ANLISIS DE CARGA EN UN MOLINO SAG

Tomado del Ing. Jorge Pontt

La utilizacin y disponibilidad de grandes molinos SAG depende fuertemente de la estabilidad de la carga de llenado controlado. Un relleno de carga demasiado grande o demasiado pequeo conduce a condiciones de funcionamiento improductivos o a una operacin agresiva para los trazadores de lneas, respectivamente.

Se presenta un nuevo sistema de monitoreo (MONSAG) destinados a la medicin indirecta del relleno de carga de un molino SAG. El principio de funcionamiento se basa en la transformacin de las variables elctricas del motor de control de vectores y variables de proceso, complementando la medicin tpica presin de apoyo y que contribuyen a la calidad de control de procesos. El mtodo se puede aplicar para cualquier tipo de motor sncrono molino.

Los resultados de una aplicacin real se presentan, es decir, para un molino de 15 000 Hp SAG mostrando una buena correlacin con el relleno medido mediante inspecciones visuales. El uso de este nuevo sistema, el promedio de produccin fue mejorado en aproximadamente un 3,2% y el consumo especfico de energa (kWh / Ton) mejor un 3,8%.

1. Introduccin

Menores leyes de mineral, molturabilidad variables, manejo de mineral y la economa indican un reto para las operaciones mineras actuales. Buscando las economas de escala, nuevos proyectos mineros consideran grandes circuitos de molino, con las unidades de motor de gran potencia sin engranajes (GMD) alimentados por cicloconvertidores en el rango de alrededor de 20 MW (Sams et al., 2001). Accionamientos sin engranaje para semiautogenous molienda (SAG) y los molinos de bolas con dimetros en el rango de 28 a 44 pies y el poder en el rango de 8 a 20 MW se estn aplicando en los concentradores de mineral modernas e incluso desarrollos ms grandes ya estn en curso (Errath et al ., 2003), (Bergholz y Schreder, 2003). Alto rendimiento, alta fiabilidad y capacidad de manejo de mineral de alta contribuyen a la economa de escala. As, las unidades de anillo de motor-cicloconvertidor alimentados con velocidad variable en todo el rango de velocidad de operacin (de cero a la velocidad nominal) se estn aplicando cada vez ms, (Rodrguez et al., 2003). Muy a menudo las plantas mineras se encuentran en las montaas a gran altura superiores a 2000 m sobre el nivel del mar que indica un desafo para la seguridad y la ergonoma. La seguridad es tambin una preocupacin por el personal de mantenimiento frente a la presin del tiempo en entornos industriales adversos -a menudo a gran altura, trabajar con herramientas pesadas y equipos mecnicos.

Fig. 1 representa una unidad de mil sin engranajes, donde la potencia mecnica se transfiere electromagnticamente entre el estator y los polos del rotor (Errath et al., 2003). Debido al flujo de masa, materiales y energa involucrados en el proceso, molinos SAG se enfrentan al problema de los impactos de alta energa causados por bolas de acero cataracting contra la carcasa del molino, con prdida de energa y la rotura acelerada de bolas y revestimientos. Estos impactos nocivos son el resultado de la dinmica del movimiento de la carga dentro del smill. Alimentacin Mill, carga de bolas, el perfil de revestimiento, relleno de carga y la velocidad en el molino son las principales variables (Valderrama et al., 1996 y Valderrama et al., 1999).

Fig. La figura 2 muestra un circuito de molienda tpico con un molino SAG y dos molinos de bolas. El poder de pulido se divide en los molinos SAG y de bolas. Comnmente, cuando el molino SAG detiene su funcionamiento, los otros dos molinos de bolas deben tambin detener Fig. 3 esboza el movimiento de carga en el molino. Los levantadores de levantar la carga y producen en cascada y cataracting. Dinmicas de carga depende principalmente de la velocidad, la geometra de lnea, distribucin de tamao, la reologa de carga y el nivel de llenado de carga. SAG tiempos de parada no programadas causadas por revestimientos de molino rotas, excesivo consumo de medios de molienda (bolas de acero) y las prdidas de energa (kWh / ton) reducen la disponibilidad y aumentan los costos. Adems, los impactos improductivos de acero al acero en el interior del molino, los chips de bolas excesivas producidas por los impactos-acero con acero, reducen la eficiencia global. La carga variable en el interior del molino provoca la variabilidad del proceso, indicando el desafo a la estabilidad y la optimizacin. Por lo tanto, con el fin de mitigar estos problemas, se requiere monitoreo movimiento de la carga en el interior del molino, donde el comportamiento de llenado de carga es la variable operativa principal. Un llenado demasiado alta carga puede conducir a malos resultados y un relleno de carga demasiado baja puede producir efectos nocivos en la cscara del molino. Comnmente, la medicin de la presin de apoyo y el peso medido con clulas de carga se han empleado para el seguimiento de la carga de llenado. Sin embargo, estas variables mecnicas pueden ser poco fiables, ruidoso, lento y con alta variabilidad, debido a la dependencia de los componentes mecnicos e incertidumbres de calibracin.

