سیمان

«سیمان»

سیمان چیست؟

سیمان گردی است نرم و جاذب و چسباننده خرده سنگ که اساسا مرکب است از ترکیبات پخته شده و گداخته شده اکسید کلسیم با اکسید سیلیکون، اکسید آلومنیوم و اکسید آهن، ملات این گرد قادر است در مجاور هوا یا در زیر آب سخت شود؛ در زیر آب ضمن داشتن ثبات حجم مقاومت خود را نیز حفظ می نماید و در فاصله 28 روز در زیر آب ماندن دارای حداقل مقاومت 250 کیلوگرم بر سانتیمتر مکعب می شود.

تاریخچه صنعت سیمان ایران

اینکه از چه موقع مصرف سیمان در ایران باب شده است چندان مشخص نیست. ولی آنچه مسلم است ورود سیمان به ایران توسط بیگانگان بوده است که از آن برای ساختن بناهایی نظیر کلیساها، سفارتخانه ها و تاسیسات بندری استفاده شده است.

با شروع قرن چهاردهم هجری شمسی، گسترش کارهای زیربنایی آن چنان بود که کیفیت و کمیت محصولات سنتی جوابگوی نیازها نبود. خصوصا با فکر احداث راه آهن دولتی، ضرورت استفاده از سیمان برای ساختمان پل ها و تونل ها و ایستگاه ها محسوس تر شد.

قبل از 1314 کشور ایران چهارمین کشور وارد کننده سیمان در دنیا بود. رشد و گسترش کارهای عمرانی و زیربنایی در این سرزمین ایجاب می کرد که هر روز مقدار بیشتری سیمان وارد شود. از آنجایی که سیمان کالایی است ارزان، سنگین و آسیب پذیر و هزینه حمل و نقل آن در مقایسه با قیمت سیمان بسیار بالاست، در نتیجه تمام کشورهای دنیا برای رفع نیاز خود به سیمان اقدام به احداث کارخانه سیمان می کردند.

در فاصله سالهای 1340 تا 1360 صنعت سیمان ایران از رشد چشمگیری برخوردار شد. در سال 1340 مصرف سرانه سیمان در ایران حدود 30 کیلوگرم بود. ولی با احداث واحدهای جدید و جهش از کوره های کوچک به کوره های 1000 تنی و بالاتر، مصرف سرانه سیمان در سال 1350 بالغ بر 100 کیلوگرم و در سال 1362 به رقم 250 کیلوگرم رسید.

سیستم پخت سیمان

1 و 2: مواد اولیه: مواد اولیه مورد استفاده در صنعت سیمان معمولا سنگ آهک و خاک رس است که پس از استخراج بوسیله کامیون (یا در مواردی بوسیله واگن، کشتی، نوار نقاله و …) به محل کارخانه و به قسمت سنگ شکن حمل می شوند. خاک و سنگ آهک به صورت جداگانه از سنگ شکن عبور کرده و خرد می گردند. در سنگ شکن که مخصوص خرد کردن سنگ ها تا ابعاد دو متر می باشد، سنگ خرد (شکسته) شده و بستگی به نوع سنگ شکن و آسیاب مواد به ابعادی کمتر از 8 سانتیمر تقلیل می یابد. در مواردی سنگ آهک بصورت قلوه سنگ همراه با خاک می باشد که این مخلوط طبیعی آلوویوم یا مارل می گویند. در این مورد نیز لازم است که مواد از سنگ شکن عبور نماید.

3 سالن مواد: پس از خرد شدن سنگ آهک و آماده شدن خاک، این دو در یک سالن با یکدیگر مخلوط می شوند و یا در دو سالن جداگانه ریخته می شوند و سپس به نسبت لازم قبل از ورود به آسیاب مواد با یکدیگر مخلوط می گردند. ممکن است به مخلوط حاصله مواد اولیه دیگری نظیر سنگ آهن به منظور کمک ذوب یا سنگ سیلیس جهت تصحیح و تنظیم ترکیب شیمیایی مواد برای ساخت سیمان ضدسولفات اضافه شود. این عمل می تواند هم در سالن مواد صورت گیرد و هم اینکه مواد اولیه اصلی در قیف های جداگانه ریخته شوند و سپس به نسبت های لازم از طریق قیف ها و سیستم توزین وارد آسیاب مواد شوند.

