Agrega üretiminde primer kırıcı seçimini etkileyen birçok faktör vardır. Bu makalemizde primer kırıcı olarak kullanılan iki önemli kırıcı tipi olan primer çeneli kırıcı ve primer darbeli kırıcının çalışma prensiplerini, kırma kuvvetlerini, kapasite ve güç hesaplamalarını kısaca açıkladıktan sonra kırma-eleme tesisini oluştururken seçimi etkileyen faktörleri açıklayacağız.
Herhangi bir kırıcının fonksiyonu, kırılacak malzemeye, kırılmasını sağlayacak bir kuvvet uygulamaktır. Çeneli kırıcılarda bu kuvvet bir basınç kuvvetidir. Yapısal olarak çeneli kırıcılar iki türlüdür.
Şekil 1 de çift mesnet plakalı ve tek mesnet plakalı çeneli kırıcı mekanizmalarının şematik görünüşü yer almaktadır. Tek mesnet plakalı kırıcılarda sahip oldukları mekanizmanın gereği olarak çene üzerinde her nokta eliptik bir yörünge çizer. Böylece kırılacak malzemeye basınç yanında kesme, sürtünme ve aşındırma gerilmeleri de uygulanmış olur.
Çift mesnet plakalı kırıcılarda ise çene üzerindeki her nokta çene yüzeyine dik doğrultuda lineer olarak hareket eder. Böylece kırılacak malzemeye sadece basınç uygulanmış olur. Bu özellik nedeniyle çift mesnet plakalı çeneli kırıcılar çok sert ve aşındırıcı cevherlerin kırılmasında, madencilik sektöründe kullanılırlar. Kapasitelerine göre işletme maliyetlerinin yüksek olması nedeniyle agrega sektöründe nadiren kullanılırlar.
Agrega sektöründe kullanılan çeneli kırıcılar çoğunlukla tek mesnet plakalı kırıcılardır. Bu kırıcılar aslen bir dört kol mekanizmasıdır. Şekil 2 de tek mesnet plakalı kırıcının görünüşü ve elemanları yer almaktadır. Şekil 3 de ise tek mesnet plakalı kırıcıların kinematik ve kuvvet analizini şematik olarak yer almaktadır.
r2, kırıcı ana milinin eksantriklik ölçüsü olup mekanizmanın 2. kolunu oluşturur. Eksantristliğin uç noktası ile mesnet plaka yuvasının iç yüzeyi arasındaki ölçü olan r3 ölçüsü mekanizmanın 3. kolunu oluşturur. Bu kol hareketli çenenin tespit edildiği pitman üzerinde yer alır.
Mekanizmanın 4. kolunu ise r4 boyundaki mesnet plakası oluşturur. Mesnet plakasının ayar bloğu içerisindeki yuvası iç yüzeyi ile ana milin gövde üzerindeki yataklama grubu ekseni arasındaki r1 ölçüsü mekanizmanın 1. kolu olup sabittir.
Ana mil, P motor gücüne sahip motor tarafından n RPM hızı ile tahrik edildiğinde ana mildeki moment,
Olacaktır. Mekanizmanın kollarında oluşan kuvvet ve momentler ise:
Formülleri ile hesaplanabilir.
Mekanizmanın kırıcı çeneyi taşıyan pitman üzerindeki r3 kolu, ana milin dolayısıyla r2 kolunun 3600 dönüş hareketi süresince O3 merkezi etrafında Δθ3 açısı kadar hareket ediyorsa mekanizmanın kırma alanına uyguladığı kırma kuvveti:
olacaktır. Lp, çenenin, çene yüzeyine dik doğrultuda hareket miktarıdır. Δθ3, θ3 açısının bir periyotluk hareketteki radyan olarak değişim ölçüsüdür.
Şekil 4'de çene ucu hareketini şematik olarak görmekteyiz.
Kırma kuvveti kırıcı mekanizmasının yukarıdaki yöntemle kinematik ve kuvvet analizinin yapılması ile hesaplandığı gibi bazı araştırmacıların geliştirdiği formüllerle de hesaplanabilir. Bunlardan en önemlisi Bonwetsch formülüdür.
