Toshihico Ohashi CONCEITOS BÁSICOS
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- Vítor Gabriel Chaplin Amorim
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1 Palestrante / Speaker: Toshihico Ohashi Metso (Brasil) Uso de Britadores de Impacto de Eixo Vertical (VSI) na Produção de Agregados Vertical Shaft Impact Crushers Utilization in Aggregates Production INTRODUÇÃO A escolha do tema vem do fato de que este tipo de britadores está sendo cada vez mais usado por construtoras e, mais recentemente, também por pedreiras, com excelentes resultados quando se necessita grande produção de finos. Por outro lado, é uma tecnologia relativamente nova e, em função disso, temos visto alguns casos mal sucedidos por falta de maior conhecimento sobre as características desses equipamentos. Espero, portanto, com essa apresentação contribuir para o uso mais efetivo desse tipo de britador que julgo, através de uma experiência de vários anos, ter demonstrado um desempenho muito bom. Vem também complementar a linha dos britadores convencionais. Trata-se de dar uma idéia geral, um primeiro contato, uma apresentação mais conceitual. Vou dar uma rápida idéia da situação dos VSI no Brasil, tipos e características construtivas, aspectos operacionais e algumas aplicações típicas bem resumidas. CONCEITOS BÁSICOS Vou falar de alguns termos que talvez não seja familiar para a maioria:.vsi(vertical Shaft Impactor) - Impactador de Eixo Vertical é um tipo de britador que usa um conceito bem diferente dos britadores tradicionais..autógeno - é um processo mineral, uma ação de britagem que usa o próprio material para britar contra ele mesmo; particularmente, na apresentação, referimos a um tipo de VSI..Shoe and Anvil- não encontrei uma tradução muito boa para o português e preferi adotar o termo original em inglês, que, ao pé da letra, significa "sapata e bigorna"; acho estranho chamar um britador de "sapata e bigorna", portanto vamos manter o nome original; é um tipo de britador que usa a ação de britagem de rocha (material) contra metal..índice de abrasão - muita gente o confunde com o Índice Los Angeles, mas é um parâmetro um pouco diferente; esse índice de abrasão é conhecido como Pensilvânia e mede o poder do material de desgastar as peças metálicas do britador sujeitas a desgaste..work index (WI)- é um parâmetro que indica a resistência do material..cone - gostaria que entendessem o termo como "britadores cônicos de última geração"; gostaria que esquecessem os "cônicos antigos"; hoje temos os "cônicos modernos" que, através dos avanços mecânicos, conseguem competir quase em igualdade com os britadores VSI. CRONOLOGIA DOS BRITADORES VSI Os VSI foram desenvolvidos nos anos 70. Portanto, têm cerca de 30 anos. Esse período de tempo para a tecnologia de britagem significa que os VSI estão ainda na fase de infância, comparados a outros britadores com tecnologia já centenária. No Brasil, ele é ainda mais recente, tendo sido introduzidos nos anos 90. Temos aproximadamente 100 unidades em uso, sendo 85% autógenos e 15% Shoe and Anvil. O uso % liijijpedreira 11CONSTRUTORA O MNERAÇÕE O INDUSTRIAl... EI PEDREIRA 111CONSTRUTORA li PEDREIRA.. CONSTRUTORA 136
2 > - predominante é em obras, principalmente rodoviárias, para fazer finos para asfalto. Mais recentemente, pedreiras que querem produzir areia artificial ou brita de boa cubicidade passaram a utilizá-io. Nos últimos dois anos, a situação se inverteu e temos observado uma crescente demanda das pedreiras por esse tipo de britador, estando numa proporção de 60% para pedreiras. A tendência tem se acentuado. TIPOS E CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS São basicamente três tipos de VSI:.rocha contra metal, que é o Shoe and Anvil;.rocha contra rocha, usando processo autógeno, que pode ser dividido em duas famílias - fluxo simples e duplo fluxo com cascata; e.híbridos, podem ser convertidos em um ou outro tipo acima, e não constituem um grupo muito importante. Shoe and Anvil Embora a ação de impacto seja considerada de alto desgaste, apresenta uma melhoria em relação aos britadores de impacto de eixo horizontal que foi desenvolvido há