BR112017025386B1 - método para determinar um ângulo de suspensão de uma carga dentro de um corpo de moinho e método para posicionar um corpo de moinho - Google Patents

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Abstract

A presente invenção refere-se a um método para determinar um ângulo de suspensão de uma carga, dentro de um moinho, em um ponto específico no tempo, e a um método para posicionar um moinho que seja mais preciso. O método para determinar um ângulo de suspensão (^) de uma carga (2), dentro de um corpo do moinho (1) de um moinho, que está sendo girado por um sistema de transmissão, o método compreende as seguintes etapas de girar o corpo do moinho (1); determinar um ângulo de suspensão de referência (^r) e um torque de acionamento de referência (Mr) correspondente do sistema de transmissão em um ponto de referência no tempo; calcular um fator de enchimento (K) para o ponto de referência no tempo, com base no ângulo de suspensão de referência (^r) e no torque de acionamento de referência (Mr); determinar um torque de acionamento (M) do sistema de transmissão; e calcular o ângulo de suspensão (^) com base no torque de acionamento (M) e no fator de enchimento (K).

Description

CAMPO TÉCNICO
[0001] A presente invenção refere-se ao campo de moinhos, emparticular, a um método para determinar um ângulo de suspensão α de uma carga dentro de um moinho e a um método para posicionar o corpo de moinho de um moinho.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[0002] Os moinhos, em particular os moinhos de bolas, os moinhosde hastes, os moinhos autógenos, os moinhos semiautógenos, os moinhos de remoagem e os moinhos de seixos, são comumente usados na moagem de cimento ou minério em partículas finas. Os moinhos têm, tipicamente, um corpo de moinho cilíndrico, que contém o material a ser moído. Além do material, uma carga de um moinho pode conter um meio de moagem, como, por exemplo, bolas metálicas ou cerâmicas, seixos ou hastes, um meio de transporte como água, ou ambos.
[0003] Os moinhos são acionados indiretamente com um motorelétrico de alta velocidade e uma caixa de engrenagens para reduzir a velocidade, em particular, acionamentos de moinho de engrenagem anular com um ou dois pinhões, ou são acionados diretamente com um motor de baixa velocidade, também conhecido como um acionamento de moinho desprovido de engrenagens, que é, tipicamente, um motor anular com um rotor montado diretamente no corpo de moinho. O diâmetro do corpo de moinho é, tipicamente, entre 5 e 15 metros. Os moinhos com engrenagens anulares têm, tipicamente, uma potência de acionamento de 1 a 15 megawatts. Os moinhos desprovidos de engrenagens têm, tipicamente, uma potência de acionamento de 3,5 a 36 megawatts. Um acionamento de moinho com engrenagem anular é descrito no pedido de patente US-2931583 A. Um acionamento de moinho é descrito no pedido de patente US-3272444 A.
[0004] Como mostrado na Figura 1, quando um corpo de moinho 1gira em operação contínua (rotação indicada por uma seta), uma carga 2, dentro do corpo de moinho 1, é suspensa continuamente em uma parte lateral do corpo de moinho 1, a um ponto no qual a carga 2 cascateia para outro lado do corpo de moinho 2. Por conseguinte, uma superfície da carga 2, aproximada por um plano 8, e a direção horizontal 9 definem um ângulo de suspensão a.
[0005] Na partida de um moinho após parada, a carga é suspensa,mas não se movimenta devido ao atrito. A um determinado ângulo de suspensão ac, a força da gravidade é maior do que o atrito resultante no material para cascatear. O comportamento da carga, após esta cascatear, depende, em grande parte, de vários fatores, tal como a duração da parada, a carga de bolas ou o tipo de material a ser moído. A carga deve deslizar significativamente após cascatear, o que resulta em um ângulo de suspensão menor (a < ac) ou o ângulo de suspensão pode se manter, diferentemente, estável (a = ac).
