Moinhos de bolas

1. Introdução ao moinho de bolas

O moinho de bolas é o equipamento essencial para britagem de materiais após a britagem.

O moinho de bolas é uma das máquinas de moagem de alta precisão amplamente utilizadas na produção industrial, e há muitos tipos, como moinho de bolas tubular, moinho de bolas de haste, moinho de bolas de cimento, moinho laminado superfino, moinho de bolas manual, moinho de bolas horizontal, bucha de rolamento de moinho de bolas, moinho de bolas de economia de energia, moinho de bolas de transbordamento, moinho de bolas de cerâmica, moinho de bolas treliçado.

O moinho de bolas é adequado para moer diversos minérios e outros materiais. É amplamente utilizado no processamento de minerais, materiais de construção e indústrias químicas. Pode ser dividido em métodos de moagem a seco e a úmido. De acordo com os diferentes métodos de descarga, pode ser dividido em dois tipos: tipo grade e tipo transbordamento. De acordo com o formato do cilindro, pode ser dividido em quatro tipos: moinho de bolas de tubo curto, moinho de bolas de tubo longo, moinho de tubo e moinho cônico.

2. Princípio de funcionamento do moinho de bolas

O moinho de bolas é composto por um cilindro horizontal, um eixo oco para alimentação e descarga de materiais e uma cabeça de moagem. O cilindro é um cilindro longo com um corpo de moagem instalado no cilindro. O cilindro é feito de chapa de aço. O revestimento de aço é fixado ao cilindro. Geralmente, o corpo de moagem é uma esfera de aço, que é embalada no cilindro de acordo com diferentes diâmetros e uma certa proporção. O corpo de moagem também pode ser feito de aço. Escolha de acordo com o tamanho das partículas do material de moagem. O material é carregado no cilindro pelo eixo oco na extremidade de alimentação do moinho de bolas. Quando o cilindro do moinho de bolas gira, o corpo de moagem é preso ao revestimento do cilindro devido à inércia, força centrífuga e atrito. Levado pelo cilindro, quando levado a uma certa altura, será jogado para baixo devido à sua própria gravidade. O corpo de moagem em queda esmagará o material no cilindro como um projétil.

O material entra na primeira câmara do moinho uniformemente através do dispositivo de alimentação através do eixo oco do dispositivo de alimentação. Há um revestimento escalonado ou um revestimento corrugado dentro da primeira câmara do moinho. A câmara é equipada com esferas de aço de diversas especificações. A queda após a altura causa um forte impacto e efeito de trituração no material. Após o material atingir a moagem grosseira no primeiro depósito, ele entra no segundo depósito através da placa divisória de camada única. O depósito é revestido com revestimentos planos e esferas de aço para moer ainda mais os materiais. O pó é descarregado através da grade de descarga para completar a operação de moagem.

Quando o tambor está girando, o corpo de moagem também desliza. Durante o processo de deslizamento, o material é moído. Para usar efetivamente o efeito de moagem, ao moer o material com tamanho de partícula maior, o corpo de moagem é fino. Dividido em duas seções por uma placa divisória, torna-se um silo duplo. Quando o material entra no primeiro silo, ele é esmagado pela esfera de aço. Quando o material entra no segundo silo, a seção de aço tritura o material, e o material qualificado moído é oco da extremidade de descarga. Quando o eixo é descarregado para moer materiais com pequenas partículas de alimentação, como escória de areia nº 2 e cinzas volantes grossas, o tambor do moinho pode ser formado como um moinho de tambor de silo único sem divisória, e o corpo de moagem também pode ser feito de aço.

As matérias-primas são alimentadas no cilindro oco através do munhão do eixo oco para moagem. O cilindro é equipado com meios de moagem de vários diâmetros (esferas de aço, barras de aço ou cascalho, etc.). Quando o cilindro gira em torno do eixo horizontal a uma determinada velocidade, o meio e as matérias-primas contidos no cilindro serão separados do cilindro à medida que o cilindro atinge uma determinada altura sob a ação da força centrífuga e da força de atrito. A parede do corpo é projetada para cair ou rolar, esmagando o minério devido à força de impacto. Ao mesmo tempo, durante a rotação do moinho, o movimento de deslizamento entre os meios de moagem também tem um efeito de moagem nas matérias-primas. O material moído é descarregado através do munhão oco.