Fk: Kırma kuvveti, kN
P: Motor gücü, kW
r2: Mildeki eksantrik ölçüsü, mm
n: Eksantrik mil devir sayısı, RPM
Giriş ağzı ölçüsü 1200*800 den büyük olan kırıcılarda P motor gücü ölçüsü olarak gerçek motor gücünün yaklaşık olarak % 70 ini almak daha uygun olur.
Rose&English Formülü:
QM: Kritik hızda maksimum kapasite, TPH
Kritik hız:
Kırıcı, kritik hızda değil de farklı bir hızda çalışıyor ise ve gerçek hız n ise gerçek kapasite:
LT: Strok
LT = LMAX - LMIN
ρs: Kırılan malzemenin özgül ağırlığı, ton/m³
f(PK), f(β): değerleri Grafik 1'den alınır.
Sc: Yüzey karakteristik katsayısı, 0,5 - 0,7 arasındadır
W: Kırıcı giriş ağzı uzunluğu, m
R: Boyut küçültme oranı
LMIN: Kırıcı çıkış ağzı kapalı taraf açıklığı (CSS)
LMAX: Kırıcı çıkış ağzı açık taraf açıklığı (OSS)
G: Kırıcıya giren maksimum parça büyüklüğü
dMAX, dMIN, dORTALAMA: Kırıcıya beslenen maksimum, minimum ve ortalama parça büyüklükleri
Şekil 6 da çeneli kırıcı çalışma geometrisi görülmektedir. A ve B seviyeleri arasındaki kama içerisinde kalan malzeme, hareketli çenenin gelecek geri dönüşünde yani yarım periyotta kırıcıyı terk edecek olan malzemedir. A ve B seviyeleri arasındaki h yüksekliği:
Rose&English Bond formülü ile kapasite formülünü birleştirerek çeneli kırıcılarda güç ihtiyacı formülünü:
Wi: Çalışma indeksi
Şeklinde düzenlemişlerdir.
Yatay milli darbeli kırıcıların ana elemanlarını Şekil 7 de şematik olarak görmekteyiz. Bu elemanlar özetle:
Ana enerji kaynağı olan kırıcı rotorunun sahip olduğu kinetik enerjinin bir kısmı, rotorun çevresine yerleştirilmiş belirli sayıdaki paletler ile besleme ağzından kırıcıya giren malzemeye iletilir. İletilen bu kinetik enerji malzeme parçacığında gerilmeler yaratır. Oluşan bu gerilmeler malzeme parçacığının parçalanmasına yol açacağı gibi, parçalanan parçacıklar ilave olarak kırma plakalarına da çarparak ilave gerilmelerin oluşması ve ilave parçalanmaların meydana gelmesi sağlanır.
Darbeli kırıcıdan çıkan malzeme artık iç gerilmelerden büyük oranda arınmış olur. Ayrıca kırıcıdan elde edilen ürün büyük oranda ‘kübik’ yapıdadır.
Bu özellikler, bu malzemenin beton, yol, tuğla yapımında kullanılması için önemli bir avantaj sağlamış olur.
Kırma kuvveti:
Ortalama kırma kuvveti:
Maksimum kırma kuvveti:
w: Kayaç ağırlığı, kg
u: Çevre hızı, m/sn
g: Yer çekimi ivmesi, 9,81 m/sn²
Fmax: kg
Aynı formülü kırma plakasına çarpan parçacık için de kullanabiliriz.
Darbeli kırıcılarda paletin uyguladığı, ya da kırma plakasına uygulanan darbe kuvveti, diğer bir deyişle kırma kuvvetini kolayca hesaplayabilmemiz için bir t anında bir palete çarpan boyutları farklı kayaç parçalarını, boyutları belirgin tek bir kayaca dönüştürmemiz işimizi kolaylaştıracaktır.