[0006] É difícil posicionar precisamente os moinhos de bola, quandouma carga está dentro do corpo de moinho. O posicionamento preciso é particularmente importante durante a manutenção do moinho, como, por exemplo, a substituição do revestimento do moinho. Quando o moinho gira, o centro de gravidade da carga fica verticalmente desalinhado com o centro do corpo de moinho, devido ao ângulo de suspensão resultante da rotação. Portanto, a carga ficar em uma posição desequilibrada. Isso resulta em uma contrarrotação do corpo de moinho, quando da parada, para aplicar um torque ao corpo de moinho pelo acionamento. A contrarrotação fica na direção oposta àquela da rotação, provocada pelo torque do acionamento. Tipicamente, o corpo de moinho oscila para frente e para trás por vários minutos, devido à alta inércia do corpo de moinho, até que o centro de gravidade da carga fique verticalmente alinhado com o centro do corpo de moinho, em uma parada do corpo de moinho. Esse fenômeno é também conhecido como recuo, balanço ou sacudimento.
[0007] Como descrito pela brochura da Siemens de novembro de2006, Mining, "The operation mode of a grinding mill with gearless drive", página 6, parágrafo "Inching", é conhecido posicionar um moinho a um determinado ângulo β ao parar o moinho em uma parada, depois partir para girar o moinho, e medir o ângulo de cascata ac. O moinho continua a girar até que atinja a soma do determinado ângulo e do ângulo de cascata. Depois, o acionamento vai voltar o moinho usando o controle de torque, até que o torque seja zero. Isso resulta na carga ficando em uma posição de equilíbrio, não provocando quaisquer recuos ou oscilações. No entanto, a precisão depende da consideração que o ângulo de suspensão real, quando do recuo, seja igual ao ângulo de cascata. Como discutido acima, essa consideração é, na melhor das hipóteses, uma boa aproximação, resultando em um posicionamento ligeiramente impreciso, mesmo no caso favorável no qual o ângulo de suspensão se mantém, diferentemente, estável após a cascata (a - ac). BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0008] É um objetivo da invenção proporcionar um método paradeterminar um ângulo de suspensão de uma carga, dentro de um moinho, em um ponto específico no tempo, e um método para posicionar um moinho, que seja mais preciso.
[0009] De acordo com a invenção, um ângulo de suspensão dereferência e um torque de acionamento de referência são determinados durante a rotação do moinho. Ambos os valores são determinados no mesmo ponto de referência no tempo e formam um par de valores, que se correspondem entre si. O valor para o torque de acionamento de referência pode ser determinado ou aproximado de vários modos, por exemplo, por uso de um sensor de torque ou de corrente de motor. Com base no par de valores, um fator de enchimento é calculado. O fator de enchimento é aproximadamente constante durante a rotação do moinho, e resume ou consolida as diferentes características da carga, por exemplo, massa, volume e forma geométrica. A equação para o cálculo do fator de enchimento é, basicamente, uma equação de modelo resultante de um equilíbrio de forças e momentos de força, calculados para um modelo usando diferentes simplificações, por exemplo, distribuição de massa homogênea nas direções axial, radial e tangencial, nenhuma possibilidade de carga dentro do moinho e velocidade constante do moinho. Portanto, a equação para o cálculo do fator de enchimento pode variar, dependendo do nível desejado de precisão e das condições operacionais, e pode requerer valores de entrada adicionais, por exemplo, a variação de carga dentro do moinho. O ângulo de suspensão, em um ponto específico no tempo, é determinado por determinação do valor para um torque de acionamento no ponto específico no tempo, e por cálculo do ângulo de suspensão usando os ditos valores do torque de acionamento e do fator de enchimento. O torque de acionamento, no ponto específico no tempo, pode ser determinado ou aproximado de vários modos, por exemplo, por uso de um sensor de torque ou da corrente do motor. Desse modo, é possível consolidar os vários parâmetros relativos ao ângulo de suspensão na forma do fator de enchimento, usar um ponto de referência para determinar o dito fator de enchimento, e usar o fator de enchimento e o torque de acionamento para considerar as variações do ângulo de suspensão.
