ΠΡΟΟΜΟΓΕΝΟΠΟΙΗΣΗ ΣΤΗΝ ΤΣΙΜΕΝΤΟΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑ

Φωτ.: Κατά FLSmidth Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Ε.Μ.Π. (2013) 1

ΠΡΟ-ΟΜΟΓΕΝΟΠΟΙΗΣΗ - Εισαγωγή • Είναι γνωστό ότι στην παραγωγική διαδικασία του

κλίνκερ τσιμέντου, εκτός των άλλων, σημαντικότατη επίδραση έχουν τα φυσικομηχανικά χαρακτηριστικά των κύριων πρώτων υλών (ασβεστόλιθος, αργιλοπυριτικά πετρώματα). Και τούτο επειδή, εκτός της χημικής και ορυκτολογικής καταλληλότητας του υλικού τροφοδοσίας της καμίνου η οποία εξασφαλίζεται μέσω των τιμών των δεικτών ποιότητας κλίνκερ (LSF, SR, AR), για την προσαρμογή στις απαιτήσεις του μείγματος των Π.Υ, είναι απαραίτητη η κατάλληλη προετοιμασία του υλικού και από πλευράς κοκκομετρίας, ώστε να διευκολύνεται η εψησιμότητα.

Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Ε.Μ.Π. (2013) 2

ΠΡΟ-ΟΜΟΓΕΝΟΠΟΙΗΣΗ-Αναγκαιότητα • Η εξασφάλιση ομοιομορφίας στην κοκκομετρική

σύνθεση της τροφοδοσίας της καμίνου δεν είναι πάντοτε εύκολη, επειδή τα διάφορα ορυκτά (ασβεστίτης, χαλαζίας, αργιλικά ορυκτά) δεν έχουν ομοιόμορφη συμπεριφορά κατά την άλεση στο μύλο της «φαρίνας» (raw mill) με αποτέλεσμα τα πιο δυσάλεστα και δύστηκτα χαλαζιακά ορυκτά να παραμένουν χονδρομερέστερα (μεγάλο ποσοστό τεμαχίων >45 μm), οπότε παράγεται ανομοιογενές υλικό τροφοδοσίας της Π.Κ. (φαρίνα) και δημιουργούνται προβλήματα κατά την έψηση.

• Π.Κ. = περιστροφική κάμινος Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Ε.Μ.Π. (2013)

3

Διακυμάνσεις στη μέση σύσταση του τροφοδοτούμενου υλικού στην τσιμεντοβιομηχανία, οφείλονται: 1. Στην πιθανότητα ανεπιθύμητης «ανάμειξης» με το στείρο κατά την

εξόρυξη (ανατίναξη ή μηχανική εξόρυξη) ή και κατά τη μηχανική φόρτωση στο δάπεδο της βαθμίδας του ορυχείου (πιθανόν και λόγω ατελούς αρχικής οριοθέτησης του κοιτάσματος)

2. Στον τύπο και τη γεωμετρία του κοιτάσματος 3. Σε πιθανές τεκτονικές διαταραχές (ρήγματα, διακλάσεις, εφιππεύσεις

κλπ.) που διαφοροποιούν κατά θέσεις το κοίτασμα 4. Σε προβλήματα που έχουν σχέση αποκλειστικά με τις γεωλογικές

συνθήκες γένεσης, από τις οποίες εξαρτώνται τα φυσικοχημικά και -μηχανικά χαρακτηριστικά του κοιτάσματος (π.χ. φακοί διαφορετικού υλικού εντός του κοιτάσματος).

Η αραίωση που προκύπτει λόγω των παραπάνω αιτίων κυμαίνεται από 5-10%. Για την αντιμετώπιση των παραπάνω προβλημάτων, δεν είναι πάντοτε συμφέρουσα ούτε και αποδοτική η εφαρμογή μεθόδων εκλεκτικής εξόρυξης.

ΠΡΟΟΜΟΓΕΝΟΠΟΙΗΣΗ-Αναγκαιότητα

Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Ε.Μ.Π. (2013) 4

ΠΡΟ-ΟΜΟΓΕΝΟΠΟΙΗΣΗ - Πλεονεκτήματα 1. Δημιουργία μεγάλης ποσότητας υλικού (25000-70000

τόννων), ομοιόμορφης σύστασης (χημική, ορυκτολογική, κοκκομετρική) με «διασπορά» των βλαπτικών και «αραίωση» εντός του σωρού

2. Επάρκεια τροφοδοσίας της καμίνου με υλικό ομοιόμορφης σύστασης, για σχετικά μεγάλο χρονικό διάστημα (χρονική «αυτάρκεια»)

3. Σταθερότητα στη λειτουργία της καμίνου με ελαχιστοποίηση ενδεχόμενων δυσμενών επιπτώσεων κατά την παραγωγική διαδικασία

4. Ευνοϊκές συνθήκες παραγωγής προϊόντων (κλίνκερ και τσιμέντο) σταθερής ποιότητας.

Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Ε.Μ.Π. (2013) 5

Επιβάλλεται η προ-ομογενοποίηση, όταν η τυπική απόκλιση s > 2% CaCO3. Όταν η τυπική απόκλιση είναι s ≤ 2% CaCO3, τότε επαρκεί η

ομογενοποίηση που γίνεται στο silo του αλεσμένου μείγματος των Π.Υ. (Σχήμα) Η προομογενοποίηση γίνεται μετά τα στάδια πρωτογενούς και δευτερογενούς

θραύσης του χονδρομερούς (25-50 mm) ασβεστολιθικού υλικού με συμμετοχή περίπου 75-80% στο μείγμα των Π.Υ. παραγωγής κλίνκερ τσιμέντου

Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Ε.Μ.Π. (2013) 6

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΠΡΟ-ΟΜΟΓΕΝΟΠΟΙΗΣΗΣ ΑΡΙΘΜΟΣ ΣΤΡΩΜΑΤΩΝ ΑΠΟΘΕΣΗΣ

• Μεγάλη σημασία στην αποτελεσματικότητα της προ-ομογενοποίησης έχει ο αριθμός των διαδοχικών στρωμάτων που αποτίθενται στην επιφάνεια για τη δημιουργία του σωρού. Ο αριθμός των στρωμάτων εξαρτάται από τις «απαιτήσεις» της διεργασίας, δηλ. πόση τυπική απόκλιση sout (π.χ. 0.2-0.5 %) «επιδιώκεται» να υπάρχει στο απολαμβανόμενο υλικό σε σχέση με την τυπική απόκλιση του αποτιθέμενου υλικού sin (2.0-3.0 %). Ο λόγος Ε = sin/sout καλείται «απόδοση» της προ-ομογενοποίησης και είναι δείκτης της «ποιότητας» ανάμειξης του αποτιθέμενου υλικού. Η σχέση μεταξύ απόδοσης Ε και αριθμού στρωμάτων Ν είναι:

𝛦 =𝑠𝑖𝑖𝑠𝑜𝑜𝑜

= 𝑘 · 𝑁

• Όπου k σταθερά μεταξύ 0.5 και 0.7 και Ν ο αριθμός των απαιτούμενων στρωμάτων για την επίτευξη του «στόχου» sout.

• Για sin = 2.7 %, sout = 0.35% και k = 0.6, τότε Ν = 165.3 διαδοχικά στρώματα. • Οι συνήθεις τιμές του Ν μεταβάλλονται από 50-350.

Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Ε.Μ.Π. (2013) 7

ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΠΡΟ-ΟΜΟΓΕΝΟΠΟΙΗΣΗΣ

Το θραυσμένο υλικό αποτίθεται και αποθηκεύεται κατά καθορισμένο τρόπο,

συνήθως με τη βοήθεια μεταφορικών ταινιών ή ειδικών αποθετών, σε σωρούς (επιμήκεις ή κυκλικού σχήματος) μεγάλου όγκου (15-50

χιλιάδων m3) αμέσως μετά την ολοκλήρωση των σταδίων της πρωτογενούς και

δευτερογενούς θραύσης (δηλ. όταν το μέγεθος τεμαχίων προϊόντος θραύσης 25-50 mm).

Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Ε.Μ.Π. (2013) 8

ΣΩΡΟΙ ΠΡΟ-ΟΜΟΓΕΝΟΠΟΙΗΣΗΣ

Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Ε.Μ.Π. (2013) 9

ΓΩΝΙΑ ΑΠΟΘΕΣΗΣ, Angle of repose Σημαντική επίπτωση στην απόθεση έχουν οι ρεολογικές ιδιότητες του κοκκώδους υλικού, οι οποίες επηρεάζουν τη γωνία απόθεσης (α). Αυτές οι ιδιότητες είναι: • Η κοκκομετρική κατανομή των τεμαχίων της τροφοδοσίας, • Η μορφή (επιμήκη, πεπλατυσμένα κλπ.) και το σχήμα των τεμαχίων (ακανόνιστο,

γωνιώδες, αποστρογγυλεμένο) • Η χημική σύνθεση των τεμαχίων, • Η υγρασία, • Η θερμοκρασία του υλικού και επίσης • Η μορφή της επιφάνειας απόθεσης (αδρή ή λεία). Από τη γωνία (α) εξαρτώνται

οι διαστάσεις του σωρού (επιφάνεια έδρασης και ύψος του σωρού) και πιθανόν και η μέθοδος δημιουργίας του (μεθοδολογία δημιουργίας σωρού απόθεσης).