Bu boyutu belirlemek için en doğru yöntem, bir palete ‘t’ anında çarpan kayaç miktarını (kğ/(palet-devir)) bulup, bu değeri kübik şekilli tek bir parçacığa dönüştürmektir. Şöyle ki:
Q: Kapasite, TPH
n: Rotor devir sayısı
z: Rotor palet adedi ise
Palet başına isabet eden malzeme miktarı, w:
w: Palet başına düşen malzeme miktarı, kg/(palet-devir)
a: Düşünülen kübik şeklin bir boyutu
ρ: Malzeme özgül ağırlığı
N: Kullanılan motor gücü, KW
W: Birim kırma gücü, KWh/ton
| Malzeme Cinsi |
Özgül ağırlık g/cm³ ρ |
Bond Çalışma indeksi Wi |
Kırılabilirlik % |
Aşındırıcılık gr/ton |
Primer kırıcı tasarım faktörü ft |
Sekonder kırıcı tasarım faktörü ft |
Tersiyer kırıcı tasarım faktörü ft |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Granit | 2,7 | 16,16 | 35 | 1398 | 0,53 | 1,13 | 0,79 |
| Bazalt | 2,9 | 21,12 | 25,9 | 1132 | 0,68 | 1,47 | 1,03 |
| Diabase | 2,83 | 20,91 | 26,2 | 924 | 0,67 | 1,46 | 1,02 |
| Diorite | 2,75 | 14,58 | 39,3 | 1543 | 0,49 | 1,02 | 0,71 |
| Gabbro | 2,85 | 14,58 | 39,3 | 1227 | 0,49 | 1,02 | 0,71 |
| Gneiss | 2,7 | 14,88 | 38,4 | 1398 | 0,50 | 1,04 | 0,73 |
| Kireçtaşı | 2,6 | 14,35 | 40 | 434 | 0,48 | 1 | 0,70 |
| Porpyre | 2,65 | 19,56 | 28,24 | 1430,4 | 0,63 | 1,36 | 0,95 |
| Kuvarzit | 2,6 | 13,77 | 41,9 | 1798 | 0,46 | 0,96 | 0,67 |
| Dere taşı | 2,67 | 13,53 | 42,73 | 1176,1 | 0,45 | 0,94 | 0,66 |
Tablo 1 Bazı önemli kayaçların önemli fiziksel özellikleri ve ft tasarım faktörü değerleri
W: Kırma için gerekli yaklaşık spesifik enerji ihtiyacı, KWh/t
Wi: Çalışma indeksi
P: Ürünün (kırıcıdan çıkan malzemenin) %80'inin geçtiği kare göz ölçüsü – mikron
F: Kırıcıya beslenen malzemenin %80'inin geçtiği kare göz ölçüsü – mikron (ince malzeme, beslenen malzemeden elenmiş olmalıdır)
| Kırıcı tipi | Kırıcı rotor çevre hızı m/sn |
Hız faktörü fv |
|---|---|---|
| Primer darbeli kırıcı | 31 | 1 |
| 33 | 1,022 | |
| 35 | 1,044 | |
| 37 | 1,065 | |
| Sekonder darbeli kırıcı | 40-42 | 1 |
| 45-48 | 1,025 | |
| Tersiyer darbeli kırıcı | 40-42 | 1 |
| 43-47 | 1,015 | |
| 48-49 | 1,015 | |
| 50-52 | 1,020 | |
| 53-58 | 1,025 | |
| 60 | 1,030 |
Tablo 2 Kırıcı tipi ve rotor çevre hızlarına göre fv hız faktörü değerleri
| Malzeme durumu | fm Malzeme durumu faktörü |
|---|---|
| Kuru ve temiz | 1 |
| Nemli ve temiz | 0,90 |
| Nemli tozlu ve kirli | 0,80 |
