سیمان

مقدمه:

مصرف سیمان درکشورها می تواند به عنوان شاخصی از پیشرفتگی آنها در نظر گرفته شود. البته توجه به اقلیم هر کشور،نوع مصارف سیمان و مسائلی دیگر ضروری می باشد. در کشورها نیز درطی چند سال گذشته نیاز به این ماده ی پر اهمیت مهندسی بیشتر شده است و این نیاز منجر به تأسیس کارخانجات متعددی در سطح کشور شده است. البته از دیدگاهی دیگر کشور ایران به خاطر دارا بودن منابع عظیم نفت و انرژی و دارا بودن ذخایر مواد اولیه ی مصرفی در بخش سیمان،مستعد تولید سیمان نیز می باشد. اقلیم بیابانی و نیمه خشک منطقه ی ما و عدم وجود منابع چوب نیز می تواند عاملی دیگربرای توسعه ی صنعت سیمان و مصرف آن در بخش ساختمان سازی باشد.
سیمان یک ماده ی متداول در کشور ما محسوب می گردد و کسی نیست که این ماده را نشناسد ولی اطلاعات افراد در مورد این ماده اندک است از این رو،دراین مقاله تلاش شده است تا اطلاعاتی مناسب در مورد صنعت سیمان ارائه گردد. همچنین مطالب به نحوه ای بیان شده است تا عموم عزیزان بتوانند از آن استفاده کنند. امیدواریم که مطالعه ی این مقاله باعث افزایش سطح اطلاعات خواننده باشد.

1. تعریف:

سیمان پودری است که خاصیت چسبانندگی ایجاد می کند. این ماده پس از واکنش با آب می تواند ایجاد ساختارهای بلوری یا هیدراتهای بلند کند که پس از سخت شدن،حتی در زیر آب هم به صورت یک بافت سخت و یکپارچه در می آید.
بنابر یک تعریف درگی سیمان گردی است نرم، جاذب آب و چسباننده خرده سنگ که اساساً مرکب است از ترکیبات پخته شده و گداخته شده ی اکسید کلسیم با اکسید سیلسیم، اکسید آلومینیم و اکسید آهن. ملات این گرد قادر است به مرور در مجاورت هوا و یا در زیر آب سخت شود،در زیر آب ضمن داشتن ثبات حجم مقاومت خود را نیز حفظ می نماید. و در فاصله ی 28 روز در زیر آب ماندن دارای حداقل مقاومت 250 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع می شود.
در رم قدیم مخلوطی از خرده سنگ و آهک پخته درست می کردند که از ترکیب این مخلوط با آب،بتن حاصل می شد و از این بتن برای کارهای ساختمانی استفاده می گردید. این نوع ساختمانها را (caementitium) opus می نامیدند. به مرورکلمه ی cementum به مخلوط های مورد استفاده در این نوع ساختمان سازی اطلاق گردید. منظور از cementum نوع خاصی خرده سنگ است که وقتی پودر آنها با آهک مخلوط می شد،مخلوط حاصله دارای خاصیت هیدرولیکی بیشتر می شد و به مرور در مجاورت هوا و در زیر آب سخت می گردید و دارای مقاومت و سختی قابل توجهی می شد. این خرده سنگها از باقیمانده ی آتشفشان یعنی خاکستر آتشفشان بودند و یا اینکه از خردکردن خرده آجرهای تولید شده درکوره آجرپزی که در واقع همان خاک رس پخته است،بدست می آمده اند.

