سیستم های توزین در صنعت سیمان

در این مقاله، خط تولید سیمان را با تمرکز بر روی سیستم­های توزین بررسی می­کنیم. نقش و جایگاه هر یک از این سیستم ها در فرآیند توزین و نکات فنی مرتبط با آنها در این معرفی مختصر، لحاظ شده است.

1) سیستم­های توزین در صنعت سیمان

در این فصل، خط تولید سیمان را با تمرکز بر روی سیستم­های توزین بررسی می­کنیم. نقش و جایگاه هر یک از این سیستم ها در فرآیند توزین و نکات فنی مرتبط با آنها در این معرفی مختصر، لحاظ شده است.

1-1) کاربرد و اهمیت "توزین" در فرآیند تولید سیمان

پروسه­ی تهیه­ی سیمان شامل یک خط تولید پیوسته و کاملاً مکانیزه است که از معدن و انبار خاک شروع شده و تا بارگیرخانه ادامه می­یابد. در کارخانجات سیمان ایران، با وجود اندکی تفاوت جزئی در برخی مکانیسم­ها، این روند جریان دارد. نقش سیستم­های توزین هم تقریباً در سراسر این فرآیند تولید بسیار مشهود می­باشد.

شكل (…) : فلوچارت تولید سیمان با تمرکز بر سیستم­ های توزین – از ابتدا تا آسیاب مواد خام

1-2) توزین در خروجی سنگ شکن

مواد اولیه پس از استخرج از معدن و یا ورود به کارخانه با کامیون در قسمت انبار خاک ذخیره می­شوند. در اینجا باسکول­های کامیون­کش برای توزین مواد فله­ای ورودی به کارخانه کاربرد دارند. مواد معدنی حاوی سنگ­های سیلیس دار پس از خردایش در سنگ شکن، به وسیله­ی نوار نقاله به سمت سیلو­های ذخیره­ی مواد خام منتقل می­شوند. در این قسمت سیستم توزین خروجی سنگ شکن که معمولاً از نوع سیستم توزین نواری (بلت ویر) می­باشد، برای اندازه­گیری میزان خروجی سنگ شکن درنظر گرفته شده.

1-3) توزین در واحد آسیاب مواد خام

 سیلوهای فلزی ذخیره­ی مواد خام هم ممکن است دارای سیستم توزین سیلو باشند. مواد خام (سه یا چهارگانه) باید با نسبت وزنی مشخص و کاملا قابل کنترل با هم مخلوط شده، وارد آسیاب شوند. این کار توسط سیستم های توزین ویفیدر در دپارتمان آسیاب مواد خام انجام می­شود. این ویفیدر­ها علاوه بر کنترل نسبت وزنی مواد (معمولا مارل، سیلیس، آهک و آهن) و تغذیه­ی آسیاب، مقدار وزنی مواد ورودی به آسیاب را هم مشخص می­کنند. مواد خام پس از خردایش در آسیاب مواد، به وسیله­ی الواتور وارد سیکل پیش­گرم­کنی در پیش گرم­کن می­شود.

1-3-1) سیستم توزین در مخازن مواد خام

در صورتی که سیلو­های ذخیره­ی مواد خام از نوع فلزی باشند، معمولاً برای اینکه مقدار مواد موجود در آنها برای بهره­بردار مشخص شود در زیر این سیلو­ها لودسل قرار می­دهند. این سیستم توزین از نوع سیستم توزین استاتیک می­باشد. در صورتی که دقت بالا مورد نیاز باشد می­توان از سه لودسل به صورت متقارن استفاده کرد. در این حالت همه­ی لودسل­ها از نظر الکتریکی موازی خواهند بود. همچنین می­توان فقط به یک لودسل بسنده کرد و به جای دو لودسل دیگر، یک قطعه­ی فلزی که از نطر ابعاد مشابه همان لودسل است قرار داد. به این پایه­ی فلزی اصطلاحاً دامی گفته می­شود.

1-3-2) تغذیه کننده­های نواری مواد خام

برای اینکه مواد خام موجود در سیلو­های واحد آسیاب مواد، به نسبت وزنی مشخص به داخل آسیاب تخلیه شوند، از سیستم­های توزین یا تغذیه کننده­های نواری استفاده می­شود. به این دستگاه­ها ویفیدر گفته می­شود. ویفیدر، به تفصیل در فصل هفتم این کتاب معرفی خواهد شد.