10

ΣΧΕΣΗ ΓΩΝΙΑΣ ΑΠΟΘΕΣΗΣ & ΜΟΡΦΗΣ-ΜΕΓΕΘΟΥΣ ΤΕΜΑΧΙΩΝ

1. Όσο πιο αποστρογγυλεμένο είναι ένα υλικό τόσο μικρότερη γωνία απόθεσης έχει.

2. Το θραυσμένο πέτρωμα (crushed rock), το οποίο περιέχει μεγάλο εύρος μεγεθών και ακανόνιστης μορφής τεμάχια, εμφανίζει μεγαλύτερη γωνία απόθεσης.

Αυτό συμβαίνει προφανώς, επειδή γίνεται αλληλεμπλοκή των τεμαχίων μεταξύ τους, η οποία δυσκολεύει την παράσυρση λόγω βαρύτητας και τη μείωση της γωνίας απόθεσης.

Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Ε.Μ.Π. (2013) 11

ΟΓΚΟΣ ΕΠΙΜΗΚΟΥΣ ΣΩΡΟΥ

Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Ε.Μ.Π. (2013) 12

ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ ΣΩΡΟΥ - Παράδειγμα

Παράδειγμα

Επιμήκης σωρός υλικού πλάτους Β = 30m με γωνία α απόθεσης του υλικού (angle of repose α = 35O) και συνολικό όγκο V = V1+2V2 = 15000 m3, έχει σύμφωνα με τους παραπάνω τύπους:

Μήκος L = 79.5 m, ύψος Η = 10.5 m

και Loverall = 109.5 m

Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Ε.Μ.Π. (2013) 13

ΜΕΘΟΔΟΙ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ ΣΩΡΩΝ ΠΡΟ-ΟΜΟΓΕΝΟΠΟΙΗΣΗΣ

1. Η στρωματοειδής μονόπλευρη απόθεση (Strata method) 2. Η στρωματοειδής αμφίπλευρη απόθεση (Chevron method), με

απόθεση του υλικού κατά μήκος της κορυφής του σωρού. Ευνοείται η απόμειξη (segregation) του υλικού

3. Η μέθοδος Windrow κατά την οποία η απόθεση των διαφόρων στρωμάτων γίνεται με συγκεκριμένη αλληλουχία για την επίτευξη καλής ανάμειξης

4. Η μέθοδος ConeShell απόθεσης διαδοχικών κωνικών σωρών σε σειρά

5. Η μέθοδος Chevcon κυκλικής απόθεσης κατά μήκος της (ελικοειδούς) κορυφής του σωρού με αμφίπλευρη απόθεση. Οι εργασίες απόθεσης και απόληψης υλικού γίνονται στον ίδιο σωρό Μειονέκτημα η αδυναμία μελλοντικής επέκτασης σε περίπτωση ανάγκης αύξησης όγκου.

Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Ε.Μ.Π. (2013) 14

ΜΕΘΟΔΟΙ ΑΠΟΘΕΣΗΣ Μέθοδος Strata

(μονόπλευρη απόθεση) Μέθοδος Chevron

(αμφίπλευρη απόθεση)

Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Ε.Μ.Π. (2013) 15

ΜΕΘΟΔΟΣ Windrow

Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Ε.Μ.Π. (2013) 16

ΜΕΘΟΔΟΣ ConeShell

Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Ε.Μ.Π. (2013) 17

ΜΕΘΟΔΟΣ Chevcon κυκλικής απόθεσης

Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Ε.Μ.Π. (2013) 18

ΔΙΑΤΑΞΗ ΕΠΙΜΗΚΩΝ ΣΩΡΩΝ ΑΠΟΘΕΣΗΣ

Οι επιμήκεις σωροί διατάσσονται είτε σε σειρά, είτε σε παράλληλη τοποθέτηση μεταξύ τους, ανάλογα με τη διαθέσιμη ελεύθερη επιφάνεια

έδρασης των σωρών και τη διάταξη του εργοστασίου. Στον ένα σωρό γίνεται απόθεση και από τον άλλο γίνεται απόληψη υλικού.

Τσακαλάκης Κώστας, Καθηγητής Ε.Μ.Π. (2013) 19