2. تاریخچه

همانگونه که گفتیم مواد چسباننده ی پایه هیدرولیکی به دوران رومیان باز می گردد. در آن دوران رومیان از موادی شبیه به سیمان امروزی استفاده می کردند. این مواد که جزء مصالح ساختمانی آن دوره بودند از ترکیب خرده سنگ با یک ماده ی چسباننده مانند آهک پخته ساخته می شدند. علاوه بر این مواد، افزودنی هایی شبیه پودر بسیار نرم سفالهای پخته شده و خاکستر آتشفشانی نیز اضافه می شده است. مواد افزودنی باعث ایجاد خاصیت چسبندگی هیدرولیکی در مخلوط می شود. این ماده ی چسباننده در سیر تحول به نام سیمان (cement) معروف گشت. درطول تاریخ این ماده ی چسبنده ابتدا cementum و بعدها با نام های cament, cimentum و نهایتاً سیمان (cement) نام گرفت.
در سیرتحول ساخت سیمان،اهمیت خاک رس در ترکیب مواد اولیه ی دانسته شد. و با توجه به نیاز،سیمان های با کاربردهای خاص و ویژه تولید شد. با توجه به اینکه مسائل مربوط به سیر تحولات تاریخی سیمان گسترده است، آنها را بیان نمی کنیم و به سراغ سیر تحول ادوات مورد استفاده در صنعت سیمان می رویم:

1. 2. سیر تحول روش های تولید

در تولید سیمان کلاً دو روش وجود دارد که به شرح زیر است:
1) روش تر
2) روش خشک
در روش تر مواد اولیه به صورت دوغاب درآمده و دوغاب حاصل پس از آسیاب شدن و رسیدن به خواص مطلوب به داخل کوره ای می روند که در این کوره ابتدا آب دوغاب خشک شده،سپس واکنش های مربوط به زنیترینگ انجام می شود. البته لازم به توضیح است که در فرآیند تر معمولاً مواد خردایش یافته در تانکرهایی آب خور شده و کلاً خواص دوغاب پیش از مرحله ی پخت معین می گردد.
در روش خشک مواد پس از خردایش و آسیاب ابتدا پیشگرم شده،سپس به داخل کوره رفته که طول کوره ی پخت کلینکر در این روش معمولاً بسیارکوتاه تر از حالت تر می باشد. علت این کوتاهی این است که در روش خشک نیاز به خشک کردن مواد خردایش یافته نیست.
توضیحات داده شده دربالا توضیحات مختصری در مورد فرآیند تولید سیمان بود. در قسمت های بعدی در مورد فرآیند تولید سیمان به صورت جزئی تر صحبت می کنیم.

2. 2. سیر تحول کوره ی پخت کلینکر

کوره های استوانه ای عمودی (shaft kiln) که به صورت تناوبی کار می کردند اولین تجهیزات مورد استفاده در فرآیند پخت سیمان محسوب می شدند. اولین قدم در راه تولید پیوسته سیمان با به کارگیری کوره ی حلقوی هافمن (Hoffmann Annular Kiln) برداشته شد. واژه کلینکر سیمان نیز در این زمان یعنی هنگامی متداول گردید که تغذیه ی کوره های حلقوی به وسیله مواد خامی صورت می پذیرفت که شکل قطعات آجر (خشت) در می آمدند و مشابه با پخت آجر در کوره های آجرپزی عمل پخت آنها صورت می گرفت. کوره های چرخنده پخت سیمان (Rotary Cement Kilns) به دوره ای باز می گردند که امتیازشان توسط فردریک رانسوم در سال های 1885/1886 به ثبت رسید. پخت آزمایشی سیمان در کوره های گردنده در آلمان از سال 1897 آغاز شد و تولید صنعتی کلینکر سیمان دو سال بعد آغاز گردید. اولین کوره ی دارای پیش گرمکن مشبک (preheater) در سال 1929 و اولین کوره دارای پیش گرمکن سیکلونی (cyclonepreheater) در سال 1950 وارد چرخه ی تولید سیمان درآلمان شدند.

