GÓC KỸ THUẬT - Ảnh hưởng của phụ gia trợ nghiền trong công nghệ xi măng | Cộng đồng Kỹ thuật cơ điện Việt Nam EBOOKBKMT

Bài viết này trình bày về quá trình nghiền xi măng có sử dụng phụ gia trợ nghiền và hiệu quả của phụ gia trợ nghiền, trong đó có sử dụng số liệu thực nghiệm tại một nhà máy xi măng của Vicem.

1. Mở đầu

Nghiền mịn các vật liệu cứng không chỉ đơn thuần là giảm kích thước “cơ học” của vật liệu từ kích thước ban đầu đến một độ mịn nhất định, đây là quá trình cơ lý phức tạp. Trong quá trình nghiền, các hiện tượng liên quan đến hoạt động bề mặt đóng một phần quan trọng; phụ gia trợ nghiền có cơ chế hoạt động làm tăng năng suất nghiền và cải thiện tính chất xi măng.

Mặc dù có nhiều phát triển công nghệ và thiết bị nghiền trong sản xuất xi măng, nhưng máy nghiền bi vẫn được sư dụng phổ biến, đối với máy nghiền bi hiệu quả của phụ gia trợ nghiền được chứng minh rõ ràng. Bên cạnh đó, số lượng phụ gia trợ nghiền tiêu thụ đã tăng lên đáng kể vì trong các tiêu chuẩn yêu cầu kỹ thuật, ví dụ: TCVN 6260:2009; TCVN 9501:2013; EN 197-1, quy định dải hàm lượng các phụ gia khoáng và tỷ lệ phần trăm cho phép pha trong xi măng nhiều hơn.

2. Nghiền xi măng

Hiệu quả năng lượng trong một máy nghiền bi là rất thấp (khoảng 5%), vì hầu hết năng lượng được chuyển thành nhiệt và tiếng ồn, do dó nhiệt độ bên trong máy nghiền tăng từ 80 đến 100°C.

Nhiệt độ cục bộ thậm chí có thể cao hơn do va đập của bi nghiền lên vật liệu nghiền. Bên trong máy nghiền là hỗn hợp của vật liệu nghiền (clinker, thạch cao và các loại phụ gia khoáng). Các vật liệu này có tính chất và khả năng nghiền khác nhau. Hiển nhiên là clinker vẫn là vật liệu được nghiên cứu nhiều nhất. Các nghiên cứu cho thấy:

- Clinker mới ra lò sẽ khó nghiền hơn clinker đã được lưu trữ trong thời gian 2 - 3 tuần (Hệ số khả năng nghiền Towarow: 0,9-1,15);

- Khả năng nghiền giảm khi tỷ lệ silica (SiO2) tăng lên;

- Khả năng nghiền tỷ lệ thuận với tỷ lệ phần trăm oxit Al2O3 và Fe2O3;

- Khả năng nghiền tỷ lệ thuận với tỷ trọng của clinker;

- Khả năng nghiền tăng tuyến tính với hàm lượng khoáng aliit;

- Khả năng nghiền được cải thiện bằng cách tăng hàm lượng đá vôi;

- Giảm nếu hàm lượng khoáng belit tăng (theo Towarow, hệ số nghiền thay đồi từ 1,10 - 0,70 tương ứng với 5% hoặc 40% khoáng belit);

- Không bị ảnh hưởng đáng kể bởi chất kiềm, MgO va CaO tự do.

Nghiên cứu lý thuyết về đường kính bi nghiền tối đa cho cấp liệu vào máy nghiền sẽ không phải lưu tâm, nhưng có thề nói rằng đường kính bi nghiền khoảng giữa 100 và 110 mm ngày nay rât ít được sử dụng, xu hướng công nghệ hiện đại là thiết kế máy nghiền bi có đường kính lớn.

Các quy luật sau đây là cơ sở của mọi quá trình nghiền:

- Hiệu quả tối đa xảy ra khi cấp liệu nghiền lấp đầy tất cả các khoảng trống giữa những bi nghiền.

- Murdalier cho rằng tỷ lệ thép/clinker (s/c) nên nằm trong khoảng từ 8,1 đến 10,1.

- Scherer đề cập đến một ví dụ có tỷ lệ s/c là 8,75, mặc dù một số ý kiến phản đối rằng tỷ lệ này có thể tăng lên 12 dùng cho nghiền xi măng thô hơn.

- Khối lượng của vật liệu nghiền (bi, đạn) trong một máy nghiền, không bao giờ được ít hơn 90% khối lượng cấp phối bi đạn lý thuyết, trong trường hợp có thêm vật liệu nghiền (bi đạn, tấm lót) đựợc sử dụng, một nửa trong số chúng nên có kích thước lớn hơn và một nửa còn lại có kích thước nhỏ hơn.