3. Carregamento do moinho de bolas

A principal função da esfera de aço no moinho de bolas é impactar e triturar o material, desempenhando também um papel específico na moagem. Portanto, o objetivo da classificação das esferas de aço é atender a esses dois requisitos. O efeito de britagem afeta diretamente a eficiência da moagem e, por fim, a produção do moinho de bolas. O atendimento aos requisitos de britagem depende da adequação da granulometria das esferas de aço, incluindo o tamanho das esferas, o número de diâmetros das esferas e a posição das esferas em diferentes especificações, proporção, etc.

Para determinar esses parâmetros, você precisa considerar o tamanho do moinho de bolas, a estrutura interna do moinho de bolas, os requisitos de finura do produto e outros fatores, as características do material de moagem (facilidade de moagem, tamanho de partícula, etc.).

Para triturar os materiais de forma eficaz, vários princípios devem ser seguidos ao determinar a granulometria:

Em primeiro lugar, a esfera de aço deve ter força de impacto suficiente para fazer com que a esfera de aço do moinho de bolas tenha energia suficiente para esmagar o material particulado, o que está diretamente relacionado ao diâmetro máximo da esfera de aço.

Em segundo lugar, a esfera de aço deve ter tempos de impacto suficientes no material, o que está relacionado à taxa de enchimento da esfera de aço e ao diâmetro médio da esfera. Quando a quantidade de enchimento for constante, sob a premissa de garantir força de impacto suficiente, tente reduzir o diâmetro do corpo de moagem e aumentar o número de esferas de aço para aumentar o número de impactos no material e melhorar a eficiência da britagem.

Por fim, o material tem tempo de residência suficiente no moinho para garantir que seja totalmente britado, o que exige que a esfera de aço tenha uma certa capacidade de controlar a vazão do material.

O chamado método de classificação de esferas em dois estágios consiste em usar esferas de aço de dois tamanhos diferentes com grandes diferenças de diâmetro. A base teórica é que as lacunas entre as esferas grandes são preenchidas por esferas pequenas para aumentar completamente a densidade de compactação das esferas de aço. Dessa forma, por um lado, a capacidade de impacto e o número de impactos do moinho podem ser melhorados, o que está em linha com as características funcionais do corpo de moagem. Por outro lado, a maior densidade aparente permite que o material obtenha um certo efeito de moagem. Na distribuição de esferas em dois estágios, a principal função da esfera grande é impactar e triturar o material. A primeira função da esfera pequena é preencher a lacuna entre as esferas grandes e aumentar a densidade aparente do corpo de moagem para controlar a vazão do material e aumentar a capacidade de moagem; ela desempenha o papel de transferência de energia e transfere a energia de impacto da esfera grande para o material; a terceira é espremer as partículas grossas na lacuna e colocá-las na área de impacto da esfera grande. 

4. Estrutura mecânica do moinho de bolas

O moinho de bolas é composto por uma parte de alimentação, uma parte de descarga, uma parte rotativa, uma parte de transmissão (redutor, engrenagem de transmissão pequena, motor, controle elétrico) e outras partes principais. O eixo oco é feito de aço fundido, o revestimento interno é removível, a engrenagem rotativa grande é processada por fresagem de fundição e o cilindro é revestido com um revestimento resistente ao desgaste, que possui boa resistência ao desgaste. A máquina funciona suavemente e de forma confiável.

O corpo principal do moinho de bolas inclui um cilindro, no qual um revestimento feito de material resistente ao desgaste é inserido no cilindro, há rolamentos que sustentam o cilindro e mantêm sua rotação, e há peças de acionamento, como um motor, engrenagens de transmissão, polias e correias em V.

Quanto às peças chamadas lâminas, elas geralmente não são os componentes principais. As lâminas espirais internas na entrada do componente da extremidade de alimentação podem ser chamadas de lâminas espirais internas, e as lâminas espirais internas na saída do componente da extremidade de descarga também podem ser chamadas de lâminas espirais internas.

Além disso, se um transportador helicoidal for usado no equipamento auxiliar na extremidade de descarga, haverá peças chamadas lâminas espirais no equipamento, mas, estritamente falando, elas não são mais parte do moinho de bolas.