3. 2. سیر تحول وسایل خردایش در کارخانجات سیمان

در گذشته سنگ شکنهای فکی (Jaw crushers) جهت خردکردن اولیه ی مواد خام و کلینکر،غلتکهای خردکنده (Grinding Rolls) برای ریزکردن مواد خام خردشده در مرحله اول و نهایتاً تجهیزات آسیاب سنگی (Millstone Arrangements) که از دو قطعه سنگ آسیاب با قطرهای 105- 0.8 متر واقع بر روی یکدیگر تشکیل می شد، جهت پودرکردن مواد خام مورد استفاده قرار می گرفتند. خوراک آسیاب از طریق بازشویی واقع در مرکز سنگ فوقانی به فضای بین سنگ ساکن فوقانی و سنگ متحرک تحتانی که توسط یک شفت محوری می چرخید به آسیاب وارد و خرد می گردید.
هدف اولیه توسعه ی روشهای آسیاب کردن بر محور تولید پودرهای نرم تر و بالا بردن توان عملیاتی تجهیزات متمرکز بود. مطابق با استاندارهای موجود نرمی سیمان باید به اندازه ای می بود که درحین الک کردن با الکی با چشمه هایی به قطر 0.2 میلی متر، مقدار باقیمانده ی روی الک از حداکثر 20% کمتر باشد. این امر موجب شد تا تجهیزات آسیاب با تجهیزات سردکننده که ازجمله معایب آنها استهلاک بیش از حد و بازده پایین آنها بود،تواماً به کار گرفته شد که در این راه ظهور سیستم های جداکننده ی مکانیکی عمل کننده به کمک هوا در سال 1889 پیشرفت مهمی محسوب می شد .
از جمله تجهیزاتی که بعدها جهت آسیاب کردن مواد مورد استفاده قرار گرفتند می توان به آسیاب های لبه ای (Edge Mill)، که برای آسیاب کردن مواد خام درحالت تر به کار می رفت،انواع مختلف آسیاب گلوله ای (Ball Mill) و آسیاب گریفین (Griffinmill) که در آمریکا طراحی شده بود، اشاره کرد. در آسیاب نوع گریفین آونگی وجود داشت که سر آن به شکل یک غلتک خردکننده طراحی شده بود و در طول رینگی فولادی می چرخید که در این حالت عمل آسیاب کردن با نیروی گریز از مرکز ناشی از چرخش آونگ انجام می شد.
دستیابی به پودرهای نرم تر با توان عملیاتی قابل قبول در واقع با استفاده از آسیاب لوله ای (tube mill) در صنعت سیمان آلمان و در سال 1892 ممکن گردید. آسیابهای لوله ای اولیه آسیابهای تک محفظه ای (mill single chamber) بودند که قطرآنها 102 متر و طول آنها بین 6-5 متر و ظرفیت تولید آنها بالغ بر3 تن سیمان در ساعت بود. سیمان خروجی از این نوع آسیاب از چنان نرمی برخوردار بود که پس از الک کردن آن با الک به قطر 0.09 میلی متر مقدار باقیمانده بر روی آن در حدود 15 درصد می شد. ضمن این که توان برق مصرفی آنها نیز حدوداً 20 کیلو وات ساعت بر واحد زمان [kwh A] بود. از سال 1920 انواع مختلف آسیابهای لوله ای جایگزین سایر آسیابها جهت آسیاب کردن مواد خام و سیمان گردیدند.