Khi các máy nghiền dạng vận hành thích hợp, có tiếng bi rơi liên tục trong ngăn thư nhất: không quá ồn (quá nhiều vật liệu sẽ cản trở bi nghiền làm việc hiệu quả) hoặc quá ồn (quá ít vật liệu, tỷ lệ s/c là rất cao). Sau khi máy nghiền đã được ngừng đột ngột, việc lấy mẫu vật liệu được thực hiện dọc theo trục của máy nghiền trên bề mặt của vật liệu nghiền và phân tích cỡ hạt sẽ cung cấp cơ sở cho việc đánh giá quá trình nghiền.

Khoảng cách giữa các mẫu được lấy phải không được lớn hơn 1,0m. Trong trường hợp của máy nghiền chu trình kín các đường cong nghiền kết quả sẽ phẳng hơn đối với máy nghiền chu trình hở.

3. Ảnh hưởng của độ mịn và phân bố cỡ hạt đến cường độ cơ học

Bề mặt riêng lớn thì hoạt tính thủy lực của các khoáng clinker lớn hơn và do đó độ mịn Blaine càng cao, xi măng đóng rắn nhanh hơn.

Tuy nhiên, giá trị độ mịn Blaine đưa ra và không phải là một giá trị tuyệt đối, vì độ mịn Blaine không phản ánh đầy đủ các hạt mịn mà là một thông số quan trọng cho quá trình nghiền và của các tính chất của xi măng.

Các hạt có kích thước từ 0 đến 7 micromet (µm) giúp phát triển về cường độ tuổi sớm, trong khi đó phần giữa 0 và 25µm góp phần vào cường độ ở tẩt cả các tuổi, đặc biệt là những cường độ về sau (Hình 1).

Có thể nói chắc chắn rằng điều quan trọng nhất là thành phần hoạt tính thủy lực của hạt xi măng phải nhỏ hơn 40µm. Các hạt xi măng lớn hydrat rất chậm và đóng góp cho sự đóng rắn xi măng không quá quan trọng.

Do đó, hai chất kết dính được sản xuất từ các nguyên liệu thô như nhau và do đó có cùng một thành phần khoáng, có thể cung cấp cho cường độ cơ học khác nhau đáng kể mặc dù chúng có cùng độ mịn Blaine.

Khi clinker xi măng được nghiền sử dụng phụ gia trợ nghiền tạo ra một dải cỡ hạt hẹp hơn, như tỷ lệ phần trăm của các hạt rất mịn, những hạt này chỉ ảnh hưởng làm giảm thời gian đông kết. Đấy là lý do tại sao những giá trị cường độ ở độ mịn Blaine bằng nhau lại cao hơn mẫu khi nghiền không sử dụng phụ gia trợ nghiền.

Với các máy nghiên chu trình kín cũng đã đựợc ghi nhận rằng xi măng nghiền với lượng tuần hoàn nhiều thường chứa số lượng cả hai cỡ hạt siêu mịn và thô ít hơn. Ở một số quy mô nào đó, phụ gia trợ nghiền buộc các máy nghiền làm việc với một dòng vật liệu tuần hoàn cao hơn.

4. Phụ gia trợ nghiền

4.1. Phân loại

Sự phát triển của các thành phần chất trợ nghiền với sự biến đổi phụ gia cho thấy chủ yếu từ chức năng hoạt động của chất trợ nghiền. Nhiều năm nghiên cứu quá trình nghiền trong các phòng thí nghiệm và các nhà sản xuất phụ gia trợ nghiền, cũng như kết quả của các thí nghiệm công nghiệp thực nghiệm cho phép phân loại phụ gia trợ nghiền vào cấu trúc hóa học của các hợp chất, cấu trúc cơ bản của các phân tử và tính chất hóa học - hấp phụ trong Bảng 1.

Các hợp chất liên quan đến loại các chất amin đơn thuần chỉ biến đổi kích thước hạt xi măng trung hòa điện tích phá vỡ liên kết hóa trị và xúc tác cho quá trình hydrat hóa để tăng cường độ cả trong những giai đoạn ban đầu và cuối của quá trình đóng rắn. Thành phần Glycol chủ yếu là ngăn ngừa sự kết tụ của các hạt xi măng trong quá trình nghiền và gây ảnh hưởng rất nhỏ về thay đổi trong kích thước hạt. Hiệu ứng hiệu quả nhật trên các quy trình nghiền và đóng rắn, có chất tăng cường dựa trên cơ sở chất hoạt động bề mặt. Dung dịch của chất hoạt động bề mặt thay đổi đáng kể thành phần cấp phối hạt xi măng với tăng cường kích thước các hạt nhỏ và đồng thời trung hòa điện tích bề mặt đám kết tụ dẫn đến phân chia các bề mặt hạt và xuất hiện của các ion. Dụng dịch hoạt động bề mặt chỉ có glycol đơn thuần chỉ làm thay đổi kích thước hạt của bột, nhưng tích cực ngăn ngừa kết tụ của các hạt mịn. Diethylen glycol được sử dụng rộng rãi nhất ở Nhật Bản vì chất này có hiệu quả kinh tế cao và không có tác động xấu đến chất lượng sản phẩm.

