tấn/năm. Khi tính thêm 20% lượng bột liệu hồi lưu từ thiết bị phân ly quay lại máy nghiền, năng suất nạp liệu thực tế vào máy nghiền đứng là $Q'_{14} = 3.302.455,76$ tấn/năm.
  • Bảng cân bằng vật chất tổng hợp cho các tuyến thiết bị chính:
Tuyến công nghệ Thiết bị Hao hụt (%) Năng suất năm (tấn) Năng suất ngày (tấn) Năng suất giờ (tấn)
Chuẩn bị phối liệu Máng khí động 0,05 2.678.068,36 9.331,25 583,20
Cyclon lắng 0,10 2.678.068,36 9.331,25 583,20
Nghiền sấy liên hợp 0,50 2.750.900,26 9.585,02 599,06
Băng tải chung 0,05 2.752.275,71 9.589,81 599,36
Tuyến đá vôi Thiết bị định lượng 0,02 2.698.766,85 9.403,37 587,71
Silô chứa 0,05 2.833.705,20 9.873,53 617,10
Kho đồng nhất 0,50 3.280.367,90 11.429,80 714,40
Máy đập búa 0,30 3.797.435,90 13.231,50 826,90
Băng tải xích tiếp liệu 0,10 3.987.307,70 13.893,10 868,30
Tuyến đất sét Thiết bị định lượng 0,02 434.603,17 1.514,30 94,64
Máy cán 0,30 611.530,30 2.130,77 133,17
Băng tải xích tiếp liệu 0,10 642.106,82 2.237,30 139,83
Tuyến quặng sắt Thiết bị định lượng 0,02 50.527,57 176,10 11,00
Kho chứa/đồng nhất 0,50 61.416,58 214,00 13,40
Tuyến quắc zít Thiết bị định lượng 0,02 154.554,93 538,50 33,60
Kho chứa/đồng nhất 0,50 187.862,48 654,60 40,90
  • Tính chọn thiết bị sơ bộ: Đối với công đoạn đập đá vôi, căn cứ vào năng suất giờ tính toán là 826,9 tấn/h, công suất máy tối thiểu phải đạt $Q \ge 827$ tấn/h. Tác giả lựa chọn 1 máy đập búa 1 rôto ký hiệu СМД-98Б để đảm bảo đáp ứng công suất yêu cầu của dây chuyền.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật chính

Đồ án hoàn thành trọn vẹn các phép tính công nghệ với các số liệu định lượng nhất quán:

  • Xác lập bài phối liệu 4 cấu tử gồm Đá vôi khô (81,72%), Đất sét khô (12,19%), Quặng sắt (1,50%) và Quắc zít (4,59%), tiêu tốn 0,115 kg than B cho mỗi kg clanhke sản xuất và lượng tro than tham gia tạo khoáng là 2%.
  • Kiểm soát chính xác chất lượng clanhke với hệ số bão hòa vôi $LSF = 91%$, hệ số silicat $MS = 2,50$, hệ số alumin $MA = 1,447$, tít phối liệu đạt $79,9%$ (nằm trong dung sai tiêu chuẩn $79 \pm 1%$).
  • Xác định cấu trúc khoáng clanhke có hàm lượng pha hữu ích cao: tổng silicat hoạt tính đạt $78,82%$ ($C_3S = 54,55%$, $C_2S = 24,27%$), khoáng nóng chảy $C_3A = 8,00%$, $C_4AF = 11,34%$, lượng pha lỏng dao động từ $24,27%$ đến $26,44%$.
  • Xây dựng bảng cân bằng vật chất hoàn chỉnh qua 35 công đoạn thiết bị, xác định lưu lượng vận hành cho toàn bộ 5 tuyến công nghệ (chuẩn bị phối liệu, đá vôi, đất sét, quặng sắt, quắc zít) ứng với công suất 1.200.000 tấn clanhke/năm.

Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất

  • Ứng dụng dây chuyền công nghệ lò quay phương pháp khô kết hợp tháp trao đổi nhiệt nhiều tầng có buồng tính canxiner, tận dụng tối đa dòng khí thải nhiệt độ cao để sấy nghiền liên hợp nguyên liệu trong máy nghiền đứng.
  • Giải quyết bài toán nguyên liệu đất sét tự nhiên có $M_{Sđs}$ thấp ($2,36$) và $M_{Ađs}$ cao ($2,51$) bằng phương án bổ sung đồng thời quắc zít và quặng sắt, giúp hạ thấp độ nhớt pha lỏng khi nung và chống hiện tượng bám dính lò.
  • Đồng nhất nguyên liệu qua 2 cấp: cấp 1 tại kho chứa đống dài theo phương pháp rải Chevron chữ V ngược, cấp 2 tại silô đồng nhất khí nén buồng giãn nở trung tâm của hãng Claudius Peters với hệ thống máng khí động rẻ quạt và chu trình trộn 3 bước.
  • Lựa chọn thiết bị đập búa 1 rôto СМД-98Б công suất $\ge 827$ tấn/h cho tuyến đá vôi nhằm tối ưu hóa dây chuyền, bỏ qua các bước đập trung gian phức tạp.

Đóng góp kỹ thuật

Bản đồ án cung cấp một bộ số liệu tính toán thiết kế đồng bộ cho phân xưởng chuẩn bị phối liệu quy mô công nghiệp lớn, bám sát các định hướng kỹ thuật theo Quyết định số 108/2005/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ và hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam hiện hành (TCVN 5438, TCVN 2682, TCVN 6071, TCVN 6072).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Theo nội dung văn bản đề bài và thuyết minh, phần tính toán lựa chọn thiết bị chi tiết mới dừng lại ở máy đập búa rôto СМД-98Б của tuyến đá vôi; các thiết bị cơ khí quan trọng khác như máy cán đất sét, máy nghiền con lăn đứng liên hợp, xiclon lắng, quạt hút khí nóng, máng khí động và hệ thống silô đồng nhất mới dừng lại ở bảng cân bằng lưu lượng và mô tả nguyên lý hoạt động, chưa có bảng tra thông số kích thước cơ khí, công suất động cơ và thông số điện lực chi tiết. Đồ án cũng chưa đề cập đến bài toán cân bằng nhiệt lò nung và chỉ tiêu kinh tế - tài chính.
  • Hướng phát triển: Hoàn thiện tính toán chọn kích thước hình học, công suất động cơ dẫn động cho toàn bộ hệ thống máy cán đất sét, máy nghiền đứng và quạt hút; thiết kế chi tiết kết cấu silô đồng nhất khí nén buồng giãn nở trung tâm; mở rộng tính toán cân bằng nhiệt phân xưởng nung luyện clanhke để tối ưu hóa lượng than cám tiêu thụ.

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tư liệu học thuật và kỹ thuật thực hành phù hợp cho sinh viên, học viên và kỹ sư chuyên ngành Kỹ thuật Vật liệu Xây dựng, Công nghệ Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Vật liệu Silicat và Chất kết dính vô cơ.

Các nội dung có giá trị tham khảo nổi bật gồm:

  • Quy trình giải hệ phương trình đại số tính toán phối liệu 4 cấu tử có xét đến sự tham gia của tro than và quy đổi độ ẩm nguyên liệu ẩm sang nguyên liệu khô chưa nung.
  • Phương pháp tính toán cân bằng vật chất truy ngược dòng công nghệ theo chuỗi thiết bị liên hoàn từ công suất clanhke thành phẩm tại silô.
  • Bảng tổng hợp các hệ số hao hụt công nghệ thực tế và cơ chế vận hành của hệ thống đồng nhất khí nén Claudius Peters.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đề tài phải sử dụng đồng thời hai loại phụ gia điều chỉnh là quặng sắt và quắc zít?

Trong bước kiểm tra sơ bộ thành phần đất sét tự nhiên (đất sét 8), hệ số silicat thực tế là $M_{Sđs} = 2,36$ (nhỏ hơn chỉ tiêu thiết kế $MS = 2,5$) và hệ số alumin thực tế là $M_{Ađs} = 2,51$ (lớn hơn chỉ tiêu thiết kế $MA = 1,45$). Do đó, bắt buộc phải bổ sung quắc zít (chứa $92,8% \text{ } SiO_2$) để nâng tỷ lệ silicat và bổ sung quặng sắt (chứa $69,0% \text{ } Fe_2O_3$) để tăng hàm lượng sắt oxit, giúp giảm tỷ lệ $Al_2O_3 / Fe_2O_3$ về đúng giá trị $MA = 1,45$.

