View
3.924
Download
2
Category
Preview:
Citation preview
ÖĞÜTME TEKNOLOJİLERİ
ÖZET
Öğütme, çimento endüstrisinin en fazla enerji tüketen birim işlemidir. Enerji denkliği
anlamında aşırı verimsiz olan öğütme işlemlerinde atılacak küçük adımların ne denli
yararlı olacağı açıktır. Bu bağlamda, konu üzerinde çok uzun bir süredir pekçok sayıda
sistematik araştırma yapılmaktadır. Bu paralelde, özellikle son 20 yılda, çimento öğütme-
separasyon işlemlerinde % 40'lara varan enerji kazanımları sağlanmıştır.
Bu not, Bilyalı Değirmenler dışında kalan Dik Değirmenler, Yüksek Basınçlı Merdaneli
Presler, Düşey Şoklu Kırıcılar/Değirmenler, CKP Ön Öğütücüler ve Horomill'in gelişimi ve
uygulamaları hakkında bir derlemedir.
1. Giriş
Katı taneciklerin elastik sınırlarını aşacak düzeydeki gerilmeler sonucu yenilerek daha
küçük boyutlara indirgenmesi, bir diğer deyişle yeni yüzeylerin oluşması ufalama,
ufalamanın da son aşaması öğütme olarak tanımlanmaktadır. Çoğu kez fiziko-mekanik
bir işlem olarak algılanan ufalama özünde fiziko-kimyasal bir işlemdir (1). Konu üzerinde
1867'de Rittinger (2) ile başlayan kuramsal çalışmalar çok yoğun olmasına karşın
öğütme, halen somut temellere oturtulamamış, ampiriklikten ya da iyimser bir tanımla
yarı kuramsallıktan kurtarılamamıştır.
Günümüzde tüm dünyada üretilen toplam elektrik enerjisinin %5 kadarı öğütmede
harcanmaktadır (3, 4). Yalnızca çimento endüstrisi göz önüne alındığında bu rakam
%2'dir (4). Bilindiği gibi öğütme çok verimsiz bir işlem olup, değirmene giren toplam
enerjisinin ancak %1 kadarı yeni yüzey oluşumunda harcanmakta; geriye kalan kesimi
ise; ısı, ses, titreşim, sürtünme v.b. enerji türleri olarak kaybolmaktadır. Bu nedenle,
öğütme etkinliğini az da olsa arttıracak bir gelişmenin ekonomik değeri açıktır.
Çimento endüstrisi en büyük enerji tüketici endüstrilerden biridir (5). Üretimin en ağırlıklı
işlemlerinden biri olan öğütmede kullanılan elektrik enerjisi, harcanan toplam elektrik
enerjisinin % 60'ından fazla olup, çimento üretim maliyetinin %30-40’ına karşı
gelmektedir. Tipik bir çimento fabrikasında harcanan elektrik enerjisinin yaklaşık dağılımı
Şekil 1 'de verilmektedir (6) .
70'li yılların petrol şokundan sonra artan enerji fiyatları, artan ürün kalite standardları ve
yüksek kapasiteli çimento fabrikalarına olan talep artışı, öğütme makinaları ve uygulanan
Şekil 1. Tipik Bir Çimento Fabrikasında Harcanan Elektrik Enerjisinin Yaklaşık Dağılımı
proseslerin geliştirilmesi ve optimizasyonu konularında yoğun çalışmalara neden
olmuştur. Özellikle son 20 yıldaki gelişmeler çimento endüstrisini yeni kuru öğütme
teknolojileri geliştirme ve bunları uygulama yönünde lider endüstri konumuna getirmiştir.
Konvansiyonel yöntemler olarak tanımlayabileceğimiz bilyalı ve dik değirmenlerde yapılan
gelişmelere ek olarak, 1985 yılında yüksek basınçlı merdaneli presler ve yine aynı yılda,
yüksek verimli separatörler endüstriyel uygulama bulmuş(7, 8); sonraki yıllarda CKP ön
öğütücüleri, düşey şoklu kırıcılar/değirmenler ve son olarak da Horomill geliştirilerek enerji
tüketimleri çok önemli oranlarda düşürülmüştür (9,10,11).
Bu notta bilyalı değirmenler dışında kalan öğütme sistemleri hakkında bilgiler derlenmiş ve
konuya ilişkin gelişmeler verilmiştir.
2. Dik Değirmenler
Dik değirmenlerin orijini antik çağlara uzanmaktadır. Bu çağlarda taştan yapılmış silindirik
öğütme elemanları, yine taştan yapılmış bir silindirin düz yüzeyinde döndürülmekte ve
özellikle tahıl, zeytin ve hatta bazı minerallerin öğütülmesinde kullanılmaktaydl.
Anadolu'da halen kullanılmakta olan benzer bir değirmen Şekil 2'de verilmiştir.
Günümüz dik değirmenleri Şekil 2'de görülen öğütücünün, temel prensipler açısından,
mekanik olarak geliştirilmesinden başka birşey değildir. Şekildeki ilkel değirmende
malzeme öğütücü silindir altına beslenmekte; ve arzulanan inceliğe bağlı olarak, silindir,
malzeme üzerinden birkaç kez geçirilmektedir. Nemli malzemelerin öğütülmesi için
öğütme tablası diyebileceğimiz alt silindirin yan yüzeyi oyulmuş ve bu oyukta ateş
yakılması imkanı sağlanmıştır. Yakılan ateş ile alt silindir yüzeyi ısıtılmakta ve malzeme
kurutulmaktadır. Yeteri inceliğe ulaştığı kabul edilen malzeme süpürülerek öğütme
yüzeyinden dışarı alınmaktadır. Bu ürün, istenirse, elenerek elek üstü malzeme tekrar
öğütülmek üzere silindir altına beslenebilir.
Şekil 2. İlkel Taş Değirmeni
Bu sistemin en belirgin dezevantajı kesikli çalışmasıdır. Sistemi sürekli kılmanın yolu
malzeme naklini sürekli kılmakla mümkündür. Üst silindir yerine alt silindirin
döndürülmesi buna olanak sağlayacaktır. Bu durumda, dönen silindirin merkezine
beslenen malzeme merkezkaç kuvveti etkisinde dışa doğru hareket edecek ve bu sırada
alt ve üst silindirler arasından geçerken öğütülecektir. İşte bu basit fizik kuramı, modern
dik değirmenlerin geliştirilmesinde ana parametre olmuştur.
Şekil 3'de günümüz dik değirmenlerinden bir örnek görülmektedir. Öğütme ortamı bir
hazne içine alınmış, valslerin üst tarafına da bir separatör yerleştirilmiştir; öğütme tablası
etrafına yerleştirilen bir enjeksiyon halkası sayesinde de değirmen içine hem pnömatik
taşımayı yapacak hem de malzemeyi kurutacak havanın/gazın gönderilmesi sağlan-
mıştır.
Öğütme tablasının zaman içinde nasıl değişerek günümüzde kullanılan hale geldiği
literatürde bulunabilir. Ancak belirgin değişiklikler öğütme tablasının düzleşmesi ve vals
eksenlerinin yatayla yapmış oldukları açının düşmesidir.
Şekil 3. Tipik Bir Dik Değirmeni Kesiti
Öğütme valslerindeki bu gelişmeler paralelinde, valslerin yaylarla bastırılması sistemleri
de geliştirilmiştir. Loesche değirmenlerinin ilk modellerinde herbir vals, kavrama kolu ve
değirmen gövdesi arasına yerleştirilen ayrı bir çelik yay ile bastırılmakta idi. Öğütme
çanağının düzleştirilmesi, daha büyük çaplı valslerin kullanılması ve valslerin artan düşey
hareketleri nedenleriyle, valsler arasındaki kuvvetlerin dengelenerek basınç yatağı
üzerinde sabit bir yükleme yapması arzulanmaktaydı. Bu nedenle, vals başına bir yay
kullanılması yerine, valsler kombine bir yay sistemi ile irtibatlandırılmıştır. Bu yolla,
valslerin öğütme yatağı üzerindeki pozisyonlarından bağımsız olarak, öğütme
kuvvetlerinin dengelenmesi mümkün olmuştur.