Hiệu ứng biến đồi (biến tính) được biết đến của chất hoạt động bề mặt trong quá trình hydrat hóa và tâm kết tinh thề hiện qua quá trình hóa học và vật lý tại mặt phân giới pha xi măng - chất lỏng, cấu trúc đá xi măng- lỗ rỗng (lỗ mao quản). Sự biến đổi do hiện diện của chất hoạt động bề mặt có các gốc hoạt tính khác nhau, vị trí của chúng trong phân tử mạch dài và hình dạng của phân tử polyme hoạt động bề mặt.

Độ tin cậy của nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của chất trợ nghiền trong công việc này đã đạt được trong nghiên cứu tại điều kiện như nhau, nghiên cứu động học của quá trình nghiền và mẫu vật liệu chuẩn. Như vậy, máy nghiền nạp vật liệu đúng khối lượng, tiếp tục nghiền cùng một thời gian nghiền và liều lượng phụ gia bằng nhau. Clinker sử dụng cho nghiên cứu, đã được lựa chọn từ các doanh nghiệp có đủ khối lượng đề thực hiện một số quá trình nghiền và làm giảm ảnh hưởng của thành phần khoáng clinker đến kết quả.

Một trong những mục đích chính của phụ gia trợ nghiền là để tăng độ linh động của bột trong quá trình vận chuyển thông qua các đường ống xả của silo và két chứa, được gọi là tính lưu động. Trong ngành công nghiệp nội địa thì tính lưu động được xác định bằng phương pháp gián tiếp, ví dụ như thời gian nạp đầy vào xe hay tốc độ vận chuyển bằng đường ống. Độ linh động của bột được xác định bằng phương pháp theo tiêụ chuẩn Mỹ ASTM 1565-04, bản chất là sàng khối lượng xi măng đã biết qua sàng số 05 trên bàn rung Hagerman.

4.2. Tạo ra các bề mặt riêng và năng lượng cần thiết

Sự tăng diện tích bề mặt riêng có liên quan đến năng lượng cần thiết để nghiền các hạt và kết quả cũng liên quan đến thời gian nghiền. Mối quan hệ này được thể hiện bằng quy luật Rittinger mặc dù đây là xuất phát từ lý thuyết và không xem xét năng lượng tổn thất do kết tụ (vón cục) của các hạt xi măng mịn và năng lượng phá vỡ những kết tụ này.

Hình 2 cho thấy có sự chênh lệch thực tế từ các quy luật Rittinger và đường cong độ mịn có xu hướng để đạt được giá trị tiệm cận vượt quá một giới hạn nhất định.

Cũng có thề được nhận thấy từ Hình 2 là clinker “B” cho thấy một xu hướng kết tụ nhẹ, trong khi clinker “A” kết tụ dễ dàng hơn. Các hoạt động của vật liệu nghiền trong một máy nghiền không chỉ nghiền nhỏ các hạt clinker, nó cũng nén mạnh các hạt lại, dẫn đến sự hình thành của điện tích tĩnh điện bề mặt trái dấu. Các hạt xi măng sau đó kết tụ là kểt quả của lực hút tác động lên chúng.

Sự nén của các nhóm hạt là tính thống kê nhiều khả năng sẽ xảy ra với hạt mịn hơn so với các hạt lớn và vật liệu nghiền (bi, đạn) có đường kính lớn gây nên lực nén lớn hơn so với đường kính nhỏ.

4.3. Ứng dụng phụ gia trợ nghiền

Máy nghiền bi thường mất hiệu quả nghiền đáng kể khi nghiền mịn. Điều này là do hạt mịn từ vật liệu nghiền tích tụ và tấm lót của máy nghiền, bao phủ một lớp bột quanh vật liệu nghiền, làm giảm lực đẩy giữa các hạt. Ngoài ra, các hạt kết tụ được hòa trộn vào bột thô trong máy phân ly và tuần hoàn trong hệ thống nghiền. Phụ gia trợ nghiền ngăn ngừa kết tụ này để cải thiện hiệu quả nghiền. Các phụ gia trợ nghiền thường được thêm vào clinker với một tỷ lệ cố định từ 0,01 - 0,03% tại đầu vào của máy nghiền bi. Kết quả là năng suất nghiền được cải thiện từ 4 - 6% cho mỗi 0,01% phụ gia trợ nghiền bổ sung. Các phụ gia trợ nghiền cũng cải thiện độ phân tán và tính linh động của bột xi măng và tăng thời gian bảo quản.

