دولت و ملت همدلی و هم زبانی انجمن صنفی کارفرمایان صنعت سیمان
 
تحليل فني وعلمي كوره دوار سيمان
1397/04/25 سيمان يك چسب هيدروليكي معدني است كه در واكنش با آب سفت مي شود. بيش از180 سال از شروع مصرف انبوه سيمان مي گذرد و هم اكنون به عنوان يكي از مهمترين مصالح ساختماني محسوب مي گردد. مهم ترين مرحله در فرآيند توليد سيمان مرحله پخت مواد است كه از يك كوره دوار افقي استفاده مي شود. كوره سيمان يكي از بزرگترين راكتورهاي شيميايي است كه در آن فعل و انفعالات شيميايي مواد خام را به كلينكر تبديل مي نمايد. توليد كلينكر مرغوب، لازمه دستيابي به يك سيمان با كيفيت بالا و استاندارد است. كلينكر مرغوب به پارامترهاي خوراك ورودي و شرايط عملياتي كوره از جمله سرعت دوران كوره، سرعت فن كوره، ميزان سوخت مصرفي آن وابسته است. در بسياري از كارخانجات سيمان، دغدغه كارشناسان كنترل كيفيت و اپراتورهاي كوره اين است كه با تغيير پارامترهاي ورودي بتوانند به كلينكري با استاندارهايISO دست يابند.
مقدمه:
 
