Location via proxy:   [ UP ]  
[Report a bug]   [Manage cookies]                
ÖZET Bu deneyde, bilyalı değirmene etki eden parametrelerin öğütme verimine etkisinin incelenmesi amaçlanır. Bunun yanı sıra öğütülen maddelerin belirli meş numarasına sahip elekler kullanılarak parçacık boyutu analizi yapılır. Kırıcı ve ufaltıcı kullanılarak belli bir boyuta getirilmiş kalsit numunesinin kullanılır. Kalsit, karbonatlı kayaçları oluşturan ve kimyasal formülü CaCO3 olan endüstriyel bir mineraldir. Bilya bulunan değirmen içerisindeki numune öğütme verimi üzerine etkisini inceleyebilmek amacıyla farklı bilya sayısıyla sabit bir süre ve dönme hızı ile çalıştırılır. Değirmenden alınan öğütülmüş kalsit numunesi önceden belirlenmiş ve meş numaralarına göre sıralanmış elekler üzerinden dökülür ve eleme işlemi sonrasında her bir elekte kalan kalsit örnekleri ayrı ayrı daha önceden numaralandırılan ve boş tartımı alınan tartım kaplarına alınır. Kaplardaki numuneler tartılır ve sonuçlar kaydedilir. 1. GENEL BİLGİ 1.1. ÖĞÜTME İŞLEMİ Genellikle, kırma ve öğütme işlemleri arka arkaya yapılır. Çünkü, kırma işleminde maddeler parçalara ayrılır, öğütme işlemine geçildiği zaman ise maddeler ufalanarak daha küçük parçacık boyutlarına indirgenir. Öğütme işlemi, boyut küçültme işlemlerinin son basamağıdır. Ayrıca, öğütme işlemi kuru ya da yaş olarak yapılabilmektedir ve bu işlemden sonra parçacık büyüklüğü 5mm’den daha küçük olmaktadır. Öğütme sırasında kullanılan en yaygın kuvvetler ise, baskı, darbe ve aşınma kuvvetleridir. Öğütücüler beş ana başlıkta sınıflandırılabilmektedirler. Bunlar, santrifüj değirmeni, taşlı değirmen, merdaneli değirmen, bilyalı değirmen ve özel değirmenlerdir. 1.1.1. SANTRİFÜJLÜ DEĞİRMENLER Yumuşak, orta, sert ve lifli malzemelerin öğütülmesinde kullanılan santrifüjlü değirmen, oldukça hızlı dönerek yüksek verimli bir öğütme işlemi sağlamaktadır. Gıda, kimya ve ziraat sektörlerinde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır ve çok kısa sürede öğütme işlemini tamamlamaktadır. 1.1.2. TAŞLI DEĞİRMENLER Taşlı değirmenler genellikle buğday öğütülmesi için kullanılırlar. Altta sabit taş ve üstünde dönen bir hareketli taştan ibaret olan bu sistemde, öğütme işlemi iki taşın arasında gerçekleşmektedir. Üstteki taş dönerken buğdaya hem baskı kuvveti hem de aşınma kuvveti uygulayarak buğdayın boyutunun küçültülmesini sağlamaktadır. 1.1.3. MERDANELİ DEĞİRMENLER Öğütme işlemi, aşınmaya karşı dayanıklı olan dönen iki merdane arasında gerçekleşmektedir. Mineraller, kömür, kireç taşı, mucur, klinker ve çimento gibi malzemelerin öğütülmesinde merdaneli değirmenler kullanılmaktadır. 