نقش کنترل و ممیزی مواد در مصرف انرژی حرارتی

استفاده از خوراک کوره با کیفیت مطلوب موجب افزایش پایداری سیستم ضخت و کاهش مصرف انرژی حرارتی در این بخش می‌شود. تأمین چنین خوراکی مستلزم استقرار سیستم کنترل خودکار و پویا متشکل از نیروی انسانی متخصص و تجهیزات مختلف به همراه ثبت نتایج اندازه‌گیری‌ها و مشاهدات عینی در قالب سیستم ممیزی مواد می‌باشد. در این مقاله ضمن تشریح بخش‌های مختلف مورد نیاز از جهت استقرار سیستم ممیزی مواد و چگونگی ارتباط بخش‌ها و گردش‌ کار بین آنها، تفکر و روح مسلط بر آن با ارائه نمونه‌ای کاربردی از نحوه اجرا و پیاده‌سازی عملی سیستم و نتایج بسیار مطلوب حاصله بیان می‌شود.
● مقدمه:
در صنعت سیمان، سیستم کنترل کیفی مواد و محصولات به گونه‌ای طراحی شده که طی حداقل آزمایشات با حداقل زمان ممکن نتایج کاربردی قابل قبولی جهت تنظیم فراهم و ادامه عملیات در محدوده‌های مجاز میسر گردد. گاهی اوقات به دلیل تغییر در خواص کیفی مواد با تغییراتی مواجه می‌شویم که جهت تشخیص آن نیازمند استفاده از تجهیزات آزمایشگاهی پیشرفته یا مشورت با افراد متخصص در زمینه‌های مختلف می‌باشیم. استفاده از تجیهزات و تشکیل یک تیم از افراد متخصص به گونه‌ای که مکمل یکدیگر باشند و تهیه برنامه‌ کاربردی و گردش کار، ایجاد یک سیستم کنترل و ممیزی می‌نماید.
انجام ممیزی مواد در قالب یک سیستم کنترل به‌صورت دوره‌ای یا مستمر باعث شناخت گلوگاه‌ها شده و با رفع مشکلات از طرق مختلف آمادگی و قابلیت مانور سیستم در مقابل تغییرات اعمال شده به‌صورت کنترل شده افزایش خواهد یافت. در ادامه بخش‌های مختلف و مورد نیاز یک سیستم ممیزی مواد موفق و کارآمد با ارائه نمونه عینی در هر قسمت و نتایج حاصله به دقت تشریح می‌شود.
۱) اثرات کیفیت خوراک کوره بر مصرف انرژی حرارتی
اهم پارامترهای کیفی خوراک ورودی به کوره‌های سیمان به شرح ذیل می‌باشد:
۱ـ۱) دانه‌بندی
۱ـ۲) وضعیت مینرالوژی (کانی‌های تشکیل‌دهنده)
۱ـ۳) درصد اکسیدهای تشکیل‌دهنده (اکسیدهای اصلی و فرعی منشعب از مواد اولیه طبیعی)
۱ـ۴) هموژناسیون (یکنواختی)
۱ـ۵) مواد افزودنی (اکسیدهای جزئی ناشی از مواد مصنوعی یا منشعب از افزودنی‌های خاص)
هر کدام از عوامل به تنهائی می‌تواند اثر خود را به‌طور مستقل از دیگری بر کیفیت خوراک کوره نشان داده و آثار منتج از تغییرات کیفی آنها به‌طور چشمگیری بر مصارف انرژی اثرگذار خواهد بود.
واقعیت این است که نمی‌توان آثار توأمان مواد و فرآیند را به‌صورت مجزا بررسی نمود، زیرا گاهی اوقات این دو عامل به گونه‌ای در کارکرد کوره اثرگذار است که تشخیص سهم تأثیر هرکدام به‌صورت مستقل بسیار مشکل خواهد بود ولی با این وجود چنان‌چه سیستم ممیزی مواد فرآیند به‌طور مستمر برقرار گردد تفکیک این دو عامل برای یک کوره صنعتی بسیار سهل و قابل تشخیص خواهد بود. چراکه پیش‌بینی رفتار و عملکرد سیستم پخت و قسمت‌های متعلقه نسبت به مواد اولیه در دسترس پس از گذشت مدت زمانی از بررسی‌های مستمر قابل حصول خواهد بود.
۱ـ۱) اثر دانه‌بندی خوراک کوره بر مصرف انرژی:
یکی از مهمترین عوامل مؤثر در فرآیند تبدیل مواد خام به کلینکر، دانه‌بندی خوراک کوره است با افزایش نرمی مواد، سرعت واکنش شیمیائی بین مواد جامد افزایش می‌یابد. معمولاً نرمی عبارتست از مقدار ماده‌ای که از الک ۹۰ میکرون عبور می‌کند. در صورتی‌که این مقدار ۸۵ ـ ۸۰ درصد باشد، پخت خوب قابل حصول خواهد بود. برای خوراک کوره‌هائی که حاوی کانی‌های سیلیس آزاد با فعالیت کم می‌باشند (نظیر کوارتز) به‌کار بردن الک‌های ریزتر از ۷۵ میکرون (نظیر ۴۵ میکرون) نیاز می‌باشد. روش سریع و قابل اطمینان برای اندازه‌گیری توزیع دانه‌بندی ذرات پودری، استفاده از دستگاه لیزر اندازه ذرات است.
