Bir Otojenin Çalışma Prensibi Değirmen

Otojen değirmenin öğütme süreci Şekil 10-1a’da gösterilmiştir (örnek olarak kuru bir otojen değirmen ele alınmıştır):

Cevher besleme ucundan beslendikten sonra, küçük parçacıklar A yüzeyindeki dalga şeklindeki astarlar boyunca değirmen gövdesinin tabanının ortasına eşit bir şekilde düşer ve her iki tarafa yayılır. Beslemedeki büyük parçalar daha fazla kinetik enerjiye sahiptir ve daha uzak tarafa ulaşma eğilimindedir; ancak bunların bir kısmı A ve B noktalarındaki astarlara çarparak karşı tarafa geri döner, böylece büyük parçaların da düzgün bir şekilde dağılmasını sağlar. A-A ve B-B yüzeylerindeki tepe astarlarının rolü, beslemenin ayrışmasını önlemektir. Boşaltma ucundan değirmen duvarının alt kısmı boyunca geri dönen orta boy parçacıklar da kabuk tabanının ortasına eşit bir şekilde düşer ve ardından her iki taraftaki astarlara doğru yayılır. Hem büyük parçalar hem de ince parçacıklar, kabuk tabanı boyunca eksenel olarak hareket eder, ancak zıt yönlerde hareket ederler; bu da bir kırma eylemi ile sonuçlanır.

Şekil 10-1: Otojen bir sistemde öğütme süreci ve malzeme hareketi değirmen
a – otojen değirmenin öğütme işlemi; b – malzeme hareket durumu

C‑C kaldırma çubukları ve B‑B dalga astarları, cevher üzerinde bir sıkıştırma etkisi yaratır. Cevher ilk olarak C‑C noktasında sıkıştırılır ve eksenel yönde, yukarı doğru kademeli olarak genişleyen bir “kemer” oluşturur. B‑B arasında da bir “kemer” oluşur. Böylece, kemerli bölge içindeki tüm cevher sıkıştırılmış bir durumda kalır.

Cevher, kabukla birlikte dönerken konumu hızla yükselir ve sıkıştırılmış durumdan gerilimli duruma hızla geçer. Cevherin yerçekimi, merkezkaç kuvvetini aştığında, cevher kabuktan ayrılır ve düşer. Ancak, farklı parçacık boyutlarının düşme yolları birbirinden farklıdır (Şekil 10‑1b). Büyük topaklar daha ağır oldukları için yükselirken daha alçak bir yükseklikte kaymaya başlarlar; bu sırada küçük parçacıkları aşındırıp öğütürler ve ardından kabuğun merkezindeki iç katmana doğru hareket ederler. Orta büyüklükteki cevher, kabukla birlikte daha yüksek bir konuma yükselir ve ardından basamaklı bir şekilde aşağı yuvarlanır; bu sırada cevher parçaları birbirini aşındırarak bir basamaklı bölge oluşturur. Küçük cevher parçaları kabukla birlikte daha da yüksek bir konuma yükselir ve ardından parabolik bir yörünge boyunca düşer; bu durumda darbe kuvveti cevheri ince parçacıklara parçalayan bir şelale bölgesi oluşur. Daha da küçük parçacıklar ise yüzey tabakasında yüzer. Özetle, kabuk dönerken ve sürekli sirkülasyon sırasında cevher, tekrarlanan darbe, aşınma ve sıkıştırma etkileri altında kırılır. Ürün boyut gereksinimini karşılayan parçacıklar, otojen değirmen içinden geçen sirkülasyon havası akımıyla dışarı taşınır (kuru öğütmede) veya suyla boşaltılır (ıslak öğütmede).

Islak Otojen Değirmeninin İnşası

Islak otojen değirmenin yapısı genel olarak bilyalı değirmenin yapısına benzerdir ve bir gövde, uç kapakları, astarlar, boşaltma bölümü, besleme bölümü, rulmanlar, tahrik ünitesi, yağlama sistemi vb. bileşenlerden oluşur. 1985 yılından beri Luzhong Madencilik ve Metalurji Grubu Şirketi’nin konsantratöründe başarıyla kullanılan φ5,5 mm × 1,8 mm ıslak otojen değirmeni örnek olarak ele alındığında, yapısı Şekil 10-2’de gösterilmiştir.

