Especialistas soviéticos em moagem descobriram que, em moinhos equipados com diafragmas de divisão, a moagem excessiva faz com que partículas finas se aglomerem e adiram aos revestimentos e aos meios de moagem, reduzindo assim a eficiência da moagem. Quando a camada de material aderido às esferas de aço e aos revestimentos atinge 200 μm, a energia de impacto é reduzida em 80%.

Os especialistas também constataram que apenas cerca de metade dos meios de moagem participa efetivamente do processo de moagem; o restante forma uma camada densa na região central do moinho, girando junto com o invólucro durante a operação e contribuindo pouco para a ação de moagem. Com base nisso, eles propuseram e projetaram o diafragma divisório inclinado.

Esse diafragma é composto por uma fileira de barras redondas de aço macio A3, cada uma com 90 mm de diâmetro. Essas barras estão dispostas de forma a formar um plano inclinado em um determinado ângulo em relação à linha central de rotação do moinho, com espaçamentos específicos entre elas. O plano montado é fixado ao invólucro do moinho por meio de parafusos que passam por placas de fixação soldadas em ambas as extremidades.

O princípio de funcionamento do inclinado diafragma divisório é mostrado na Figura 2.24.

Conforme pode ser observado na Figura 2.24, quando o moinho equipado com um diafragma divisório inclinado está em operação, as posições da parte superior e inferior do diafragma, bem como as posições dos meios de moagem e do material, estão em constante mudança: quando o diafragma está na posição I na figura, o comprimento do compartimento de moagem grossa L₁ está no seu comprimento mínimo, enquanto a altura de empilhamento h₁ a concentração dos meios de moagem neste compartimento está no seu máximo; ao mesmo tempo, o comprimento do compartimento de moagem fina L₃ está no seu comprimento máximo (L₃ = L₂ + △L), e a altura de empilhamento h₂ da quantidade de meios de moagem neste compartimento está no mínimo. Quando o invólucro do moinho gira 180° e o diafragma inclinado atinge a posição II (indicado pelas linhas tracejadas na figura), o comprimento do compartimento de moagem grossa aumenta em △L e atinge seu valor máximo (△L = D / tan α, onde D é o diâmetro interno efetivo do moinho tubular e α é o ângulo entre o diafragma e o eixo longitudinal do moinho). Nesse ponto, os meios de moagem e o material no compartimento de moagem grossa se deslocam longitudinalmente uma distância de △L, e a altura de empilhamento dos meios de moagem no compartimento de moagem grossa atinge seu mínimo. A situação no compartimento de moagem fina é oposta: o comprimento do compartimento diminui em △L e atinge seu mínimo, enquanto a altura de empilhamento dos meios de moagem aumenta até seu máximo. Dessa forma, durante a operação do moinho, as posições da parte superior e inferior do diafragma inclinado mudam de maneira periódica e contínua, e os meios de moagem nos compartimentos também passam por um movimento longitudinal periódico, intensificando assim a ação de moagem. A razão para o movimento longitudinal dos meios de moagem é que o ângulo de inclinação de instalação do diafragma é maior do que o ângulo natural de repouso dos meios de moagem, não exigindo entrada adicional de energia. Deve-se observar que o ângulo natural de repouso dos cilindros de aço (cylpebs) é maior do que o das esferas de aço; portanto, um moinho tubular equipado com um diafragma divisório inclinado não deve utilizar cilindros de aço, mas sim pequenas esferas de aço de φ25–30 mm.

Figura 2.24 Princípio de funcionamento do diafragma de divisória inclinada

1 — Invólucro; 2 — Compartimento de moagem grossa; 3 — Dispositivo de diafragma com divisória inclinada; 4 — Compartimento de moagem fina; 5 — Grelha de descarga; 6 — Meios de moagem

As aberturas da grade do diafragma divisório inclinado estão dispostas apenas na área que entra em contato com o material no compartimento de moagem grossa; não devem ser previstas aberturas de grade na área que entra em contato com o material no compartimento de moagem fina. Dessa forma, durante a rotação do diafragma inclinado da posição I para a posição II, tanto os meios de moagem quanto o material na seção △L do compartimento de moagem grossa são elevados e, em seguida, deslocam-se para baixo ao longo de sua superfície. Nesse momento, as partículas finas passam pelas aberturas da grade para o compartimento de moagem fina, enquanto as partículas grossas são devolvidas à seção L₁ do compartimento de moagem grossa para remoagem.