muito tempo atrás. Outra característica é usar motores verticais acionados por polias e correias V. Podem ser de motorização simples ou duplas, sendo estas para potências acima de 400 HP. Como o desgaste das peças é mais freqüente que outros britadores, existe um sistema de levantamento para um rápido acesso. Isto é padrão para esse tipo de britador. ROCHA CONTRA METAL SHOE & ANVIL Na foto, podem se ver a mesa com os impulsores, os "shoes" ou sapatas, cuja fixação é simples e rápida. Com a mesa girando em grande velocidade, os impulsores arremessam o material contra o revestimento, os "anvils". Vamos ver como o processo funciona no Shoe and Anvil. É um britador com princípio muito simples. O material, através de um tubo de alimentação, entra em uma mesa onde existem alguns impulsores. Isso gira algo em torno de 1000rpm e arremessa o material contra o revestimento, que são os "Anvils" que estão em toda a volta do britador. A ação de britagem é puramente impacto. :: Estes são os princípios desse equipamento, que é bastante simples. Outras fotos mostram o padrão de desgaste. A parte crítica, as sapatas e as bigornas, representa em torno de 80% do custo operacional, em termos de peças de desgaste, desse britador. "-. 137
3 recebendo ação de impacto e de abrasão. BENEFiclOS CASCATA DA Cascade VSI AUTÓGEN( DUPLO FLUXO Roto,. REDUÇÃO DE ENERGIA. AUMENTO DE CAPACIDADE. CONTROLE DA G RANULOMETRIA DO PRODUTO. REDUÇÃO DO CUSTO OPE RACIONAL Autógeno O de duplo fluxo tem a mesma concepção. Porém introduz um fluxo extra por fora do rotor. Este fluxo extra não consome energia e não provoca desgaste nas peças. A dupla ação das partículas dentro da câmara de britagem melhora a transferência da energia, conseguindo-se benefícios com essa configuração, como: redução do consumo de energia; controle da granulometria do produto, pois variando-se a proporção entre a alimentação da cascata e do rotor, consegue-se regular a granulometria do produto. As fotos mostram a câmara de britagem. CÂMARA DE BRITAGEM VAZIA Por fora tem a mesma aparência do "Shoe and Anvil", mas tem uma concepção bem diferente. O material entra pelo tubo alimentador pelo centro. No dg fluxo simples, o material entra dentro de um rotor, que é fechado. Temos o rotor e as janelas de saída. Existem versões com três saídas, quatro saídas, etc.; tipos de rotor diferentes. Nesta CÂMARA DE BRITAGEM COM MORTO O rotor, girando a uma velocidade um pouco maior que do Shoe and Anvil, arremessa o material contra a câmara de britagem para a formação do "morto" com o próprio material. Após alguns segundos, forma-se o "morto" em toda a volta da câmara de britagem e o material passa a ser britado contra o próprio material. Pela geometria desse "morto", o material fica se revolvendo dentro da câmara de britagem, recebendo um jateamento muito forte. O material fica em torno de 5 s a 20 s dentro da câmara 138 foto se vê a cascata que vai formar o "morto". Na outra, temos um "morto" bem construído. Desde que a alimentação seja contínua, ela protege a carcaça.
4 FORMAÇÃO DE MORTO NO ROTOR ssembly Build-up Nos autógenos, o consumo de peças devido ao desgaste é muito pequeno. Outras vistas do "morto": dentro do próprio rotor forma-se um "morto". Vistas das peças de desgaste do rotor e da máquina: são peças leves. Outra vista do "morto": há uma placa guia que segura o "morto" dentro do rotor. A peça mais crítica (em amarelo), que tem um enxerto de tungstênio: é a peça que sofre o maior esforço e o maior desgaste. ROTOR Se o usuário não tomar o cuidado devido, o britador se auto destrói. AÇÃO DE COMINUIÇÃO DOS BRITADORES VSI No caso dos "Shoe and Anvil", duas ações de britagem estão envolvidas: impacto e clivagem. O fluxo que sai do impulsor bate na bigorna e cai imediatamente. O material, portanto, não fica retido na câmara de britagem e não sofre ação de atrito e abrasão que ocorre nos autógenos. Daí, a razão de o AÇÕES DE COMINUIÇÃO Impact"'" e...- Cleavage Abrasion... Attrition!@...., Increasing Rotor Speed Increasing Energy ctmp lower Wear Plate dos autógenos mais do que cúbicos ser arredondados. Os autógenos são, portanto, excelentes para a produção de areia artificial, simulando bastante a areia natural pela superfície mais lisa das partículas. Quanto maior a energia despendida no britador na forma de aumento da velocidade de rotação, maior vai ser a ação de quebra, o que traz como resultado um material não tão bom. A ação de atrito e abrasão é que gera partículas mais cúbicas. Usa-se então o autógeno com baixa velocidade para se produzir produto mais cúbico com correção da lamelabilidade. Nesse caso, não se busca realmente uma ação de britagem. 139
