Öğütme yardımcı katkılarının çimentonun ufalanması üzerindeki etkisi, ince parçacıkların dispersiyonuna dayanmaktadır. Dik valsli değirmenler (VRM'ler) için öğütme yardımcı katkılarının valsler ve tabla arasındaki malzeme yatağını parçacıklar arasındaki yapışma kuvvetleri vasıtasıyla stabilize etmesi gerektiği, yanlış bilinen bir husustur. Öğütme yardımcı katkıları, yarılmış yüzeyin polaritesini ve parçacıklar arasındaki çekim kuvvetlerini azaltır.
Bu da, ince parçacık topaklarının ve ince parçacıkların paketlerinin daha büyük bir parçacık etrafına dağılmasıyla, ayırıcının verimliliğinin artırılması anlamına gelmektedir. İnce parçacıkların iç sirkülasyonu azalır ve öğütme hattındaki klinker daha büyük parçalarda kalır. Parçacıklar arası sürtünme ve dolayısıyla meydana gelen ufalanma işlemi artar. Bu şekilde, öğütme yardımcı katkıları, öğütme tablasında malzeme yatağını stabilize eder, sıkıştırmayı ve hava tahliyesini kolaylaştırır, üretim hızını arttırır ve dik valsli değirmenlerin titreşimini azaltır (Bkz. Şekil 1).
Parçacıklar arasındaki yapışma kuvvetleri, tozların akıcılığını kesin olarak etkiler. Bunlar, parçacık büyüklüğüyle doğru orantılıdır. Parçacık boyutu küçüldükçe toz akıcılığı azalır. Öğütme yardımcı katkıları, malzeme yatağının stabilitesi ve akışkanlaşma üzerinde bir olumsuz etki yaratmaksızın parçacıklar arasındaki yapışma kuvvetlerini azaltır. Öğütme süresinin bir VRM'dekinden daha uzun olduğu bilyalı değirmenlerde, aşırı toz akıcılığı yetersiz veya verimsiz öğütmeye neden olabilir. Çünkü malzeme değirmen içerisinden çok hızlı şekilde akar. Bilyalı değirmenlerin aksine, VRM'ler çok yüksek bir iç sirkülasyona, kısa bir değirmen tutma süresine ve iyi dağıtılmış ince parçaları değirmen sisteminden dışarı taşıyan çok sayıda sınıflandırıcı adıma sahiptir.
Sonuç olarak? VRM'ler için öğütme yardımcı katkıları, malzeme yatağının stabilitesini azaltmadan mamul çimentonun toz akıcılığını artırır. Öğütme yardımcı katkılarının etkisi, büyük ölçüde çimentonun inceliğine bağlıdır: Yüzey alanı büyüdükçe çekim kuvveti büyür ve böylece uygun bir öğütme yardımcı katkısından elde edilen fayda artar.
Yine de optimum öğütme yardımcı katkısı, büyük ölçüde ampirik olarak seçilir. Ancak, Sika, bir laboratuvar değirmeninde veya pilot değirmenlerde1 yapılan testlerden öğütme yardımcı katkıları mekanizmasının daha iyi anlaşılmasının seçim için yardımcı olduğu sonucunu elde etmiştir.