اثر مواد قلیایی روی نحوه کار کوره و پیش گرم کن

در اغلب واحدهای تولید سیمان کنترل و سنجش مواد قلیایی موجود در سیمان از درجه اهمیت خاص خود برخوردار است. اصولا مواد قلیایی روی کیفیت سیمان سوء اثرهایی دارند، از جمله این سوء اثرها کاهش سلامت سیمان، بالا بردن انبساط حجمی ملات، پایین آوردن ثبات حجمی بتن و همچنین پایین آوردن مقاومت شیمیایی بتن در مقابل آب و خاک و مخلوط های بکار رفته در ساختن بتن را می توان نام برد.

بهر صورت ناگزیر از قبول وجود مواد قلیایی در سیمان هستیم و علت اصلی این ناچاری وجود مقدار نسبتا زیاد این مواد در خاک رس مورد استفاده در صنعت سیمان می باشد. تلاشی که بایستی صورت گیرد کاهش مقدار و درصد کل مواد قلیایی است. بر اساس ارقام استاندارد درصد کل مواد قلیایی مورد قبول برای سیمان ضد سولفات بایستی کمتر از 6/0 درصد باشد.

علاوه بر اثر نامطلوب وجود مواد قلیایی روی کیفیت، مرغوبت و سلامت سیمان و بتن، اثر سوء دیگر وجود آنها در مواد اولیه، ایجاد مشکلات در سر راه کار عادی کوره و پیش گرم کن می باشد. از جمله این مشکلات، تشکیل رینگ در قسمت های مختلف کوره و تشکیل کوتینگ های مزاحم در سیکلون های پایین پیش گرم کن است.

مشخصه هایی از خنک کن

خنک کردن کلینکر روی ساختمان کریستالی، ترکیب مینرا لوژیکی، قابلیت خرد شدن و نهایتا کیفیت سیمان تاثیر دارد. اصولا به دلایل زیر خنک کردن کیلنکر ضرورت دارد:

1. نقل و انتقال کلینکر داغ بسیار مشکل است.
2. کیلنکر داغ اثرات منفی و مخربی روی دستگاه های خرد کن (آسیاب سیمان) دارد.
3. حرارت قابل بازیابی در کلینکر حدود Kcal/Kg 200 می باشد که بازیابی آن نقش عمده ای در پایین آمدن قیمت تمام شده محصول دارد.
4. خنک کردن مناسب و مطلوب کلینکر، کیفیت سیمان را بالا می برد.

سرعت خنک کردن کلینکر روی نسبت فاز کریستالی به فاز شیشه ای موجود در کلینکر موثر است. در شرایطی که کلینکر آهسته خنک می شود، کریستالهای تشکیل دهنده کلینکر فرصت شکل گیری و درشت تر شدن را دارند، در حالی که سریع سرد کردن کلینکر مانع درشت شدن کریستالها است و باعث می گردد فاز مایع موجود در کلینکر سریع منجمد شده و بصورت شیشه ای درآید.

ثبات حجمی، سالم بودن و بی عیب بودن (Soundness) ملات حاصل از سیمان بستگی به اندازه کریستالهای پریکلاس (MgO) دارد. این کریستالها با جذب آب افزایش حجم پیدا می کند. و بالنتیجه هر چقدر کریستال بزرگتر باشد سرعت جذب آب در آن کمتر از سایر مینرال های کلینکر بوده و وجود این  مشخصه به سلامت ملات سیمان لطمه وارد می سازد. بزرگترین اندازه ذرات پریکلاس که به سختی به سلامت سیمان در حال گیرش می تواند لطمه بزند حدود 8-5 میکرون می باشد.