سيمان يك چسب هيدروليكي معدني است كه در واكنش با آب سفت مي شود. بيش از180 سال از شروع مصرف انبوه سيمان مي گذرد و هم اكنون به عنوان يكي از مهمترين مصالح ساختماني محسوب مي گردد. مهم ترين مرحله در فرآيند توليد سيمان مرحله پخت مواد است كه از يك كوره دوار افقي استفاده مي شود. كوره سيمان يكي از بزرگترين راكتورهاي شيميايي است كه در آن فعل و انفعالات شيميايي مواد خام را به كلينكر تبديل مي نمايد. توليد كلينكر مرغوب، لازمه دستيابي به يك سيمان با كيفيت بالا و استاندارد است. كلينكر مرغوب به پارامترهاي خوراك ورودي و شرايط عملياتي كوره از جمله سرعت دوران كوره، سرعت فن كوره، ميزان سوخت مصرفي آن وابسته است. در بسياري از كارخانجات سيمان، دغدغه كارشناسان كنترل كيفيت و اپراتورهاي كوره اين است كه با تغيير پارامترهاي ورودي   بتوانند به كلينكري با استاندارهايISO دست يابند.
با توجه به اينكه دپارتمان كوره در كارخانجات سيمان توليد كلينكر نموده وعمده تركيب سيمان از كلينكر مي باشد بنابراين بسيار دپارتمان حساس وحياتي مي باشد ،لذا كاهش توقف دپارتمان كوره يكي از اهداف اصلي در بالا بردن ميزان توليد بوده وعلاوه بر آن ،هدف بعدي ،بالا بردن راندمان توليد وكاهش هزينه ها مي باشد وبراي اين منظور، نياز به بررسي هاي اساسي فني وعلمي مي باشد كه در اين مقاله به آن پرداخته مي شود.
كوره ها، سيستم هاي غير خطي با معادلات پيچيده رياضي هستند و به همين دليل پيش بيني عملكرد كوره براي رسيدن به يك محصول با كيفيت بالا را دشوار مي سازد. امروزه از سيستم هاي هوش مصنوعي براي پيش بيني و بهينه سازي دقيق تري از عمليات ها استفاده مي كنند كه ديگر نيازي به روش هاي قديمي و معادلات سخت و پيچيده ندارد.از مزاياي اين سيستم ها اين است كه با توجه به پارامترهاي تاثير گذار ورودي، خروجي را پيش بيني مي كند. در انتها نتيجه مي گيريم كه پيش بيني روند توليد كلينكر ، نسبت به نتايج آزمايشگاهي كنترل كيفيت كارخانه داراي دقت بسيار بالايي است.
پارامترهاي ورودي تاثيرگذاربر كوره عبارتند از: مقدار خوراك ورودي برحسب تن بر ساعت، كيفيت خوراك ورودي ، سرعت دوران كوره برحسب دور بر دقيقه  ،سوخت مصرفي كوره برحسب كيلو كالري بر ساعت، سرعت دوران فن كوره برحسب دور بر دقيقه است. خروجي كوره، كلينكر است كه كيفيت آن را برحسب وزن ليتري مي سنجند.هرچه وزن ليتري بالاتر باشد كلينكر بهتر پخته شده و اگر وزن ليتري پايين باشد كلينكر نامطلوب است و نشان دهنده اين است كه كلينكر سوخته است و سيمان توليدي از اين كلينكر، نامرغوب بوده و گيرش و مقاومت آن كم مي شود. عملكرد يك كوره بر حسب وزن ليتري كلينكر خروجي تعيين مي شود.
 “توسعة پايدار”،توجه به رويكردها ، بازنگري در نحوة مصرف مصالح، توجه به نيروي كار بومي، بهبود مصالح محلي، بازيافت و توجه شايسته به محيط زيست و رفاه اجتماعي است. بايد در اين ديدگاه كه ايران سرشار از منابع نفتي فراوان است، تجديدنظر شود. منابع نفتي نه تنها از جمله منابع تجديدناپذيرند بلكه در هر جاي از جهان امكان توليد آنها وجود ندارد. از طرفي زندگي صنعتي و ساخت و ساز بي رويه كوهي از ضايعات صنعتي و ساختماني را در محل زيست بشر انبار كرده است كه بايد به دنبال چاره اي براي خلاصي از آنها بود. خوشبختانه افزايش توليد سيمان در سال هاي گذشته اين راه حل را پيشروي جامعة مهندسي ايران قرار داده است كه با اجراي روسازي هاي بتني مركب از سيمان و مواد ضايعاتي بر هر دو چالش فوق فائق آيد.
در حال حاضر در تعداد محدودي از كشورها، سيمان هاي مركب مورد استفاده قرار گرفته است، در حاليكه در ايران عليرغم تعداد زياد كارخانه هاي سيمان، لازم است تا كاربرد اين نوع سيمان مورد توجه جدي قرار گيرد. لذا، بمنظور كاربردي كردن اين نوع سيمان در كشور لازم است، خواص مهندسي، مكانيكي، رواني (اسلامپ)، عمر و دوام آنهامورد بررسي جدي قرار گيرد. نتايج بدست آمده حاكي از عملكرد نسبتا مطلوب بتن هاي ساخته شده با سيمان هاي مركب را دارد، هر چند توصيه به بررسي هاي بيشتر در سنين دراز مدت براي سيمان هاي مركب ضروري است.
امروزه در ساخت و سازها مواردي از جمله ايجاد محيط سبز و كاهش گازهاي گلخانه اي همچونCO2 بسيار مورد توجه قرار گرفته است.همچنين مصرف بيش از حد از سوخت و انرژي در كارخانه هاي دنيا مانند كارخانه هاي سيمان روز به روز در حال افزايش است. بدين منظور كارخانه هاي سيمان در كانادا و چندي از كشور هاي اروپايي برخلاف ايران در راه رسيدن به سيماني هستند كه با مصرف كمتر از انرژي و همچنين توليد كمتر گازهاي سمي، سيمان سبزي كه با محيط زيست سازگاري دارد، بيشتر فراهم گردد. .
به منظور بهينه سازي شرايط عملياتي كوره سيمان و پارامترهاي ورودي كوره استفاده شد كه اين روش نتايج دقيقي در مقايسه با ساير روش هاي موجود دارد. اين روش توانسته به خوبي الگوي فضاي ما بين ورودي ها و خروجي هارابه درستي تخمين بزند .
چكيده :
دپارتمان كوره در كارخانجات سيمان داراي پارامترهاي موثر  بسيار زيادي جهت بهره برداري بوده كه اين پارامتر ها عبارتند از:
ü      ساختار شيميايي وفيزيكي خوراك كوره
ü      نوع سوخت وساختار شيميايي آن
ü      نوع نسوز وچيدمان وضخامت آن  در كوره
ü      شعله
ü      شرايط مكانيكي كوره
ü      شرايط بهره برداري كوره
در اين زمينه با استفاده از نرم افزار اكسل(EXCELL) با كمك از مرجع هايي از شركت لافارژ وهلسيم ، برنامه اي طراحي شده است كه كليه پارامترهاي فوق را دريافت نموده و تحليل فني وعلمي خود را ارايه ميدهد.
 
