Bilyalı değirmenler

1. Bilyalı değirmen Giriş

Bilyalı değirmen, kırma işleminden sonra malzemelerin öğütülmesinde kullanılan temel ekipmandır.

Bilyalı değirmen, endüstriyel üretimde yaygın olarak kullanılan yüksek ince öğütme makinelerinden biridir ve tüp bilyalı değirmen, çubuk bilyalı değirmen, çimento bilyalı değirmen, süper ince lamine değirmen, el bilyalı değirmen, yatay bilyalı değirmen, bilyalı değirmen rulman burcu, enerji tasarruflu bilyalı değirmen, taşmalı bilyalı değirmen, seramik bilyalı değirmen, kafes bilyalı değirmen gibi birçok türü vardır.

Bilyalı değirmen, çeşitli cevherleri ve diğer malzemeleri öğütmek için uygundur. Mineral işleme, yapı malzemeleri ve kimya endüstrilerinde yaygın olarak kullanılır. Kuru ve ıslak öğütme yöntemlerine ayrılabilir. Farklı boşaltma yöntemlerine göre ızgara tipi ve taşmalı tip olmak üzere iki türe ayrılır. Silindir şekline göre ise kısa borulu bilyalı değirmen, uzun borulu bilyalı değirmen, borulu değirmen ve konik değirmen olmak üzere dört türe ayrılır.

2. Bilyalı değirmen çalışma prensibi

Bilyalı değirmen, yatay bir silindir, malzemeleri beslemek ve boşaltmak için içi boş bir şaft ve bir öğütme kafasından oluşur. Silindir, içine yerleştirilmiş bir öğütme gövdesine sahip uzun bir silindirdir. Silindir çelik saçtan yapılmıştır. Çelik gömlek silindire sabitlenmiştir. Genellikle öğütme gövdesi, farklı çaplara ve belirli bir orana göre silindire sıkıştırılmış bir çelik bilyedir. Öğütme gövdesi çelikten de yapılabilir. Öğütülecek malzemenin parçacık boyutuna göre seçim yapın. Malzeme, bilyalı değirmenin besleme ucundaki içi boş şaft tarafından silindire yüklenir. Bilyalı değirmenin silindiri döndüğünde, öğütme gövdesi atalet, merkezkaç kuvveti ve sürtünme nedeniyle silindir gömleğine bağlanır. Silindir tarafından taşınan öğütme gövdesi, belirli bir yüksekliğe getirildiğinde kendi yerçekimi nedeniyle aşağı doğru fırlatılır. Düşen öğütme gövdesi, silindirdeki malzemeyi bir mermi gibi ezer.

Malzeme, besleme cihazının içi boş şaftı aracılığıyla değirmenin birinci haznesine düzgün bir şekilde girer. Değirmenin birinci haznesinin içinde kademeli veya oluklu bir astar bulunur. Hazne, çeşitli özelliklerde çelik bilyelerle donatılmıştır. Yükseklikten aşağı düşmek, malzeme üzerinde ağır bir darbe ve öğütme etkisi yaratır. Malzeme birinci haznedeki kaba öğütme alanına ulaştıktan sonra, tek katlı bölme levhasından geçerek ikinci hazneye girer. Hazne, malzemelerin daha fazla öğütülmesi için düz astarlar ve çelik bilyelerle kaplanmıştır. Toz, öğütme işlemini tamamlamak için boşaltma ızgarasından boşaltılır.

Tambur dönerken öğütme gövdesi de kayar. Kayma işlemi sırasında malzeme öğütülür. Öğütme etkisini etkili bir şekilde kullanmak için, daha büyük parçacık boyutuna sahip malzeme öğütülürken öğütme gövdesi incedir. Bir bölme tahtası ile iki bölüme ayrılarak çift silo haline gelir. Malzeme ilk siloya girdiğinde çelik bilya tarafından ezilir. Malzeme ikinci siloya girdiğinde çelik bölüm malzemeyi öğütür ve öğütülmüş nitelikli malzeme boşaltma ucundan boşalır. Şaft, kum No. 2 cüruf ve kaba uçucu kül gibi küçük besleme parçacıklarına sahip malzemeleri öğütmek için boşaltıldığında, değirmenin namlusu bölme olmadan tek silo namlu değirmeni olarak oluşturulabilir ve öğütme gövdesi de çelikten yapılabilir.

