Công nghệ sản xuất

Khả năng nghiền của clinker(Phần 2)

07/04/2011 - 02:28 CH

Phân tích hồi quy trên hơn 50 dữ liệu về clinker từ các phép thử n và các kết quả soi kính hiển vi dẫn đến các công thức sau để tính năng lượng yêu cầu cho n xi măng đến 300 và 400 Blaine (m2/kg) tương ứng

4. Các kết quả

Bằng cách phân tích hồi quy nhiều đường và kinh nghiệm chung từ nhiều dữ liệu nghiền, các thông số sau đã được tìm thấy có ảnh hưởng lớn nhất lên khả năng nghiền của vật liệu: thành phần hoá của clinker, cấu trúc của clinker, các phụ gia và các yếu tố khác nhau được thảo luận ở phần dưới.

4.1. Đánh giá

Phân tích hồi quy trên hơn 50 dữ liệu về clinker từ các phép thử n và các kết quả soi kính hiển vi dẫn đến các công thức sau để tính năng lượng yêu cầu cho n xi măng đến 300 và 400 Blaine (m2/kg) tương ứng. Chúng biểu diễn năng lượng yêu cầu để nghiền trong máy nghiền thí nghiệm của chúng ta đến một độ mịn theo Blaine đã xác định. Chúng đúng cho xi măng với khoảng 5 % thạch cao và 0,05 ‰ TEA. Dữ liệu ở đây đã sử dụng 37 phép thử, trong đó cả hai giá trị để n đến 300 và 400 Blaine đều có sẵn để dùng:

E(300 Blaine) kWh/t = 37,2 + 0,35*p – 0,29*N1 + 0,25*dC3S – 0,24*C3S và
E(400 Blaine) kWh/t = 58,1 + 0,57*p – 0,49*N1 + 0,32*dC3S – 0,31*C3S
Ở đây:
p    =    % độ xốp
N1    =    khoảng cách gặp lỗ (mm-1)
DC3S =    kích cỡ trung bình của alite đo bằng phương pháp nhanh (ỡm)
C3S    =    % C3S có trong clinker được đo bằng kính hiển vi.

Một danh sách “các giá trị thông thường và điển hình” và các giới hạn trên và dưới đối với các mẫu clinker thử nghiệm trong nghiên cứu này đã được liệt kê ở trang cuối bài này.

4.2. Hoá học ảnh hưởng lên khả năng nghiền

Nói chung người ta đã chấp nhận rằng khả năng n được cải thiện nếu clinker có hàm lượng alite cao và belite thấp. Điều này đã được xác nhận và quan hệ xấp xỉ khá sát khi belite được thay vào:
E(300 Blaine) kWh/t = 19,8 + 0,35*p – 0,32*N1 + 0,21*dC3S – 0,19*C2S và
E(400 Blaine) kWh/t = 34,7 + 0,57*p – 0,54*N1 + 0,28*dC3S – 0,28*C2S

Biểu đồ trên cho thấy hàm lượng alite và belite và ảnh hưởng của chúng lên khả năng nghiền ở 300 Blaine để nghiền với 5 % thạch cao và 0,5 % TEA. Xu hướng chung là hàm lượng alite cao hơn và belite thấp hơn trong clinker cải thiện khả năng nghiền là rõ ràng, tuy nhiên các yếu tố khác cũng đóng vai trò rõ rệt. Người ta vẫn chưa thiết lập được thành phần phase lỏng có ảnh hưởng như thế nào lên khả năng nghiền.

4.3. Cấu trúc của clinker

Nói chung người ta tin tưởng rằng clinker có độ xốp cao dễ nghiền hơn so với clinker có độ xốp thấp. Ảnh hưởng của độ xốp lên khả năng nghiền được trình bày trên biểu đồ đầu trang. Khó mà thấy ở nó có quan hệ rõ rệt nào.

Trong ảnh kính hiển vi trang 4, NL (quan hệ với số lỗ) đóng góp nhiều cho khả năng nghiền tốt. Trong khi hình dưới cho thấy độ xốp cao bao gồm rất ít lỗ dẫn đến khả năng nghiền kém.

Người ta mong đợi rằng kích cỡ tinh thể có ảnh hưởng lên khả năng nghiền khi xét rằng các tinh thể lớn hơn thường có các mảnh vỡ tinh thể lớn hơn trong khi nghiền. Dữ liệu đã xác nhận rằng kích cỡ tinh thể alite lớn hơn dẫn đến khả năng nghiền ở 300 và 400 Blaine kém.