 
شرح مقاله:
با استفاده از اين برنامه مي توان كليه اطلاعات مربوط به كوره را به نرم افزار داده و ميزان نفوذپذيري مواد فرار به آجر نسوزكوره وميزان سايش داست كلينكر وميزان اكسايش كاهش و ميزان ناپايداري كوتينگ داخل كوره را محاسبه نموده و با تغيير پارامتر هاي متناطر به نقطه بهينه رسيد .
در زير شكلي از اين نمونه كار آورده شده است :

شركت سازنده كوره

تعداد كوره(واحد)

قطر كوره(متر)

طول كوره(متر)

شيب كوره(%)

تعداد ايستگاه

پليزيوس

يك

4.6

70

4

3

سرعت كوره (rpm)

توليد واقعي كوره (تن در روز)

مصرف ويژه حرارتي(كيلوكالري بر كيلوگرم كلينكر)

نوع سوخت مصرفي

ارزش حرارتي گاز

ارزش حرارتي مازوت

3

3640

825

گاز طبيعي و مازوت

8900

9300

دانسيته مازوت(Kg/lit)

دماي مازوت(oC)

تعداد توقفات گرم در سال(پايين تر از 48 ساعت)

تعداد توقفات سرد در سال(بالا تر از 48 ساعت)

0.895

110

17

5

شركت سازنده گريت

مساحت گريت(متر مربع)

دماي هواي ثانويه(oC)

دماي هواي ثالثيه(oC)

شاخص طراحي(Ton/m2)

ميزان هواي مصرفي(Nm3/Kgcl)

پليزيوس

79

1100

920

45

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شركت سازنده پيش گرمكن

تعداد رشته

تعداد سيكلون

دماي گاز خروجي از پيشگرمكن

دماي گاز خروجي ازسيكلون يك

دماي گاز خروجي از سيكلون دو

پليزيوس

1

5

380

920

850

درصد مواد اوليه مصرفي در يك ماه گذشته

آهك

مارن

سيليس

آهن

بوكسيت

مواد ديگر

0

95

3

2

0

0

 
 
 
 
 

آناليز شيميايي خوراك كوره وكلينكر در ماه گذشته

 

كلينكر(%)

خوراك كوره(%)

 

 

22.45

14.45

Sio2

 

4.99

3.21

Al2o3

 

4.02

2.62

Fe2o3

 

64.98

42.05

Cao

 

1.67

1.06

Mgo

 

0.64

0.44

K2o

 

0.29

0.19

Na2o

 

0.82

0.5

So3

 

0.01

0.03

Cl

 


 

متراژ مناطق مختلف كوره دوار از خروجي كوره

 

منطقه

از متراژ

تا متراژ

 

ترانزيشن پايين

0

5

 

پخت

5

20

 

ترانزيشن بالا

20

35

 

كوتينگ پذير پايدار

8

19

 

رينگ خروجي

6

6

 

رينگ مياني

28

28

 

رينگ ورودي

56

56

 

چرخدنده

52

52

 

 

 

 

 

ضخامت آجر نسوز(cm)

پرت حرارتي هات ميل(%)

اكسيژن در اينلت(%)

ضريب تبديل مواد به كلينكر

ميانگين انحراف معيار LSF در ماه گذشته

 

22

4

3

1.65

1

 










 
 
 

