Doğal taş fabrikalarında kullanılan dairesel testereli blok kesme (S/T) makineleri için performans tahmin modellerinin geliştirilmesi

Abstract

Doğal taşlar insanlık tarihinin en eski ürünlerinden biri olarak çeşitli yapılarda, süs eşyalarında, sanat eserlerinde ve daha birçok alanda tarih boyunca çokça kullanılmıştır. Sanayi toplumunun inşası ve sonraki dönemlerde gelişen teknolojiler ile dünyada doğal taşlara yönelik talep hızlıca artmakta ve bu talebi karşılamaya yönelik birçok çalışma ve faaliyetler doğal taş kaynakları yönünden zengin ülkelerce yürütülmektedir. Dünya doğal taş rezervinin yüzde 33'üne sahip olduğu tahmin edilen Türkiye'nin de tüm madencilik üretim ve satışları incelendiğinde 2020 yılında doğal taş ihracatının tüm madenlerin ihracatına oranı %40 düzeyinde olduğu görülmektedir. Tüm doğal taşlar içerisinde de %57'lik oran ile işlenmiş mermer gelmektedir. Buradan anlaşılacağı üzere son ürün olarak ihraç edilen işlenmiş mermerlere yönelik verimliliği arttırıcı akademik çalışmalar yapmak Türkiye'nin doğal taş kaynaklarını daha verimli kullanmasını sağlayacaktır. Ocakta blok ve moloz üreterek ham halde olan doğal taşları satmak yerine işleyerek katma değerli bir şekilde satmak şüphesiz ülke ekonomisi için daha faydalı olacaktır. Dünyada ve Türkiye'de oldukça önemli yere sahip olan doğal taşların fabrikalarda işlenmesine yönelik birçok makine mevcuttur. Bu makinelerin başında kesme makinesi olarak S/T makineleri gelmektedir. Doğal taşların ocaktan ham malzeme olarak blok ve moloz halinde mermer işleme fabrikalarına getirilmesi ve burada işlemlere tabi tutulmasın ilk adımında dairesel testereli blok ve moloz kesme makinesi olan S/T makineleri yer almaktadır. S/T makineleri doğal taşların ilk işleme basamağı olarak blok ve molozların istenilen ebatlara indirilmesi noktasında oldukça verimli ve ekonomik olarak çalışan makinelerdir. S/T makinelerinin verimliliğini arttırmak amacıyla literatüre bakıldığında günümüze kadar birçok çalışma yapılmış olup, çeşitli parametreler üzerinden S/T makinelerin performans tahminleri oluşturulmuş ve verimliliği arttırmak amacıyla öneriler sunulmuştur. Bu tez çalışmasının amacı S/T makinelerine yönelik performans tahmin modelleri geliştirmek ve literatürde daha az çalışılmış olan sedimanter kökenli doğal taşların S/T makineleri ile kesilme performanslarını incelemek ve geliştirilen modeller ile kıyaslamalar yapmaktır. Tez kapsamında toplam sekiz farklı sedimanter kökenli doğal taş incelenmiş olup, bu sedimanter kökenli doğal taşlar şunlardır; Manisa Kula Traverten, Emirdağ Klasik Traverten, Emirdağ Gümüş Traverten, Şuhut Noçe Traverten, Karaman Traverten, Sivrihisar Bej, Isparta Bej ve Bilecik Bej. Çalışmanın ilk basamağı olarak arazi çalışmaları yapılmış olup Afyonkarahisar'da yer alan doğal taş işleme fabrikalarında kullanılan S/T makinelerinde süre ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Bu tez kapsamında kullanılan S/T makinelerinin markaları şunlardır; Sesemak, Esmaş, Pakiş Grup ve Ceylan Grup. Bu süre ölçümleri dört ayaklı S/T makinelerinde yapılmış olup yapılan ölçüm sonuçlarına göre alansal plaka üretim oranları (APÜO) 13,64 – 26,15 m2/h aralığında değişmektedir. Daha sonra blok numuneler üzerinde laboratuvar çalışmaları yapılmıştır. Bu laboratuvar çalışmaları kapsamında tek eksenli basınç dayanımı, Brazilian dolaylı çekme dayanımı, doğal birim hacim ağırlık tayini, Cerchar aşındırıcılık indeksi, Schmidt çekici yüzey sertliği, Shore scleroscope yüzey sertliği deneyleri yapılmıştır. Doğal taşların tek eksenli basınç dayanımları 39,00 – 90,36 MPa aralığında; Brazilian dolaylı çekme dayanımları 3,93 – 6,66 MPa aralığında; doğal birim hacim ağırlıkları 2,52 – 2,75 gr/cm3 aralığında; Cerchar aşındırıcılık indeksi 0,58 – 2,83 