براساس تحقیقات و مطابق نظر عده‌ای از محققین حالت مطلوب و خوب برای دانه‌بندی خوراک کوره آن است که حداقل ۵۰ درصد آن کوچک‌تر از ۴۴ میکرون باشد. نرمی بیش از حد نیز مشکلاتی را در پمپ کردن مواد، برگشت غبار در کوره‌های بلند و خشک و دارای پیش‌گرمکن (که منجر به گرفتگی و ... می‌شود) موجب می‌شوند.
در ارتباط با نرمی بیش از حد خوراک کوره دو عقیده وجود دارد. یک نظر آن است که نرمی بیش از حد، مثلاً ۹۵ درصد عبوری از الک ۷۵ میکرون، خروج گرد و غبار از سیستم را افزایش می‌دهد، حال‌ آن‌که نظریه دیگر بیان می‌کند که در کوره‌های دوار، پودرهای نرم نسبت به مواد زبر تماس بیشتری برای متراکم شدن دارند و دانه‌های کوچک تشکیل شده در جریان گاز نمی‌تواند به‌صورت معلق درآیند. با استفاده از دستگاه لیزر اندازه ذرات و به‌کارگیری نمودار RRSB و تعیین پارامترهای n وX&#۶۱۴۵۰;می‌توان کیفیت دانه‌بندی خوراک کوره را تخمین زد.
خوراک کوره با پخت نرمال/ خوراک کوره سخت‌پز/ پارامتر
۰.۶۱۱/ ۰.۹۸۷/n
۱۷.۵۲/ ۱۹.۲۵/X&#۶۱۴۵۰;
n شیب نمودار توزیع دانه‌بندی و برحسب درصد وX&#۶۱۴۵۰; پارامتر نرمی و بر حسب میکرون می‌باشد و درشتی ذرات باعث افزایش مصرف انرژی حرارتی به دلیل تشکیل هاله‌های واکنشی در اطراف ذرات و افزایش زمان واکنش می‌شود.
۱ـ۲) تأثیر کانی‌های (مینرال‌های) خوراک کوره بر مصرف انرژی
اکسیدهای لازم جهت تشکیل فازهای کلینکر غالباً به‌صورت کانی یافت می‌شود. از آن‌جائی که روند واکنش‌پذیری مواد در یک دامنه وسیع حرارتی قرار دارد، لذا هرگونه عدم همخوانی در تجزیه مواد در سینتیک واکنش‌ها، می‌تواند اغتشاش ایجاد کند. در حالت ایده‌آل، تجزیه حرارتی شبکه کانی‌های موجود در خوراک کوره باید در یک محدوده دمائی نزدیک به هم جهت واکنش‌پذیری بسیار خوب باشد.
کانی‌های خوراک کوره معمولاً شامل کلسیت، دولومیت، کوارتز (یا کالسدونی)، هماتیت یا گوتیت یا مگنیتیت، کانی‌های رسی مونت موریلونیت، کائولینیت و ...) می‌باشد.
دمای تجزیه کانی‌های مذکور براساس تحقیقات انجام شده به شرح ذیل می‌باشد:
کلسیت (۹۲۰ْC ـ ۸۵۰)، دولومیت ( ۷۵۰ْC ـ ۷۰۰)، کوارتز (۱۱۰۰ْC)، گوتیت (۳۹۰ْCـ ۳۵۰) لیمونیت (۳۹۰ْC ـ ۳۵۰)، هماتیت (۵۷۵ْC ـ ۵۵۰)، مگنیتیت (۹۰۰ْC ـ ۶۰۰)، کلریت‌های آهن‌دار (۵۰۰ْC ـ ۳۳۰)، مونت موریلونیت (۹۰۰ْC ـ ۸۰۰)، کائولینیت (۸۰۰ْC ـ ۶۰۰).
بحث مینرال‌ها و تأثیر آنها بر مصرف انرژی حرارتی از دو دیدگاه درصد کمی و ابعاد بلوری قابل بررسی و تحلیل می‌باشد. که به‌طور خلاصه اهم آن به شرح ذیل بیان می‌شود.
۱) براساس نظریه هیلمن برای خوراک کوره با LSF = ۹۵ حداکثر ۵ درصد کانی‌های کربنات درشت‌تر از ۱۵۰ میکرون (کلسیت و دولومیت) می‌تواند، حضور داشته باشد.
