Hoạt động nghiền hiệu quả đóng một vai trò quan trọng trong việc vận hành trơn tru và kéo theo đó là hiệu suất của các nhà máy xi măng. Tuy nhiên, máy nghiền cũng ảnh hưởng tới hiệu suất của các quá trình đầu ra sản phẩm. Ví dụ, nghiền mịn than và than cốc là một thông số quan trọng trong việc kiểm soát quá trình đốt cháy mà thường bị người vận hành bỏ qua. Thực vậy, việc kiểm soát cẩn trọng nhiên liệu hóa thạch có thể cho phép sử dụng những tỷ lệ nhiên liệu thay thế lớn hơn, giảm bớt tổng lượng khí phát thải của nhà máy.

Ở những nơi khác trong nhà máy, việc giảm thiểu lượng clinker trong xi măng và lượng xi măng trong bê tông có thể giảm đáng kể lượng khí phát thải. Một cách để tăng cường hoạt động đó là sử dụng máy nghiền phụ trợ để nghiền cực mịn một số nguyên liệu bị chối bỏ bởi máy phân ly từ máy nghiền hiện có. Khi nói đến nguyên liệu thay thế, việc tách các hạt xi măng ra khỏi bê tông tái chế cũng cần được nghiền mịn. Trái lại, người sử dụng sẽ không đạt được toàn bộ lợi ích của việc sử dụng nó trong các hỗn hợp của họ. Nghiền hiệu quả cũng quan trọng khi nói đến vật liệu kết dính phụ trợ. Ví dụ, xi măng đá vôi portland (PLC) yêu cầu nghiền rất mịn, đang trở nên ngày càng phổ biến, đặc biệt là ở Mỹ.

Một mặt, cần lưu ý rằng, đối với các loại xi măng 3 thành phần mới này, độ mịn theo bllaine đang ngày càng ít chỉ báo cường độ chịu nén. Đó là vì thạch cao, đá vôi và clinker đều có những chỉ số Hardgrove khác nhau, khiến cho nó khó có thể đạt được sự phân bố cỡ hạt tối ưu (PSD). Đây là một lý do cho việc tại sao Iteca, đơn vị đóng góp ý kiến kỹ thuật cho bài viết này, đang nhận thấy sự quan tâm ngày càng tăng đối với hệ thống lấy mẫu xi măng tự động và máy phân tích PSD trực tuyến có liên quan. Thông tin được cung cấp bởi máy phân tích PSD hỗ trợ người sử dụng tối ưu hóa các quá trình nghiền của họ và sẽ cho thấy những lợi ích của việc bảo trì máy nghiền hiệu quả, bao gồm cả những lợi ích của việc sử dụng các máy phân loại bi đạn nghiền cho máy nghiền bi.

Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất máy nghiền bi

Máy nghiền bi vẫn là máy nghiền phổ biến nhất được ngành xi măng toàn cầu sử dụng. Bằng mắt thường, chúng có vẻ như không thay đổi nhiều trong 50 năm qua, nhưng bi đạn nghiền và các bộ phận khác được sử dụng đã được cải tiến nhiều, bao gồm cả việc giới thiệu thiết kế vách ngăn và máy phân ly mới và sơ đồ mạng ống gió mới, cũng như chất trợ nghiền tăng cường.

Tiêu hao điện năng của một máy nghiền bi phụ thuộc vào một số yếu tố bao gồm, nhưng không giới hạn đối với, cỡ hạt liệu cấp vào, độ cứng, kích thước của nó và các điều kiện vận hành, (nạp đầy máy nghiền, tốc độ, chất lượng bi đạn nghiền), cũng như độ phân phối cỡ  hạt cần thiết cho sản phẩm cuối cùng.

Hiện nay, máy nghiền hoàn thiện nhìn chung tiêu thụ ~45kWh điện/tấn xi măng sản xuất ra, nhưng có nhiều cách để giảm thêm mức tiêu thụ này. Chất lượng bi đạn nghiền là một giải pháp. Bi đạn nghiền đồng nhất hơn, có cấu trúc mịn, ví dụ bi đạn nghiền dạng đúc sử dụng các khuôn kim loại làm nguội nhanh chứ không sử dụng các khuôn cát làm nguội chậm hơn sẽ tạo ra các viên bi đạn nghiền cứng hơn, bền hơn sẽ hiệu quả hơn.