[0010] De acordo com uma primeira concretização preferida dainvenção, o valor atual do torque de acionamento, após o ponto de referência no tempo, é usado para calcular continuamente o ângulo de suspensão atual em linha ou em tempo real, em que os valores do torque de acionamento são usados para calcular o ângulo de suspensão, imediatamente após ficarem disponíveis, diferentemente de retardar o cálculo a um ponto no tempo posterior.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0011] O objeto da invenção vai ser explicado em mais detalhes noparágrafo a seguir, com referência às concretizações exemplificativas preferidas, que são ilustradas nos desenhos em anexo, que mostram esquematicamente:a Figura 1 - um corpo de moinho em rotação contínua do estado da técnica cheio com uma carga, em uma seção transversal radial perpendicular a um eixo de rotação do corpo de moinho;as Figuras 2 a 9 - uma sequência de figuras de um corpo de moinho com uma carga em uma seção transversal radial perpendicular a um eixo de rotação do corpo de moinho, durante as etapas de um procedimento de manutenção para o moinho, usando um método de posicionamento do corpo de moinho a ângulos particulares, de acordo com a invenção; ea Figura 10 - uma representação gráfica de um torque de acionamento relativa ao ângulo de rotação do corpo de moinho, após partida do moinho da parada em uma posição equilibrada.
[0012] Os símbolos de referência usados nos desenhos, e os seussignificados, são listados em forma resumida na lista de indicações. Em princípio, as partes idênticas são dotadas com os mesmos símbolos de referência nas figuras.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0013] Na Figura 2, um corpo de moinho 1 é cheio com uma carga2 e uma posição equilibrada, de modo que um centro de gravidade 21 da carga 2 fique alinhado verticalmente com um centro de rotação 11 do corpo de moinho 1 (campo de gravidade na direção vertical, como indicada por uma seta). Portanto, uma força de gravidade da carga 2 não resulta em um torque na direção axial, que faça com que o corpo de moinho 1 gire. O corpo de moinho 1 fique em uma posição de repouso, significando que o corpo de moinho 1 não gira e a velocidade de rotação é zero. O corpo de moinho 1 compreende um ponto de referência de rotação 12.
[0014] Na Figura 3, o corpo de moinho 1 começou a girar devido àaplicação de um torque de acionamento ao corpo de moinho 1 (a rotação indicada por uma seta em torno do centro de rotação 11 do corpo de moinho 1). Em virtude da rotação, a carga 2 fique em uma posição desequilibrada, na qual o centro de gravidade 21 da carga 2 não é alinhado verticalmente com o centro de rotação 11 do corpo de moinho 1, de modo que há um braço de torção da força de gravidade da carga, com relação ao centro de rotação 11 do corpo de moinho 1 (o braço de torção indicado por outra seta com duas cabeças de seta). O torque resultante, provocado pela força de gravidade, aumenta com o aumento de um ângulo de suspensão α da carga 2, porque o braço de torque aumenta na medida em que aumenta o ângulo de suspensão α. O torque resultante fica na direção oposta àquela do torque de acionamento e precisa ser compensado pelo torque de acionamento, para que o corpo de moinho continue a girar.
[0015] Uma primeira linha reta imaginária, conectando o centro derotação 11 do corpo de moinho 1 e o ponto de referência de rotação 12 do corpo de moinho 1, conjuntamente com uma segunda linha reta imaginária, conectando o centro de rotação 11 do corpo de moinho 1 e a posição inicial do ponto de referência 12, formam um ângulo β, que define a posição de rotação do corpo de moinho 1.
[0016] Durante a rotação do corpo de moinho 1, um operador 3 domoinho executa uma inspeção visual da área externa do corpo de moinho 1. Para propiciar ao operador tempo suficiente para executar a dita inspeção visual, a velocidade de rotação do corpo de moinho 1, para essa inspeção, é usualmente muito mais baixa do que a velocidade nominal do moinho. Essa rotação em baixas velocidades é também referida como avanço gradual ou movimento lento. Para um moinho com um acionamento direto, é possível usar o próprio dito acionamento direto para a rotação lenta do corpo de moinho 1. Para um moinho com um acionamento de moinho de engrenagens anulares, é frequentemente necessário ter um dispositivo de avanço gradual auxiliar. Durante a inspeção, o operador 3 alerta para as áreas do corpo de moinho 1 que precisam de trabalho de manutenção. O operador 3 determina as posições de rotação que o corpo de moinho 1 precisa interromper, para executar a manutenção, e o respectivo ângulo β. Nesse exemplo particular, βi é aproximadamente 180°.