۲) در صورتی‌که مقدار LSF کمتر از ۸۹ باشد، مقدار مذکور می‌تواند تا دو برابر افزایش یابد.
۳) مقدار سایز بحرانی برای کاهش چشمگیر در مقدار واکنش‌پذیری فلدسیات، کوارتز، کالسدونی ۴۴ میکرون بیان شده است.
۴) مقدار سیلیس آزاد کمتر از ۳ درصد نقش قابل توجهی در افزایش مصرف انرژی و کاهش پایداری پخت می‌شود.
براساس نظریه هیلمن در خوراک کوره با LSF معادل ۹۵ نبایستی بیشتر از ۵/۰ درصد سیلیس آزاد بزرگ‌تر از ۲۰۰ میکرون و یا حداکثر یک درصد بین ۹۰ تا ۲۰۰ میکرون وجود داشته باشد.
۵) باید دقت کرد در سنگ آهن، پیریت (Fes۲) وجود نداشته یا مقدار آن حداکثر ۳ درصد باشد. زیرا به‌عنوان کمک ذوب عمل نکرده و باعث مصرف اکسیژن داخل کوره می‌شود. هم‌چنین استفاده از سنگ آهن مگنیتیتی به دلیل مشکلات فیزیکی ناشی از جاذبه مغناطیسی و عمل جذب اکسیژن داخل کوره نیز توصیه نمی‌شود.
ایجاد اثراتی نظیر کاهش تمایل به تشکیل کوتینگ، ناپایداری کوتینگ، انرژی زیاد برای واکنش‌پذیری و ... در حین پروسه پخت باعث می‌شود تا مصرف انرژی حرارتی در پخت به‌طور چشمگیری افزایش یابد.
۱ـ۳) تأثیر درصد اکسیدهای تشکیل‌دهنده خوراک کوره
تأثیر چهار اکسید اصلی کلسیم، سیلیس، آهن، آلومینیوم در خوراک کوره به‌صورت سه مدول اصلی ALM، SIM، LSF مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. همواره بین LSF و مصرف ویژه حرارتی کوره، یک رابطه منطقی وجود دارد.
تغییرات مصرف حرارتی به‌صورت تئوری نسبت به LSF در محدوده ۸۰ تا ۹۵ بدون توجه به واکنش‌ قلیائی‌ها با سولفات به‌صورت زیر تعریف می‌شود.
Kj/Kg cli= ۱۱ LSF + ۷۵۵
به‌عبارت دیگر افزایش هر ۵ واحد در مقدار LSF مصرف انرژی تقریباً ۵۵ کیلو ژول به اندازه هر کیلوگرم کلینکر افزایش خواهد یافت. مدول دیگر که تأثیر قابل توجهی در مصرف انرژی دارد مدول سیلیس است. با افزایش مدول سیلیس درجه حرارت لازم برای کلینکر شدن افزایش پیدا می‌کند. تغییرات مصرف انرژی نسبت به مدول سیلیس به‌صورت خطی نیست. می‌توان گفت به‌طور تقریبی افزایش ۵/۰ درصد در مدول سیلیس، درجه حرارت مورد نیاز پخت در حدود ۵۰ درجه افزایش پیدا می‌کند.
مدول دیگر کیفیت مواد خام مدول آلومین می‌باشد. افزایش مدول آلومینیوم باعث افزایش درجه حرارت مورد نیاز جهت پخت می‌باشد. این ارتباط به‌صورت خطی نبوده و به‌صورت تقریبی می‌توان گفت افزایش ۱/۰ در تعداد مدول آلومینیوم در حدود ۱۰ درجه دمای مورد نیاز پخت افزایش می‌یابد.
● تأثیر اکسیدهای جزئی بر مصرف انرژی حرارتی
اکسیدهائی نظیر Mn۲O۳، Tio۲، So۳، K۲O، Na۲O و ... که مقادیر آن در خوراک کوره کم است، به‌عنوان اکسیدهای جزئی معرفی می‌شوند. اکسیدهای جزئی می‌توانند هم نقش مفید و هم نقش منفی داشته باشند. درصدهائی از آنها در کاهش درجه حرارت تشکیل فازها دخالت نموده و باعث بهبود پخت می‌شوند، در حالی‌که افزایش بیش از حد مورد نظر مسائلی نظیر انبساط سیمان، تشکیل رینگ و گرفتگی در کوره و مشکلات زیادی را در پخت موجب می‌شوند. ترکیبات نظیر می‌تواند دمای ظهور فاز مایع را تا ۱۰۰ْC کم کند.
۱ـ۴) اثر هموژناسیون بر مصرف انرژی حرارتی
عدم یکنواختی خوراک کوره باعث عدم تنظیم مدول‌ها در دانه‌بندی‌های مختلف خوراک کوره می‌شود، این عامل نیز باعث به وجود آمدن مناطق با LSF زیاد مناطق با LSF کم و متناظر با آن عدم تنظیم سایر مدول‌ها، خواهد شد. عدم یکنواختی مواد باعث بهره‌برداری یکنواخت و متناسب با آن مصرف انرژی حرارتی افزایش خواهد یافت.