Hammaddeler, öğütme işlemi için içi boş şaft milinden içi boş silindire beslenir. Silindir, çeşitli çaplarda öğütme ortamları (çelik bilyeler, çelik çubuklar veya çakıl vb.) ile donatılmıştır. Silindir yatay eksen etrafında belirli bir hızda döndüğünde, silindir belirli bir yüksekliğe ulaştığında, merkezkaç kuvveti ve sürtünme kuvvetinin etkisiyle içindeki ortam ve hammaddeler silindirden ayrılır. Gövde duvarı, darbe kuvveti nedeniyle düşerek veya yuvarlanarak cevheri ezer. Aynı zamanda, değirmenin dönüşü sırasında öğütme ortamları arasındaki kayma hareketi de hammaddeler üzerinde öğütme etkisi yaratır. Öğütülmüş malzeme, içi boş mil milinden boşaltılır.

3. Bilyalı değirmen yüklemesi

Bilyalı değirmendeki çelik bilyenin temel işlevi malzemeye vurup ezmektir ve aynı zamanda öğütmede de belirli bir rol oynar. Bu nedenle, çelik bilyelerin sınıflandırılmasının amacı bu iki gereksinimi karşılamaktır. Ezme etkisi, öğütme verimliliğini doğrudan etkiler ve nihayetinde bilyalı değirmenin verimini etkiler. Ezme gereksinimlerinin karşılanıp karşılanamayacağı, çelik bilyelerin sınıflandırılmasının makul olup olmadığına, çelik bilyelerin boyutuna, bilye çaplarının sayısına, çeşitli özelliklerdeki bilye konumlarına, oranına vb. bağlıdır.

Bu parametreleri belirlemek için bilyalı değirmenin boyutunu, bilyalı değirmenin iç yapısını, ürün incelik gereksinimlerini ve diğer faktörleri, öğütülecek malzemenin özelliklerini (kolay öğütülebilirlik, parçacık boyutu vb.) dikkate almanız gerekir.

Malzemelerin etkili bir şekilde ezilebilmesi için, gradasyonun belirlenmesinde bazı prensiplere uyulması gerekir:

Öncelikle çelik bilyenin, bilyalı değirmenin çelik bilyesinin parçacıklı malzemeyi ezmek için yeterli enerjiye sahip olmasını sağlayacak yeterli darbe kuvvetine sahip olması gerekir; bu da çelik bilyenin maksimum bilye çapıyla doğrudan ilişkilidir.

İkinci olarak, çelik bilyenin malzeme üzerinde yeterli darbe süresine sahip olması gerekir; bu, çelik bilyenin dolum oranına ve ortalama bilye çapına bağlıdır. Dolum miktarı sabit olduğunda, yeterli darbe kuvveti sağlama ilkesine dayanarak, öğütme gövdesinin çapını küçültmeye ve malzeme üzerindeki darbe sayısını artırarak kırma verimliliğini artırmaya çalışın.

Son olarak, malzemenin değirmende yeterli kalma süresi vardır ve bu süre malzemenin tam olarak ezilmesini sağlar, bu da çelik bilyenin malzemenin akış hızını kontrol edebilecek belirli bir yeteneğe sahip olmasını gerektirir.

İki aşamalı bilya sınıflandırma yöntemi olarak adlandırılan yöntem, çapları arasında büyük bir fark bulunan iki farklı boyutta çelik bilya kullanmaktır. Teorik temeli, büyük bilyalar arasındaki boşlukların küçük bilyalarla doldurularak çelik bilyaların paketleme yoğunluğunun tamamen artırılmasıdır. Bu şekilde, bir yandan öğütme gövdesinin işlevsel özelliklerine uygun olarak değirmenin darbe kapasitesi ve darbe sayısı iyileştirilebilir. Diğer yandan, daha yüksek yığın yoğunluğu malzemenin belirli bir öğütme etkisi elde etmesini sağlar. İki aşamalı bilya dağıtımında, büyük bilyanın temel işlevi malzemeye çarpmak ve ezmektir. Küçük bilyanın ilk işlevi, büyük bilyalar arasındaki boşluğu doldurmak ve malzeme akış hızını kontrol etmek ve öğütme kapasitesini artırmak için öğütme gövdesinin yığın yoğunluğunu artırmaktır; enerji transferi rolünü oynar ve büyük bilyanın darbe enerjisini malzemeye aktarır; üçüncüsü, boşluktaki kaba parçacıkları sıkıştırarak büyük bilyanın darbe alanına yerleştirmektir. 