Có các hợp chất khác nhau có thể sử dụng như phụ gia trợ nghiền và quá trình lựa chọn phải xem xét tổng chi phí và khả năng tác động đến chất lượng sản phẩm.

4.4. Cơ chế hoạt động của phụ gia trợ nghiền

Hoạt động phụ gia trợ nghiền bằng cách bao phủ các hạt gây kết tụ với một lợp màng đơn phân tử mà trung hòa điện tích bề mặt. Về mặt kỹ thuật, phụ gia trợ nghiền cung cấp các chất mang điện tích cần thiết để đáp ứng những điện tích có nguồn gốc từ các nứt gãy của clinker trong quá trình nghiền, do đó làm giảm xu hướng kết tụ. Phụ gia trợ nghiền được hấp phụ tại bề mặt nứt gãy của các hạt clinker mà chưa bị phân tách, ngăn ngừa chúng tái kết hợp dưới tác động của nhiệt độ và áp lực.

Cơ chế hoạt động của trợ nghiền có thể được tóm tắt như sau:

- Loại bỏ điện tích tĩnh điện bề mặt;

- Giảm năng lượng cần thiết cho việc lan truyền của các vết nứt nhỏ bên trong các hạt;

- Các cơ chế hoạt động khác vẫn còn đang được nghiên cứu, nhằm giải thích tác dụng trợ nghiền cũng như những thuộc tính chưa được khám phá.

4.5. Bổ sung phụ gia trợ nghiền trong máy nghiền

Việc sử dụng các chất trợ nghiền dẫn đến những thay đồi trong quá trình nghiền. Ngay sau khi phụ gia trợ nghiền đã được cấp vào ngăn thư nhất, hiện tượng phổ biến sau đây đã quan sát được:

a. Tiếng ồn nghiền tăng đáng kể trong ngăn đầu tiên va giảm trong ngăn thứ hai; điều này là do sự giảm ngay lập tức của thời gian lưu trong máy nghiền, lần lượt được kết hợp với giảm tức thời dòng vật liệu tuần hoàn và tăng đáng kể mức tiêu thụ điện của gầu tải, như xác nhận hơn nữa việc đột ngột làm trống khoang máy nghiền. Dưới những điều kiện này, với một tỷ lệ s/c đã tăng lên giá trị từ 15 - 16, các máy nghiền có thể minh chứng là tạo ra xi măng được nghiền thô.

b. Có tăng mạnh nhất thời trong của dòng vật liệu tuần hoàn, tuy nhiên giảm xuống đến mức độ thấp hơn trong một vài phút.

Để khôi phục lại điều kiện bình thường và có đựợc lợi thế tối đa từ việc sử dụng chất trợ nghiền, điều chỉnh máy phân ly đã được biến đối để duy trì cùng độ mịn Blaine của xi măng, với một kết quả là tăng dòng vật liệu tuần hoàn.

c. Liên quan đến chất lượng các xi măng sản xuất có sử dụng phụ gia trợ nghiền, một cải thiện chắc chắn đã được nhận thấy khi so sánh với xi măng sản xụất không sử dụng phụ gia trợ nghiền. Thậm chí nếu các chất trợ nghiền sử dụng là một “phụ gia trợ nghiền tinh khiết”, ví dụ không có tác động chủ yếu đến chất lượng xi măng (thời gian đông kết, nước yêu cầu...), cải thiện cường độ ở độ mịn như nhau được ghi nhận nhờ có dải cỡ hạt tốt hơn, đặc biệt là ở tuổi sớm.

5. Thử nghiệm quy mô công nghiệp: tăng năng suất và kiểm tra thời gian lưu trong máy nghiền

5.1 Mô tà thử nghiệm

Việc tăng năng suất máy nghiền có thể đạt được khi sử dụng các phụ gia trợ nghiền, thông thường năng suất tăng khoảng từ 10 - 30%, tùy thuộc vào phân xưởng nghiền, các nguyên liệu nghiền và độ mịn yêu cầu. Chúng tôi sẽ trình bày thử nghiệm được thực hiện đối với một loại xi măng poóc lăng, đạt được kết quả xuất sắc (tăng 18,8% năng suất) với liều lượng phụ gia rất thấp (0,02%). Chúng tôi cũng sẽ phân tích ảnh hưởng tích cực như thế nào đến quá trình nghiền nói chung và thời gian lưu nghiền MRT (Mill Retention Time) một cách chi tiết.