3. مواد اولیه در تولید سیمان

مواد اولیه سیمان از ترکیبات مختلفی مانند کربنات ها، آلومینا سیلیکات ها،اکسید آهن و آلومینیوم تشکیل می شود. البته سه جزء کربنات ها،آلومیناسیلیکات ها و اکسید آهن در تشکیل کلینکر ازاهمیت خاصی برخوردارند. البته اجزای دیگری هم به مواد اولیه اضافه می شود که این مواد اضافه شده نقش تسهیل کننده را بر عهده دارند. این مواد بر روی شرایط کوره، پیش گرم کن و شرایط پخت تأثیر می گذارند.
مهمترین مواد اولیه مورد استفاده در صنعت سیمان ترکیبات آهک است. مواد آهکی که در صنعت سیمان استفاده می شود مینرالهای حاوی کربنات کلسیم است که در بین این مینرالها سنگ آهک مهمترین نوع مینرال است که در صنعت سیمان استفاده می شود. و علاوه بر آن مواد آهکی مثل سنگ گچ، مارل، مواد آهکی و شنهای دریایی و سنگهای مرمریتی نیز استفاده می شود. که این سنگ های از نظر ترکیب شیمیایی از کربنات کلسیم تشکیل شده است. و شکل این مینرال ها کلسیت و آرگونیت حاوی مقادیر متفاوتی ناخالصی از جمله کوارتز یا سیلیس، خاک رس، فسفات، پریت (Fe S2)، ستریت (Fe CO3)، ژئوتیت (Fe oH)، رونومیت 2(CaMg (CO3، مگنیت، گچ (CaSo4. 2H2o)، فلوریت (CaF2) و... می باشد.
سنگی آهک در کاخانه های سیمان بر مبنای منشأ تشکیل و انواع ناخالصی های موجود درآن طبقه بندی می شود. چون منشأ تشکیل سنگ بر روی مینرالهای موجود، درجه ی بلور شدن،اندازه ذرات، قدرت سیمانی شدن، میزان فشردگی و ناخالصی های موجود در سنگ تأثیر داشته و همچنین تأثیرات عمده ای روی خواص فیزیکومکانکی، میزان تجزیه پذیری، قدرت ترکیب سنگ با سایراجزای سیمان، دارد. که این خواص از اهمیت خاصی بر روی فعالیت، واکنش پذیری و میزان ترکیب پذیری ماده اولیه، درجه خردشوندگی و همچنین تأثیرات آن روی آسیابهای سیمان دارد.
آسیاب نشدن کامل مواد اولیه موجب واکشن ناقص اجزا شده که این مسأله باعث تخریب بتن به خاطر تشکیل و وجود مواد ناخاسته در بتن می گردد.

1. 3. مواد افزودنی، مواد تسهیل کننده ی ترکیبات مورد استفاده در کارخانجات سیمان

این مواد عبارت اند از: سنگ معدن های طبیعی و یا زباله های صنعتی که برای تصفیه ترکیبات موجود برای تولید انواع سیمان مورد استفاده قرار می گیرد. افزایش این مواد به سیمان چه قبل از ورود مواد اولیه به کوره،و چه بعد از تشکیل کلینکر و درحین آسیاب شدن به سیمان،می تواند تأثیرات متفاوتی در خواص بعدی سیمان داشته باشد. از جمله ی این مواد عبارت اند از:ترکیبات آلومینیوم سیلیکات که در سنگ معدنهای مختلف درصد سیلیس و با آلومین متفاوت است. از جمله سنگهای غنی از سیلیس مثل ماسه سنگ، فلینت، دیاتومیت و سنگهای کوارتریتی و همچنین سنگهای آلومینا سیلیکاتی (خاک رس، شیل و...) است که درصد تخلخل سنگ ها متفاوت است که دو نوع اول از نوع سنگهای نرم می باشد و شیل از نوع سنگهای رسوبی می باشد. در این سنگها علاوه بر ترکیبات آلومینا سیلیکات ترکیبات دیگری از جمله سیلیس آزاد، منیزیت، قلیایی ها و گوگرد نیز وجود دارد.
برای تولید سیمان سفید از افزودنی کائولن سفید با درصد آلومینای بالا استفاده می شود.
بوکسیت یکی از انواع رسهاست که ترکیب شیمیایی آن دارای مقادیرمتفاوتی هیدروکسید آلومینیوم است و همچنین مقادیر متفاوتی مینرالهای مختلف هیدراته ی آهن وجود دارد در صورتی که سنگ غنی ازآلومینیوم باشد مینرالهای موجود در آن را بوهمیتا (Al2O3. 3H2O - لا) و یا دیاسپور (Al2O3. H2O-×) و گپسیت (Al2O3. 3H2O) تشکیل می دهد. که در تولید سیمان استفاده می شود به عنوان مواد تسهیل کننده ترکیبات از سنگ معدنهای غنی از اورانیوم استفاده می گردد.
میزان استفاده از ترکیبات آلومینایی بین 5-10 درصد در کارخانه سیمان متغیراست و در صورتی که ازسنگ آهک خالص استفاده شود این مقدار تا 25 درصد می تواند افزایش یابد. علاوه براین ترکیبات مواد دیگری هم استفاده می شود که عبارت است از: خاکستر آتش فشانی، باقی مانده سوختهای زغال سنگ در نیروگاه ها،سرباره ذوب آهن و ضایعات کارخانه کاغذسازی.
علاوه بر ترکیبات شیمیایی که لازم است با هم، هم خوانی داشته باشند، مواد افزودنی و مواد تسهیل کننده نیز باید با هم، هم خوانی داشته باشند.

