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
CRONOLOGIA DOS BRITADORES VSI
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.
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
11 CONSTRUTORA
O MNERAÇÕE
O INDUSTRIAl...
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.
2000
EI PEDREIRA
60%
111
CONSTRUTORA
2001
li PEDREIRA
.. CONSTRUTORA
136
-
>
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
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.
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
ROCHA CONTRA
SHOE & ANVIL
METAL
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
recebendo ação de impacto e de abrasão.
BENEFiclOS
DA
CASCATA
.
Cascade
Roto,
.
.
REDUÇÃO DE
ENERGIA
AUMENTO DE
CAPACIDADE
CONTROLE DA
G RANULOMETRIA DO
PRODUTO
. OREDUÇÃO
DO CUSTO
PE RACIONAL
VSI AUTÓGEN(
DUPLO FLUXO
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
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.
138
FORMAÇÃO DE MORTO NO ROTOR
Build-up
ssembly
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
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
Impact"'"
Cleavage
....
lower Wear Plate
...
.
. .. .,
Attrition!@...
Abrasion
e........-
Increasing Rotor
Speed
............
ctmp
.......................
Increasing
Energy
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
ASPECTOS OPERAClONAIS
Alguns aspectos operacionais que são importantes para o
correto uso dos britadores VSI.
BRITADORES VSI - FAIXA DE APLICAÇÃO
CURVAS GRANULO MÉTRICAS 'TIPICAS
PARA
.
.
'srI2:~
E
"Jf
S&A: 100 - 600tlh (100Ot/h)
CAPACIDADE:
AUTÓGENO: 10 - 60Ot/h (1500l/h)
POTÊNCIA:
j
- 10" (SECUNDÁRIO)
4" - 5" (TERCIÁRIO)
ó:
7~
j
-
.
:
"r,
AUTÓGENO: 1" 5"
. PRODUTO
DE ROCHAS
r "t-----
S&A : 8"
DE ALIMENTAÇÃO
UMA CAMA
~--
i.:
~ ~
AUTÓGENO: 10-1000HP
M
~--
.Jt
S&A: 100-1000HP
. TAMANHOMÁXIMO:
100
óc,
r--'
-'----k.:-;.
r:
10
MíNIMO: 3mm (0,6mm)
'°._.
M1S
.M,I
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 1.500 t/h. São exceções.
Em termos de potência, no "Shoe and Anvil", a faixa vai
de 100 HP a 1.000 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 1.000 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.
.
D,I5Q
0.~'OO
I
O.iO:
I.lõ
'.11
Võ
,
2'
J"
"
5'
I,-l
1:
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
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
- SOROCABA
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
observado a aplicação até 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.
3000
2500
!!l
ê5
2000
-S&A
- AlJTOOENO
CONE
1500
J: 1000
VSI ROCHA CONTRA METAL
OUTROS FATORES QUE AFETAM A DURABILIDADE
DAS PEÇAS DE DESGASTE
500
o
O
0,2
0,4
0,6
0,8
% DA DURABILIDADE
NOMINAL
FATORES
pj
COM
NOTA,
PEÇAS
U~IIDA[)E
CONSlCERADAS
"A.IMPULSORES
AUTÓGENo.PONTAS
70.90
CONE.MANTO
ALIMENTAÇÃO
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,
70.90
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
embora nesta faixa não 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
400
~
350
i~
300
250
..c:
NOTA:
AMOSTRA
NECESSÁRIA:
1,6kg
NA FAIXA %"
- V,"
~ 200
::
(ij 150
8
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
100
ê5
:;: 50
O
°
0,2
0,4
0,6
0,8
Ai
consumo das peças de desgaste nos britadores.
está também à disposição dos interessados.
NOTA: Alim. Seca, 5 Impulsores, 50m/s
Para o "Shoe and Anvil", a àbrasividade
é um fator
Este teste
CUSTO OPERACIONAL
bastante crítico. Trata-se de um fator crucial na escolha
desse tipo de britador. O gráfico ilustra bem esse fato. A
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
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
141
FORMAÇÃO DE MORTO NO ROTOR
Build-up
ssembly
--
.~
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
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
Impact.l!t;f{B"
..
Cleavage
Abrasion
...""...
...
.
. .
Attrition 1IJIlJ}"
Lower Wear Plate
Trail Plate
~
Increasing Rotor
Speed
............
.......................
dUJp
Increasing
Energy
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
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 de excelente cubicidade - é a sua principal
característica
a obras com pó produzido por esse tipo de britador na
região do basalto, com bom resultado
. aplicação típica para calcário, basalto, rochas de
abrasividade baixa ou média
. 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 para as concreteiras; próprio para concretos
bombeáveis
. 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 de areia seca que evita muitos
transtornos
§ 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 menor redução, normalmente
gera uma carga
circulante maior
. 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 operacionalaplicação 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 alta, trazendo problemas para as partes
mais sensíveis
. 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.
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