Statik santrifüjlü sınıflandırıcıların yerine dinamik sepet sınıflandırıcıların kullanılması ile
daha ince, daha homojen ve daha kontrollu öğütme yapılabilmiş ve daha büyük
kapasitelere erişilmiştir. 1960'Iara gelindiğinde çimento hammaddesi öğütülmesinde
ulaşılan kapasiteler 50 ton/saat'e ulaşmıştır. Bu yıllarda çimento sektöründe ön ısıtmalı
döner fırınların geliştirilmesi ile fırın kapasiteleri 1500 ton/gün'e çıkmıştır. Bu paralelde
öğütülmesi gereken farin miktarı kademeli olarak 80 ton/saat, 100 ton/saat ve 120 ton/
saate artmıştır. Fırın ön ısıtıcı eksoz gazları ve ısı içeriği ve hacımsal miktarları açısından
dik değirmen öğütülmesinde gerekli olan sıcak gazlara çok uyumlu olduğundan, ön
ısıtıcıların uygulanması dik değirmenlerin kapasite artışında ana itici güç olmuştur. Diğer
önemli bir parametre de, kuşkusuz, dik değirmen kontrolunun çok hızlı bir şekilde
yapılabilmesidir.
Dik değirmenlerdeki kapasite artışı, daha büyük çaplı valsler ve daha büyük çaplı öğütme
tablası anlamındadır. Büyük valsler, doğal olarak, daha güçlü yay sistemleri gerektirmiştir.
Belli bir çaptan sonra yay baskı sistemleri, gerekli yüklerin ve işgal ettikleri hacmın çok
büyük olmasından dolayı başedilemez hale gelmiştir. 1961 yılında Loesche firması
tasarım mühendisleri ilk kez hidropnömatik yay sistemini geliştirerek bu sorunu
aşmışlardır (12).
Şekil 6. Hidropnömatik yay sistemi
Şekil 7. Loesche Modül Sistemi
Şekil 6'da hidropnömatik bir yay sistemi görülmektedir. Bu sistem kısa sürede kabul
görmüş ve daha sonra kurulan diğer dik değirmen üreticisi firmalar tarafından da
uygulanmıştır.
1970'li yıllarda, çimento üretim teknolojisinde bir büyük adım daha atılmış ve
önkalsinatörlü fırınlar kullanılmaya başlanmış, bağlı olarak değirmen kapasiteleri 120
ton/saat mertebesinden 240 ton/saat mertebesine ulaşmıştır. Bu gelişme Loesche
firmasının modüler değirmen tasarmasına neden olmuştur. Modüler sistemde, aynı
değirmende 2, 3 veya 4 valsin kullanılması mümkün olmuştur (Şekil 7). Gelişme imalat
avantajları yanında spesifik yatırım maliyetlerini de önemli ölçüde düşürmüştür (13).
3. Öğütme Prensibi
Öğütme tablası dişli bir sistemle düşey eksen etrafında döndürülmektedir (Şekil 8). Sabit
pozisyonlarda yerleştirilmiş öğütme valsleri tabla üzerine elastik bir şekilde
bastırılmaktadır. Öğütülecek malzeme, dönen öğütme tablası üzerine, merkezi olarak, ya
değirmenin üst kısmına yerleştirilmiş separatör ortasından veya değirmen yan kenarından
içeri giren bir besleyiciden beslenir. Tabla üzerine düşen malzeme merkezkaç kuvveti
etkisi ile tabla kenarına doğru hareket eder ve tabla ile valsler arasından geçerken
valslerin uyguladığı ezme kuvvetleri nedeniyle öğütülür. Öğütülen malzeme tablayı
çevreleyen hava enjeksiyon halkası bölgesine ulaştığında,hava kaynağından gelen yukarı
yönlü sıcak gaz akımına kapılarak separatöre taşınır. Sıcak gaz ile temas eden malze-
menin nemi buharlaşır ve malzeme kurur. Gazın sıcaklığı malzemenin nemine bağlı
olarak 70-150°C arasında değişebilir. Bu değirmenlerde nemliliği %22'ye varan
malzemelerin öğütülebildiği bilinmektedir<14). Separatörde ayrılan iri taneler tekrar
öğütme merkezine dönerken, yeteri inceliğe ulaşmış malzeme son ürün olarak değirmeni
terkeder.
Şekil 8. Dik Değirmen Öğütme Prensibi
3.1. Dik Değirmen Tipleri
Günümüzde kullanılan dik değirmenler, esas olarak, öğütme zonu özellikleri ve öğütme
elemanlarının konfigürasyonu açılarından farklılıklar gösterirler. Öğütme tablasınını
haznesinin ve valslerinl topların geometrik şekilleri, valslerin/topların sayıları ve birbirine
göre yerleşimleri, ve valslerin/topların öğütme yatağı üzerine bastırılma şekilleri
farklıdır12, 15). Bu noktalardan hareketle dik değirmerıleri dört ana guruba ayırmak
mümkündür.
1. Düz Tablalı-Valsli Değirmenler
2. Oluk Hazneli-Valsli Değirmenler
3. Oluk Hazneli- Toplu Değirmenler
4. Sarkaç Değirmenler
3.1.1. Düz Tablalı-Valsli Değirmenler
Birbirinden bağımsız olarak hidropnömatik kol sistemleri ile düz öğütme tablası üzerine
bastırılan, kesik koni şekilli 2,3 veya 4 adet öğütme valsi ile teçhiz edilmişlerdir (Şekil 3).
Öğütme valslerinin baskı kolları vasıtasıyla ayarlanabilmesi, valsler ve tabla arasında sıfır
açıklık olacak şekilde ayar imkanı sağlar. Bu, bağımsız öğütme valslerinin öğütme yatağı
içinde oluşacak ani değişikliklere adaptasyonunu sağlar. Şekilde görüldüğü gibi, öğütme
tablası bir redüktör vasıtası ile döndürülür. Tahrik edilmeyen valsler, tabla ile arasındaki
malzemenin oluşturacağı sürtünme nedeniyle dönmektedir. Malzeme tabla ve vals
arasında ezilmekte ve öğütülmektedir. Öğütülen malzeme tablayı çevreleyen enjeksiyon
halkasından gelen hava akımına kapılarak separatöre taşınır ve ayrılan ince malzeme
ürün olarak değirmeni terkeder. Separatör irisi malzeme tekrar öğütülmek üzere öğütme
ortamına geri döner. Loesche, Fuller ve Ube firmaları bu değirmenlerin ana üreticileridir.
Bazı durumlarda tablalar parçalı olarak imal edilseler de valsler tek parçalı olarak imal
edilirler.
3.1.2. Oluk Hazneli-Valsli Değirmenler:
Bu değirmenler düz tablalı valsli değirmenlere benzerler. Ana fark valslerin kesik konik
değil, tekerlek şekilli olmasıdır. Ayrıca öğütme tablası düz olmayıp tek yada çift, içbükey
öğütme parkuruna sahiptir. Pfeiffer-MPS ve Polysius değirmenleri sırasıyla tek ve çift
parkurlu değirmenIere örnek verilebilir (Şekil 9, 10).
Şekil 9. Pfeiffer MPS Valsli Değirmeni Şekil 10. Polysius Valsli Değirmeni
Pfeiffer-MPS değirmenleri modelleri ne olursa olsun 3 vals ile teçhiz edilmişlerdir. Her 3
valse de bağlı bir baskı çerçevesi vasıtası ile bastırılan valsler oluk hazneli tabla
tarafından yönlendirilmektedir. İçbükey öğütme oluğu ıçındeki hareketleri sırasında valsler
düşey ve yanal kayma hareketi yapabilirler (16). Bir diğer deyişle bu değirmenlerde sıfır
aralık ayarı imkanı yoktur. FLS-Atox değirmenleri de Pfeiffer MPS değirmenlerine
benzerlikler göstermektedir.
Polysius dik değirmenlerinde son yıllara kadar 2 karşılıklı vals çifti kullanılmıştır. Vals
çiftleri bağımsız olarak hidropnömatik sistemle öğütme yatağı üzerine bastırılır. Vals
çiftlerinin yataklama sistemi valslerin düşey ve yanal kaymasına izin verir. Bu nedenle bu
değirmenlerde sıfır ayar olanağı yoktur (16). Vals çiftlerinin, çalışma sırasında
oluşturduğu yanal basınçlar değirmen gövdesi tarafından karşılanmaktadır. Daha düşük
dönme çevresi nedeniyle vals çiftlerinin iç tarafındaki valsler daha düşük hızla
dönmektedirler. Büyük değirmenlerde imalat, taşıma, montaj v.b. kolaylıkları sağlamak için
tabla ve valsler parçalı olarak imal edilirler.
