ضرورت افزایش سرعت چرخش کوره‌های دوار سیمان

● مقدمه
سرعت چرخش کوره‌های دوار سیمان یکی از متغیرهای فرآیند پخت است که در صورت مطالعه صحیح، می‌توان با افزایش آن راندمان فرآیند تولید کلینکر و سیمان را بهبود بخشید. این متغیرها یکی از پارامترهای کم و بیش نادیده گرفته شده در فرآیند پخت کلینکر استکه تاکنون بهبه‌مندی لازم از آن در زمینه‌های ارتقاء یکنواختی و ثبات در راهبری کوره، کنترل پیشرفته و مدرن و همچنین ارتقاء کیفیت کلینکر تولیدی، صورت نگرفته است.
در حال حاضر احساس نیاز و علاقه به افزایش سرعت دوران کوره‌ها مطرح و در حال گسترش است، لیکن شک و تردید و هراس بسیاری نیز در قبول مسئولیت و عهده‌دار شدن ایجاد تغییرات لازم وجود دارد. براساس تجربیات شرکت هامیلتون مزایای افزایش سرعت چرخش کوره‌ها بارها به‌طور عملی با اجراء تغییرات لازم در کوره‌های مختلف به اثبات رسیده است، هر چند موارد محدودی از ناکامی در رسیدن به اهداف موردنظر نیز وجود داشته است که عامل اصلی آن عدم انجام کامل کلیه تغییرات لازم برای بهره‌مندی از مزایای افزایش سرعت کوره بوده است. در گذشته، افزایش سرعت چرخش آنها، عملاً در سرعت‌های بالاتر مشاهده نشده و تأکید نگردیده است.
● دلایل و مایای افزایش سرعت چرخش کوره
با شناخت بیشتر سیستم‌های پری کلسیناسیون، وقوف به اینکه ورودی به این کوره‌ها ۸۵ تا ۹۰ درصد کلسیته شده و آماده دریافت دمای منطقه پخت می‌باشد، میسر گردید. علی‌رغم اینکه طول کوره در این سیستم به مراتب کوتاه‌تر از کوره‌های دوار خشک و بلند بود لیکن فاصله تا منطقه پخت به‌طور نسبی طولانی‌تر شده و مواد ورودی به منطقه پخت بیش از حد لازم آماده (OVer prepared) می‌گردید، در نتیجه این شرایط، ابعاد بلورهای آلیت (C۳S) افزایش یافته و واکنش‌پذیری (Reactivity) فازی کاهش پیدا کرده و مقاومت فشاری سیمان حاصل با بلین و C۳S معین، پائین‌تر می‌آید.
به تبع این مطلب برای دستیابی به مقاومت فشاری موردنظر باید نرمی سیمان تولیدی و مقدار الیت آن افزایش می‌یافت، که این امر مستلزم پائین آمدن ظرفیت آسیای سیمان و مصرف انرژی بالاتر بود. امروزه انواع کلساینرها با بالاتر از ۶۰% سهم سوخت مصرفی از کل سوخت سیستم و در نتیجه کمتر از ۴۰% در مشعل اصلی به بازار عرضه شده‌اند.
کاهش سوخت در مشعل اصلی به معنی کاهش بار حرارتی و لذا کاهش تمرکز حرارتی در منطقه پخت می‌باشد. به عبارت دیگر، توزیع درجه حرارت در منطقه پخت کوره بسیار ملایم‌تر و این منطقه طولانی‌تر می‌گردد.
از آنجا که اقامت مواد در منطقه پخت به مدت طولانی، جنبه‌های منفی کیفیتی مانند رشد بلوری را به همراه داشته و با توجه به پائین بودن تمرکز حرارتی در این منطقه، از تأثیرات سرد کردن سریع و لذا خرد شدن بلورها کاسته می‌گردد.
حال چگونه می‌توان شرایط نامطلوب ذکر شده در مورد کیفیت محصول کوره‌های مجهز به سیستم پری کلسیناسیون را برطرف نمود؟ پاسخ این سؤال، افزایش سرعت چرخش کوره‌ها است. شایان ذکر است که افزایش سرعت چرخش کوره به مفهوم افزایش نسبت سرعت دوران به خوراک کوره نیز می‌باشد.. از طرفی، افزایش در نسبت مزبور موجب کاهش ضخامت بستر مواد در داخل کوره و به تبع آن بهبود در کیفیت انتقال حرارت بین گاز و مواد می‌گردد. ضمناً شرایط یاد شده منجر به ورود مواد آماده نشده (Less well - prepared feed) به منطقه پخت خواهد گردید. که به یک شعله داغ و کوتاه برای اتمام فرآیند پخت نیازمنداست. نتیجه نهائی، داشتن یک منطقه پخت کوتاه می‌باشد.
در صورتی‌که مقدار خوراک تغذیه شده به کوره ثابت فرض شود، افزایش دور آن می‌تواند موجب افزایش سهولت در راهبری سیستم و همچنین بروز تغییرات ذیل می‌گردد:
۱) کوتاه نمودن طول منطقه پخت که به‌طور معمول در حد ۵۰% خواهد بود.
۲) کاهش مقدار گاز آلاینده NO۴ در گازهای خروجی از کوره
۳) بهبود در کیفیت کلینکر از طریق:
- کاهش اندازه فاز آلیت (C۳S)
- افزایش در کمیت و کیفیت فاز بلیت اولیه (a-C۲S)
