الصفحة الرئيسية > الأخبار > التحقيق في أسباب تكتل الأسمنت وتنفيذ التدابير الفعالة

التحقيق في أسباب تكتل الأسمنت وتنفيذ التدابير الفعالة

1. المشكلات التي تم تحديدها

منذ عام 2020، واجه المصنع «أ»، وهو خط إنتاج الأسمنت بالطريقة الجافة، عدة مشكلات متكررة. وشملت هذه المشكلات تكتل الأسمنت داخل صوامع التخزين، وصعوبة استخراج الأسمنت من الصوامع، وتراكم المواد أثناء تحميل القطارات السائبة. وقد نفذ المصنع إجراءات تصحيحية مثل تنظيف الصوامع، وخفض نسبة الرطوبة في المواد المُغذية للمطحنة، واستخدام الغرابيل الاهتزازية. وقد ساهمت هذه الإجراءات في التخفيف من صعوبات شحن الأسمنت، لكنها لم توفر حلاً شاملاً.

تقوم المحطة «أ» بتشغيل خط فرن أسمنت. ويستخدم نظام طحن الأسمنت فيها عملية مركبة (دائرة مغلقة) تضم مكبس أسطواني ومطحنة كروية. وقد حدثت مشكلة التكتل والانسداد بشكل أساسي أثناء شحن نوع الأسمنت P·O 52.5. يستخدم هذا النوع من الأسمنت الخبث والحجر الجيري كمواد مخلوطة، والجبس المنزوع الكبريت كمؤخر للتصلب. احتوى الجبس المنزوع الكبريت على 18.8% من الماء البلوري و40.6% من SO₃. وكانت أهداف مراقبة جودة إنتاج الأسمنت هي: بقايا الغربلة 45 ميكرومتر (7 ± 2)%، والمساحة السطحية النوعية (340 ± 10) م²/كجم، ومحتوى SO₃ (2.5 ± 0.2)%.

2. التحقيق والاختبار

2.1. حالة التكتل والاختبارات التجريبية

وقع الحادث الأحدث في الصومعة رقم 3، التي كانت تخزن الأسمنت P·O 52.5. وقد سدت كتل الأسمنت مخرج التفريغ، مما أعاق تدفق المواد. وقام العمال بإزالة الانسداد باستخدام الهواء عالي الضغط وإزالة الكتل الكبيرة يدويًّا. وبعد ذلك، لم تحدث أي حالات انسداد أو مشاكل في التدفق لمدة أسبوع. والجدير بالذكر أنه قبل ستة أشهر من حدوث هذا الانسداد، تم تركيب غربال اهتزازي عند مدخل الصومعة. يوضح الشكل 1 جزيئات الأسمنت المتكتلة التي تم غربلتها عند المدخل. وكانت الكتل الكبيرة قد اكتسبت بالفعل قوة كبيرة، حيث لم تنكسر عند سقوطها من ارتفاع 0.5 متر. ومع ذلك، كان من الممكن سحق الجسيمات الأصغر يدويًّا. يوضح الشكل 2 الكتل المتصلبة التي تمت إزالتها خلال عملية تنظيف سابقة. كان هذا الأسمنت قد تصلب واكتسب قوة، كما قاوم إلى حد كبير الانكسار عند سقوطه من ارتفاع 0.5 متر. علاوة على ذلك، لوحظ وجود مادة متكتلة في الأسمنت أثناء عملية التحميل والشحن من الصومعة 3.

