شنبه , ۲۰ آذر ۱۳۹۵
دانلود رایگان نرم افزار آنالیز تصویر + فیلم آموزشی

تولید سیمان

ارسالی از :وحیده کوسلی,فریده نوروزی,فهیمه نبی پور,زینب عابدینی,سمانه یوسفی


تعریف سیمان:

سیمان گردی است نرم، جاذب آب و اینکه قابلیت به هم چسباندن ذرات را به یکدیگر به وجود می آورد که در نتیجه جسم صلب و یکنواختی را پدید می آورد. براین اساس سیمان ترکیبی است از اکسید کلسیم (آهک) با سایر اکسیدها نظیر اکسید آلومینیوم اکسید سیلیسم، اکسید آهن، اکسید منیزیم و اکسیدهای قلیائی که ترکیبی با آب را دارا می باشد و در مجاورت با هوا و همچنین در زیر آب به تدریج سخت می گردد و دارای مقاومت بالائی می شود به طوریکه در زمانی حدود ٢٨ روز که در زیر آب باشد دارای مقاومتی حداقل ٢۵٠ کیلو گرم بر سانتی مترمربع می گردد.
بنا به مطالعات پدید آمده قدمت استفاده از سیمان در رم قدم بوده است به طوریکه مخلوطی از خرده سنگ و آهک پخته درست می کردند و از ترکیب این مخلوط با آب، بتن حاصل گردیده است و از بتن بدست آمده در مراحل اجرائی کارهای ساختمانی استفاده می شده است. به طور کلی به هر ماده‌ای که خاصیت چسبانندگی داشته باشد و بتواند مواد را به یکدیگر بچسباند، سیمان گفته می‌شود.چسباننده‌ها در صنعت ساختمان بیشتر جهت چسباندن سنگدانه‌ها، قطعات بزرگتر سنگی، آجرها و … به یکدیگر به کار می‌روند. طبیعتاً اولین ماده سیمانی که به استخدام بشر درآمد ، گل بود که هنوز هم بقایای ساختمانهای گلی در مناطق کویری قابل مشاهده است. در طول سالیان مختلف ، مواد گوناگونی به عنوان سیمان به کار رفت و امروزه چسباننده‌های بسیار متنوعی شامل انواع ملاتهای سیمانی، ملاتهای گچی ، چسبهای پلیمری و… در دست است. امروزه عمده ‌ترین سیمانی که مورد استفاده قرار می‌گیرد، سیمان پرتلند می‌باشد که به طور مشروح در ادامه مورد بحث قرار می‌گیرد.

روش های تولیدسیمان:

۱) روش تر
۲) روش نیمه‌تر
۳) روش نیمه خشک
۴) روش خشک

روش تر:

داخل حوضچه‌هایی را از آب پر می‌کنند و سنگ آهک ، خاک رس و دیگر ترکیبات لازم را به نسبت معین به آن می‌افزایند . یک بازوی مکانیکی هم‌زن وظیفه اختلاط مواد و جلوگیری از ته نشین شدن آنها را بر عهده دارد. البته ممکن است از دمیدن هوای فشرده از زیر حوضچه به داخل آن هم استفاده شود. از دوغاب بدست آمده نمونه برداری کرده ، در آزمایشگاه تجزیه می‌کنند تا نسبت مواد در آن را تشخیص دهند. بدین ترتیب کمبود مواد و ترکیبات در دوغاب را تعیین و با استفاده از سیلوهای کمکی ، مواد لازم را به میزان کافی اضافه می‌ کنند تا دوغاب (لجن )با ترکیبات مناسب بدست آید. دوغاب آماده شده را به کوره پخت سیمان می‌برند.

روش نیمه تر:

در این شیوه، دوغاب بدست آمده از روش تر را پیش از آنکه به کوره بفرستند، داخل فیلترهایی به شکل آکاردئون می‌‌فشارند تا آب آن گرفته شود. حاصل ، خمیر سختی خواهد بود که پس از بریدن آن به شکل استوانه‌های کوچک ، این قطعات بدست آمده را به کوره می‌فرستند.