شرا يط بهره برداري از كوره

آيا در ناحيه ترانزيشن بالا كوتينگ ناپايدار تشكيل مي گردد؟

بله

آيا ماهانه سيكلون گرفتگي داريد؟

خير

آيا در طول ماه حداقل دو بار قطع گاز يا مازوت داريد؟

خير

آيا نوسان دماي هواي ثانويه در طول يك ساعت بهره برداري بالاتر از 20 درجه سانتيگراد است؟

بله

آيا نوسان دماي مواد خروجي از سيكلون در طول چهار ساعت بهره برداري بالاتر از 10 درجه سانتيگراددر هر ساعت است؟

بله

آيا در طول 24 ساعت بهره برداري از كوره، تغييرات آهك آزاد بين +1 تا 1- واحد از ميزان هدف است؟

خير

آيا در منطقه پخت ،كوتينگ ناپايدار داريد؟

خير

آيا مشكل Ball Ring داريد؟

خير

آيا در قسمت رايزر ،نشست يا چسبندگي بار داريد؟

خير

آيا درصد اكسيژن در ته كوره زير يك درصد مي باشد؟

خير

آيا درقسمت ترانزيشن پايين كوره ،كوتينگ ناپايدار داريد؟

خير

آيا ميزان بارخوري كوره 15 درصد بالاتر از پارامتر هاي طراحي مي باشد؟

خير

آيا در اينلت كوره پيك CO هم داريد؟

بله

آيا نوسان مقدار سوخت در سيستم كوره داريد؟

خير

آيا نوسان نرمي مواد در سيستم پخت داريد؟

خير

آيا ميزان حركت نسبي رينگ مياني كوره بيشتر از 20mm/r است؟

خير

آيا ميزان حركت نسبي رينگ مياني كوره 0mm/r است؟

خير

آيا دماي روغن غلطك ها افزايش دما دارد؟

خير

آيا كوبش مكانيكي در غلطك هاي رينگ مياني داريد؟

خير

 
 
 
 
 
 
 

شرا يط بهره برداري از كوره

آيا كوبش مكانيكي در چرخدنده وپنيون داريد؟

خير

آيا بعد از توقف كوره را بطور عريان با موتور اصلي استارت ميكنيد؟

خير

آيا حركت نسبي رينگ خروجي كوره بيشتر از 15mm/r است؟

خير

آيا حركت نسبي رينگ خروجي كوره   0mm/r است؟

خير

آيا افزايش دماي روغن غلطك ها را در رينگ خروجي كوره داريد؟

خير

آيا كوبش مكانيكي در غلطك هاي رينگ خروجي داريد؟

خير

آيا مشكل دفرمه يا افتادن آجر پشت رينگ نگهدارنده خروجي كوره داريد؟

خير

آيا مشكل ريختن يا دفرمه شدن بتن خروجي كوره را براي حداقل دو بار در سال داريد؟

خير

آيا مشكل ريختن يا دفرمه شدن بتن مشعل كوره را براي حداقل دو بار در سال داريد؟

خير

آيا مشكل تشكيل رينگ در خروجي كوره داريد؟

خير

آيا گريت وفضاي داخل كوره داستي مي گردد؟

بله

آيا مشكل تجمع داست كلينكر روي مشعل را داريد؟

بله

آيا مشكل تشكيل آدم برفي در گريت را داريد؟

خير

آياروي شل كوره ترك يا جوشكاري انجام شده است؟درچه متراژي؟

خير

آياروي شل كوره برآمدگي براثر قرمز شدن بدنه داريد؟درچه متراژي؟

خير

آيا مشكل تنظيمات در كوره داريد؟

خير

ميزان جابجايي كوره بالا/پايين روزانه چقدر است؟

4

آيا نمودار آجرچيني داريد؟

بله

نوع آجر مصرفي چيست؟

ايراني وخارجي

طول عمر آجر در هرمنطقه چقدر است؟

6ماه

 
 
 
 
 
با توجه به اطلاعات فوق ، نرم افزار ، كليه محاسبات  را انجام داده ونتايج بسيار مثمر ثمري را ارايه ميدهد.براي مثال در زير بر اساس اطلاعات فوق نتايج زير حاصل مي گردد:

ميزان ريسك نفوذپذيري

20%




 