قمنا بوزن عينة الأسمنت المستخرجة من الصومعة والمواد التي تم احتجازها على منخل ذي فتحات مربعة بحجم 0.9 مم. وبلغت النسبة الكتلية للمواد المتكتلة 10.5%. وأظهرت الاختبارات أن متوسط محتوى الرطوبة في هذه المواد المتكتلة/المتجمعة بلغ 1.15%، بينما بلغ متوسط الرطوبة في كتل الخبث التي تم غربلتها (الشكل 1) 0.97%. وقد تجاوزت هذه القيم بشكل ملحوظ الحد المرجعي البالغ 0.6%. قمنا بتنظيف المادة المتكتلة بالفرشاة الجافة وسحقها على المنخل ذي 0.9 مم. وبلغت المساحة السطحية النوعية للمادة المسحوقة 405 م²/كجم، أي أعلى بحوالي 60 م²/كجم عن المتوسط. ويشير ذلك إلى وجود نسبة أعلى بكثير من المسحوق الناعم (جسيمات <3 ميكرومتر) في المادة المتكتلة مقارنةً بمتوسط الأسمنت المدخل. ولذلك، من المرجح أن يحدث التكتل والتكتل الكروي بسهولة أكبر في مسحوق الأسمنت الناعم. ويمكن تفسير ذلك أيضًا بأن المسحوق الناعم أكثر عرضةً للتجير المسبق. بعد التفريغ، بقي حوالي 1-2 طن من الأسمنت المتبقي عالقًا بالقرب من مخرج التفريغ داخل صهاريج السكك الحديدية المعادة. أظهر هذا الأسمنت خاصية الالتصاق وكان من السهل تفتيته باليد. وبلغ متوسط محتواه من الرطوبة 0.96%، وهو ما يشبه الرطوبة الزائدة الموجودة في الكتل والكرات.

2.2. التحقيق في الأسباب والتحقق منها

بناءً على الرطوبة غير الطبيعية بشكل واضح في الكرات والكتل، استنتجنا السبب في البداية. فقد اشتبهنا في أن جزيئات الأسمنت الصغيرة قد خضعت لعملية تكوين نوى الترطيب عند تعرضها للماء (أو امتصاصه) في ظل درجات حرارة مرتفعة. ثم نمت هذه الجزيئات تدريجيًّا لتشكل تكتلات وكتل أثناء التخزين. ونتيجةً لذلك، قمنا بإجراء مزيد من التحقيقات حول رطوبة الأسمنت، ودرجة حرارة مخرج المطحنة، وتوزيع حجم الجزيئات.

قمنا بمراقبة وتسجيل محتوى الرطوبة في الأسمنت P·O 52.5 الذي يدخل الصومعة بشكل مستمر. ويوضح الجدول 2 النتائج. وبلغ متوسط الرطوبة 0.44% عند مخرج المطحنة و0.55% عند مخرج الصومعة. في المقابل، بلغ متوسط الرطوبة في الأسمنت المتكتل والمتكتل 1.06%. وهذا يشير إلى أن الأسمنت امتص الرطوبة أثناء التخزين، مما أدى إلى زيادة الرطوبة الإجمالية بمقدار 0.11%. وزادت الرطوبة في الأسمنت المتكتل والمتكتل بمقدار 0.62%.

كما قمنا برصد درجة حرارة الغاز عند مخرج المطحنة أثناء إنتاج P·O 52.5 (الجدول 3). وكانت درجة حرارة الغاز أقل بـ 5–10 درجة مئوية من درجة حرارة المسحوق. وبلغت درجة حرارة الأسمنت حوالي 110 درجة مئوية. وقد وفرت هذه الدرجة العالية من الحرارة الظروف اللازمة لتجفيف الجبس المنزوع الكبريت أثناء التخزين. وتحول الماء البلوري المنطلق من الجبس إلى ماء حر، ثم امتصه الأسمنت.

أخذنا عينات من الأسمنت من مخرج الطاحونة لفحص حجم الجسيمات. وبلغت قيم الدقة باستخدام طريقة المنخل 45 ميكرومتر 7.1% و5.5% و6.0%. وتطابقت هذه القيم بشكل أساسي مع نتائج تحليل حجم الجسيمات بالليزر: 6.79%، و5.22%، و5.25%. وكانت قيم المساحة السطحية النوعية باستخدام طريقة نفاذية الهواء بلين هي 342 م²/كجم، و336 م²/كجم، و345 م²/كجم. وكانت معاملات انتظام توزيع حجم الجسيمات هي 1.107، و1.042، و1.090. في نظام الطحن ذي الدائرة المغلقة، يشير هذا إلى توزيع حجم جسيمات ضيق نسبيًّا. وكان محتوى الجسيمات الأصغر من 3 ميكرومتر 18.68% و19.04% و19.15% على التوالي، مما يشير إلى وجود نسبة عالية نسبيًّا من المسحوق الناعم. ومن المرجح أن هذه النسبة العالية من المسحوق الناعم تسببت في تكوّن كرات وتكتلات الأسمنت.

