بخشی از مقاله
کارآموزی آشنایی با صنعت سیمان و دستگاههای 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.
فهرست :
بخش اول : آشنایی با صنعت سیمان
بخش دوم : مرور اجمالی در آشنایی با موتورهای برق
بخش سوم : کارهای انجام شده توسط کارآموز
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 ص
ورت 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 است
فاده 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 آسیابهای 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 باش
د. 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.
کلینکر خروجی از کوره دارای درجه حرارتی حدود 1000 تا 1200 درجه سانتی گراد است. بازیابی این مقدار حرارت و همچنین مشکل بودن جابجا کردن «کلینکر» داغ، ضرورت سرد کردن آنرا ایجاب می نماید. خاصیت اساسی دیگر مربوط به سرد کردن «کلینکر» تکمیل تشکیل کریستالهای «کلینکر» و بالا رفتن کیفیت آن می باشد.
عمل سردکردن کلینکر توسط دستگاه خنک کن (کولر) انجام می پذیرد. کلینکر تولیدی یا محصول سیستم پخت قبل از ورود به آسیاب سیمان در سیلو، انبار و یا سالنهای مربوطه ذخیره می گردد. به موازات رشد و توسعه صنعت سیمان و پیشرفت تکنولوژی، جهان امروز شاهد فعالیت کوره هایی با ظرفیت تولیدی 5000 تن در روز است.
د ) آسیاب کردن محصول سیستم پخت (کلینکر) :
برای پودرکردن «کلینکر» از آسیابهای گلوله ای استفاده می شود. در این قسمت از خط تولید به همراه کلینکر ورودی به آسیاب سیمان، مقداری گچ خام نیز به آسیاب تغذیه می گردد. افزایش گچ در ترکیب سیمان جهت کنترل گیرش کلینکر صورت می گیرد. محصولی که از پودر شدن کلینکر و گچ خام در آسیاب سیمان حاصل می گردد «سیمان» نامیده می شود.
سیمان تولیدی در سیلوهای سیمان ذخیره می گردد و سپس به وسیله «ارسلاید» (که با کمک نیروی فشار هوا سیمان را به سمت موردنظر هدایت و پمپ می کند) از سیلوها خارج و به داخل مخازن یا قیفهای دستگاه بارگیری هدایت می شود.
بارگیری به دو صورت انجام می پذیرد : یکی به صورت پاکت و دیگری به صورت فله. قسمت بارگیرخانه در انتهای خط تولید قرار دارد و با توجه به موقعیت جغرافیایی و محل کارخانه ممکن است دارای امکانات مختلف بارگیری نظیر بارگیری در کامیون، کشتی و واگن به صورت کیسه و یا فله باشد.
مواد اولیه سیمانهای پرتلند :
سیمان پرتلتد عمدتاً از ترکیبات آهک (اکسید کلسیم)، همراه با سیلیس (اکسید سیلیس) و آلومینیوم (اکسید آلومینیوم) تشکیل شده است. آهک موردنظر از مواد خام آهکی و اکسیدهای دیگر نیز از مواد رسی به دست می آید. از مواد خام دیگری چون خاک سیلیس، اکسید آهن و بوکسیت نیز می توان در مقادیر کمتر و برای به دست آوردن ترکیب موردنظر استفاده نمود. ماده خام دیگر سنگ گچ است، که تا حدود 5 درصد آن در طی آسیاب کردن به «کلینکر» سیمان پخته شده اضافه می گردد تا زمان گیرش سیمان را کنترل نماید.
مواد خام بکار رفته در تولید سیمان چنانچه به صورت سنگ سخت باشد، مانند سنگ آهک، سنگهای رسوبی لایه ای، و بعضی سنگهای رسی، یا از معدن استخراج شده و یا با انفجار به دست می آیند. بعضی از ذخایر را با استفاده از روشهای زیرزمینی استخراج می نمایند. سنگهای نرم تری چون گچ و رس مستقیماً توسط معدنچیان از دیواره معدن جدا می شود. مواد استخراجی از معدن را با استفاده از کامیون، واگنهای حمل قطار و نوارهای نقاله به آسیابهای سنگ شکن و خرد کن منتقل می نمایند.
سنگ آهک و خاک رس اجزاء اصلی مواد اولیه تولید سیمان پرتلند را تشکیل می دهند و از مواد دیگر به صورت افزودنی و تنظیم کننده استفاده می شود.
کاربردهای سیمان :
امروزه سیمان دارای مصارف گوناگون و کاربردهای وسیعی است و بسته به انواع مختلف آن در زمینه های گوناگون مورد استفاده قرار می گیرد.