3.1.3. Oluk Hazneli- Toplu Değirmenler
Bu değirmenler iç bükey, halka şekilli iki adet öğütme çemberi arasına sıkıştırılmış
250-1000 mm çaplı içi boş öğütme toplarından oluşmaktadır. Alt öğütme çemberi bir
redüktör vasıtası ile düşük, sabit bir hızda döndürülür. Üst çember dönmemekle birlikte,
mekanik veya hidrolik olarak aşağı-yukarı hareket ettirilebilir. Bu yolla toplar ve öğütme
parkuru üzerinde basınç uygulanır. Öğütme ve sınıflandırma işlemleri diğer değirmenlerde
olduğu gibidir.
İşletme sırasında topların alt kısımları öğütme yatağındaki malzeme tarafından yastıklan-
maktadır. Üst kısımlar ise baskı yayları nedeniyle sürekli olarak metal-metal teması
yapmaktadır. Toplar öğütme halkası içinde aynı yönde serbestçe döndüklerinden arasıra
birbirlerine çarpmaktadırlar. Bu durum, özellikle büyük çaplı toplar söz konusu olduğunda,
titreşimiere neden olmaktadır. Daha önce sözü edilen dik değirmen tiplerinde, öğütme
elemanları olan valsler her dönüşlerinde öğütme tablası üzerinde çevre uzunlukları kadar
yol katetmektedirler. Oysa serbestçe yuvarlanan öğütme topları durumunda, aynı öğütme
yolu için, öğütme oluğunun katedeceği yol daha uzun olmak zorundadır. Diğer bir deyişle,
aynı öğütme yolunun katedilmesi için toplu değirmenlerin daha hızlı dönmeleri
gerekmektedir. Ancak çoğu durumda, toplar üzerindeki dinamik kuwetlerin artışı
nedeniyle bu olası değildir.
Şekil 11 Claudius Peters Değirmeni Şekil 12 Sarkaç Değirmeni
Öğütme hızını artırmadan kapasiteyi arttırmanın tek yolu değirmen çapını ve top sayısını
artırmaktır. Büyük değirmenlerde, öğütülen malzemenin separatöre taşınması güç
olduğundan bunun da sınırlanması vardır. Bu nedenlerdendir ki, toplu değirmenler
çoğunlukla yoğunluğu düşük olan kömür öğütülmesinde ve kısmen de jips öğütülmesinde
uygulama bulmuştur. Son yıllarda petrokok öğütülmesind de kullanılmaktadırlar. Bu
değirmenlerin tipik örnekleri arasında Claudius Peters değirmeni (Şekil 11) ve Babcock-E
değirmeni gösterilebilir.
3.1.4. Sarkaç Değirmenler
Düşey değirmenlerin bu tipleri daha çok endüstriyel hammaddelerin ince öğütülmesinde
kullanılmaktadır. Malzeme, dönen asılı valslerin merkezkaç kuvveti etkisinde sabit bir
öğütme halkası yüzeyine uyguladığı baskı nedeniyle öğütülmektedir (Şekil 12).
Değirmenler 2-6 vals içerebilirler. Bu valsler merkez mile bağlanmış askı kolu üzerine
pimlenmiştir. Merkez mil alttan bir dişli sistem vasıtasıyla döndürülmektedir.
Malzeme yıldız besleyici ile beslenir ve ana mile bağlı bir sapan tarafından öğütme
ortamına aktarılır. Öğütülen malzeme yükselen hava akımı ile separatöre taşınarak
sınıflandırılır, iri malzeme öğütme ortamına geri dönerken ince malzeme sistemi terkeder.
Besleme malzemesi boyu 20 mm civarındadır ve -35 mikrona kadar öğütme yapılabilir.
Şekil 13. Tablalı-Valsli ve Sarkaç Değirmenlerin Karşılaştırması
Şekil 13'te kireçtaşı öğütülmesinde tablalı-valslive sarkaçlı değirmenlerin bir
karşılaştırması verilmiştir17). Görüldüğü gibi orta incelikteki öğütme işlemleri için tablalı-
vasli değirmenler daha uygundur. Ürün inceliği arttıkça, örneğin ürünün yaklaşık %95'inin
53 mikrondan daha küçük olduğu noktadan sonra, avantaj sarkaçlı değirmenler lehinedir
ve incelik arttıkça artmaktadır. Bu nedenle sarkaçlı değirmenler kimya, boya v.b.
endüstrilerde daha çok uygulama bulmuşlardır.
3.2. Dik Değirmenlerde Son Gelişmeler
Dik değirmenlerin tasarımında öncelikle göz önüne alınan hususlar basitlik, güvenirlilik,
bakım kolaylığı, aşınma elemanlarının aşınmaya direnci ve en önemlisi öğütme
enerjisinin düşük olmasıdır. Artan enerji fiyatları nedeniyle son yıllarda özellikle enerji
tasarrufu yönünde çalışmalar yoğunlaşmıştır.
Dik değirmenlerde enerji, esas olarak, basınç düşmesini yenerek öğütülen malzemenin
separatöre taşınmasında ve malzemenin öğütülmesinde tüketilmektedir. Konvansiyonel
uygulamalarda bu iki tüketimin yaklaşık eşit miktarlarda olduğu söylenebilir (17). Enerji
tasarrufu açısından bakıldığında bu iki tüketim kaynağının ayrı ayrı analizi yapılarak bir
yandan basınç kaybı ve hava miktarlarının azatılması, diğer yandan öğütme veriminin
arttırılması gerekmektedir. Basınç kaybı kaynakları, enjeksiyon halkası başta olmak
üzere, sıcak gaz girişi, değirmen ve separatördür. Kayıpları azaltmak için öncelikle
yüksek verimli separatörler geliştirilmiştir (18, 19). Enerji tasarrufu yönünde atılan diğer
bir önemli adım, kuşkusuz, öğütülen malzemenin büyük bir kısmının, alttan değirmen
dışına alınarak, bir elevatör ile dışarıdan separatöre gönderilmesidir. Değirmen dışı
sirkülasyonu kontrol etmek için ayarlanabilir enjeksiyon halkaları da geliştirilmiştir.
Enjeksiyon halkasındaki yüksek hızlı hava, halkanın hemen üstünde yüksek bir türbülans
yaratmaktadır. Bu türbülans, öğütülen malzemenin önemli bir kısmını separatöre
gitmeden öğütme ortamına geri fırlatır. Halkadaki hava hızı azaltıldığında, öğütülen
malzemenin bir kısmı merkezkaç kuvveti etkisinde öğütme tablasını terkettiğinde, tabla
kenarından halka üzerine ve buradan da dışarıdaki kovalı elevatöre ulaşacaktır. Elevatör
ile separatöre taşınan bu malzeme sınıflandırılacak ve ince malzeme son ürün olarak
değirmeni terkedecektir. Bu ince kısmın uzaklaşması ile malzemenin valsler tarafından
kavranması kolaylaşacak, aynı zamanda tabla üzerindeki malzeme yatağı kalınlığı
azalacağından öğütme etkinliği artacaktır.
Öğütme tablası ve valslerin doğru geometrik şekilleri, yüksek verimli separatörler, iyi
tasarılmış enjeksiyon halkaları v.b. makina özellikleri yanında öğütülecek malzemenin
öğütülebilirliği, aşındırıcılığı, nemliliği, tane büyüklüğü dağılımı ve akma özellikleri gibi
parametrelerin de iyi bilinmesi gereklidir. Malzemenin bu özelliklerinin bilinmesi ile
öğütme tablası üzerinde oluşacak malzeme yatağı kalınlığının, ayarlanabilir enjeksiyon
halkası vasıtasıyla, optimize edilmesi ve öğütme etkinliğinin arttırılması mümkündür.
Bilindiği gibi, kararlı ve çok kalın olmayan malzeme yatakları öğütme için en uygun
koşulları sağlamaktadır (17) .