Một máy nghiền bi 2 ngăn, chu trình kín, sản xuất xi măng OPC, đã được thử nghiệm, các tính năng kỹ thuật được liệt kê dưới đây:

Bảng 2: Ảnh hưởng của phụ gia trợ nghiền đến thời gian lưu trong máy nghiền.

Hai thử nghiệm công nghiệp trong 10 ngày đã được thực hiện. Các thử nghiệm thứ nhất là để đối chứng (ví dụ: nghiền mà không cần chất trợ nghiền), trong khi thử nghiệm thứ hai được thực hiện với việc bổ sung phụ gia trợ nghiền được phun vào trong khoang thứ nhất của máy nghiền.

Cấp phối vật liệu nghiền (bi đạn, tấm lót) và thông gió bên trong máy nghiền không thay đổi, chúng tôi cố gắng tìm sự cân bằng máy nghiền bởi chỉ cần thay đổi các điều kiện hoạt động của máy phân ly và bằng cách đó thu được xi măng với bề mặt riêng tương đương. Các độ mịn Blaine đo được là: 2.950 cm2/g cho xi măng “không phụ gia trợ nghiền” (xi măng đối chứng) và 2.938 cm2/g cho xi măng “có phụ gia trợ nghiền”.

5.2 Thời gian lưu trong máy nghiền (MRT)

Các thời gian lưu nghiền cho thời gian trung bình cần thiết cho số lượng vật liệu lớn để đi qua máy nghiền. Đây là một thông số cơ bản để đánh giá hoạt động của máy nghiền. Fluorescent (chất huỳnh quang) đã được sử dụng để đánh giá thời gian nghiền vì chất này bền với độ kiềm của xi măng, fluorescent hòa tan hoàn toàn trong nước và dễ dàng tách ra khỏi xi măng.

Các thử nghiệm với fluorescent đã được thực hiện trên máy nghiền chu trình kín 4x13 m với máy phân ly Sturtevant. Việc sản xuất bình thường vơi phụ gia trợ nghiền (0,02%) năng suất tăng tư 80 lên 95 t/h. Phép đo thời gian lưu trong máy nghiền bắt đầu ngay sau khi hệ thống nghiền (máy nghiền + phân ly) đạt trạng thái cân bằng ở năng suất 95 t/h. Các phép đo được thực hiện cho ca hai thử nghiệm có và không có phụ gia trợ nghiền. Hình 3 cho thấy các kết qua của hai thử nghiễm, vận hành có và không có phụ gia trợ nghiền.

Các phân tích của đường cong thời gian lưu, giá trị lớn nhất trên đường cong cho biết thời gian lưu trong máy nghiền trung bình, thường là rất phức tạp và có thể tạo ra một số vấn đề trong nhận thức, nhưng xem xét kỹ đồ thị sẽ cho những chỉ dẫn hữu ích về sự chuyền động của dòng vật liệu đi qua máy nghiền.

Trong trường hợp này, có thể được nhận thấy rằng peak cao kết hợp với các thử nghiệm nghiền đối chứng là phẳng hơn ở đỉnh so với peak sản xuất với phụ gia trợ nghiền.

Phần phẳng của đường cong đối chứng chỉ ra rằng một phần vật liệu đi qua máy nghiền quá nhanh (3 phút), trong khi phần khác vẫn còn lưu quá lâu trong máy nghiền (7 phút) và có xu hướng kết tụ. Việc chuyến động nhanh quá của clinker là kết quả không đủ ép chặt, ví dụ không phải là một dòng vật liệu đồng nhất, được thể hiện bởi xu hướng tăng kết tụ.

Sự khác biệt nhỏ về chiều cao của các peak dòng vật liệu tuần hoàn cho một ý kiến khá chính xác về sự kém hiệu quả của hệ thống máy nghiền - phân ly.

Các đường cong thời gian lưu trong quá trình bổ sung các chất trợ nghiền là khác nhau đáng kể so với thử nghiệm không có phụ gia trợ nghiền: đó là một đường cong rất sắc nét với một peak rất cao và fluorescent phân rã nhanh chóng.

6. Thử nghiệm quy mô công nghiệp: sử dụng phụ gia trợ nghiền trong máy nghiền bi đường kính lớn

Các tác dụng của chất trợ nghiền trên máy nghiền bi sẽ được chứng minh bằng cách thử nghiêm một trường hợp sử dụng phụ gia trợ nghiền đối với xi măng xỉ có độ mịn thấp. Điều kiện này thường không cho phép tăng đáng kể năng suất máy nghiền. Đã thu được kết quả trên mức trung bình, với năng suất nghiền tăng là 23%.