روش نیمه خشک:

در این روش، مواد اولیه را بر روی سینی‌های دواری به نام ًدستگاه گلوله سازً ریخته ، چهار الی پنج درصد آب اضافه می‌کنند . حرکت دورانی سینی و رطوبت موجود باعث پیوستن پودر مواد اولیه به یکدیگر و ایجاد گلوله‌هایی به نام اماج می‌شود. این گلوله‌ها خوراک کوره خواهند بود.

روش خشک:

در این روش، پودر سنگ آهک و خاک رس به صورت خشک با یکدیگر مخلوط می‌شوند و نمونه‌هایی از‌ آن تهیه می‌شود. این نمونه‌‌ها در معرض تابش اشعه X قرار می‌گیرند و بازتاب اشعه تحلیل می‌شود. از آنجا که هر ماده بازتاب مخصوصی از اشعه X دارد، با تحلیل طیفهای بازتابی از نمونه می‌توان درصد مواد گوناگون در نمونه را تعیین و نسبت به تنظیم آنها اقدام کرد. مخلوط حاصل به همان صورت خشک خوراک کوره خواهد بود.

Cement-Manufacturing-Process-Simplified-Flow-Chartنمای کلی تولید سیمان

توضیح شکل بالا:

در ابتدا مواد اولیه از معادن مربوط استخراج می گردند و سپس با توجه به موقعیت معادن بطرق مختلف راهی کارخانه شده و در سنگ شکن های مناسب خرد می شوند. مواد خرد شده در سالن اختلاط انباشته و مخلوط میگردند.مواد مخلوط شده در سالن راهی آسیاب مواد شده و در این قسمت ضمن خشک شدن پودر هم می شوند . بعد از آسیاب شدن در سیلوهائی بتنی سیلوهای موادکه نقش همگن سازی و ذخیره سازی مواد پودر شده را دارندانبار میشوند. در تمام این مراحل آزمایشگاه کنترل کیفی نظارت مستمر دارد ونمونه برداری های لازم را انجام می دهد . در نتیجه آنچه که در سیلوهای موادذخیره می شود آماده تغذیه به کوره است.(خوراک کوره).
سیستم پخت متشکل از یک سری سیکلون(پیش گرمکن)،دستگاه تبدیل سنگ آهک به آهک (کلساینر)، یک استوانه دوار(کوره) ودستگاه بازیابی حرارت( خنک کن) از محصول خروجی کوره یعنی کلینکر ( Clinker)است.خوراک کوره از بالای سیکلون ها وارد سیستم پخت شده و از طرف دیگرشعله و گازهای داغ جاری در کوره بسوی پیش گرمکن مکیده می شود . درنهایت خوراک کوره پخته شده بصورت دانه های تیره رنگ کلینکر از سیستم پخت خارج می شودکلینکر خارج شده از سیستم پخت راهی انبار کلینکر شده و سپس به آسیاب سیمان فرستاده می شود.در این قسمت همراه با حدود ۴ درصد سنگ گچ ید که پس از ذخیره در سیلوهای سیمان پودر می شود و بصورت سیمان در می اید، در بارگیرخانه بصورت های فله یا کیسه بارگیری و از کارخانه خارج میشود.

 

images  کلینکر خروجی از سیمان

مراحل تولید سیمان:

در کشور های صنعتی در اوایل قرن نوزدهم ، با گسترش صنعت ساختمان نیاز به داشتن چسباننده های آبی با مقاومت و قدرت وکارایی زیاد ، روز به روز افزایش پیدا کرد . تا این که موفق شدند از ریختن مخلوط گرد آهک وگرد خاک رس در کوره وحرارت دادن بیش از ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد وآسیاب کردن جسم پخته شده ، فراورده ای را به دست بیاورند که علاوه بر داشتن مقاومت وقدرت زیاد ، در هوا وآب می گرفت وبه خاطر تشابه رنگ سیمان سخت شده با سنگ جزیره پرتلند در انگلستان ، سیمان پرتلند نامیده شد . سیمان در اختلاط به شن وماسه وآب سفت وسخت شده وجسم یکپارچه ای به نام بتن را تشکیل می دهد.
فرآیند تولید سیمان عموما به سه بخش کلی زیر تقسیم می شود :
۱- قبل از کوره ( سنگ شکن ، سالن ذخیره مواد، آسیاب مواد، سیلوهای مواد )
۲- کوره ( سیستم پخت ) ( کوره ، کولر، پیش گرمکن)
۳- بعد از کوره ( آسیاب سیمان و سیلو های سیمان )