1.1.4. BİLYALI DEĞİRMENLER Değirmenin dönme hareketi ile sürtünme kuvveti oluşturulurken, bilyalar yardımıyla oluşturulan darbe kuvvetleri, öğütülecek olan maddeye etki ederek öğütme işleminin yapılmasını sağlarlar. Değirmenin büyüklüğü, maddenin tane boyutuna, cevherin özelliklerine, değirmenin hızına ve zaman parametrelerine göre belirlenir. Bilyalı değirmenlerde öğütme verimini esas olarak iki etken belirler. Bu etkenler, değirmendeki bilya sayısı ve değirmenin dönüş hızıdır. Değirmendeki bilyalar, dönüş hareketinden doğan merkezkaç kuvvetinin etkisi ile belli bir yüksekliğe çıkar ve yer çekiminin merkezkaç kuvvetini yenmesi sonucunda bulunduğu yükseklikten aşağıya düşerek cevherin öğütülmesini sağlarlar. Eğer değirmendeki bilya sayısı çok fazla ise bilyalar değirmenin içinde hareket edemeyecekleri için cevherin üzerine darbe kuvveti uygulayamayacaklar. Eğer değirmendeki bilya sayısı çok az olursa, bilyalar cevherin üzerine darbe kuvveti uygulayabilecek yükseklikten ağağıya düşerler fakat sayıları çok az olduğu için cevher ile karşılaşma olasılıkları düşeceğinden verimli bir öğütme elde edemeyiz. Bu nedenle, optimum bilya sayısı belirlenerek öğütme işlemine geçilmesi gerekmektedir. Değirmenin dönüş hareketi ile, değirmenin içinde bulunan bilya ve cevher değirmenin cidarlarına tırmanırlar. Eğer değirmenin hızı çok arttırılırsa, dönme hareketinden doğan merkezkaç kuvveti yer çekimi kuvvetine eşit olur ve cidardan aşağı düşme gerçekleşmeyeceği için etkin bir öğütme gerçekleştirilemez. Değirmenin hızı çok az olursa da cidarlara tırmanma gözlenmeyeceği için düşme hareketi oluşmaz sadece sürtünmeden kaynaklanan öğütülme yapılır ve verim yine düşer. Bu nedenle, optimum dönüş hızı belirlendikten sonra öğütme işlemi yapılmalıdır ki yüksek verim elde edilebilsin. 1.2. KIRICILAR Kırmada kullanılan kırıcılar; Birincil kırıcılar (çeneli diğer adıyla konkasör, Jirator), İkincil kırıcılar (konik, çekiçli), Üçüncül kırıcılar (çekiçli, merdanleri) ve hatta dördüncül kırıcılar şeklinde sınıflandırmak mümkündür. Aynı makineler hem birincil kırmada hem de ikincil kırmada kullanılabilmektedir. Ancak birincil kırıcıların kapasiteleri ve boyutları ikincil kırıcılardan yüksektir. Kırıcılar kırmayı sağlayan hareketin cinsine göre de sınıflandırılmaktadır: En küçük parçaya en küçük hareketi yapan kırıcılar (çift istinat kollu çeneli kırıcı) En büyük parçaya en küçük hareketi yapan kırıcılar, Küçük ve büyük parçalara aynı hareketi yapan kırıcılar (univeral tip). 1.2.1. BİRİNCİL KIRICILAR 1.2.1.1. ÇENELİ KIRICILAR Mafsallarına göre sınıflandırılırlar. Blake tipi Dodge tipi Universal tip Gövde : Kırıcının bütün parçalarını bir arada tutar. Çeşitli kuvvet ve şoklara dayanıklıdır. Tek parça yerine montaj kolaylığı için birkaç parçadan imal edilir. Çene ve Çene Plakaları : Çene ve gövde aşınmalara karşı mangenezli çelik alaşımlı plakalardan üretilir. Plakalar düz, genellikle kavisli ve girintili yapılır. Kavisli çene plakası kullanmakla kırıcıdaki ince kırma zonu yukarı taşınmış ve böylece tıkanma önlenmiş olur. Volanlar : Kırma yapılmadığı sırada enerji volanlarda depo edilir. Kırma Zou : Çene plakaları ile yan plakalar arasında ve parçaların kırıcıya girişi ve çıkışı arasında kalan bölgeye kırma bölgesi denir. Bütün çeneli kırıcılar ağır boyutları ile tanımlanır (25 x 50 cm). Çeneli kırıcıya verilecek en büyük tane boyutu ağız açıklığının (ağzın küçük boyutu) %80-90’ını geçmemelidir. Aksi durumda parça aşağı inemez ve çeneler tarafından kavranamamaktadır. Çeneli kırıcılarda genellikle 18-24o kavrama açısı kullanılmaktadır. 