به طور کلی بخشهای مختلف در فرآیند تولید سیمان به چهار بخش به شرح زیر تقسیم بندی می شوند:
۱ – بخش سنگ شکن
در این بخش مواد اولیه (خام) از قطعات بزرگ به قطعات کوچک شکسته می شوند. این کار توسط سنگ شکن هایی انجام می شود که در انواع مختلف و با کاربردها و مصارف انرژی متفاوتی عمل می کنند. به طور کلی، عمل خرد کردن به فرآیندی گفته می شود که در آن مواد خام به ابعادی که به عنوان خوراک مناسب برای مرحله بعدی است، یعنی حدود ۲۰ تا ۸۰ میلی متر شکسته می شوند. سنگ شکن ها به انواع اصلی ضربه ای (Impact) و فشاری (Compression) تقسیم بندی میشوند. سنگ شکن های فکی (Jaw) و مخروطی (ژیراتوری) از انواع سنگ شکن های فشاری بوده و سنگ شکن های چکشی نیز از انواع ضربه ای محسوب می شوند. انرژی مصرفی در سنگ شکن تک محوره بین ۱تا ۲ کیلو وات ساعت برای هر تن سنگ و برای دو محوره بین ۳/۱تا ۸/۱ کیلو وات ساعت بر تن می باشد، در حالیکه در سنگ شکن های ضربه ای انرژی ویژه مصرفی ۰.۴۵تا ۱ کیلو وات ساعت بر تن است. خرد کردن سنگهای فوق العاده سخت با سنگ شکن های ضربهای مقرون به صرفه نیست و میزان سایش بسیار بالا خواهد بود. برای خرد کردن چنین سنگ هایی، خردکنهای فکی، مخروطی دوار و چکشی علیرغم انرژی ویژه مصرفی بالاتر مناسبتر هستند. به طور کلی بخش سنگ شکن و پیش همگن سازی (اختلاط) مواد ۲ الی ۵ درصد از انرژی الکتریکی مصرفی در کارخانه های سیمان را به خود اختصاص می دهند.
۲ – بخش آسیاب مواد
نرم شدن مواد خام ورودی جهت ورود به قسمت پخت در بخش آسیاب مواد انجام می شود، در واقع در این بخش مواد خام که خروجی از بخش سنگ شکن با ابعاد ۲۰ تا ۸۰ میلی متر می باشند، به ابعاد کوچکتر از ۲/۰ میلی متر تبدیل میشوند. در آسیاب های مواد خشک کردن مواد اولیه نیز صورت می گیرد. آسیاب های مواد خام به دو نوع کلی آسیاب های گلوله ای و آسیاب های غلطکی طبقه بندی می شوند. در کارخانجات سیمان کشور از هر دو نوع این آسیاب ها استفاده می شود. حدود ۳۳ درصد از مصرف انرژی الکتریکی در کارخانجات سیمان در بخش آسیاب مواد صورت میگیرد که این مقدار حدود ۸ درصد از کل مصرف انرژی اولیه است.
مطابق با نرمهای جهانی، مصرف انرژی ویژه الکتریکی در فرآیند تولیدی خشک در بخش آسیاب مواد برای آسیاب های گلوله ای بین ۲۲ تا ۲۸ کیلو وات ساعت بر تن مواد خام و برای آسیاب های مواد غلطکی بین ۱۵ تا ۱۸ کیلو وات ساعت بر تن مواد خام است. این در حالی است که در فرایند تولیدی تر با آسیاب گلوله ای مصرف انرژی ویژه الکتریکی از ۱۶ تا ۲۲ کیلووات ساعت بر تن دوغاب تولید شده اعلام شده است.
۳ – بخش پخت کلینکر
بخش پخت کلینکر شامل سه بخش پیش گرمکن، کوره و خنک کن (کولر) کلینکر است. در کارخانجات جدید پیش کلسیناتور نیز به پیش گرم کن اضافه شده است. کوره های سیمان در دو نوع کوره های عمودی و کوره های دوار موجودند. در حال حاضر در کارخانه های سیمان کشور چه در فرایند تر و چه در فرآیند خشک تولید سیمان، تنها از کوره های دوار استفاده می شود.
کوره های پیش گرم کندار متشکل از دو بخش کوره استوانه ای دوار و پیش گرم کن بوده و در مقایسه با کوره های با ظرفیت مشابه دارای طول کمتری هستند. پیش گرم کن وظیفه گرم کردن و تا حدی تکلیس (کلسینه کردن) خوراک کوره داشته و در آن از گازهای داغ خروجی از کوره استفاده می شود.
پیش گرم کن های سیکلونی معمولاً شامل مقداری سیکلون هستند که بر روی یکدیگر قرار گرفته و به منظور جدا نمودن مواد از گاز، سیکلون آخر به صورت دوقلو ساخته شده است. سیکلونها توسط کانالهای با مقطع مربعی شکل به یکدیگر وصل می شوند و آخرین کانال که به کوره وصل می شود، دارای مقطع دایره ای است. انتهای قیف سیکلون ها متصل به لوله انتقال مواد بوده و از هر سیکلون به کانال گاز سیکلون زیرین متصل است. لوله مواد مربوط به سیکلون انتهایی به ورودی کوره وارد می شود.