5 ASPECTOS OPERAClONAIS Alguns aspectos operacionais que são importantes correto uso dos britadores VSI. BRITADORES VSI - FAIXA DE APLICAÇÃO.CAPACIDADE:.POTÊNCIA: S&A: tlh (100Ot/h) AUTÓGENO: 10-60Ot/h (1500l/h) S&A: HP AUTÓGENO: HP. TAMANHOMÁXIMO: S&A : 8" - 10" (SECUNDÁRIO) DE ALIMENTAÇÃO. PRODUTO MíNIMO: 3mm (0,6mm) AUTÓGENO: 1" -5" 4" - 5" (TERCIÁRIO) para o CURVAS GRANULO MÉTRICAS 'TIPICAS 'sri2:~ 100 M ó: E "Jf ~--.Jt ~-- j 7~ i.:. ~ ~ : r "t----- j "r, óc, r--' 10r: -'--- --k.:-;. '._.. PARA UMA CAMA DE ROCHAS Em primeiro sugar, uma idéia mais geral de aplicação. No "Shoe and Anvil", a capacidade de produção varia de 100 t/h a 600 t/h. É a faixa mais usual. Porém, já há fabricantes que produzem britadores de grande porte, que podem atingir 1000 t/h. Os autógenos têm normalmente capacidades menores, mas há também autógenos gigantes, na faixa de t/h. São exceções. Em termos de potência, no "Shoe and Anvil", a faixa vai de 100 HP a HP, sendo mais comum entre 200 HP e 400 HP. Nos autógenos, nos pequenos, cerca de 10 HP, podendo ir nos maiores a mais de HP. Em termos de tamanho máximo de partícula admitida, o "Shoe and Anvil" aceita partículas maiores por ter umrotor aberto. São basicamente dois tipos de britadores: os chamados secundários que aceitam blocos de 10", podendo atingir 12"; e os terciários, tamanho máximo de 4" a 5". Deve-se observar que este é o tamanho máximo admissível, mas não é o tamanho ótimo de alimentação, pois quanto maior o bloco alimentado maior será o desgaste. Existe um tamanho ótimo entre o tamanho de alimentação e o produto final. No caso dos autógenos, os maiores britadores admitem, no máximo, com restrições, 5". Nos menores, na faixa de I" e, na média, aceitam partículas entre 2" e 3". O produto mínimo está ma faixa de 3 mm, mas isto não é devido à capacidade dos VSI de produzir frações mais finas, mas sim devido à dificuldade de peneiramento. Peneirar abaixo de 3 mm é algo muito complicado e não é usual. Entretanto, em algumas aplicações industriais, podese chegar a 0,6 mm ou 30 mesh, já entrando na faixa da moagem. M1S D,I5Q 0.~'OO O.iO: I.lõ.M,I I Võ, '.11 " 2' J" 5' A primeira característica está relacionada a work index (WI), dureza e resistência do material. Os VSI são muito sensíveis à variação da dureza, ao contrário dos britadores de cone. Nos de cone, independente da dureza do material, a variação na produção não é muito grande. No caso do VSI, na malha 4, um material bem friável - uma calcita com WI igual a 8 - passa algo em torno de 75%. No caso de um material mais duro - um basalto ou um diabásio - o material passante pode ser de apenas 30%. Isso significa uma diferença superior a 100% da capacidade final de produção de areia artificial, por exemplo. Isto é típico nos autógenos. O "Shoe and Anvil" também tem essa sensibilidade, porém num grau menor. Portanto, o conhecimento do material é fundamental para a correta aplicação dos VSI. Como é importante saber essas características dos materiais, recomenda-se fazer alguns testes. Alguns fabricantes têm suas próprias plantas de teste. A Metso tem uma planta-piloto em Sorocaba-SP que pode simular um circuito fechado e está à disposição dos interessados, caso queiram fazer um teste para conhecer as características de seu material. VSI AUTÓGENO PLANTA PILOTO - SOROCABA I,-l 1: NATUREZA DO MATERIAL Uma característica muito importante, que, se não for levado em conta, pode levar a grandes fiascos, está relacionada com o conhecimento do material a ser britado. 140