جهت کنترل نوسانات دامنه اجرائی و قابل قبول مجاز نوسانات برای مدول‌ها به‌صورت زیر ارائه شده است:
LSF: ±۱
SIM: ±۰/۰۵
ALM: ±۰/۰۵
۱ـ۵) تأثیر مواد افزودنی بر مصرف انرژی حرارتی
مواد افزودنی غالباً بر دو دسته می‌باشند. گروهی که نقش کمک ذوب را داشته و دمای تشکیل ظهور فاز مایع را بعضاً تا ۱۰۰ درجه کاهش داده و گروهی دیگر از مواد افزودنی نقش کانی‌ساز را به عهده داشته و باعث بهبود توزیع و گسترش فازها در کلینکر خواهد شد. موادی نظیر فلورین، اکسید روی، اکسید سرب و سایر اکسیدهای فسفر، منگنز و ... از این دسته می‌باشند. به‌عنوان مثال استفاده از ۵/۰ ـ ۲/۰ درصد فلورین می‌تواند بین ۷۰ ـ ۵۰ درجه سانتیگراد، حرارت مورد نیاز در پخت را کاهش دهد.
۲) تجارب حاصل از استقرار سیستم ممیزی مواد در یک کارخانه سیمان
۲ـ۱) طرح موضوع
در بهمن ماه سال ۸۵ چنین مطرح شد که پخت مواد دریکی از کوره‌های سیمان به خوبی انجام نمی‌شود و کیفیت کلینکر به‌طور قابل توجهی افت نموده و درصد زیادی از آن از محدوده‌های توافق خارج شده است. این موضوع ابتدا در کمیته‌ اجرائی با هماهنگی گروه مواد و محصولات که مجری استقرار سیستم ممیزی مواد بوده مطرح و فعالیت‌ها و نتایج حاصله مورد بحث قرار گرفت. در ادامه روند بررسی ممیزی مواد از مرحله بررسی سوابق تا تحلیل نتایج در ادامه بیان می‌شود.
بررسی مشکل پیش آمده به علت افزایش تقریبی ۷/۶ درصد مصرف انرژی ویژه حرارتی در بخش پخت به‌صورت توأم به روی مواد و فرایند متمرکز بوده ولی از آن‌جائی که موضوع مورد بحث در این گفتار به‌روی سیستم ممیزی مواد استوار است این بخش به‌طور نسبتاً کامل تشریح می‌شود و مختصری از اهم نتایج فرآیندی ذکر خواهد شد.
۲ـ۲) بررسی شرایط فرایندی:
سوابق فرایندی موضوع مورد بحث در زمان ایجاد مشکل و قبل از آن به دلیل کاهش ۳ـ۲ درصد تناژ خوراک ورودی به کوره بررسی شده و به‌صورت مقایسه‌ای مورد ارزیابی قرار گرفت. اهم نتایج به قرار ذیل است:
۱) میزان نشتی در بخش‌های مختلف فرایند اندازه‌گیری و با مقیاس با شرایط گذشته مشخص گردید تغییرات زیادی در این پارامتر ایجاد نشده است.
۲) وضعیت مشعل از نظر پاشش سوخت و سایر مشخصات بررسی و تغییرات زیادی نسبت به قبل مشاهده نشد.
۳) مقادیر سوخت مصرفی نسبت به قبل در حدود ۵ـ۳ درصد افزایش یافته است.
۴) متناسب با افزایش مصرف انرژی حرارتی در بخش پخت درجه حرارت بدنه کوره در حدود ۵ درصد و درجه حرارت مواد ورودی به کوره در حدود ۹ درصد افزایش یافته است.
۲ـ۳) بررسی شرایط کیفی خوراک کوره
۲ـ۳ـ۱) بررسی مدول‌های کیفی خوراک کوره
در نمودارهای شمار ۱ تا ۳ نوسان LSF و SIM و ALM خوراک کوره ارائه شده است.
نوسانات مدول‌های کیفی خوراک کوره بیانگر تغییرات نسبتاً زیادی نسبت به حالت ایده‌آل و اجرائی می‌باشد. نوسانات LSF بیش از یک واحد و نوسانات SIM و ALM بیش از ۰۵/۰ می‌باشد. تجارب قبلی نشان می‌داد که وقتی نوسانات در مدول‌های کیفی خوراک ایجاد می‌شد، تغییرات نسبی نیز در کیفیت کلینکر و علی‌الخصوص آهک آزاد مشاهده می‌شد، حال آن‌که در طول مدت زمان مورد بررسی علاوه بر نوسانات مشاهده شده در مقادیر آهک آزاد، مقادیر به‌طور متوسط نسبت به قبل افزایش یافته است. در جدول شماره یک مشخصات مدول‌ها در محدوده مورد بررسی ارائه شده است.