2. Hàm lượng tro than lẫn vào clanhke được tính toán như thế nào và chiếm tỷ lệ bao nhiêu?

Nhiên liệu sử dụng là than B có nhiệt trị thấp $Q_H = 6515,24$ kcal/kg và hàm lượng tro làm việc $A^{lv} = 17,38%$. Với suất tiêu hao nhiệt nung clanhke theo phương pháp khô được chọn là $Q = 750$ kcal/kg clanhke, lượng than cần đốt để nung 1 kg clanhke là $B = \frac{750}{6515,24} = 0,115$ kg. Toàn bộ tro than đọng lại khi nung (giả thiết đọng lại 100%) dẫn đến hàm lượng tro lẫn vào clanhke là $t = B \cdot A^{lv} \cdot 100% = 0,115 \cdot 17,38% \approx 2%$.

3. Tỷ lệ các khoáng chính trong clanhke nung thành phẩm đạt giá trị bao nhiêu?

Thành phần khoáng clanhke tính toán theo công thức Bogue gồm: khoáng Alit ($C_3S$) đạt $54,55%$; khoáng Belit ($C_2S$) đạt $24,27%$; khoáng Canxi aluminat ($C_3A$) đạt $8,00%$; khoáng Tetracanxi alumôferit ($C_4AF$) đạt $11,34%$. Tổng lượng hai khoáng silicat chiếm $78,82%$, tổng 4 khoáng tinh khiết đạt $98,16%$, lượng pha lỏng nóng chảy từ $24,27%$ đến $26,44%$.

4. Tại sao có sự chênh lệch giờ làm việc giữa phân xưởng nung clanhke và phân xưởng phối liệu, nhà máy giải quyết vấn đề này ra sao?

Phân xưởng nung luyện clanhke làm việc liên tục 330 ngày/năm (3 ca/ngày, tổng 7.920 giờ/năm) vì lò quay cần duy trì nhiệt độ ổn định, tránh tắt lò gây tốn kém và hỏng gạch chịu lửa. Ngược lại, phân xưởng gia công phối liệu chỉ làm việc 287 ngày/năm (2 ca/ngày, tổng 4.592 giờ/năm). Sự chênh lệch năng suất theo giờ này được bù đắp bằng hệ thống silô đồng nhất và silô chứa trung gian có sức chứa lớn ($Q_{10} = 2.676.730$ tấn bột liệu/năm) để tích trữ bột liệu dự phòng cho lò nung hoạt động liên tục.

5. Thiết bị đập sơ bộ đá vôi được lựa chọn có mã hiệu và năng suất yêu cầu là bao nhiêu?

Từ bảng cân bằng vật chất tuyến đá vôi, năng suất giờ yêu cầu tại khâu đập là 826,9 tấn/h (năng suất ngày là 13.231,5 tấn/ngày). Do đó, tác giả lựa chọn 1 máy đập búa 1 rôto mang ký hiệu СМД-98Б có công suất định mức tối thiểu $Q \ge 827$ tấn/h để đáp ứng phụ tải công nghệ.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của tác giả Lại Minh Dũng đã hoàn thành thiết kế công nghệ phân xưởng gia công và chuẩn bị phối liệu cho nhà máy sản xuất xi măng poóclăng công suất 1.200.000 tấn clanhke/năm theo phương pháp khô. Nghiên cứu giải quyết bài toán phối liệu 4 cấu tử kết hợp tro than B với độ chính xác cao, tạo ra clanhke có thành phần khoáng và môđun kỹ thuật thỏa mãn đầy đủ các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành. Hệ thống tính toán cân bằng vật chất chi tiết qua 35 hạng mục thiết bị cung cấp cơ sở dữ liệu kỹ thuật tin cậy cho việc tính chọn thiết bị cơ khí và tổ chức sản xuất công nghiệp trong ngành chất kết dính vô cơ.