Hiện thời, người ta còn chưa thiết lập được rằng ảnh hưởng giống nhau liên quan đến kích cỡ tinh thể belite là đúng nhưng điều này có thể yêu cầu một lượng tài liệu thống kê lớn hơn hay như chúng tôi đã thử, nói chung clinker có hàm lượng belite lớn hơn xi măng.

Đóng góp từ các cụm belite tương phản với belite phân bố tốt cho khả năng nghiền còn chưa xác định được.

4.4. Các phụ gia

Khi thử với các hàm lượng thạch cao và TEA khác nhau, các kết quả cho thấy rằng hàm lượng thạch cao có ảnh hưởng lên khả năng nghiền: tăng 1 % thạch cao làm giảm yêu cầu năng lượng trong máy nghiền phòng thí nghiệm khoảng 0,5 kWh/t ở 250 - 300 Blaine. Có ảnh hưởng là do thạch cao mềm hơn clinker hay sự hàm chứa nước kết tinh hoạt động như chất trợ nghiền còn đang là vấn đề bỏ ngỏ cho các thảo luận.

Sự pha TEA có ảnh hưởng do sự vón kết xuất hiện nếu không pha chất trợ nghiền. Ở trị số Blaine trên 250, sự trợ nghiền của TEA trở nên quan trọng đối với khả năng nghiền, tăng khoảng 0,1 đến 0,5 % TEA làm giảm năng lượng nghiền 0,5 - 1 kWh/t để nghiền đến 300 - 350 Blaine.

4.5. Các yếu tố khác

4.5.1. Bụi

Ta đã biết rõ rằng phần hạt bụi trong clinker lớn gây bất lợi cho việc vận hành lò và thiết bị làm lạnh clinker cũng như khả năng nghiền. Việc nghiền đến độ mịn Blaine cao có thể yêu cầu tiêu hao năng lượng rất lớn cho clinker bụi. Loại clinker này đã bị bỏ quên trong công thức đánh giá khả năng nghiền.

Một nghiên cứu sâu hơn về phần hạt bụi đã chỉ ra cho chúng ta thấy rằng bụi có thể được chia thành một vài loại.

Trong ảnh kính hiển vi trang sau cho thấy các loại hạt bụi khác nhau: các viên nhỏ, thường có tâm là belite nhưng cũng có một số tinh thể nằm lẫn với phase lỏng. (nên nhớ rằng độ phóng đại thấp là cần thiết trong trường hợp để khái quát thành phần hạt bụi). Trong một số clinker, phần bụi chủ yếu gồm các cỡ nhỏ, các hạt clinker thông thường, trong các trường hợp khác bao gồm các tinh thể alite lớn “chất đống” với phase lỏng và rất ít belite.

Một số clinker hầu như chỉ chứa một loại bụi, loại khác chứa hỗn hợp. Nếu bụi gồm điển hình các hạt mịn với các tinh thể alite lớn, khả năng nghiền sẽ tồi tệ. Nếu các hạt mịn chỉ như thường nhưng các hạt clinker nhỏ, khả năng nghiền sẽ không bị ảnh hưởng. Ảnh hưởng của hỗn hợp các loại bụi khác nhau lên khả năng nghiền cần được nghiên cứu thêm.

4.5.2. Hydrat hoá trước

Hydrat hoá trước nghĩa là clinker đã bị hydrat hoá trước khi đem xi măng nhào với nước để tạo ra cường độ.

Nếu so sánh độ mịn Blaine với tiêu hao công suất, clinker đã bị hydrat hoá trước dễ nghiền hơn clinker thông thường. Tuy nhiên quan hệ này là không đúng do độ mịn Blaine đối với các xi măng đã bị hydrat hoá trước không tương quan bình thường với phân bố cỡ hạt. Các hạt đã bị hydrat hoá trước rất mịn và đối với một độ mịn Blaine nào đó, do đó sẽ có một lượng hạt thô vượt trội. Hậu quả là trị số Blaine là cao ở năng lượng đưa vào thấp nhưng không làm nên cường độ xi măng chấp nhận được.

5. Nghiên cứu thực tế

Một mẫu clinker nhận được từ một nhà máy xi măng nếm mùi sự cố khả năng nghiền hay sự cố về việc duy trì năng suất ở độ mịn đích.

Mẫu mài của clinker đã được chuẩn bị để đánh giá khả năng nghiền.

Clinker là một mẫu clinker chưa chín điển hình với hàm lượng vôi tự do khá cao thành các cụm hầu như chắc chắn có nguồn gốc từ các hạt calcite lớn, belite thành cụm và độ xốp rất cao kết hợp với tương đối ít các lỗ lớn. Clinker được thấy như hình 4. (khu vực nâu sẫm bên trong belite là do sự cố khắc acide gây bởi alkali).