مقادیر کمی مدول‌ها براساس تجارب چندین ساله تولید، ضمانت تولید یک محصول مستمر و با کیفیت لازم می‌نماید، مقادیر درج شده در جدول مذکور از نظر کمی اشکالی را ایجاد نمی‌کند.
۲ـ۳ـ۲) نرمی خوراک کوره
در بحث مربوط به نرمی خوراک کوره مصرح شده دو نظریه در خصوص عملکرد نرمی خوراک کوره‌ بر سیستم پخت وجود دارد. به منظور تعیین دقیق مواد نرمه علی‌الخصوص ذرات کوچک‌تر از ۱۵ میکرون از دستگاه لیزر اندازه ذرات کمک گرفته شده. نتایج توزیع دانه‌بندی در نمودار پیوست در زمان ایجاد مشکل در پخت مواد ارائه شده است.
درصد ذرات بزرگ‌تر از ۹۰ میکرون برابر ۲/۱۶ درصد و درصد ذرات بزرگ‌تر از ۴۵ میکرون برابر با ۵/۳۶ درصد می‌باشد. نتایج توزیع دانه‌بندی خوراک کوره در قبل از ایجاد مشکل نشان می‌دهد که درصد باقیمانده روی الک ۴۵ میکرون ۵/۳۸ درصد می‌باشد. تجربه سوابق فرایندی نشان می‌دهد که کوره مذکور توان پخت مواد با درصد باقیمانده روی الک ۹۰ میکرون در حدود ۱۵ تا ۱۹ درصد را به شرط عدم نوسان زیاد در دانه‌بندی را دارا می‌باشد. با توجه به این‌که خوراک کوره نسبت به قبل در حدود ۱۵ درصد نرم‌تر شده است، پخت‌پذیری مطلوب‌تری از آن مشاهده می‌شود، حال آن‌که نتیجه عکس حاصل شده است. لذا قطعاً ریشه ایجاد مشکل کیفی پیش آمده از ناحیه خوراک کوره را باید در عوامل دیگری جستجو کرد.
۲ـ۳ـ۳) مینرالوژی خوراک کوره
بررسی مینرالوژی (کانی‌شناسی) مواد اولیه، مواد خام، خوراک کوره، کلینکر و حتی سیمان مبحث جدیدی است که به‌تدریج در صنعت سیمان جایگاه واقعی خود را پیدا می‌کند و اهمیت آن برای دست‌اندرکاران کیفی، معدن و تولید مشخص گردیده است. زیرا براساس مطالعات و تحقیقات انجام شده، کلیه مواد اولیه طبیعی مصرفی در صنعت سیمان منشعب از کانی‌های مختلف می‌باشند.
با قطعیت می‌توان اعلام نمود، دو نمونه خوراک کوره با کیفیت درصد اکسیدهای یکسان می‌تواند دارای دو ساختار مینرالوژی باشد که ماحصل آن در واکنش‌پذیری کاملاً نمود پیدا خواهد کرد. نحوه بررسی مینرالوژی مواد اولیه طبیعی و کلینکر و نمونه‌های پودری نظیر خوراک کوره یا سیمان روش مخصوص به خود را دارد و صرفاً در ابزار مورد استفاده تقریباً وجه مشترک دارند اما روش آماده‌سازی برای هر کدام تفاوت می‌کند.
روش بررسی مینرالوژی خوراک کوره به این صورت است که ابتدا نمونه مورد نظر را در فراکسیون‌های ۱۸۰، ۱۲۵، ۹۰، ۷۵، ۶۳، ۴۵ میکرون دانه‌بندی کرده و از هر فراکسیون تیغه نازک تهیه شده و با استفاده از روش رنگ‌آمیزی و تفکیک کربنات‌ها از یکدیگر از سایر مینرال‌ها، مطالعات مینرالوژی انجام می‌شود. طی شناخت کامل انجام شده بر روی جبهه‌های مختلف معدن از نظر مینرالوژی و تفکیک آنها به ۲۵ لایه با مینرالوژی مختلف و تفکیک آن به ۸ لایه عمده که بیش از ۸۰ درصد ذخیره را تشکیل می‌دهد، تفکیک مینرال‌های تشکیل‌دهنده خوراک کوره به سهولت انجام شد. در خوراک کوره مورد بررسی به‌جز سنگ آهک و سنگ آهن اضافه شده، به ترکیبات ذیل یافت شد:
۱) کلسیت و دولومیت از گروه کانی‌های کربناته
۲) مونت موریلونیت و کائولینیت از گروه کانی‌های رسی
۳) کوارتز، کالسدونی، فلدسپات از گروه کانی‌های سیلیس آزاد
۴) کانی‌های کدر غالباً هماتیت و گوتیت از گروه کانی‌های آهن‌دار
وضعیت ساختار میکروسکوپی تشکیل‌دهنده‌ها به شرح ذیل می‌باشد:
در حدود ۵۴/۷۸ درصد نمونه را کربنات‌ها تشکیل می‌دهد که از این تعداد حدود ۲۷/۷۴ درصد کلسیت و ۲۷/۴ درصد آن را دولومیت تشکیل می‌دهد. در ضمن کربنات‌های موجود در نمونه از دو نوع اسپارایت و میکرایت تشکیل شده است که در حدود ۹۰ درصد کربنات‌ها به‌صورت میکرایت (ریز بلور) و حدود ۱۰ درصد باقیمانده نیز از نوع اسپارایت (درشت بلور) می‌باشند.
