Investigation of dry horizontal stirred milling applications for cement grinding circuits

Abstract

Bu tez çalışması kapsamında, kuru yatay karıştırmalı değirmen teknolojisinin ince öğütmenin önem arz ettiği çimento endüstrisinde kullanım olanakları araştırılmıştır. Çalışmanın temel amaçları, değirmende oluşabilecek öğütme sorunlarını tespit etmek, tasarım ve işletme değişkenlerinin öğütme performansına olan etkilerini incelemek, değirmen için en uygun işletme koşullarını belirlemek, modelleme çalışmalarını yürütmek ve sonrasında bu modelleri farklı çimento öğütme devresi alternatiflerinin simülasyonu sırasında kullanmak olarak sıralanabilir.Bu amaçla Netzsch-Feinmahltechnik firması ile birlikte yatay karıştırmalı değirmen geliştirilmiş ve çimento öğütme devresinde kurulmuştur. Halihazırda çalışan çimento öğütme devresinde farklı akış kollarında örnekleme çalışmaları yürütülmüş ve bu malzemeler farklı işletme koşullarında öğütme işlemine maruz bırakılmıştır. Deneysel çalışmalar kapsamında, değirmende özgül enerji tüketimini etkileyen karıştırıcı hızı, bilya doluluğu, bilya boyu, besleme hızı değişkenlerinin etkileri incelenmiştir. Bunlara ek olarak malzeme ve tasarım değişkenleri olan malzeme besleme boyu, değirmen haznesi ve karıştırıcı tipi etkileri de denemeler kapsamında değerlendirilmiştir. Çalışmalar süresince 23 Litre ve 42 Litre hacim değerine sahip öğütme haznelerinde ve üç farklı karıştırıcı tipinde deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Yürütülen çalışmalar neticesinde malzeme taşınmasının, kuru öğütmenin verimliliğini etkileyen önemli bir değişken olduğu ve kimyasal tipi ve dozajının ayrıca değirmen besleme bölümünden verilen havanın uygun oranlarda ayarlanması durumunda ürün kalitesinde %18 değerine varan iyileştirme olduğu belirlenmiştir. Karıştırıcı hızının değirmenden alınan ürünün inceliğini etkilediği ancak 4.34 m/s değerinin altında ve 6.5 m/s değerinin üzerinde etkisini yitirdiği tespit edilmiştir. Değirmende bilya doluluğunun olabilecek en yüksek seviyede tutulması gerektiği belirlenmiştir. Diğer işletme koşulları sabit kalmak koşuluyla, bilya doluluğunun %30 değerinden %60?a çıkarılması ile Blaine değerinde %50 oranında artış olduğu tespit edilmiştir. Çalışmalar neticesinde değirmende ince bilya kullanımının avantajlı olduğu ve mevcut tasarım için kullanılabilecek en ince bilya boyunun 4 mm olduğu belirlenmiştir. Ayrıca iri bilyaya kıyasla besleme boyuna bağlı olarak %27?ye varan enerji tasarrufu sağladığı da gözlemlenmiştir. Değirmen tasarım değişkenleri olan öğütme haznesi ve karıştırıcı tipinin de öğütme performansını etkilediği, daha büyük hacim değerine sahip haznenin öğütme performansının daha iyi olduğu (42 Litre) ve disk tipi karıştırıcının da diğer tasarımlara oranla daha enerji verimli olduğu anlaşılmıştır.Performans çalışmalarını takiben yürütülen simülasyon çalışmaları ile çimento öğütme devresinde farklı noktalarda kullanılan kuru yatay karıştırmalı değirmenin devreye sağladığı katkılar tartışılmıştır. Çalışmalar, açık devre çimento öğütmelerinde karıştırmalı değirmenlerin son öğütmede kullanılması durumunda %35, kapalı öğütme devrelerinde ise %16?ya varan enerji tasarrufu sağladığı belirlenmiştir. Enerji tasarrufuna ek olarak devre üretim kapasitelerinde %100?e varan artış tespit edilmiştir.Anahtar kelimeler: Kuru karıştırmalı değirmen, karıştırmalı değirmen, çimento öğütme, ince öğütme

Within the thesis study, possible applications of dry horizontal stirred mill were investigated for cement industry where fine grinding is prominent with regards to improved product quality. The main objectives of this work were to determine grinding problems, to study the effects of design and operating variables on grinding performance, to optimize the milling operation, to carry out modelling studies and then use these models in order to simulate different cement grinding circuit configurations where stirred mills were employed.In this context, dry horizontal stirred mill was developed with the partnership of Netzsch-Feinmahltechnik and commissioned at a cement plant. Different flow streams of the grinding circuit were sampled and then subjected to grinding operation under different operating conditions. Within the scope of the experimental studies, the influences of the parameters affecting the specific energy consumption of the mill such as stirrer speed, media filling, media size, feed rate were investigated. In addition to those, the influences of material and design variables i.e., feed size distribution, mill chamber geometry and stirrer type were assessed. Throughout the studies, experimental studies were performed with two chamber designs having 23 L and 42 L volume and three different stirrer types.As a result of the experimental studies it was understood that, material transportation was a parameter influencing the grinding performance directly and in case of adjusting the grinding chemical type and dosage, besides the air flow from the feed inlet properly, 18% improvement in product quality was achievable. Stirrer speed affected the product fineness however below 4.34 m/s and above 6.5 m/s the effectiveness of the parameter decreased. Media loading of the mill was needed to be maximized. The studies indicated that, in case the rest of the operating parameters were constant, 50% increase in Blaine value could be observed when media loading was changed from 30% to 60%. In this study, the advantages of using fine media were reported. With this mill configuration and material, it was determined that up to 27% energy saving was achievable with the use of 4 mm media size when compared to 6 and 8 mm. The experimental studies with different mill chamber geometries and stirrer types showed that 42 L mill had better grinding performance (compared to 23 L) besides disc type stirrer provided more energy efficient grinding operation. Following the performance evaluation studies, the benefits of employing dry horizontal stirred mill on cement grinding circuits were discussed with the aid of simulation studies. In this context, simulation scenarios for open and closed circuit grinding operations were prepared. The studies showed that energy saving up to 35% was achievable when dry horizontal stirred mill was used with open circuited ball mill and 16% decrease in specific energy consumption could be observed with the closed circuit configuration. In addition to energy saving, the overall circuit production could be increased by %100.Keywords: Dry stirred mill, stirred mill, cement grinding, fine grinding.