تحقیق مراحل تولید سیمان



گزارش کارآموزی

نام ونام خانوادگی کارآموز

شماره دانشجویی

استاد کارآموزی در دانشگاه

سرپرست کارآموزی در صنعت:
محل کارآموزی:کارخانه سیمان کرمان

1-مقدمه
فرآیند کارخانه سیمان کرمان را به دو بخش عملیات قبل از کوره و بعد از کوره تقسیم بندی می کنیم که قبل از کوره، مجموعه معدن، سنگ شکن و آسیاب مواد خام وجود دارد و خوراک کوره را فراهم می کنند اما بعد از کوره، آسیاب سیمان و بارگیرخانه وجود دارد که کلینکر تولیدی کوره را تبدیل به سیمان کرده و آماده عرضه در بازار می کند. این قسمت ها بطور کلی در سه خط تولید خلاصه می شوند که خط تولید 1 مربوط به کوره ton/h300، خط تولید 2 مربوط به کوره ton/h1000 و خط تولید 3 مربوط به کوره ton/h 2300 می باشد. . معدن و مجموعه وابسته جزء ستون های اصلی کارخانه می باشند زیرا اگر خوراک ورودی به کارخانه از کیفیت وکمیت مناسب برخوردار باشد عمده مشکلات موجود خود به خود حل می شوند. معدن کارخانه سیمان کرمان جزء بهترین معادن جهان می باشد و از لحاظ موقعیت ژئوپولیتیکی بسیار مناسب بوده بصورتیکه هزینه انتقال مواد به کارخانه را به پایین ترین حد ممکن رسانده است.
2-معدن
مواد اولیه سیمان پرتلند اساسا شامل مواد آهکی و رسی است .سنگ آهک )کربنات کلسیم( قسمت عمده مواد خام سیمان را تشکیل می دهد. خاک رس(clay) هم که از مواد تشکیل دهنده مواد خام سیمان است، تامین کننده آلومین، سیلیس و دیگر اکسیدهای مورد نیاز در ترکیب سیمان می باشد که از معدن تهیه می شود. معدن شامل جبهه های مختلفی است و بسته به میزان آهک و سیلیس جبهه ها نام گذاری می شوند. به دلیل آبرفتی بودن معدن نمی توان در طول زمان جبهه مشخصی تعیین نمود اما در مدت زمان های مشخص تا حدودی جبهه ها مشخص می شود و جهت تهیه مواد اولیه مورد استفاده قرار می گیرد. به ترتیب می توان جبه ها را از سنگ آهک (آهک خالص ) تا سنگ سیلیس ( سیلیس خالص ) به این صورت نام گذاری کرد: سنگ آهک، مارل آهکی، مارل رسی، خاک رس و سنگ سیلیس.
زمانی از سنگ سیلیس استفاده می کنیم که نیاز به آلومینیم بسیار کمی در مواد اولیه داشته باشیم.
3-سنگ شکن
همانطور ک قبلا ذکر شد این کارخانه شامل سه خط تولید می باشد و به تبع آن سه عدد سنگ شکن با ظرفیت های مختلف در آن وجود دارد اما سنگ شکن واحد 3 به دلیل حجم بالای کار آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است.سنگ شکن واحد 1و2 توسط دو اپراتو و یک کمکی در دو شیف هدایت می شوند. سنگ شکن واحد 2 مدل فکی و ساخت شرکت کاوازاکی هازماگ ژاپن می باشد که با ظرفیت اسمی 250 تن بر ساعت در صورت نیاز فعالیت می کند. سنگ شکن واحد 1 در بازه زمانی 7:30-9:00 صبح با توجه به اینکه چه زمانی سنگ شکن واحد 3 به باردهی مناسب می رسد شروع به کار کرده و بسته به نیاز آسیاب بطور متوسط سه ساعت کار می کند و می توان گفت بطور میانگین 12 تا 13 عدد ماشین در ساعت به آن تغذیه می شود. مشاهده گردید نوع سنگ شکن آن دو موتوره است اما با یک موتور با حداکثر توان فعالیت می کند که در نهایت خردایش نهایی به دو عدد سیلو منتقل می شود.
جدول3-1

دو عدد سیلوی سنگ شکن واحد 1 با نام های درشت و نرم شناخته می شوند که سیلوی درشت مخصوص مارل آهکی و سیلوی نرم مخصوص مارل رسی می باشند.
کار سنگ شکن واحد 3 تنظیم میزان بار خوراک سالن خاک می باشد و سیستم کنترل از نوع PLC است که توسط سه اپراتور و دو کمکی تحت دو شیف (زمانی که بار لازم باشد سه شیفت کار می کنند) هدایت می شود. بطور معمول زمان روشن شدن و بازه زمانی فعالیت آن 6:30-13:00 و 14:30-1800 است.
جدول3-2

