INFORME TÉCNICO EVALUACIÓN DE UN HARNERO “BANANA” PARA CLASIFICACIÓN DE MINERAL DE HIERRO
AUTOR:
DOUGLAS F. TOMPSITT METALURGISTA PRINCIPAL DE PROCESAMIENTO DE MINERALES. DIVISIÓN DE SERVICIOS TÉCNICOS HAMERSLEY IRON PTY. LIMITED VICTORIA, WESTERN AUSTRALIA. AUSTRALIA
PARA:
S.K. MILLIGAN METALURGISTA ESPECIALISTA - PROCESOS . DEPTO . DE METALURGIA EN PROCESAMIENTO DE MINERALES DIVISIÓN DE SERVICIOS TÉCNICOS HAMERSLEY IRON PTY. LIMITED VICTORIA, WESTERN AUSTRALIA. AUSTRALIA
TRADUCCIÓN: JUAN CARLOS MICHELS V. INGENIERO METALÚRGICO – GERENTE GENERAL TECPROMIN LTDA. SANTIAGO CHILE
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MEMORANDUM DE FECHA 07/12/1989
DE:
S.K. MILLIGAN METALURGISTA ESPECIALISTA - PROCESOS . DEPTO . DE METALURGIA EN PROCESAMIENTO DE MINERALES DIVISIÓN DE SERVICIOS TÉCNICOS HAMERSLEY IRON PTY. LIMITED VICTORIA, WESTERN AUSTRALIA. AUSTRALIA
A:
DON SALVESON GERENTE GENERAL DIVISIÓN HONERT V IBRATION TECHNIC M ALCO ENGINEERING (ACTUALMENTE, P ARTE DE LUDOWICI M INERAL PROCESSING EQUIPMENT PTY. LTD.), BRISBANE , QUEENSLAND AUSTRALIA
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INFORME TÉCNICO EVALUACIÓN DE UN H ARNERO “BANANA” PARA CLASIFICACIÓN DE MINERAL DE HIERRO
1. RESUMEN. Investigaciones teóricas indicaron que los Harneros Vibratorios del tipo “Banana” deberían tener una performance superior a la de los Harneros Inclinados convencionales. La experiencia ha demostrado que es muy difícil predecir el comportamiento de harneros de tamaño industrial a partir de resultados obtenidos en equipos de escala piloto, por lo cual se tomó la decisión de probar un harnero Banana a tamaño industrial en la Planta. Un Harnero Banana de Doble Deck fue diseño de acuerdo a especificaciones técnicas entregadas por Hamersley, para efectuar el reemplazo de un harnero convencional de producción existente en la Planta, sin que fueran necesarias modificaciones estructurales mayores. Se desarrolló un extenso programa de pruebas, incluyendo muestreos completos de los varios flujos en los harneros, a fin de comparar la performance del harnero tipo Banana con la de los harneros convencionales existentes. Los análisis de los resultados indicaron que introduciendo modificaciones a la configuración de las parrillas, y variando el tamaño de sus aberturas, se podría optimizar el rendimiento del harnero. La implementación de cambios adicionales produjeron mejoramientos significativos en la eficiencia del harneado.
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2. INTRODUCCIÓN.
Las operaciones mineras y de procesamiento de minerales de Hierro de Hamersley Iron Pty. Ltd. en la región de Pilbara, Western Australia, depe nden fundamentalmente de la performance de harneros vibratorios para producir dos productos que deben cumplir estrictas especificaciones de tamaño: Colpas (nominalmente: -30, +6mm) y Finos (nominalmente: -6mm). Existen (50) harneros de producto final en el harneado seco de mineral de Hierro, cuya operación ha sido descrita en un Paper previo (1). El harneado seco de altos tonelajes con “malla de corte” de 6 mm sobre harneros convencionales inclinados no puede producir una separación perfectamente limpia, ya que existe un cierto cortocircuitaje de oversize a los Finos y de undersize a las Colpas. El mayor precio recibido por este material y la mayor demanda por él, ha creado un fuerte incentivo para minimizar la pérdida de oversize hacia los Finos. Penalizaciones adicionales impuestas sobre los contenidos de material cortocircuitado (en ambos productos: +6mm y –6mm) generan un incentivo para lograr un harneado más eficiente. Una lógica similar se aplica el harneado de mineral a 30 mm y el subsecuente retorno del sobretamaño a los chancadores terciarios para su reducción a –30 mm. Las penalizaciones sobre el contenido de +30 mm en el producto Colpas han creado un incentivo para reducir este cortocircuitaje. La generación de material – 6mm en los chancadores terciarios también crea un incentivo para minimizar la cantidad de material –30 mm cortocircuitado, llegando a esos chancadores. Hamersley ha estado investigando la performance en el harneado por muchos años en un esfuerzo para entender a cabalidad el harneado de mineral de Hierro y para mejorar la Eficiencia de Harneado (1). Estas investigaciones han cuantificado los efectos de las aberturas de parrillas, velocidad del harnero, amplitud de vibración, dirección de la rotación, ángulo de inclinación, tasa de alimentación y contenido de humedad en la alimentación, sobre la eficiencia de separación de los harneros. Ha sido evidente a partir de estas investigaciones que variando la mayoría de los parámetros de alimentación y de harneado, meramente cambia el tamaño de separación (es decir, el tamaño al cual 50% pasa sobre el harnero y 50% pasa a través de él) sin afectar mayormente la calidad o precisión de la separación (Eficiencia de Harneado).