مشخصات فیزیکی و شیمیایی سیمان

همانطور که قبلا گفته شد سیمان پودری است جاذب آب و چسباننده خرده سنگ (شن و ماسه) که از ترکیب، پختن و گداختن اکسید کلسیم با اکسیدهایی نظیر اکسید آلومینیوم، سیلیسیوم، آهن، منیزیم و … بدست می آید. با توجه به این تعریف و با توجه به انتظاراتی که از جنبه فیزیکی و کاربردی از سیمان و بتن حاصله مورد نیاز است، ایجاب می گردد که انواع و اقسام سیمان ها با خصوصیات کاربردی متفاوت ساخته شود. بعنوان مثال سیمان نوع 1 یا سیمان معمولی دارای کاربرد در ساختمان سازی معمولی است. در ساختن سدهای عظیم و اسکله ها که هر دو آنها مورد تهاجم املاح موجود در آب می باشند مصرف این نوع سیمان مصلحت نیست و از اینرو از سیمان مخصوص یا سیمان دارای مقاومت شیمیایی بالا استفاده می شود. این سیمان علاوه بر دارا بودن مشخصات عمومی سیمان ها دارای مشخصه مقاومت شیمیایی در مقابل سولفات ها و مواد قلیایی موجود در آب و خاک نیز می باشد. با ذکر مجدد اینکه انواع گوناگونی سیمان وجود دارد که به نوعی دیگر که به نام سیمان چاه نفت معروف است و مورد کاربرد در حفاری های چاه­های نفت، اشاره می شود. این سیمان علاوه بر دارا بودن مشخصه عمومی سیمان ها و مقاومت لازم در مقابل سولفات ها و مواد قلیایی، دارای خصوصیات لازم جهت کاربرد در اعماق زمین که درجه حرارت و فشار بیش از حد متعارف نیز می باشد.

خوشبختانه با توجه به قدمت هفتاد و پنج ساله صنعت سیمان در ایران، هم اکنون کارخانجات سیمان ایران دارای قابلیت و تجربه لازم برای ساخت انواع سیمان ها هستند.

اجزاء اصلی تشکیل دهنده ترکیب سیمان عبارتند از: اکسید کلسیم، اکسید سیلیسیوم، اکسید آلومینیوم و اکسید آهن. اکسید منیزیم، اکسید پتاسیم و اکسید سدیم نیز در سیمان وجود دارند که مجموعا درصد وزنی این اکسیدهای فرعی کمتر از 5 درصد است.

بخاطر وجود درجات حرارت بالا در منطقه پخت کوره، بخشی از این مواد به صورت مذاب درمی آیند و در نتیجه در چنین محیطی اکسیدهای مذکور با یکدیگر ترکیب می گردند و ترکیباتی چندتائی (چند اکسیدی) که موسوم به مینرال یا فازهای سیمان هستند پدید می آید.

بلیت (C2S)

دو اکسید کلسیم سیلیکات (2CaO.SiO₂) یا بلیت خالص در کلینکر سیمان یافت نمی شود و همراه با مقادیری از سایر اکسیدها می باشد. این ترکیب در ضمن پختن کلینکر و در حالت جامد تشکیل می گردد.

فاز فریت C4AF

چهار کلسیم آلومینوفریت (4CaO.Al₂O₃.Fe₂O₃) C₄AF، فاز فریت دارای ترکیب مشخصی نمی باشد و ترکیب آن بستگی به مقدار آلومینیوم و آهن موجود در کلینکر دارد. این فاز در محدوده بین C₂F، (2CaO.Fe₂O₃) و C₂A، (2CaO.Al₂O₃) قرار دارد و می تواند شامل هر یک از ترکیبات C₆A₂F، (6CaO.2Al₂O₃.Fe₂O₃)و C₂AF، (2CaO.Al₂O₃.Fe₂O₃) و C₆AF (6CaO.Al₂O₃.Fe₂O₃) باشد. حدودا ترکیب فاز فریت در ترکیب سیمان پرتلند نزدیک به C₄AF است.