از نقطه نظر بعد فنی مشکلات عملیاتی در قسمت سنگ شکن ها وجود دارد که می توان از این دست به شکستن توری زیر الک، انحراف باند و خاک گرفتگی لوی سوییچ در قسمت برق و مکانیک اشاره کرد اما از نظر مشکلات فنی در قسمت بهره برداری زنگ زدگی و گرفتگی شوت ها مخصوصا در زمستان است و مهندس شیفت در این قسمت جهت تامیین نیروی کار لازم جهت کندن کانال ها و رفع گرفتگی باید همیت لازم را داشته باشد. مشکل دیگری که در حین کار و زمانی که رطوبت بالاست پیش می آید گل گرفتگی چکش هاست و این مشکل را با ریختن یک یا دو بار سنگ رفع می کنند.
4-سالن خاک ( سالن اختلاط یا PHB )
قبل از اینکه مواد خرد شده در سنگ شکن ، راهی آسیاب مواد جهت پودر شدن شود ، بداخل سالنی ریخته می شود تا بدین وسیله هم با یکدیگر مخلوط شوند و هم اینکه انبار و ذخیره سازی شود. بدلیل نوسانات مواد اولیه در معدن و ظرفیت خط تولید و همچنین خواص فیزیکی مواد ضرورت استفاده از بسترهای پیش اختلاط مطرح گردید.
این سالن دارای دو پایل می باشد که ظرفیت هر کدام 30000 تن است (طبق محاسبات حجم پایل 18882.94 m3 می باشد و با دانستیه مواد برابر 1.5 ton/m3 ظرفیت پایل 28324.411 تن بدست می آید) و توسط اپراتورهای سنگ شکن واحد 3 و تعداد سه کمکی در سه شیفت فعالیت می کند.
زمان تعویض سالن وابسته به مواد خام است. اختلاط اولیه مواد در بسترهای اختلاط در طی دو مرحله Stacking و Reclaiming انجام می شود. مرحله انباشت توسط دستگاهStacker (استاکر) انجام شده که مواد به صورت لایه ای ذخیره شده و سپس توسط دستگاه Reclaimer (ریکلایمر) مواد به صورت برشی از مقطع پایل برداشت می شوند.
استاکر ماشین بزرگی است که برای حمل و نقل مواد معدنی استفاده می شود. از این وسیله برای انبار کردن موادی نظیر سنگ آهک، مواد معدنی و غلات استفاده می گردد .ظرفیت این وسیله معمولا بر اساس تن بر ساعت سنجیده می شود و مواد را درون سالن ذخیره می کند. این دستگاه حداقل در دو جهت حرکت دارد: در مسیر ریل هایی که در کنار سالن ذخیره وجود دارد و در جهت عمود ) بالا و پایین رفتن.( مواد توسط دستگاه ریکلایمر بصورت برشی از سطح مقطع پایل جمع آوری شده و توسط انتقال دهنده(مجموعه هایی از بیل)، به یک تسمه نقاله خروجی تخلیه می شوند.
عمده مشکلات فنی قابل ذکر در این قسمت سیم بکسل، کج شدن بیل و جا بیلی می باشد. لازم به ذکر است چه در این مجموعه یا مجموعه سنگ شکن هر گونه مشکل فنی ایجاد شده را می توان از آمپر مصرفی تابلو متوجه شد. زمانی که یک موتور آمپر زیادی می کشد ولی بار خاصی روی آن اعمال نمی شود مشخص است که دچار مشکل فنی شده است.

5-آسیاب مواد خام
مواد واسطه (محصول سنگ شکن ها) که مراحل اولیه خردایش را در سنگ شکن ها طی کرده اند توسط آسیاب های مواد خام تا اندازه مشخصی خرد می شوند. از آنجایی که کوره در فرآیند از اهمیت ویژه ای برخوردار است لذا تمامی واحد های مرتبط با آن هم باید از کنترل ویژه ای برخوردار باشند که آسیاب های مواد خام از این دست می باشند. در صورتیکه محصول خروجی از آسیاب های مواد خام دارای شرایط دانه بندی مناسبی نباشد، آنالیز کوره بهم خورده و موجب ایجاد اختلال در فرآیند می شود و در نتیجه محصول نهایی کیفیت نا مطلوبی خواهد داشت. در این واحد ها مجموعه ای از سپراتورهای دینامیک و استاتیک که در اصلاح به آن سیکلون گفته می شود به آسیاب کمک کرده تا محصول نهایی از نرمی مطلوب برخوردار باشد. آسیاب های مورد استفاده در کارخانه سیمان از نوع گلوله ای می باشند. آسیاب های گلوله ای از جمله انواع آسیاب های قدیمی است که در صنعت سیمان بسیار متداول می باشند. هر چند که راندمان خردایش پایین و مصرف انرژی بالایی در مقایسه با انواع دیگر آسیاب ها مانند غلتکی دارند لکن به دلیل شرایط بهره وری آسان و هزینه های تعمیر و نگهداری کمتر هنوز مورد علاقه صنعتگران هستند.
5-1-آسیاب مواد خام واحد 1
این واحد شامل یک آسیاب گلوله ای دو اتاقچه ای می باشد که توسط سه باند تغذیه می شود. دو باند آن مارل و سیلیس می باشد که باند سوم یعنی سنگ آهن به باند مارل اضافه می شود. در هنگام ورود به آسیاب مواد توسط مشعل گرم شده تا از میزان رطوبت موجود در آن ها کاسته شود. زمانیکه مواد وارد اتاقچه اول شدند توسط گلوله های درشت شروع به خرد شدن می کنند. این آسیاب از انواع آسیاب های تخلیه از وسط (centeral discharge) بوده و مواد بعد از خردایش در اتاقچه اول از وسط تخلیه شده وارد الواتور می شوند. بر روی سیستم تخلیه از وسط یک عدد سیکلون وجود دارد تا غبار ناشی از خردایش را گرفته و آنها را به داخل الواتور هدایت می کند. سپس الواتور مواد را وارد یک سپراتور دینامیک می کند و در آن قسمت مواد با نرمی خاصی جدا می شوند. مواد که دارای نرمی مناسب هستند به سمت نوار محصول هدایت شده و مواد که دارای دانه بندی درشت هستند و در اصلاح زبره گفته می شوند به عنوان برگشتی سپراتور دوباره به آسیاب وارد می شوند تا تحت خردایش بیشتری قرار گیرند. در این حالت سپراتور با درصد های متفاوت مواد را وارد دو اتاقچه می کند که بطور معمول 30% مواد وارد اتاقچه اول و 70% آن ها وارد اتاقچه دوم می شوند و این سیکل به همین صورت ادامه می یابد. در کل مجموعه مکش وجود دارد که تمامی غبار آسیاب را به داخل یک الکترو فیلتر هدایت می کند. الکترو فیلتر غبار ها را جمع آوری کرده و به عنوان محصول خروجی بر روی نوار محصول می ریزد. در مجموع خوراک ورودی کوره محصول سپراتور و الکترو فیلتر می باشد. خروجی آسیاب به سمت سیلوهای هموژن هدایت شده و پس از یکسان سازی در سیلوهای انباری (storage) جهت استفاده در کوره ذخیره می شوند.