1-4) توزین خوراک کوره

شاید بتوان گفت مهمترین قسمت در یک کارخانه­ی سیمان از لحاظ اهمیت توزین و کنترل وزنی مواد، ورودی کوره یا سیستم توزین خوراک­کوره باشد. مواد ابتدا در سیلوی مخصوص یا همان کنترل بین، ذخیره می­شود. سیستم توزین کنترل بین که از نوع استاتیک می­باشد، مقدار مواد موجود در این سیلو را مشخص می­کند. سپس مواد توسط سیستم توزین خوراک کوره، باید به مقدار وزنی بسیار دقیق و با حداقل نوسان وارد کوره شود. بدیهی است عدم دقت در توزین و کنترل تغذیه­ی کوره، علاوه بر ایجاد تغییرات شیمیایی و دمایی در کوره و از بین بردن کیفیت کلینکر تولید شده، می­تواند به علت نوسان ورود مواد و در نتیجه نوسان دما، به طرز قابل توجهی باعث آسیب به آجرهای داخل کوره شود. نتیجه­ی برخی تحقیقات حاکی از آن است که وجود یک نوع سیستم توزین برای خوراک کوره، که میزان نوسان بسیار پایینی داشت و با حداکثر دقت و پایداری، تغذیه­ی مواد به داخل کوره را انجام می­داد، می­توانست تا سالانه یک مرتبه از تعمیرات اساسی و آجرچینی کوره را کاهش دهد.

شكل (…) : فلوچارت تولید سیمان با تمرکز بر سیستم­ های توزین – دپارتمان پخت کلینکر

1-4-1) اهمیت توزین خوراک کوره

توزین خوراک کوره شاید مهم­ترین و حساس ­ترین قسمت توزین در سایت کارخانه­ی سیمان باشد. دلیل این اهمیت همان­طور که گفته شد، ارتباط مستقیم کیفیت تغذیه­ی کوره با عملکرد آن و کیفیت محصول خروجی و همچنین  طول عمر آجرچینی­های داخل کوره است. بدیهی است هر بار تعمیرات کوره که با تخریب آجرهای آن اجتناب ناپذیر است، ممکن است تا ده روز توقف خط تولید را تحمیل نماید. از این رو بیشترین توجه بهره­بردار در کارخانه­ی سیمان معطوف به مناسب بودن شرایط کوره است.

سیستم توزین خوراک کوره به طور کلی، تغذیه­ی مواد ورودی به کوره را به صورت وزنی و طبق فرمان اپراتور انجام می­دهد. از آنجا که سوخت کوره مقدار ثابتی دارد، نوسان در میزان ورودی خوراک­کوره باعث تغییرات دمایی در کوره شده که این امر از دلایل اصلی آسیب به کوره است. هرچه سیستم توزین خوراک­کوره دقیق تر عمل کرده (از لحاظ دقت توزین)، و میزان مواد وارد شده به کوره پایداری بیشتر و نوسان وزنی کمتری داشته باشد، شرایط کاری بهتر خواهد شد.

1-4-2) انواع سیستم­های توزین خوراک کوره

با توجه به اهمیت توزین خوراک کوره، برای این کار سیستم­های توزین خاصی توسط شرکت­های مختلف ارائه شده است. اساس کار همه­ی آنها توزین مواد با لودسل است. در سیستم­های مدرن، سه نوع کلی از سیستم­های توزین برای تغذیه­ی کنترل شده­ی مواد خام به داخل کوره وجود دارد. این سه نوع به شرح زیر می­باشد:

• سیستم توزین ویفیدر برای خوراک کوره
• سیستم توزین ریزشی
• سیستم توزین دوار

ویفیدر هایی که برای توزین خوراک کوره طراحی می­شوند، نوع پیشرفته تری از سیستم های تغذیه کننده نواری (ویفیدر) هستند. این ویفیدر ها علاوه بر کنترل بار به وسیله­ی تغییر سرعت حرکت نوار نقاله، با کم و زیاد کردن دریچه­ی ریزش مواد به روی نوار، میزان بار ورودی به کوره را با دقت و پایداری هر چه بیشتر کنترل می­کنند. به این سیستم که در واقع با اعمال فرمان­های کنترلی به دو نقطه، میزان بار را کنترل می­کند،  پیش تغذیه کننده یا Pre Feeder گفته می­شود. Pre Feeder با کنترل میزان بار ریخته شده روی نوار، دقت و پایداری سیستم را افزایش می­دهد. این کنترل به وسیله­ی درچه­های فرمان پذیر موتوری در قسمت تخلیه­ی سیلوی خوراک کوره (کنترل بین) و یا دریچه­های فرمان پذیر پنوماتیکی انجام می­شود. لازم به ذکر است، هر دو فرمان کنترلی، یعنی فرمان تغییر سرعت نوار نقاله و به طور همزمان فرمان کم و زیاد شدن دریچه، از کنترلر ویفیدر صادر می­شود.