Besleme arabası (1), konveyörden cevheri alan ve onu değirmene yönlendiren bir besleme cihazıdır. Üst kısmı kaynaklı çelik levha hazneden oluşur; alt kısmı ise dört tekerlekli bir araba üzerinde desteklenir. Hoperin şekli, cevherin değirmene sorunsuz bir şekilde akmasını sağlarken, büyük cevher bloklarının darbesine de dayanabilmelidir. Cevherin darbesini doğrudan alan hoperin tabanı düz olarak yapılmıştır. Cevher beslendikten sonra, düz taban üzerinde doğal bir cevher yastığı oluşur ve bu sayede hoperin doğrudan darbe alması tamamen önlenir. Bu nedenle, bu bölgede sert aşınmaya dayanıklı bir astar veya güçlendirilmiş hazne tabanı gerekmez. Düz tabanın alt kısmı, cevherin değirmene sorunsuz bir şekilde beslenmesini sağlamak için yaklaşık 40° eğimli bir oluk şeklinde tasarlanmıştır.

Gövde (4), besleme ucu kapağı (2) ve boşaltma ucu kapağı (8) ile birleştirilerek öğütme boşluğunu oluşturur. İç kısımda ise besleme ucu astarı (3), gövde astarı (5), ızgara plakası (6) ve kepçe plakası (7) gibi astarlar yerleştirilmiştir. Astarlar cevherle doğrudan temas halinde olduğundan, hem aşınmaya dayanıklı hem de yüksek öğütme verimliliğine elverişli olmalıdır. Bu nedenle, astar malzemesinin kalitesi ve geometrisinin rasyonelliği çok önemlidir.

Şekil 10-2: φ5500 mm × 1800 mm ıslak otojenin yapısı değirmen
1 – besleme arabası; 2 – besleme ucu kapağı; 3 – besleme ucu astarı; 4 – gövde; 5 – gövde astarı; 6 – ızgara plakası; 7 – kepçe plakası; 8 – boşaltma ucu kapağı; 9 – kendiliğinden geri dönüş mekanizması

Besleme ucu astarı (Şekil 10-3), değirmene yeni giren büyük cevher bloklarının darbesine ve geri dönen hareket halindeki cevherin aşındırıcı etkisine doğrudan maruz kalır. Bu nedenle, astarın aşınması hızlıdır. Cevherin astar yüzeyine çarpmasını önlemek için, astarın merkezine yakın ucunda 250 mm yüksekliğinde bir dalga tepesi bulunur. Cevherin dairesel hareketinden kaynaklanan aşınmayı önlemek için, dış halka astarında 80 mm × 80 mm kesitli koruma nervürleri bulunur. Uygulamada görüldüğü üzere, dalga tepe yüksekliğini 330 mm’ye çıkarmak ve iç halkaya da koruma nervürleri eklemek, astar ömrünü 2 ila 2,5 kat uzatabilmektedir.

Şekil 10-3 Besleme ucu astarı
a – yarım uzunlukta koruma çubuklarına ve alçak dalga tepesine sahip astar; b – tam uzunlukta koruma çubuklarına ve yüksek dalga tepesine sahip astar

Izgara plakası (Şekil 10-4) Otojen değirmende ızgara, sadece malzemenin boşaltılmasına hizmet etmekle kalmaz, aynı zamanda eleme işlevi de görür. Bu nedenle, hem ızgara deliklerinin konumu hem de delik boyutu uygun şekilde seçilmelidir. Çamurun ızgara deliklerinden boşaltılabildiği taşma seviyesine bağlı olarak, bu delikler yüksek seviyeli boşaltma (nadir), orta seviyeli boşaltma (Şekil 10-4, No. 1) ve düşük seviyeli boşaltma (Şekil 10-4, No. 3) olarak sınıflandırılabilir. Yaklaşık 45 % olan normal malzeme dolum oranlarında, orta seviyeli boşaltma konumu genellikle boşaltma gereksinimlerini karşılar. Ancak, otojen değirmenlerde sıklıkla düşük dolum oranları (20 %'nin altında) görülür ve bu da boşaltma işleminin gerçekleşmemesine neden olabilir. Bu nedenle, günümüzde hem orta seviyeli hem de düşük seviyeli boşaltma yöntemleri kullanılmaktadır.

Koruyucu nervürler ve dalga tepe plakaları, ızgara plakalarında da diğer astarlarda olduğu gibi aynı işlevi görür. Uygulamalarda, 80 mm × 80 mm kesitli koruyucu nervürlere sahip bir ızgara plakanın, koruyucu nervürsüz düz bir plakaya kıyasla iki kat daha uzun hizmet ömrüne sahip olduğu görülmüştür. Dalga tepe yüksekliğinin 250 mm'den 350 mm'ye çıkarılması, hizmet ömrünü iki katına çıkarır.