Varios autores han hecho esfuerzos importantes para abordar este problema. Su propsito es siempre para evitar los problemas operativos mencionados por las acciones de control adecuadas. Para modelar el comportamiento de carga, observaciones directas utilizando escala de laboratorio molinos fueron mostrados por Valderrama et al. (1999). Simulacin de movimiento se ha propuesto el uso de elemento discreto modelado (DEM) por Rajamani y Mishra (2001); Hlungwani et al. (2003). Modelado puede ser tambin apoy con las mediciones en lnea. (Herbst y Nordell, 2001) propusieron un bar elevador equipado con un medidor de deformacin. Evans (2001) describe un mtodo para determinar la masa de carga en molinos SAG mediante el uso de la presin hidrosttica ascensor, teniendo cargas, fuentes de molino y velocidad. Un enfoque interesante para el modelado y la medicin de los parmetros inferencial molino SAG ha sido dada por Apelt et al. (2001), que comprende una formulacin para el desarrollo sensor suave basado en el uso de la estimacin de estado y el parmetro combinado. Pax (2001) y Campbell et al. (2001) present los enfoques basados en la medicin acstica sin contacto para detectar el estado de carga mediante la medicin de las vibraciones en la superficie molino. Para la deteccin de impactos nocivos en la coraza del molino (Pontt et al., 2000; Sams et al., 2001) han descrito un nuevo sistema, el impactmeter, basado en la medicin acstica sin contacto con una serie de sensores alrededor del molino . Dong y Moys (2003) presentaron un estudio sobre los efectos en el comportamiento molinos. Un sistema de instrumentacin muy interesante llamado SAG Analizador fue descrito por Sams et al. (2003). Da una medicin en lnea de llenado de carga total. Se puede deducir el nivel de llenado de los medios de molienda. Se basa en la electrnica de sensor acstico alimentados por bateras recargables, montados en la carcasa exterior de la comunicacin inalmbrica molino y la informacin. Un sensor inductivo se utiliza para la sincronizacin de la deteccin de la posicin.

Algunos inconvenientes relativos de los mtodos mencionados anteriormente son la dependencia de las magnitudes mecnicas y un cierto grado de la naturaleza invasiva de la instrumentacin.

El aumento de los usos industriales y beneficios de dicha nueva instrumentacin se discuten por Sams et al. (2003); Apelt et al. (2001); Morrel y Delbony (1996).

Este artculo presenta un mtodo no invasivo basado en el procesamiento de seal digital de seales elctricas de la unidad de motor para el monitoreo en lnea de llenado de carga de un molino de volteo. Se permite la mejora del control operacional de variables, como la alimentacin de velocidad y el molino para optimizar el movimiento de la carga en el molino. El mtodo puede ser utilizado para cualquier tipo de motor sncrono, en comparacin en Pontt et al. (1997), donde se introdujo para aplicacin con las unidades sin engranajes solamente. Se presentan resultados experimentales en una instalacin industrial real.

2. El mtodo

2.1. Fondo

MONSAG es un sistema para estimar el llenado de carga de un molino SAG (patente pendiente). Se basa en las mediciones robustas de las variables elctricas del motor Fig. 4 muestra la aplicacin en un molino de accionamiento sin engranajes Fig. 5 representa la aplicacin con una unidad de LCI. Trozos de mineral, bolas de acero y suspensin comprenden la carga interna del molino y reaccionan contra el par de accionamiento del motor. En ambos casos, el motor de accionamiento es un tipo sncrono y se considera como un sensor. Las variables internas del motor construir el par electromagntico y el flujo. Torque, el flujo y la velocidad pertenecen a la variable de estado del sistema.