4. فرآیند تولید سیمان

1. 4. خردایش مواد خام

معمولاً خردایش مواد اولیه توسط ماشینهای مختلف صورت می گیرد. که در این قسمت سنگ شکن ها و آسیاب ها قرار گرفته اند.
سنگ شکنهای مورد استفاده در صنعت سیمان عبارتند از:
1) سنگ شکن فکی
2) سنگ شکن مخروطی
3) سنگ شکن نوردی
مکانیزم سنگ شکن های بالا براساس اعمال فشار بر روی مواد اولیه است. که علاوه براین نوع سنگ شکن ها سنگ شکن هایی وجود دارند که اساس کارآنها ضربه است. این نوع سنگ شکن ها عبارتند از:
1) سنگ شکن ضربه ای
2) سنگ شکن چکشی
از لحاظ بازده،بازده سنگ شکن چکشی از سه نوع فکی، مخروطی و نوردی بیشتر است. امروزه نیز به خاطر همین مسئله استفاده از این نوع سنگ شکن در کارخانجات سیمان متداول گشته است. این نوع سنگ شکن بسیارعظیم الجثه است. و دارای چکش های بسیار بزرگ است.
آسیاب های مورد استفاده در کارخانجات سیمان دو نوع اند:
1) آسیاب های گلوله ای

2) آسیاب های لوله ای
این آسیاب ها همچنین براساس مسیر پیمایش ماده نیز تقسیم بندی می شوند که براین اساس به دو نوع سیستم تقسیم می شوند:
1) سیستم باز
2) سیستم بسته
در مسیر باز مواد فقط یک بار عبور می کند اما در مسیر بسته مواد پس از آسیاب شدن و خردشدن از الکهای با مش معین عبور کرده و موادی که بر روی الک باقی می مانند دوباره به سنگ شکن باز می گردد. البته اکثر آسیاب ها معمولاً دارای سیستم بسته هستند.
البته آسیاب ها را براساس خواص دیگر آنها نیز طبقه بندی می کنند مثلاً براساس حالت مواد مورد خردایش قرار گرفته ولی با توجه به تحولات انجام شده در صنعت سیمان دنیا و تغییر روش ها از روش تر به روش خشک،این تقسیم بندی ها و طبقه بندی ها منسوخ گشته است.

2. 4 خشک کردن مواد اولیه

مواد اولیه معمولاً دارای رطوبت هستند این رطوبت در برخی موارد به 10 تا 12 درصد نیز می رسد. برای داشتن شرایط بهینه درآسیاب کردن و فرآیند پیش گرم کردن مواد اولیه در سیکلون ها باید مواد اولیه رطوبت زیادی نداشته باشند از این رو مواد اولیه خشک می گردند.
برای خشک کردن مواد اولیه معمولاً از روشهای مختلفی استفاده می شود. براساس نحوه ی حرکت مواد اولیه و جریان هوا این تقسیم بندی به صورت زیر است:
1) خشک کن دارای جریان متقابل
2) خشک کن دارای جریان موازی

1. 2. 4. خشک کن دارای جریان متقابل

اساس کارکلیه ی خشک کن ها بر مبنای برخورد مستقیم یا غیر مستقیم مواد با یک سیال گرم است که در طی این برخورد انتقال حرارت مابین سیال و مواد اولیه صورت می گیرد. در خشک کن های جریان متقابل، حرکت سیال و مواد اولیه درخلاف جهت همدیگر است. در این خشک کن از محلی که مواد اولیه خارج می گردد،هوای داغ وارد می گردد. مسأله ی مهم در این خشک کن ها تنظیم دمای مواد اولیه است. باید توجه داشت که دمای مواد اولیه از مقدار معینی بالاتر نرود زیرا این امر موجب تجزیه ی گرمایی کلسیم کربنات می شود.

