پروژه کارآموزی تاریخچه و نقش و اهمیت سیمان - کارخانه سیمان خوزستان

مقدمه :                            

                                   تاریخچه و نقش واهمیت سیمان

سیمان از انواع مصالح ساختمانی و گردی است نرم که دارای چسبندگی زیاد بوده و به عنوان یک چسب ساختمانی به کار می رود . این ماده مهم که سالانه میلیون ها 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 نا محدود 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 مورد نظر را ایجاد می نماید ، به عبارت دیگر سیمان ها مواد چسبنده ای هستند که قابلیت چسباندن ذرات به یکدیگر و بوجود 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 .

انسان  از دیر باز سیمان را می شناخته و با گذشت زمان بر نقش و اهمیت آن وقوف و آگاهی بیشتری یافته و هر روز کوشیده است بناها  ساخته های خود را مستحکمتر از گذشته احداث نماید . اهرام مصر و ساختمان های مهم در زمان امپراتوری روم بیانگر این واقعیت می باشند . از این رو ساختن ملاتهایی که دارای خاصیت سخت شدن و فشار پذیری بود مورد توجه قرار گرفت و از ملات های آهک و انواع ساروج در جهت ساختار های مهم نظیر پل ها ، تأسیسات بندری و ساختما نهای بزرگ استفاده گردیده است .

تهیه سیمان به طرق علمی جدید از قرن هیجدهم و اوایل قرن نوزدهم آغاز شد . در آن سالها مهندس "جان اسمیتون" مأموریت یافت که فانوس دریایی کوچک "ادیستون را که در دریای مانش و در ساحل "کورتوال" انگلستان قرار داشت دوباره بازسازی کند ، وی در آزمایشهای خود موفق شد که از ترکیب سنگ آهک نا خالص و خاک و پختن آن دو ، ماده ای شبیه به سنگ های پرتلند به وجود آورد .

در اواسط قرن نوزدهم به دنبال پاره ای تحقیقات از مخلوط مصنوعی سنگ آهک و خاک رس سیمانی ساخته شد که به " سیمان پرتلند " معروف گردید . این محصول شباهت زیادی به سنگهای مستخرج  از معدن جزیره " پرتلند" در انگلستان داشت و وجه تسمیه پرتلند نیز از همین شباهت ناشی می شود. اولین بنای ساخته شده با این نوع سیمان بنای پارلمان انگلستان است که در فواصل سالهای 1852 - 1840 احداث گردیده است . در حال حاظر نیز سیمان پرتلند عمده ترین سیمان تولیدی در جهان است و موارد مصرف عامتری دارد .

بعد ها " دکتر بوک" رئیس مؤسسه تحقیقات استاندارد سیمان آمریکا که به       " پدرسیمان " معروف است ترکیبات اصلی سیمان را شرح داد که مورد تأیید صاحبان صلاحیت قرار گرفت .

ایرانیان نیز در دیر باز با سیمان آشنایی داشته اند . در ساختمان سد دز روی رود کارون که در زمان شاهپور دوم ساخته شدو بند امیر که درزمان عضد الدوله دیلمی بنا گردید ، همچنین در ساختمان  آب انبار های قدیمی از ترکیبات مشابه سیمان استفاده هایی شده است .

تولید سیمان از سال 1312 با بهره برداری ازکارخانه سیمان ری  به ظرفیت صد تن در روز آغاز و با گذشت زمان ور در روند رشد و توسعه کشور نقش و اهمیت این صنعت و مصرف سیمان رو به فزونی نهاده است .

                                    بخش اول :                        

مشخصات عمومی کارخانه سیمان خوزستان

Cکارخانه سیمان خوزستان : درزمینی به مساحت قریب به 100  در استان خوزستان( دشت دنا ، کیلومتر 22 جاده رامهرمز هفتکل ) و به فاصله حدود112 کیلومتری از مرکز استان احداث شده است .

C دارای دو نوع سیمان تیپ 2 و 5

C تولید سیمان به روش خشک

C سازندگان ماشین آلات ساخت خارج از کشور

1- تجهیزات سنگ شکن                                         شرکت o&k آلمان

2- تجهیزات نمونه گیر                                             شرکت o&k آلمان

3-تجهیزات سالن اختلات مواد                                  شرکت o&k و(PWH )آلمان

4- تجهیزات آسیاب مواد خام                                   شرکت KRUPP   آلمان

5- تجهیزات سیلوی مواد خام                                    شرکت I B A U  فرانسه

6- تجهیزات دپارتمان پخت                                      شرکت F . C . B فرانسه

7- تجهیزات انتقال کلینکر                                        شرکت AUMUND آلمان