Alman Polysius firması İsveç'teki bir değirmende modifikasyon çalışmaları yapmış;
değirmen bir dinamik separatör, ayarlanabilir enjeksiyon halkası ve malzeme dış
sirkülasyon elevatörü ile teçhiz edilmiştir (20). Modifikasyon sonucu sirkülasyon faktörü
17,8'den 6,8'e inmiş, aynı zamanda öğütme tablası üzerindeki malzeme kalınlığı 150 mm
'den 80 mm'ye düşürülmüştür. Ayarlanabilir enjeksiyon halkasındaki gaz hızının 90
m/sn'den 45 m/sn'ye düşürülmesi ile sağlanan bu pozitif değerler, değirmen kapasitesini
360 ton/saat'ten 422 ton/saate çıkarmış ve özgül enerji tüketimini de 15,2 kWh/ton'dan 12
kWh/ ton'a indirmiştir (Çizelge 1) (Şekil 14).
Çizelge 1 İsveç'teki Dik Değirmen Modifikasyonu
Şekil 14 Dış Sirkülasyonlu Dik Değirmen
3.3. Dik Değirmenlerde Klinker Öğütülmesi
Dik değirmenlerin kömür ve pek çok endüstriyel hammaddenin öğütülmesinde özellikle
enerji tüketimi açısından sağladığı yararlar, üretici firmaları, enerji fiyatlarının hızla
arttığı 70'1i yıllarda bu değirmenlerin çimento öğütülmesinde kullanılması yönünde
sistematik çalışmalara yöneltmiştir.
Teknik olarak, dik değirmenlerde çimento öğütmek mümkündür. Ancak, aşağıdaki
sorunların çözümlenmesi gereklidir.
1. İnce öğütmede oluşan titreşimler
2. Öğütme tablası, valsler ve değirmen iç yüzeylerinin çabuk aşınması
3. Separatör gövdesi ve elemanlarının aşınması
4. Son ürünün kalitesi
Dik değirmenlerin çimento klinkeri öğütülmesinde ilk kullanımı 1920'li yıllardadır.
Maxecon tipi değirmenler o günlerin spesifikasyonlarında çimento öğütrnek üzere İsveç,
Almanya ve İtalya gibi Avrupa ülkelerinde kullanılmışlardır. Sonraki yıllarda çimento
spesifikasyonlarının, özellikle incelik parametresinin ön plana çıkması, ve daha ince
çimentoların üretilmesi mecburiyeti dik değirmenlerin çimento öğütülmesinde
terkedilmesine neden olmuştur.
Yeni spesifikasyonlar çerçevesinde çimento öğütrnek üzere Alman Loesche firması
Brezilya'da 1935 yılında bir dik değirmen tesis etmiştir (22). Ancak bu uygulamaya ait
sonuçlar takip edilmediği için konu uzun bir süre unutulmuştur.
Standard dik değirmenlerde öğütülen çimentonun dar tane sınırları arasında bir boyut
dağılımı verdiği bilinmektedir. Diğer bir deyişle RRB dağılım eğrisinin eğimi daha diktir.
Bunun sonucu olarak bu değirmenlerde öğütülen çimentonun su gereksinimi,
işlenebilirlik, ilk dayanım ve prizlenme süresi gibi kalite parametrelerinin olumsuz yönde
etkilendiği ileri sürülmektedir (23.24).
Bu dar tane aralığında dağılım, kömür, çimento hammaddesi v.b. maddelerin öğütülme-
sinde ters bir etki yapmamaktadır. Aksine, örneğin, dar tane aralığında öğütülmüş farinin
daha iyi pişme özellikleri gösterdiği ileri sürülmektedir (25).
Gebb. Pfeiffer firması 1980 yılında, Almanya Hanover'deki Teutonia Çimento Fabri-
kası'nda ilk kez 1900 KW'lık modern bir dik değirmeni portıand çimentosu ve curuflu
çimento öğütmek üzere tesis etmiştir. Bu değirmende sınıflandırıcı üzerinde yapılan
modifikasyonlar, öğütülen çimentonun bilyalı değirmen çimentosuna benzer özelliklerde
olmasını sağlamıştır (26). Sonraki yıllarda diğer dik değirmen imalatçısı firmalar da
çimento öğütmek üzere değirmen ve separatör tasarımlarında modifikasyonlar
yapmışlar ve (27. 28. 29) kısmen başarılı olmuşlardır. Değirmen tasarımlarında yapılan
değişikliklere verilebilecek bir örnek Loesche firmasının geliştirdiği, öğütücü valslerin
yanında avare valslerin de kullanıldığı değirmendir (Şekil 15).
Şekil 15a-b. Loesche Klinker Öğütme Değirmeni
Öğütme işleminin verimliliğini artırmak için öncelikle optimize edilmesi gereken
parametreler öğütülecek malzeme, malzeme yatağı üzerine uygulanacak basıncın
yoğunluğu, basınç geometrisi ve belki de en önemlisi öğütülecek malzemenin
akışkanlığıdır. Hava ile karışmış taneciklerin ince boyutlarda su gibi akışkan olduğu
bilinmektedir. Bu taneciklerden oluşacak malzeme yatağının öğütülebilmesi için,
öncelikle tanelerin, öğütme kuvvetlerinin uygulanabileceği öğütme zonuna taşınması ve
bu zondan geri kaçışın mümkün olduğunca önlenmesi gerekir. Sözü edilen Loeshe
değirmeninde avare valslerin görevi, malzeme yatağını, arkadan gelen öğütücü valsler
tarafından daha iyi kavranacak şekilde hazırlamaktır. Avare valsler teorik olarak
yalnızca dönme hareketi yapmak üzere tasarlanmışlardır. Avare valslerin ve tablanın
çevresel hızları aynı olduğundan, bu valslerin malzeme yatağının hazırlanması
sırasında malzeme üzerine herhangi bir makaslama kuvveti uygulayarak öğütmeye
yardımcı olması söz konusu değildir (22).
Dik değirmenlerin çimento öğütülmesinde kullanılması sırasında, değirmenin integral bir
parçası olan separatörün seçimi de önem kazanır. Çimento öğütmede ana hedef son
ürünün geniş bir tane iriliği dağılımı göstermesidir. Bu nedenle kullanılan separatörlerin
ayarları tane dağılımı eğrisini çok dik kılmayacak şekilde yapılmalıdır (bu konu son
yıllarda çokca tartışılmaktadır).
75 yıldır yapılan gelişmeler, günümüzde, çimento öğütmede dik değirmen kullanımını
250 ton/saat kapasiteye ulaşan öğütme devrelerinde olağan uygulama haline
getirmesine karşın, halen bilyalı değirmen hegemonyası sürmektedir. Bu durum
Japonya gibi bazı ülkelerin başlangıçtaki konservatif tutumları ile de ilgilidir. Bu ülkede
1991 yılında yapılan bir araştırmaya göre, araştırma konusu 221 çimento öğütme
devresinden yalnızca 1 tanesinde son öğütme dik değirmende yapılmaktaydı (30).
Ancak, genelinde "yüksek basınçlar altına öğütme" olarak tanımlayabileceğimiz
konudaki hızlı gelişmeler, dik değirmenler yanında, yüksek basınçlı merdaneli presler,
CKP ön öğütücü sistemleri ve Horomill gibi öğütme makinalarının geliştirilmesini
sağlamış ve bilyalı değirmenlerin hegemonyasını her tür kuru öğütme uygulamasında
tehdit eder hale gelmiştir.
(1996’dan sonra Polysius firması “Quadropol” adını verdiği bir
konsepti geliştirmiş olup bu konsepti açıklayan bazı resimler
yukarıda verilmiştir. Ayrıntılı bilgi ICR march 2005, p.67).
3.4. Dik Değirmenlerin Genel Avantaj ve Dezavantajları
Dik değirmenlerin bilyalı değirmenlere göre avantajları ve dezavantajları kısaca
aşağıdaki şekilde sıralanabilir,
Dik yapıları nedeniyle daha az yer alanı kaplarlar.
Kompakt yapıları nedeniyle daha az hacim kaplarlar.
Gürültüsüz çalışırlar.