سیلیس آزاد در حدود ۲/۹ درصد نمونه مورد نظر از سیلیس آزاد (کوارتز و کالسدونی و ...) تشکیل شده است که حدود ۵۰ درصد سیلیس آزاد در نمونه به‌صورت ورقه‌ای و ۵۰ درصد مابقی از نوع میکروکریستالین می‌باشد. در این نمونه کانی‌های رسی در حدود ۴۵/۱۱ درصد نمونه را به خود اختصاص داده است که اکثریت قابل توجه کانی رسی از نوع مونت موریلونیت می‌باشد. کانی‌های آهن‌دار در نمونه در حدود ۵۱/۳ درصد می‌باشد که بیشتر از نوع هماتیت و گوتیت می‌باشد.
۲ـ۴) پخت‌پذیری
ماحصل کلی پارامترهای کیفی خوراک کوره را می‌توان در پخت‌پذیری جستجو کرد. پخت‌پذیری خوراک کلسینه فقط تأثیر متقابل سه جانبه اکسیدهای شیمیائی، مینرالوژی، دانه‌بندی را به‌صورت توأم در نظر می‌گیرد و تأثیر آنها را به‌صورت یک پارامتر خروجی به نام آهک آزاد در یک دمای مشخص یا تغییرات دمائی مختلف نشان می‌دهد. قابلیت پخت نمی‌تواند تأثیر مسائل اجرائی حین پخت نظیر نوسانات در دانه‌بندی، مینرالوژی، اکسیدهای شیمیائی و حتی اختلاط و تشکیل گلوله در داخل کوره پخت را در نظر بگیرد. از این‌رو لازم است تا علاوه بر ثبت اطلاعات فرایندی در حین عملیات ممیزی بازرسی‌ها انجام و نتایج مشاهدات ثبت گردد.
خوراک کوره مورد نظر از لحاظ قابلیت پخت مورد بررسی قرار گرفته که روش و شرح کار به‌صورت ذیل می‌باشد:
نمونه پودری با آب مخلوط شده و به‌صورت گلوله‌های مدور با قطر تقریبی ۲۵ـ۱۵ میلیمتر تهیه می‌شود. سپس نمونه‌های آون در دمای ۱۰۰ْCـ۹۰ خشک شده و سپس در دمای تقریبی ۹۰۰ درجه کلسینه شده و بعد از آن عملیات پخت به این صورت ادامه می‌یابد.
● پخت گلوله اول
در دمای ۱۲۵۰ درجه وارد کوره شده و سپس کوره از دمای ۱۲۵۰ تا ۱۳۵۰ درجه طی برنامه زمان‌بندی مشخص در طی مدت ۲۰ دقیقه گرم شده و سپس کوره‌ در دمای ۱۳۵۰ درجه نمونه را پخت می‌نماید. سپس گلوله اول از کوره خارج شده و آهک آزاد آن اندازه‌گیری می‌شود. به همین ترتیب قابلیت پخت برای سایر گلوله‌ها انجام می‌شود. وضعیت پخت‌پذیری خوراک کوره قبل و حین ممیزی کیفی خوراک کوره به‌صورت نمودار در ادامه ذکر شده است. پخت‌پذیری خوراک کوره بیانگر بدتر شدن وضعیت پخت‌پذیری نسبت به قبل می‌باشد. در بخش تحلیل نتایج به تشریح عوامل پرداخته می‌شود.
۲ـ۵) بررسی رفتار حرارتی خوراک کوره
یکی از روش‌های پخت‌پذیری دیگری که هنوز به‌صورت روتین در صنعت سیمان داخل کشور جاری نشده است. کاربرد بررسی رفتار حرارتی خوراک کوره به‌صورت دقیق و تحلیل نمودارهای حاصله می‌باشد.
