Imagen 1. Molinos de bolas thyssenkrupp con descanso en la carcasa, marca Polysius.

Molinos de bolas con descanso circunferencial: Técnica de molienda a escala industrial

Este diseño permite simplificar la fabricación típica de la carcasa del molino, la entrada se puede adaptar a las necesidades del cliente y del proceso, es posible un mayor grado de llenado y ahorrar hasta un 20% de superficie de instalación.

*Artículo preparado por Jürgen Remmers, gerente de Producto de Molinos de Bolas de thyssenkrupp Industrial Solutions.

Los molinos de bolas de thyssenkrupp, diseñados con descanso circunferencial en la carcasa (Imagen 1) han demostrado su eficacia en la industria del cemento hace décadas y a la fecha esta tecnología cuenta con importantes referencias en la minería de cobre, oro y plata, entre otros minerales, en condiciones de molienda de roca competente.

Los molinos de bolas con descanso circunferencial más grandes a nivel mundial comenzaron su puesta en marcha a fines de 2015, con positivos resultados. Por ejemplo, en la mina peruana de rajo abierto Cerro Verde, la molienda final del mineral pre-titurado es procesado en los diez molinos de bolas marca Polysius, los más grandes de thyssenkrupp Industrial Solutions.

En 2005 Cerro Verde implementó los primeros cuatro molinos de bolas thyssenkrupp, de 7,3 metros de diámetro por 11 m de longitud, cada uno con una potencia de 12 MW. Desde fines de 2015, con la puesta en marcha del proyecto Cerro Verde II, la minera peruana pasó de procesar 120.000 ton/día a 360.000 ton/día de mineral de cobre. El aumento en la capacidad de tratamiento se realizó a través de la incorporación de seis molinos de bolas de la empresa, de 8,2 m de diámetro por 14,6 m longitud, cada uno con motor anillo con una potencia de 22 MW.

Diferencias en diseño

En el transcurso de más de 100 años de evolución de molinos de bolas, se han establecido dos tipos de diseño (Imagen 2). Por un lado, la línea tradicional, cuyo descanso se realiza sobre los muñones; y por otro, el diseño con descanso circunferencial en la carcasa, cada vez más utilizado en la industria minera.

Imagen 2. Molinos de bolas establecidos.

Imagen 2. Molinos de bolas establecidos.

Hace aproximadamente 30 años thyssenkrupp introdujo el concepto de descanso circunferencial en todos sus molinos de bolas. Este tipo de diseño permite simplificar de manera significativa la fabricación típica de la carcasa del molino, tradicionalmente una mezcla entre piezas fundidas y soldadura utilizada en el descanso, dado que posibilita el uso de planchas de acero para las tapas en cada extremo soldadas a la carcasa, con un descanso circunferencial sobre un patín de deslizamiento hidráulico en cada extremo, que permite el giro (Imagen 3).

Imagen 3. Molino de bolas con descanso en la carcasa.

Imagen 3. Molino de bolas con descanso en la carcasa.

Este elemento diferenciador en su diseño redunda en mejoras en los costos operacionales y de capital (Opex/Capex) del molino y además aumenta la confiabilidad de suministro y operación.

Entrada de molino

Como los cabezales del molino tradicional, con descanso en el muñón, son tanto el punto de descanso del molino como la entrada del mineral, hay restricciones de diseño en la entrada y la salida del equipo. En tanto, en los molinos con descanso circunferencial en la carcasa se puede adaptar la entrada a las necesidades del cliente y del proceso.

Es así como ya se ha efectuado una entrada visiblemente más corta (Imagen 4). Esto entrega al cliente, aparte de un largo menor en la instalación del molino, ventajas para el flujo de material y el acceso con equipos auxiliares (por ejemplo, manejo de revestimientos), lo que a su vez, tiene influencia en la disponibilidad total del molino.

Imagen 4. Entrada de molinos con descanso en el muñón y en la carcasa.

Imagen 4. Entrada de molinos con descanso en el muñón y en la carcasa.

Abertura de entrada y salida

Adicionalmente, las aberturas de entrada y salida se puedan diseñar a la medida de la necesidad operacional, lo que ofrece la opción de construir aberturas más pequeñas o más grandes (Imagen 5), adaptándose de forma óptima a las condiciones de proceso.

Imagen 5. Flexibilidad de llenado en trituradores de bolas con descansos circunferenciales.

Imagen 5. Flexibilidad de llenado en trituradores de bolas con descansos circunferenciales.

Por ende, en contraste con los equipos con descanso en el muñón, el molino con descanso circunferencial en la carcasa permite un mayor grado de llenado, de 38%, por lo cual se aumenta la energía de molienda al mineral.

Asimismo, es posible ahorrar hasta un 20% de superficie de instalación y edificación (Imagen 6). Esto, gracias a que se pueden diseñar y construir molinos más compactos, con el mismo rendimiento, o agregar más rendimiento al material, con el mismo tamaño de construcción, y así aumentar la producción.

Imagen 6. Comparación de áreas de instalación.

Imagen 6. Comparación de áreas de instalación. 

Además, se distribuyen las fuerzas del peso en la carcasa directamente en su origen, sin desviarse a través de paredes frontales apernadas y el muñón fundido.

Cálculo por Elementos Finitos ahorra peso

En el área de cálculos de molinos, hace más de 35 años thyssenkrupp se apoyó en la aplicación del método de cálculo por Elementos Finitos, desconocido en aquella época, pero que hoy en día es un estándar industrial. A través de esta metodología, se pudo diseñar el molino con planchas de acero optimizadas, que redundan en construcciones robustas y económicas a la vez.

En consecuencia, en vez de apernar las secciones de la carcasa del molino bajo el diseño tradicional, éstas se unen con soldadura realizada en terreno, obteniéndose mayores ventajas en diseño y costos al no requerir flanges para pernos.

Los molinos del tamaño operados por Cerro Verde o Sierra Gorda no pueden ser construidos y transportados en una sola pieza; se suministran típicamente en secciones con flanges que se apernan en la faena. Para ello, se aplicó el proceso móvil Polweld, desarrollado por la empresa hace más de 20 años. El diseño de carcasa soldada no necesita flanges y tiene una mayor rigidez, con un peso menor, que las carcasas apernadas.

Descanso circunferencial

Los molinos con descanso circunferencial cuentan con una carcasa cilíndrica de acero, cuyas tapas se sueldan a la carcasa. Ésta descansa en dos anillos de rodadura integrados. El descanso consiste en cuatro a seis zapatas de descanso con una capa de metal blanco, en las cuales gira la carcasa cilíndrica.

El posicionamiento de las zapatas de descanso, desarrollado por thyssenkrupp, se hace por cilindros hidráulicos, cuya presión operacional (hasta 180 bar) se equilibra a través del concepto maestro-esclavo (un cilindro maestro equilibra uno o dos cilindros esclavos). De esta manera, se obtiene una carga radial pareja, que proporciona, en gran medida, un descanso libre de mantenimiento.

En cada extremo, varios miles de litros de aceite mineral de alta viscosidad llevan a un movimiento con poca fricción, lo que significa que el cilindro gira en zapatas de descanso hidrostáticas o hidrodinámicas, apoyado sobre una película delgada de aceite.