aralığında; Schmidt yüzey sertliği 55,2 – 65,0 aralığında; Shore yüzey sertliği 41,9 – 65,3 aralığında değişmektedir. Arazi çalışmaları sonucunda elde edilen APÜO ile laboratuvar çalışmaları sonucu elde edilen tüm deneylerin sonuçları istatistiksel analizlere tabi tutulmuş ve laboratuvar sonuçlarından elde edilen sonuçlar ile APÜO arasındaki ilişkiler incelenmiştir. SPSS ve Microsoft Excel programlarında bir bağımlı bir de bağımsız değişken kullanılarak yapılan basit regresyon analizleri sonucu en anlamlı ilişki 0,89 belirleme katsayısı ile bağımsız değişken olan tek eksenli basınç dayanımı ile bağımlı değişken olan APÜO arasında çıkmıştır. Her bir doğal taşa ait tüm fiziksel ve mekanik özellikleri ile basit regresyon analizleri denenmiştir. Basit regresyon sonuçları şöyle sıralanabilir; tek eksenli basınç dayanım 0,89 belirleme katsayısı, Schore scleroscope yüzey sertliği 0,79 belirleme katsayısı, Schmidt çekici yüzey sertliği 0,74 belirleme katsayısı, doğal birim hacim ağırlık 0,66 belirleme katsayısı, Cerchar aşındırıcılık indeksi 0,45 belirleme katsayısı, dolaylı (Brazilian) çekme dayanımı 0,44 belirleme katsayısı. Fiziksel ve mekanik özelliklerin yanı sıra kesim yapılan S/T makinelerinin testere çapları ile alansal plaka üretim oranları arasında basit regresyon analizi yapılmış olup, 0,51 belirleme katsayısı ile doğru orantılı bir ilişki ortaya çıkartılmıştır. Birden fazla bağımsız değişken ile bir bağımlı değişkenin kullanıldığı çoklu regresyon analizlerinde ise iki bağımsız değişken ve bir bağımlı değişken kullanılmış olup %95 güven aralığında en anlamlı sonuç tek eksenli basınç dayanımı, Brazilian çekme dayanımı ve Schmidt çekici yüzey sertliğinin kullanıldığı modelde 0,90 belirleme katsayısı ile belirlenmiştir. Güven aralığı %90'a düşürülerek yapılan regresyon denemeleri sonucu iki bağımsız değişken olan doğal birim hacim ağırlık ve tek eksenli basınç dayanımının Brazilian çekme dayanımına oranı kullanılan modelde 0,85 belirleme katsayısına sahip model oluşturulmuştur. Bu üç adet model kullanılarak her bir doğal taşa ait APÜO hesaplanmıştır. Ardından arazide ölçümü yapılan APÜO ile hesaplanan APÜO kıyaslamaları yapılmış olup, denklem 7.1, 7.2, 7.3 için sırasıyla belirleme katsayıları 0,90, 0,90, 0,85 olarak bulunmuştur. Literatür verileri ile kıyaslamalar ise Tumaç (2018) çalışmasında kullanılan 9 farklı sedimanter kökenli doğal taşların alansal plaka üretim oranları ile yapılmıştır. Tumaç (2018) elde ettiği alansal plaka üretim oranları ile bu tez kapsamında önerilen 3 farklı model ile hesaplanan alansal plaka üretim oranları karşılaştırılmıştır. Çıkan sonuçlara göre tek eksenli basınç dayanımının çok yüksek ve çok düşük olduğu noktalar haricinde bu tezde önerilen modeller ile Tumaç (2018) verilerinin anlamlı yakınlıkları olduğu ortaya koyulmuştur. Çıkan sonuçlara göre alansal plaka üretim oranını ile anlamlı ilişkiler kurulan parametreler tek eksenli basınç dayanımı, Brazilian çekme dayanımı, Schmidt çekici yüzey sertliği ve doğal birim hacim ağırlık deneyleridir. İstatistiksel analizlerde hangi parametrenin ne ölçüde etkili olduğunu önceden kestirmek her zaman mümkün olmamaktadır. Bir diğer önemli nokta ise kullanılan veri sayısıdır. Veri sayısının arttırılması ile geliştirilecek olan modellerde daha anlamlı sonuçlar ortaya çıkacak ve hangi parametrelerin daha etkin olduğunu ortaya çıkarmak kolaylaşacaktır. Operatör etkisi, testerelerde kullanılan elmas soketlerin aşınma miktarları ve makinenin kullanım ömrüne bağlı olarak çalışma performansı gibi ölçülmesi zor girdi parametrelerinin S/T makinelerinin performansını etkilediği düşünülmektedir ve bu parametrelere yönelik araştırmaların arttırılması gerekmektedir. Bu sayede ortaya çıkacak modeller daha anlamlı sonuçlar verecektir.