4. Bilyalı değirmen Mekanik yapısı

Bilyalı değirmen, besleme bölümü, boşaltma bölümü, döndürme bölümü, aktarma bölümü (redüktör, küçük aktarma dişlisi, motor, elektrik kontrol) ve diğer ana parçalardan oluşur. İçi boş şaft döküm çelikten yapılmıştır, iç astarı çıkarılabilir, büyük döner dişli döküm frezeleme yöntemiyle işlenmiştir ve silindir, iyi aşınma direncine sahip aşınmaya dayanıklı bir astarla kaplanmıştır. Makine sorunsuz ve güvenilir bir şekilde çalışır.

Bilyalı değirmenin ana gövdesi, silindirin içine aşınmaya dayanıklı malzemeden yapılmış bir astarın yerleştirildiği bir silindir, silindiri taşıyan ve dönmesini sağlayan yataklar ve motor, aktarma dişlileri, kasnaklar ve V kayışları gibi tahrik parçalarından oluşur.

Kanat adı verilen parçalara gelince, bunlar genellikle ana bileşenler değildir. Besleme ucunun bileşen girişindeki iç spiral kanatlara iç spiral kanatlar, tahliye ucunun bileşen çıkışındaki iç spiral kanatlara da iç spiral kanatlar denebilir.

Ayrıca, deşarj ucundaki yardımcı ekipmanlarda vidalı konveyör kullanılıyorsa, ekipmanda spiral bıçak adı verilen parçalar olacaktır, ancak kesin olarak söylemek gerekirse, artık bunlar bilyalı değirmenin bir parçası değildir.

Malzeme ve deşarj yöntemine göre kuru bilyalı değirmen ve ıslak ızgara bilyalı değirmen seçilebilir. Enerji tasarruflu bilyalı değirmen, düşük çalışma direncine ve önemli enerji tasarrufu etkisine sahip, kendinden hizalamalı çift sıralı radyal küresel makaralı rulmanlar kullanır. Namlu kısmında, orijinal namlunun deşarj ucuna konik bir namlu kesiti eklenmiştir; bu, değirmenin etkin hacmini artırmanın yanı sıra namlu içindeki ortam dağılımını da daha makul hale getirir. Bu ürün, demir dışı metaller, demirli metaller, metal dışı mineral işleme tesisleri, kimya ve yapı malzemeleri endüstrilerinde malzeme öğütmede yaygın olarak kullanılmaktadır.

5. Bilyalı değirmen aksesuarları

Bilyalı değirmen dişlisi

Bilyalı değirmen aksesuarları arasında bilyalı değirmen dişlisi, bilyalı değirmen pinyonu, bilyalı değirmen içi boş şaftı, bilyalı değirmen dişli halkası, bilyalı değirmen dişli halkası, bilyalı değirmen çelik bilyası, bilyalı değirmen bölme plakası, bilyalı değirmen iletim cihazı, bilyalı değirmen yatağı, bilyalı değirmen uç astarı vb. bulunur.

Bilyalı değirmenin büyük dişlisinin malzeme seçimi:

Büyük dişlilerin çalışma koşullarına göre büyük dişliler genellikle aşağıdaki malzemelerden yapılır:

(1) Orta karbonlu yapısal çelik

(2) Orta karbonlu alaşımlı yapısal çelik

(3) Karbürlenmiş çelik

(4) Nitrürlenmiş çelik

Bilyalı değirmenin büyük dişlisinin yapısı, farklı kullanım gereksinimleri nedeniyle çeşitli şekillerde olabilir, ancak teknolojik açıdan bakıldığında dişlinin iki parçadan oluştuğu kabul edilebilir: halka dişli ve çark gövdesi. Halka dişli üzerindeki dişli dişlerinin dağılımına göre düz dişler, helisel dişler ve balıksırtı dişler olarak sınıflandırılabilir.

