Çimento hammadde karışım prosesinin matematik modellenmesi
Mathematical modelling of mixture of cement raw material
Yazar: RECEP KILIÇ
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Tasarım ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 1996
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Hammadde = Raw material ; Matematiksel modelleme = Mathematical modelling ; Çimento = Cement

Özet:
Çimento üretim teknolojisinin kuru sisteme yönelmesi, farin hazırlamada kullanılan hammaddelerdeki hızlı ve aşın kompozisyon dalgalanmalarım işletmelerin önemli bir sorunu haline getirmiştir. Katkı oranının artırılabilmesi için yüksek ve sabit kalitede bir klinker üretimi gerekmektedir. Üretim maliyetini düşürmek için ise kesintisiz ve sabit rejimli döner firm işletmesine ihtiyaç vardır. Bunları sağlayacak koşul, firma verilen malzemenin kimyasal kompozisyonunun ayarlanmış ve sabit olmasıdır. Farin silolarında istenilen kompozisyonun sürekli ve hassas olarak elde edilebilmesi, üretimde kullanılan hammaddelerin kompozisyon stabilitesine bağlıdır. Farin değirmenine beslenen hammaddelerin toplam değişkenlik miktarının belli limitleri aştığı fabrikalarda silo kapanış kompozisyonlarında amaçtan ciddi sapmalar olmaktadır. Bu durumda çözüm önhomojenizasyon tesis veya tesislerinin kurulmasıdır. Çimento hammaddesini oluşturan kimyasal bileşimi eniyi bir şekil de ayarlamak gerekir. Bunun için bir matematiksel model gehştirilmiştir. Bu matematiksel model kullanılarak Matlab'ta bir bilgisayar programı yapılmıştır. Amaç 1980'li yıllardan sonra çimento teknolijisine de giren bilgisayar imkanlarını kullanmaktır. Bu sayede sistemin daha stabil ve efektif bir hale gelmesini sağlamak suretiyle üretim girdilerinde en büyük payı oluşturan yakıt ve elektrik enerjisi tüketiminin düşürülmesi ve duruşların minimize edilerek üretimin artırılması gibi vazgeçilmez iki büyül avantajı da beraberinde getirecektir. viiiSistem tanımlama konusunda farklı iki yöntem olan ARX ve İV4 modeli bu çalışmanın ana amacını teşkil etmişlerdir. Çalışma içerisinde bu iki yöntemin neler oldukları, formülasyonlann nasıl elde edildikleri, karşılaştırmaları ve değişik özellikleri incelenmiştir. Bu incelemeler ve yorumlamalar Nuh Çimento A.Ş. nin verdiği datalar uygulanarak ilgili çimento prosesinin modellenmesinde kullanılmıştır. Bunlara ait bilgisayar programlan ve sonuç grafikleri yine bu çalışma da sunulmaktadır. Yine bu çalışmada çimento endüstrisinde bilgisayarlı analizler, bu analizlerin nasıl uygulandıkları hakkında ayrıntılı bilgiler verilmiştir. Bunların yanısıra bilgisayar kontrolü ile çalışmaya başlayan bir çimento fabrikasında; - Mevcut hammalzemenin en rasyonel bir şekilde uzun süre kullanılmasını sağlamak, - En kaliteli klinkeri sürekli olarak üretmek, -Bu üretimi yaparken kullanılacak enerjiyi enaza indirmek, -Manual müdahaleleri enaza indirmek, -Döner firın refrakter tuğla tüketiminin azaltılması gibi küçümsenemeyecek bir dizi avantajı da beraberinde getirerek, bilgisayar otomasyonunu vazgeçilmez kılmıştır. 