نمونه‌های اخذ شده در حین ممیزی کیفی خوراک کوره در راستای تحلیل علت مشکل پیش آمده ناشی از سخت‌پذیری مواد، رفتارهای حرارتی تعداد زیادی از نمونه‌ها مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفت که نمونه‌ای از آن به پیوست ارائه می‌شود. کلیه نمونه‌ها با استفاده از دستگاه STA مدل ۴۲۹ ساخت شرکت NETZSCH آلمان مورد بررسی قرار گرفت. مقدار ۱/۶۰ میلیگرم از نمونه خوراک کوره با استفاده از ترازوی دقیق انتخاب شد و در دستگاه مذکور با استفاده از سرعت گرادیان دمائی ۱۰ درجه بر دقیقه گرم شده تا نهایتاً در دمای ۱۳۵۰ درجه سانتیگراد عملیات گردش و پخت متوقف شد.
با مقایسه رفتار حرارتی ماده در دماهای مختلف مشخص شد که دمای مورد نیاز جهت ظهور پیک‌های حرارتی افزایش یافته است و موضوع سخت‌پذیری مواد کاملاً محقق شد. این‌که در حدود ۶۰ـ۵۰ درجه سانتیگراد دمای مورد نیاز پخت افزایش یافته است و این مقدار تفاوت قابل ملاحظه‌ای را در مقدار کیلو کالری مصرف ایجاد می‌نماید.
در ادامه جداول و نمودارهای مرتبط با بررسی رفتار حرارتی مواد ارائه می‌شود.
۲ـ۶) بررسی میکروسکوپی کلینکر:
کلینکرهای اخذ شده از دوره ممیزی با استفاده از روش‌های مختلف و مرسوم مورد مطالعات میکروسکوپی قرار گرفت. بخشی از کلینکرها با استفاده از مقاطع نازک و برخی دیگر با استفاده از مقاطع صیقلی مورد بررسی قرار گرفتند. هم‌زمان با بررسی‌های ذکر شده، در مواردی نیاز شد نمونه‌های کلینکر به‌صورت پودری تهیه شده و با استفاده از روغن‌های مخصوص با ضریب شکست مخصوص و در حالت چرخش و غوطه‌ور نمودن نمونه‌ها در روغن، مطالعات تکمیلی انجام شود. برخی از تصاویر تهیه شده از نمونه‌هائی مورد نظر در ادامه بیان می‌شود. پوک شدن کلینکر تخلخل زیاد آن به همراه مقادیر زیادی از آهک آزاد نشان‌دهنده پخت ناقص کلینکر و عدم تشکیل به موقع فاز مذاب در مقادیر مطلوب می‌باشد. تصاویر بیانگر توزیع نامتجانس فاز مذاب حتی وجود واکنش‌های ناقص و وجود گرهک‌های در حال تشکیل فاز می‌باشد. در بخشی از کلینکر زردی موضعی وجود شرایط احیا را اثبات می‌کند. با توجه به این‌که شرایط احیا موضعی در مقیاس میکرونی تا حداکثر میلیمتر بیانگر وجود ذرات آهن در حال واکنش می‌باشد، که بیان کننده وجود ذرات سنگ آهن با کیفیت نامطلوب بوده و احتمال وجود سنگ آهن از نوع گوتیت یا لیمونیت که می‌تواند در حین پروسه پخت شرایط احیا موضعی را در مقادیری که جایگزین هماتیت شده است، موجب شود. هم‌چنین وجود آشیانه‌ها یا مجموعه‌های بلیتی که به‌صورت حفره در آمده و غالباً ناشی از وجود ذرات سیلیسی (سیلیس آزاد) بوده، می‌باشد. پدیده میکروسکوپی کلینکر وجود شرایط احیا به دلیل کاربرد سنگ آهن نامرغوب و حتی برخورد شعله باشد مواد و وجود سیلیس آزاد به مقدار زیاد در نمونه را به اثبات می‌رساند.
۳) تحلیل نتایج کیفی خوراک کوره
۱) با توجه به این‌که تعداد کل کربنات‌های بالای ۱۲۵ میکرون در حدود ۵/۷ درصد می‌باشد، لذا با قیاس سوابق و تجارب حاصله از تئوری‌های موجود مشکل ایجاد شده نمی‌تواند تأثیر چشمگیری بر وضعیت پخت‌پذیری داشته باشد.
۲) نتایج دانه‌بندی بیانگر بهبود وضعیت پخت‌پذیری می‌باشد حال آن‌که نتیجه عکس از عملکرد کل فاکتورهای کیفی خوراک کوره حاصل شده است. لذا توزیع دانه‌بندی نیز مشکلی در خصوص ایجاد سخت‌پزی مواد نداشته است. نوسانات دانه‌بندی در محدوده بررسی بسیار محدود بوده است.