آماده سازی مواد اولیه:

مواد اولیه تولید سیمان اکسید های کلسیم ، سیلیسیم ، آلومنیوم و آهن می باشد که عمدتا در سنگ آهک و خاک رس وجود دارد . برای تهیه سیمان پرتلند ، ابتدا سنگ آهک از معدن استخراج شده وان را به وسیله کامیون به محل کارخانه حمل می کنند وبه قطعت حدود ۲۵ میلی متر میشکنند.
در استخراج موادی نظیر سنگ آهک، سنگ آهن و سنگ گچ نیاز به چال زنی و انجام انفجار بوسیله دینامیت وجود دارد.برای این منظور پس از خاک برداری و روبرداری و جدا کردن باطله ها، اقدامبه چال زدن با دستگاههای پنوماتیک نظیر دریل واگن یا چکش دستی می شود.پس از آماده شدن چالها آنها را توسط مواد ناریه (نظیر نیترات آمونیم و دینامیت ) و در مواردی باروت پر نموده و با چاشنی گذاری و سری کردن چاشنی ها اقدام به آتش کاری و انفجار می شود.

خرد کردن مود اولیه :

مواد آهکی اصلی ترین ماده اولیه مصرفی است که معمولاً در ایران ، بصورت سنگ آهک صخره ای ، لایه لایه و نسبتاً سخت می باشند . بدلیل صخره ای بودن این ماده اولیه و همچنین مواد اولیه دیگر(مواد کمکی)نظیر سنگ آهن وسیلیس، وجود دستگاه های سنگ شکن یا خرد کن در کارخانه سیمان ، ازضروریات است. خاک رس معمولاً به همراه مقداری کلوخه های درشت وخرده سنگ است، که برای خرد کردن آنها یا از خرد کن جداگانه و یا ازخردکن مربوط به سنگ آهک استفاده می نمایند . برای خرد کردن سنگ آهک یا سایر مواد اولیه با ابعاد بالا از دستگاههای خرد کن با طرح های گوناگون استفاده می شود که از جمله آنها :
الف) سنگ شکن هاى متحرک
ب) سنگ شکن هاى ثابت
انواع مختلف سنگ شکن که در صنعت سیمان بکار میروند ، عبارتند از:سنگ شکن فکی، مخروطی ، ضربه ای ، چکشی ، استوانه ای که نوع کاربرد هر یک بستگی به جنس مواد دارد. سنگ شکن ثابت در ابتدای خط تولید سیمان قرار دارد ، مواد اولیه بوسیله کامیون در داخل قیف سنگ شکن تخلیه می گردند و پس از خرد شدن ازطریق نوار نقاله راهی سالن ذخیره می شوند.

مخلوط کردن اولیه و ذخیره سازى:

قبل از اینکه مواد خرد شده در سنگ شکن، راهى آسیاب مواد جهت پودر شدن شوند، بداخل سالنى ریخته مى شوند تا بدینوسیله هم مقدمتا با یکدیگر مخلوط شوند و هم اینکه، این سالن نقش انبار و ذخیره سازى را دارا است.
سالن مواد از جمله مهمترین قسمتهای خط تولید است که دارای نقش هایزیر است: چون معدن و سنگ شکن فقط روزها کار می کنند و معمولاً در هفته یک روز نیز تعطیل می باشند ، وجود این سالن بعنوان محلی برایذخیره سازی و مخلوط کردن مقدماتی مواد خام ، ضرورت دارد.
– چون کوره شبانه روز کار می کند ، از اینرو لازم است آسیاب مواد ، که نیاز به گازهای کوره برای خشک کردن و جابجائی مواد دارد ، شبانه روز کار نماید. وجود این سالن، کار شبانه روزی آسیاب مواد را تضمین می نماید.
– در برخی کارخانه ها ، انواع مواد خام بصورت جداگانه ذخیره میگردند.در برخی دیگر، تعدادی از مواد اولیه نظیر سنگ آهک و خاکرس ضمن ذخیره شدن در سالن با یکدیگر مخلوط می شوند. اینو بردارنده (Stacker) مخلوط شدن اولیه نیاز به تجهیزاتی نظیرریزنده دارد(Reclaimed)
در برخی موارد این مخلوط کردن اولیه آنچنان کامل است ، که عملاً درصد تنظیم مواد تا حد صد در صد است. در مواردی دیگر بخشی ازتنظیم مواد در سالن مواد انجام می گیرد و سپس تنظیم کاملتر در آسیاب مواد صورت می پذیرد.