درصد سايش

80%



 

درصد انتقال داست

0.6%



 

درصد اكسايش -كاهش در منطقه ترانزيشن بالا

45.8%






 

 

منطقه ترانزيشن بالا

منطقه ترانزيشن پايين

منطقه پخت

درصد ريسك نفوذپذيري

30.88%

23.16%

23.16%

 

 

منطقه ترانزيشن بالا

منطقه ترانزيشن پايين

منطقه پخت

در صد شوك حرارتي

5%

4%

12%

 
 
 
 

درصد ناپايداري كوتينك در منطقه پخت

55.8%












 

درصد مشكلات مكانيكي در منطقه ترانزيشن بالا

0.0%

 
 
نتيجه گيري :
با استفاده از نتايج اين نرم افزار ، بهينه سازي فرآيند پخت سيمان در كوره و پيش بيني كيفيت محصولات كوره را با دقت بالايي نتيجه ميدهد. استفاده از اين نرم افزار ميتواند جايگزيني مناسب ، براي تصميم گيري هايي كه معمولا بصورت آزمون و خطاست در جهت انتخاب مقادير ورودي هاي كوره و ايجاد سيماني با كيفيت بالا گردد. در اين مقاله نشان داده شد ه است كه با استفاده از نرم افزار ميتوان حتي با داده هايي با نگاشتي غير خطي، مدلي دقيق و پيشگو ايجاد نمود
با توجه به نتايج فوق به اين نتيجه مي رسيم كه اين كوره داراي مشكلات مكانيكي نبوده و در منطقه پخت كوتينگ ها ناپايدارند و ميزان شوك حرارتي و نفوذپذيري در مناطق مختلف وديگر نتايج نيز قابل بررسي و تحليل جهت بهبود خواهند بود.
ميتوان گفت كوره بعنوان بزرگترين و مهمترين تجهيزيك كارخانه توليد سيمان، نقش مهمي در ميزان كيفيت و تداوم توليد ايفا ميكند. از آنجا كه بيشترين مصرف انرژي حرارتي، در كوره صورت ميپذيرد، كنترل دما و وضعيت الگوي توزيع حرارتي بخشهاي مختلف بدنه كوره، از اهميت ويژهاي برخوردار است. ، در صورتيكه بخواهيم جهت اطمينان بيشتر، از يك ابزاريا تكنيك مكمل براي پايش وضعيت حرارتي كوره استفاده كنيم، دوربين ترموگرافي، بهترين ابزار قابل ارائه است. قابل حمل بودن دوربينهاي ترموگرافي، عدم محدوديت ميدان ديد، بالا بودن كيفيت تصاوير و پشتيباني نرم افزاري و تكرار پذيري انجام بازرسي، از جمله مزايا و قابليتهاي تكنيك ترموگرافي به شمار ميرود. در بازرسي ترموگرافي بدنه كوره، ميتوان نواحي و نقاطي كه خارج از ميدان ديد اسكنر قرار دارند را مورد ارزيابي قرار داد. در اينصورت علاوه بر استفاده از دو ابزار (اسكنر و دوربين ترموگرافي) و در نتيجه افزايش دقت بازرسي، با تحت پايش قرار گرفتن تمام نواحي و نقاط بدنه و ورودي و خروجي كوره وپيش گرمكن، در صورت بروز عيب حرارتي، ميتوان آنرا در همان مراحل اوليه شناسايي نمود. جلوگيري از توسعه خرابي در پي تشخيص زود هنگام عيوب حرارتي، كاهش توقفات ناگهاني كوره و در پي آن كاهش زمان مورد نياز براي سرد كردن، انجام تعميرات اضطراري و گرم كردن مجدد كوره و در نهايت افزايش عمر مفيد پوشش محافظ داخل كوره از جمله نتايج مفيد حاصل از بكارگيري تكنيك ترموگرافي بعنوان يك ابزار مكمل در كنار اسكنر كوره به شمار ميرود .
پايش وارزيابي واحدهاي صنعتي كيفيت ، كميت وتوليد بهينه را تحت تاثير قرار خواهد داد . كوره هاي صنايع سيمان يكي از مهمترين منابع مصرف انرژي حرارتي صنايع صنعت سيمان ميباشد از اين رو توجه به مصرف بهينه وجلوگيري از هدر رفت انرژي بسيار حائز اهميت ميباشد .
مصرف بهينه انرژي ،توليد ومصرف بهينه ي انرژي الكتريكي را به همراه خواهد داشت .و جهت مصرف بهينه بايد نقاط ضعف وهدر رفت انرژي را
شناسايي وكنترل نمود .
در شركت سيمان اردستان با استفاده از تحليل وثبت داده هاي  بهره برداري از كوره ومشخصات هر پايل مصرفي وتلفيق آن با داده هاي بدست آمده از اين نرم افزار و پايش كوره وپيش گرمكن با دوربين ترموگراف وحذف مشكلات مكانيكي ونشتي هاي كوره وپيش گرمكن وانتخاب مصالح نسوز با كيفيت ونصب خوب آنها وكم كردن نوسانات كيفي مواد خام از معدن تا خوراك كوره به نتايج قابل توجهي دست يافتيم.
لازم به ذكر است نمرات بهره وري اپراتورهاي كوره با استفاده از ثبت داده هاي بهره برداري كوره تعيين مي گردد و همين امر نيز به بهينه كردن بهره برداري از كوره را تسريع وبا راندمان نموده است ،جا دارد از مديريت عامل وكارخانه وتوليد وكنرل كيفي وكليه مديران و كارشناسان وپرسنل شركت سيمان اردستان كمال تقدير وسپاسگزاري را داشت.
 