26o üzerinde açılar kapasite kaybına ve aşınmalara neden olur. Boğaz Açıklık Ayarı : Aşınmaları azaltmak amacıyla kırıcı üzerinde bulunan kamalı ayar mekanizmasıyla bir dereceye kadar ayar yapılabilir. Salgı Genliği Ve Ayarı : Hareketli çenenin maksimum genliği kırılacak malzemeye bağlıdır (1-7cm). Sağlam, plastik özellik gösteren malzemeler için büyük, sert ve kırılgan malzemeler için küçük genlikler kullanılır. Salgı genliği arttıkça tıkanmalar azalmasına rağmen, daha fazla ince ürün alınmaktadır. Salgı genliği çene boyunca değişiktir. Kırıcı salgı genliği boğazdan ölçülen genliktir. Küçük ayar istinat kolun dayandığı arka uç yatağı seviyesini alçaltıp yükseltmekle yapılırken, büyük ayar eksantrik tertibatın değişmesiyle yapılır. Hız ve Hız Ayarı: Hız çeneli kırıcının boyutu ile ters orantılıdır (100-350 dev/dk). Kırılacak parçaların aşağı doğru yeni bir pozisyona hareket edip tekrar tutulmalarına yetecek kadar süre olmalıdır. Hız artışı düz çenelerde ürün ebadını değiştirmezken, kavisli çenelerde daha ince ürün alınmasına neden olur. Hız arttıkça kapasite de artmaktadır. Motor tahrik sistemini değiştirmekle belirli sınırlar içinde hız ayarlanabilir. Kapasite : Cevher özellikleri, kırıcı yapısı, tesis kuruluşu gibi bir çok değişkene bağlıdır. 1.2.1.2. JİROSKOPİK DÖNER KIRICILAR Ana Mil: Köprü ortasında asılı ve alt kısmı hızla dönebilen ve sabit kırma zonu içinde eksantrik jiroskopik hareketi nedeniyle konik bir alanı taramaktadır. Göbek veya Kırıcı Kafa: Sert mangan çeliğinden yapılmıştır. Çan şeklinde ana mil ile birlikte dönmektedir. Gövde Ve Kabuk: Üst gövde iç yüzeyleri konkavlarla kaplı, ters koni şeklindedir. Alt kısım ise muhafaza ve taşıyıcı görevindedir. Jiroskopik döner kırıcıların 2 ana tipi vardır. Oynar Milli Kırıcı ağzında küçük, boğaza doğru daha büyük bir salgı genliği yapılır. Tıkanma azdır. Sabit Milli Genlik sabittir. Küçük ve büyük parçalara aynı hareketi yapmaktadır. Kapasite yüksektir, tıkanmalar olur. Döner kırıcıların pek çoğunda aşırı yükleme halinde hidrolik bir sistem vasıtasıyla ana mil aşağı doğru hareket ettirilerek, tıkanmaya neden olan parçaların aşağı düşmesi sağlanır. Primer Kırıcıların Karşılaştırılması Bir tesiste çeneli veya döner kırıcının hangisinin kullanılacağına karar vermede en önemli faktörler, kırıcının kavraması istenen besleme malının maksimum tane büyüklüğü ve kapasitesidir. Döner kırıcıların kırma kapasiteleri yüksektir. Jiroskopik kırıcılar devamlı çalışırken, çeneli kırıcılar fasılalı olarak çalışırlar. Çenelik kırıcı bütün kırma yüzeyi ile yarı sürede kırma yaparken, döner kırıcılar yarım yüzeyleri ile tam sürede kırma yaparlar. Jiroskopik döner kırıcılar tıkanıklı beslemeye uygundur. Dolayısıyla kırma zonu sürekli dolu tutulabilmektedir. Döner kırıcılar büyük işletmeler için daha avantajlıdır. Maksimum