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El Harnero “Banana” es un diseño alternativo con respecto a aquellos usados actualmente en Hamersley y es simplemente un harnero que dispone de una superficie de harneado con una inclinación no uniforme, que varía en el largo del harnero, asemejándose a la geometría de una banana. La pequeña cantidad de literatura técnica disponible sobre los Harneros Banana (2, 3), informa que la Capacidad y la Eficiencia de Harneado pueden ser mejoradas utilizando este tipo de harneros. En consecuencias, Hamersley decidió instalar un harnero banana en una de las plantas de procesamiento de la empresa, para evaluar su potencial para harneado de mineral de hierro.
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3. TEORÍA DE HARNEADO. 3.1. HARNEROS CONVENCIONALES.
Los principios teóricos básicos del proceso de harneado/cribado, no están perfectamente definidos debido a los muchos factores que influencian la separación de un mineral sobre la parrilla/malla de un harnero de tamaño comercial. Sin embargo, existen (2) procesos básicos que ocurren simultáneamente (4): •
Estratificación: Es el proceso a través del cual las partículas de mineral de mayor tamaño ascienden hacia la superficie de la “cama” de material en vibración mientras las partículas más pequeñas descienden a través de los huecos en dicha cama, “buscando un camino” para acercarse al fondo de ella y entrar en contacto con la parrilla del harnero.
•
Probabilidad de Separación. Es el proceso a través del cual las partículas son “confrontadas” con las aberturas en la parrilla de harnero y son, ya sea rechazadas hacia el producto grueso (Oversize) o incorporadas al producto fino (Undersize), pasando a través de la parrilla. La Figura 1) ilustra la Estratificación y la Separación en un harnero convencional recto e inclinado, mostrando la cantidad de material pasando a través de la malla, en función de la longitud del harnero. El aumento en el flujo de material entre los puntos (a) y (b) y la ubicación del punto de máximo flujo (b) en una posición sobre la parrilla más bien que en su extremo de alimentación, demuestra el proceso de estratificación requerido y sus efectos.
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La sección del harnero entre (a) y (c) es a menudo denominada como “el Area de Harneado Saturado” donde las partículas de tamaño tan grande como el 75% del tamaño de las aberturas, pasan a través de la malla. La sección del harnero entre (c) y (d) es donde ocurre la separación de las partículas de Tamaño Crítico (“Near Size” material) y la tasa de flujo del material a través de la malla se aproxima gradualmente a cero. La Estratificación es influenciada por ciertas características físicas de la cama de mineral (por ej.: contenido de humedad; tamaño relativo de las partículas; forma de ellas; etc.). La velocidad de estratificación es retardada por un alto contenido de humedad debido a que las fuerzas que juntan las pequeñas partículas con las grandes y viceversa, aumentan. Cuando las partículas son mayoritariamente de un mismo tamaño, la estratificación también se retarda debido a que la “carrera (stroke) diferencial” entre las partículas es pequeña. Partículas de formas irregulares provocan una mayor interferencia inter-partículas que cuando se trata de partículas mayoritariamente redondas o cúbicas y por lo tanto, también interfieren con la estratificación. El mineral de Hierro tiende a ser húmedo, es de formas irregulares y, en el caso de re-harneado de colpas durante el proceso de carguío a barcos, tiene una distribución de tamaños relativamente cerrada. En consecuencias, el espesor de la cama de mineral sobre el harnero tendrá un efecto significativo sobre el proceso de estratificación, durante el harneado de mineral de Hierro. 3.2. HARNEROS TIPO “BANANA”. El diseño del harnero Banana explota el fenómeno de estratificación para conseguir un proceso de harneado más eficiente que el que se efectúa sobre harneros inclinados convencionales. La Tasa de Alimentación del harnero está determinada por la siguiente relación básica (3): Q = 3.600 x B x H x V Donde:
Q= B = H = V =
Tasa de Alimentación (M3/hr) Ancho del Harnero (M) Altura de la Cama de Alimentación (M) Velocidad de la Alimentación (M/seg).
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Para evitar los problemas recién discutidos con la estratificación, la altura de la Cama de Alimentación debe mantenerse baja y por lo tanto, una razonable tasa de alimentación solo puede lograrse a través de un valor alto de “V”. Esto exige un harnero con una pendiente mayor en la sección donde ocurre la estratificación. En esta primera sección del Harnero Banana, la altura de la cama es, teóricamente, no mayor que el tamaño promedio de partícula en la alimentación, de tal modo que casi todas las partículas undersize pasen sobre las aberturas de la malla sin tener primero que abrirse paso a través de una masa de partículas antes de entrar en contacto con dicha malla. Un Harnero Banana consiste generalmente de (3) secciones con diferentes pendientes, como se indica en la Figura 2. Puede también incorporar un mayor número de secciones y aún llegar a ser una superficie curva continua similar a un harnero estacionario curvo tipo DSM (Sieve Bend).
