فرآیند تولید سیمان

فرآیند تولید سیمان عموما به سه بخش کلی زیر تقسیم می شود
- قبل از کوره ( سنگ شکن ، سالن ذخیره مواد، آسیاب مواد، سیلوهای مواد )
- کوره ( سیستم پخت ) ( کوره ، کولر، پیش گرمکن)
- بعد از کوره ( آسیاب سیمان و سیلو های سیمان )
قبل از کوره : عملیات فیزیکی خردایش و سایش یعنی خرد کردن و پودر کردن به ترتیب در سنگ شکن ها و آسیاب های مواد خام انجام می شود
مواد اصلی یا مارل سیمان از معدن استخراج و به کارخانه منتقل می شوند سپس در سنگ شکن تا ابعاد ماکزیمم یک اینچ خرد می شوند.
سالن های پیش اختلاط (سالن مواد اوایه سیمان ): سنگ خرد شده به سالن های پیش اختلاط منتقل شده و به صورت لایه ای روی هم انباشته می شود و همواره دو پایل یکی در حال انباشت و دیگری در حال برداشت وجود دارد ظرفیت هر پایل به گونه ای است که خوراک کوره سیمان به مدت یک هفته را تامین نماید.
دستگاه استاکر عملیات انباشت را انجام می دهد و با حرکت رفت و برگشت مواد را در پایل ذخیره میکند آنچه در این سالن ها اهمیت ویژه ای دارد این است که سالن مواد به طور مداوم و پیوسته توسط سنگ شکن به گونه ای تغذیه شود که خروجی آن به صورت یکنواخت بوده و دستگاه استاکر همواره جریان یکنواختی از مواد اولیه سیمان را انباشت نماید . به عبارتی دیگر مقدار تناژ مواد خرد شده که توسط دستگاه استاکر به صورت لایه ای ریخته می شود همواره ثابت و یکنواخت باشد.
چنانچه به هر دلیلی مقدار تناژ بار خروجی سنگ شکن و یا ورودی سالن تغییر کند نوسانات شیمیایی مواد افزایش می یابد
سالن ها در خطوط قدیمی فقط عمل ذخیره را بر عهده داشتند اما در خطوط مدرن علاوه بر ذخیره سازی عملیات همگن سازی را نیز انجام می دهند و این سالن ها تحت عنوان سالن های پیش اختلاط (اختلاط مقدماتی مواد) نامیده می شوند . در این سالن ها تا حدی نوسانات شیمیایی مواد اصلی یا مارل کاهش می یابد چون مواد توسط دستگاه استاکر به صورت لایه ای در سالن انباشت می شوند و تا حد مطلوبی همگن شده و سپس توسط دستگاه ریکلایمر به صورت مقطعی برداشت و به آسیاب مواد تغذیه می شوند.
توضیح: سنگ آهن و سنگ سیلیس نیز در مسیر جداگانه ای توسط یک سنگ شکن مستقل خرد می شوند و به خط تولید تغذیه می شوند .
در هر خط با توجه به نوع سیمان تولیدی در آن خط مواد اولیه با درصد های مختلف مصرف می شود.
آسیاب مواد:

مواد اصلی از معدن توسط سنگ شکن خرد شده به سالن پیش اختلاط و سپس به قیف مربوط به خود قبل از آسیاب و مواد تصحیح کننده (Corrective) نیز به قیف های مربوط، تغذیه می شوند.در خروجی هر قیف یا بونکر یک سیستم توزین نصب شده و مقدار تناژ هر ماده توسط اپراتور آسیاب مواد تنظیم می شود و در نتیجه در هر ساعت مقدار مشخصی از مواد اولیه و تصحیح کننده به آسیاب تغذیه می شود و مواد اولیه در آسیاب مواد مخلوط و تا دانه بندی معین پودر می شوند. محصول آسیاب مواد با دانه بندی و آنالیز شیمیایی تنظیم شده و با رطوبت کمتر از 0.5 درصد به سیلو های مخلوط و هموژن تغذیه می شوند( با توجه به نوع سیمان. )
از خروجی آسیاب مواد نمونه برداری و توسط دستگاه ایکس ری آنالیز می شود و با توجه به آنالیز شیمیایی ، درصد مواد اولیه و یا تناژ سیستم های توزین تنظیم می گردد. به عنوان مثال اگر درصد اکسید کلسیم کم باشد مقدار تناژ مارل و اگر درصد سیلیس و آلومینیوم کم باشد مقدار تناژ خاک رس و اگر درصد اکسید آهن کم باشد مقدار تناژ سنگ آهن افزایش می یابد و بالعکس.
سیلو های هموژن:

این سیلو ها عملیات همگن سازی و یا مخلوط کردن مواد را بر عهده دارند و نوسانات ساعتی محصول آسیاب را کاهش می دهند.مواد خام باید با ترکیب شیمیایی بهینه با حداقل نوسانات شیمیایی تنظیم شود که کوره بهترین کلینکر را با شرایط پایدار و یکنواخت تولید کند



با افزایش نوسانات شیمیایی مواد:
1- کیفیت کلینکر افت می کند
2- آجر نسوز به دلیل کوتینگ ناپایدار و یا نازک صدمه دیده و در نتیجه مصرف نسوز و توقفات کوره به دلیل نسوز کاری افزایش می یابد.
3- مصرف انرژی حرارتی افزایش و تولید کوره کاهش می یابد.
4- احتمال توقفات ناگهانی به دلیل صدمه دیدن نسوز و یا سرخ شدن بدنه افزایش یابد.
باید خوراک کوره با بهترین دانه بندی ، ترکیب شیمیایی و مینرالوژی و حداقل نوسان شیمیایی در سیلو ها مهیا گردد .

خوراک مناسب = افزایش عمر نسوز ، کاهش توقفات ، افزایش تولید کوره و کیفیت کلینکر

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 دمای آن از30 تا 40 درجه سانتی گراد به دمای حدود 900 تا 1000 درجه افزایش می یابند و واکنش های پخت با از دست دادن رطوبت سطحی و رطوبت مولکولی مواد، آغاز شده و سپس واکنش های تجزیه خاک ها 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 1450 تا 1500 درجه خواهد بود واکنش های تشکیل فازهای کلینکر تکمیل می شوند.
نکته:20 تا 30 درصد مواد در منطقه پخت ( با توجه به قابلیت پختشان ) به فاز مذاب تبدیل می شود.با بالا رفتن درصد وزنی عناصری چون اکسید آهن ، آلومینیوم ، آلکالی ها ،سولفور و منیزیم 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 با دمای 1200 تا 1250 درجه به کولر وارد می شود و با توجه به نوع و راندمان کولر دمای آن به حدود 100 تا 200 درجه کاهش می یابد . کلینکر تولیدی در سالن کلینکر ذخیره می شود.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 کردن کلینکر 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.
کلینکر= ماده اصلی سیمان
توجه : از هر 1.6 تن مواد خام تنها 1 تن کلینکر تولید می شود و 0.6 تن (حدود 37 درصد) افت وزنی مواد یا Loss می باشد . و از نظر شیمیایی :
CaCO3→ CaO+ CO2

Co2 از سیستم خارج می شود از هر 100 کیلو گرم یا 100 تن Caco3 (کربنات کلسیم ) 44 درصد یعنی 44 تن گاز CO2 یا Loss خواهیم داشت و حدود 76 درصد مواد اولیه سیمان کربنات کلسیم می باشد.

آسیاب سیمان :

در این فرآیند کلینکر با حدود 4 درصد سنگ گچ به آسیاب تغذیه می شود و با سایش همزمان کلینکر و سنگ گچ سیمان پرتلند تولید می شود چنانچه علاوه بر سنگ گچ درصد معینی پوزولان (طبق استاندارد کمتر از 15 درصد) نیز اضافه شود آنگاه سیمان پوزولانی تولید خواهد شد.
سیمان نوع 2 = سنگ گچ %4 + کلینکر نوع دو %96
سیمان پوزولانی = پوزولان %14-%12 + سنگ گچ %4 + کلینکر نوع دو%82 تا %84
سیمان نوع پنج= سنگ گچ %4 + کلینکر نوع پنج %96.

توضیح: سیمان نوع دو و سیمان پوزولانی هر دو با کلینکر نوع دو تهیه و تولید خواهند شد و تنها تفاوت سیمان پوزولانی با سیمان نوع دو در این است که در سیمان نوع دو 96 درصد آن کلینکر (بدون پوزولان) اما در سیمان پوزولانی فقط 82 تا 84 درصد آن کلینکر و 12 تا 14 درصد پوزولان مصرف می شود.