علت اصلی وجود سیکلون ها ایجاد محیط گردبادی جهت انتقال سریع حرارت بین گاز و مواد جامد است که نهایتاً پس از تبادل حرارت به دلیل فرم قیفی شکل انتهای سیکلون مواد جامد از گاز جدا شده و از انتهای آن خارج می شود. گاز خارج شده از مواد، از بالای سیکلون خارج می شود و در پیش گرم کن عمل انتقال حرارت در کانالهای انتقال گاز صورت می گیرد. پس از پخت مواد در کوره و تشکیل کلینکر، کلینکر تولیدی می بایست خنک شود. خنک کردن کلینکر بر ساختمان کریستالی، ترکیب مینرالوژیکی، قابلیت خرد شدن و نهایتاً کیفیت سیمان تأثیر گذار است.
به دلایلی چون مشکل بودن انتقال و جابجایی کلینکر داغ و اثرات منفی و مخرب آن بر روی آسیاب های سیمان، لزوم دستیابی به کیفیت مطلوب سیمان و نیز حرارت قابل بازیابی از کلینکر که در حدودkcal/kg clinker 200-250 است، خنک نمودن کلینکر ضرورت مییابد.
خنک کننده های (کولرهای) کلینکر انواع مختلفی از قبیل دوار، سیارهای، مشبک، عمودی کوئینچینگ درایر و… را شامل می شوند که هر یک خصوصیات مخصوص به خود را دارند.
لازم به ذکر است که در کارخانه ای با فرآیند تولیدی خشک و با پیش گرم کن ۴ مرحله ای سیکلونی که خشک کردن مواد خام با استفاده از گازهای خروجی از کوره صورت می گیرد، ۹۹ درصد از مصرف سوخت به بخش پخت اختصاص یافته و ۱ درصد دیگر صرف خشک شدن مواد خام می شود. همچنین مصرف برق بخش پخت در حدود ۲۰ الی ۲۵ درصد از کل مصرف برق کارخانه را شامل شده و در کل در حدود ۸۰ درصد از کل انرژی اولیه در این بخش مصرف می شود.
۴ – بخش آسیاب سیمان
آسیاب های سیمان مورد استفاده در کارخانه های سیمان کشور به غیر از چند مورد، از نوع گلوله ای هستند و به صورت مدار باز و مدار بسته عمل می کنند. در این نوع آسیاب ها (گلوله ای) سایش زبر و نرم در اتاقچه های مربوطه انجام می شود و برای دستیابی به محصول با نرمی لازم تعداد اتاقچه ها به ۳ و یا ۴ رسانده می شود. در حال حاضر آسیاب های چند اتاقچه ای مدار باز برای تولید سیمان پرتلند معمولی با درجه (بلین )/gr2cm 3300-2800 به طور موفقیت آمیزی استفاده می شود. استفاده از سپراتور و قراردادن آن در مسیر آسیاب سیمان نرمی محصول را بیشتر می کند، به نحوی که بخش اعظم سیمان خروجی از آسیاب به سپراتور هدایت و ذرات زبر آن جدا و جهت سایش دوباره به آسیاب برگشت می نماید. بدین ترتیب می توان با به کارگیری سیستم بسته نرمی سیمان را تا حدود /gr2cm 5000 افزایش داد. تصمیم به تبدیل سیستم مدار باز به مدار بسته بستگی به عواملی چون خواص کلینکر موجود، نرمی سیمان مورد نیاز، راهبری آسیاب و ملاحضات اقتصادی دارد. سیستم های بسته نسبت به تغییرات قابلیت سایش مواد اولیه و سخت و نرم شدن کلینکر یا سرباره حساسیت کمتری دارند. در مورد سیستم های مدار باز برای از بین بردن تغییرات در دانهبندی سیمان باید کلینکر قبل از ورود به آسیاب مخلوط شود و یا سیمان تولیدی را در سیلوهای مخلوط کننده کاملاً مخلوط کرد.
آسیاب های مدار بسته برای تولید سیمان های با درجه (بلین )/gr2cm 3400-3300 و آسیاب های مدار باز برای تهیه سیمان معمولی با بلین /gr2cm 3300-2800 انتخاب می شوند. البته تا نرمی/gr2cm 3300-3200 آسیاب های مدار بسته مزیت مهمی نسبت به آسیاب های مدار باز ندارند و انرژی مصرفی ویژه الکتریکی در آسیاب های مدار باز و بسته تقریباً یکسان است، اما وقتی نرمی سیمان بیشتر می شود، انرژی الکتریکی مصرفی در آسیاب های مدار باز افزایش می یابد، به نحوی که برای تولید سیمان با نرمی /gr2cm 4000-3900 مصرف انرژی ویژه الکتریکی برای آسیاب مدار باز ۳۰ تا ۴۰ درصد بیشتر از آسیاب مدار بسته می شود.
