Yazar : Marina Papenkort – BEUMER Group
Çeviri : Bahadır Ürkmez – Turbo Makina
Marina Papenkort, BEUMER Group’un dikey taşıma işlemlerinde geri dökülme oranlarını azaltma yönündeki kararlılığının, elevatör kova tasarımını gözden geçirip optimize etmelerine yol açtığını açıklıyor. Bu yeni tasarım ile elevatörler, küresel çimento endüstrisi için önemli faydalar sağlayan çok daha verimli bir makineye dönüşmüş durumda.
Elevatörler, çimento endüstrisinin ağır işçileridir. Uçucu kül, alümina, hammadde, 5000 Blaine’e kadar ince taneli çimentoları içeren malzemelerden tutun çakıl, klinker, reject malzeme gibi kaba malzemelere kadar geniş yelpazede malzemeleri roller press, dik değirmen, separatör gibi ekipmanlara dikey olarak taşımak için kullanılırlar. Lastik veya zincir mekanizması ile kovaları yukarıya taşıyan, bu yüksek kapasiteli, ağır hizmet tipi makineler, her kova istenen yüksekliğe ulaştığında kova içindeki malzemeyi boşaltmak için merkezcil ve gravimetrik kuvvetlerin beraber çalışması prensibini kullanırlar.
Şekil 1: Merkezcil ve gravimetrik kuvvetler kullanılarak tasarlanmış elevatör, on yıllardır değişmedi. BEUMER Group, kovaların tasarımını optimize etmiştir.
Elevatörlerin temel tasarımı on yıllardır değişmemiş olsa da mükemmel olmaktan çok uzaktır. Birçok uygulamada karşılaştığımız %20’den fazla geri dökülme oranları ile elevatör verimliliği sürekli iyileştirilmesi gereken bir alandır. BEUMER Group, elevatörlerinin performans özelliklerini detaylı bir şekilde inceleyerek iyileştirme alanlarını belirlemiştir. Bu çalışmalar sonucunda kova tasarımını ve kovanın kendisini, ayrıca kova bağlantı ve boşaltma noktalarını (Şekil 1) optimize etmiştir. Bu makale, araştırma bulgularını ve bunların elevatör tasarımını nasıl etkilediğini açıklamaktadır. Ayrıca, yeni tasarım elevatörlerin kullanılması ile küresel çimento endüstrisine sağlanan önemli faydaları ortaya koymaktadır.
Geri dökülme zorlukları Malzemenin geri dökülmesi, enerji israfı olmasına rağmen dikey taşıma işlemlerinin kabul edilen bir parçası haline gelmiştir. Geri dökülme, merkezcil ve gravimetrik kuvvetler arasındaki uygun olmayan oranlar ya da doğru bir boşaltmayı zorlaştıran akış davranışlarına sahip olan malzemeler (ve/veya karışımlar) tarafından tetiklenir. Malzemenin bir kısmı elevatör döküş noktasından temiz bir şekilde çıkarak döküş şutuna dökülmesi yerine, aşağıya dökülerek elevatör tabanında birikir.
Çoğu uygulama için %8 ila %10 arası ortalama geri dökülme hala normal olarak kabul edilir. Ancak roller pres veya dik değirmen öğütme devrelerinde kullanılan elevatörlerin malzeme boşaltma davranışı çok daha kötü olabilir ve geri dökülme %20’yi aşabilir. Başka bir deyişle, elevatörler şu anda sadece %70 ila %90 verimlidir.
Dökülen malzeme geri kazanılmalıdır, bu da onu elevatör tabanından alıp tekrar yukarı taşımayı gerektirir; bu aslında aynı işin iki kez yapılması demektir. Bu durum birkaç sorunu beraberinde getirir.
Dökülen malzemenin tekrar taşınması enerji tüketimini artırmaktadır. Örneğin, bir elevatör 100 ton kaldırıyorsa ve bu miktarın %25’i geri dökülüyorsa, enerji maliyeti %25 daha yüksek olacaktır. Bir elevatörün güç tüketiminin yaklaşık %95’inin malzeme kaldırma işlemine harcandığı göz önüne alındığında, malzemenin ilk seferde temiz bir şekilde taşınması ve boşaltılması durumunda açık verimlilik, maliyet ve sürdürülebilirlik avantajları ortaya çıkmaktadır.
Aynı miktarda malzeme kaldırmak için daha fazla çaba sarf etmek, operasyonel güvenlik ve verimlilik üzerinde de etkili olabilir. Aşınmış mil kovanları ve artan motor akımı, sürekli ağır yük kaldırmanın kaçınılmaz sonuçlarıdır ve sonunda taşıma kapasitesi sorunlarına yol açabilir. Verimsiz malzeme boşaltımı ayrıca döküş tarafındaki gövdede ve kovalarda da büyük ölçüde aşınma ve yıpranma yaratır, bu da kovaların daha sık değiştirilmesi gerektiği anlamına gelir. Bu, sadece üretim duruşlarına yol açmakla kalmaz bakımlarda kullanılan çelik gibi malzemelerin yüksek karbon ayak izi nedeni ile karbon emisyonlarına da yol açar.
Daha verimli ve sürdürülebilir olma baskısı altında olan bir endüstri için, mevcut geri dökülme seviyeleri operasyonel veya çevresel düzeyde artık kabul edilebilir düzeyde değildir. Peki, elevatör tasarımı geri dökülme seviyelerini dramatik bir şekilde azaltmak için nasıl iyileştirilebilir?
Kova testi
Kova asansörü performansı üzerinde üç ana parametre bulunmaktadır:
• Taşınan malzeme (yoğunluk ve tane boyutu)
• Kova açısal hızı (çevresel hız)
• Kova şekli (boyut ve bağlantı şekli)
Bir parametre değiştirildiğinde gravimetrik ve merkezcil kuvvetlerin birbirine oranlarını değişir. O nedenle tipik elevatör hızları aralığında (1,5 ila 2 m/sn) geri dökülme olmaksızın etkili bir şekilde boşaltılma yapabilmesi için bu kuvvetlerin optimum kombinasyonunun bulunması gereklidir. Ekipman üreticileri, malzeme özelliklerinin uygulamaya bağlı olarak belirlendiği ilk parametreyi kontrol edemezler. Ancak kova açısal hızı ve kova şeklinin geri dökülme üzerindeki etkisi araştırılabilir.
BEUMER Grubu, mevcut elevatör tasarımının davranışını ve farklı malzemeler için deşarj üzerindeki etkisini haritalamak ve anlamak için dijital DEM (Ayrık Elemanlar Yöntemi) tekniklerini kullanmıştır. Teorik sonuçlar, Almanya’nın Beckum şehrindeki araştırma ve geliştirme tesislerinde boşaltma testleri yaparak doğrulanmıştır (Şekil 2). Bu testler, kovanın manuel olarak tartılması ve doldurulması, titreşim etkilerini taklit etmek için sıkıştırma, boşaltılan ve geri dökülen malzemesinin toplanması ve tartılmasını içermiştir.
Şekil 2: Dijital DEM haritalama (solda) ve Beckum, Almanya’daki kova asansörü saha testi (sağda).
Amaç, malzemenin döküş bıçakları üzerinden alttaki kovanın ön cephe duvarına vurmadan ve aşağı dökülmeden kovadan çıkmasını sağlamak için boşaltma parabolünü optimize etmekti.
Sonuçlar, 30 yıllık bantlı ve zincirli elevatör tasarımımızda önemli bir değişikliğe yol açmıştır.
Tasarım optimizasyonu
Yeni tasarım, önceki tambur çaplarını kullanmasına rağmen, biraz daha yüksek hızlarda çalışabilir. Sonuç olarak, bu yeni tasarım belirli hız aralıklarında güvenilir bir şekilde çalışmaktadır (örn: 1,64 ila 2,06 m/sn aralığında). Bu daha yüksek hız aralığı, belirli bir malzeme için optimum hızın uygulanmasına ve hatta kurulumdan sonra da ayarlanmasına olanak sağlayarak böylece boşaltma davranışını iyileştirir ve geri dökülmeyi en aza indirir.
Ayrıca, kova profilinde ve kovanın lastik veya zincire bağlandığı noktada (Şekil 3) ilave değişiklikler yapılmıştır. Testler, yeni kovalar için bağlama noktasını daha aşağıya kaydırmanın merkezcil kuvvetlerin daha erken harekete geçirilmesine izin verdiğini, bunun da boşaltma verimini artırdığını göstermiştir.
Şekil 3: Daha aşağıda bağlama noktası ile yeni kova tasarımı
Denemeler, klinker, alçı ve çakıl gibi kaba malzemelerin geri dökülmesinin, hatta kovalar aşırı yüklendiğinde bile ölçülemeyecek kadar düşük olduğunu göstermiştir.
Faydalar
Yeni kova tasarımı ve daha düşük bağlama noktası çimento üreticilerine birçok fayda sağlamaktadır.
• Elevatör dökülüşünde boşaltmayı optimize ederek %98’e kadar verimlilik.
• Geri dökülmenin azalmasıyla enerji tüketiminde azalma.
• Çeşitli hız aralığı seçenekleri ile merkezcil kuvvetlerin malzeme özelliklerine uygun şekilde eşleştirilmesiyle iyileştirilmiş boşaltma verimliliği.
• Ekipman üzerinde daha az aşınma ve yıpranma, daha az yeniden işleme ve dolayısıyla daha düşük enerji faturaları ile azaltılmış OPEX.
• Yüksek fırın veya silo beslemesi gibi uzun kova elevatörlerde daha küçük kovalar ve dar gövdeler sayesinde %25’e kadar ağırlık tasarrufu.
• Sadece daha az enerji tüketimi değil, aynı zamanda elevatör üretimi için daha az çelik kullanılması nedeni ile düşük karbon ayak izi.
Bu faydalar bir araya geldiğinde, yeni tasarım piyasadaki elevatörler arasında en yüksek verimliliği sağlayan çözüm olmaktadır.
Müşteri uygulamaları
Yeni tasarım elevatörler, hem hafif hem de yoğun malzemeleri içeren çimento endüstrisi uygulamalarında halihazırda kullanılarak, müşterilerimize avantaj sağlamaktadır.
Avrupa’daki bir müşterimiz, çimento değirmenlerindeki roller pres elevatörü ile on yıldan fazla süredir sorunlar yaşamaktaydı. 750 t/saat kapasiteli BEUMER elevatörleri 2003 yılında roller pres geri dönüş elevatörü olarak klinker taşımak üzere kurulmuştu. 2013 yılında elevatör bir rakibimiz tarafından geri dökülme sorunlarını azaltma amaçlı olarak retrofit edilmişti. Ancak rakibimizin retrofit denemesi başarısız olmuştu. Geri dökülen malzemenin yeniden taşınması, mil kovanlarının aşırı aşınmasına ve plakaların düzenli olarak değiştirilmesine yol açacak kadar ileri derecede erken aşınmasına neden olmaya devam etmişti.
Aşınmış mil kovanları özellikle endişe kaynağıdırlar. Genellikle elevatörlerde sadece koruma görevi görmekle kalmaz, aynı zamanda yük taşıyan bir yapı olarak da işlev görürler. Çok aşındıklarında statik arızaya yol açma riskleri vardır.
Bu müşteriye yardımcı olmak için BEUMER, malzeme örneği alarak Beckum’da üçüncü taraf kova tasarımı ile boşaltma davranışını test etti. Kötü boşaltma davranışını test sırasında tekrar gözlemek, istenilen çözüme ulaşmamızı sağladı. Kovaları yeniden tasarlayarak, BEUMER geri dökülmeyi %15’ten %3’e düşürmeyi başardı. Bu sonuçlar o kadar ikna ediciydi ki müşteri hemen yeni kova tasarımını kullanacağı retrofit projesini hayata geçirdi.
Sonuç
Çimento endüstrisi, ürünlerine yönelik artan küresel talep ile daha sürdürülebilir işletme yöntemleri geliştirmek için yapılan birçok çağrı ve baskı ile karşı karşıya kalmaktadır. Bir işi her zaman belirli bir şekilde yapmamız bu işin bir geliştirme zemini olmadığı anlamına gelmez. Elevatörler buna önemli bir örnektir. BEUMER Grubu, malzemelerin boşaltma sırasındaki davranışı üzerine yapılan kapsamlı çalışmalar ve elevatör tasarımında yaptıkları iyileştirmeler ile çimento üreticilerinin rekabetçi olmaya devam ederken daha verimli ve sürdürülebilir üretim yapacakları yeni yollar bulmalarına yardımcı olmayı ummaktadır.