Besleme malzemesi daha iridir. Vals çapının %5-8'i büyüklüğünde taneler
değirmene beslenebildiğinden, çoğunlukla ikinci kırma gerektirmez ve
enerji tasarrufu sağlamış olur.
Spesifik aşınma, bilyalı değirmenlere göre yaklaşık %25 daha azdır.
Ayrıca aşınma elemanlarının çok kısa sürede değiştirilmesi imkanı işletme
masraflarını azaltır.
Öğütülen malzemenin özelliklerine bağlı olarak öğütme kuvvetleri hidrolik
veya hidropnömatik yay sistemi ile kolayca değiştirilebilir.
Öğütme, homojenizasyon, kurutma, sınıflandırma ve taşıma işlemleri aynı
makinada yapılır.
Malzemenin değirmen içinde kalma zamanı çok kısa olduğundan, ürün
kontrolü süratle ve iyi bir şekilde yapılabilir. Bu nedenle tam otomatik
işletmeye uygundur.
Yüksek kullanabilirlik (high availability) nedeniyle 1xfırın, 1xdeğirmen
kombinasyonu mümkündür.
Spesifik enerji gereksinimi düşüktür. Bilyalı değirmenlere göre %30'a
varan enerji tasarrufları söz konusudur
Tek bir makinada yüksek kapasitelere erişilebilir. Farin öğütmede
günümüzde ulaşılan kapasite 850 ton/saat civarındadır ve bu
kapasitelerin daha da artması mümkündür(31, ICR March 2005).
Dezavantajları ise şunlardır:
Yalnızca kuru öğütmede kullanılabilir. Yaş öğütme denemeleri olmasına
karşın benimsenmemiştir.
Bakım gereksinimleri daha fazladır.
Döküntü malzemelere (sisteme kaçan metal, ağaç vb. parçalar) karşı
daha duyarlıdır.
İlk yatırım maliyetleri daha yüksektir.
Ürünün tane büyüklüğü dağılımı dar sınırlar içindedir. Bu durum çimento
öğütülmesinde olumsuz etkiler yaratabilir. ???
3.5. Yüksek Basmçlı Merdaneli Presler
Taneli malzeme yığınlarının basınç altındaki yüzeyler arasında öğütülmesinin diğer bir
şekli de yüksek basınçlı merdaneli pres (YBMP) uygulamasıdır. Yatay eksenler
etrafında dönen basınç yüklü merdaneler arasında malzeme öğütme fikri 1930'larda
Carey (32) tarafından ortaya atılmış ve bu fikir Rumph, Schönert ve Ohe (33), Feige
(34) ve son olarak da Schönert (35) tarafından geliştirilerek erıdüstriyel uygulamaya
koyulmuştur. Schönert liderliğindeki bir araştırma grubunun yaptığı çalışmalarda
görülmüştür ki; tek tek taneciklerin veya malzeme yığınlarının 50 MPa üzerindeki salt
ezme kuvvetleri altında öğütülmelerinde harcanan özgül enerji, aynı malzemelerin
bilyalı değirmenlerde aynı inceliklere öğütülmelerinde harcanan enerjiye göre çok daha
düşüktür (36).
Tanecik yiğınlarının endüstriyel boyutta bu denli yüksek basınçlar altında
öğütülmesinde kullanılmak üzere Schönert'in önerdiği presin gelişmiş bir versiyonu
Şekil 16'da verilmiştir. YBMP olarak bilinen bu değirmenlerde besleme malzemesi
merdaneler arasından geçerken 50 MPa'ı aşan yüksek basınç altında aglomere olarak
kekleşmekte ve merdaneleri ince, yassı briketler halinde terketmektedir. Bu briketler
daha sonra ayrı bir ünite olarak devrede bulunan veya havalı seperatör içinde yerleşik
bir deaglomeratörde deaglomere edilirler. Deaglomere edilen bu ürün incelendiğinde,
taneciklerin geniş bir tane büyüklüğü dağılımı aralığında olduğu görülmektedir. Ürünün
yaklaşık %20'si - 32 mikron, yaklaşık %40'ı -90 mikron inceliktedir. Kek içinde, ince
taneler arasında bazı iri tanelerin ise hiç öğütülmediği gözlenmiştir. Elde edilen ürün
içindeki taneciklerin çok önemli bir bölümünde basınç uygulaması nedeniyle mikro-
çatlaklar oluşmaktadır. Bu mikro çatlaklar takip eden öğütme işleminde spesifik enerji
tüketimini azaltıcı rol oynamaktadır.
Şekil 16. Modern Yüksek Basınçlı Merdaneli Pres
YBMP'Ierin kullanılmasında dikkat edilecek önemli noktalar vardır. Bunlar kısaca
aşağıda verilmiştir:
Merdaneler üzerinde sürekli olarak malzeme yığını bulunmalıdır.
Bu malzeme yığını içindeki sıkışmış hava, malzemenin merdaneler arasında
ilerlemesine ve basıncın etkili bir şekilde tanelere ulaşmasına engel
olacağından uygun havalandırma klapeleri ile boşaltılmalıdır.
Besleme malzemesi içindeki max. tane iriliği, merdaneler arası açıklığın 3
katından fazla olmamalıdır.
Besleme malzemesinin çok fazla iri tanelerden ya da çok miktarda ince
tanelerden oluşmaması gerekir. Her iki durumda da özgül enerji tüketimi
artacak ve merdanelerin titreştiği gözlenecektir.
Merdanelerde farklı malzemeler bir arada öğütülecekse bu malzemeler iyice
karıştırılmalıdır. Çünkü merdaneler arasındaki kalma süresi saniyenin onda
birleri mertebesinde olup, sistemin, besleme malzemesine olan duyarlılığı
çok fazladır.
Şekil 17. Yüksek Basınçlı Merdaneli Pres Uygulama Konfigürasyonları
(a) Ön Öğütme, (b) Hybrid Öğütme, (c) Yarı-Son Öğütme, (d) Son Öğütme.
YBMP'ler mevcut ve yeni öğütme devrelerinde değişik konfigürasyonlarda
kullanılmaktadır. Yapılan çalışmalar göstermiştir ki, YBMP'lerde öğütülen malzeme ne
denli ince ürün içerirse, öğütme enerjisi tüketimi o denli azdır. Bu nedenle tüm
öğütmenin, mümkün olduğunca, YBMP'lerde yapılması amaçlanmaktadır.
Uygulamada kullanılan konfigürasyonlar Şekil 17'de verilmiştir
İlk uygulama şekli olan ön-öğütme konfigürasyonunda malzeme merdanelerden
geçirildikten sonra bir kısmı son ürün elde etmek üzere bilyalı değirmene
gönderilmektedir. Kekin diğer kısmı ise tekrar merdanelere döndürülerek, özgül enerji
tüketimi azaltılmakta, kapasite arttırılmakta ve daha da önemlisi besleme malzemesinin
reolojik özellikleri optimize edilerek merdaneler tarafından daha kolay kavranması
sağlanmaktadır. Bu konfigürasyonda % 10-15 enerji tasarrufu ve %30-40 kapasite artışı
sağlanmaktadır.
Mevcut bir tüp değirmenin öğütme kapasitesi daha fazla arttırılmak isteniyorsa, bu kez
Hybrid konfigürasyonu kullanılmaktadır. Burada separatör alt akımının bir kısmı yeni
besleme malzemesi ile birlikte beslenmekte, diğer kısmı ise bilyalı değirmene
gönderilmektedir. Bu sistemde son öğütmeye önemli bir katkı sağladığından özgül
enerji tüketimi ve kapasite artışı sırasıyla % 10-20 ve %60-80 oranlarında iyileşmektedir.
Yarı-son öğütme konfigürasyonunda malzeme %60-%80 oranında ürün inceliğine kadar
YBMP'de öğütülmektedir. Merdaneden çıkan kek bir separatörde ayrılmakta ve
separatör altı iri malzemenin bir kısmı bilyalı değirmene, diğer kısmı ise tekrar
öğütülmek üzere merdaneye gönderilmektedir. Bilyalı değirmen çıkışı malzeme kek ile
birlikte separatöre gönderilmektedir. Bu sistemde enerji tasarrufu %15-30, kapasite artışı
ise %80-200'e çıkmaktadır.