در این فاز اکسید عناصر دیگر نیز وجود دارد و رنگ سیمان وابسته به این فاز و مقدار آن می­باشد. C₂AF خالص دارای رنگ قهوه ای، C₂AF بهمراه MgO دارای رنگ خاکستری سیر یا سبز می باشد. این فاز میل ترکیبی کمی دارد و نقش هیدرولیکی چندانی در سیمان ندارد.

فاز آلومینات

سه اکسید کلسیم آلومینات (3CaO.Al₂O₃) ،فاز آلومینات نیز مشابه دو فاز دیگر به همراه عناصر خارجی می باشد. در این فاز، اکسیدهای سدیم و پتاسیم قادرند تا حد 5 درصد وزنی جای بگیرند. خاصیت ترکیبی فاز آلومینات بسیار بالا می باشد و با حضور اکسیدهای قلیایی این میل ترکیبی شدیدتر می گردد. ترکیباتی از فاز آلومینات همراه با اکسیدهای سدیم و پتاسیم به فرمول های KC₈A₃ و NaC₈A₃ گزارش گردیده است.

بدلیل میل ترکیبی شدید فاز آلومینات با آب و برای جلوگیری از گیرش سریع سیمان مقداری سنگ گچ (سولفات سدیم) بعنوان عامل بازدارنده (کند کننده) گیرش به سیمان افزوده می شود.

سنگ گچ

یکی از مینرال های موجود در کلینکر سیمان، فاز سه کلسیم آلومینات است. این فاز دارای میلی ترکیبی شدیدی با آب و آهک هیدراته می باشد. بدین صورت:

چگونگی پخت مواد

مواد خام ورودی به داخل پیش گرم کن و کوره به دلیل تماس با گازها و نهایتا شعله متحمل تغییراتی می شود. در ابتدای ورود، آب سطحی و سپس آبهای کریستالی، مواد آلی و گیاهی موجود در خود را از دست می دهد و به تدریج گرم و داغ می شود. از این مرحله به بعد ترکیبات سیلیکات موجود در مواد خام (خوراک کوره) که از طریق خاک رس وارد خاک کوره گشته اند شروع به تجزیه شدن می نمایند. سپس نوبت به تجزیه کربنات های موجود در خوراک کوره می رسد که بستگی به نوع سیستم پخت درصدی از کربنات ها در پیش گرم کن کلسینه می گردد. در صورتیکه سیستم کوره فقط پیش گرم کن داشته باشد درصد تکلیس تا حدود 40 درصد می باشد. در صورتیکه دارای مشعل کمکی (کلساینر) باشد درصد کلسینه شدن مواد به بیش از 90 درصد می رسد. این مراحل تا حدود 900 درجه سانتیگراد است.

…

اصول کوره بانی

مشخصه هائی از منطقه پخت

با توجه به اینکه مشخصه اصلی و هنر یک کوره بان شناخت کافی و تبحر در درک حالات مختلف منطقه پخت است لذا می توان گفت ابزار و وسایلی که جهت سنجش یا نشان دادن منطقه پخت در تابلو کنترل تعبیه شده اند، همگی اجزایی از چشم کوره بان هستند که بدون چشم کوره بان و تیزبینی و نگاه استادانه او به منطقه پخت، کامل نخواهد بود. پس با قبول اهمیت دید کوره بان بان حال ببینیم چگونه بایستی نگاه کرد و چه عواملی را در پوشش دید قرار داد:

عقب کوره

یکی از راه های کنترل و راهبری کوره، کنترل عقب کوره است. شاید دلیل اساسی کنترل عقب کوره آگاه شدن زودتر از موقع از اتفاقاتی است که چند دقیقه بعد ممکن است در منطقه پخت صورت گیرد. این کنترل از دو طریق صورت می گیرد:

1-کنترل درجه حرارت عقب کوره،

2- مکش عقب کوره.

