>> Công nghệ nghiền xi măng (P2)
Ngày nay, có nhiều sự lựa chọn đối với thiết bị nghiền xi măng. Các giải pháp nghiền xi măng truyền thống là sử dụng các máy nghiền bi. Một máy nghiền bi nhất thiết phải là một tang quay được nạp đầy đến một mức nhất định cùng với bi đạn nghiền. Đối với xi măng, bi đạn nghiền hầu hết thường bao gồm các viên bi thép crôm với các kích thước khác nhau.
Trong những thiết kế ban đầu, các máy nghiền bi có một buồng nghiền đơn với một đường dẫn liệu đơn đi qua máy nghiền. Thiết kế này được phát triển cùng với các thiết bị phân loại bên ngoài để phân tách sản phẩm mịn từ liệu thô. Liệu thô sau đó được đưa trở lại máy nghiền bi để nghiền thêm. Hầu hết các máy nghiền bi hiện nay đều có hai buồng nghiền và có tỷ lệ chiều dài/đường kính khoảng 3:1. Quá trình chính xác hóa trong thiết kế máy nghiền bi bao gồm các kết cấu lớp lót và vách ngăn tốt hơn. Sự cuốn gió trong máy nghiền bi cũng đã tăng lên để tách thêm các hạt mịn. Ngày nay, vận tốc cuốn gió trong máy nghiền được khuyến nghị là từ 1m/s trở lên.
Các ưu điểm này cùng với các thiết kế được cải tiến với hiệu suất cao hơn của các máy phân ly bên ngoài đã đưa các máy nghiền bi đạt được các mức hiệu suất hiện tại của chúng. Tuy nhiên, người ta dự đoán rằng chỉ khoảng 5 - 10% năng lượng được tiêu thụ trong thực tế nhờ giảm kích thước liệu. Điều đó có nghĩa là khoảng ≥ 90% năng lượng đang bị thất thoát là nhiệt, tiếng ồn và độ rung.
Nghiền ép so với nghiền chà xát
Nghiền ép xảy ra khi các hạt được ép chặt vào giữa hai bề mặt cứng. Nó sẽ hiệu quả hơn đối với các vật liệu tinh thể cứng như clinker xi măng. Lực ép không chỉ phá vỡ một phần các hạt clinker lớn hơn, chúng còn tạo ra các vết nứt vi mô trong cấu trúc clinker. Các vết nứt vi mô khiến cho các bước nghiền thêm được hiệu quả hơn.
Nghiền chà xát xảy ra khi các hạt nhỏ hơn vị vỡ ra khỏi hạt lớn hơn nhờ các lực cắt mà xuất hiện khi các hạt chịu các tác động trượt không đều, như đã trải qua khi các viên bi đổ chồng lên nhau trong các máy nghiền bi. Nghiền chà xát ít hiệu quả hơn vì các hạt mịn hơn bị tách ra khỏi bề mặt của các hạt lớn hơn và không có tác động tới phần lõi hạt. Kiểu nghiền này là phổ biến nhất trong buồng thứ hai của máy nghiền bi.
Toàn bộ các hệ thống nghiền xi măng dựa vào cả nghiền ép lẫn nghiền chà xát. Trong các máy nghiền bi hai khoang nghiền, nghiền ép thường diễn ra trong khoang thứ nhất trong đó các viên bi lớn (ɸ80 – 100mm) sẽ rơi xuống các hạt clinker. Trong các loại máy nghiền khác, lực ép được áp dụng nhờ ép chặt các hạt vào giữa các con lăn và hoặc vào giữa các con lăn và bàn nghiền.
Nghiền chà xát diễn ra phổ biến nhất trong khoang thứ hai của máy nghiền bi, trong đó một lượng lớn các viên bi nhỏ hơn được cuốn lên cuốn xuống cùng với clinker. Trong các loại máy nghiền khác, nghiền chà xát đạt được nhờ tốc độ không đều của liệu và các chi tiết nghiền.
Các thiết bị nghiền khác nhau
Các nhà cung cấp thiết bị đang tiến tới việc loại bỏ các máy nghiền bi do tiêu hao năng lượng của chúng cao và do hiệu suất của chúng thấp. Thiết bị nghiền ép áp lực cao đầu tiên được giới thiệu cho ngành xi măng trên quy mô lớn chính là máy cán ép con lăn (roll press).