2. 2. 4. خشک کن دارای جریان موازی

اساس کاراین نوع خشک کن شبیه خشک کن با جریان متقابل است با این تفاوت که جهت حرکت هوا نسبت به جهت حرکت مواد اولیه یکسان است. در این نوع خشک کن از محلی که مواد اولیه خارج می گردد،هوا نیز خارج می گردد.

3. 2. 4.مقایسه ی خشک کن دارای جریان موازی با نوع دارای جریان متقابل

توانایی خشک کن با جریان متقابل کمتر از توانایی خشک کن های با جریان موازی است. همچنین احتمال کلوخه شدن مواد اولیه درانتهای خشک کن جریان متقابل به دلیل افزایش ناگهانی دمای مواد اولیه در انتهای خروجی مواد، وجود دارد. در کل در صنایع سیمان بیشتر از خشک کن با جریان متقابل استفاده می کنند.

3. 4. پیش گرم کردن مواد

پیش از ورود مواد مهیا شده (آسیاب شده) به داخل کوره ی پخت کلینکر،این مواد باید پیشگرم شوند. مزیت پیش گرم شدن مواد این است که بازده کوره پخت کلینکر افزایش می یابد و در ضمن طول کوره نیز کاهش می یابد. این مسائل موجب کاهش هزینه ی نگهداری و هزینه ی اولیه ی احداث کارخانه می گردد و برای ما مفید می باشد عمل پیش گرم شدن مواد در سیکلون ها اتفاق می افتد. سیکلون ها ساختاری است استوانه ای که انتهای پایینی آن تنگ می گردد. و اساس کار این وسیله بدین صورت است که با حرکت مواد و هوای داغ (سیال داغ) از داخل این وسیله،دمای مواد افزایش می یابد. برای افزایش بازده سیکلون،طراحی به گونه ای است که مواد اولیه در داخل سیکلون به صورت مارپیچ (مترگونه) حرکت می کنند. (مواد اولیه از بالا به پایین می آیند). سیال نیز که عمدتاً یک هوای گرم شده است از بخش پایینی سیکلون وارد می گردد. شکل خاص سیکلون و وجود پره هایی در داخل سیکلون باعث می شود که جریان هوای وارده به شکل گردابی (چرخشی) در آمده. که این حرکت گردابی به مواد اولیه یک نیروی گریز از مرکز وارد می کند و باعث تجمع ذرات درشت در یک محل خاصی می شود. با تجمع ذرات در کنار هم این ذرات به هم چسبیده (سنگین می شوند) و از سیکلون خارج می گردند.
جریان هوایی که از پایین وارد پیش گرم کن می شود ذرات را به دو قسمت تقسیم می کند. یکی از تقسیم بندی ها ذراتی هستند که نیروی اصطکاک آنها با هوا بیشتر از نیروی وزن آنهاست. که این غلبه ی نیروی اصطکاک بر نیروی وزن باعث حرکت آنها به سمت بالای سیکلون می شود. و تقسیم بندی دوم ذرات درشت است که به پایین حرکت می کنند پس در هر سیکلون از بالا به پایین ذرات درشت تر می شوند.
معمولاً در کارخانجات سیمان بخش پیش گرم کن از 4 یا 5 سیکلون تشکیل شده است. که دمای ورودی به این سیکلونها در حدود 1100 درجه سانتیگراد و هوای خروجی در حدود 330 درجه سانتیگراد است. ورود هوا بسیار گرم این مطلب را متذکر می شود که سیکلون ها در تماس با هوای 1100 درجه سانتیگراد را باید با آجر نسوز عایق کاری کنیم.
با حرکت خوراک اولیه در طی این سیکلون ها، دمای خوراک به حدود 800 درجه سانتیگراد می رسد. ضمناً خوراک با طی سیکلون ها در زمان 25 ثانیه به انتها می رسند.
ذرات بسیار ریز از بالای سیکلون ها خارج گشته (بوسیله ی جریان هوا) وارد فیلترها می شود. این فیلترها از دو نوع فیلترهای کیسه ای (بگ فیلتر) یا الکتروفیلتر هستند. در فیلترهای کیسه ای جریان هوا وارد یک کیسه می شود که در درون این کیسه ذرات مواد باقی مانده و جریان هوا تصفیه می گردد. در الکتروفیلتر نیز اعمال یک میدان الکتریکی باعث جذب بار ذرات گشته و ذرات نهایتاً تجمع یافته و براساس افزایش وزن آنها،ذرات به پایین الکتروفیلتر می ریزند. در کارخانجاتی که می خواهند عمل فیلتراسیون هوا به شکلی کامل تر انجام شود،از دو نوع این فیلترها به صورت سری استفاده می کنند.