6 Desgaste de peças Falando sobre durabilidade das peças de desgaste, pretendo aqui das algumas orientações que vai dar uma boa idéia da durabilidade das peças em cada um dos tipos de VSI, o que reflete nos custos operacionais. DURABILIDADE DAS PEÇAS DE DESGASTE VSI S&A vs VSI AUTÓGENO vs CONE !!l ê J: o O 0,2 0,4 0,6 0,8 pj NOTA, PEÇAS CONSlCERADAS -S&A - AlJTOOENO CONE observado a aplicaçãoaté a faixa do basalto. As peças - no caso os impulsores - têm uma durabilidade de 50 h a 60 h, que já é um desgaste muito grande. Para faixas acima, caso do granito, uma durabilidade de 20 h a 30 h torna seu uso inviável. Então, o uso do "Shoe and Anvil" tem-se restrito a calcários e basaltos. A durabilidade das peças do "Shoe and Anvil" ainda é influenciado por outros fatores. A alimentação com material úmido reduz a vida em 10% a 30%. A alimentação fina, que não é bom para máquina de impacto, reduz também a durabilidade. A velocidade também é outro fator de redução. Quanto maior, proporcionalmente menor a vida útil. VSI ROCHA CONTRA METAL OUTROS FATORES QUE AFETAM A DURABILIDADE DAS PEÇAS DE DESGASTE FATORES % DA DURABILIDADE NOMINAL COM U~IIDA[)E "A.IMPULSORES AUTÓGENo.PONTAS CONE.MANTO Osconestêm uma sensibilidade à abrasividade não muito grande. Evidentemente, quanto mais abrasivo o material mais desgaste vai haver. Entretanto, não chega a ser um fator crítico para uma faixa média de abrasividade. Para essa faixa, a durabilidade está entre 500 h e 1000 h. Os autógenos têm uma perda maior de durabilidade, embora nesta faixanão seja crítica.no caso de um granito - na faixa de 0,5 - a durabilidade varia de 100 h a 150 h. Já na faixa de 0,8 - caso dos quartzitos - a durabilidade cai bastante, ficando na faixa de 80 h a 100 h. VSI ROCHA CONTRA METAL VIDA DOS IMPULSORES vs Ai ALIMENTAÇÃO FINA VELOCIDADE!'.EX.I'ARA">",'" (;onu)''''u=7i % DA DURABlLI[)ADE EM RELAÇ,\O A VEL.DE5<)",', TESTE DE ABRASÃO PENNSYL VANNIA LABORATÓRIO DE BRITAGEM - SOROCABA 400 ~ 350..c: i 300 ~ 250 ~ 200 :: (ij ê5 :;: 50 O 0,2 0,4 0,6 0,8 NOTA: Alim. Seca, 5 Impulsores, 50m/s Para o "Shoe and Anvil", a àbrasividade é um fator bastante crítico. Trata-se de um fator crucial na escolha desse tipo de britador. O gráfico ilustra bem esse fato. A faixa de 0,1 é o caso do calcário; 0,2 é um calcário mais abrasivo; 0,3 é o basalto e 0,5, o granito. Nós temos Ai NOTA: AMOSTRA NECESSÁRIA: 1,6kg NA FAIXA %" - V," Um teste muito simples pode determinar a aplicabilidade do "Shoe and Anvil". A foto mostra um aparelho que mede a abrasividade Pensilvânia. Consiste de um tambor que tem um rotor interno e tem uma palheta que também gira. A quantidade de material necessária para um teste é pequena -1,6 kg de material de W' a %". O teste é muito rápido e determina o índice de abrasão e dá uma idéia do consumo das peças de desgaste nos britadores. Este teste está também à disposição dos interessados. CUSTO OPERACIONAL É somente uma orientação. O custo operacional do "Shoe and Anvil" dispara com o aumento da abrasividade. O custo operacional dos autógenos fica próximo do custo dos cones pelo menos no Brazil mas depende da relação de 141
7 FORMAÇÃO DE MORTO NO ROTOR ssembly -- Build-up.~ Trail Plate Nos autógenos, o consumo de peças devido ao desgaste é muito pequeno. Outras vistas do "morto": dentro do próprio rotor forma-se um "morto". Vistas das peças de desgaste do rotor e da máquina: são peças leves. Outra vista do "morto": há uma placa guia que segura o "morto" dentro do rotor. A peça mais crítica (em amarelo), que tem um enxerto de tungstênio: é a peça que sofre o maior esforço e o maior desgaste. ROTOR Se o usuário não tomar o cuidado devido, o britador se auto destrói. AÇÃO DE COMINUIÇÃO DOS BRITADORES VSI No caso dos "Shoe and Anvil", duas ações de britagem estão envolvidas: impacto e clivagem. O fluxo que sai do impulsor bate na bigorna e cai imediatamente. O material, portanto, não fica retido na câmara de britagem e não sofre ação de atrito e abrasão que ocorre nos autógenos. Daí, a razão de o AÇÕES DE COMINUIÇÃO Impact.l!t;f{B"...""... Cleavage Abrasion.~..... Attrition1IJIlJ}" Increasing Rotor Speed Increasing Energy dujp Lower Wear Plate dos autógenos mais do que cúbicos ser arredondados. Os autógenos são, portanto, excelentes para a produção de areia artificial, simulando bastante a areia natural pela superfície mais lisa das partículas. Quanto maior a energia despendida no britador na forma de aumento da velocidade de rotação, maior vai ser a ação de quebra, o que traz como resultado um material não tão bom. A ação de atrito e abrasão é que gera partículas mais cúbicas. Usa-se então o autógeno com baixa velocidade para se produzir produto mais cúbico com correção da lamelabilidade. Nesse caso, não se busca realmente uma ação de britagem. 139