Hình 4:

Clinker có sự cố về khả năng nghiền

Khả năng nghiền đối với clinker này là không chấp nhận được do cả hàm lượng belite cao và cấu trúc lỗ không thích hợp. Bằng cách thử bột liệu lấy từ nhà máy, nguyên nhân trở nên rõ ràng là sự cố bắt nguồn từ các sự cố khả năng nghiền do cấp liệu thô và ở mức độ nào đó là vận hành lò chứ không phải do máy nghiền xi măng, như giả thiết tự nhiên lúc ban đầu.

Độ mịn cấp liệu đã được đưa về trị số bình thường và thay đổi vận hành lò trong khi chuyên gia FLS thăm viếng nhà máy. Clinker làm ra đã được thử lại và cho thấy: độ xốp giảm và hàm lượng vôi tự do giảm. Sự giảm vôi tự do dẫn đến sự tăng hàm lượng belite và tăng tương ứng alite còn tiêu hao công suất trở về bình thường.

6. Kết luận

Clinker có khả năng nghiền tốt phô bày các tính chất sau:
LSF cao vừa phải dẫn đến hàm lượng C3S cao và C2S thấp. Tuy nhiên, với LSF cao, có thể điều khiển khả năng nung của cấp liệu lò.

Việc pha thạch cao cải thiện khả năng nghiền nhưng đồng thời các thông số thời hạn đóng rắn và cường độ phải được tối ưu hoá. Ngoài ra, hàm lượng SO3 sẽ không được cao hơn so với hàm lượng mà tiêu chuẩn xi măng cho phép.

Sự pha chất trợ nghiền (TEA, Ethylenglycol, …) là có ích đối với khả năng nghiền nhất là ở độ mịn xi măng cao. Một số chất trợ nghiền cũng trợ giúp làm chậm sự hydrat hoá trước của xi măng thành phẩm.

Cấu trúc lỗ phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Nói chung clinker nung tốt từ một thứ liệu cấp có khả năng nung hợp lý có cấu trúc lỗ tốt nhất. Một thứ clinker chưa chín hết có sự cố về việc tạo viên nói chung có độ xốp cao bao gồm tương đối ít lỗ lớn cũng như hàm lượng belite cao, tất cả đều đóng góp vào sự khó nghiền. Mặt khác clinker nung quá lửa dẫn đến các tinh thể alite lớn do đó có khả năng tạo thành bụi và điều đó là không được khuyến khích.

Một quan sát chung thấy các loại bột cấp liệu lò khó nung sẽ tạo nên clinker khó nghiền. Một trong các nguyên nhân là kích cỡ các tinh thể alite. Nếu cấp liệu là khó nung, nhiệt độ cao và thời gian lưu liệu dài trong lò tạo nên các tinh thể lớn. Thông thường các cấp liệu loại này cũng có dư các hạt quartz, silicate và calcite thô. Do đó nó có thể gây khó khăn cho việc tháo gỡ các ảnh hưởng của các sự cố cỡ /khả năng nghiền của cấp liệu ra khỏi hiệu quả của vận hành lò mà không thử bản thân phối liệu.

Các nguyên liệu thô tự nhiên của xi măng với các cấu tử không kết tinh tạo nên trong clinker các tinh thể nhỏ, cấu trúc lỗ và khả năng nghiền tốt.

Do đó khả năng nghiền tốt được kết nối với khả năng nung tốt của cấp liệu lò và do đó cả hai thành phần hoá và thành phần khoáng của cấp liệu.

7. Tổng quan

Các thông số sau sẽ đồng hành trong sản xuất clinker có khả năng nghiền tốt:

Hàm lượng belite thấp

                   LFS cao, duy trì được khả năng nung tốt của cấp liệu

Hàm lượng alite cao
Hàm lượng thạch cao cao
Pha chất trợ nghiền đúng
Cấu trúc lỗ tối ưu: xốp và nhiều lỗ nhỏ.
Tinh thể alite nhỏ
Không có bụi điển hình trong clinker

Chú ý ! Sự hydrat hoá trước clinker tạo cảm nhận nhầm là có khả năng nghiền tốt.
Không nghi ngờ gì các thông số khác có thể liên quan đến khả năng nghiền của một loại clinker đã cho nhưng các thông số kể trên là quan trọng nhất đối với hầu hết các loại clinker từ các nhà máy xi măng khác nhau.

ximang.vn_Theo F.L.Smidth/ Người dịch: Lê Văn Tiệp.