Loesche'de Gerçekleştirilen Test
Loesche GmbH, çimento sektöründe lider bir VRM imalatçıdır. Bu şirket, yeni teknolojiler ve yeni malzemelerin geliştirilmesi ve değirmen ayarlarının optimizasyonu alanlarında faaliyet göstermektedir. Sika, bu mükemmel tesisi mekanizmalar hakkındaki bilgiyi artırmak ve ileri seviye öğütme yardımcı katkılarını test etmek için kullanmıştır.2 Bu testler sırasında pilot değirmen, aşağıda belirtilen parametreler ve boyutlarla çalıştırılmıştır:
- Tabla çapı: 36 cm
- Vals sayısı: İki
- Yaş besleme, tek başına klinker: 130kg/saat
- Tabla hızı: 98rpm
- Çalışma basıncı: 150bar
- Ayırıcı hızı: 650rpm
- Temiz hava: 480m3/saat
- Sıcaklık (ayırıcı sonrası): 90°C
- ΔPmill: 21mBar
- İncelik (Blaine) hedefi: 4200cm2/g
Değirmen girişi ve çıkışı arasındaki diferansiyel basınç (ΔPmill), öğütme yardımcı katkılarının test edilmesinde önemli bir işlem değişkenidir. ΔPmill, yükü ve değirmenin doldurma seviyesini yansıtır. Değiştirilmemiş ayırıcı ayarlarında, ΔPmill değerinin artışı, daha fazla iç sirkülasyonu ve daha ince parçacıkları ifade eder. Daha yüksek ΔPmill değerinin bir sonucu olarak, değirmen titreşimi artar (8-10mm/s) ve bu da öğütme yardımcı katkısının etkisinin test edilmesi için iyi bir fırsat sunar. Bilyalı değirmenle yapılan testlerin aksine, bir VRM'deki öğütme yardımcı katkılarının etkisi 10-20 dakika sonra halen görülebilir ve işitilebilirdir.
Öğütme yardımcı katkılarının eklenmesinden önce, tekrarlanabilirliği teyit etmek amacıyla bir boş test gerçekleştirilmiştir (Bkz. Şekil 2).
Bu temel çizgisinden başlayarak, yeni öğütme yardımcı katkıları, değirmenin hemen önünde klinkerin taşıma kayışının üzerine eklenmiştir. Maalesef, o an öğütme yardımcı katkısını valslere yakın değirmenin içerisine püskürtmek ya da yağdırmak mümkün olmamıştır. Her bir öğütme yardımcı katkısı, maksimum 20 dakika içinde, sabit değirmen parametreleri elde edilene kadar eklenmiştir.Değirmendeki öğütme yardımcı katkısı kalıntılarını temizlemek için değirmen aralarda boş şekilde çalıştırılmıştır. Temel çizgisine geri dönene kadar 90 dakika kadar süre geçmiştir. Eklenen öğütme yardımcı katkılarının kimyasal yapısı, yeni moleküllerle birlikte önceden, endüstriyel VRM'lerdeki uygulama deneyimine dayanarak dikkatlice seçilmiştir. Aynı işlev grubuna ait belirli bir kimyasal sınıfı, oldukça parlak test sonuçları vermiştir (Bkz. Şekil 3 ve Tablo 1).
| Water | Blank | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Productivity (kg/hr) | 132 | 123 | 149 | 139 | 150 | 148 | 151 | 147 | 126 |
| Vibration (mm/s) | 9.2 | 8.6 | 9 | 8 | 4.5 | 3.6 | 2.6 | 2.9 | 9.1 |
| Specific area (Laser) (m2/kg) | 345 | 340 | 367 | 364 | 368 | 384 | 388 | 392 | 370 |
| Pack set (-) | 28 | 23 | 17 | 13 | 11 | 2 | 1 | 2 | 16 |
| Slope n (RRSB) x 20 (-) | 29.6 | 30.2 | 27.6 | 27 | 27.2 | 25.8 | 25 | 25.2 | 27.4 |
Table 1: Data used to produce Figure 3.
En parlak sonuçlar, 4, 5 ve 6 numaralı Öğütme Yardımcı Katkıları ile elde edilmiştir. Bunların kimyasal yapıları birbirine çok benzerdir. Boş olanla karşılaştırıldığında 5 numaralı Ürünün sonuçları şöyledir:
Verimlilik: +14%
İncelik: +12%
Titreşim: -72%
Mamul çimentonun öğütüldükten iki gün sonra ölçülen paket seti 28 devirden 1 devire düşürülmüştür. Paket setinin öğütme hattındaki malzeme ile değil, mamul çimento ile ölçüldüğü dikkate alınmalıdır! Paket seti, dökme çimentodaki 'akışın başlamasını' engelleyen durumu ifade eden standart bir terimdir. 'Akıcılık' olarak değil, statik sürtünme ile karşılaştırılabilir olarak dikkate alınabilir.3
Parçacık büyüklüğü dağılımı (PSD) ayrıca yeni öğütme yardımcı katkısından da yararlanır. PSD, RRSB'ye göre 'n' eğiminde gösterildiği gibi daha geniş hale gelir (Bkz. Şekil 5). Çimento PSD'si genişleyip, ancak harç ve betonun işlenebilirliği geliştirildikçe, mukavemet geliştirme potansiyeli azalır.
5 Numaralı Molekülle Endüstriyel Deneme
Yeni moleküllerden biri (No 5 - SikaGrind VRM-40), genel bir öğütme yardımcı katkısıyla karşılaştırılmak için bir endüstriyel VRM'de test edilmiştir (Bkz. Tablo 2). Oluşturulan OPC (CEM I), 4100cm2/g Blaine yüzey alanıyla nitelik ve nicelik açısından daha yüksek çıkmıştır. Su enjeksiyonuna duyulan ihtiyaçtaki azalmalar ve titreşimdeki azalmalar dikkat çekicidir.
İnşaat endüstrisi, çimento özelliklerinin performansının ve düzgünlüğünün iyileştirilmesi ihtiyacını duymaktadır. Mukavemet geliştirme hızı belirleyici olup, iyi ve uzun süreli işlenebilirlik ve dayanıklılık gereklidir. VRM ile öğütülmüş çimentonun özel nitelikleri ile ilgili olarak, yeni öğütme yardımcı katkıları bu gerekliliklerin yerine getirilmesine katkıda bulunmaktadır.
| Blank | SikaGrind-455 | Δ (%) | SikaGrind VRM-40 | Δ (%) | |
|---|---|---|---|---|---|
| Cimento | OPC (CEM I) | OPC (CEM I) | - | OPC (CEM I) | - |
| Dozaj (%) | 0.00 | 0.05 | - | 0.05 | - |
| Su ilavesi (%) | 3.8 | 2.4 | -37 | 1.8 | -53 |
| Titreşim (mm/s) | 5.1 | 4.7 | -8 | 3.9 | -24 |
| Üretim (t/hr) | 143 | 156 | +9 | 159 | +11 |
| Spesifik enerji (kWh/t) | 38.0 | 34.9 | -8 | 34.2 | -10 |
| Yüzey alanı (Blaine) (cm2/g) | 4110 | 4140 | +1 | 4390 | +7 |
| Eğim n (RRSB) | - | 0.97 | - | 0.93 | - |
Table 2: Comparison in cement properties and VRM operating parameters for blank, SikaGrind-455 and SikaGrind VRM-40.
Dik Valsli Değirmenler İçin Öğütme Yardımcı Katkılarının Faydaları
Ayırıcı üzerindeki etki
- Daha yüksek verimlilik, devridaim
Malzeme yatağı üzerindeki etkiler
- Daha az incelik
Öğütme üzerindeki sonuçlar
- Daha fazla iç sürtünme
- Hava tahliyesi kolaylığı
- Daha az titreşim, daha az aşınma
- Daha az su ilavesi
Verimlilik üzerindeki etki
- Daha az ΔPmill
- Daha fazla üretim
- Daha az özgül enerji ihtiyacı
Çimento üzerindeki etkiler
- Daha büyük parçacık büyüklüğü dağılımı
- Daha fazla güç akıcılığı
- Daha az ön hidrasyon
- Daha hızlı katılaşma başlangıcı
Betonla ilgili sonuçlar
- Daha iyi işlenebilirlik
- Hızlı mukavemet gelişimi
Referanslar
- Mishra, R.K.; Weibel, M.; Müller, T.; Heinz, H.; & Flatt, R.J. ‘Energy-effective grinding of Inorganic solids using organic additives,’ Chimia, 2017, 71, No. 7/8.
- Patent WO 2016/055376 A1.
- ‘Innovations in Portland Cement Manufacturing,’ PCA, 2011, pp. 744.
Makaleyi İndirin
Yazar
Matthias Dietrich
Kurumsal Ürün Mühendisi: Çimento Katkıları
Beton Katkıları Hedef Pazarı
Sika Services AG