Một thử nghiệm công nghiệp đã được thực hiện trong một tuần và kết quả đã được so sánh với kết quả trung bình thu được của tuần trước đó, mà không sử dụng phụ gia trợ nghiền.

Máy nghiền chu trình kín 2 ngăn 4,8x15,5 m

Công suât động cơ 2x2.400 kW

Máy phân ly: 2 máy phân ly Humboldt loại thế hệ thứ nhất

Lọc bụi: tay áo 2 buồng + ngăn đầu vào.

Thử nghiệm trong thời gian ngắn thực tế không được xem xét, những kết quả đó không bao giờ đáng tin cậy.

Thử nghiệm có sử dụng phụ gia trợ nghiền đã được tiến hành với độ mịn Blaine cố định. Nạp vật liệu nghiền (bi, đạn) và thông gió bên trong máy nghiền không được thay đổi và tối ưu điều kiện vận hành máy nghiền đã đạt được bằng cách thay đổi các thông số máy phân ly, trong đó quan tâm đến thu được xi măng có diện tích bề mặt riêng bằng nhau.

7. Thông gió trong máy nghiền

Hiệu quả của máy nghiền bi phụ thuộc đáng kề vào tốc độ dòng không khí bên trong ngăn nghiền vì nó ảnh hưởng đến tốc độ mà trong đó vật liệu di chuyển qua, điều này đã được lưu giữ trong thời gian giới hạn cho phép đề ngăn chặn các hạt quá thô của vật liệu bị quét ra khỏi máy nghiền.

Trong hệ thống nghiền chu trình kín với tốc độ không khí tính toán trong phần trống phía trên các vật liệu trongkhoảng 1,5-2 m/s, và có thể đạt giá trị cao hơn nếu sử dụng máy phân ly tĩnh.

Sự gia tăng trong hệ thống thông gió máy nghiền khi sử dụng phụ gia trợ nghiền là ưu điểm duy nhất chỉ khi hệ thống lọc bụi phù hợp với điều kiện mới, khi lượng bụi luôn luôn có số lượng lớn hơn trong trường hợp như vậy.

Lọc bụi túi cũng có thể được sử dụng cho hệ thống nghiền với mức độ thông gió cao hơn. Điều này cũng được áp dụng cho các máy nghiền có đường kính lớn, có lọc bụi tĩnh điện thường được thay thế bằng lọc bụi túi mới hiệu suất cao.

Kinh nghiệm cho thấy rằng trên bề mặt thu bụi, cho cả lọc bụi tĩnh điện và lọc bụi túi, nên tăng từ 10 đến 15% khi sử dụng phụ gia trợ nghiền. Lắp đặt một phân ly tĩnh, được chen vào giữa các đầu ra máy nghiền và lọc bụi là rất hữu ích, đặc biệt là khi vận hành tốc độ dòng chảy cao. Các hạt thô, quét ra khỏi máy nghiền cùng với không khí, được chặn bởi các phân ly tĩnh và cấp vào gầu tải, trong khi những hạt mịn được thu lại trong các lọc bụi và là sản phẩm cuối.

Nhiều xưởng nghiền xi măng đã có máy phân ly hiện đại hóa và hệ thống phân ly được cập nhật cho việc sử dụng phụ gia trợ nghiền. Bảng 3 trình bày một số ví dụ.

Bảng 3. Máy nghiền chu trình kín

8. Đánh giá kỹ thuật và kinh tế của phụ gia trợ nghiền

Đối với một đánh giá đầy đủ về phụ gia trợ nghiền, tất cả các khía cạnh và kỹ thuật và kinh tế phải được xem xét. Việc đánh giá kỹ thuật là kết quả của một thử nghiệm công nghiệp đáng tin cậy, để được thực hiện sau khi các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm. Các đánh giá kinh tế, thực hiện tốt sau khi tiến hành thử nghiệm công nghiệp, có xem xét một số yếu tố mà không phải là luôn luôn dễ dàng định lượng về tiền bạc.

Lợi thế rõ ràng nhất từ việc sử dụng phụ gia trợ nghiền nằm ở sự tăng năng suất nhà máy, sau đó là tiết kiệm năng lượng tính toán khá dễ dàng về tiền.

Những lợi ích khác khó ước tính, mặc dù đôi khi chúng dễ thấy nhất so với tiết kiệm năng lượng. Bảng 4 cho thấy những lợi ích chính của việc sử dụng phụ gia trợ nghiền.

8.1 Tiết kiệm năng lượng

Một phân tích các khả năng tiết kiệm năng lượng đươc đưa ra; năng lượng thường là thông số duy nhất sử dụng trọng việc đánh giá việc sử dụng các chất trợ nghiền.