جدول5-1

5-2-آسیاب مواد خام واحد 2
نحوه باردهی به این واحد از طریق قیف هایی می باشد که توسط کران بارگیری از آن ها صورت می گیرد. با توجه به تغییراتی که در این واحد انجام شده است، می توان در صورت نیاز از سالن خاک نیز عملیات باردهی را انجام داد. آسیاب این واحد از نوع تخلیه از انتها (end discharge) می باشد. مواد از طریق باند باسکول وارد تانک شده و پس از خردایش از طریق الواتور وارد سپراتور می شوند. سپراتور نیز از طریق شش سیکلون کوچک که در اطرافش وجود دارد مواد نرم را از زبر جدا کرده و راهی کانال محصول می کند سپس مواد زبر جهت خردایش دوباره وارد تانک می شود. در انتهای تانک نیز دو عدد سیکلون وجود دارد که غبار حاصل از خردایش را گرفته و به عنوان محصول راهی الواتور ورودی به سیلوهای هموژن می کنند. لازم به ذکر است که حرارت لازم برای رطوبت زدایی از مواد ورودی به تانک از طریق اتلافات حرارتی کوره انجام می شود.
جدول5-2

5-3-آسیاب مواد خام واحد 3
خوراک ورودی به این واحد از سالن خاک تامین می گردد. گرچه در طراحی جدید، این واحد قابلیت بارگیری از طریق کران را نیز دارا می باشد. بار ورودی به داخل یک قیف سه راهی می ریزد که کار آن تقسیم بار بین واحد دو و سه می باشد. بعد از آن بار وارد قیف واحد سه شده و از طریق یک باند میانی بر روی باند باسکول می ریزد. سپس رطوبت خوراک از طریق خشک کن که حرارت آن نیز مانند واحد دو از طریق کوره تامین می شود کاهش یافته و وارد آسیاب می شود. مدل آسیاب همانند واحد یک تخلیه از وسط بوده و سیکل فرآیندی مشابه آن دارد تنها با این تفاوت که بر روی دریچه وسط یک سیکلون وجود دارد که خود به چهار سیکلون کوچکتر متصل است تا حدکثر غبارگیری انجام شده و آنالیز کوره بهم نخورد. خروجی این چهار سیکلون بصورت محصول وارد کانال می شود. این چهار سیکلون به برج خنک کن متصل هستند که غبار آن ها گرفته و وارد برج می شود و خروجی برج بر روی باند باسکول کوره می ریزد. الکترو فیلتر نیز در این محل قرار دارد و غبار حاصل را نیز همراه برج بر روی باند باسکول کوره می ریزد. این واحد دارای دو عدد سپراتور دینامیک می باشد که همانطور که گفته شد نرمه را از زبره جدا کرده و به عنوان محصول آسیاب راهی سیلو های هموژن می کنند. زبره سپراتور دوم بطور کامل وارد اتاقچه دوم می شود اما زبره سپراتور اول با نسبتی وارد اتاقچه اول و دوم می شود. محصول آسیاب نیز از طریق Airpol وارد سیلوهای هموژن شده و از آنجا به سیلوهای انباری منتقل می شود.
جدول5-3