Bilyalı Değirmenlerin Üretim Süreci ve Kalite Kontrolü

I. Bilyalı Değirmenlerin Üretim Süreci

1. Temel Bileşenlerin Üretimi

(1) Silindir Üretimi

• Malzeme Seçimi: Genellikle Q345R (basınçlı kaplar için düşük alaşımlı çelik) veya Q235B (karbon yapı çeliği) kullanılır. Kalınlık (16–50 mm), ekipman özelliklerine ve çalışma koşullarına (örneğin, taşlama sertliği, aşındırıcılık) göre belirlenir.

• İşlem Adımları:

1. Çelik Sac Kesimi: CNC alevli kesme veya plazma kesme, silindirin açılmış boyutlarına uygun olarak çelik levhaları 扇形坯料 (sektör boşlukları) halinde kesmek için kullanılır, kaynak payları saklıdır.

2. Haddeleme ve Şekillendirme:Büyük bir haddeleme makinesi, boşlukları silindirik bir şekle bükerek yuvarlaklık hatasının ≤1mm/m, doğruluk hatasının ≤0,5mm/m olmasını sağlar.

3. Kaynak Dikişleri: Silindirin uzunlamasına dikişlerine (eksenel birleşim yerlerine) tozaltı ark kaynağı uygulanır. Kaynak işleminden sonra, kaynak gerilimini ortadan kaldırmak için 24 saatlik bir yaşlandırma işlemi uygulanır. Çelik levha genişliğinden daha uzun silindirlerde, deformasyonu en aza indirmek için çevresel dikişler (radyal birleşim yerleri) simetrik kaynak yöntemiyle kaynaklanır.

4. Yuvarlaklık Kalibrasyonu:Yuvarlama makinesi, uç kapaklarıyla montaj doğruluğunu sağlamak için kaynaklı silindirin eliptikliğini düzeltir.

(2) Uç Kapağı Üretimi

• Malzeme Seçimi: Genellikle ZG35CrMo (alaşımlı döküm çelik) veya Q345R kaynaklı yapılar kullanılır (büyük bilyalı değirmenlerde kaynaklı uç kapakları yaygınken, daha küçük olanlarda döküm uç kapakları kullanılır).

• İşlem Adımları:

1. Döküm/Kaynak Şekillendirme: Döküm uç kapakları, kum döküm veya kayıp köpük döküm yoluyla üretilir, böylece büzülme veya çatlak oluşmaz. Kaynaklı uç kapakları ise çelik levhaların kesilmesi ve kaynaklanmasıyla oluşturulur ve ardından hata tespiti yapılır.

2. İşleme: Dikey torna tezgahları, pim (silindire bağlanma adımı) ve yatak yuvası deliğini (içi boş milin takılması için) işler ve pim çap toleransının IT7 ve yüzey pürüzlülüğünün Ra ≤1,6μm olmasını sağlar.

3. Silindire Bağlantı: Uç kapakları silindire flanş cıvataları veya kaynak yoluyla bağlanır (kaynak, büyük bilyalı değirmenlerde yaygındır). Deformasyonu önlemek için segmentli simetrik kaynak kullanılır.

(3) İçi Boş Mil Üretimi

• Malzeme Seçimi: Tipik olarak 45# çelik dövmeler veya ZG45CrNiMo (alaşımlı döküm çelik). Dövmeler söndürme ve temperleme işlemine tabi tutulur (sertlik: 220–260HBW).

• İşlem Adımları:

1. Dövme: Çelik kütükler 1100–1200°C'ye kadar ısıtılarak açık kalıp dövme veya kalıp dövme yoluyla şekillendirilir ve ardından gerilimi ortadan kaldırmak için tavlanır.