[0017] Na Figura 4, o corpo de moinho 1 girou ainda mais emcomparação com a Figura 3. Nessa parte do corpo de moinho 1, o operador 3 avisa de outra área que precisa de manutenção. Nesse exemplo particular, o ângulo β2 é aproximadamente 270°.
[0018] É possível continuar a girar o corpo de moinho 1, paraidentificar mais áreas do corpo de moinho 1, que precisam de manutenção, e as respectivas posições de rotação na forma do ângulo β.
[0019] Na Figura 5, o corpo de moinho 1 foi parado. A posição derotação desse ponto de parada é irrelevante. O ponto de referência de rotação 12 fica em uma posição arbitrária. O operador ao acabar a inspeção do corpo de moinho 1 deseja tanto que os pontos de partida desejados e os respectivos ângulos β1, β2 sejam conhecidos. A carga 2 fica de novo em uma posição equilibrada e em repouso.
[0020] Na Figura 6, o corpo de moinho 1 começou a girar de novo.A carga é suspensa sem cascatear, até que o ângulo de suspensão atinja o valor crítico do ângulo de cascata, α = αc. Em virtude da carga 2 não cascatear, o ângulo de suspensão α é igual a um ângulo Δβ. O ângulo Δβ é definido pela diferença entre a posição atual da referência de posição de rotação 12 e a posição arbitrária na referência de posição de rotação 12, na parada, da Figura 5. É comum obter o valor do ângulo Δβ como uma aproximação para o ângulo de suspensão a, antes da carga 2 cascatear, dos respectivos cálculos, com base nos valores dos ângulos de rotação do controle do motor. A corrente do motor, que é um valor facilmente acessível pelo controle do motor, é frequentemente usado para aproximar o torque de acionamento M. No entanto, é também possível usar outro modo para obter o valor do torque de acionamento M e o ângulo Δβ, por exemplo, por meios de sensores externos.
[0021] A Figura 10 mostra a relação entre o torque de acionamentoM e o ângulo Δβ, para o tempo entre a parada na Figura 5 (Δβ = 0) e Δβ de aproximadamente 90°. Partindo com Δβ = a = 0, o torque de acionamento aumenta continuamente devido à suspensão da carga 2 e ao desalinhamento vertical crescente do centro de gravidade 21 da carga 2 e do centro de rotação 11 do corpo de moinho 1, resultando em um maior torque provocado pela força de gravidade da carga. Quando a carga 2 começa a cascatear, o torque de acionamento não mais continua a aumentar, porque o ângulo de suspensão a não aumenta mais. Desse modo, o braço de torção, entre o centro de gravidade 21 da carga 2 e o centro de rotação 11 do corpo de moinho 1, não aumenta mais. Após esse ponto no qual o torque de acionamento oscila em torno de um valor médio, pelo menos em um primeiro período de transição, devido às descontinuidades do método de cascata ou às descontinuidades introduzidas pelas saliências de levantamento (não mostradas) dentro do corpo de moinho 1, cujas saliências de levantamento ajudar a suspender a carga 2.
[0022] É possível aproximar o ângulo de cascata ac para que sejaigual ao ângulo Δβ*, no qual o torque de acionamento não aumenta mais do que o incremento predefinido. Alternativamente, é possível usar uma análise gráfica do torque de acionamento e determinar graficamente o início da oscilação. No exemplo específico da Figura 10, O ângulo de cascata ac é aproximadamente 42°. O torque de acionamento correspondente é Mc.