Son-öğütme konfigürasyonunda ulaşılan enerji tasarrufu en fazladır, ve %50'ye kadar
çıkmaktadır. Bu konfigürasyonda öğütmenin tamamı YBMP'de yapılmaktadır.
YBMP'ler başlagıçta çimento ve yüksek fırın cüruflarının ön öğütülmesinde bilyalı
değirmenlerin önünde kullanılmıştır. Günümüzde esas kullanım alanı yine klinker,
çimento hammaddesi, yüksek fırın cürufu ve kireç öğütülmesi olan bu ekipmanlar diğer
alanlarda sınırlı da olsa kullanım şansı bulmuşlardır.
Son öğütme konfigürasyonu yüksek enerji tasarrufu nedeniyle giderek önem
kazanmakta ve özellikle yüksek fırın curufu ve farin öğütülmesinde yaygın olarak
kullanılmaktadır. Bu konfigürasyonda çimento öğütülmesi ise henüz tümüyle kabul
görmüş bir yöntem olmayıp, elde edilen çimentonun bilyalı değirmenlerde öğütülen
çimentoya göre bazı farklılıkları gözlenmektedir. Bu farklılıklar şunlardır;
Aynı Blaine inceliğine öğütülen çimentolar karşılaştırıldığında, YBMP'de
öğütülen çimentonun standard basma dayanımı daha yüksektir.
YBMP'lerde öğütülen çimentonun su gereksinimi, kullanılan klinkerin
reaktivitesine bağlı olarak, %25'e varan miktarlarda daha fazladır.
Çimentonun prizlenme süresi çok düşük değerlere (birkaç dakikaya)
kadar düşmektedir.
.Bazı durumlarda çimentonun işlenebilirlik özelliği olumsuz şekilde
etkilenmektedir.
Bu farklılıkların sebepleri ise;
Çimentonun dar tane sınırları arasında dağılım göstermesi,
Klinker tanecikleri içindeki çatlaklar, ve
Çimentonun öğütülmesi sırasında, taneciklerin merdaneler arasındaki
kalış süreleri çok kısa olduğundan ve besleme malzemesinin düşük
sıcaklığından dolayı, sülfat ajanı tip ve miktarının klinker reaktivitesi ile
uyum sağlayamamasıdır.
Yukarıda da söylendiği gibi YBMP’ lerin çimento endüstrisi dışındaki kullanımı yavaş ve
sınırlı olmuştur (37). Bunun önemli nedenleri şunlardır;
Diğer alanlarda besleme malzemesi ve ürün spesifikasyonları daha de-
ğişkendir.
Özellikle cevher hazırlama alanlarındaki öğütme işlemlerinde özgül enerji
tüketimi çimentoya göre daha düşük seviyelerdedir, ve öğütmede ana so-
run enerjiden ziyade aşınmadır.
Cevherler genellikle yaş olarak öğütülmektedir. YBMP'lerin yaş öğütme
uygulaması henüz yoktur.
YBMP'lerin sert malzemelerin öğütülmesinde aşınma sorunları fazladır.
Tüm bunlara karşın YBMP'ler 1987'den bu yana Güney Afrika'da kimberlitlerin
kırılmasında, elmasın serbestleşmesi amacıyla kullanılmakta ve başarılı sonuçlar
alınmaktadır. Elmaslar kırılmadan serbestleşmektedir. Dünyanın en büyük elmas
madeni olan Avustralya'daki Argyle Diamonds madeninde de bu ekipmanlar aynı amaçla
kullanılmaktadır.
Kuzey Avrupa ülkeleri ve Brezilya'da demir ve krom konsantrelerinin peletleme öncesi
tekrar öğütülmesi YBMP'lerde yapllmaktadır (37).
Laboratuvar boyutlu çalışmalarda altın cevherinin bu ekipmanlarda öğütülmesi,
siyanür özütlemesi liçi süresini azaltmış ve özütleme verimini arttırmıştır. Kuzey
Amerika'da YBMP'lerin altın cevheri öğütülmesinde endüstriyel uygulaması
olduğundan söz edilmektedir (38).
Bakır, boksit, kömür, manyezit ve kasiterit öğütülmesinde de kullanıldığı bilinen bu
ekipmanların madencilik sektöründe daha yaygın bir kullanım bulacağı kesindir (39).
2000-2002 arasında değişik değirmen tiplerine ait siparişler
a) Farin öğütme b) Çimento öğütme
c) Kömür öğütme d) Curuf öğütme
Farklı öğütücülerin spesifik enerji tüketimleri
(Son yıllarda dik değirmenlerin her alanda giderek artan oranlarda kullanıldığına
dair bazı veriler yukarıda görülmektedir. ZKG March 2003, pp. 31-42).
Düşey Milli Şoklu Kırıcılar
Şoklu ufalama mekanizmasının etkin olduğu kırıcılar çimento endüstrisinde çoğunlukla
aşındırıcı olmayan hammaddelerin kırılması için kullanılmaktadır. Sert ve aşındırıcı
malzemelerin kırılması ve öğütülmesinde tercih, şoklu mekanizmaların aşınma
sorunlarının fazla olduğu düşüncesinden hareketle, ezme mekanizması ile çalışan
makinalar yönünde olmaktadır.
Son yıllarda şok mekanizmasının uygulandığı, aşınma sorunlarının üstesinden gelinmiş
ufalama makinaları geliştirilmiştir. Özellikle endüstriyel hammaddeler, agrega ve cevher
zenginleştirme endüstrilerinde 30 yıldır yaygın olarak uygulanan ve 1991’den bu yana
çimento endüstrisinde ön öğütme amaçlı olarak kullanılmaya başlanan Düşey Milli
Şoklu Kırıcılar (DMŞK) bu bölümün konusu olacaktır. Bu kırıcılara tipik örnek olarak
Svedala Industries tarafından imal edilen Barmac-Rotopactor tipi bir kırıcı Şekil 18’de
şematik olarak verilmiştir.
Şekil 18. Düşey Milli Şoklu Kırıcı Ufalama Prensibi
Aşınmaya maruz kısımların bir kayaç astar ile kaplanarak korunduğu bu kırıcıların
çalışma prensibi şeklin incelenmesinden anlaşılacaktır. Üstten kayaç astarlı rotor içi-
ne beslenen malzeme, burada 50-85 m/saniye hızlara ulaşacak şekilde
hızlandırılarak kırma haznesine fırlatılmaktadır. Bu yüksek hızlı tanelerin kırma
haznesindeki tanelere çarpması sonucu esas ufalama gerçekleşir. Taneler enerjilerini
kaybettikçe hazne içindeki girdaba kapılarak dönerler ve birbirlerine sürtünerek
ufalanmaya devam ederler. Duapactor olarak bilinen daha gelişmiş modellerde ise
kaskad (cascade) bir besleme sistemi vasıtasıyla kırılma haznesine kontrollu, ikinci
bir besleme malzemesi akışı sağlanmış ve kırılacak taneler arası enerji alışverişi,
dolayısıyla kırma etkinliği artırılmıştır (Şekil 19).
Şekil 19. Barmac-Duapactor Tipi Kırıcı
DMŞK'larda ufalanmış ürünün özellikleri bir yandan sertlik, öğütülebilirlik, nemlilik, tane
iriliği v.b. malzeme özelliklerine, diğer yandan rotor çapı, rotor hızı, kırma haznesi profili
v.b. makine özelliklerine bağlıdır. Tane kırılması çoğunlukla mineral faz sınırları,
mikroçatlaklar gibi zayıf düzlemler boyuncadır. Kırılmış ürün geniş bir tane dağılımına
sahip, kübik şekilli, iç gerilimleri en aza inmiş ve serbestleşme derecesi yüksek
tanelerden oluşur. Bu özelliklerinden dolayı DMŞK'lar daha ziyade agrega ve cevher
zenginleştirme endüstrilerinde uygulama bulmuşur. Bu endüstrilerde kullanılan yalnızca
Barmac kırıcıların sayısı 1600'den fazladır (40).Bu kırıcıların çimento endüstrisinde
kullanımı hammadde ön öğütmesi ile başlamıştır. Bu uygulamalarda % 100'e varan
kapasite artışları olduğu ileri sürülmektedir (41). Klinker ön öğütülmesi koşullarında
kapasite artışları % 30'lara, özgül enerji kazanımları ise % 20'lere varmaktadır (10, 41).