خشک کردن مواد اولیه:

در برخى کارخانجات سیمان، بدلیل موقعیت خاص جغرافیایى و باران خیز بودن منطقه برخى از مواد اولیه ( خصوصا خاک رس ) ، داراى رطوبتى هستند که استفاده مستقیم از آنها امکان پذیر نمى باشد.
دلیل این عدم امکان، چسبندگی زیاد مواد رسی است . از اینرو قبل از ذخیره سازی اینگونه مواد باید خشک شوند.ممکن است انواع مختلف خشک کن مورد استفاده قرار گیرد. از جمله آنهاخشک کن دوار است که شباهت زیادی به کوره سیمان دارد. این خشک کن ها میتوانند رطوبت خاک را از ۲۵ درصد به ۳ درصد کاهش دهند. دراین خشک کن هاجریان مواد مرطوب وگازگرم هم جهت بایکدیگراست.

پودر کردن مواد:

در روش خشک تولید سیمان ، باید مواد خام قبل از ورود به کوره بصورت پودر در آید . درضمن برای پائین آوردن چسبندگی مواد و جلوگیری ازکلوخه شدن ، میبایستی تا حد امکان قبل از فرستادن پودر مواد خام به سیلوهای ذخیره ، آنرا خشک کرد . برای این منظور از سیستم های مختلف، که بطور هم زمان خشک و پودر می کنند ، استفاده می شود. از جمله معروفترین این سیستم ها که در صنعت سیمان مورد کاربرد عام تری دارند،آسیاب مواد گلوله ای و آسیاب مواد غلطکی می باشند.
این نوع آسیاب ، متشکل از یک بشکه استوانه ای شکل می باشد که سطح داخلی آن توسط زره های شکل دار پوشیده شده است. استوانه دارای حرکت دورانی معینی است و زره ها نقش حفاظت از بدنه و جهت دادن به حرکت مواد و گلوله های فولادی داخل آسیاب را دارند.
داخل آسیاب به چند قسمت تقسیم شده که هر قسمت توسط صفحات مشبک به نام دیافراگم از یکدیگر جدا گشته اند. هر قسمت از داخل آسیاب موسوم به خانه است. در خانه های آسیاب ، گلوله های فولادی به قطرهای ۲۰ تا ۱۰۰ میلیمتر، به نسبت معین و وزن معین ریخته می شوند. از یک سمت آسیاب، موادی کهقرار است پودر شوند وارد می گردند. در اثر حرکت دورانی و وجود گلولهها ، ترکیبی از فشار ، سایش ، ضربه و برخورد ، باعث می شود که موادورودی ضمن طی مسیر آسیاب پودر شوند. با جریان دادن گاز گرم درآسیاب مواد خام عمل خشک کردن نیز صورت می گیرد.

تنظیم مواد خام:

پس از پودر کردن مواد ، آنرا در سیلوهای مواد خام ذخیره مینمایند.از پودر حاصله توسط آزمایشگاه نمونه برداری می شود . پس از آنالیزهای مقدماتی، توسط دستگاه اشعه ایکس یا انجام تجزیه آنالتیک وهمچنین برخی آزمایشات فیزیکی و انجام تنظیمات لازمه، آنچه که بدستید موسوم به خوراک کوره است. ترکیب خوراک کوره بستگی به نوع سیمان دارد . عمده ترین پارامترهائی که مورد آزمایش قرار میگیرندعبارتنداز درصد کربنات، درصد اشباع آهک (استاندارد آهک)، مدول های مختلف، نرمی و رطوبت مواد خام.برای دستیابی به سیمان با ترکیب مطلوب میبایستی مخلوط مواد خام آنچنان ترکیبی داشته باشد که پس از پخت ، کلینکر با ترکیب لازم بدست آید. درعمل، ترکیبات مواد خام را بصورت نسبت هائی (مدول هائ) ازدرصداکسیدهای عناصر موجود در مواد خام بیان می کنند.