4. 4. کوره ی پخت کلینکر

در کارخانجات تولید سیمان بیشترین هزینه مربوط به کوره است. حداکثر ظرفیت کوره بستگی به قطر کوره، میزان چرخش کوره و شیب کوره دارد.
بنابراینکه تولید کارخانه چه مقداری است و نیاز به کلینکر در کارخانه چه مقدار است،سرعت چرخش کوره تغییر می کند. هر چه سرعت کوره بیشتر شود مقدار کلینکر خروجی بیشتر می شود. این کوره دارای یک شیب ملایم است که هر چه این شیب کمتر باشد میزان انباشتگی مواد بیشتر می شود. هرچه قطر کوره نیز بیشتر باشد،میزان انباشتگی مواد بیشتر می شود ولی باید به این نکته توجه کرد که تشکیل فازهای مناسب در داخل کوره نیازمند انتقال گرمای معینی از سطح توده ی مواد داخل کوره به عمق آن است بنابراین توجه به تنظیم مشعل کوره و میزان انباشتگی مواد اولیه امری حیاتی است و بر روی خواص کلینکر تولیدی اثر می گذارد.

1. 4. 4. نحوه ی چینش آجرها

در کوره ی پخت کلینکر نحوه ی چینش آجرها بدین نحو است که در ابتدای کوره و درجایی که مواد از پیش گرم کن وارد کوره می شوند از بتن های آلومینایی که بیش از 90 درصد آلومینا دارند استفاده می شود. علت استفاده از این بتن ها این است که این بخش از کوره دارای سایش بسیار بالایی است. در واقع خوراک کوره اگرچه ریز هستند ولی به خاطر اینکه ترکیب شیمیایی و مینرالی آنها از مواد اکسیدی با سختی بالاست،سایش شان بسیار زیاد است. این بخش های کوره عمدتاً پس از مدتی ترمیم می گردند.
طول کوره ها 75 متر است که نحوه ی چینش آجرهای آن از ابتدا (محل ورود مواد) تا انتها (محل خروج کلینکر) به صورت زیر است:
1) در سه متر اولیه آجرهای شاموتی که 70 درصد آلومینا دارند .
2) در 25 متر بعدی آجرهای منیزیتی که 80 درصد آنها منیزیا است.
3) در 21 متر بعدی آجرهای شاموتی با 70 درصد آلومینا .
4) در 26 متر آخر آجرهای آلومینایی استفاده می شود.