5-4-لیست اشکالات مکانیکی و برقی آسیاب مواد خام واحد
5-4-1-لیست اشکالات مکانیکی :
* خراب بودن غلطکهای باند بلند
* تعویض گل پخش کن باند بلند سر قیفها
* لرزش سپراتور و چک کردن پره ها
* آب بندی دمپر خروجی بار نرمه سپراتور
* تعویض کانال برگشتی سپراتور
* بار ریزی از قیف آهن و خراب بودن بغل بند
* آب بندی کانال تغذیه سیلوهای هموژن
* خرابی والو تغذیه سیلوهای هموژن (بالا)
* خرابی والو تخلیه بین سیلوهای هموژن (پایین)
* مشکل داشتن هوا زیر سیلوی هموژن A و B
* پلیت کشی شوت ورودی بار به قیفهای مارل ، سیلیس و آهن
* خراب بودن چرخهای باندهای زنجیری زیر سیلوهای سنگ نرم و درشت
* چک کردن پیچهای روی جابیلی های باندهای زنجیری زیر سیلوهای سنگ
* چک کردن آستری های داخل هر دو اتاقچه و گلویی ها
* تجهیز دریچه کشابی زیر قیف مارل (خروجی قیف) به موتور به دلیل سفت بودن آن و نیاز به باز و بسته شدن مکرر که در اثر گرفتگی ها مسدود می شود .
* آب بندی دریچه های دو طرف گارد خروجی تانک
* آب بندی دریچه روی بدنه سپراتور
5-4-2-لیست اشکالات برقی :
* اصلاح شماتیک صفحات اصلی و فرعی آسیاب روی PLC
* خراب بودن چراغ قیف آهن
* کالیبره کردن حرارت سنجهای گیربکس و پینیون موتور اصلی
* تعمیر و راه اندازی فن خنک کن روی یاتاقانهای پینیون موتور اصلی (موتور فن سوخته و موتور پیچی بدلیل قدیمی بودن موتور از پیچیدن آن امتناع می کند)
* برطرف کردن اشکال فن فلویدر زیر کانال برگشتی سپراتور (قطع کردن فلویدر هنگام ضربه زدن به کانال جهت آزاد کردن کانال)
5-5-فرمول شارژ آسیاب های مواد خام
انتخاب ابزار آسیاب به چند فاکتور بستگی دارد که به برخی از این عوامل اشاره می کنیم:
* اندازه خوراک اولیه: گلوله هایی که به منظور تغذیه ابتدایی آسیاب استفاده می شوند اگر دارای اندازه ای کوچک باشند نمی توانند به خوبی ذرات بزرگتر را خرد کنند.
* اندازه ذرات نهایی: گلوله های آسیاب که برای خرد کردن نهایی ذرات استفاده می شوند، اگر دارای اندازه کوچکتری باشند، در ایجاد ذرات فوق العاده ریز مورد نظر بسیار موثر هستند.
* وزن مخصوص: به طور کلی گلوله هایی با چگالی بالا بهترین نتایج را در آسیاب های گلوله ای به همراه خواهند داشت. ابزار آسیاب باید نسبت به ماده ای که قرار است آسیاب شود چگال تر باشند. همچنین موادی با گرانروی بالا نیازمند گلوله هایی با یک دانسیته بالاتر هستند تا از شناوری آنها جلوگیری شود.
* سختی: گلوله های سخت تر دارای عملکرد بهتر و متعاقب آن مقاومت در برابر خوردگی بیشتری هستند.
* ناخالصی: ماده به دست آمده ناشی از خوردگی و فرسایش گلوله ها بر روی فرآیند تاثیر می گذارد و ممکن است نیاز به زدودن این ناخالصی ها از طریق جداکننده مغناطیسی، شیمیایی یا فرآیند حرارت دهی وجود داشته باشد. از این رو با توجه به نوع عملکرد آسیاب انتخاب گلوله های مناسب و توجه به ناخالصی های آنها از اهمیت برخوردار است.
* هزینه: گلوله ای که ۲ تا ۳ برابر گران تر از دیگر گلوله ها است ممکن است طول عمر بیشتری را نیز داشته باشد و گاهی نیز ممکن است این گونه نباشد. از این رو با توجه به کارآیی مورد نظر باید مناسب ترین ابزار را از لحاظ قیمت انتخاب کرد.
6-تولید کلینکر
6-1-کوره
در صنایعی مانند سیمان به جرات می توان گفت کوره قلب تپنده صنعت می باشد. کلیه اقدماتی که در تهیه و هموژن سازی مواد خام انجام می پذیرد خودش را در مرحله پخت نشان می دهد. از طرفی هم اقدامات انجام شده در کوره خود را در کیفیت کلینکر تولیدی نشان می دهد. به همین دلیل شرایط کوره در کارخانه از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در کارخانه سیمان کرمان، همانطور که گفته شد سه خط تولید وجود دارد و به تبع آن در هر خط یک کوره موجود است. کوره واحد یک با ظرفیت اسمی ton/day 300 ، کوره واحد دو با ظرفیت اسمی ton/day 1000 و کوره واحد سه با ظرفیت اسمی ton/day 2300 مشغول به تولید کیلنکر هستند. در کنار کوره مجموعه ای از پیشگرمکن، کولر، برج خنک کن به همراه الکتروفیلتر فعالیت می کنند تا کوره بتواند در بهترین شرایط به کار خود ادامه دهد. کوره های متفاوتی در صنعت وجود دارد که در کارخانه سیمان کرمان از نوع دوار آن استفاده شده است. واحد های یک و سه ساخت شرکت پولیزیوس آلمان بوده و واحد دو ساخت شرکت KHD آلمان می باشد.