kapasitesi ton cevher başına enerji sarfiyatı daha azdır. Çeneli kırıcılar kapasiteden ziyade kırıcı ağız açıklığının önemli olduğu hallerde daha avantajlıdır. Çeneli kırıcının ilk yatırım ve bakım masrafları döner kırıcıdan biraz daha düşüktür. Çeneli kırıcının bakım, montaj ve taşınma gibi avantajları vardır. Killi, rutubetli ve plastik özellik gösteren malzemelerin kırılmasında daha büyük salgı genliği nedeniyle çeneli kırıcı daha avantajlıdır. Döner kırıcılar daha ziyade sert, aşındırıcı malzemeler için tercih edilir. Hem çeneli kırıcının hem de döner kırıcıların ufalama oranları 3-11 arasında değişir. 1.2.2. İKİNCİL KIRICILAR (SEKONDER KIRICILAR) Primer kırıcılardan daha küçük ve hafif kırıcılardır. Bu kırıcılara 15 cm den küçük boyutta malzeme beslenmektedir. Genel olarak ikincil (sekonder) kırıcılar aynı ufalama oranına sahip birincil kırıcılardan daha fazla enerji tüketir ve daha fazla aşınırlar. Sekonder kırma işlemlerinde en çok jiroskopik döner kırıcıların modifiye edilmiş şekli olan konik kırıcılar kullanılmaktadır. Çekiçli, çarpmalı ve darbeli kırıcılar ise kömür, kalker, çakıl taşı gibi kolay kırılan malzemeler, merdaneli kırıcılar ise özel uygulamalarda kullanılmaktadır. 1.2.2.1. KONİK KIRICILAR Oynar milli jiroskopik döner kırıcıya benzemektedir. Ana mil, kırıcı kafa ve göbek, kesik koni şeklinde 3 parçadan oluşur. Daha kısa olan ana mil, üstten asılma yerine kırıcı kafa altında bulunan alt gövdeyle irtibatlı küresel yatak tarafından taşınmaktadır. Geniş bir ağız açıklı gerekmediğinden üst gövde diğer döner kırıcılarda olduğu gibi, yukarıdan aşağıya daralan bir biçimde değil, genişleyen bir kesik koni şeklindedir. Kırılan malzeme için daha geniş bir boşalma alanı sağlar. Bu konik kırıcıya yüksek kapasite temin eder. 1.2.2.2. SYMONS KONİK KIRICISI Standart tip: İkincil kırma işlemleri için tasarlanmıştır. İkisi arasındaki en önemli fark kırma zonundadır. Standart tipte kırma zonu basamak şeklinde astarlarla kaplıdır ve böylece daha iri besleme (0.5-6 cm) yapılabilir. Kısa kafalı tipte kırıcı kafanın konikliği daha diktir. Böylece ince malzemenin tıkanması önlenmiş olur.9 Symons konik kırıcının önemli bir özelliği gövdenin çevresi boyunca eşit aralıkla yerleştirilmiş yaylar veya bir hidrolik sistemin, kırma zonuna sert bir parçanın girmesi durumunda kırıcının hasara uğramaması için üst gövdeye esneklik vermesidir. Ayrıca sert malzemenin kırılması sırasında yaylar devamlı açık kalırsa iri parçaların kaçma ihtimali artmaktadır. 1.2.2.3. DİSKLİ KIRICILAR Bu kırıcılar özel şekilli konik kırıcılardır. Çok ince ürün elde etmek için kullanılılar. Taş ocaklarında büyük miktarda -1 cm boyutunda kum veya çakılın ekonomik olarak elde edilmesinde uygulama alanı bulmuştur. Konik kırıcılardan temel farkı, kırma zonunun yapısıdır. Kırma hareketi, kırma zonunda tabakalı şekilde dizilen tanelerin darbe aşındırma yoluyla ufalanmasına dayanır. Kırma işlemi diğer konik kırıcılardaki tek tabaka halinde değildir. Tanelerin birbirleri üzerinde kırılması nedeniyle aletin çıkış açıklığı ayarı ile elde edilen ürün boyutu diğer kırıcılardaki gibi direkt ilişkili değildir. Taş ocaklarında açık devre halinde çalıştırıldıklarında, küp şeklinde -1cm altında belirli bir kum oranında mıcır üretilir. 