Los expertos soviéticos en molienda descubrieron que, en los molinos equipados con diafragmas de separación, la molienda excesiva provoca que las partículas finas se aglomeren y se adhieran a los revestimientos y a los medios de molienda, lo que reduce la eficiencia de la molienda. Cuando la capa de material adherido a las bolas de acero y a los revestimientos alcanza los 200 μm, la energía de impacto se reduce en un 80%.

Los expertos también descubrieron que solo aproximadamente la mitad de los medios de molienda participan realmente en el proceso de molienda; el resto forma una capa densa en la zona central del molino, que gira junto con la carcasa durante el funcionamiento y contribuye muy poco a la acción de molienda. Partiendo de esta base, propusieron y diseñaron el diafragma de separación inclinado.

Este diafragma está formado por una hilera de barras redondas de acero dulce A3, cada una de 90 mm de diámetro. Estas barras están dispuestas de manera que forman un plano inclinado en un ángulo determinado respecto al eje de rotación del molino, con unas distancias específicas entre ellas. El plano ensamblado se fija a la carcasa del molino mediante pernos que atraviesan unas placas de fijación soldadas en ambos extremos.

El principio de funcionamiento de la rampa diafragma de separación se muestra en la figura 2.24.

Como se puede observar en la figura 2.24, cuando el molino equipado con un diafragma de separación inclinado está en funcionamiento, las posiciones de la parte superior e inferior del diafragma, así como las posiciones de los medios de molienda y del material, cambian constantemente: cuando el diafragma se encuentra en la posición I En la figura, la longitud del compartimento de trituración gruesa L₁ es la más corta, mientras que la altura de apilamiento h₁ la cantidad de medios de molienda en este compartimento es máxima; al mismo tiempo, la longitud del compartimento de molienda fina L₃ alcanza su máxima longitud (L₃ = L₂ + △L), y la altura de apilamiento h₂ de los medios de molienda en este compartimento es mínima. Cuando la carcasa del molino gira 180° y el diafragma inclinado alcanza la posición II (como se muestra con las líneas discontinuas en la figura), la longitud del compartimento de molienda gruesa aumenta en △L y alcanza su valor máximo (△L = D / tan α, donde D es el diámetro interior efectivo del molino tubular y α es el ángulo entre el diafragma y el eje longitudinal del molino). En este punto, los medios de molienda y el material del compartimento de molienda gruesa se desplazan longitudinalmente una distancia de △L, y la altura de apilamiento de los medios de molienda en dicho compartimento alcanza su valor mínimo. La situación en el compartimento de molienda fina es la contraria: la longitud del compartimento disminuye en △L y alcanza su valor mínimo, mientras que la altura de apilamiento de los medios de molienda aumenta hasta su valor máximo. De este modo, durante el funcionamiento del molino, las posiciones de la parte superior e inferior del diafragma inclinado cambian de forma periódica y continua, y los medios de molienda de los compartimentos también experimentan un movimiento longitudinal periódico, lo que intensifica la acción de molienda. La razón del movimiento longitudinal de los medios de molienda es que el ángulo de inclinación de instalación del diafragma es mayor que el ángulo de reposo natural de los medios de molienda, por lo que no requiere un aporte de energía adicional. Cabe señalar que el ángulo de reposo natural de los cilindros de acero (cylpebs) es mayor que el de las bolas de acero; por lo tanto, un molino tubular equipado con un diafragma de separación inclinado no debe utilizar cilindros de acero, sino pequeñas bolas de acero de φ25–30 mm.

Figura 2.24 Principio de funcionamiento del diafragma de separación inclinado

1—Carcasa; 2—Compartimento de trituración gruesa; 3—Dispositivo de diafragma con tabique inclinado; 4—Compartimento de trituración fina; 5—Rejilla de descarga; 6—Medios de trituración

Las aberturas de la rejilla del diafragma de separación inclinado están dispuestas únicamente en la zona que entra en contacto con el material en el compartimento de molienda gruesa; no debe haber aberturas de rejilla en la zona que entra en contacto con el material en el compartimento de molienda fina. De este modo, durante la rotación del diafragma inclinado desde la posición I a la posición II, tanto los medios de molienda como el material de la sección △L del compartimento de molienda gruesa se elevan y, a continuación, se desplazan hacia abajo a lo largo de su superficie. En ese momento, las partículas finas pasan a través de las aberturas de la rejilla hacia el compartimento de molienda fina, mientras que las partículas gruesas vuelven a la sección L₁ del compartimento de molienda gruesa para ser molidas de nuevo.