Kabuk, sıradan düz astarlarla ve T şeklindeki astarlarla kaplanmıştır (bkz. Şekil 10-5). T şeklindeki astarlar öncelikle malzemeyi kaldırır ve bu nedenle kaldırma çubukları olarak da adlandırılır. Kaldırma çubuklarının yüksekliği ve aralıkları, malzemenin hareket yörüngesi üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Kaldırma çubuklarının yüksekliği 80 mm'den 100 mm'ye çıkarıldığında, hizmet ömrü iki katına çıkar, üretim kapasitesi önemli ölçüde artar ve ürün parçacık boyutu biraz daha iri hale gelir. Bu nedenle, en yüksek üretim kapasitesine ve en düşük enerji tüketimine ulaşmak için hem kaldırma çubuklarının yüksekliği hem de yükseklik ile aralık arasındaki oran uygun olmalıdır.

Şekil 10-4 Izgara plakası (başlık – açıklamadan çıkarılan; orijinal metinde açık bir başlık bulunmamaktadır, ancak şunu kullanabilirsiniz:)
Şekil 10-4 Izgara plakası
(Not: Metinde geçen 1 ve 3 numaraları, orta ve düşük seviyeli tahliye konumlarını ifade etmektedir; ancak bunlar ayrı bir başlık altında açıklanmamıştır.)

Şekil 10-5 T şeklindeki astar / kaldırma çubuğu (başlık – çıkarılan anlam)

Şekillerin asıl başlıklarına (örneğin, orijinal metinde belirli etiketler varsa) veya başka bir çeviriye ihtiyacınız olursa bana haber verin.

Şekil 10-4 Izgara plakası
1 – orta seviyeli deşarj, alçak dalga tepesi, koruma çubukları olmayan ızgara plakası; 2 – boş plaka (kör plaka); 3 – alçak seviyeli deşarj, yüksek dalga tepesi, koruma çubukları olan ızgara plakası

Şekil 10-5 Kabuk astarı
1 – kaldırma çubuğu (kaldırıcı); 2 – düz astar

Uygun yükseklik şudur: H = 90–110 mm, ve uygun oran şudur: L/H = 4–5.

Şu anda Çin’de yaygın olarak kullanılan astar malzemeleri, yüksek manganezli çelik ve sert çeliktir. Aynı malzeme ve aynı üretici söz konusu olsa bile, farklı üretim süreçleri nedeniyle kaliteli ve kalitesiz astarlar arasında hizmet ömrü açısından 1,5 kata varan farklar ortaya çıkabilir.

Yukarıdaki uygulama, astarların yapısal şekli ve üretim kalitesinin hizmet ömrü üzerinde çok önemli bir etkiye sahip olduğunu göstermektedir. Astar yüzeyinde uygun yükseklikte koruyucu nervürler sağlamak, cevher ile astar yüzeyi arasındaki göreceli kaymayı azaltmak, aşınmayı azaltmak ve hizmet ömrünü uzatmak için etkili bir yöntemdir. Koruma nervürleri (kabuk üzerindeki kaldırma çubukları dahil) düzleşince, düz kısımlar hızla aşınacaktır. Bu nedenle, astarların aşırı kalın olmaması gerekir. Dalga plakalarının tepe yüksekliği uygun olmalıdır; tepe çok yüksekse, büyük cevher blokları tarafından vurulabilir ve gevşeyebilir. Yükseklik, plaka yüzeyinin cevherden doğrudan darbe almayacağı şekilde ayarlanmalıdır.

Boşaltma ve kendiliğinden geri dönüş cihazı
Islak otojen değirmenden çıkan ürün çamur halindedir; bu nedenle, kuru otojen değirmenlerde bulunmayan bir ızgara boşaltma tertibatı ile donatılmıştır. Yapısı, ızgara boşaltmalı bilyalı değirmenin yapısı ile aynıdır.

Boşaltma ucunda, otojen değirmen bir malzemeye sahiptir otomatik geri dönüş cihazı (Şekil 10-6), esasen bir sınıflandırma cihazıdır. Bu cihaz, bir tamburlu elek (1), bir kum geri dönüş borusu (2) ve bir kum geri dönüş kepçesinden (3) oluşur.