8- تجهیزات سیلوی سیمان                                       شرکت IBAU   آلمان

9- تجهیزات آسیاب سیمان                                       شرکت SKET   آلمان

10-تجهیزات بارگیرخانه سیمان                                شرکت & B H  آلمان

11- پست اصلی و تجهیزات برق                               شرکت   ELEN اتریش

12- تجهیزات الکترونیک و کنترل                             شرکت F . C . B فرانسه

                                         خط تولید سیمان

بر اساس طبقه بندی بین المللی صنعت سیمان جزء گروه صنایع کانی غیر فلزی محسوب می شود . اصولاًچهار روش برای تولید سیمان وجود دارد :               1-  روش تر  2- روش نیمه تر 3- روش خشک 4- روش نیمه خشک

نوع این روش ها بستگی به مواد خام ورودی به کوره از نظر غلظت و میزان  آب اضافه شده به آنها دارد . مهمترین و پرکاربرد ترین روش تولید سیمان در ایران روش خشک می باشد . سیستم پخت اکثر کارخانجات سیمان کشور بر این روش استوار است خط تولید سیمان از معدن شروع و به بارگیر خانه    خاتمه می یابد . در تولید سیمان در روش خشک نخست مواد خام و اولیه نظیر سنگ آهک ، خاک رس ، مارل«خاک آهک دار» ، سنگ گچ ، سنگ آهن   و سنگ سیلیس از معادن استخراج می گردنند .  در استخراج موادی نظیر   سنگ آهک ، سنگ آهن و سنگ گچ ناز به چال زنی و ایجاد انفجار به وسیله دینامیت می باشد . موادی نظیر خاک رس و مارل نیاز به چال زنی و  انفجار ندارند و صرفاً از بلدوزر ها و یا دستگاه های مشابه جهت دپو کردن   مواد استفاده  می شود .

در ابتدا مواد اوله بایستی خورد شوند و به ابعادی تا حدودی کمتر از ده میلیمتر برسند . برای خورد کردن سنگ آهک ، سنگ آهن، سنگ سیلیس و      کلوخه های درشت  و خرده سنگ های خاک رس از دستگاه های سنگ  شکن استفاده می شود . در صورت ضرورت و همچنین در صورتی که مقدار رطوبت مواد بالا باشد می بایستی خشک شوند.پس از خرد شدن وخشک شدن ، در سیستم های مدرن ، مواد اولیه اصلی ضمن افزودن مواد اولیه فرعی به نسبت های لازم با یکدیگر مخلوط مقدماتی شده و سپس در سیلو های  مشخص و معینی ذخیره می شوند و آنگاه جهت پودر شدن راهی " آسیاب های مواد خام "      می گردند.

در روش خشک تولید سیمان ، ضرورت دارد که مواد خام قبل از ورود به کوره به صورت پودر در آیند ، همچنین برای جلو گیری از کلوخه شدن و پایین آوردن چسبندگی مواد، می بایستی تا حد امکان قبل از فرستادن پودر مواد خام به سیلو های ذخیره ، خشک و رطوبت گیری شوند.

در قسمت آسیاب های مواد خام تنظیمات 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 کارخانجات سیمان آسیاب های گلوله ای و غلتکی کاربرد بیشتری دارند.پس از پودر شدن مواد خام پودر حاصله را در " سیلو های مواد خام" ذخیره می نمایند . عامل مهمی که در یکنواخت  کارکردن کوره و بالا بردن کیفیت کلینکر و با 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 سیلو های ذخیره مجهز به سیستم های پنوماتیک استفاده می شود . مواد خام از بالای سیلو های ذخیره وارد سیلو های تنظیم می شود و پس از تنظیمات لازم ، از پایین سیلو تخلیه و به کوره تغذیه می گردد .

 سیستم پخت سیمان شامل سه قسمت پیش گرمکن ، کوره و خنک کن است. وظیفه پیش گرمکن گرفتن رطوبت سطحی باقی مانده در مواد خام ، آب تبلور و تجزیه مقدماتی سیلیکانها و همچنین کلسینه « آهک کردن » بخشی از کربناتهای موجود درمواد 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 سه تا چهار درصد روی چند پایه مجهز به غلتک ، قرار گرفته و دارای حرکت دورانی می باشد . مواد خام پس از طی مسیر  پیش گرمکن از انتهای کوره ، وارد کوره می شوند و به دلیل وجود شیب و حرکت دورانی مواد به سمت خروجی کوره و منطقه ی پخت سرازیر         می شوند . در انتهای کوره یک مشعل تعبیه شده که با استفاده از سوخت های مختلف ، ایجاد محیط حرارتی با درجه حرارت بالای 1400 درجه سانتی گراد را می نماید .

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 کیلو گرم آن حدوداً 800 کیلو کالری انرژی حرارتی صرف می گردد .