Tuy nhiên, không nói đến chất lượng, toàn bộ bi đạn nghiền cuối cùng đều sẽ mòn đi, biến dạng và nứt vỡ, làm giảm hiệu suất nghiền. Thường thì, toàn bộ bi đạn nạp phải được thay thế 12 tháng/lần. Bi đạn nghiền bị mài mòn nghiêm trọng ở khoang thứ nhất phải được lấy ra và phần bi đạn nghiền còn lại sau khi phân loại sẽ được đưa trở lại vào khoang thứ 2. Những viên bi bị vỡ và các mảnh vụn phải được lấy ra để đề phòng chúng bám vào gây bít tắc vách ngăn làm giảm lực hút gió.

Hơn nữa, bi đạn nghiền không nằm ở khoang nghiền ban đầu của chúng trong quá trình vận hành. Do đó, cần phải đưa chúng trở lại đúng vị trí theo đường kính của chúng. Tỷ lệ chính xác về kích thước bi đạn nghiền trong mỗi khoang nghiền phải được xác định để đạt được tỷ lệ năng lượng /nghiền tối ưu.

Phân loại bi đạn nghiền hiệu quả

Việc nạp và tháo xả bi đạn nghiền cho máy nghiền thường diễn ra trong thời gian dừng sửa chữa lớn của nhà máy xi măng. Đối với các máy nghiền lớn hơn, có thể mất 1 tuần, với 2 ca làm việc 10 tiếng. Để tháo xả bi đạn ra, máy nghiền được làm rỗng nguyên liệu nhiều nhất có thể và cửa được mở ra. Sau đó, quay máy nghiền để trút bi đạn ra nền đất. Tổng trọng lượng thay đổi đáng kể, nhưng máy nghiền lớn có thể chứa ~80 tấn ở khoang thứ nhất và ~150 tấn ở khoang thứ 2. Máy nghiền nhỏ có thể chứa ~30 tấn bi đạn nghiền ở khoang thứ nhất và ~50 tấn ở khoang thứ 2. Khi được làm rỗng, bi đạn nghiền được đưa tới máy phân loại bi đạn sử dụng xe chất tải phía trước.

Máy phân loại bi đạn chất lượng cao thường sẽ ít được sử dụng, nhưng sẽ mang lại khả năng phân loại bi đạn hiệu quả, an toàn và nhanh chóng. Điều này có nghĩa là khả năng phân loại bi đạn hợp lý và chính xác theo kích thước của chúng và nhanh nhất có thể trong khi vẫn đảm bảo được sự an toàn. Điều quan trọng cần lưu ý đó là có thể có những khác biệt về hiệu quả phân loại do các nhà sản xuất công bố, vì giá trị thường được trích dẫn về hiệu quả phân loại các viên bi đạn nghiền lớn nhất. Tuy nhiên, hiệu quả giảm đáng kể khi đường kính các viên bi đạn nghiền được phân loải giảm đi, những viên bi đạn nhỏ nhất lại quan trọng nhất, vì chúng đảm bảo việc giảm cỡ hạt liệu cuối cùng. Hãy chú ý đến những gì nhà sản xuất tuyên bố về những viên bi đạn này, không chỉ mỗi dòng tiêu đề về hiệu quả.

Máy phân loại bi đạn nghiền của Iteca

Máy phân loại bi đạn nghiền của Iteca lần đầu tiên được hình thành cách đây 40 năm và kể từ đó đến nay đã được cải tiến tập trung vào sự an toàn và tính thực tiễn. Máy này cung cấp các lớp phân loại đối với bi đạn nghiền có đường kính từ 15 - 100 mm. Điều này mang lại độ chính xác phân loại tốt hơn, độ chính xác nạp tải tốt hơn, và nhờ đó hiệu quả nghiền tốt hơn. Ngoài ra, máy còn có chế độ loại bỏ tự động những viên bi đạn nghiền bị vỡ và có hình dạng kỳ quặc thông qua việc sử dụng các con lăn cực nhỏ. Những viên bi đạn nghiền bị vỡ lớn hơn được loại bỏ ở khâu đầu tiên của máy nghiền sử dụng các con lăn lớn.
 

Hình ảnh của máy phân loại bi đạn nghiền Iteca.
 

Máy có thể được tùy chỉnh cho các nhà máy cụ thể để đáp ứng tốt nhất các yêu cầu của họ. Ví dụ, nó có thể được bắt bu lông vào một xe moóc sàn phẳng để đặt xuống, vận chuyển và lắp đặt dễ dàng hơn. Các nhà máy khác có thể thích bố trí máy trên mặt đất hơn.

Kinh nghiệm nhà máy
 

Một máy phân loại bi đạn nghiền đang được sử dụng.
 