2. 4. 4. سوخت کوره ی پخت کلینکر

جهت پخت کلینکر سیمان در کوره از سوختهای زغال سنگ، گازوئیل، مازوت و گازطبیعی استفاده می شود. از سوختهای ضایعاتی (Waste Fuels) مختلف نیز می توان به جای سوختهای استاندارد استفاده کرد که این سوختها به عنوان سوختهای جایگزین شناخته می شوند. از جمله سوختهای جایگزین می توان به لاستیک های مستعمل اتومبیل ها، لجن اسیدی (Acid Sludge) که در طول فرآیند عمل آوری نفت خام حاصل می شود. گل رس سفیدکاری. (Bleachinhg clay) که ازجمله ضایعاتی است که درحین استخراج روغن و گریس تولید می شود،روغنهای دورریز و نیز زباله و ضایعات مواد مورد استفاده انسانها اشاره کرد. مقدار کالری تولیدی توسط زغال سنگ با افزایش رطوبت و خاکستر آن کاهش یافته و درمورد گازطبیعی نیز ازمقدار کالری تولید شده با افزایش بخش نیتروژن یا co2 کاسته می شود. معمولاً برای هر 150 کیلوگرم مواد خام اولیه، 20 کیلوگرم سوخت لازم است. البته توجه به خلوص سوخت مصرفی نیز مسأله ای حیاتی است.
انتخاب سوخت برای فرآیند پخت کلینکر یک مسأله ی مهم است.این مسأله با توجه به اقلیم و موقعیت کشور انتخاب می شود. در کشور ما نیز با توجه به وجود منابع عظیم گازطبیعی بهترین گزینه گازطبیعی است. مزایای گازطبیعی علاوه بر هزینه ی کم برای کارخانجات داخلی،آلودگی کمتر نیز هست. ضمناً با استفاده از گازطبیعی احتمال ورود ناخالصی به خوراک کوره از سوخت های جایگزین وجود ندارد. این مسأله بر روی خوردگی دیرگدازهای کوره و کنترل فرآیند پخت کلینکر تأثیر بسزایی دارد. و از دیدگاه بنده خوردگی دیرگدازها را کاهش داده و کنترل وضعیت فرایند پخت کلینکر را نیز آسان تر می کند.

3. 4. 4. کوتینگ در کوره

عوامل مختلف درتشکیل لایه در کوره ی پخت کلینکر تأثیر می گذارد. مثلاً یکی از این عوامل میزان ویسکوزیته ی فاز شیشه ای است. اگر کوتینگ تا حدود 20 سانتیمتر رشد داشته باشد مفید است و به صورت یک لایه ی محافظ عمل کرده و از خوردگی آجرهای نسوز جلوگیری می کند. اگر ضخامت این کوتینگ از 20 سانتیمتر بیشتر شود به آن حلقه (رینگ) می گویند که این رینگ مخرب بوده و احتمال این وجود دارد که رشد آن بیشتر شود و باعث بسته شدن بخشی از کوره بگردد. این بسته شدن می تواند حتی باعث انفجار کوره گردد.
وظایف کوتینگ در کوره:
1) حفاظت آجر نسوز در مقابل حرارت
2) حفاظت از آستر نسوز درمقابل حمله ی شیمیایی ترکیبات کلینکر
3) بهبود یکنواختی کلینکر (فاز شیشه ای بوجود آمده بر روی سطح کلینکر می نشیند و سطح کلنیکر را غیر یکنواخت می کند. با حرکت کلینکر بر روی کوتینگ،سطح کلینکر کاملاً گرد و یکنواخت می شود.)
4) کاهش تشعشع حرارتی
5) حفاظت از بدنه کوره
کلنیکرتولیدی از انتهای دیگر کوره خارج شده و به سرعت سرد می شود این سریع سردکردن بر خواص گیرش سیمان تولیدی اثر می گذارد. سپس کلینکر آسیاب می شود و به صورت یک پودر نرم درمی آید. پودر حاصله بوسیله ی مواد افزونی معین مخلوط می شود و به سمت مراکز مصرف فرستاده می شود.
* استفاده ازمطالب این مقاله با ذکر راسخون بلامانع می باشد.
منبع :مرجع کامل تکنولوژی سیمان/میر مسعود معطر خرازی -تکنولوژی پخت سیمان / محمدرضا عزیزیان