En resumen, en un molino equipado con un diafragma de separación inclinado, no solo se elimina la “capa estática” (capa muerta) de los medios de molienda —lo que intensifica el impacto y la acción de molienda de los medios—, sino que también se mejora la clasificación del material dentro del molino y se reduce el sobremolido. En consecuencia, la eficiencia de molienda es elevada.

La antigua Unión Soviética llevó a cabo ensayos con un molino de cemento de Φ4 × 13,5 m equipado con un diafragma de separación inclinado. El ángulo de inclinación del diafragma era de 42,5°, el índice de llenado del primer compartimento era de 0,30, el del segundo compartimento era de 0,25, la relación de velocidad del molino era de 76% y la velocidad de funcionamiento era de 16,3 r/min. Con una reducción total de la carga de medios de molienda de 60 toneladas, la producción del molino aumentó en 15,29%; la producción por kilogramo de medios de molienda fue 40% superior a la obtenida con un diafragma vertical; el consumo de energía por unidad disminuyó en 25,8%; la potencia necesaria disminuyó en 14,51 TP3T, la corriente requerida para el accionamiento principal descendió de 310 A a 240 A, la temperatura del material de descarga disminuyó en unos 10 °C, las temperaturas del aceite lubricante y del cojinete principal descendieron entre 10 y 15 °C, la temperatura de los cojinetes del motor del accionamiento principal disminuyó entre 3 y 8 °C, y la temperatura de los devanados del rotor y del estator disminuyó entre 10 y 12 °C.

La planta de materiales de construcción de Changshu, en China, llevó a cabo pruebas comparativas de producción con los molinos de materia prima MB1577 y los molinos MB1870, ambos con diafragmas de separación verticales e inclinados. Los resultados se muestran en la tabla 2.8.

Tabla 2.8: Resultados de las pruebas comparativas de productividad entre la instalación de placas de separación verticales y la instalación de placas de separación inclinadas

Las pruebas realizadas en fábrica también revelaron que:

(1) Dado que la superficie del diafragma de separación inclinado es 30%–45% mayor que la del tipo vertical, y que los huecos entre las barras inclinadas son más anchos que las ranuras del diafragma vertical, se mejora la ventilación interna del molino: la presión negativa en el interior del molino, que inicialmente era inferior a 10 MPa, aumentó hasta alcanzar los 30–50 MPa tras instalar el diafragma inclinado.

(2) El consumo de medios de molienda se ha reducido: al principio había que añadir entre 6 y 9 t cada 10 días, mientras que ahora solo se añaden 6 t cada dos meses.

(3) El índice de funcionamiento del molino alcanzó los 891 TP3T, lo que indica que el diafragma de separación inclinado es fiable.

(4) El cambio de un diafragma de separación vertical a uno inclinado no implica modificar las dimensiones geométricas ni la velocidad de rotación de la carcasa del molino, ni requiere aumentar la potencia del motor; además, es fácil de llevar a cabo.

(5) La densidad de llenado de las bolas de acero en el primer compartimento debe reducirse adecuadamente (hasta unos 20%) para proporcionar espacio suficiente para que las bolas se muevan libremente y aprovechen al máximo su energía cinética. El diámetro medio de las bolas del primer compartimento debe reducirse entre 10 y 20 mm.

(6) El segundo compartimento debe cargarse con bolas de acero. Si, en su lugar, se utilizan cilindros de acero (cylpebs), su carga debe aumentarse adecuadamente (en aproximadamente 10%) para equilibrar la capacidad de molienda del segundo compartimento con la del primero. Esto se debe a que, en un molino con diafragma inclinado, la fluidez de los cilindros es menor, y la mejora en la capacidad de molienda del compartimento de cilindros no es tan grande como la del compartimento de bolas.

(7) El ángulo de inclinación del diafragma de separación inclinado con respecto a la horizontal debería situarse, preferiblemente, entre 42° y 60°.

(8) El efecto de clasificación (cribado) del diafragma de separación inclinado no es óptimo: cuando el diafragma se encuentra en la posición I de la figura 2.24, la altura de los medios de molienda y del material en el compartimento delantero es mayor que en el compartimento trasero, lo que provoca que una gran cantidad de material fluya hacia atrás, hacia el compartimento trasero; cuando el diafragma se encuentra en la posición II, la altura en el compartimento trasero es mayor que en el delantero, y una gran cantidad de material fluye hacia delante, hacia el compartimento delantero. Este fenómeno da lugar a unas condiciones de molienda inestables en el interior del molino. Además, el ángulo que forma el diafragma inclinado con la carcasa del molino crea una zona de retención (zona muerta), en la que se restringe el movimiento longitudinal de los medios de molienda y su acción de molienda no puede desarrollarse plenamente.