Bilya boyutunun öğütme model parametreleri üzerine etkisinin modellenmesi
Modelling of effect of ball size on grinding model parameters
Yazar: A. SEYFİ ERDEM
Danışman: DOÇ. DR. A. HAKAN BENZER ; PROF. DR. Ş. LEVENT ERGÜN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Maden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining
Dizin: Bilyalı değirmen = Ball mill ; Modelleme = Modelling ; Çimento = Cement ; Öğütme = Grinding

Özet:
Bu çalışmanın amacı, çimento öğütmede kullanılan bilyalı değirmenlerde mükemmel karışım modeli kullanılarak bilya boyunun kırılma hızı parametresi üzerindeki etkisini araştırmaktır.Bu çalışma kapsamında yürütülen deneysel çalışmalar tesis örnekleme ve pilot kesikli öğütme testleri olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır. Tesis örnekleme çalışmalarında 16 farklı çimento öğütme devresi 22 farklı koşulda örneklenmiştir. Her biri devre örneklemesinde devre etrafındaki malzeme akış kollarından örnekler alınmış daha sonra devrede ani duruş yapılmış ve değirmen içerisinde her bir kamarada değirmen boyunca her metrede örnekler alınmıştır. Sınıflandırıcı astarların kullanıldığı ikinci kamarada malzeme örnekleri ile birlikte bilya örnekleri de alınmıştır. Örnekleme çalışması sırasında ölçülen bütün değişkenler kontrol odasından kaydedilmiştir.Kesikli öğütme testleri Ø120×60 cm boyutlarındaki pilot ölçekli bilyalı değirmende farklı bilya boyu dağılımları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Testlerde kullanılan farklı bilya dağılımları Bond tarafından bilyalı değirmenler için önerilen bilya dağılımları referans alınarak belirlenmiş ve dağılımlardaki maksimum bilya boyları 70mm ile 20mm değişmektedir. En kısa öğütme süresi 2 dakika, en uzunu 60 dakikadır. Önceden belirlenen tüm zaman aralıklarında değirmen durdurulmuş ve değirmen içerisinden temsili numune alınmıştır. Test malzemesi olarak iki farklı tane boyu dağılımına sahip klinker ve curuf kullanılmıştır.Tüm numunelerin tane boyu dağılımları kuru eleme ve lazer kırınım yöntemiyle 1?m'ye kadar belirlenmiştir. Ayrıca Bond bilyalı değirmen iş indeksleri de ölçülmüştür.Tane boyu dağılımları belirlendikten sonra tesis verileri için madde denkliği çalışmaları yürütülmüş ve her akış kolundaki tonajlar hesaplanmıştır. Bu veriler öğütme devresinin modellenmesinde kullanılmıştır. Modelleme çalışmaları mükemmel karışım yaklaşımına göre yapılmıştır. Öncelikle JKSimMet yazılımı kullanılarak normalize edilmiş (hız/boşalım)* fonksiyonu hesaplanmış, daha sonra kırılma hızı değerleri belirlenmiştir.Pilot değirmen verileri kullanılarak her bir zaman aralığında (5 dk., 10 dk., 15 dk. ve 20 dk.) modelleme çalışmaları gerçekleştirilmiştir. 20 dakikadan uzun öğütme sürelerinde sıvanma etkisi belirgindir.Tesis ve pilot değirmen modellemesinde literatürdeki önceki çalışmaları doğrular şekilde, kırılma hızının tane boyu ile değişiminde kırılma hızı belirli bir noktaya kadar artmış, bir noktada maksimum değere ulaşmış ve daha sonra azalmıştır. Kullanılan maksimum bilya boyuna göre maksimum kırılma hızının görüldüğü tane boyu, (Xm), ile kırılma hızı arasındaki ilişkinin literatürde bilinmesine rağmen, maksimum bilya boyu değiştiğinde tane boyu dağılımlarının tahmininde kullanılan ve mükemmel karışım modelinde yer alan Morrell (1992) ve Man (2000) tarafından önerilen eşitlikler iyi sonuçlar vermemiştir.Tesis ve pilot değirmenden elde edilen veriler birlikte kullanılarak maksimum bilya boyu, (Db), ve Xm arasında ilişkiyi tanımlayan ve Xm=0.3098×e0.0336xDb şeklinde yeni bir bağıntı geliştirilmiştir. R2 değeri 0.998 olan model kalibrasyonu iyi sonuçlar vermiştir.Bu çalışmada sunulan yeni eşitlik mükemmel karışım modeliyle bağlantılı olarak var olan devrelerin optimizasyon çalışmalarında ya da çimento öğütme devrelerinin tasarımında kullanılabilir.

Abstract:
The aim of the study is to investigate the effect of ball size on breakge rate parameter in perfect mixing model of cement grinding ball milling.Experimental studies consist of two parts: Plant surveys and pilot batch mill tests. 22 circuits were sampled at 16 different cement plants. Samples were taken from streams around the circuit, then the mills were crash stopped and samples were taken inside the mill from both compartments in each meter along the mill length. Ball samples were also taken along the length of the second compartment where classifying liners are used. During the sampling surveys all variables measured were recorded in the control room. Batch tests have performed in Ø120×60 cm pilot mill using different ball size distributions. The top size of ball size distributions were from 70 mm to 20 mm. The distributions of ball sizes were determined according to the method proposed by Bond. The shortest grinding period was 2 minutes while the longest was 60 minutes. In each time interval, the mill was stopped and a representative sample were taken from inside the mill. Two clinker samples having different size distributions and a slag sample were used as test material.Size distributions of the samples down to 1 µm were determined by dry sieving and laser diffraction methods. Bond ball mill work indices of the all samples were also measured.For the plant data, after determining size distributions, mass balancing studies were performed and tonnage of each stream was calculated. These data were used to model the grinding circuit. Perfect mixing modelling approach was used. First, normalized (rate/discharge)* function was calculated by using JKSimMet software, then corresponding breakage rate parameter was calculated.For pilot mill data, modelling studies were performed for each time interval. Cushioning effect was evident for grinding periods longer than 20 minutes.For the plant and pilot mill data, breakage rate increased with the particle size giving a maximum and then decreased verifying earlier studies in the literature. Although the relation with the maximum ball size (Db) used and the particle size at which maximum breakage occurs (Xm) is known in the literature, the current model used in perfect mixing approach proposed by Morrell (1992) and Man (2000) was failed to predict size distributions when the maximum ball size was changed.Using the obtained in both plant and pilot scale data, a new relationship between maximum ball size and Xm was developed in the form of Xm=0.3098×e0.0336xDb. The R2 value of the fit is 0.998 showing that the fit was very good.The new equation proposed can be used to optimize existing circuits or to design new cement grinding circuits in conjuntion with the perfect mixing modelling approach.