گزارش کارآموزی آشنایی با صنعت سیمان و دستگاه های برقی بکار رفته در این صنعت

مقدمه :

 این گزارش بر پایه نحوه تولید سیمان و همینطور کاربرد برق در صنعت سیمان بوده و لذا سعی بر آن بوده تا حد امکان اطلاعاتی قابل استفاده در دسترس قرار گیرد.

 با تشکر و قدردانی از مهندس مرتضی محمدی ریاست محترم قسمت برق و همچنین پرسنل قسمت برق کارخانه سیمان لوشان.

 بخش اول : آشنایی با صنعت سیمان :

 سیمان از انواع مصالح ساختمانی و گردی است نرم که دارای چسبندگی زیاد بوده و به عنوان یک چسب ساختمانی بکار می رود. این ماده مهم که سالانه میلیونها تن از آن در کشور تولید و به مصارف گوناگون می رسد در مقابل هوا و همچنین در زیر آب خود را گرفته، استحکام بیشتری پیدا نموده و مدت دوام آن نامحدود است.

 سیمان به خودی خود مقاومت زیادی در مقابل فشار نداشته، لیکن پس از ترکیب با شن، ماسه و آب و تهیه ملات و بتون، با گذشت زمان مقاومت موردنظر را ایجاد می نماید.

 به عبارت دیگر سیمانها مواد چسبنده ای هستند که قابلیت چسباندن ذرات به یکدیگر و به وجود آوردن جسم یکپارچه از ذرات متشکله را دارند. از نظر علمی سیمان ترکیبی است از اکسید کلسیم (آهک) با سایر اکسیدها نظیر اکسید آلومینیوم، اکسید سیلیسیم و اکسید آهن که میل ترکیب با آب داشته و در مجاورت هوا و در زیر آب به مرور سخت می گردد و دارای مقاومت می شود. این سخت شدن مثل بستن گل هنگام از دست دادن آب نیست، بلکه واکنشی شیمیایی است که طی آن شکل جدیدی از ماده پدیدار می شود و سیمان سخت شده قابلیت نرم شدن مجدد با آب را ندارد.

 کلمه سیمان اغلب در مفهوم کلی برای توصیف تمامی انواع مواد چسبنده بکار می رود، ولی در مفهومی دقیقتر به مواد چسبناکی اطلاق می گردد که در ساختمان و بناهای ساخته شده در مهندسی عمران به کار می رود.

 سفت و محکم شدن سیمان در نتیجه هیدراسیون (ترکیب با آب) ایجاد می گردد، که ترکیب شیمیایی مخلوط سیمان با آب است و موجب تشکیل بلورهای شبه میکروسکوپی یا ماده شبه ژلاتینی می گردد. سیمان ساخت و ساز به خاطر خواص ترکیب با آب خود، که حتی در زیر آب نیز سفت می شود، اغلب سیمان هیدرولیکی نامیده می شود.

 لغت «سیمان» از کلمه یونانی caementum مشتق شده است که به معنی تکه تکه کردن سنگ است، یعنی همانگونه که در ملات رومی بکار می رفته، و ارتباطی با خود ماده چسبنده ندارد.

 چگونگی تولید سیمان :

 براساس طبقه بندی بین المللی، صنعت سیمان جزء گروه صنایع کانی غیرفلزی محسوب می شود. اصولاً سه روش برای تولید سیمان وجود دارد :

 1 ) روش تر      2 ) روش نیمه تر        3 ) روش خشک

 این روشها بستگی به مواد خام ورودی به کوره از نظر غلظت و میزان آب اضافه شده به آنها دارد. مهمترین و پرکاربردترین روش تولید سیمان در جهان روش خشک است. سیستم پخت اکثر کارخانه های سیمان کشور ما نیز بر این روش استوار است.

 در فرآیند نخست (تر) مواد خام به طور مرطوب به داخل کوره تغذیه می گردد. در فرآیند تولید سیمان به صورت خشک، مواد خام خشک، آسیاب شده و به صورت پودر خشک به درون کوره تغذیه می شود. در فرآیند نیمه تر مواد خام ابتدا به صورت خشک آسیابشده و سپس گویچه های حاصله به درون کوره تغذیه می شود.

 خط تولید سیمان از معدن شروع و به بارگیرخانه و بسته بندی سیمان خاتمه می یابد. در تولید سیمان به روش خشک نخست مواد خام و اولیه نظیر سنگ آهک، خاک رس، مارل (خاک آهکدار)؛ سنگ گچ، سنگ آهن و سنگ سلیس از معادن استخراج می گردند. در استخراج موادی نظیر سنگ آهک، سنگ آهن و سنگ گچ نیاز به چال زنی و ایجاد انفجار به وسیله دینامیت و مواد منفجره است. موادی نظیر خاک رس و مارل (خاک آهکدار) نیاز به چال زنی و انفجار ندارند و صرفاً از بولدوزرها و یا دستگاههای مشابه جهت دپو کردن مواد استفاده می شود.

 چهار مرحله اصلی در تولید سیمان پرتلند وجود دارد (روش خشک) :

 الف ) خرد کردن و آسیاب کردن مواد خام

 ب ) ترکیب مواد به نسبت مناسب

 ج ) پخت مخلوط تهیه شده در کوره (سیستم پخت)

 د ) آسیاب کردن (نرم کردن) محصول پخته شده که به «کلینکر» معروف است.

 الف ) خرد کردن و آسیاب کردن مواد خام :

 در ابتدا مواد اولیه بایستی خرد شوند و به ابعادی تا حدود کمتر از ده میلی متر برسند. برای خرد کردن سنگ آهک، سنگ آهن، سنگ سیلیس و کلوخه های درشت و خرده سنگهای خاک رس از دستگاههای سنگ شکن یا خردکن استفاده می شود. در صورت ضرورت و همچنین در صورتیکه مقدار رطوبت مواد بالا باشد، می بایستی خشک شوند.