De acordo com o material e o método de descarga, podem ser selecionados moinhos de bolas a seco e moinhos de bolas com grade úmida. O moinho de bolas, com baixo consumo de energia, utiliza rolamentos autocompensadores de rolos esféricos radiais de duas carreiras, com baixa resistência ao giro e significativo efeito de economia de energia. Na parte do cilindro, uma seção de cilindro cônico é adicionada à extremidade de descarga do cilindro original, o que não só aumenta o volume efetivo do moinho, como também torna a distribuição do fluido no cilindro mais razoável. Este produto é amplamente utilizado para moagem de materiais em metais não ferrosos, metais ferrosos, plantas de processamento de minerais não metálicos, indústrias química e de materiais de construção.

5. Acessórios para moinho de bolas

Engrenagem de moinho de bolas

Os acessórios para moinho de bolas incluem engrenagem para moinho de bolas, pinhão para moinho de bolas, eixo oco para moinho de bolas, anel de engrenagem para moinho de bolas, anel de engrenagem para moinho de bolas, esfera de aço para moinho de bolas, placa de compartimento para moinho de bolas, dispositivo de transmissão para moinho de bolas, rolamento para moinho de bolas, revestimento de extremidade para moinho de bolas e assim por diante.

Seleção de material da engrenagem grande do moinho de bolas:

De acordo com as condições de trabalho de engrenagens grandes, elas geralmente são feitas dos seguintes materiais:

(1) Aço estrutural de médio carbono

(2) Aço estrutural de liga de carbono médio

(3) Aço cementado

(4) Aço nitretado

A estrutura da engrenagem grande do moinho de bolas apresenta uma variedade de formatos diferentes devido aos diferentes requisitos de uso. No entanto, do ponto de vista tecnológico, a engrenagem pode ser considerada composta por duas partes: a coroa e o corpo da roda. De acordo com a distribuição dos dentes na coroa, ela pode ser dividida em dentes retos, dentes helicoidais e dentes em espinha de peixe.

Processo de Fabricação e Controle de Qualidade de Moinhos de Bolas

I. Processo de Fabricação de Moinhos de Bolas

1. Fabricação de componentes principais

(1) Fabricação de Cilindros

• Seleção de materiais: Normalmente utiliza-se Q345R (aço de baixa liga para vasos de pressão) ou Q235B (aço estrutural de carbono). A espessura (16–50 mm) é determinada com base nas especificações do equipamento e nas condições operacionais (por exemplo, dureza de retificação, corrosividade).

• Etapas de processamento:

1. Corte de chapa de aço: O corte a plasma ou corte por chama CNC é usado para cortar chapas de aço em 扇形坯料 (blocos de setor) que correspondem às dimensões desdobradas do cilindro, com margens de soldagem reservadas.

2. Laminação e conformação:Uma grande máquina de laminação dobra as peças em um formato cilíndrico, garantindo um erro de circularidade ≤1 mm/m e um erro de retilinidade ≤0,5 mm/m.

3. Costuras de Soldagem: A soldagem a arco submerso é aplicada às costuras longitudinais (juntas axiais do cilindro). Após a soldagem, é realizado um tratamento de envelhecimento de 24 horas para eliminar o estresse de soldagem. Para cilindros maiores que a largura da chapa de aço, as costuras circunferenciais (juntas radiais) são soldadas por soldagem simétrica para minimizar a deformação.

4. Calibração de circularidade:Uma máquina de arredondamento corrige a elipticidade do cilindro soldado para garantir a precisão da montagem com tampas de extremidade.

(2) Fabricação de tampas finais

• Seleção de materiais: Frequentemente usa ZG35CrMo (aço fundido em liga) ou estruturas soldadas de Q345R (tampas soldadas são comuns para moinhos de bolas grandes, enquanto tampas fundidas são usadas para os menores).

• Etapas de processamento:

1. Fundição/Soldagem/Formação: As tampas de extremidade fundidas são produzidas por fundição em areia ou fundição por espuma perdida, garantindo a ausência de contração ou rachaduras. As tampas de extremidade soldadas são formadas por corte e soldagem de chapas de aço, seguidas pela detecção de falhas.