[0023] Alternativamente, o ângulo de suspensão de referência podeser determinado opticamente, por exemplo, com uma medida com laser ou por uma câmera. Esses meios de determinação do ângulo de suspensão de referência podem ser também executados em um ponto de referência no tempo, que é diferente do início da cascata.
[0024] Com o ângulo de cascata ac como o ângulo de suspensão,quando da ocorrência de cascata e do torque de acionamento correspondente Mc, é possível calcular o fator de enchimento K para o ponto no tempo quando começa a cascata, usando, por exemplo, a equação de modelo para o cálculo do fator de enchimento apresentada abaixo, cujo modelo segue as seguintes considerações: distribuição de massa homogênea nas direções axial, radial e tangencial, nenhuma possibilidade de carga dentro do moinho e velocidade constante do moinho (β: consultar a Figura 2):M = m * g * r * cos(β/2) * sen(α)K = constante = M / sen(α) = Mc / sen(αc).
[0025] Uma equação de modelo alternativa considerando avariação de carga dentro do moinho (m0: massa original, Δm: variação de massa) é:M = (m0-Δm) * g * (4*r*sen(β/2)) / (3*β-3*sen(β)) * sen(α) K = constante = M / ((m0-Δm) * sen(α))
[0026] O começo da cascata é usado como um ponto de referência,no qual o ângulo de suspensão de referência (as = ac) e o torque de acionamento de referência (Mr = Mc) são conhecidos. É também possível usar fórmulas alternativas, que consideram, por exemplo, a variação da quantidade de carga dentro do corpo de moinho com o tempo. Para uso da equação mencionada acima, é vantajoso manter a quantidade de carga constante, por exemplo, evitando entrada de material no, e saída do corpo de moinho.
[0027] Na Figura 7, o corpo de moinho 1 girou ainda mais emcomparação com o início da cascata na Figura 6. O ângulo de suspensão αi atual pode ser diferente daquele do início da cascata, quando o ângulo de suspensão α era igual ao ângulo de cascata αc. Nesse exemplo específico, a carga 2 foi deslizada significativamente, de modo que o ângulo de suspensão αc atual fosse menor do que o ângulo de cascata αc. Em virtude do torque de acionamento atual ser conhecido como sendo Mi, por exemplo, da corrente do motor do controle do motor, é possível calcular o ângulo de suspensão αi atual em tempo real, usando, por exemplo, a equação:αi = arcsen(Mi/K).
[0028] O ângulo de suspensão α atual pode ser calculado para cadaponto no tempo seguinte ao início da cascata.
[0029] Para o posicionamento do corpo de moinho i na posição derotação βi particular, o corpo de moinho 1 é girado a uma posição de rotação, na qual a posição de rotação de momento β menos o ângulo de suspensão α atual é igual à posição de rotação βi particular.β - α = βi
[0030] Após atingir o ajuste da posição de rotação β , na qual acondição mencionada acima é satisfeita, o moinho é parado e é girado na direção oposta pelo grau do ângulo de suspensão efetivo, quando da interrupção do corpo de moinho. Após isso, o torque de acionamento M é ajustado em zero. A carga 2 fica na posição equilibrada e nenhuma rotação adicional do corpo de moinho 2 ocorre, de modo que o corpo de moinho i se mantém na posição de rotação βi particular.