کنترل درجه حرارت عقب کوره دارای نقش مهمتر و دقت بالاتریست.

کنترل مقدار سوخت

منظور از میزان سوخت عبارت است از مقدار سوخت مجاز برای کوره. هرگز نباید کوره بان فقط با کم و زیاد کردن سوخت اقدام به تنظیم درجه حرارت منطقه پخت بنماید و یا اینکه با افزایش دور فن کوره خود را مجاز به بالا بردن سوخت بداند. زیرا که گازهای خروجی مواجه با کمبود اکسیژن خواهد شد. اگر این چنین عمل نمائید مطمئن باشید که مواجه با مشکل و درد سر خواهید شد. زیرا که با اینگونه اعمال هیچگونه توجهی به عقب کوره که محل و منطقه کلسینه شدن خوراک کوره است نشده است. افزودن دور فن به منظور تامین اکسیژن جهت افزایش سوخت، باعث بالا رفتن درجه حرارت عقب کوره خواهد شد. بالا بردن درجه حرارت عقب کوره که دارای نقش تعیین کننده در کار کوره است کار غلطی است. هرگز نباید اجازه نوسان و تغییر، بالا و پائین رفتن را به درجه حرارت عقب کوره داد.

کنترل مقدار خوراک کوره و دور کوره

کوره ها دارای دستگاه توزین و اندازه گیری مقدار خوراک کوره هستند و این سیستم همزمان (Synchronized) و هم آهنگ با دور کوره است و بدین وسیله در صد بار و عمق بستر مواد برای دورهای مختلف کوره یکنواخت حفظ می شود. به عبارت دیگر بدون توجه به اینکه دور کوره چقدر است درصدی از مقطع کوره که بوسیله مواد پر شده است بطور تئوری ثابت باقی می ماند.

فرسایش مواد نسوز در سیستم پخت سیمان

همانطور که مکرراً گفته شد در نقاط مختلف سیستم پخت سیمان فعل و انفعالات شیمیائی – حرارتی متفاوتی صورت می گیرد و بدلیل شکل و طرح متفاوت بخش های مختلف تنش های حرارتی و مکانیکی متفاوت و گوناگونی به آجر اعمال شود.

منابع

1. تکنولوژی پخت سیمان، محمدرضا عزیزیان
2. سیمان، محمد رضا عزیزیان

…

فهرست مطالب

سیمان چیست؟ 1
تاریخچه صنعت سیمان ایران 1
سیستم پخت سیمان 4
اثر مواد قلیایی روی نحوه کار کوره و پیش گرم کن 8
مشخصه هایی از خنک کن 10
مشخصات فیزیکی و شیمیایی سیمان 12
بلیت (C2S) 14
فاز فریت C4AF 15
فاز آلومینات 15
ترکیبات فرعی 16
سنگ گچ 18
چگونگی پخت مواد 20
عوامل موثر در پختن مواد 21
کنترل کیفی سیمان 25
آزمایشات فیزیکی 29
اصول کوره بانی 34
عقب کوره 43
کنترل مقدار سوخت 51
کنترل مقدار خوراک کوره و دور کوره 53
کنترل متغیرهای خنک کن گریت 55
فرسایش مواد نسوز در سیستم پخت سیمان 59
منابع 61

مقاله فوق دارای صفحه مشخصات، فهرست مطالب و 61 صفحه متن (در قالب و ) با رعایت کامل صفحه بندی می باشد. همچنین فونت های کار شده برای متن مقاله  B Nazanin(14) و برای تیترهای داخل مقاله B Titr می باشند.

قیمت این مقاله 5900 تومان می باشد، جهت دریافت کامل متن مقاله (قابل ویرایش) بالای صفحه روی پرداخت و دریافت کلیک کنید

مشاهده فهرست مقالات عمران

نوشته شده در 9 آذر ۱۴۰۰

لطفا پس از بهره مندی از مطالب فوق با نظر گرمت به من انرژی مثبت تزریق کن 🙂