6-2-پیشگرمکن
با نصب دستکاه های خشک کن و پیشگرمکن، بخشی زیادی از کلسیناسیون مواد در خارج از کوره انجام می پذیرد، لذا کوره های دوار می توانند کوتاه تر باشند. پیشگرمکن های موجود در کارخانه از نوع سیکلونی می باشند و ایده اصلی این پیشگرمکن ها بر اساس انتقال حرارت از گاز به مواد خام است. مبدل های حرارتی سیکلونی از تعدادی سیکلون در بالای یکدیگر قرار دارند تشکیل شده است. برای امکان ته نشینی بهتر بالاترین سیکلون بصورت دو تایی است. در طبقات پایین این پیشگرمکن ها بیشتر مساله انتقال حرارت مهم است. لذا طول طوقه ها کوتاه تر طراحی می شود تا زمان تماس مواد با جریان گاز افزایش یابد. در طبقات بالای این پیشگرمکن ها بیشتر مساله جداسازی اهمیت دارد. لذا طول طوقه ها افزایش می یابد. در آخرین طبقه هم همانطور که گفته شد اهمیت جداسازی به اندازه ای است که طراحی سیکلون تفاوت می کند و در این طبقه معمولا بجای یک سیکلون از دو سیکلون مشابه کوچکتر استفاده می کنند.
قسمت تکاملی این واحد یک مشعل با نام دستگاه تکلیس (flash calciner) است که در انتهای سیکلون آخر و قبل از ورود مواد به کوره قرار دارد و عمده وظایف آن بالا بردن درصد کلسیناسیون مواد خام می باشد. در کارخانه سیمان تنها خط تولید واحد سه که دارای پیشگرمکن سیکلونی است این مشعل را دارا می باشد. بر اساس طرح تکلیس بخش عمده ای از طول کوره که اختصاص به تکلیس مواد است حذف می گردد و در نتیجه بار اعمال شده روی کوره کاهش می باید و به راحتی ظرفیت آن تا مقدار زیادی افزایش می یابد.
6-3-سیستم پخت
در این بخش مواد خام تحت تاثیر حرارت به کلینکر تبدیل می شوند. برخلاف بخشهای قبلی که فقط تغییرات از نوع فیزیکی بوده در این بخش تغییرات مواد از نوع شیمیایی است یعنی ماهیت مواد تحت تاثیر حرارت تغییر می کند. در طی این فرآیند مواد خام به ماده ای دانه ای شکل و سبز و خاکستری رنگ به نام کلینکر تبدیل می شوند. سیستم پخت را می توان به سه بخش پیشگرمکن ، کوره و کولر تقسیم نمود. در ابتدا مواد وارد پیشگرمکن شده و در معرض تماس با گازهای داغ قرار گرفته و واکنش های پخت با از دست دادن رطوبت سطحی و رطوبت مولکولی مواد، آغاز شده و سپس واکنش های تجزیه خاک و کلسینه شدن آهک رخ می دهند. مواد نیمه پز خروجی از پیشگرمکن با دمای حدود 900 تا 1000 درجه به کوره وارد می شوند و در کوره دما افزایش می یابد و واکنشهای کلسیناسیون و تجزیه خاک ها کامل شده تا در منطقه پخت که بالا ترین دما 1400 تا 1450 درجه خواهدبودواکنشهای تشکیل فازهای کلینکر تکمیل می شوند.
درصدی از مواد در منطقه پخت ( با توجه به قابلیت پختشان ) به فاز مذاب تبدیل می شود. با بالا رفتن درصد وزنی عناصری چون اکسید آهن و آلومینیوم در مواد اولیه درصد فاز مذاب در کوره افزایش یافته و قابلیت پخت مواد بالا می رود. علاوه بر ترکیب درصد شیمیایی مواد، ترکیب مینرالوژی و دانه بندی مواد نیز قابلیت پخت را تحت تاثیر قرار می دهند یعنی هر چقدر مواد ریز تر باشند واکنش های پخت راحت تر انجام خواهد شد.
کلینکر خروجی از کوره به کولر وارد می شود و با توجه به نوع و راندمان کولر دمای آن به حدود 100 تا 200 درجه کاهش می یابد. سرعت سرد شدن کلینکر در کولر تاثیر زیادی بر کیفیت و قابلیت پودر شدن آن دارد. وقتی کلینکر به کندی سرد می شود کلینکر به سمت واکنش بلوری شدن پیش می رود و سخت تر می شود و زمانی که کلینکر سریع سرد شود کلینکر شیشه ای شکل و آمورف تولید می شود و میزان مصرف انرژی در اسیاب های سیمان برای پودر کردنکلینکر بلوری بیش از کلینکر شیشه ای می باشد.همچنین در زمانی که کلینکر به آهستگی سرد می شود اکسید کلسیم واکنش نداده (آهک آزاد) و اکسید منیزیم فرصت تجمع و رشد و تشکیل بلور را دارند و به مرور زمان باعث ترک خوردگی و انبساط در سیمان می شوند. اما زمانی که کلینکر سریع سرد می شود این فرصت از آنها گرفته می شود و مولکولهای منیزیم و کلسیم در بین فازها پراکنده شده و کیفیت سیمان تولیدی بالا می رود.