Công thức sau đây tính toán năng lượng tiết kiệm riêng về mặt tiền bạc S[€/t]:

Ở đây:

- P sản lượng máy nghiền mà không sử dụng phụ gia trợ nghiền[t/h]

- α tăng sản lượng máy nghiền [%]

- Ke chi phí năng lượng toàn bộ (kWh sử dụng*giá kWh) [€]

- Ka chi phí phụ gia trợ nghiền (chi phí /kg*liều lượng) [€/t]

Công thức này tính toán tiết kiệm /tấn vật liệu được nghiền, trong trường hợp:

- Năng suất máy nghiền tăng ở mức năng lượng tiêu thụ tương tự;

- Chi phí năng lượng sửa chữa, mà không quan tâm xem xét khac nhau theo thời gian sửa chữa;

- Sản phẩm với chất lượng tương tự khi nghiền không sử dụng phụ gia trợ nghiền;

- Liều lượng phụ gia trợ nghiền tính trên sản lượng máy nghiền ban đầu (trường hợp thường gặp nhất)

Sự gia tăng tối thiểu sản lượng min giá trị này tiết kiệm phụ thuộc vào, được tính như sau:

Hàm S(α) được thể hiện trong Hình 5 chỉ đối với trường hợp 0 < α <0,5 (sản lượng tăng giữa 0% và 50%). Đối với α = 0 tiết kiệm là âm (ví dụ: S = -Ka và các chi phí phụ gia đại diện cho tổn thất). Giá trị tiết kiệm S trở nên dương khi các giá trị α lớn hơn α = Ka*P/Ke và đó là quan tâm chính của người sử dụng.

Trong trường hợp liều lượng phụ gia trợ nghiền được tính toán đến tăng năng suất máy nghiền mới, công thức (1) được thay đổi thành như sau:

Hình 6 trình bày sơ đồ (có thể vừa với thiết kế thực tế) cho tính toán tiết kiệm [€/t]

Ghi chú: Sơ đồ được xây dựng trên công thức đơn giản S2 = Keα – Ka

Chi phí năng lượng cho nghiền xi măng được thể hiện trên trục hoành. Tiết kiệm thực tế đạt được có thể đọc được từ trục tung như một hàm trên tỷ lệ phần trăm tăng sản lượng (khu vực dấu chấm). Điểm “a” cho thấy trường hợp của tiêu thụ năng lượng là 35 kWh/tấn và máy nghiền tăng năng suất 23%. Liều phụ gia trợ nghiền là 0.025% đã được sử dụng, với chi phí 0,69 €/kg và năng lượng tiêu thụ là 0,049 €/kWh. Những thông số ở dòng cuối cùng có thể thích ứng với các trường hợp riêng.

8.2 Những ưu điểm khác

Cần phải lưu ý rằng, với ngoại lệ duy nhất là tiết kiệm năng lượng luôn luôn được quan tâm, những ưu điểm khác phụ thuộc vào điều kiện hoạt động và chỉ có thể kiểm chứng theo thời gian.

8.2.1 Ưu điểm năng suất nghiền

- Sản lượng tăng dẫn đến tổng doanh thu tăng.

- Khả năng nghiền trong thời gian nghiền rẻ hơn (thời gian thấp điểm). Điều này cho phép giảm chi phí năng lượng trung bình.

- Quản lý tốt hơn khi nhu cầu xi măng cao, nhờ vào tăng khả năng sản xuất. Trong trường hợp này, phụ gia trở thành một công cụ sản xuất linh hoạt và không phải đầu tư cơ sở hạ tầng.

8.2.2 Ưu điểm chất lượng

- Cải thiện chất lượng xi măng, với khả năng bán hàng tốt hơn và cạnh tranh tốt hơn trên thị trường.

- Có khả năng sản xuất cùng loại xi măng, với tiết kiệm clinker nghiền. Kết quả là tiết kiệm chi phí sản xuất.

8.2.3 Ưu điểm bảo trì

- Với sản lượng cao hơn nhiều thời gian để dành cho bảo dưỡng thường xuyên, giảm sửa chữa khẩn cấp mà thường khá đắt tiền.

- Độ linh động bột xi măng nghiền tốt hơn trong khi vận chuyển, chứa silo và trong quá trình nạp/xả xe téc.

9. Một số kết quả thử nghiệm và đánh giá hiệu quả phụ gia trợ nghiền tại Vicem

Vicem là nhà sản xuất xi măng chuyên nghiệp, có lịch sử hình thành và phát triển lâu nhất ở Việt Nam. Việc sử dụng phụ gia trợ nghiền để tăng hiệu quả sản xuất (cả về góc độ kinh tế, kỹ thuật) được các đơn vị thành viên áp dụng một cách hiệu quả.