1.2.2.4. DARBELİ (İMPACT) KIRICILAR Hem birincil (primer) hem de ikilci (sekonder) kırma kademesinde kullanılır. Basınçla kırılan parçalarda iç gerilmeler daha sonra çatlamalara neden olurlar. Darbe ise ani kırılmalara neden olmakta ve parça içinde gerilme bırakmazlar. Bu durum tuğla yapımı, bina inşaatı, yol yapımı, çimento için önemlidir. Diğer önemli avantaj kübik yapıda ürün vermesidir. Taş ocaklarında mıcır üretiminde kullanılırlar. %15’den fazla silis olan cevherler için uygun değildir. Kömür, kalker, jips, çakıl ve beton agrega için uygundur. Yüksek ufalama oranı (BKO=40) istendiğinde, kırılan üründe fazla ince malzemenin zararlı olmadığı hallerde ve cevherin aşındırıcılığı fazla değilse primer kırma işlemlerinde kullanılabilirler. Çelikten yapılmış çeper içinde, yatay bir eksen etrafında dönen bir göbek ve bu göbeğin çevresine yerleştirilmiş çekiçler bulunmaktadır. Çekiçler mangan çeliği veya kromium karbit ihtiva eden nodüler dökme demirden aşınmaya dayanıklı olarak yapılmaktadır. 1.2.2.5. MERDANELİ (ROLLS) KIRICILAR Yatay ve paralel eksenler etrafında zıt yönlerde dönen iki silindirden ibarettir. Kırılacak parça bu iki tambur arasına girerek baskı zorlaması ile kırılır. Gövde (gergi çubuğu ve gergi yayı), merdaneler ve volanlar ana yapı unsurlarıdır. Merdaneli kırıcılar diğer kırıcılara nazaran daha az ince malzeme içeren ürün verirler ve ufalama oranları (BKO=2-4) düşüktür. Uygun bir ufalama oranı elde edebilmek amacıyla besleme malı boyutlarına göre çok büyük çaplı merdaneler yapılması gereği en önemli dezavantajıdır. Bu nedenle pahalı bir kırıcıdır. Gravite uygulanan tesislerde, çok kırılgan, yapışkan, kalker, kömür, jips, fosfat ve yumuşak demir cevherinde uygulama alanları bulunmaktadır. 2.TEORİK 2.1. DENEYİN YAPILIŞI Deneyin Amacı Laboratuvar tipi bir bilyalı değirmene etki eden bilya sayısının öğütme verimine etkisinin incelenmesi ve öğütülen maddelerin parçaçık boyutlarının elek analizi metoduyla belirlenmesi. Deneyde Kullanılan Malzemeler Kalsit numunesi ( öğütülecek hammadde olarak) Terazi Süzgeç kağıdı Tartım Kapları Bilyalı değirmen ve motoru Elek seti Fırça Kronometre Deneyin Yapılışı İlk olarak deney esnasında kullanılacak olan tartım kapları numaralandırıldı ve boş tartımları kaydedildi. Kalsit numunesinden yaklaşık olarak 100 gram alındı. Bilya sayısının öğütme verimi üzerine etkisini inceleyebilmek amacıyla tartılan kalsit numunesi farklı bilya sayılarında (22 ve 5 bilya ) düzeneğe koyularak sıkıca kapatıldı ve motora yerleştirildi. Üç dakika boyunca öğütme işlemi yapıldı. Öğütme işlemi bittikten sonra bilyalar değirmenden dikkatlice çıkarıldı ve temizlendi. Değirmenden alınan kalsit numunesi süzgeç kağıdının üzerine alındı. Eleme işleminde kullanılacak elek sayısına