2. Usinagem: Os tornos verticais usinam o espigão (degrau para conexão ao cilindro) e o furo do assento do mancal (para instalação do eixo oco), garantindo que a tolerância do diâmetro do espigão seja IT7 e a rugosidade da superfície Ra ≤1,6μm.

3. Conexão ao Cilindro: As tampas das extremidades são conectadas ao cilindro por meio de parafusos de flange ou soldagem (a soldagem é comum em moinhos de bolas grandes). A soldagem simétrica segmentada é usada para evitar deformações.

(3) Fabricação de eixos ocos

• Seleção de materiais: Normalmente, forjados em aço 45# ou ZG45CrNiMo (aço fundido em liga). Os forjados passam por têmpera e revenimento (dureza: 220–260HBW).

• Etapas de processamento:

1. Forjamento:Tarubos de aço são aquecidos a 1100–1200°C e formados por forjamento em matriz aberta ou forjamento em matriz, seguido de recozimento para eliminar o estresse.

2. Usinagem de desbaste: Torneamento do círculo externo e do furo interno (canal de alimentação/descarga) com uma margem de acabamento de 3–5 mm.

3. Tratamento térmico: A têmpera e o revenimento garantem propriedades mecânicas (resistência à tração ≥600MPa, tenacidade ao impacto ≥30J/cm²).

4. Usinagem de precisão: Os tornos CNC usinam o munhão (superfície de contato com o rolamento principal) com tolerância IT6 e rugosidade superficial Ra ≤0,8μm, garantindo precisão de encaixe com o rolamento.

(4) Fabricação de sistemas de transmissão

• Engrenagem grande:

• Material: Forjamento ZG35SiMn (aço fundido) ou 42CrMo, com têmpera da superfície do dente (dureza: 35–45HRC).

• ProcessamentoApós a fundição/forjamento, é realizado o torneamento em desbaste, seguido de têmpera e revenimento. O torneamento de precisão do círculo externo e da face final é realizado, seguido de fresamento para formar os dentes. Por fim, são aplicados o têmpera e a retificação da superfície do dente (precisão: Grau 6 conforme GB/T 10095.1-2008).

• Engrenagem pequena:

• Material: Forjamento de 40CrNiMoA, com têmpera e revenimento geral seguido de têmpera da superfície do dente (dureza: 45–50HRC).

• Processamento:Após o forjamento, é feita a usinagem grosseira, seguida de tratamento térmico, torneamento de precisão do munhão, fresamento e retificação final (mesma precisão da engrenagem grande).

(5) Fabricação de revestimentos

• Seleção de materiais: Ferro fundido com alto teor de cromo (15–20% Cr), aço com alto teor de manganês (ZGMn13) ou compósitos bimetálicos (camada resistente ao desgaste + material de base).

• Etapas de processamento:

1. Elenco: O ferro fundido com alto teor de cromo é fundido em areia, com temperatura de vazamento controlada entre 1400 e 1450 °C para evitar contração. O aço com alto teor de manganês passa por têmpera em água (aquecido a 1050 °C e temperado em água para eliminar carbonetos).

2. Usinagem: Fresar furos para parafusos e ranhuras de posicionamento na parte traseira do revestimento para garantir a conexão com o cilindro (folga ≤1 mm).

2. Processo geral de montagem

1. Pré-montagem de componentes: Inspecione as dimensões dos componentes (por exemplo, circularidade do cilindro, tolerância da ponta da tampa) e limpe manchas de óleo e rebarbas em superfícies usinadas.

2. Conjunto de cilindro e tampa final: Alinhe as tampas das extremidades com os flanges do cilindro, aperte os parafusos uniformemente (em ordem diagonal) ou solde-os (com detecção de falhas pós-soldagem).

3. Instalação de eixo oco: Conecte o eixo oco ao assento do rolamento da tampa final por meio de conexão a quente (aquecendo o assento do rolamento a 100–150 °C) ou parafusos, garantindo um erro de coaxialidade dos dois eixos ocos ≤ 0,1 mm/m.

4. Montagem do Sistema de Transmissão:

• A engrenagem grande é conectada ao cilindro por meio de encaixe a quente ou parafusos, garantindo que a perpendicularidade da face final da engrenagem em relação ao eixo do cilindro seja ≤0,05 mm/m.