۳) در خصوص هموژناسیون و نوسانات مدول‌های کیفیت و اکسیدها باید اظهار نمود، سوابق اجرائی بیانگر کارکرد کوره در هنگام کاربرد مدول‌ها در شرایط مذکور داشته و نسبت به قبل اندکی نوسانات افزایش یافته است. لذا لازم است در جهت کاهش نوسانات و محدود نمودن آن در محدوده‌های اجرائی و عملیاتی اقدام نمود. همان‌طور که می‌دانیم نوسانات به روی ناپایداری کوره تأثیر چشمگیری داشته، حال آن‌که به‌طور مستقیم کوره را دائماً به حالت سخت‌پزی سوق نمی‌دهد. به‌صورت موردی پذیرفته ولیکن با این تفاوت اندک ایجاد چنین مشکل به‌صورت مستمر بعید به نظر می‌رسد.
۴) وجود کانی‌های آهن‌دار از نوع گوتیت به خاطر ایجاد شرایط احیا و تغییر در کیفیت فاز مایع می‌تواند خللی در پخت‌پذیری اولیه در دمای ۱۲۰۰ درجه ایجاد کند که اختلاف آن در نمودار مذکور می‌تواند بخش ناشی از این عامل مینرالی باشد.
۵) سیلیس آزاد در خوراک کوره قبلاً در حدود ۵/۴ درصد بوده حال آن‌که در نمونه مورد بررسی به ۹ درصد رسیده که افزایشی حدود ۵۰ درصدی در مقدار آن یکی از عوامل اصلی در افزایش سخت‌پزی خوراک کوره می‌باشد.
۴) جمع‌بندی
۱ـ۴) بررسی فرایند:
۴ـ۱ـ۱) میزان نشتی خارج از محدوده‌های گارانتی و پیشنهادی سازنده است که لازم است پس از اندازه‌گیری مجدد نسبت به رفع آن اقدام شود.
۴ـ۱ـ۲) دور کوره نسبت به گارانتی کمتر است و می‌تواند حساسیت پخت را نسبت به پخت‌پذیری تحت‌الشعاع قرار دهد. لازم است تا پس از رفع عیوب مکانیکی نسبت به افزایش دور اقدام شود.
۴ـ۱ـ۳) وضعیت مشعل به گونه‌ای است که احتراق سوخت به‌طور کامل انجام نمی‌شود. لازم است در هنگام توقف نسبت به تمیز نمودن مجراهای مختلف مشعل اقدام شود.
۴ـ۱ـ۴) موقعیت‌ مشعل به گونه‌ای است که در حدود ۵۰ـ۴۰ متری با بستر مواد برخورد می‌کند. لازم است تا موقعیت مشعل به گونه‌ای تنظیم شود تا گرادیان دمائی مناسب را در طول منطقه پخت فراهم نماید.
۴ـ۲) بررسی کیفی مواد
۴ـ۲ـ۱) نوسانات اکسیدهای شیمیائی که منتج به نوسانات مدول‌های کیفیت شده است با کنترل بیشتر و نظارت دقیق باید رفع گردد.
۴ـ۲ـ۲) مهمترین عامل در ایجاد سخت‌پزی مواد، وجود مقادیر نسبتاً زیاد در کوارتز می‌باشد. لازم است نسبت به تغییر جبهه‌های برداشت اقدام گردد و با ختلاط جبهه‌های حاوی سیلیس آزاد زیاد با جبهه‌های سیلیس آزاد کمتر، درصد این کانی در مواد تعدیل می‌شود.
۴ـ۲ـ۳) نرمی خوراک کوره و پارامترهای وابسته در حد مطلوب قرار دارد.
۵) پیشنهادات
براساس کلیه مستندات ارائه شده، به کارگیری سیستم ممیزی کیفیت مواد به‌صورت مستمر نقش قابل توجهی در کاهش توقفات، تسریع در شناسائی عوامل ایجاد اشکال، دستیابی به راهکار حل مشکل از طریق سوابق اجرائی معضل مربوطه، کسب دانش فنی و خروج از حالت انحصاری و قائم به شخص، ایجاد زمینه جهت انتقال تجربیات و دانش فنی به‌صورت فراگیر و ... داشته و از این جهت پیشنهاد می‌شود کارخانجات صنعت سیمان این سیستم را به‌صورت کامل اعم از تجهیز آزمایشگاه و وسائل، آموزش پرسنل و ... در مجموع تحت امر خویش جاری نموده تا بتوان در مواقع اضطراری تصمیم‌گیری صحیح و سریع در مقابل مشکلات پیش آمده به عمل آید.
۶) مراجع:
۶ـ۱) کلیه گزارشات و اسناد کنترل کیفی و بهره‌برداری کارخانه سیمان
۶ـ۲) پروژه بررسی علل داغ‌پزی کوره واحد اول سیمان
۶ـ۳) هندبوک مهندسی سیمان، انتشارات سیمان آبیک، تألیف مهندس منوچهر بکائیان

سعید محمودی، کارشناس پژوهشی سیمان آبیک
صمد صالحی، مسئول گروه ممیزی مواد شرکت تحقیق و توسعه صنعت سیمان

منبع : ماهنامه صنعت سیمان