 Anahtar kelimeler: Çimento endüstrisi, Hammadde, Sistem tanımlama, öğütme

Abstract:
Key Words: Blending control; grinding; feedstream concentration estimation în cement manufacturing, as well as, in many other industrial processes, measurements are frequently made of various pertinent varrables, yet rarely is all the information contained in these measurements extracted. Present in many cement raw material milling operations are the x-ray fluorescence analyzer and digital computer, thes primary functions of which are to analyzer raw meal samples. The object of this study is to present a method whereby the x-ray fluorescence raw meal analysis normally made can be processed optimally to yield estimates of changing feedstream oxide concentrations. These estimates may be used in further optimizing and controlling the process. The cement manufacturing process is composed of two main parts; (1) blending and grinding of raw materials, and (2) kiln firing and finish grinding to a fine powder containing four compound in the following approximate weight fractions : tri-calcium silicat, C3S (%60), di- calsium silicat, C2S (%25), tri- calsium aluminat, C3A (%5), and tetra- calsium aluminoferrite, C4AF (%10). The concentrations of these four cement compounds in weight percent or expressed as a decimal fraction are related to the concentrations of the four ignited oxides after firing (CaO, SİO2, Fe^ and AI2O3) by the Bogue equationC3S c2s C3A Lc4AF. 4.07 -7.6 -4.43 -6.72 -3.07 8.60 1.08 5.07 0.0 0.0 -1.69 2.65 0.0 0.0 3.04 0.0 CaO Si02 Fe203 ALO 3-1 The final strength and quality of cement are strong functions of the concentrations of the cement compounds. Examination of equation (1) reveals the high sensitivity of the cement compounds to ignited oxide variations. Any composition restrictions imposed on the cement compounds result in even more stringent restrictions on ignited oxide compositipns. Thus the precise requlation of the output concentrations of the raw mill is absolutely essential in the manufacture of high quality cement with specified strength characteristics. The constancy of the kiln feed composition is of great importance not only from the standpoint of product quality control and the magnifying rfects of the kiln reactions, but also because constant kiln feed composition allows coating on the inside of the kiln protecting the refractory lining. The main purpose of the raw meal quality control is to maintain closer to the standard set values and to decrease the variation of the chemical composition (in terms of composition module, as lime deficiency, silica modulus and aluminium modulus) of the raw meal by using some raw materials called " correction products". The clinker of desired chemical composition is expected to satisfy the following modules related to the chemical composition of the raw mix:. Lime Saturation Factor (LSF): LSF = 100CaO 2.8Si02 + L2A1203 + 0.65Fe2O3 Silica Modulus (SM): SM SiO, Al203+Fe203 Alumina Modulus (AM): xiFe203 A high LSF requires high heat consumption for clinker burning inside the kiln, and thus gives more strength to the cement. A higher SM decreases the liquid phase content, which impairs the burnability of the clinker andreduces the cement setting time. The value of AM determines the composition of liquid phase in the clinker. The goal is to achieve a desired.level of LSF, SM and AM of the raw mix, to produce a particular quality of the cement by controlling the mix proportions of the raw materilas. To achieve an appropriate raw mix proportion is very difficult, due to the inconsistencies in the chemical composition of the raw material. The cement production plant of Nuh Çimento AŞ. in Hereke is taken as an application process. The process is explained with details and the data of input and output are used. In cement industry they used four main raw materials. These are the clay, chalkstone, iron and kaolin. The four raw materials are mixed in apredetermined proportion and so it is obtained a clinker of a known quality. These raw materials are taken as the system inputs. For a good quality the proportionality of theseraw materials should be in a standard interval. To make an analysis for quality one take samples of the blended material in some points of the process. The samples are analyzer in tow ways. One is to make a chemical analysis. Another approach is the GAMMA- MATRİCS analysis. The raw materials are brought into a crusher to crush in small pieces. After then they are conveyed to a stockhall where a reclaimer make a prehhomogenization. In the stockhall the samples of the raw material is taken and analyzed. There is also an analsis in the silo afterthe mill. There are looked for four main ozides. These oxides are calciumoxide (CaO), silicumoxide (SİO2), aluminiumoxide (A1203) and ironoxide (Fe2(h). The sizes of their percentile proportion are criteria for the quality. The chemical analysis is made and GAMMA- MATRÎCS analysis is made one per five minutes. The four main oxides are thought as the system outputs. xiiThese input and output data are used to identify the system. They build the vector of knownquantities and the vector of unknown quantities (system parameters) is calculated in two different computer programs. One program is written for computing the system parameters using the ARX model and İV4 model. XIII