در مجموعه سیستم پخت از واحد های برج خنک کننده و الکتروفیلتر استفاده می شود. در طول سیستم یک مکش وجود دارد و این مکش باعث جمع شدن غبار می شود که از نظر زیست محیطی مخرب است. لذا در خط تولید یک الکتروفیلتر تعبیه شده است تا از ورود این غبار به محیط جلوگیری کند. الکتروفیلتر در محدوده دمایی عملیاتی خاصی فعالیت می کند به همین دلیل لازم است در مسیر جریان گاز یک برج خنک کن لحاظ شود تا دمای گاز را به محدوده مورد نظر رسانده و رطوبت لازم را جهت جذب در الکتروفیلتر فراهم کند. خروجی برج خنک کن و الکتروفیلتر به عنوان خوراک کوره به باسکول کوره هدایت می شود.
کارخانه سیمان کرمان که دارای سه خط تولید می باشد، خطوط کوره آن با یکدیگر چه از نظر تولید و چه از نظر فنی متفاوت می باشند. کوره های واحد یک که تولید آن در روز 300 تن می باشد فاقد پیش گرمکن بوده و عملیات کلسیناسیون در خود کوره انجام می شود و به همین دلیل طول کوره آن از دو واحد دو و سه بیشتر است اما کوره های واحد های دیگر شامل پیشگرمکن می باشند. تفاوت دیگری که در واحد های تولید کلینکر یعنی همان کوره وجود دارد نوع کولر مورد استفاده می باشد که در واحد های یک و دو، گریت کولر استفاده می شود اما در واحد سه نوع خنک کن گوشواره ای ( سیاره ای یا ساتلایت) است.
6-4-شیب کوره
قاعده کلی برای شیب کوره وجود ندارد اما Bohman برای کوره های با قطر بین 3 تا 3.4 متر شیب 4% را در نظر گرفته است درصورتیکه کوره واحد یک با شیب 3% کار می کند. اما برای کوره های با قطر بالاتر از 3.4 متر شیب مورد نظر 3% است که کوره های واحد های دو و سه به ترتیب شیب 3.5% و 3% را دارند. از پارامترهایی که به شیب کوره مربوط است میزان انباشتکی مواد داخل کوره می باشد. کوره واحد یک با قطر 3.2 متر و با توان عبوری t/h 30 میزان انباشتگی 12% دارد. کوره های واحد دو و سه نیز هر کدام به ترتیب 10% و 11% می باشند (بطور کلی درجه انباشتگی 11-9% است). از آنجایی که نسبت طول به قطر کوره نیز بر میزان انباشتگی تاثیر دارد هر چه این میزان کمتر باشد میزان انباشتگی کمتر خواهد بود که بر این اساس می توان رابطه زیر را در نظر گرفت:
کوره واحد یک > کوره واحد سه > کوره واحد دو : میزان انباشتگی
6-5-سرعت چرخش کوره دوار
سرعت کوره واحد های یک، دو و سه برابر است با rpm 2.1 ، rpm 1.7 و rpm 1.5 در حالیکه در شرایط کارخانه این اعداد به ترتیب 1.6-1.3، 1.7-1.3 و 2-1.8 دور در دقیقه می باشند.
سرعت انقال مواد در کوره به سرعت چرخش کوره وابسته است.
6-6-کوتینگ
در کوره سیمان لایه محافظ روی آستر نسوز است و لازمه محافظت کوره و آستر آن می باشد. از شرایط کوتینگ بستن می توان به مواردی چون آجر کوتینگ پذیر، ترکیب مناسب مواد خام، گرم بودن منطقه لازم جهت کوتینگ و سرد بودن به اندازه محیط بیرونی کوره اشاره کرد
6-7-خنک کن کلینکر
6-7-1-کولر ساتلایتی: این نوع کولر از تعدادی لوله متصل به بدنه کوره تشکیل شده است که کلینکر خروجی از کوره وارد آن شده و موجب خنک شدن آن می شود. درون لوله ها با آجر های نسوز و صفحات فلزی بالابرهایی تعبه شده است تا انتقال حرارت بهتر صورت گیرد. از این نوع خنک کن در کوره واحد 3 استفاده شده است و با دور rpm 2 کوره زمان ماند کلینکر در آن حدود 20 دقیقه می باشد. در مرحله ورود به ساتلایت دمای کلینکر حدود °C 1350 بوده و در زمان خروج از آن به دمای حدود °C 200 می رسد. این نوع کولر گرمای کلینکر را از طریق پوسته خود به محیط منتقل کرده و تلف می نماید. دراین مورد کولر لازم به ذکر است به دلیل اینکه هوای خروجی به محیط ندارد نیازی هم به تاسیسات غبارگیری ندارد. کولر ساتلایتی نیروی محرکه کوره و فن گاز خروجی را زیادتر می کند.
عمده مشکلات موجود در این نوع خنک کن ها:
1- پیدایش تنش های مازاد استاتیکی و مکانیکی برای کوره که موجب ایجاد شکاف بین دریچه های خروجی می شود.
2- زمان کوتاه پایداری آستر نسوز
3- ایجاد صدای زیاد