2. Kaba İşleme: Dış çemberin ve iç deliğin (besleme/boşaltma kanalı) 3–5 mm'lik bir bitirme payı ile tornalanması.

3. Isıl İşlem:Söndürme ve temperleme mekanik özellikleri garanti eder (çekme dayanımı ≥600MPa, darbe tokluğu ≥30J/cm²).

4. Hassas İşleme: CNC torna tezgahları, ana yatakla temas eden yüzeyi IT6 toleransında ve yüzey pürüzlülüğü Ra ≤0,8μm olacak şekilde işleyerek yatakla uyum hassasiyetini garanti altına alır.

(4) Şanzıman Sistemi Üretimi

• Büyük Dişli:

• Malzeme: ZG35SiMn (döküm çelik) veya 42CrMo dövme, diş yüzeyi söndürmeli (sertlik: 35–45HRC).

• İşleme: Döküm/dövme işleminden sonra, kaba tornalama yapılır, ardından su verme ve temperleme işlemi yapılır. Dış daire ve uç yüzey hassas tornalanır, ardından dişleri oluşturmak için frezeleme işlemi yapılır. Son olarak, diş yüzeyine su verme ve taşlama uygulanır (hassasiyet: GB/T 10095.1-2008'e göre 6. Sınıf).

• Küçük Dişli:

• Malzeme: 40CrNiMoA dövme, genel söndürme ve temperlemenin ardından diş yüzeyi söndürme (sertlik: 45–50HRC).

• İşleme: Dövme işleminden sonra kaba işleme yapılır, ardından ısıl işlem, muylunun hassas tornalanması, azdırma ve son taşlama (büyük dişli ile aynı hassasiyette) yapılır.

(5) Liner Üretimi

• Malzeme Seçimi: Yüksek kromlu dökme demir (%15–20 Cr), yüksek manganezli çelik (ZGMn13) veya bimetalik kompozitler (aşınmaya dayanıklı tabaka + taban malzemesi).

• İşlem Adımları:

1. Döküm: Yüksek kromlu dökme demir, çekmeyi önlemek için döküm sıcaklığının 1400-1450°C'de kontrol edildiği kum döküm yöntemiyle üretilir. Yüksek manganezli çelik ise suyla sertleştirilir (karbürleri gidermek için 1050°C'ye ısıtılır ve suyla söndürülür).

2. İşleme: Silindirle uyumu sağlamak için gömlek arkasında cıvata delikleri frezeleme ve oluklar açma (boşluk ≤1mm).

2. Genel Montaj Süreci

1. Bileşen Ön Montajı: Bileşenlerin boyutlarını inceleyin (örneğin, silindir yuvarlaklığı, uç kapağı muylu toleransı) ve işlenmiş yüzeylerdeki yağ lekelerini ve çapakları temizleyin.

2. Silindir ve Uç Kapak Tertibatı: Uç kapaklarını silindir flanşlarıyla hizalayın, cıvataları eşit şekilde sıkın (çapraz sırada) veya kaynaklayın (kaynak sonrası kusur tespiti ile).

3. İçi Boş Şaft Montajı: İçi boş mili, sıcak bağlantı (yatak yuvasını 100–150°C'ye ısıtarak) veya cıvatalar aracılığıyla uç kapak yatak yuvasına bağlayın, iki içi boş milin eş eksenlilik hatasının ≤0,1 mm/m olmasını sağlayın.

4. Şanzıman Sistemi Montajı:

• Büyük dişli, silindire sıcak bağlantı veya cıvatalar vasıtasıyla bağlanarak, dişli uç yüzeyinin silindir eksenine dikliği ≤0,05mm/m olacak şekilde sağlanır.

• Küçük dişli, redüktör çıkış miline bağlanır. Büyük ve küçük dişlilerin dişli boşluğunu (0,2–0,4 mm) ve temas desenini (diş yüksekliği boyunca %60'tan fazla, diş uzunluğu boyunca %70'ten fazla) ayarlayın.

5. Ana Yatak Montajı: Yatak yuvasını temele sabitleyin, içi boş mil ile yatak arasındaki bağlantı boşluğunu ayarlayın (kayar yataklar için 0,15–0,3 mm, yuvarlanan yataklar için teknik özelliklere göre) ve yatak yuvası düzlük hatasının ≤0,05 mm/m olduğundan emin olun.