أظهرت مراجعة البيانات الجوية العامة الخاصة بمنطقة المصنع «أ» خلال السنوات الأخيرة اتجاهاً تصاعدياً عاماً في متوسط الرطوبة النسبية للهواء. علاوة على ذلك، تجاوزت الرطوبة النسبية 80% خلال العام الماضي. وقد ساهم هذا الهواء الرطب في زيادة امتصاص الرطوبة وترطيب الأسمنت أثناء التخزين.

لذلك، توصلنا إلى أن السبب الرئيسي لتكتل الجبس في المصنع «أ» هو ارتفاع نسبة المسحوق الناعم (<3 ميكرومتر). تسببت درجات الحرارة المرتفعة في تجفيف الجبس المنزوع الكبريت. وأدى هذا التأثير، مقترناً بالرطوبة الموجودة في الهواء، إلى تحفيز عملية ترطيب الأسمنت وتصلبه. وبدأت هذه العملية بتكوين النوى والكرات، ثم تطورت تدريجياً إلى تشكيلات متكتلة.

3. إجراءات التحسين والنتائج

بناءً على الاستنتاجات المذكورة أعلاه، نفذ المصنع «أ» التدابير التالية:

(1) تم خفض درجة حرارة الأسمنت عند خروجه من الطاحونة عن طريق زيادة تدفق الهواء عند مؤخرة الطاحونة وإدخال المزيد من هواء التبريد عند جهاز الفرز. كما قاموا بتبديل منفذ تفريغ الكلنكر بانتظام. ونتيجة لذلك، انخفضت درجة حرارة الغاز عند مخرج الطاحونة من 100 درجة مئوية إلى حوالي 90 درجة مئوية.
(2) خفضت نسبة الجبس المنزوع الكبريت من 5.5% إلى 4.8%.
(3) تم تعزيز تأثير التشتت لمساعد الطحن لتسريع تدفق المواد داخل مطحنة الكرات. وأدى ذلك إلى زيادة حمل الدوران في مطحنة الكرات، وتقليل تراكم الحرارة الموضعي، وتقليل توليد المسحوق الناعم إلى أدنى حد. وتم التحكم في محتوى المسحوق الناعم الذي يقل حجمه عن 3 ميكرومتر بحيث لا يتجاوز 17%. بالإضافة إلى ذلك، تم تقليل مدة تخزين الأسمنت في الصوامع إلى أدنى حد ممكن.

بعد استهلاك المخزون الحالي من الأسمنت المخزن على مدار فترة من الزمن، انخفضت بشكل ملحوظ كمية الأسمنت المتكتل والمتكتل في كتل التي تم استخراجها من الصوامع. وخلال الأشهر الستة الماضية، لم تحدث أي حوادث أخرى لانسداد منافذ التفريغ أو تراكم المواد أثناء تحميل القطارات.

4. الخاتمة

كانت الأسباب الرئيسية لتكتل الأسمنت في المصنع «أ» هي ارتفاع درجة حرارة الأسمنت الوارد، مما أدى إلى تحويل الماء البلوري الموجود في الجبس المنزوع الكبريت إلى ماء حر، وما تبع ذلك من امتصاص بطيء للرطوبة من البيئة الرطبة أثناء التخزين. وقد أدى ذلك إلى زيادة محتوى الرطوبة في الأسمنت. وأدت النسبة العالية من المسحوق الناعم (<3 ميكرومتر) في الأسمنت إلى الترطيب المسبق لبعض الجسيمات الدقيقة، مما أدى تدريجيًا إلى تكوين تكتلات كبيرة. وقد نجحت الإجراءات التي تم اتخاذها في حل مشكلة التكتل.