8 Os pontos positivos específicos do "Shoe and Anvil" são: tolerância ao tamanho máximo de alimentação boa relação de redução - por ser material contra metal, tem uma transferência de energia melhor. Os pontos positivos dos autógenos são: produtos característica de excelente cubicidade - é a sua principal curva de produto constante ao longo da vida útil das peças de desgaste, ao contrário de outros britadores alta geração de finos - a geração é controlável e desejandose gerar menos finos é possível custo operacional muito baixo em relação ao "5hoe and Anvil" Os pontos negativos ou restrições dos V5I são: carga circulante - como se viu na curva apresentada, por apresentar circulante menor maior redução, normalmente gera uma carga. para um boa operação, deve haver um bom treinamento - é um ponto crítico. interversões mais constantes - se passar a vida útil das peças, o britador se autodestrói em algumas horas; ao se introduzir as máquinas no Brasil, houve problemas, pois os operadores não tinham conhecimento suficiente e deixavam rodar como se fosse um cone e, quando percebiam o problema, não havia mais o rotor ; deve haver, portanto, um programa de reeducação do pessoal de operação e manutenção para se adequar ao tipo de intervenção necessária para esses britadores. menor possibilidade de ajuste da curva do produto - nos cones, ajustando-se a abertura, regula-se facilmente; nos VSI, ajuste da velocidade é mais trabalhosa, com a necessidade de troca de polias. Especificamente para o "Shoe and Anvil":. altera a curva do produto à medida que há o desgaste das peças - o produto final vai se tornando mais grosso, a carga circulante aumenta e a capacidade cai com o desgaste das peças. custo operacional- aplicação fica restrita a rochas de baixa e média abrasividade. Especificamente para os autógenos:. transferência menos efetiva de energia - leva a menor grau de redução e gera uma carga circulante mais alta. peneiramento - deve ser muito bem dimensionada. limitação do tamanho máximo - por ser um rotor fechado, se a alimentação for com tamanhos maiores do que a saída, pode engaiolar e desbalancear o rotor que gira a uma velocidade muito mais sensíveis alta, trazendo problemas para as partes. o tungstênio é muito resistente à abrasão, mas é frágil ao impacto - se houver metal na alimentação, pode quebrar facilmente, tornando obrigatório o uso de detector de metais e/ ou extrator magnético. a obras com pó produzido por esse tipo de britador na região do basalto, com bom resultado. aplicação típica para calcário, abrasividade baixa ou média basalto, rochas de. produtos que não exijam grande qualidade em relação à cubicidade - na literatura, consta que os "Shoe and Anvil" têm boa correção de cubicidade, porém, na prática, tem-se visto que a correção, em muitos casos, não corresponde; quem aplica esse britador esperando melhorar a forma pode ter surpresas desagradáveis; deve-se fazer um ensaio antes para confirmar a possibilidade da aplicação. Para os autógenos:. produção de agregados altamente cúbicos - britas mais arredondadas bombeáveis para as concreteiras; próprio para concretos. obras rodoviárias - brita para asfaltos com alto teor de finos. barragens de hidrelétricas - boa parte emprega autógenos para concreto rolado e para concreto convencional, fazendo areia que substitui em 100% a areia natural - é um novo conceito de produção transtornos de areia seca que evita muitos APLICAÇÕES TÍPICAS Para o "5hoe and Anvil":. produção de agregados com uma boa porcentagem de finos. pedreiras e obras rodoviárias - as pedreiras têm atendido 143
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