سیمان را می توان تنها بکار برد، یعنی خالص به عنوان ماده دوغاب، اما استفاده معمولی و اصلی سیمان در ملات و بتون است که در آنها سیمان با مواد بی اثر که به سنگدانه معروف هستند مخلوط می شود. ملات عبارتی از سیمانی است که با ماسه یا سنگ خرد شده ای که اندازه قطرش تقریباً 5 میلیمتر است، مخلوط شده باشد.
بتون ترکیبی از سیمان، ماسه یا دیگر سنگدانه های کوچک است، اما هنگامی که بتون در حجم عظیمی چون ساختن سدها ریخته می شود از سنگدانه های به اندازه 19 تا 25 میلیمتر نیز استفاده می گردد. بتون برای اهداف گوناگون ساختمانی مورد بهره برداری قرار می گیرد. از سیمان پرتلند در تولید آجر، موزائیک، بلوک، تیر سقف، اتصالات خط آهن، و دیگر محصولاتی که با فشار در قالب شکل می گیرند، استفاده می شود. این محصولات در کارگاههای مربوطه تهیه شده و به صورت آماده برای نصب عرضه می گردد.
از آنجاییکه در دنیای امروز بتون مصرف بسیار زیادی دارد، تولید سیمان از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. همه ساله در کشورهای توسعه یافته افزایش سرانه سیمان تقریباً یک تن است. سنگدانه یا سیمان بکار رفته، کیفیت ویژه بتون، یا روش تهیه آن عواملی هستند که نوع بتون را مشخص می کنند. در بتون معمولی که در ساختمان بکار می رود، ویژگی سیمان عمدتاً از طریق نسبت آب به سیمان مشخص می گردد. هرچه آب سیمان کمتر باشد، بتون محکمتر می گردد. مخلوط بایستی به اندازه کافی آب داشته باشد تا از احاطه کامل هر ذره سنگدانه به وسیله چسب سیمان،
پرشدن فضای بین سنگدانه ها، شل بودن کافی بتون به منظور ریختن و پخش آن اطمینان حاصل گردد. عامل دیگر دوام بتون، میزان سیمان به نسبت سنگدانه است. ( که به صورت نسبت یک به سه سیمان به سنگ دانه ریز و درشت بیان می شود). در جایی که به بتون بسیار محکمی نیاز باشد، میزان سنگدانه به نسبت کمتر خواهد بود.
قدرت بتون را با استفاده از نیروی وارده به هر اینچ مربع توسط هر پوند و یا کیلوگرم بر سانتیم
تر مربع که برای خرد کردن بتونی با سختی و یا عمر مفروض می سنجند.
عوامل محیطی چون درجه حرارت و رطوبت بر استحکام بتون تأثیر می گذارد، و چنانچه به طور کامل خشک نشود، تحمل فشارهای کششی آن نامتعادل خواهد بود و اگر به طور ناقص سفت شده باشد نمی تواند این فشارها را تحمل کند. در فرآیندی که به عمل آوردن شناخته می شود، بتون را بعد از ریختن تا مدتی مرطوب نگاه می دارند تا انقباض حاصله به هنگام سفت شدن را کن
د کنند. درجه حرارت پایین نیز بر استحکام آن تاثیر منفی می گذارد. برای جبران این مسئله ماده ای افزودنی چون کلرید کلسیم به سیمان اضافه می گردد. این ماده موجب تسریع در فرآیند سفت شدن می گردد که خود باعث ایجاد گرمای کافی برای بی اثر کردن درجه حرارت تقریباً پایین می شود. در هوای بسیار سرد از ریختن بتون در ابعاد وسیع خودداری می شود.
بتونی که بر روی فلز (معمولاً فولاد) محکمی سفت گردیده «بتون آرمه» یا «بتون آهن»نامیده می شود. اختراع آن عموماً به «ژوزف مونیر» نسبت داده می شود. وی باغبانی از اهالی پاریس بود که گلدانها و لوله هایی برای باغ درست می کرد که با توری فلزی تقویت می شدند. وی در س
ال 1867 اختراع خود را به ثبت رساند.
فولاد تقویت کننده، که ممکن است به شکل میله، نرده و یا توری باشد، به استحکام کششی بتون کمک می کند. بتون ساده نمی تواند به آسانی در مقابل کشش های ناشی از عوامل باد، زلزله، ارتعاشات و دیگر نیروهای خمشی مقاومت نماید و بنابراین برای بسیاری از عملیات ساختمانی مناسب نیست.
در بتون آرمه، نیروی کششی فولاد و قدرت تراکمی بتون، قدرتی ایجاد می کند که قادر است تمامی انواع تنش های خیلی زیاد در سطح وسیع را تحمل نماید.