- فراهم نمودن شرایط خنک شدن سریع کلینکر و کاهش غبار (Dusting) در ناحیه خروجی کوره.
- بهبود در تبخیر قلیائی‌ها
۴) افزایش در توان و ظرفیت سایش کلینکر به میزان ۱۵%
۵) افزایش توان تولیدی کوره به میزان ۱۰ تا ۲۰ درصد
۶) فراهم نمودن امکان مصرف و برگرداندن ۹۰ تا ۱۰۰ درصد غبار کوره (غبار فیلتر) به درون کوره با روش تزریق از طریق مشعل (کوره‌های تر)
● امتیازات سریع خنک کردن کلینکر
۱) ترک‌های تنش‌دار ایجاد شده قابلیت سایش کلینکر را افزایش می‌دهد.
۲) فازهای آلیت، تجزیه نمی‌شوند.
۳) به‌دلیل ریز بودن دانه‌های MgO پریکلاژ، انبساط MgO از بین می‌رود.
۴) به‌دلیل کم بودن واکنش C۳A کم تبلور نسبت به C۳A متبلور، گیرش سیمان به کندی صورت می‌پذیرد.
۵) به‌دلیل وجود درصد زیادی از a-C۳S، مقاومت سیمان بالا می‌رود.
● موارد عملی افزایش سرعت چرخش کوره
در خصوص مزایای افزایش سرعت چرخش کوره و ارتباط آن با افزایش تولید (افزایش بار کوره) به چند مورد عملی می‌پردازیم:
شرکت سیمان Saurashtra با مسئولیت محدود با ظرفیت سالانه ۲/۱ میلیون تن، در ۱۷ کیلومتری دریای Arabian در Ranavav واقع در غرب هند در ایالت Gujarat واقع شده است. این شرکت با کسب مقام اول در صنعت سیمان هند به‌دلیل اتخاذ جدیدترین روش بهینه‌سازی فنی به شهرت رسیده است. در این کارخانه به‌منظور گسترش مداوم نیروی انسانی، طرحی در حال اجراء است که با حمایت و تعهد مدیریت عالی، مبادرت به ایجاد یک تیم متعهد و مدیران متخصص و تکنسین‌هائی نموده است که تلاش می‌کنند این کارخانه را به بالاترین کارائی رسانده و بیشترین رقابت را ایجاد کنند. در سال ۱۹۸۴ شرکت SCL یک کوره پیش‌گرمکن‌دار ۴ مرحله‌ای (دارای کلساینر L.L.C) با فرآیند خشک (ساخت شرکت فولر) را به ظرفیت روزانه ۲۵۰۰ تن، راه‌اندازی نمود.
تا پایان سال ۱۹۹۵ به‌منظور افزاشی ظرفیت رزوانه تا ۳۳۵۰ تن، یک سری تغییرات اساسی در سیستم‌های کارخانه، از جمله کوره آن صورت گرفت. حداکثر سرعت چرخش کوره متناسب با زیاد شدن بازده کوره به ۶/۳ دور در دقیقه افزایش یافت. در مرحله بعد، بدون تعویض ماشین‌آلات اصلی، ظرفیت کوره آن را به ۳۷۵۰ تن در روز افزایش دادند که در این مرحله به‌دلیل نیاز شدید به بالا بردن سرعت کوره جهت هماهنگی با میزان ریزش مواد، حداکثر سرعت چرخش کوره به ۴/۴ دور در دقیقه افزایش یافت.
کارخانه Zlanta Panga در بلغارستان در ۹۰ کیلومتری شمال صوفیه واقع شده است. تولید کلینکر این کارخانه از سال ۱۹۶۶ با دو کوره کوچک (به ابعاد ۵۱m٭ ۶/۳ با فرآیند خشک) هر یک با ظرفیت اسمی ۵۰۰ تن در روز آغاز شد. دو سال بعد سه کوره (به ابعاد ۶۰m٭۴۰ با فرآیند خشک) هر یک با ظرفیت اسمی ۱۰۰۰ تن در روز در این کارخانه راه‌اندازی شد. در سال ۱۹۷۸ کارخانه Zlanta به حداکثر ظرفیت تولید خود که برابر بود با ۱ (یک) میلیون تن در سال، نائل شد. سپس تویلد آن طی سال ۱۹۹۰ حدود ۴۰۰ تن در سال کاهش یافت، در سال ۱۹۹۸ گروه هیدلبرگر بیشتر سهام این کارخانه را خریداری نمود. اگرچه تجهیزات این کارخانه به‌دلیل شرایط نامناسب و کافی نبودن سرمایه از کارآئی خوبی برخوردار نبود. پس از بررسی جزئیات طرح، بازسازی و بهینه‌سازی آن اجراء شد.
در آغاز سال ۱۹۹۹ کوره‌های ۱ تا ۳ برداشته شد تا کوره ۴ که یکی از بهترین دپارتمان‌های این پروژه است، ساخته شود. یکی از اهداف اصلی این پروژه، افزایش ظرفیت به بیش از ۱۳۵۰ تن در روز بود. برای رسیدن به ظرفیت کوره به بیش از ۱۳۵۰ تن در روز، هوای اضافی و غبار باید گرفته شده و وضعیت مکانیکی کوره بهینه‌سازی می‌شد. ضروری بود تا بهینه‌سازی‌هائی از جمله افزایش سرعت کوره از ۸/۱ به ۵/۲ دور در دقیقه در کوره انجام شود.

کیوان ابراهیمی کارشناس ارشد آزمایشگاه و کنترل کیفی.
مراجع
۱) International Cement Review, September ۱۹۹۹
۲) World Cement, November ۲۰۰۰
۳) International Cement Review, January ۲۰۰۰۱
۴) ماهنامه سیمان، آذرماه ۱۳۷۸.
۵) World Cement, August ۱۹۹۹

منبع : ماهنامه صنعت سیمان