Em resumo, em um moinho equipado com um diafragma divisório inclinado, não só a “camada estática” (camada morta) dos meios de moagem é eliminada — intensificando, assim, o impacto e a ação de moagem dos meios —, como também a classificação do material dentro do moinho é aprimorada e a moagem excessiva é reduzida. Consequentemente, a eficiência de moagem é elevada.

A antiga União Soviética realizou testes em um moinho de cimento de Φ4 × 13,5 m equipado com um diafragma divisório inclinado. O ângulo de inclinação do diafragma era de 42,5°, a taxa de enchimento do primeiro compartimento era de 0,30, a do segundo compartimento era de 0,25, a relação de velocidade do moinho era de 76% e a velocidade de operação era de 16,3 r/min. Com uma redução total na carga de meios de moagem de 60 toneladas, a produção do moinho aumentou em 15,29%; a produção por quilograma de meios de moagem foi 40% maior do que com um diafragma vertical; o consumo de energia por unidade diminuiu em 25,8%; a potência necessária diminuiu em 14,51 TP3T, a corrente necessária para o acionamento principal caiu de 310 A para 240 A, a temperatura do material de descarga diminuiu cerca de 10 °C, as temperaturas do óleo lubrificante e do mancal principal caíram entre 10 e 15 °C, a temperatura do mancal do motor do acionamento principal diminuiu de 3 a 8 °C, e a temperatura dos enrolamentos do rotor e do estator diminuiu de 10 a 12 °C.

A Fábrica de Materiais de Construção de Changshu, na China, realizou testes comparativos de produção em moinhos de matéria-prima MB1577 e moinhos MB1870, ambos com diafragmas de divisão verticais e inclinados. Os resultados estão apresentados na Tabela 2.8.

Tabela 2.8: Resultados dos testes de comparação de produtividade entre a instalação de placas divisórias verticais e a instalação de placas divisórias inclinadas

Os testes de fábrica também demonstraram que:

(1) Como a área do diafragma de divisória inclinada é 30%–45% maior do que a do tipo vertical, e os espaços entre as barras inclinadas são mais largos do que as ranhuras do diafragma vertical, a ventilação interna do moinho é melhorada: a pressão negativa no interior do moinho, originalmente inferior a 10 MPa, aumentou para 30–50 MPa após a instalação do diafragma inclinado.

(2) O consumo de meios de moagem diminuiu: inicialmente, era necessário adicionar de 6 a 9 t a cada 10 dias; agora, são adicionadas apenas 6 t a cada 2 meses.

(3) A taxa de operação do moinho atingiu 89%, o que indica que o diafragma de divisão inclinado é confiável.

(4) A substituição de um diafragma de divisão vertical por um inclinado não implica a alteração das dimensões geométricas nem da velocidade de rotação do corpo do moinho, nem requer o aumento da potência do motor; trata-se de uma medida fácil de implementar.

(5) A taxa de enchimento das esferas de aço no primeiro compartimento deve ser adequadamente reduzida (para cerca de 20%) a fim de proporcionar espaço suficiente para que as esferas se movimentem livremente e utilizem plenamente sua energia cinética. O diâmetro médio das esferas no primeiro compartimento deve ser reduzido em 10–20 mm.

(6) O segundo compartimento deve ser carregado com esferas de aço. Se forem utilizados cilindros de aço (cylpebs) em vez disso, sua carga deve ser aumentada adequadamente (em cerca de 10%) para equilibrar a capacidade de moagem do segundo compartimento com a do primeiro. Isso ocorre porque, em um moinho com diafragma inclinado, a fluidez dos cilindros é menor, e a melhoria na capacidade de moagem do compartimento de cilindros não é tão grande quanto a do compartimento de esferas.

(7) O ângulo de inclinação do diafragma divisório inclinado em relação à horizontal deve situar-se, de preferência, entre 42° e 60°.

(8) O efeito de classificação (peneiramento) do diafragma divisório inclinado não é ideal: quando o diafragma está na posição I da Figura 2.24, a altura dos meios de moagem e do material no compartimento dianteiro é maior do que no compartimento traseiro, fazendo com que uma grande quantidade de material flua para trás, para o compartimento traseiro; quando o diafragma está na posição II, a altura no compartimento traseiro é maior do que no dianteiro, e uma grande quantidade de material flui para a frente, entrando no compartimento dianteiro. Esse fenômeno resulta em uma condição de moagem instável dentro do moinho. Além disso, o ângulo formado entre o diafragma inclinado e o invólucro do moinho cria uma zona de retenção (zona morta), onde o movimento longitudinal dos meios de moagem é restringido e sua ação de moagem não pode ser plenamente desenvolvida.