 
 
 
 

سعيد كيان ارثي - واحد توليد شركت سيمان اردستان

 
 
منابع :
1-Bennett JP, Kwong K-S. Refractory liner materials used in slagging gasifiers. Refract Appl News 2004;9(5):20–5
2- Kim JJ. Solid particle erosion of hot-pressed silicon nitride. J Mater Sci2006 ;41:6178-80.
3- Al-Douri WA, Davies TJ, Ogwu AA, Emblem HG. Solid state chemistry of alumina–chromia–magnesia and related refractories. J Mater Sci1994;13:1543-5
4-Zhou JR, Bahadur S. Erosion characteristics of alumina ceramics at high
temperatures. Wear 1995;181–183:178–88.
5- Bitter JGA. A study of erosion phenomena: part I. Wear 1963;6:5–21.
6- Li D, Chen R. Application of corundum brick and chrome–corundum brick. Refractories 2001;35:31–3 (in Chinese)
7- Hutchings IM. A model for the erosion of metals by spherical particles at
normal incidence. Wear 1981;70:269–81.
8-Aksel C. The effect of mullite on the mechanical properties and thermal shock behaviour of alumina-mullite refractory materials. Ceram Int 2003;29:183–8.
9- Barber J, Mellor BG, Wood RJK. The development of sub-surface damage
during high energy solid particle erosion of a thermally sprayed WC-Co–Cr
coating. Wear 2005;259:125–34.
10- Lawn BR, Swin MV. Microfracture beneath point indentations in brittle
solid. J Mater Sci1975;10:113–22.
11- Davies TJ, Emblem HG, Nwobodo CS, Ogwu AA, Tsantzalou V. Preparation and properties of some alumina-chrome refractories. J Mater Sci
1991;26:1061–8.
12- Alman DE, Tylczak JH, Hawk JA, Schneibel JH. An assessment of the
erosion resistance of iron–aluminidecermets at room and elevated temperatures. Mater SciEng A 2002;329–331:602–9.
امتیازدهی
میانگین امتیازها:0 تعداد کل امتیازها:0
مشاهده نظرات (تعداد نظرات 0
ارسال نظرات
نام  
آدرس پست الکترونیکی شما    
توضیحات  
تغییر کد امنیتی  
کد امنیت  
 
كليه حقوق اين پرتال متعلق به انجمن صنفي كارفرمايان صنعت سيمان مي باشد.
Powered by DorsaPortal