En general, la dinmica de la unidad de molino se pueden modelar en el dominio del tiempo y en el dominio de la frecuencia. Ambos enfoques pueden ser utilizados para el anlisis y sntesis de la procesamiento de seal digital empleado en la electrnica. La variacin en el tiempo del espacio vectorial dx / dt es una funcin no lineal del estado X y el control de vectores u dada por la Ec. (1). El vector de salida y se describe por la ecuacin. (2).

El vector de control u incluye voltajes de estator, la corriente de excitacin del motor sncrono y la reaccin par de carga producida por la carga del molino. Puede incluir excitaciones adicionales como las presiones que llevan o mediciones de celdas de carga y otras variables operacionales. Puede aadirse comportamiento del sistema de control, controladores, y transductores con variables de accionamiento y medidos. Adicionales (no deseados) excitaciones de entrada se dan por el ruido del vector . El vector de ruido representa las perturbaciones externas, las incertidumbres en las variables de parmetros y medicin. El vector de salida y representa las variables de salida. El vector de parmetros representa el sistema parameters.For aras de la simplicidad de las variables de estimacin sern escritos como X, U, , Y para la estimacin de vectores x, u, , y, respectivamente. El problema de control se puede formular con el objetivo de reducir al mnimo los errores de estimacin propuesta por el conjunto de las diferencias mostradas en las ecuaciones. (3), (4), (5) y (6), en virtud de la presencia de ruido :

Debido al carcter aleatorio del sistema, las variables deben ser manipulados, como variables aleatorias y el anlisis deben realizarse con mtodos estadsticos. Claramente, el mejor las mediciones, el mejor las estimaciones. Condiciones de frontera y las restricciones tambin deben ser considerados. Por supuesto, algunas variables no se pueden medir directamente y las variables de instrumentacin auxiliares pueden ser definidas, donde las correlaciones experimentales en el marco de aplicaciones especficas son muy tiles.

2.2. La base del mtodo

El mtodo de orientacin de campo conocido (control del vector de mquinas de corriente alterna) se aplica para procesar las variables elctricas de la unidad de motor: voltajes, corrientes y par electromagntico, flujo y velocidad pueden ser construidos. El comportamiento de banda ms amplio de variables elctricas y la buena calidad de sus mediciones en comparacin con las variables mecnicas abrir el camino para que las estimaciones con menos incertidumbres y un mejor rendimiento. Las variables de proceso como las presiones que llevan o medicin de la celda de carga se pueden aplicar para una mejor correlacin.

3. El uso real y los resultados

El mtodo descrito se aplic en un 36 17 pies -15 000 HP (11,2 MW) de velocidad variable semiautogenous (SAG) molino de concentracin de mineral de cobre con un rendimiento nominal de 24 000 toneladas por da. El molino es del tipo de anillo motor impulsado por un cycoconverter. Adems, se aplic en un 28 14 pies SAG molino con 5.250 kW, 15 000 toneladas por da, para el mineral de oro de molienda con un inversor de carga conmutados (ICV) en coche alimentado.

El uso del mtodo propuesto ha contribuido a la estabilizacin del proceso como se muestra en la Fig. 6, Fig. 7 y la fig. 8, que muestra la comparacin de las estadsticas de aproximadamente 6 semanas operacin utilizando presiones que llevan y 6 semanas de operacin utilizando MONSAG, describiendo las mejoras en el control de calidad, el rendimiento y el consumo especfico de energa, respectivamente. El uso de este nuevo sistema, el promedio de produccin fue mejorado en aproximadamente un 3,2% y el consumo especfico de energa (kWh / Ton) mejor un 3,8%. Adems le da al operador una alerta temprana para el llenado de los niveles de sobre y debajo de los valores esperados.

Fig. 9 representa la relacin entre la carga de llenado medido y estimado. Las mediciones se realizaron con las inspecciones del molino por el mtodo bien conocido de contar los levantadores libres en el interior del molino. Se puede observar que la ecuacin. (3) se cumple para la variable Jc estado individual, llenado carga del molino.