با توجه به ماهیت مواد خوراک کوره از لحاظ سایز دانه بندی، ویفیدر خوراک کوره دارای پوشش مخصوصی روی نوار آن می­باشد. در خصوص سیستم توزین ویفیدر، به طور مفصل در فصل ششم، بحث خواهد شد.

سیستم توزین ریزشی یا فلوفیدر نیز از انواع بسیار پر کاربرد در توزین خوراک کوره است. همچنین می­توان از سیستم­های توزین دوار (Rotary Feeders) برای توزین خوراک کوره استفاده کرد. این دو نوع ماشین و عملکرد آن­ها نیز در فصول هشتم و نهم مورد بررسی قرار گرفته اند.

1-5) توزین کلینکر (سیستم توزین ویژه­ی باند فلزی)

خروجی کوره، کلینکر با دمای حدود 1500 درجه است که پس از خنک شدن در گریت کولر تا دمای حدود 120 درجه (بسته به نوع گریت­کولر)، توسط کانوایر فلزی تا سیلوی ذخیره کلینکر منتقل می­شود. میزان دقیق کلینکر تولید شده، می تواند داده­ی ارزشمندی برای مدیریت بهره­برداری سیستم باشد. از سویی به علت شرایط خاص باند فلزی (که در کارخانجات سیمان ایران به علت شهرت برند AUMUND معمولاً به باند آموند معروف است) و دمای بالا، امکان استفاده از سیسیتم های توزین نوار نقاله میسر نیست. سیستم توزین باند فلزی (باند آموند) از این جهت که آمار ارزشمند و با دقت بالا در اختیار بهره­بردار قرار می­دهد حائز اهمیت فراوان می­باشد.

میان اهمیت سیستم­های توزین ویفیدر بسیار زیاد می­باشد.

شكل (…) : تصویر یک سیستم توزین باند فلزی کلینکر

1-6) توزین در واحد آسیاب سیمان

بعد از این قسمت، دپارتمان آسیاب سیمان شامل بونکر­های ذخیره مواد و ماشین آسیاب قرار دارد. مواد اولیه شامل کلینکر، کچ و افزودنی (معمولا آهک یا پوزولان)، هر کدام در یک بونکر مجزا ذخیره می­شوند. معمولا، سیلوهای فلزی در آسیاب سیمان مجهز به سیستم توزین می­باشند. این مواد، مشابه دپارتمان آسیاب مواد بایستی با دقت و به صورت کاملا قابل کنترل با نسبت های وزنی مشخص پس از تخلیه از سیلو و اختلاط، وارد آسیاب شوند. در این میان اهمیت سیستم­های توزین ویفیدر بسیار زیاد می­باشد.

شكل (…) : فلوچارت تولید سیمان با تمرکز بر سیستم­ های توزین – آسیاب سیمان و بارگیرخانه

1-6-1) سیستم توزین مخازن آسیاب سیمان

برای توزین مخازن ذخیره­ی مواد در دپارتمان آسیاب سیمان، در حالتی که از سیلو­های فلزی استفاده شود، معمولاً لودسل­هایی در زیر این مخازن تعبیه می­شود. به این ترتیب با ایجاد یک سیستم توزین استاتیک، اپراتور از میزان مواد موجود در هر سیلو مطلع می­شود. در بخش دوم از فصل 10 این کتاب، سیستم­های توزین مخازن با تمرکز بیشتری مورد بررسی قرار گرفته­اند.

          1-6-2) تغذیه کننده­های نواری آسیاب سیمان

در مورد این سیستم­ها به تفصیل در فصل هفتم توضیح داده شده است.

          1-6-3) توزین برگشتی آسیاب سیمان

پس از خردایش نهایی مواد در آسیاب سیمان، محصول نهایی به صورت سیمان تهیه می­شود. دو نوع اصلی از آسیاب ها، آسیاب های غلطکی و گلوله­ای می­باشند. در نوع دوم برای تعیین میزان دانه بندی پودر سیمان (یا به عبارتی بلین) محصول خروجی آسیاب وارد دستگاه سپراتور شده و در آنجا سیمان با بلین مناسب (نرمه) از سیمانی که هنوز به اندازه­ی کافی پودر نشده (زبره) جدا می­شود. قسمت دوم، از سیستم توزین برگشتی آسیاب که معمولاً از نوع فلومیتر می­باشد، عبور می­کند. به نوعی این سیستم توزین، معیاری از کیفیت عملکرد آسیاب را به­دست می­دهد.