6-7-2-خنک کن گریت: این نوع خنک کن که با نام کولر مشبک نیز شناخته می شود ترکیبی از صفحات مشبک است که در ردیف های پشت سر هم قرار گرفته اند. این ردیف ها بصورت یک در میان متحرکت هستند. تمامی این صفحات در اطاقچه های جداگانه ای قرار گرفته اند و بسته به نقش هر اطاقک فن هایی جهت سردسازی تعبیه شده است. کلینکر توسط هوا که با استفاده از فن های قوی به داخل آن دمیده می شود خنک می شوند. با توجه به طراحی که این نوع خنک کن دارد می تواند سرد کردن اولیه کلینکر را بطور سریع انجام دهد که موجب نگه داشتن کلینکر در کیفیت مطلوب می شود. از انتهای سرد کولر کلینکر توسط نوار فلزی خارج می شوند. دمای کلینکر خروجی از این نوع خنک کن پایین تر از مدل ساتلایتی می باشد بدین صورت که دمای کلینکر ورودی در حدود °C 1400 می باشد که در هنگام خارج شدن دمای آن به نزدیکی °C 150-100 و یا حتی کمتر افت پیدا می کند. در انتهای این کولر ها دستگاه فیلتری وجود دارد تا از انتقال غبار به محیط جلوگیری کند.
سینی های موجود در گریت دارای سوراخ هایی می باشند که هوا از طرق آن ها دمیده می شود. البته به تازگی طبق تحقیقات اعلام شده است که بجای سوراخ اگر از شیار استفاده شود بازده به مراتب بالاتری بدست می آید. بر روی این صفحات یک لایه مرده وجود دارد که باعث می شود سقوط کلینکر آسیب جدی وارد نکند. به همین دلیل ارتفاع این لایه مرده روی سطح هر چه به محل خروجی کلینکر از کوره نزدیک می شویم بیشتر می شود.
عرض گریت در ورودی به منظور توزیع یکسان تر کلینکر، کاهش یافته است. هر دو مورد جریان هوای بالا و ضخامت لایه کلینکر، در فراهم آوردن ضخامتی یکنواخت از بستر کلینکر کمک می نماید که به نوبه خود جریانی یکنواخت از هوا را در عرض گریت می دهد. این موضوع نه تنها برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد آن محل از گریت لازم و ضروری است، بلکه برای اجتناب از تشیکل آدم برفی) فرایندی که در آن ذرات کلینکر به یکدیگر چسبیده و تشکیل توده های بزرگتر را می دهد( در سرتاسر کل گریت تا زمانی که تک تک ذرات جدا شده، چسبندگی و قابلیت پیوستن به یکدیگر را از دست بدهند، در حرکت نگه داشته خواهند شد.
موردی که نباید از چشم ما پنهان باشد پدیده ای به نام رودخانه سرخ (red river ) می باشد. زمانی که فن ها توانایی خنک کردن کلینکر خروجی را نداشته باشند کلینکر که هنوز سرخ است تشکیل بستری می دهد که به رودخانه سرخ معروف است. حال اگر دانه بندی کلینکر تولیدی نیز ریز باشد این حالت به سیالیت بیشتر این بستر کمک می کند.
6-8-راهبری کوره
جهت راهبری مناسب کوره توجه به برخی نکات لازم می باشد و به اپراتور کمک می کند در شرایط خاص تصمیم لازم را اتخاذ نماید. از جمله این موارد می توان اشاره کرد:
6-8-1-شعله گاز دارای پایین ترین ضریب انتشار (Emissivity) است و سوخت گاز نیاز به هوای بیشتری دارد. حرارت سوخت گاز نسبت به مایع و جامد آهسته تر آزاد می شود و اوج درجه حرارت آن در فاصله m 20 است در حالیکه این فاصله برای نفت کوره m 10- 5 است.
6-8-2-وزن لیتری : جهت سنجش آهک آزاد استفاده می شود و عبارت است از وزن یک لیتر کلینکر بین الک های mm 12- 5 که باید در گستره gr/lit 1300- 1100 باشد. در صورتیکه کاهش پیدا کند یعنی کلینکر زیاد پخته شده است.
6-8-3-گاهی اوقات به دلیل راهبری نا منظم کوره و یا بالا رفتن فاز مایع، رینگ تشکیل می شود. از طریق دور کوره و یا جابجایی مختصر محل مشعل ( حدود cm 10 ) می توان تا حدودی از تشکیل رینگ جلوگیری کرد.
6-8-4-پیشگیری از کاهش درجه حرارت گازهای خروجی از کوره به کمتر از نقطه شبنم آن ها قبل از خروج از دودکش. زیرا موجب خوردگی و زنگ زدی از یک طرف و گرفتگی و چسبندگی غبار از طرف دیگر می شود. این مورد را می توان با تعیین قطر بهینه عایق رفع کرد.
6-8-5-در صورتیکه حجم هوای ثانویه افزایش یابد موجب زیاد داغ شدن منطقه پخت شده و باعث سبک شدن شعله، بالا رفتن آن و برخورد با سقف کوره می شود که این خود از علل کم شدت عمر آجر می باشد.
6-8-6-از عوامل تیرگی منطقه پخت یکی سرد بودن منطقه پخت و دیگری فراوانی دانه های ریز کلینکر برگشتی از کولر می باشد. در مورد اول می توان سوخت را افزایش داد. در مورد دوم توضیح این نکته ضروری است که سوخته شدن کلینکر موجب بالا رفتن درجه حرارت خنک کن و در نتیجه داغ تر شدن هوای ثانویه و بالا رفتن سرعت آن می شود. به همین دلیل برگشتی دانه های ریز کلینکر از خنک کن به سمت کوره بیشتر می شود و موجب تیرگی محل پخت می شود.
6-8-7- مدول سیلیس بر ریز شدن دانه های کلینکر تاثیر گذار است و در صورتیکه افزایش یابد تشدید کننده ریز شدن دانه های کلینکر می شود.
6-8-8-به دلیل وجود clearance (مقدور سازی امکان حرکت نسبی بدنه با کوره) بین رینگ و بدنه تغییر شکل اولیه (ovality) ایجاد می شود.چنانچه کوره را سریعتر از دستورالعمل سازنده گرم کنیم در اینصورت بدلیل انبساط سریعتر و بیشتر بدنه کوره در مقایسه با رینگ به مرور clearance بین بدنه کوره و بالای رینگ از بین رفته و فشار ناشی از بدنه می تواند باعث دفرمه شدن بدنه و یا حتی ترک خوردن رینگ شود.
6-8-9-در صورتیکه از سوخت مازوت استفاده شود به دلیل وجود سولفات در حین سوختن باید به آزمایشگاه اطلاع داده شود تا مواد به شکلی تغییر کند تا تناسب سولفات آن حفظ شود.
6-8-10-از مواردی که از منظر زیست محیطی مهم می باشد میزان NOX و CO خروجی از دودکش کوره می باشد. NOX ناشی از گرمی کوره و یا هوای اضافی موجود در سیستم می باشد که می توان از طریق دور کوره، بار، سوخت و یا دور فن آن را کنترل کرد. اما CO که ناشی از احتراق ناقص سوخت می باشد در صورت تجمع آن خطراتی از جمله انفجار را در پی دارد. از این رو زمانی که به حد آلارم می رسد برق الکتروفیلتر قطع شده و از مدار خارج می شود. در کوره واحد سه عامل اصلی افزایش CO مشعل ثانویه می باشد و برای این منظور می توان سوخت آن را کم کرده و یا در موارد حاد آن را خاموش کرد. افزایش دور فن دوپل و یا تغییر دریچه فن الکتروفیلتر از موراد دیگری است که می توان میزان CO را کنترل کرد.
لازم به ذکر است در صورت افزایش L.S.F و کاهش ناکس مواد دیرپز تر می شوند.
6-8-11- در کوره واحد سه به دلیل نبود سیستمی جهت اندازه گیری دمای منطقه پخت شرایط پخت را از طریق چهار عامل آمپر موتور ( اگر یکدفعه آمپر بکشد کوتینگ ریزی داریم )، ناکس، دانه بندی کلینکر روی باند و شرایط مشعل قابل مشاهده از مانیتور مدیریت می کنند.
7-آسیاب سیمان
محصول خروجی از کوره سیمان (کلینکر) با دانه بندی1 الی 5 سانتیمترخواص چسبانندگی و سیمانی نداشته و با کاهش دانه بندی تا مقایس میکرون، خواص هیدرولیکی، گیرش و چسبانندگی در آن ظاهر می شود.سیمان از آسیاب کردن کلینکر سیمان به همراه سولفات کلسیم به شکل گچ و یا انیدریت، به عنوان مواد تنظیم کننده گیرش تولید می گردد.
امروزه سیمان، معمولاً در آسیاب های چرخشی و یا آسیاب های غلطکی آسیا شده و به پودر تبدیل می گردد. با توجه به استفاده از آسیاب چرخشی در کارخانه سیمان به اختصار به معرفی این آسیاب ها می پردازیم.
آسیاب های چرخشی بطور کلی در دو نوع طراحی می شوند:
الف-بدون عوامل سایش یا خود شکن: در این نوع آسیاب ها، عمل پودر کردن توسط خود مواد و بر اثر ضربات و اصطکاک ناشی از ذرات درشت مواد ورودی به آسیاب انجام می پذیرد.
ب-با عوامل سایش: این آسیاب ها با عوامل سایش از جمله میله، گلوله و قطعات فولادی استوانه ای شکل در حجم معین پر می شوند. در اثر حرکت چرخشی آسیا، عوامل سایش تا ارتفاع مشخصی بالا رفته و سپس یک حرکت آبشاری کوچک و یا بزرگ (بسته به وزن عامل سایش و سرعت دورانی آسیاب) را طی نموده بطوریکه ضربات و اصطکاک ناشی از عوامل سایش، پودر شدن مواد را به دنبال خواهد داشت.
شکل7-1