4. Discusin

El sistema MONSAG es una interesante herramienta para dar una medicin en lnea del relleno de carga de un molino de volteo. Es de naturaleza no invasiva y no depende de las mediciones mecnicas. Se da informacin valiosa para la deteccin de embalaje de carga, sobre-llenado y bajo (independiente de rodamiento mediciones de la presin o de la clula de carga). La aplicacin del sistema de MONSAG mejora la disponibilidad y la productividad del Molino SAG debido a la contribucin a la fiabilidad, estabilidad y optimizacin. Fig. 10 representa el concepto de la aplicacin.

Cuando las acciones de control apropiadas se realizan constantemente a lo largo del tiempo, de acuerdo con las mediciones del sistema MONSAG, mejor rendimiento se consigue con menos oscilaciones de proceso y utilizando menos energa por tonelada de mineral.

Esto reduce tambin la posibilidad de tiempo de inactividad de emergencia por encima o por debajo de llenado. En efecto, bajo el fracaso o mala calibracin de llevar las medidas de presin, MONSAG da informacin valiosa para evitar condiciones de carga desfavorables con claro beneficio en la fiabilidad. Esta nueva herramienta ofrece informacin adicional para establecer las condiciones de funcionamiento, como la velocidad, para mejorar el movimiento de la carga en el molino, con beneficios en la estabilidad y la optimizacin. Otro beneficio es la aplicacin de este nuevo mtodo que permite una mejor comprensin del proceso de trituracin en el interior del molino. MONSAG sistema tambin puede aplicarse para el diagnstico y evaluacin de la estabilidad del proceso de molienda, apoyando el control de supervisin y complementar otros instrumentos tiles, como impactmeter y SAG-analizador.

Algunas limitaciones relativas: Un nivel de llenado carga estable no da una garanta plena para evitar impactos nocivos. Dedo del pie y el hombro no se identifican. Sin embargo, utilizando la impactmeter y SAG analizador como se describe en Pontt et al. (2000) y Sams et al. (2003) un mejor desempeo integral podra lograrse. Ms trabajo abre la puerta para una encuesta y la inferencia de otras variables internas en el molino para mejorar el rendimiento en general con mejores algoritmos y esquemas basados en el conocimiento (Magne et al., 2001).

Problemas de fiabilidad de las unidades de convertidores-alimentados de alta potencia empleados en los circuitos modernos SAG muestran la tendencia de utilizar mejor y moderna instrumentacin (Pontt et al., 2004). Sistemas de instrumentos como el mtodo propuesto puede tener otras aplicaciones en grandes SAG y molinos de bolas de velocidad variable. Molienda fina en seco es otra aplicacin potencial, donde el control de carga molino tiene influencia significativa en la capacidad de produccin como se discute por (Kolacz, 1997).

5. Conclusiones

La utilizacin y disponibilidad de grandes molinos SAG depende fuertemente de la estabilidad de la carga de llenado controlado. Un relleno de carga demasiado grande o demasiado pequeo conduce a condiciones de funcionamiento improductivos o a una operacin agresiva para los trazadores de lneas, respectivamente.

Se present un nuevo sistema de monitoreo (MONSAG) destinados a la medicin indirecta del relleno de carga de un molino SAG. El principio de funcionamiento se basa en la transformacin de las variables elctricas del motor de control de vectores y variables de proceso, complementando la medicin tpica presiones de rodamiento y que contribuyen a la calidad de control de procesos.

Los resultados de una aplicacin real se presentan, es decir, para un 15 000 Hp 36 pies molino SAG mostrando una buena correlacin con el relleno medido mediante inspecciones visuales. El uso de este nuevo sistema, el promedio de produccin fue mejorado en aproximadamente un 3,2% y el consumo especfico de energa (kWh / Ton) mejor un 3,8%. Esta nueva herramienta ofrece informacin adicional para establecer las condiciones de funcionamiento, como la velocidad, para mejorar el movimiento de la carga en el molino, con beneficios en la estabilidad y la optimizacin. Otro beneficio es la aplicacin para una mejor comprensin del proceso de trituracin en el interior del molino. Bajo el fracaso o mala calibracin de soportar presiones de medicin, MONSAG da informacin valiosa para evitar condiciones de carga desfavorables con claro beneficio en la fiabilidad. Ms trabajo permite la encuesta y la inferencia de otras variables internas en el molino para mejorar el rendimiento general, con la mejora de los algoritmos y esquemas basados en el conocimiento. Adems aplicacin en grandes molinos de bolas de velocidad variable tambin es interesante.