Tablo 3 fm Malzeme durumu faktörü
| KAYAÇ ADI |
KAYAÇ TİPİ |
ÇALIŞMA İNDEKSİ Wi |
ÖZGÜL AĞ. (t/m³) ρ |
YIĞMA YOĞ. (t/m³) γ |
AŞINMA İNDEKSİ Ai |
BASINÇ DAYANIMI MPa |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Andezite | Volkanik | 16 ± 2 | 2,6-2,8 | 1,6 | 0,5 | 170 - 300 |
| Amphibole | Metamorfik | 16 ± 3 | 2,8 – 3,0 | 1,7 | 0,2 - 0,45 | - |
| Kumtaşı | Sedimanter | 10 ± 3 | 2,7 | 1,6 | 0,1 - 0,9 | 30-180 |
| Bazalt | Volkanik | 20 ± 4 | 2,9 – 3,0 | 1,8 | 0,2 ± 0,1 | 300 – 400 |
| Kireç taşı | Sedimanter | 12 ± 3 | 2,7 | 1,6 | 0,001 – 0,03 | 80 - 180 |
| Karbon | Sedimanter | 14 ± 4 | 1,0 – 1,8 | 0,8 | - | - |
| Klinker | - | - | - | 1,2 | - | - |
| Kok | - | - | - | 0,6 | - | - |
| Diabase | Volkanik | 19 ± 4 | 2,8 – 2,9 | 1,7 | 0,3 ± 0,1 | 250 – 350 |
| Diorite | Volkanik | 19 ± 4 | 2,7 – 2,8 | 1,6 | 0,4 | 170 – 300 |
| Dolamite | Sedimanter | 12 ± 3 | 2,7 | 1,6 | 0,01 – 0,05 | 50 - 200 |
| Gabro | Volkanik | 20 ± 3 | 2,9-3,0 | 1,8 | 0,4 | 170 – 300 |
| Gneiss | Metamorfik | 16 ± 4 | 2,7 | 1,6 | 0,5 ± 0,1 | 200 – 300 |
| Granite | Volkanik | 16 ± 6 | 2,7 | 1,6 | 0,55 ± 0,1 | 200 – 300 |
| Hematite | Sedimanter | - | 5,1 | 2,2 – 2,4 | 0,35 ± 0,2 | - |
| Magnetite | Sedimanter | - | 5,7 | 2,2 – 2,4 | 0,50 ± 0,2 | - |
| Mermer | Metamorfik | 12 ± 3 | 2,7 | 1,6 | 0,001 – 0,03 | 80 - 180 |
| Porphyry | Volkanik | 18 | 2,7 | 1,6 | 0,1 – 0,9 | 180 – 300 |
| Quartzite | Metamorfik | 16 ± 3 | 2,7 | 1,6 | 0,75 ± 0,1 | 150 – 300 |
| Siyenite | Volkanik | 19 ± 4 | 2,7 – 2,8 | 1,6 | 0,4 | 170 – 300 |
| Silex (Hornfels) |
Metamorfik | 18 ± 3 | 2,8 | 1,65 | 0,7 | 150 - 300 |
Tablo 4 Önemli kayaçların önemli fiziksel özellikleri
Çeneli kırıcıların en çok aşınan parçaları kırıcı çeneleridir. İkinci olarak da yan astarlar aşınır. Çeneler malzemeye büyük oranda basınç uygularlar. Sınırlı oranda da aşındırma uygularlar. Kırıcı devir sayısı düşük olup malzemenin kırma alanı içerisinde ilerleme hızı 0,5-1,5 m/sn civarındadır. Aşınmalar, hızın karesi ile artar. Bu nedenle çeneli kırıcılardaki aşınma oranları darbeli kırıcılara oranla oldukça düşüktür. Primer darbeli kırıcı rotor hızlarının da 30-70 m/sn civarında olduğunu düşünürsek primer darbeli kırıcıların aşınma oranları özellikle aşındırıcı malzeme kırılması durumunda aşınma maliyetlerinin oldukça yükseleceği açıktır.