[0031] Após término da manutenção na posição de rotação βi particular, é possível reiniciar a rotação do corpo de moinho 1 e repetir o procedimento descrito nas Figuras 8 e 9, para parar o corpo de moinho 1 na outra posição de rotação β2 particular. Não é necessário calcular o ângulo de cascata ac ou o fator de enchimento K de novo.LISTA DOS NÚMEROS DE REFERÊNCIA1 - corpo de moinho11 - centro de rotação do corpo de moinho12 - ponto de referência de rotação do corpo de moinho2 - carga21 - centro de gravidade da carga3 - operadora - ângulo de suspensãoar - ângulo de suspensão de referênciaac - ângulo de cascataβ - ângulo de rotação (β) do corpo de moinhoβg - ângulo de rotação determinadoM - torque de acionamentoMr - torque de acionamento de referênciaK - fator de enchimento

Claims (12)

1. Método para determinar um ângulo de suspensão (a) de uma carga (2), dentro de um corpo de moinho (1) de um moinho, que está sendo girado por um sistema de transmissão, sendo que o método compreende as seguintes etapas,a) girar o corpo de moinho (1);b) determinar um ângulo de suspensão de referência (ar) e um torque de acionamento de referência (Mr) correspondente do sistema de transmissão em um ponto de referência no tempo,caracterizado pelo fato de que o método compreende ainda as seguintes etapas:c) calcular um fator de enchimento (K) para o ponto de referência no tempo, com base no ângulo de suspensão de referência (ar) e no torque de acionamento de referência (Mr);d) determinar um torque de acionamento (M) do sistema de transmissão; ee) calcular o ângulo de suspensão (a) com base no torque de acionamento (M) e no fator de enchimento (K).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, após o cálculo do fator de enchimento (K) na etapa (c), o cálculo do ângulo de suspensão (a), pelas etapas (d) e (e), é feito em linha ou em tempo real, após o ponto de referência no tempo.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o corpo de moinho (1) gira com uma velocidade de rotação constante.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que uma variação de volume da carga (2), com o tempo, é determinada e considerada para o cálculo do fator de enchimento (K), na etapa (c), e/ou para o cálculo do ângulo de suspensão (a) na etapa (e).
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a variação do volume da carga (2), com o tempo, é determinada por uso de uma medida de um volume de uma entrada de material no corpo de moinho (1) e de uma medida de um volume de uma saída de material do corpo de moinho (1).
6. Método, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que a variação de volume da carga (2) com o tempo é zero.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o ponto de referência no tempo é um ponto no qual ocorre uma primeira cascata da carga (2).
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a determinação do ângulo de suspensão de referência (ar) usa uma análise do torque de acionamento (M) em função de um ângulo de rotação (β) do corpo de moinho (1) e de um reconhecimento de um aumento do torque de acionamento (M), que é menor do que um incremento predefinido.
9. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a determinação do ângulo de suspensão de referência (ar) usa uma análise do torque de acionamento (M) por um ângulo de rotação (β) do corpo de moinho (1) e uma identificação de um início de oscilações do torque de acionamento (M).
10. Método para posicionar um corpo de moinho (1) de um moinho a um determinado ângulo de rotação (βg), caracterizado pelo fato de que o método compreende as seguintes etapas,a) girar o corpo de moinho (1) a um ângulo de rotação (β*);b) calcular o ângulo de suspensão correspondente (a*) para o ponto no tempo quando o corpo de moinho (1) atinge o ângulo de rotação (β*) usando o método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9; c) repetir as etapas (a) a (b) até que o ângulo de rotação (β *) menos o ângulo de suspensão correspondente (a*) seja igual ao determinado ângulo de rotação (βg); ed) ajustar o torque de acionamento a zero após atingir o ângulo de rotação (β*), que satisfaz a condição da etapa (c).
11. Método para posicionar um corpo de moinho (1) de um moinho a um determinado ângulo de rotação (βg), caracterizado pelo fato de que o método compreende as seguintes etapas,a) girar o corpo de moinho (1) a um ângulo de rotação (β*);b) calcular o ângulo de suspensão correspondente (a*) para o ponto no tempo quando o corpo de moinho (1) atinge o ângulo de rotação (βr), usando um método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9;c) repetir as etapas (a) a (b) até que o ângulo de rotação (β*) menos o ângulo de suspensão correspondente (a*) seja igual ao determinado ângulo de rotação (βg); ed) girar de volta o corpo de moinho (1) usando o sistema de transmissão pelo grau do ângulo de suspensão (a*), após atingir o ângulo de rotação (β*) que satisfaz a condição da etapa (c).
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o sistema de transmissão é controlado por torque, enquanto girando de volta o corpo de moinho (1), e o sistema de transmissão interrompe a rotação quando o torque de acionamento atinge zero.
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