سیلوهاى مواد خام:

عمل عمده اى که در یکنواخت کار کردن کوره و بالا بردن کیفیت کلینکر و در نهایت سیمان موثر است، یک نواختى ترکیب خوراک کوره، خوب مخلوط شدن و همگن بودن آن مى باشد.بمنظور همگن کردن یا هموژنیزه شدن مطلوب مواد خام ، از سیلوهای ذخیره مجهز به سیستم های هوادهی استفاده میشود.این سیلوها عموماً از بتن ساخته شده اند و طرح آنها طوری است که قادر بهمخلوط کردن مواد توسط هوا و همچنین نقل و انتقال مواد بوسیله هوا می باشند . بدینصورت که کف سیلو مفروش از سرامیک های متخلخل و یاایراسلاید است.
ایراسلاید ، محفظه دوجداره ای است که جداره روی آن پارچه ایست و درداخل جداره هوا دمیده می شود. هوا با عبور از پارچه وارد مواد میگردد وضمن بهم زدن موادازسیلوخارج میشوند.

پیش گرم کن:

در این مرحله مواد خام به صورت گرد از بالا وارد کوره شده واز طرف دیگر ( پایین کوره ) شعله دمیده می شود ، مواد خام به آهستگی از دهنه به ته کوره سر می خورند وبه تدریج دما زیاد می شود . دما از ۱۰۰ درجه تا ۸۰۰ درجه سانتی گراد افزایش پیدا می کند.وظیفه پیش گرم کن گرفتن رطوبت سطحی باقیمانده در مواد خام ، تبخیرآب تبلور،تجزیه مقدماتی سیلیکاتها و همچنین کلسینه کردن (تبدیل به آهک کردن) بخشی از کربناتهای موجود در مواد خام می باشد.

کوره:

خشی از عمل کلسیناسیون و سپس پخت نهائی در کوره انجام می شود. کوره از استوانه دوار با قطر و طول مختلف بسته به ظرفیت تولید تشکیل شده است. مواد خام پس از خاتمه کلسیناسیون به تدریج گرم تر شده و در منطقه ائی به نام منطقه پخت به حرارت ۱۴۵۰-۱۴۰۰ درجه سانتیگراد نزدیک نقطه ذوب ، عرق کرده وبه هم میچسبند و به صورت نیمه خمیری در آمده و ترکیب نهائی اکسیدها با یکدیگر انجام میگیرد و فازهای لازم تشکیل شده و به صورت کلینکر با ابعاد مختلف از کوره خارج می گردد. در کوره از انواع سوخت نظیر گاز طبیعی ، مازوت ، ذغال سنگ و غیره استفاده میگردد.

 خنک کن ( کولر ):

در انتهای کوره ، به کمک دستگاه خنک کننده ( به وسیله عبور هوای سرد یا جریان آب ) کلینکر سرد می شود . وبرای ذخیره کردن انرژی حرارت بازیافت می شود وحرارتی که از کلینکر خارج می شود دوباره به گردش در آمده وبه کوره پیش گرم کن می رود .کلینکر خروجى از کوره داراى درجه حرارتى حدود ۱۰۰۰ تا ۱۲۰۰ درجه مى باشد. بازیابى این مقدار حرارت و همچنین مشکل بودن جابجا کردن کلینکر داغ، ضرورت سرد کردن آنرا ایجاب مى نماید. خاصیت اساسى دیگر سرد کردن کلینکر، تکمیل و تشکیل کریستالهاى کلینکر و بالا رفتن کیفیت آن مى باشد. آهسته سرد کردن کلینکر باعث گسترش ساختمان بلوری کانه ها می شود وبلور ها بزرگتر می شوند وانرژی بیشتری برای خرد کردن نیاز دارد ولی اگر سریع سرد شود بلور های ریز دارد ومقاومت سیمان هم بیشتر خواهد بود .