karar verildi ve elekler mes numaralarına(16,20,40,50,140) göre sisteme yerleştirildi.Kalsit numunesi en üstte bulunan elekten aşağı boşaltıldı ve sistem kapatıldı ve üç dakika boyunca çalıştırıldı. Eleme işlemi bittikten sonra her bir elekte kalan kalsit örnekleri ayrı ayrı ilk olarak önceden numaralandırılan süzgeç kağıdına ve sonra daha önceden numaralandırılan ve boş tartımları alınan tartım kaplarına alındı. Tartım kaplarındaki numuneler tartıldı ve kaydedildi. Laboratuvarda kullanılan malzemeler temizlendi ve hesaplama kısmına geçildi. 22 bilya sayısı için laboratuvarda ölçülen değerler: Elek Açıklığı (mm) Meş Aralığı Boş Tartım Kabının Ağırlığı (g) Dolu Tartım Kabının Ağırlığı (g) 1.18 16 5.231 61.739 0.850 20 4.613 13.805 0.425 40 5.178 11.054 0.300 50 5.076 6.923 0.106 140 5.253 16.946 5 bilya sayısı için laboratuvarda ölçülen değerler: Elek Açıklığı (mm) Meş Aralığı Boş Tartım Kabının Ağılığı (g) Dolu Tartım Kabının ağırlığı (g) 1.18 16 5.231 72.037 0.850 20 4.613 16.973 0.425 40 5.178 10.859 0.300 50 5.076 6.259 0.106 140 5.253 11.194 2.2. DENEYİN SONUÇLARI VE HESAPLAMALARI 5 Bilya ile Öğütülmüş 100 g Kalsit Numunesine Ait Sonuçlar: Miktar Toplam (Kümülatif) Elek Açıklığı (mm) Gram % Eleküstü(%) Elekaltı(%) G*di 2 0 0 0 100 1,18 66,806 66,806 66,806 33,194 78,83108 0,85 12,36 12,36 79,166 20,834 10,506 0,425 5,681 5,681 84,847 15,153 2,414425 0,3 1,183 1,183 86,03 13,97 0,3549 0,106 5,941 5,941 91,971 8,029 0,629746 Tavada Kalan 0 7,509 7,509 99,48 0,52 0 Toplam 99,48 99,48 92,73615 Ortalama Partikül Boyutu = 0,932209 mm SONUÇ : Farklı miktarlardaki bilya sayılarıyla uygulanan öğütme işlemlerinde; 22 bilyalı değirmen ile yapılan öğütme işleminde daha ince boyutlu tanecikler elde edilmiştir. Çünkü; bilya sayısı arttıkça madde ile etkileşim daha fazla olmuş, bilya ile temas etmeyen tane kalmadığından dolayı öğütme işlemi daha verimli olmuştur. Ortalama partikül boyutlarının sonucu da bunu desteklemektedir. Yapılan kümülatif hesaplarda normalde tartılan 100 gramlık numune miktarına ulaşılamama sebebi ise eleme işlemi sonrasında tartım yapılırken oluşan madde kayıplarıdır. Grafikler, Çok Dağılımlı (Geniş)- Birikimli Frekans modeline uymaktadır. 22 Bilya ile Öğütülmüş 100 g Kalsit Numunesine Ait Sonuçlar Miktar Toplam (Kümülatif) Elek Açıklığı(mm) Gram % Eleküstü(%) Elekaltı(%) G*di 2 0 0 0 100 1,18 56,502 56,502 56,502 43,498 66,67236 0,85 9,192 9,192 65,694 34,06 7,8132 0,425 5,876 5,876 71,57 28,43 2,4973 0,3 1,847 1,847 73,417 26,583 0,5541 0,106 11,693 11,693 85,11 14,89 1,239458 Tavada Kalan 0 14,527 14,527 99,637 0,363 0 Toplam 99,637 99,637 78,77642 Ortalama Partikül Boyutu = 0,790634 mm 3. REFERANSLAR [1] http://www.remas.com.tr/bilyali-degirmenler/ [2] http://www.dekimsa.com/urunler/ogutmedegirmen.pdf [3] http://megep.meb.gov.tr/mte_program_modul/moduller_pdf/K%C4%B1r%C4%B1c%C4%B1%20Ve%20%C3%96%C4%9F%C3%BCt%C3%BCc%C3%BCler.pdf [4] http://www.retsch.com.tr/ [5] http://iys.inonu.edu.tr/webpanel/dosyalar/162/file/kirma.pdf 8