Çok kaba olarak primer çeneli ve primer darbeli kırıcıların aşınma giderlerini Tablo 5 deki gibi kıyaslayabiliriz.
| Malzeme cinsi | Kırıcı tipine göre ton başına aşınma maliyeti (€/ton) | |
|---|---|---|
| Primer çeneli kırıcı | Primer darbeli kırıcı | |
| Kalker | 0,05-0,15 | 0,20-0,50 |
| Dolomit | 0,10-0,25 | 0,40-0,80 |
| Bazalt, Granit | 0,20-0,40 | 0,80-2,50 |
Tablo 5 Kırılan malzemeye göre primer çeneli ve primer darbeli kırıcıların aşınma maliyet karşılaştırması
Darbeli kırıcıdan çıkan malzeme iç gerilmelerden büyük oranda arınmış olur ve içerisindeki kılcal çatlaklardan arınmış olur. Ayrıca kırıcıdan elde edilen ürün büyük oranda ‘kübik’ yapıdadır. Dolayısıyla primer darbeli kırıcıdan elde edilen ürün direkt olarak elenip beton, yol ve tuğla yapımında kullanılabilir. Halbuki çeneli kırıcıdan çıkan malzemenin bir bölümü içerisinde kılcal çatlaklar ihtiva eder ve ayrıca kübik yapıda değildir. Bu nedenle çeneli kırıcıdan çıkan malzeme beton, yol, tuğla yapımında kullanılabilmesi için mutlaka sekonder bir darbeli kırıcıdan geçirilip iç gerilmelerden, kılcal çatlaklardan arındırılması ve kübik yapı kazandırılması gerekir.
Boyut küçültme oranı primer çeneli kırıcılarda 1:3-1:6 civarında iken primer darbeli kırıcılarda bu oran 1:10-1:20 değerlerine yükselmektedir. Bu nedenle primer çeneli kırıcı kullanıldığında mutlaka bir sekonder kırıcıya ihtiyaç duyulur. Primer darbeli kırıcı kullanıldığında ise tesisten istenen kapasite ve ürün büyüklüğüne bağlı olarak sekonder kırıcı kullanılmayabilir.
Primer çeneli kırıcılarda birim enerji ihtiyacı 0,5-0,8 KWh⁄ton civarında iken primer darbeli kırıcılarda birim enerji ihtiyacı 0,8-1,2 KWh⁄ton civarındadır. Primer çeneli kırıcı kullanıldığında mutlaka sekonder kırıcı kullanılması gerekliliği düşünüldüğünde tesiste primer çeneli veya primer darbeli kırıcı kullanılması birim enerji sarfiyatı konusunda fazla bir farklılık göstermeyecektir.
Ton başına birim enerji maliyeti çok kaba olarak primer çeneli kırıcı + sekonder kırıcı için 1,2-1,3 €⁄ton, primer darbeli kırıcı için ise 1,3-1,5 €⁄ton civarında olacaktır.
Primer darbeli kırıcıların agrega kırıma eleme tesislerinde kullanılması yüksek boyut küçültme oranlarına rağmen aşınma maliyetlerinin yüksek olması nedeniyle sınırlıdır. Kırılacak malzemenin LAV Los Angeles aşınma kaybı 25 değerinden büyük ise, W_i çalışma indeksi değeri 14,5 değerinden büyük ise, A_i aşınma indeksi değeri 0,015 değerinden büyük ise primer darbeli kırıcı kullanılması tavsiye edilmez. Uygun bir sekonder kırıcı ile birlikte primer çeneli kırıcı tavsiye edilir. Primer darbeli kırıcı kullanım sınır değerlerini Tablo 6 da özetliyoruz.
| Malzeme fiziksel özelliği | Primer darbeli kırıcı kullanım sınırları | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| LAV Los Angeles aşınma kaybı |
Ai Aşınma indeksi |
Aşınma oranı (gr/ton) |
Wi Çalışma indeksi |
Kırılabilirlik (%) |
MOHS sertliği | |
| Sınır değeri | 25 | 0,015 | 500 | 14,5 | 50 | 3,5 |
Tablo 6 Primer darbeli kırıcı kırıcı kullanım sınırları
Suphi Yavuz
Yüksek Makine Mühendisi
MMO Sicil no: 9219