Klinker ön öğütülmesine yönelik ilginç bir örnek, Hindistan'da bir çimento fabrikasında
yüksek basınçlı merdaneli presin devre dışı bırakılarak yerine DMŞK tesis edilmesidir.
Bu uygulama sonucu kapasitenin % 15 artacağı ve bilyalı değirmen dahil spesifik enerji
tüketiminin % 30 azalacağı ileri sürülmektedir (41).
Svedala Industries dışında Magotteaux Canica, Cementas Eng. GmbH and Co. KG.,
Maschienenfabrik Liezen gibi firmalar da, temel çalışma prensipleri aynı, ayrıntılarda
farklılıkları olan DMŞK'lar imal etmektedirler. Çimento endüstrisinde bu firmalara ait
referanslara da rastlanmaktadır (10, 42).
CKP Ön Öğütücü Değirmenler
Mevcut konvansiyonel öğütme sistemlerinin kapasitelerini artırmak ve spesifik enerji
tüketimlerini azaltmak için Japon firmaları Chichibu Cement Co. Ltd. ve Kawasaki In-
dustries Ltd. 1985'de başlattıkları ortak çalışma sonucu CKP adını verdikleri bir ön
öğütücü değirmen geliştirmişlerdir (43). Şekil 20'nin incelenmesinden görüleceği gibi bu
değirmen, ana hatlarıyla, iç separatörü olmayan bir dik değirmendir.
Şekil 20. CKP Değirmeni
CKP ön öğütücü değirmenlerin kullanılmasında esas amaç malzemeyi bilyalı değirmen
beslemesi için uygun koşullara ulaştırmaktır. Kısmi bir ufalamanın yanında, temelde,
malzemenin yüksek basınçlar altında iç yapısı bozularak bilyalı değirmenlerde kolay
öğütülmesi sağlanmaktadır. Uygulanan basınçlar 15 kg/cm2 mertebesinde olup, dik
değirmenlerde uygulanan basınçların yaklaşık iki katıdır. Bu basınç değerlerinde
ufalanan malzeme, YBMP'lerde olduğu gibi kekleşmiş bir halde değildir ve kekin dağı-
tılması için fazladan bir enerji ihtiyacı yoktur (44). İlk geliştirildiği yıllarda CKP
değirmenleri mevcut öğütme sistemlerinde bilyalı değirmenler önüne konmuş,
öğütülecek malzeme CKP değirmenlerinden bir kez geçirildikten sonra bilyalı
değirmenlere beslenmiştir. Ancak bu konfigürasyonda kullanılan CKP değirmenleri,
besleme malzemesinin tane büyüklüğü dağılımı ve öğütülebilirlik değerlerine hassas
olup, bu değerlerdeki değişimler önemli titreşim problemlerine ve değirmen güç çe-
kişinde önemli oynamalara neden olmuştur.
Bu sorunları aşmak için ilgili firmalar Şekil 21 'de verilen konfigürasyonu kullanmışlar ve
CKP değirmeninde öğütülen malzemenin % 30-40 kadarını herhangi bir sınıflandırmaya
tabi tutmaksızın CKP'ye geri döndürmüşlerdir. CKP-R olarak adlandırılan bu sistemde
öğütme tablası üzerindeki malzemenin yoğunluğu artmış, malzemenin reolojik
özellikleri iyileştirildiğinden titreşim sorunları azaltılmış ve değirmenin maximum güç
çekişinde dengeli bir şekilde çalıştırılması sağlanmıştır. CKP-R sisteminde mevcut
öğütme kapasitesi % 50-60 artmakta, spesifik enerji tüketimi % 15-20 azalmaktadır.
Klinker öğütmede sağlanan bu kazanımlar, çimento hammaddesi öğütülmesinde daha
da artmakta ve sırasıyla % 60-120 ve % 25-30 değerlerine ulaşmaktadır (9).
Şekil 21. CKP-R Akım Şeması
Chichibu Cement ve Kawasaki firmaları klinker öğütülmesinde kullandıkları CKP
değirmenler için akışkan yataklı bir separatör geliştirerek öğütme kapasitesini % 10'a
varan oranlarda artırmışlardır. CKP-RS olarak adlandırdıkları bu sistemler CKP-R
sistemlerine göre % 12 mertebesinde spesifik enerji kazanımı sağlamıştır (44). CKP
değirmenlerinin çimentonun son öğütülmesi için de kullanılması konusunda çalışmalar
mevcut olup, sonuçlar olumlu görünmekle birlikte uzun süredir çalışan referans tesisler
henüz yoktur.
CKP sistemleri, geliştirilmelerinden bu yana özellikle Japonya, Uzakdoğu ülkeleri,
Güney Amerika ülkeleri ve Ortadoğu ülkelerinde kabul görmüştür. Ülkemizde herhangi
bir kullanımı yoktur.
Horomill
YBMP'lerin geliştirilmesindensonra ezme mekanizmasının enerji tasarrufu açısından
yararları genel bir kabul görmüştür. Ancak bu preslerde uygulanan yüksek basınçların
makine ömrü ve işletme güvenilirliği açılarından yarattıkları sorunlar, araştırmacıları bu
sorunların aşıldığı, yeni öğütme ekipmanlarının geliştirilmesine yönlendirmiştir.
Sonuçta italyan Fratelli Buzzi ve Fransız FCB firmaları, aşağıda verilen hedefler
doğrultusunda, öğütme teknolojisi açısından son yılların en dikkate değer gelişmesi
olarak tanımlayabileceğimiz Horamill'i geliştirmişlerdir (11).
YBMP'lerin yüksek enerji verimliliği. Dik değirmenlerin farklı malzemelerin
öğütülmesinde gösterdiği esneklik.
Mekanik güvenilirlik.
Bilyalı değirmen ürününün sahip olduğu kalite.
Bu notun 1. kısmında sözü edilen ve 1920'lerde geliştirilen Maxecon değirmenlerin bir
versiyonu olarak görebileceğimiz Horamill de halka ve merdane (ring and roller)
prensibine dayalı bir değirmen olup, öğütme halkası yatayolarak yerleştirilmiş ve
öğütücü merdane sayısı bire indirilmiştir. Maxecon ve Horomill arasındaki temel fark
ise Horomill'de merdanenin değil öğütme halkasının tahrik edilmesidir. Şekil 22'de
görüldüğü gibi Horomill 'in ana elemanları, tahrik edilen bir öğütme halkası ve bu halka
üzerine hidropnömatik yaylarla bastırılan ve öğütme halkasının yatay ekseninden biraz
kayık olarak yerleştirilmiş bir öğütme merdanesidir.
Şekil 22. Horomill
Öğütme Prensibi
Değirmen silindiri ya da öğütme halkası pabuç yataklar üzerine oturtulmuş ve bir çember
dişlipinyon sistemi ile döndürülmektedir. Dönen halkanın her iki tarafındaki kapaklar
sabit olup, çeşitli değirmen elemanlarının bu kapaklar üzerine montajı sağlanmıştır. Ka-
paklar ile halka arasında toz sızdırmaz contalar olup, ayrıca tozlaşmayı önlemek için
değirmen içi negatif basınç altında tutulmaktadır.
Değirmene beslenen malzeme halka ve basınç yüklü merdane arasında ezilerek
öğütülmektedir. Merdanenin halka ile aynı yöndeki dönüşü öğütülen malzemenin oluş-
turduğu sürtünme kuvveti nedeniyledir. Yukarıda da söylendiği gibi bu öğütme prensibi
yeni olmayıp 1920'lerden bu yana bilinmektedir.