• A engrenagem pequena é conectada ao eixo de saída do redutor. Ajuste a folga de engrenamento (0,2–0,4 mm) e o padrão de contato (≥60% ao longo da altura do dente, ≥70% ao longo do comprimento do dente) das engrenagens grande e pequena.

5. Instalação do mancal principal: Fixe o assento do mancal à fundação, ajuste a folga de encaixe entre o eixo oco e o mancal (0,15–0,3 mm para mancais deslizantes, conforme especificações para rolamentos) e certifique-se de que o erro de nivelamento do assento do mancal seja ≤ 0,05 mm/m.

6. Execução de teste:

• Teste sem carga: Execute por 4 horas, verificando a temperatura do rolamento (≤65°C), ruído de engrenamento (≤85dB) e vibração do cilindro (amplitude ≤0,1 mm).

• Teste de carga: Carregue gradualmente até 50%, 80% e 100% da carga de projeto, com um tempo total de execução de 8 horas, confirmando que não há anormalidades nos componentes.

II. Processo de Controle de Qualidade

1. Controle de Qualidade de Materiais

• Inspeção de Matéria-Prima:

• Chapas de aço, forjados e fundidos devem apresentar certificados de material (composição química, propriedades mecânicas). Amostragem para análise espectral (para confirmar o teor de elementos) e ensaios de tração (para detectar a resistência à tração e o limite de escoamento) é obrigatória.

• Revestimentos de ferro fundido com alto teor de cromo são testados quanto à dureza (≥HRC58) e tenacidade ao impacto (≥3J/cm²). Aço com alto teor de manganês é inspecionado quanto à estrutura metalográfica após têmpera em água (sem carbonetos de rede).

2. Controle de Qualidade do Processo

• Inspeção de precisão de usinagem:

• Cilindro: Medidores de circularidade a laser verificam a circularidade; réguas e calibradores de folga verificam a retidão.

• Eixo oco: os indicadores de mostrador medem a circularidade do mancal (≤0,01 mm) e a cilindricidade (≤0,02 mm); as máquinas de medição por coordenadas verificam a coaxialidade.

• Engrenagens: Os detectores de engrenagens medem o erro de passo (≤0,02 mm) e o erro do perfil do dente (≤0,015 mm); o método de coloração verifica os padrões de contato da engrenagem.

• Inspeção de Qualidade de Soldagem:

• Testes 100% não destrutivos (UT para defeitos internos, MT para rachaduras superficiais) são realizados em costuras longitudinais e circunferenciais, com qualificação de solda de 100%.

• Testes de propriedades mecânicas (testes de tração e flexão) em juntas soldadas garantem uma resistência não inferior à do material de base.

• Inspeção de Tratamento Térmico:

• Após a têmpera e o revenimento de peças forjadas e engrenagens, os testadores de dureza verificam a dureza da superfície (erro ±5HBW); microscópios metalográficos observam estruturas (por exemplo, sorbita temperada para aço temperado e revenido).

3. Controle de Qualidade do Produto Acabado

• Inspeção de precisão de montagem:

• Os níveis verificam o nivelamento dos assentos dos rolamentos e redutores; os indicadores de mostrador medem o movimento axial do cilindro (≤0,5 mm).

• A folga da engrenagem é medida pelo método do fio condutor (diâmetro do fio condutor = 1,5 × folga estimada) para atender aos requisitos de projeto.

• Teste de desempenho:

• Teste sem carga: Execute continuamente por 4 horas, registrando a temperatura do rolamento, a vibração e o ruído a cada hora. Pare se a temperatura exceder 70 °C ou se a vibração for anormal.

• Teste de carga: Carregar os materiais de acordo com os parâmetros de projeto (50%, 80%, 100%), com um tempo total de operação de 8 horas. Verificar a saída (desvio ≤ 5%), o tamanho das partículas do produto moído (atende aos requisitos) e garantir que não haja afrouxamento de revestimentos ou parafusos.

• Inspeção de aparência e rotulagem:

• A superfície do equipamento é pintada uniformemente (espessura de 60 a 80 μm), sem flacidez ou falta de revestimento. As etiquetas são claras (modelo, especificações, nome do fabricante, data de produção).