کلینکر خروجی از کوره دارای درجه حرارتی حدود 1000 – 1200  درجه سانتی گراد است . بازیابی این مقدار حرارت و همچنین مشکل بودن جابجا کردن کلینکر داغ ، ضرورت سرد کردن آن را ایجاب می نماید . خاصیت اساسی سرد کردن کلینکر ، تکمیل تشکیل کریستالهای کلینکر و بالا رفتن کیفیت آن می باشد . عمل سرد کردن 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 سالن های مربوطه ذخیره می گردد . برای پودر کردن کلینکر از آسیاب های گلوله ای استفاده می شود . در این قسمت از خط تولید به همراه کلینکر ورودی به آسیاب سیمان ، مقدار 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 سیلو های سیمان ذخیره می گردد و سپس به وسیله " ارسلاید " از سیلو ها خارج و به داخل مخازن یا قیف های دستگاه بارگیری هدایت می شود .

بارگیری به دو صورت انجام می پذیرد : یکی به صورت پاکت و دیگری به صورت فله .

بارگیرخانه در انتهای خط تولید قرار دارد و با توجه به موقعیت جغرافیایی و محل کارخانه ممکن است دارای امکانات مختلف بارگیری نظیر در کامیون ، کشتی و واگن به صورت کیسه یا فله باشد .

واحد کنترل کیفی و آزمایشگاه در کلیه مراحل تولید سیمان از ابتدای خط تولید تا بارگیر خانه نظارت دقیق و محاسبات مستمری را جهت تولید سیمان با کیفیت مطلوب و مطابق با استاندارد های لازم به عمل می آورد .در این ارتباط آزمایشات شیمیایی و فیزیکی مختلفی از جمله تعیین مقادیر اکسید های مختلف، تعیین مقدار گچ ، گیرش سیمان ، ثبات حجم ، مقاومت فشاری ، نرمی و زبری سیمان ، مقاومت کششی ، مقاومت خمشی و نظایر آن توسط واحد کنترل کیفی صورت می پذیرد .  در شکل های صفحات بعدجانمای کلی یک کار خانه سیمان از ابتدا تا انتهای خط تولید دیده می شود . شایان ذکر است برای حمل مواد اولیه و کلینکر در قسمت های مختلف خط تولید بسته به موقعیت های ایجاد شده از نوار های نقاله ، کامیون و واگن های هوایی استفاده می شود .

محصول سیمان به دو صورت فله و پاکت به بازار عرضه شده و از آن در بسیاری از کار های ساختمانی و زیربنایی استفاده می شود . ازاتاق های کوچک تا آسمانخراش های  بزرگ ، از حوض های کوچک تا تأسیسات عظیم بندری ، از استخر های شناتا صد های مستحکم و عظیم ذخیره آب و … همه و همه نقش واهمیت سیمان را در زندگی انسان متجلی و آشکار می سازند .

محصول سیمان دارای خاصیت جذب رطوبت از هوای آزاد است .لذا           می بایستی بسته بندی و نگه داری آن به صورتی باشد که اولاً تا حد امکان از نفوذ هوا و رطوبت به آن جلوگیری شود. ثانیاً آنچنان انبار شود که تحت فشار نباشد . در صورت وجود فشار و رطوبت سیمان سریعاً کلوخه می شود . مدت زمان نگه داری سیمان دارای نقش مهمی روی کیفیت سیمان است . آنچه مسلم است در بهترین شرایط نگه داری سیمان با گذشت زمان ، کیفیت سیمان  کاهش خواهد یافت . 

                                           انواع سیمانها :

سیمانهای استاندارد شده به دو گروه تقسیم می گردد :

سیمان تیپ 1- سیمان معمولی جهت مصارف عادی .

سیمان تیپ2- سیمان ضد سولفات متوسط با حرارت  هیدراتاسیون متوسط جهت  زمین های نسبتاً شوره زارو در جنب  آب دریا مصرف می شود.

سیمان تیپ3- سیمان زود گیر است .

سیمان تیپ4- سیمان با حرارت هیدرا تاسیون کم جهت حجم های زیاد مانند سد ها بکار می رود .

سیمان تیپ 5- سیمان ضد سولفات بالا برای زمین های خیلی شوره زاردر جنب آب دریا کاربرد دارد .

سیمان پرتلند که در حدود 95 درصد آن کلینکر پرتلند می باشد و بالا ترین رقم تولید را به خود اختصاص می دهد .

سیمان های مخلوط که جزء اصلی آن ها کلینکر پرتلند است و به همراه آن سازنده های فرعی ( مواد افزودنی ) به کار رفته است .

سیمان پرتلند روباره ای که دارای بیش از 65درصد کلینکر پرتلند و کمتر از 35 درصد روباره ذوب آهن است .

سیمان پرتلند خاکستر ذغال سنگ با بیش از 65 درصد کلینکر پرتلند و کمتراز 35 درصد خاکستر حاصل از سوختن ذغال می باشد ( درایزوگامها ).

سیمان پرتلند آهکی که به PKZ  شهرت دارد و نخستی بار در ایران در کارخانه سیمان آبیک ( 1374 ) به تولید رسیده ، در تولید سیمان مذکور بیش از 80 درصد کلینکر پرتلند و کمتر از 20 درصد سنگ آهک ویژه مصرف می گردد .