Değirmen içinde malzeme akışını sağlamak için halka kritik hızın üzerinde
döndürülmektedir. Yine bilindiği gibi değirmenlerin kritik hız üzerinde çalıştırılması
prensibi de yeni değildir. Hukki R.T. 1950'li yıllarda bilyalı değirmenlerin kritik hızın
üzerinde çalıştırılması ile enerji veriminin arttığını ve daha ince ürün boyutlarına
ulaşıldığını ileri sürmüştür (45). Horomill'in kritik hızın üzerinde döndürülmesi beslenen
tanelerin merkezkaç kuvveti etkisi ile halka iç çeperine yapışmasını sağlar. Değirmen
döndükçe bu taneler merdane ve çeper arasından geçerek öğütülmektedir (Şekil 23a,
b) Ancak burada sorun, öğütülen malzemenin değirmen boyunca yatay hareketini
sağlayarak dışarı alınmasıiçin uygun bir mekanizmanın oluşturulmasıdır. ilgili
literatürden anlaşıldığına göre, çepere yapışan malzemeyi sıyırmak üzere değirmen
içine bir sıyırıcı yerleştirilmiştir. Sıyrılan malzeme, yine değirmen içine yerleştirilen ve
imalatçılar tarafından "patentli taşıma kutusu" olarak adlandırılan taşıyıcı bir sistem
vasıtasıile değirmen dışına alınmaktadır. Değirmen d~şına alınan malzeme, kovalı
elevatör ile bir separatöre taşınmakta, separatör incesi son ürün olarak ayrılırken,
separatör irisi değirmene geri dönmektedir. imalatçı firmalar "patentli taşıma kutusu"
hakkında bilgi vermemekle birlikte, algılandığı kadarıyla bu taşıma sistemi, değirmen
kapaklarına asılmış, enine ve boyuna eğimleri değirmen dışından ayarlanabilen bir
taşıma oluğudur. Sıyrılan malzeme bu oluk üzerine düşmekte ve eğimlerin
optimizasyonu ile malzemenin değirmen içindeki kalış süresi, bir diğer deyişle malze-
menin merdane ve çeper arasından kaç kez geçeceği ayarlanmaktadır.
Şekil 23a. Horomill Öğütme Prensibi
Şekil 23b. Horomill Öğütme Prensibi
Uygulamada tanelerin değirmeni terketmeden önce merdane ve çeper arasından geçiş
sayısı 210 arasında değişebilir. Geçiş sayısının değiştirilmesi ile ürünün incelik ayarı
yanında, belli sınırlar içinde. tane iriliği dağılımı da ayarlanabildiğinden, öğütülen
malzemenin bu özellikleri konvansiyonel bilyalı değirmenlerden elde edilen ürünün
özelliklerine benzemektedir. Bu nedenledir ki, Horamill'de öğütülen çimentonun kalite
parametreleri herhangi bir olumsuzluk göstermemektedir.
Öğütme sırasında merdane tarafından tanelere uygulanan basınçdeğerleri 60-80 MPa
aralığında. olup, bu değerler dik değirmenler ve YBMP'lerde sırasıyla 40-70 MPa ve 70-
250 MPa aralığındadır. Bu mutedil basınç değerleri yanında Horomill'in bir diğer önemli
avantajı da kavrama açısının dik değirmen ve YBMP'lere göre daha büyük oluşudur.
Şekil 24'de verildiği gibi bu açılar sırasıyla 18°, 12° ve 6°'dir. Açının büyük oluşu basınç
uygulamasının daha uzun bir değme yüzeyi boyunca etkin olması demektir.
Uygulanan mutedil basınçlar ve 18°'lik kavrama açısı Horamill'in güvenilirliği ve işletme
ömrü konularında ciddi sorunlar yaratmadığı gibi, öğütme verimliliği açısından da çok
tatminkar sonuçlar vermektedir.
Endüstriyel Uygulama
Endüstriyel boyutta olduğu kabul edilebilir ilk Horomill uygulaması İtalya'da Torino
Çimento Fabrikası'nda yapılmıştır. 2200 mm çap ve 2000 mm uzunlukta 25 ton/saat çi-
mento öğütme kapasiteli bu değirmen Eylül 1993'den bu yana işletiImektedir.
Değirmenin mekanik ve dinamik davranışları beklenenin de üzerinde tatminkar
olmuştur. 3200 Blaine inceliğine öğütülen Portıand çimentosu için değirmenin motor
milinde ölçülen güç 16 kwh/ton gibi fevkalade düşük bir değerdir. Ayrıca çimento kalitesi
üzerinde yapılan testler, bilyalı değirmen ürünü ile karşılaştırıldığında işlenebilirlik de-
ğerlerinin aynı, beton ve harç dayanımlarının daha yüksek olduğunu göstermiştir (11,
46).
Şekil 24. Kavrama Açılarının Karşılaştırılması
Elde edilen verilerin ışığında Horomill'in diğer öğütme sistemlerine göre aşağıda
sıralanan genel avantajları olduğu ileri sürülmüştür.
Bilyalı değirmenlere gore;
% 30-50 arası enerji tasarrufu,
Basitlik, işletme kolaylığı, tepki verme süresinin çok kısa oluşu,
Düşük kirlilik ve gürültü seviyesi.
Kampaklık. Aynı kapasite için HoromiII boyu bilyalı değirmenin yaklaşık 1/3'üdür.
Eşdeğer ya da daha iyi çimento kalitesi.
Yüksek basınçlı merdaneli preslere göre;
Son öğütme için tasarılmış olması.
Yüksek mekanik güvenirlilik, minimum titreşim,
Malzeme dış sirkülasyon yükünün düşük olması, minimum yardımcı ekipman, %
20'ye kadar nemlilikteki malzemelerin öğütülebilmesi,
Benzer güç tüketimleri.
Dik değirmenlere göre; % 20-25 arası enerji tasarrufu, Yüksek mekanik güvenirlilik, Düşük hava hızı, azaltılmış basınç düşmeleri, Öğütmenin hava süpürmeli olmayışı,
Diğer endüstri kollarına göre daha tutucu olarak bilinen çimento üreticileri, Horomill'in
cazibesi karşısında tepkisiz kalmamışlar ve çok kişinin gerçek bir endüstriyel uygulama
olarak kabul etmiyeceği 25 ton/saat'lik değirmenden elde edilen sonuçlar bazında,
gereksinim duydukları kapasitelerde Horomill 'leri ısmarlamaya başlamışlardır. İlk
sipariş 85 ton/saat kapasiteli bir çimento değirmeni için Çimentaş'tan gelmiş olup, bu
durum, bir anlamda ülkemiz çimento sektörünün teknolojik gelişmeleri ne denli
yakından izlediğini de kanıtlamıştır. Kısa aralıklarla Aslan Çimento, Denizli Çimento, ve
Konya Çimento da sırasıyla 100 ton/saat , 2 x 85 ton/saat ve 100 ton/saat kapasiteli
değirmenler tesis ederek Çimentaş'ı izlemişlerdir. Bu değirmenlerin özellikle katkılı
çimento üretimine uygun olduğu yönünde görüşler vardır.
Horomill'in geliştirilmesinin temelinde yatan akılcı mühendislik yaklaşımları dikkate
alındığında bunların başarılı sonuçlar vereceği ve diğer sistemlere çok ciddi bir rakip
olacağı açıktır.
Çimento Endüstrisinde Kullanılan Farklı Öğütme Sistemlerinin Karşılaştırılması
Değirmen Tipi Uygulama
Bilyalı Değirmene Göre
% Kapasite Artışı
% Enerji Tasarrufu
Avantaj Dezavantaj
Bilyalı Değirmen
Son Öğütme - - Basit, güvenilirYüksek spesifik enerji tüketimi
Dik Değirmen Ön öğütme 40-55 15Kompakt, öğütme sınıflandırma aynı
ünitedeHava gereksinimi
Dik Değirmen Son Öğütme - 15-25Kompakt, öğütme sınıflandırma aynı
ünitede
Ürün kabul edilebilirliği
YBMP Ön Öğütme 30-40 10-15 Basit Limitli kapasite artışı
YBMPHybrid
Öğütme60-80 10-20 - Karmaşık kontrol
YBMPYarı-Son Öğütme
80-200 15-30 - Karmaşık kontrol
YBMP Son Öğütme - 35-50 -Ürün kabul edilebilirliği
DMŞK Ön Öğütme 30-100 20Basit, ucuz,
güvenilir
Limitli kapasite artışı, elek gereksinimi
CKP Ön Öğütme 60-120 25-30 - -
CKP Son Öğütme - ? - -
Horomill Ön Öğütme ? ?Mekanik taşınma,
YBMP’e göre düşük basınç
-
Horomill Son Öğütme - 30-50Mekanik taşınma,
YBMP’e göre düşük basınç
-
Recommended