Çamur, ızgara plakasının deliklerinden geçtikten sonra, ızgara plakasının arkasındaki kepçe plakaları tarafından kendinden geri dönüşlü cihazın elek üzerine beslenir. Kaba malzeme, elek üzerinde ilerleyerek diğer uçtaki kum geri dönüş kepçesine ulaşır. Kepçenin dönme hareketi sırasında, iri taneli malzeme kum geri dönüş borusuna beslenir. Kum geri dönüş borusunun içindeki spiral kanatlar, iri taneli malzemeyi yeniden öğütülmek üzere değirmene geri iter. Elekten geçen ince taneli malzeme ise, daha ileri işlemler için boşaltma burcundan dışarı atılır.

Bu sınıflandırma cihazı yapısı bakımından basittir ve iyi çalışır. Tek bir elek katmanı ile 20–30 mm’nin altındaki malzemeyi 3–5 mm’nin altındaki bir ürüne ayırabilir. Bu cihazın kurulması, daha büyük ızgara plakası açıklıklarının kullanılmasını sağlar (veya imalatı zor olan küçük deliklere olan ihtiyacı ortadan kaldırır), malzemenin akış hızını (verimini) artırır ve böylece öğütme verimliliğini iyileştirir. Elbette, bu kapalı devre görünüşe göre sadece boşaltma ucunda çalışır; tüm gövde boyunca tam uzunlukta bir öğütme işlemi gerçekleşmez. Bununla birlikte, otojen değirmenlerin çapı geniş, uzunluğu kısa ve dalga tepe plakalarına sahip olması nedeniyle, bir otojen değirmendeki malzeme hareketi, malzemenin besleme ucundan boşaltma ucuna doğru kademeli ve düzenli bir şekilde ilerlerken yavaş yavaş öğütüldüğü bilyalı değirmendeki gibi değildir. Bunun yerine, her iki uçtan gelen malzemeler birbiriyle kesişir veya değirmenin ortasına fırlatılır. Bu nedenle, boşaltma ucundan geri dönen kum ile besleme ucundan geri dönen kum arasında öğütme verimliliği açısından bir miktar fark olsa da, bu fark önemli değildir. Boyut kontrolü için kendinden geri dönüşlü elek kullanımı ile boyut kontrolü için ızgara plakası açıklıklarının kullanımı arasındaki farkın ne ölçüde olduğu, daha ileri deneysel çalışmalar gerektirmektedir.

Bu kapalı devre sınıflandırma cihazı, açık devre sınıflandırma cihazına da dönüştürülebilir. Bu, kum geri dönüş kepçesinin boşaltma yönünü dışa doğru değiştirerek ya da kepçeyi tamamen kaldırarak, elekten büyük parçaları toplayıp bunları doğrudan ikincil öğütme işlemine veya başka bir işleme göndererek gerçekleştirilir. Elekten küçük parçalar ise zenginleştirme amacıyla işlenebilir.

Şekil 10-6 Kendiliğinden geri dönüş mekanizması
1 – tamburlu elek; 2 – kum geri dönüş borusu; 3 – kum geri dönüş kepçesi

Aktarma (tahrik) sisteminde, eski tip ıslak otojen değirmen modellerinde büyük dişli, boşaltma ucundaki içi boş muyluya monte edilmişti. İmalat teknolojisindeki gelişmeler sayesinde, büyük dişli artık otojen değirmenin gövdesine doğrudan sabitlenmektedir.

Yağlama sisteminde, ıslak otojen değirmenler merkezi bir sirkülasyonlu yağ yağlama sistemi kullanır. Büyük ıslak otojen değirmenlerde ise yeni bir teknoloji olan püskürtmeli yağlama yöntemi de uygulanmaktadır.

Son yıllarda, Çin’de ıslak otojen değirmenlerin üretim teknolojisi hızla gelişmiştir. Artık farklı cevher türlerinin ve üretim ölçeklerinin gereksinimlerini karşılamak üzere çeşitli tip ve boyutlarda değirmenler üretilebilmekte ve bunlar yurt dışına da ihraç edilmektedir. Çin’de halihazırda üretilen ıslak otojen değirmenlerin teknik performansları Tablo 10-1’de gösterilmiştir. Model ve teknik özelliklerin anlamını açıklayan bir örnek aşağıdaki gibidir:

Tablo 10-1: Otogenik değirmenlerin teknik performansı

Tablo 10-1: Otojenik malzemelerin teknik performansı değirmenler