6. Test Çalışması:

• Yüksüz Test: 4 saat boyunca çalıştırın, yatak sıcaklığını (≤65°C), dişlilerin birbirine geçme sesini (≤85dB) ve silindir titreşimini (genlik ≤0,1mm) kontrol edin.

• Yük Testi: Tasarım yükünün %50, %80 ve %100'üne kademeli olarak yüklenecek ve toplam çalışma süresi 8 saat olacak, bileşenlerde herhangi bir anormallik olmadığı doğrulanacaktır.

II. Kalite Kontrol Süreci

1. Malzeme Kalite Kontrolü

• Hammadde Muayenesi:

• Çelik saclar, dövmeler ve dökümler için malzeme sertifikaları (kimyasal bileşim, mekanik özellikler) sağlanmalıdır. Spektral analiz (element içeriğini doğrulamak için) ve çekme testleri (çekme dayanımı ve akma dayanımını tespit etmek için) için numune alımı gereklidir.

• Yüksek kromlu dökme demir gömlekler sertlik (≥HRC58) ve darbe tokluğu (≥3J/cm²) açısından test edilir. Yüksek manganezli çelik, su sertleştirme işleminden sonra (ağ karbürleri yok) metalografik yapı açısından incelenir.

2. Proses Kalite Kontrolü

• İşleme Doğruluğu Denetimi:

• Silindir: Lazer yuvarlaklık ölçerler yuvarlaklığı, cetveller ve kalınlık ölçerler ise doğruluğu kontrol eder.

• İçi Boş Mil: Kadran göstergeleri mil yuvarlaklığını (≤0,01 mm) ve silindirikliği (≤0,02 mm) ölçer; koordinat ölçüm makineleri koaksiyelliği kontrol eder.

• Dişliler: Dişli dedektörleri adım hatasını (≤0,02 mm) ve diş profili hatasını (≤0,015 mm) ölçer; renklendirme yöntemi, birbirine geçen temas desenlerini kontrol eder.

• Kaynak Kalite Kontrolü:

• Boyuna ve çevresel dikişlerde %100 tahribatsız muayene (UT iç kusurlar, MT yüzey çatlakları) yapılmakta olup, kaynak kalifikasyonu %100'dür.

• Kaynaklı birleştirmelerde yapılan mekanik özellik testleri (çekme ve eğme testleri) dayanımın ana malzemeden daha düşük olmamasını sağlar.

• Isıl İşlem Muayenesi:

• Dövme ve dişlilerin söndürülmesi ve temperlenmesinden sonra, sertlik ölçüm cihazları yüzey sertliğini kontrol eder (hata ±5HBW); metalografik mikroskoplar yapıları inceler (örneğin, söndürülmüş ve temperlenmiş çelik için temperlenmiş sorbit).

3. Bitmiş Ürün Kalite Kontrolü

• Montaj Doğruluğu Denetimi:

• Su terazileri yatak yuvalarının ve redüktörlerin düzgünlüğünü kontrol eder; kadran göstergeleri silindir eksenel hareketini (≤0,5mm) ölçer.

• Tasarım gereksinimlerini karşılamak için dişlilerin birbirine geçme boşluğu, kurşun tel yöntemi ile ölçülür (kurşun tel çapı = tahmini boşluğun 1,5 katı).

• Performans Testi:

• Yüksüz test: 4 saat boyunca aralıksız çalıştırın, yatak sıcaklığını, titreşimi ve gürültüyü her saat kaydedin. Sıcaklık 70°C'yi aşarsa veya titreşim anormalse durdurun.

• Yük testi: Malzemeleri tasarım parametrelerine (50%, 80%, 100%) uygun olarak, toplam 8 saatlik çalışma süresiyle yükleyin. Çıkış gücünü (sapma ≤%5), öğütme ürününün parçacık boyutunu (gereksinimleri karşılıyor) kontrol edin ve gömleklerde veya cıvatalarda gevşeme olmadığından emin olun.

• Görünüm ve Etiketleme Denetimi:

• Ekipman yüzeyi, sarkma veya eksik kaplama olmaksızın düzgün bir şekilde boyanmıştır (kalınlık 60–80 μm). Etiketler açıktır (model, özellikler, üretici adı, üretim tarihi).