 پس از خرد شدن و خشک شدن، در سیستمهای مدرن، مواد اولیه اصلی ضمن افزوده شده مواد اولیه فرعی به نسبتهای لازم با یکدیگر مخلوط مقدماتی شده و سپس در سیلوهای مشخص و معینی ذخیره می شوند و آنگاه جهت پودرشدن راهی «آسیابهای مواد خام» می گردند. در روش خشک تولید سیمان، ضرورت دارد که مواد خام قبل از ورود به کوره به صورت پودر درآیند، همچنین برای جلوگیری از کلوخه شدن و پایین آوردن چسبندگی مواد، می بایستی تا حد امکان قبل از فرستادن پودر مواد خام به سیلوهای ذخیره، خشک و رطوبت گیری شوند.

 ب ) ترکیب مواد به نسبت مناسب :

 اولین ترکیب شیمایی موردنیاز نوع به خصوصی از سیمان، از طریق استخراج گزینشی و کنترل مواد خامی حاصل می گردد که به درون دستگاه خردکننده و آسیاب وارد می شوند. نظارت دقیق تر از طریق به دست آوردن دو یا چند دسته مواد حاوی مخلوط خامی که ترکیب شیمایی آن اندکی متفاوت است حاصل می گردد.

 در فرآیند خشک این مخلوطها در سیلو ذخیره می شود، در فرآیند تر مخازن دوغاب بکار می رود. برای اطمینان از مخلوط شدن کامل مواد خشک در سیلو، هوای متراکم به درون مخزن وارد شده و موجب چرخش شدید و بهم خوردن مواد می گردد. در فرآیند تر، مخازن دوغاب با استفاده از وسایل مکانیکی یا هوای خشک، و یا هر دو هم زده می شود.

 دوغاب که حاوی 35 الی 45 درصد آب است، گاهی از صافی گذرانیده می شود، که در نتیجه 20 الی 30 درصد محتوی آب آن کاهش می یابد. آنچه که از صافی گذشته، سپس به درون کوره تغذیه می شود. این کار موجب کاهش مصرف سوخت موردنیاز برای پخت می گردد. در قسمت آسیابهای مواد خام تنظیم نهایی مخلوط مواد خام که به نام «خوراک کوره» موسوم است، انجام شده و مخلوط حاصله که به صورت گردی نرم و حاوی ترکیبات لازم است، آماده تغذیه به کوره می باشد.

 در کارخانه های سیمان آسیاب های گلوله ای و غلتکی کاربرد بیشتری دارند. پس از پودر شدن مواد خام از طریق این آسیابها، پودر حاصله را در «سیلوهای مواد خام» ذخیره می نمایند.

 عامل مهمی که در یکنواخت کار کردن کوره و بالا بردن کیفیت کلینکر و در نتیجه سیمان مؤثر است، یکنواختی ترکیب خوراک کوره، خوب مخلوط شدن و همگن بودن آن می باشد. به منظور همگن یا هموژنیزه کردن مطلوب مواد خام، از سیلوهای ذخیره مجهز به سیستمهای «پنوماتیک» استفاده می شود. مواد خام از بالای سیلوهای ذخیره وارد سیلوهای تنظیم می شود و پس از تنظیمات لازم، از پایین سیلو تخلیه و به کوره تغذیه می گردد.

 ج ) پخت مخلوط تهیه شده در کوره (سیستم پخت) :

 کوره های اولیه ای که سیمان در آن پخته می شد، کوره های بطری شکل عمودی بوند. پس از آنها کوره های محفظه ای و سپس کوره های استوانه ای یکسره بکار گرفته شد. لیکن وسیله اصلی پخت سیمان در حال حاضر، کوره های استوانه ای دوار است.

 سیستم پخت سیمان شامل سه قسمت «پیشگرمکن» ، «کوره» و «خنک کن» است. وظیفه پیشگرمکن، گرفتن رطوبت سطحی باقیمانده در مواد خام، آب تبلور و تجزیه کردن مقدماتی سیلیکاتها و همچنین کلسینه (آهک کردن) بخشی از کربناتهای موجود در مواد خام است.

قسمت اصلی عمل پخت در کوره صورت می گیرد. کوره های پخت سیمان استوانه های فلزی بزرگی هستند که طول و قطر آنها متناسب با ظرفیت کارخانه می باشد. این استوانه با شیب حدود 3 تا 4 درصد روی چند پایه مجهز به غلتک، قرار گرفته و دارای حرکت دورانی می باشد. مواد خام پس از طی مسیر پیشگرمکن از انتهای کوره، وارد کوره می شوند و به دلیل وجود شیب و حرکت دورانی مواد به سمت خروجی کوره و منطقه پخت سرازیر می شوند.

 در انتهای کوره یک مشعل تعبیه شده که با استفاده از سوختهای مختلف، ایجاد محیط حرارتی با درجه حرارت بالای 1400 درجه سانتی گراد را می نماید. برای حفاظت از بدنه کوره در مقابل این حرارت بسیار زیاد، مناطق مختلف کوره با استفاده از انواع آجرهای نسوز، بتون و جرمهای نسوز پوشیده می شوند. محصول سیستم پخت که از کوره خارج می گردد «کلینکر» نام دارد که به صورت دانه های خاکستری یا قهوه ای رنگ می باشد و برای پختن هر کیلوگرم آن حدود 800 کیلوکالری انرژی حرارتی صرف می گردد.