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

-