Nhà máy Holcim Eclépens ở Thụy Sỹ đã mua phiên bản mới nhất máy phân loại bi đạn nghiền của Iteca vào năm 2022 cho hoạt động phân loại bi đạn nghiền hàng năm của nhà máy. Trước đây, nhà máy đã sử dụng một máy phân loại cũ hơn của Iteca từ những năm 1980. Những lý do chính cho việc nâng cấp này là:

- Những tính năng an toàn hơn của máy mới này;

- Lợi ích về thời gian, đặc biệt là do tự động loại bỏ những mảnh vỡ vụn. Những viên bi đạn nghiền lớn hơn được phân loại với thời gian ít hơn 10% so với trước đây, trông khi những viên bi đạn nghiền nhỏ hơn được phân loại với thời gian ít hơn lên tới 30%;

- Phễu nạp liệu có độ rung động lớn hơn. Điều này cho phép dễ dàng tháo xả 1 tấn tải.

Tốc độ phân loại, tính bằng tấn/giờ, tùy thuộc vào lượng mảnh vỡ vụn và xi măng trộn lẫn với bi đạn nghiền mà phụ thuộc vào việc máy nghiền đã được làm rỗng hiệu quả ra sao. Để vận hành hiệu quả máy phân loại này cần có ít nhất 2 người vận hành, mỗi người ở mỗi bên máy.

Vincent Maeder, Giám đốc Quản lý Công nghệ tại nhà máy cho biết, nhà máy đã vận hành rất hiệu quả các máy  nghiền đặc biệt là do sự chú ý sát sao tới quá trình nạp/chất lượng của bi đạn nghiền. Chúng tôi đã điều chỉnh máy để bi đạn nghiền không tháo xả trực tiếp vào các thùng chứa mà vào các lỗ tháo. Nếu thời gian cho phép, chúng tôi tiến hành kiểm tra lần cuối bằng mắt thường/thủ công trước khi bi đạn nghiền rơi vào các thùng chứa. Điều này khiến cho chúng tôi có thể đạt được hiệu quả phân loại gần như hoàn hảo.

Những tính năng bổ sung thêm

Các máy phân loại bi đạn nghiền mới nhất của Iteca cũng mang lại khả năng làm sạch bi đạn nghiền tự động, trước hết là trong máy cấp liệu rung và sau đó là trong máy sàng quay. Toàn bộ liệu tích tụ/lớp phủ được loại bỏ nhờ tác động của những viên bi đạn chà xát lên nhau trong máy sàng quay.

Điều này giúp cho máy mang lại khả năng phân loại chính xác. Những viên bi đạn nghiền chỉ rơi xuống qua tấm chắn bên phải, do đó ngăn ngừa được tình trạng gây bít tắc các lỗ sàng. Trên các con lăn phân loại ở đầu ra của sàng quay, những viên bi đạn nghiền lớn hơn (> 40 mm) rơi vào đúng vị trí.

Cuối cùng là, những cải tiến trong 40 năm qua đã tạo ra một máy nhỏ gọn hơn. Khi các con lăn được giữ ở vị trí nằm, tổng chiều dài của máy là khoảng 5,0 m, hoặc 6,5 m với một phễu rung. Phễu cấp liệu được lắp trực tiếp vào máy, và không cần phải được kéo riêng. Nó cũng nhẹ hơn, có trọng lượng dưới 6 tấn, bao gồm cả phễu nạp. Kết quả là, nó có thể được lắp đặt dễ dàng lên xe tải có sàn phẳng khi cần phải được di chuyển từ nhà máy này sang nhà máy khác. Ví dụ, các nhà máy Montana và Durkee của Ash Grove Cement đã chia sẻ máy phân loại bi đạn nghiền của Iteca trong nhiều năm.

Kết luận

Máy nghiền bi vẫn còn quan trọng đối với ngành Xi măng toàn cầu. Thực vậy, chúng có khả  năng sẽ trở nên thậm chí quan trọng hơn trên các thị trường xi măng đang ngày càng bị chia cắt trong tương lai và khi các mối quan tâm về môi trường ngày càng tăng lên trong danh sách ưu tiên của các nhà sản xuất. Tuy nhiên, một máy nghiền bi chỉ hiệu quả như những viên bi đạn nghiền của nó. Một máy phân loại bi đạn nghiền chất lượng cao đại diện cho một khoản đầu tư tài chính sẽ trả cổ tức trong nhiều năm. Quả thực, việc giảm 10% lượng điện năng tiêu thụ sẽ là tiêu chuẩn sau mỗi hoạt động phân loại bi đạn nghiền hiệu quả.
 

Xavier d’Hubert, XDH-energy, Iteca
Nguyễn Thị Kim Lan dịch từ Global Cement Magazine​​ số tháng 6/2024
VLXD.org