Evaluation of the vertical stirred mills screw liner wearing in laboratory-scale and using discrete element method
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Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Avaliação do desgaste do revestimento do agitador de moinhos verticais através da execução de testes de laboratório e simulações com o método dos elementos discretos
Primeiro orientador
Membros da banca
Maurício Guimarães Bergerman
Luís Cláuzio de Rennó Machado
Vladmir Kronemberger Alves
Luís Cláuzio de Rennó Machado
Vladmir Kronemberger Alves
Resumo
The increasing pressure to unlock value from fine grained and low-grade ore deposits
increases the industry’s reliance on energy efficient fine grinding technologies. In fine
grinding applications, gravity induced stirred mills presents a better energy performance
in comparison to conventional tumbling ball mills. While energy efficiency, scale up and
modelling are widely discussed in the literature, the liner wear of the screw agitators is a
less-researched topic. The screw liner wear affects all the important equipment
operational costs, namely energy consumption, grinding media consumption and the cost
of the liner itself. In this sense, the current strategy for wear compensating is to maintain
constant electrical power by increasing mill media filling during the liner lifecycle. In this
study, different approaches were used to provide a better understanding about the effects
of the screw liner wear and recharging media strategy on the performance of gravity
induced stirred mills. Test work was performed using a laboratory scale wet grinding with
an itabirite iron ore. Specific energy, particle size distribution and the size specific energy
approach (SSE) were compared in the results. The test data qualitatively demonstrate a
tendency for greater reduction in the SSE when operating with constant filling.
Additionally, Discrete Element Method (DEM) simulations were performed. Three
dimensional measurements of wear, in a full-scale equipment, were used to correlate the
simulation results. Wear design, wear measurements, particle collision spectra,
simulation power and particle trajectory were evaluated at different wear stages. The
DEM simulations model setup was applied for the experimental conditions tested in
laboratory scale. The simulation outputs were used to gather a better understanding about
experimental results. Lastly, a non-intrusive and low-cost method was applied for
monitoring the agitator screw liner wear. The method is based on electrical
measurements, vibration signature and spectral analysis. Experimental data was obtained
at Minas-Rio Project, an Anglo-American iron ore processing plant , located in Brazil.
The results indicate a reasonable potential to provide a good correlation with liner wear
conditions.
Abstract
A crescente escassez de recursos minerais faz com que a exploração de depósitos de
reduzidos teores e complexas mineralogias se apresente como uma nova realidade no
setor mineral. Esse fato eleva a dependência da indústria às tecnologias de moagem que
apresentam maior eficiência energética, como é o caso dos moinhos verticais de carga
agitada. Embora sua eficiência energética e modelagem sejam discutidas na literatura, o
desgaste do revestimento da espiral se apresenta como um tópico pouco abordado. Esse
desgaste afeta os principais componentes do custo operacional do equipamento, que são
o consumo energético, consumo de carga moedora e o custo de substituição do próprio
revestimento. Nesse sentido, a estratégia atual de compensação do desgaste consiste na
manutenção da energia elétrica em um nível constante, através do aumento do enchimento
de carga moedora do moinho durante um ciclo de vida útil do revestimento. Neste estudo,
diferentes abordagens foram usadas no intuito de promover uma melhor compreensão
sobre o desgaste e seus efeitos na performance da moagem. Experimentos foram
realizados usando um moinho vertical de laboratório e os conceitos de energia específica,
distribuição granulométrica e energia específica de tamanho (Size Specific Energy - SSE).
Os resultados apontam para uma tendência de elevada redução na energia específica de
tamanho (SSE) ao operar com enchimento constante. Adicionalmente, foram realizadas
simulações de desgaste usando o Método dos Elementos Discretos (DEM). Os resultados
obtidos foram comparados com medições de desgaste realizadas em um VTM-1500, a
partir do escaneamento tridimensional dos revestimentos, em distintas condições de
desgaste. De forma similar, simulações DEM foram realizadas para avaliação das
condições experimentais testadas em escala de laboratório. Os resultados foram usados
na obtenção de um melhor entendimento dos resultados experimentais. Por fim, um
método não invasivo e de baixo custo foi aplicado para monitoramento do desgaste do
revestimento da espiral, utilizando variáveis elétricas e vibracionais. Os resultados
indicam um relativo potencial para uso das informações na obtenção de um indicador das
condições do desgaste do revestimento.
Assunto
Engenharia de minas, Tecnologia mineral, Moagem (Beneficiamento de minério), Simulação (Computadores digitais)
Palavras-chave
Vertimill, Tower mill, Liner wear, Fine grinding, Size specific energy