سیلو ( انبار ) کلینکر:

کلینکر خروجی از خنک کن قبل از ورود به آسیاب سیمان ، در سیلو یاانبار و یا سالن ذخیره میگردد. وجود انبار کلینکر از این بابت ضرورت داردکه اولاً توقف آسیاب سیمان(مرحله بعدی خط تولید ) باعث توقف کوره نشود. ثانیا با ذخیره کردن کلینکر، بار ورودی به آسیاب هم خنک تر است وهم اینکه مستقل از نوسانات تولید کوره، می باشد. ضمنا وجود سیلو باعث حفاظت کلینکر در مقابل عوامل جوی نظیر باد و باران می باشد.

آسیاب سیمان:

در قسمت های قبل در مورد پودر کردن مواد خام صحبت شد. برای پودرکردن کلینکر حاصل از پخت مواد نیز از آسیابهای گلوله ای و یا غلطکی استفاده میشود. در این قسمت از خط تولید به همراه کلینکر ورودی به آسیاب سیمان ، مقداری گچ خام نیز به آسیاب تغذیه میگردد. پودر حاصل ازآسیاب شدن کلینکر و گچ خام در آسیاب سیمان، موسوم به سیمان است.آسیاب های گلوله ای سیمان ، دارای طرح های گوناگونی میباشند.. بخشی از دپارتمان آسیاب سیمان)دستگاه سپراتور ( جداکننده میباشد که سیمان خروجی از آسیاب قبل از ورود به سیلوهای ذخیره سیمان ، وارد این قسمت میگردد. سپراتور نقش جداکننده ذرات درشت سیمان از ذرات نرم وبرگردانیدن ذرات درشت به داخل آسیاب جهت پودر شدن کاملتر را دارد.

سیلوهاى سیمان:

سیلوهای سیمان، برای ذخیره سازی سیمان تولیدی توسط آسیاب سیمان است.معمولاً ظرفیت تولید آسیاب سیمان آنچنان درنظر گرفته میشود که با ۱۸ساعت کار شبانه روزی جوابگوی تولید کوره باشد.سیستم بارگیری کیسه یافله آنچنان ظرفیتی دارد که معمولاً در روز بارگیری انجام میشود . بدلیل فوق وهمچنین توقف های احتمالی آسیاب سیمان و خنک تر شدن سیمان ، ضرورت وجود سیلوهای سیمان حتمی است.سیلوهای سیمان بتونی است، همانند سیلوهای مواد خام کف آن ها بوسیله ارسلاید مفروش است و متناوباً از طریق این ایراسلایدها ، هوای محیط به داخل سیمان دمیده میشود. هدف از دمیدن هوا خنک تر کردن سیمان و پیش گیری ازفشرده و کلوخه شدن سیمان در سیلوها می باشدانتقال سیمان از آسیاب سیمان به سیلوها بوسیله هوا صورت میگیرد. سیمان ازبالا وارد سیلو میشود و توسط ارسلایدهای طویل تر، از کف سیلو بسمت بارگیرخانه هدایت میگردد.

بارگیر خانه(بسته بندی وحمل ونقل):

بارگیری سیمان بصورت پاکتی و یا فله ای صورت میگیرد. بارگیرخانه درانتهای خط تولید قرار دارد . با توجه به موقعیت محلی کارخانه ممکن استدارای امکانات مختلف بارگیری، نظیر بارگیری در کامیون، کشتی، واگن چه بصورت کیسه و یا چه بصورت فله باشد.بوسیله ارسلاید ، سیمان از سیلوها خارج میگردد . سپس توسط الواتور کاسه ای به قسمت بالای بارگیرخانه و بداخل مخازن بارگیری (قیف های دستگاه ) هدایت میشود. در هر بارگیرخانه تجهیزات لازم برای بارگیری کیسه یا فله وجود دارد.

 


منابع:

کتاب تولید سیمان پرتلند
سایت کنترل کیفیت سیمان
سایت ویکی پدیا

درخواست انجام پروژه آنالیز تصویر

همچنین ببینید

تشکیل فریت فوق ظریف (UFF) درفولاد فریتی – پرلیتی با کارسرد و آنیل

با توجه به استفاده گسترده فولادهای فریتی – پرلیتی درکاربردهای صنعتی بهینه سازی خواص آنها …

یک دیدگاه

  1. سلام خیلی مفیدبود.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.