1-7)    توزین در بارگیر­خانه

قسمت آخر خط تولید، بارگیرخانه می­باشد. مهمترین تجهیز در بارگیرخانه، دستگاه کیسه پرکن دوار یا روتاری پکر نیز، مبتنی بر سیستم توزین و لودسل است. همچنین از دستگاه چک ویر، برای توزین کیسه­های پر شده و چک کردن وزن آن­ها استفاده می­شود. دیگر سیستم توزین موجود در این قسمت سیستم بیگ بگ پرکن است که برای پر کردن جامبو بگ­های با ظرفیت یک تا دو تن مورد استفاده قرار می­گیرد. اساس کار این سیستم هم توزین است. در نهایت محصول تولیدی کارخانه، به صورت فله، کیسه­های پنجاه کیلویی و یا جامبوبگ­های مخصوص صادرات، همگی روی تریلی یا درون بونکرهای حمل سیمان بارگیری شده و در هنگام خروج از کارخانه توسط باسکول­های کامیون کش، مورد تائید اداره­ی استاندارد، توزین می­شوند.

شكل (…) : چیدن کیسه­های سیمان برای حمل با کامیون در بارگیرخانه سیمان

1-7-1) کیسه پرکن دوار

آخرین قسمت از فرآیند تولید سیمان در بارگیرخانه انجام می­شود. فروش فله­ای سیمان و کیسه زنی و همچنین فرآیند چیدن کیسه­های پرشده روی پالت یا کامیون، خود شامل مراحل فنی بسیار پیچیده و مهمی است که موضوع این کتاب نیست. اما اصلی ترین دستگاه در بارگیرخانه، سیستم کیسه پرکن یا روتاری پکر می­باشد. می­توان گفت تمامی کارخانجات سیمان ایران کم و بیش از دستگاه­های روتاری پکر مشابهی (از لحاظ ساختار و عملکرد) استفاده می­کنند. دستگاه روتاری پکر، از جهاتی یک سیستم توزین محسوب می­شود که نیازمند کالیبراسیون های دوره­ای ا­ست.

شكل (…) : دستگاه کیسه پرکن دوار (روتاری پکر) در بارگیرخانه­ی سیمان

1-7-2) چک ویر

سیستم توزین دیگر در این ناحیه دستگاه چک­ویر است که عملکرد صحیح آن باعث اطمینان از صحت وزنی کیسه­های پرشده، می­شود. روش کار سیستم چک­ویر به نحوی است که کیسه­­های پر شده توسط روتاری پکر، قبل از بارگیری از روی یک نوار نقاله عبور می­کنند. در یک قسمت از مسیر حرکت کیسه­ها یک سیستم توزین قرار گرفته که هر کیسه به صورت مجزا از روی آن عبور می­کند. این دستگاه که مجهز به نوار نقاله، موتور و لودسل است، با اندازه­گیری وزن کیسه­ی در حال حرکت، دقت پر شدن آن را می­سنجد. در صورتی که اختلاف وزن کیسه از مقدار مورد نظر برای فروش بیشتر از حد مجاز باشد، کیسه به صورت خودکار و یا توسط اپراتور از چرخه­ی فروش خارج می­شود.

در سیستم­های پیش رفته تر جدید، در صورتی که خطای وزنی کیسه­ها که توسط چک­ویر تشخیص داده می­شود، به صورت پیوسته ادامه داشته باشد، این دستگاه می­تواند فرامینی را برای تغییر ضریب کالیبراسیون دستگاه کیسه پرکن ارسال کند.

شكل (…) : انتقال مکانیزه­ی کیسه­های پر شده در بارگیرخانه

1-7-3) پرکن جامبوبگ

یکی از دستگاه­های دیگر در بارگیرخانه، سیستم کیسه پرکن با ظرفیت­های بالا است. این دستگاه برای پرکردن کیسه­های با ظرفیت 1 تا 2 تن مورد استفاده قرار می­گیرد. این کیسه ها معمولاً بیگ بگ یا جامبو بگ نامیده می­شوند. در خصوص سیستم پرکن جامبوبگ به طور مفصل تر در فصل 11 این کتاب توضیحاتی ارائه شده است.

1-7-4) باسکول

فروش سیمان به صورت فله­ای هم با اندازه­گیری وزن کامیون در حال بارگیری توسط باسکول­های تعبیه شده زیر مخازن سیمان انجام می­شود. دقت این باسکول­ها به علت اینکه مرجع رسمی فروش کارخانه می­باشند، به صورت دوره­ای باید به تایید مراجع صدور استاندارد برسد. در مورد باسکول­های کامیون کش که در کارخانجات سیمان در قسمت های مختلف اعم از بارگیرخانه، سنگ شکن، درب­های ورودی کارخانه و... کاربرد دارند در فصل 10 بحث شده است. باسکول­های کامیون کش ازانواع سیستم های توزین استاتیک به حساب می­آیند