Trong bài viết này, chúng tôi trích dẫn một vài ví dụ minh họa tại Vicem Bỉm Sơn, sử dụng 03 loại trợ nghiền, dưới góc độ kỹ thuật. Việc sử dụng loại phụ gia trợ nghiền nào còn phụ thuộc vào các yếu tố như giá thành sản xuất, mục đích chất lượng sản phẩm cần đạt được.

9.1. Sử dụng phụ gia trợ nghiền với mục đích tăng mác xi măng ở tuổi muộn

* Yêu cầu:

- Hàm lượng clinker khi sử dụng trợ nghiền giảm tối thiểu 5% so với không dùng trợ nghiền (chủng loại xi măng thứ nghiệm PCB40).

- Năng suất nghiền phải tăng, tiêu thụ điện giảm.

- Các tính chất kỹ thuật của xi măng khi sử dụng trợ nghiền phải tốt hơn so với không sử dụng.

* Kết guả sử dụng một số loại trợ nghiền: (Xem bảng bên dưới)

"Click vào để xem ảnh gốc với chất lượng tốt hơn"

- Nhận xét: Khi sử dụng 03 loại trợ nghiền của các hãng khác nhau (như trong các bảng nêu trên), đều cho mọt kết quả chung, đó là:

+ Giảm hàm lượng clinker sử dụng;

+ Cường độ xi măng (ở tất cả các tuổi không có thay đổi đáng kể);

+ Năng suất nghiền tăng, tiêu thụ điện giảm;

+ Các chỉ tiêu kỹ thuật có lợi cho xi măng (như sót sàng, Blaine) đều thay đổi theo hướng tích cực.

Với các kết quả về mặt kỹ thuật thu được như trên, thì việc sử dụng loại phụ gia trợ nghiền nào sẽ phụ thuộc vào giá thành sản xuất và tính công tác của xi măng khi sử dụng các loại phụ gia trợ nghiền tương ứng.

9.2. Sử dụng phụ gia trợ nghiền với mục đích tăng mác xi măng ở tuổi sớm

* Yêu cầu:

- Năng suất nghiền phải tăng, tiêu thụ điện giảm.

- Các tính chất kỹ thuật của xi măng khi sử dụng trợ nghiền phải tổt hơn so với không sử dụng.

- Do việc sử dụng trợ nghiền loại tăng mác sớm trong nghiên cứu sản xuất thử nghiệm này dùng cho loại xi măng PC, vì vậy vấn đề giảm hàm lượng clinker không đặt ra.

* Kết quả sử dụng một số loại phụ gia trợ nghiền: (Xem bảng bên dưới)

- Nhận xét: sử dụng 02 loại phụ gia trợ nghiền tăng mác sớm cho chủng loại xi măng PC40, các tiêu chí quan trọng nhất đạt được là:

+ Cường độ tuổi sớm xi măng tăng;

+ Năng suất nghiền tăng;

+ Các chỉ tiêu như độ sót sàng, Blaine thay đồi theo chiều hướng có lợi.

Việc lựa chọn loại trợ nghiền nào phụ thuộc vào giá thành và tính công tác của bê tông khi sử dụng loại xi măng này.

10. Kết luận

Các ví dụ được đưa cho thấy rằng việc sử dụng phụ gia trợ nghiền có thể đạt được kết quả tốt với độ mịn xi măng thấp cũng như với xi măng với bề mặt riêng cao. Tối ưu hóa cấp phối bi nghiền, cũng như thông gió hợp lý cho máy nghiền, cũng là điều cần thiệt khi sử dụng phụ gia trợ nghiền.

Việc sử dụng phụ gia trợ nghiền cung cấp nhiều lợi thế kỹ thuật và kinh tế.

Những ưu điểm kỹ thuật chính có thể được tóm tắt như sau:

- Loại bỏ hiện tượng vón cục, kết tảng;

- Tăng sản lượng và tiêu thụ năng lượng thấp hơn;

- Diện tích bề mặt riêng lớn hơn (nếu cần thiết);

- Cải thiện cấp phối hạt xi măng;

- Tiêu thụ vật liệu nghiền (bi đạn, tấm lót) giảm;

- Hiệu suất phân ly cao hơn;

- Giảm nhiệt độ bên trong máy nghiền;

- Độ linh động của xi măng nghiền tốt hơn trong vận chuyển, chứa trong silo và trong hoạt động nạp/ xả xe téc;

- Nhà máy có tính linh hoạt hơn: không có thay đổi cơ sở vật chất, phụ gia trợ nghiền tạo ra “sản lượng dự trữ” dao động từ 10% đến 30%, được sử dụng theo nhu cầu riêng của nhà máy.

NGUỒN: (ximang.vn)

LINK 1 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 2 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 3 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 4 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

VIDEO THAM KHẢO: