hacettepe ünİversİtesİ - madencilik- · pdf fileürün spesifikasyonları ve...

MADEN MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

2012

HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ

PROF. DR. HAKAN BENZER

BOYUT KÜÇÜLTME SİSTEMLERİNDE

MODELLEME VE SİMÜLASYON

YARDIMIYLA OPTİMİZASYON


Prof. Dr. Hakan BENZER

TANIMLAR

Model: Herhangi bir ekipman için iĢletme değiĢkenlerine bağlı geliĢtirilmiĢ olan matematiksel eĢitlik.

Modelleme Herhangi bir ekipman için varolan matematiksel eĢitliklerin

parametrelerinin söz konusu ekipman için belirlenmesi

Herhangi bir ekipman için iĢletme değiĢkenlerine bağlı olarak matematiksel eĢitliklerin geliĢtirilmesi

Simülasyon : Proses modelleri kullanılarak her noktadaki akıĢın tahmin edilmesi

Simülatör: Dijital ortamda simülasyon çalıĢmalarının yapılabileceği bilgisayar programı

Optimizasyon: Optimum iĢletme ve tasarım değiĢkenlerinin belirlenmesi

OPTIMIZASYON

Cevher hazırlama proseslerinde iĢlem değiĢkenlerinin en uygun değerleri almasıyla proseslerin en iyi biçimde çalıĢtırılması mümkün olmaktadır. Tesiste yapılacak denemelerle optimizasyon çalıĢmaları çok zaman alıcı ve masraflı olmaktadır. Ayrıca, değiĢkenlerin arasında iç etkileĢim nedeniyle çoğu kez sonuç vermemektedir.

MODELLEME VE SĠMÜLASYON TEKNĠKLERĠ BU KONUDAKĠ TEK ALTERNATĠF OLMAKTADIR!

MODELLEME VE SĠMÜLASYON

Mevcut bir tesis veya devrenin

performansının değerlendirilmesinde ve

optimizasyonunda

Yeni bir tesis veya devre tasarımında

SĠMÜLASYON METODOLOJĠSĠ

1. Proses

Modeli

2. Proses

Modeli

4. Proses

Modeli

3. Proses

Modeli

Girdi Verileri

Çıktı Verileri

OPTĠMĠZASYON AġAMALARI

NUMUNE ALMA

VERİ ANALİZİ

MADDE DENKLİĞİ

VAROLAN PERFORMANSIN

DEĞERLENDİRİLMESİ

NUMUNE ALMA

MODELLEME

SİMÜLASYON

OPTİMUM

KOŞULLARIN BELİRLENMESİ

SĠMÜLASYON AġAMALARI Başlangıç

Akım Ģemasının belirlenmesi

Yıkanabilirlik verileri Malzemeye bağlı

parametreler

Makinaya bağlı

parametreler

Parametre tahmini

Modeller (simülatör)

Simülasyon

Ürün spesifikasyonları ve devre performansı

Belir

lnen

hed

efler

e

uygun mu?

Akım Ģemasında veya iĢlem koĢullarında

değiĢiklik

Hayır

Evet

İşlem sona erer

Performans Değerlendirme

Gereksinimi Bir tesis devreye alındığında, sonuçların tasarım aĢamasında öngörülen

değerlerle karĢılaĢtırılabilmesi için tesis performansının düzenli olarak izlenmesi gerekmektedir.

Bir tesiste performansın artırılması ve maliyetlerin düĢürülmesi her zaman çaba gösterilmesi gereken bir hedeftir.

Tesiste iĢlenen cevher, tesis tasarım çalıĢmalarında kullanılan numune ile farklı özellikler gösterebilir veya zaman içinde yeni ocaklardan gelen cevherlerin öğütülmesi gerekebilir.

Tasarım sırasında yapılan ölçek büyütmeden kaynaklanan bazı sorunlar ortaya çıkabilir.

Çevresel kısıtlamalar artabilir.

Ürün kalitesinde bozulmalar meydana gelebilir.

Ürünün kalitesinin artırılması yönünde piyasa baskısı ortaya çıkabilir.

NUMUNE ALMA


Numune Alma ÇalıĢmaları-YaĢ

Öğütme Devresi

Numune Alma ÇalıĢmaları-Kuru

Öğütme Devresi

Ball Mill

Static Sep/Filter

Dynamic Sep.

HPGR

Dynamic

Sep.

Ball Mill

Static Sep/Filter

Dynamic Sep.

HPGR

Dynamic

Sep.

Numune Alma ÇalıĢmaları

Örneğin temsili olması, örnek alma çalıĢmaları ve analizler sırasında yapılan

toplam hatanın büyüklüğüne ve doğasına dayandığı için istatiksel bir problemdir.

Tane boyu analizleri, % katılar veya kimyasal içerikler gibi büyüklüklerin

belirlenmesinde ortaya çıkabilecek her türlü hataya neden olan kimi hata ve

karıĢıklıklar Ģunlardır:

Numune Alma ÇalıĢmaları

Tesisteki dinamik koĢullar. Proses nadiren kararlı durumda çalıĢtığı için numune alma stratejisi bu durumgöz önüne alınarak belirlenmelidir. Dinamik olarak değiĢmeyen tek bir ekipmandan (kırıcı veya hidrosiklon) eĢ zamanlı bir set numune almak yeterli olabilirken bir devrenin örneklenmesinde birer/ikiĢer saatlik süreyle alınacak numuneler prosesteki iniĢ çıkıĢların etkisini en aza indirecektir.

Numune alıcı tasarımı

Tesisten alınmıĢ ana numunenin azaltılması

Analitik hatalar, örneğin tartım hatası, yanlıĢ açıklığa sahip elek seçimi, yetersiz eleme süresi, sabitlerin yanlıĢ seçimi ya da kalibrasyon hataları

Hesaplama hataları

Büyük bir popülasyonun özelliklerini temsil etmekte kullanılan küçük örnek seçimindeki temel istatiksel belirsizlik (hata)

MALZEME

KARAKTERIZASYONU


LABORATUVAR ÇALIġMALARI

Kırılma Karakteristikleri (Darbe Kırılması)

AĞIRLIK DÜŞÜRME

FARKLI KLĠNKERLERĠN KIRILMA DAĞILIMLARI

0

5

10

15

20

25

30

0.001 0.01 0.1 1 10 100

Particle Size (mm)

We

igh

t %

Re

tain

ed

Plant (1)

Plant (2)

Plant (2) HPGR disc

Plant (6)

Piston Pres Atında Basınca Bağlı Kırılma Dağılımı

))exp(1( cs

initial

broken EcbW

Wb x c

MODELLEME


MODELLEME-

Bilyalı Değirmen Modeli

01

ijj

i

j

ijiii psrasrf

fi

i

ij

jjij srbi

ij

jjij srb

pi = di si

Tanenin i boyut aralığına kırılması

ri si

MÜKEMMEL KARIġIM YAKLAġIMI

i

i

d

psi 0

1

i

i

i

j

j

j

i

j

i ji pd

rpi

d

rpaf

*

2

4d

LDQ

d i

GÜÇ-KIRILMA HIZI ĠLĠġKĠSĠ

0.5i

2i

2.5i

2.5

i

D α r

LD α s

LD α y

LD αgüç

güç αy

yi: i boyutundaki tanenin değirmende kırılan

oransal miktarı

si: Değirmendeki i tane boyutundaki malzeme

miktarı

pi: Üründekl i tane boyutundaki malzemenin

oransal miktarı

ri: i boyutundaki tanenin değirmenden taĢınma

hızı

Ln (Tane Boyu)

Besleme boyu irileştikçe

Ln (

r/d*

)

Ln (

r/d

*)

r/d 1

r/d 4 *

r/d 2 *

r/d 3 *

x 1 x 2 x 3 x 4

Ln (Tane Boyu)

TANE BOYU- R/D* ĠLĠġKĠSĠ

MODEL VE ĠġLEM DEĞĠġKENLERĠ

ARASINDAKĠ ĠLĠġKĠ

0.8

Eskii

Yenii

EskiS

YeniS

Eski

Yeni

Eski

Yeni

0.5

Eski

Yeni

Eski*

Yeni*

W

W

C

C

L

L

L1

L1

D

D

dr

dr

SINIFLANDIRICI MODELĠ

2expexp

1exp1*

*

X

XCEoa

β : Olta etkisini (fish-hook) ifade eden değiĢken

α : Ayrım keskinliğini ifade eden değiĢken

β* : d50c’nin tanımından gelen bir değiĢken; E=(1/2)C iken d=d50c

X : d/d50c

C : Gerçek sınıflandırma iĢlemine maruz kalan fraksiyon; (1-by pass)

Başlangıç

Tesisten

numune alma

Madde Denkliği Hesaplamaları (tesisteki tüm akıĢlarda katı ve su

tonajlarının hesaplanması)

Veriler

uyumlu

mu?

Performans

değerlendirme

Kömürün Özelliklerinin Belirlenmesi (boyut fraksiyonlarına yüzdürme-batırma

testlerive ürünlerin analizi)

Ekipmana özgü

parametrelerin belirlenmesi

Modelin tahmin

gücünün sınanması

Tahminler

duyarlı mı?

Simülasyon çalıĢmaları için

kullanılacak model parametreleri

Evet

Hayır

Evet Hayır

Model

parametrelerini

kontrol et!

Verileri

kontrol et!

Numune

Tesis verileri kullanılarak

yapılan modelleme

çalışmalarının algoritması

Simülasyonu etkin bir şekilde kullanabilmek için;

Kullanılan modellerin iyi anlaĢılması,

Geçerli bir simülasyon modeli kurulabilmesi için tesis

verilerinin kütle denkliği ve model oluĢturma teknikleri

kullanılarak nasıl iĢlendiğinin bilinmesi,

Simülasyon kullanımının ve sınırlarının bilinmesi

gereklidir.

Simülasyonun Kullanımı

UYGULAMA ÖRNEKLERİ


Agrega Üretim Tesisi

KIRMA DEVRESĠ

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,1 1 10 100

pa

ss

ing

%

size (mm)

Bica Corrida

Brita 3-4

Misto

Brita 2

Brita 1

Pedrisco

Po de Pedra

KÜTLE DENKLĠĞĠ

PERFORMANS

DEĞERLENDĠRME

MODELLEME

SĠMULASYON FARKLI PATLATMA DĠZAYNI ETKĠSĠ

SONUÇ:

AĢama 1: DEVRE ÜRETĠM KAPASĠTESĠ 486 t/S ‘DEN 520 t/S’e yükseltilmiĢtir

Yeni TBd etkisi ve kırıcı kapalı ağız açıklıkları yeni koĢullara göre

ayarlanmıĢtır.

SĠMULASYON 2. Kırıcı Önüne Ele YerleĢtirilmesi

SONUÇ:

AĢama 1’e ilave olarak DEVRE ÜRETĠM KAPASĠTESĠ 486 t/S ‘DEN 560 t/S’e

yükseltilmiĢtir



AG-Çakıl Öğütme Devresi

Akım Şeması

Circuit in JKSimMet

SAMPLING (1)

Coarse from cyclone

Pebble from primary mill

Test 5

EXPERIMENTAL SIZE DISTRIBUTIONS (2)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.1 1 10 100

pa

ssin

g %

p. size (mm)

Feed to classifier-1

Feed to classifier-2

Coarse from classifier

Fine from classifier

Feed cyclone

Coarse cyclone

Fine cyclone

Prim mag sep conc

Prim mag sep waste

Pebble from prim mill

Pebble to pebble mill

Pebble from pebble mill

EXPERIMENTAL SIZE DISTRIBUTIONS (7)

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

0 5 10 15 20 25 30 35 40

cu

mu

lati

ve

% p

assin

g

size, mm

Size distribution along Pebble mill

1

2

3

4

5

6Discharge

1 62 4 53

7

8

Segregasyon

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0

20.0

22.0

24.0

26.0

28.0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

P5

0, m

m

distance from inlet, m

Segration along pebble mill

7m

Feed pebbles = feed ore

Pebble scats from pebble mill less Fe

Çakıl Numuneleri

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0 1 2 3 4 5 6 7

A*b

distance along mill

pebble competence along mill

Simülasyon ve Optimizasyon

Besleme Malzemesi +30 mm Dağılımın Kontrolü

Çakıl Değirmen ÇıkıĢ Izgarası ve Astar Sisteminin Modifikasyonu

Siklon Apex ve Vortex Ayarı

Otojen Kontrol Stratejisinin GeliĢtirilmesi

Sonuç:

Üretim hızı: 380 t/s-490 t/s

Ürün Ġnceliği DeğiĢmeden



Kırma Devresi+Yüksek Baınçlı

Merdaneli Pres (HPGR)

0-300

80-300

0-80

0-45

45-80

0-800-700-30

0-70 0-30

HPGR feed

Mill Feed

401 405

406

Akım ġeması

80

mm

Grizzl

y

600 t

Crusher

bin

1000 t

Screen

bin

To HPGR

45 mm

screens

1 200 t

Feed

bin 9 mm

screens

600 t

Screen

bin

To Mill

10 000

t

silo

10 000

t

silo

Pres Devresi

CV-007

CV-006 CV-005

SF-001

CV-001

SF-001

BN-002

SC-002 SC-001

BN-001

CV-002

SCREEN UNDERSIZE FROM SECONDARY SCREENS

WT-001

WT-002 WT-003

WT-005

WT-001

15000t

15000t

HPGR

STORAGE

SILO

MILL FEED

SILO

HPGR SCREEN

FEED

HPGR

FEED SILO

1250 t

380 t

HPGR

ANGLO PLATINUM MOGALAKWENA SECTION

NORTH CONCENTRATOR HPGR CRUSHING CIRCUIT

Teknik Özellikler HPGR

Çap(D) 2200 mm

En (L) 1550 mm

Motor Gücü 2x2800 kW

Max. Çalışma

Basıncı

170 bar

CV-007

CV-006 CV-005

SF-001

CV-001

SF-001

BN-002

SC-002 SC-001

BN-001

CV-002

SCREEN UNDERSIZE FROM SECONDARY SCREENS

WT-001

WT-002 WT-003

WT-005

WT-001

15000t

15000t

HPGR

STORAGE

SILO

MILL FEED

SILO

HPGR SCREEN

FEED

HPGR

FEED SILO

1250 t

380 t

HPGR

HPGR

Discharge

Screen

OverSize

Fresh

Feed

HPGR

Total Feed

Screen

UnderSize

sampling

points

ANGLO PLATINUM MOGALAKWENA SECTION

NORTH CONCENTRATOR HPGR CRUSHING CIRCUIT

Numune Alma Noktaları

Tane Boyu Dağılımı

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.1 1 10 100

pas

sin

g %

size (mm)

FRESH FEED

HPGR TOTAL FEED

HPGR DISCHARGE

SCREEN OVERSIZE

SCREEN UNDERSIZE

Simülasyon ve Optimizasyon

Kırma Devresi Modifikasyonu –Uygun Besleme Hazırlanması

CSS Ayarları

Elek Açıklığı DeğiĢtirilmesi

Kontrol Sistemi Modifikasyonu

Roller Pres: Minimum Açıklık 55-38 mm’ye

Basınç ArtıĢı 97-140 bar

Sonuç:

Üretim hızı: 1150 t/s-1500 t/s

Bilyalı Değirmen Besleme Ġnceliği -1mm’de %10’luk artıĢ



Çimento Öğütme Devresi

52

Ġzmir ÇimentaĢ T.A.ġ 3 ve 4 No’lu Çimento Öğütme Devreleri

1 28

3

7

4

6

5

1 - Klinker2 - Kalker3 - Alçı4 - Değ. boğazı5 - Filtre dönüşü6 - Sep. besleme7 - Sep. geri dönüşü8 - Nihai ürün

YÜRÜTÜLEN ÇALIġMALAR Değirmen Ġçi Örnekleme Noktaları

53

1.Kamara 2.Kamara

1m 1m 1m 1,3m 1m 1m 1m 1m 1m 1,4m

54

TEST 1

67.004.00 3.00

74.00

90.48

4.00

94.48

20.48

74.00

CEM I 42.5 R

TPH

94.48

KlinkerKalker Alçı

SEPARATÖR PERFORMANSI

(3 No’lu Çimento Öğütme Devresi)

By-pass

(%)

Kesme boyu

(µm)

25.06.2008 4.51 65

23.12.2008 13.19 44

Separatör

Beslemesi

Separatör

Ürünü

25.06.2008

0.89 0.78

23.12.2008

1.39 0.93

Toz Yükü (kg/m3)

55

56

56

PRES PERFORMANSI

İndirgeme

Oranı

(F50/P50)

Geri Dönüş %

Test 1 7 36

Test 2 7 23

Test 3 5.8 11

Test 4 4.6 0

Test 5 15.7 36

Test 6 10.1 20

Test 7 11.4 30

57

57

OPTĠMĠZASYON ÖNERĠLERĠ

Mevcut Pres ÇalıĢma KoĢullarının ĠyileĢtirilmesi

220 t/s taze besleme, 80 t/s geri dönüĢlü koĢulun pres için en iyi çalıĢma koĢulu

olduğu belirlenmiĢtir.

Bu koĢul altında değirmen klinker beslemesi daha ince bir dağılıma hasip

olduğundan çalıĢmalar esnasında 4 No’lu değirmende aynı ürün inceliğinde en

yüksek kapasite elde edilmiĢtir.

58

58


1- Ara bölme göbek ızgarası açıklığının arttırılması

59

59


2- Danua Halkalarının Sökülmesi

60

60


3- Değirmen GiriĢ Boğazı Kesit Alanının Atmosfere Açılması

(H Plakasının Kesilmesi)

61

61


4- Bilya boyu dağılımının yeniden belirlenmesi

5- Besleme bant kantarlarının yenilenmesi

6- Ürün sevk sisteminin yenilenmesi

Bilya Boyu (mm) Ton

90 8

80 17

70 14

60 13

50 7

Toplam 59

Bilya Boyu (mm) Ton

40 8

30 12

25 16

20 27

17 33

Toplam 96

62

62

SĠMULASYON ÇALIġMALARI

Bir boyut küçültme iĢleminden maksimum verimliliğin elde edilebilmesi,

uygun ekipmanların seçimi, iĢletme değiĢkenlerininin iyi tanımlanması ve

iĢletim sırasında bu değiĢkenlerdeki değiĢimin iĢlem üzerindeki etkisinin

doğru belirlenebilmesine bağlıdır. Sistemin tasarım, kontrol ve

optimizasyonu, ancak iĢletme değiĢkenlerinde veya besleme

özelliklerindeki değiĢimleri güvenilir bir Ģekilde tanımlayabilecek

matematiksel eĢitliklerin tanımlanması ile mümkün olabilmektedir.

ÇalıĢma koĢullarındaki farklılıklara bağlı olarak her ekipmana ait farklı

model yaklaĢımları bulunmaktadır.

63

63


Klinkerin presten geçirilerek paralel 2 değirmene beslenmesi ve tek bir

separatör ile ürün eldesi

Kalker Alçı

148.0 169.0

4.0

313.0

317.0148.0

x2

x2

64

64


Hammaddelerin kapalı devre presten geçirilmesi ve mevcut değirmenin tek

kamaraya düĢürülmesi-Elek 600 mikron olarak düĢünülmüĢtür

Klinker+

Kalker+

Alçı

TEK KAMARALI

106.0

300.0

106.0

106.0

119.0

225.0

222.0

3.0

65

65


Hammaddelerin kapalı devre presten geçirilmesi ve mevcut değirmenin tek

kamaraya düĢürülmesi-Elek 600 mikron olarak düĢünülmüĢtür

TEK KAMARA

Bilya Boyu (mm) Tonaj

30 8

25 43

20 58

17 56

Toplam 155

66

66


Hammaddelerin kapalı devre presten geçirilmesi ve sınıflandırıcı altı

malzeme ile sınıflandırıcı üstü malzemenin bir kısmının mevcut iki kamaralı

değirmene beslenmesi

KlinkerKalkerAlçı

135.0

165.0

300.0

210.0

135.0345.0

4.0

341.0

106.0

29.0

135.0

67

67



malzeme ile sınıflandırıcı üstü malzemenin bir kısmının mevcut iki kamaralı

değirmene beslenmesi

Bilya Boyu

(mm)

Ağırlık (ton)

1.Kamara 2.Kamara

90 8 -

80 17 -

70 14 -

60 13 -

50 7 -

40 - 8

30 - 12

25 - 16

20 - 27

17 - 33

Toplam 59 96

68

68



malzeme ile sınıflandırıcı üstü malzemenin bir kısmının paralel çalıĢan 2

devreye (değirmen + separatör) beslenmesi

KlinkerKalkerAlçı

242.0

58.0

300.0

388.0

242.0630.0

7.0

623.0

106.0

136.0

x2

x2

242.0

x2

x2

69

69


Hammaddelerin havalı sınıflandırıcı ile kapalı devre çalıĢan presten

geçirilmesi ve mevcut değirmenin tek kamaraya düĢürülmesi

Kalker Alçı

TEK KAMARALI

129.0

241.0

239.0

2.0

112.0

112.0

Klinker+

Kalker+

Alçı

Debi (m3/s) 110000

Fan Gücü (kW) 160

hacettepe ünİversİtesİ - madencilik- · pdf fileürün spesifikasyonları ve...

Documents