آسیاب های چرخشی مورد استفاده در صنعت سیمان، با توجه به استفاده از عوامل سایش گلوله ای، به آسیاب های گلوله ای معروفند.
اساس کار این آسیاب ها به این گونه است که مواد جهت نرم شدن از میان محفظه ای استوانه ای که حول محور افقی خود حرکت دورانی دارد و حاوی مواد آسیاب کننده (عوامل سایش) می باشند عبور می کنند.
این مواد 23 الی 27 درصد حجم داخلی آسیاب را اشغال می نمایند. سطح داخلی آسیاب نیز جهت جلوگیری از سایش، با لاینرهای ضد سایش پوشانده شده است.
مواد خروجی آسیاب توسط یک بالابر به سپراتور منتقل شده و مواد زبره، از محصول جدا می گردد. محصول در جدا کننده های سیکلونی ته نشین و توسط انتقال دهنده ای با جریان هوا، به سیلوهای ذخیره منتقل می شود. زبره نیز جهت سایش مجدد، به آسیاب باز گردانده شده و بار در گردش آسیاب را تشکیل می دهد.
موضوعی که در فرآیند تولید سیمان بسیار مهم است، نرمی و دانه بندی ذرات می باشد. در عمل، نرمی سیمان با سطح مخصوص (Specific surface area)آن اندازه گیری می شود. با این حال سطح مخصوص کمیتی نیست که به صورت قطعی تعیین کننده نرمی سیمان باشد چرا که موادی با دانه بندی مختلف می توانند دارای سطح مخصوص یکسان باشند.
8-بارگیرخانه
سیمان ذخیره شده در سیلوها در بارگیرخانه به صورت پاکتی و فله ای قابل عرضه به بازار می باشد.

3