Bảng 1: So sánh các công nghệ nghiền xi măng khác nhau.
Máy cán ép con lăn bao gồm hai con lăn có đường kính lớn được lắp trên một khung nằm ngang. Một con lăn ở dạng tĩnh còn con lăn kia có thể di chuyển theo chiều ngang. Con lăn có thể di chuyển được đẩy vào con lăn nằm ngang trong khi cả hai con lăn quay đồng thời. Mỗi con lăn được cấp nguồn riêng. Áp lực nghiền được đưa vào nhờ các kích thủy lực mà đẩy con lăn có thể di chuyển về phía con lăn cố định. Các guốc chặn ngăn không cho hai con lăn tiếp xúc với nhau.
Máy nghiền con lăn dạng vòng (ring roller mill) tham gia vào ngành này ngay sau máy cán ép con lăn. Máy nghiền này bao gồm một con lăn đặc, nhỏ hơn tạo áp lực lên lớp liệu. Con lăn này hoạt động bên trong một chiếc vòng hoặc vỏ lớn mà được quay với tốc độ trên tới hạn. Liệu được cấp vào khe hở giữa vòng và con lăn và đi qua vùng nén ép tối đa. Liệu nghiền di chuyển theo vòng và lên trên bề mặt con lăn, ở đây liệu sẽ được lấy ra nhờ các thanh gạt và được đưa trở lại khe hở giữa vòng và con lăn trước khi đi ra khỏi máy nghiền.
Máy nghiền đứng con lăn (VRM) là công nghệ mới hơn. Các VRM đã trở thành tiêu chuẩn phổ biến cho nghiền nguyên liệu trong hơn 50 năm qua. Tuy nhiên, các thiết kế ban đầu đã không xem xét độ cứng đủ cho nghiền xi măng với các chi tiết tiêu hao lớn do bị mài mòn. Các cải tiến trong thiết kế ngành luyện kim và máy móc đã mang lại hiệu quả có thể chấp nhận được và hiện các VRM đang trở thành thiết bị tiêu chuẩn mới cho nghiền xi măng. Một ưu điểm mà các VRM có chính là máy phân ly ở phía trong máy nghiền.
Điều gì ở góc hàm?
Góc hàm là một khái niệm quan trọng trong nghiền nén ép. Góc này được xem là điểm mà tại đó thiết bị nén ép sẽ nhả liệu và kéo nó vào vùng nén ép. Nó cũng là kích thước tối đa của liệu cấp vì bất kỳ liệu nào mà lớn hơn góc hàm có thể quay ở phía trước của con lăn làm gia tăng độ mài mòn chi tiết trước khi được kéo vào vùng nén ép. Góc hàm chính xác phụ thuộc vào cấu hình máy chính xác.
Người ta cho rằng một góp hàm lớn hơn sẽ tốt hơn vì nó sẽ chấp nhận liệu cấp có kích thước lớn hơn. Tuy nhiên, góc hàm cũng cho thấy phần tiết diện trên đó áp lực cao đang gia tăng. Do vậy, một góc hàm lớn hơn cũng đòi hỏi áp lực tổng cao hơn để đạt được áp lực đỉnh mong muốn cho đập vỡ liệu.
Cân nhắc cuối cùng liên quan tới các góc hàm chính là sự mài mòn chi tiết. Khi liệu được nhả ra khỏi vùng chịu áp lực cao, nó có thể tăng tốc vì nó cần được đẩy ra ngoài. Sự tăng tốc hoặc độ trượt liệu qua kim loại này gây ra mài mòn mà có thể lớn hơn với các góc hàm nhỏ hơn.
Do đó, việc lựa chọn công nghệ nghiền nén ép tốt nhất là một vấn đề liên quan tới một vài yếu tố, tất cả đều có thể liên quan tới góc hàm:
• Kích thước liệu cấp tối đa
• Áp lực tối đa yêu cầu để đập vỡ liệu
• Tuổi thọ chi tiết bị mài mòn. Điều thú vị là, hai yếu tố đầu không liên quan tới công nghệ nghiền áp dụng.
(Còn nữa)
Quỳnh Trang (Theo TTKHKT Xi măng)