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En la primera sección de mayor pendiente, el movimiento vibratorio del harnero contribuye muy poco al transporte de la alimentación. Las aberturas de la malla son generalmente del tipo “slots”, siguiendo la trayectoria de la alimentación y permitiendo una fácil y rápida pasada del material fino. La sección intermedia tiene menos inclinación y el transporte del mineral es más lento. Sin embargo, la profundidad de la cama no aumenta debido a que una gran parte del producto undersize ha sido ya removido. La sección final del harnero es relativamente plana y el transporte del material es producido casi exclusivamente por el movimiento del harnero (con trayectoria lineal y no circular como en la mayoría de los harneros convencionales). En esta sección, las partículas de tamaño crítico (near size particles) son clasificadas y descargadas al producto undersize (2). Valores típicos para la inclinación de las parrillas (a) y la velocidad del material sobre ella (v) están dadas en la Tabla 1, referida a la Figura 1 (3). Tabla 1:
Parámetros Típicos de un Harnero Banana.
Primera Sección(de Alimentación) Sección Intermedia Sección Final
Inclinación (a) (en grados) 30-40º Aprox. 25º 10-15º
Velocidad (v) (en M/seg) 3- 4 1 - 1,5 0,5 – 0,8
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4. VENTAJAS DE LOS HARNEROS BANANA. Se postula que los Harneros Banana poseen dos ventajas potenciales sobre los harneros convencionales, a saber: § §
Aumento de Capacidad, y Aumento d e Eficiencia de Clasificación.
El potencial total de cada una de estas ventajas no puede ser logrado simultáneamente, dado que ellas no son independientes una de la otra. Sin embargo, es posible aumentar ambas simultáneamente, capacidad y eficiencia, en un cierto grado inferior a aquel que podría alcanzarse en cada una, independientemente. Los fabricantes de Harneros Banana tienden a enfatizar las ventajas en capacidad por sobre los mejoramientos potenciales de la eficiencia. Los fabricantes en Australia postulan aumentos en capacidad sobre los harneros convencionales, pero en diferentes proporciones que llegan hasta el doble de la capacidad (2). El mejoramiento real que puede esperarse dependerá del tipo de material a ser clasificado y debería ser el máximo para una alimentación consistente en una gran proporción de partículas finas (menores a la mitad del tamaño de clasificación). En harneros inclinados convencionales, el tamaño de aberturas debe ser mayor que el tamaño nominal de separación, para compensar el espesor de la malla y conseguir una capacidad de producción razonable. Como resultado, un cierto grado de eficiencia de cribado es sacrificado para lograr mejores resultados en la vida de las mallas y en la capacidad. Un Harnero Banana puede ser diseñado para adaptarse a las características cambiantes de la alimentación a medida que ella avanza a lo largo del harnero. Una pendiente aguda combinada con aberturas mayores en el extremo de alimentación (1era Sección) permiten una remoción rápida de las partículas finas, sin que las partículas oversize se enfrenten con las aberturas de la malla. Una pendiente más cercana a la horizontal combinada con aberturas pequeñas, en el extremo de descarga (Sección Final), permite lograr una clasificación más eficiente de las partículas críticas (near size), sin permitir el cortocircuitaje de partículas oversize que se enfrentan a las aberturas de las mallas. En el extremo de descarga de un harnero convencional inclinado, las partículas “near size” son difíciles de clasificar ya que su probabilidad de pasar a través de las aberturas de la malla es baja. También el espesor de la cama de mineral es bajo, produciéndose una estratificación menos consistente. En el caso de un Harnero Banana, al disminuir la velocidad de escurrimiento del mineral sobre las parrillas, el espesor de la cama aumenta, la estratificación se mantiene, la 11
cantidad de “enfrentamientos” de las partículas críticas con los agujeros de la malla aumenta y, por lo tanto, la probabilidad de remoción de dichas partículas, difíciles de incorporar al undersize, es optimizada. Otro beneficio importante del diseño de los Harneros Banana es el uso de un accionamiento de tipo lineal producido por los “Excitadores” montados sobre una robusta viga transversal situada en el parte más alta del harnero. En comparación, los harneros convencionales inclinados operan con un accionamiento circular provocado generalmente por un eje excéntrico a lo ancho del harnero o un eje concéntrico que dispone de contrapesos desbalanceados en sus dos extremos. En este sentido, existe una evidente ventaja de mantenimiento dada la facilidad y la rapidez para reemplazar los excitadores, con el harnero detenido en su lugar de operación.
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5. SELECCIÓN E INSTALACIÓN DEL HARNERO. 5.1. LUGAR DE LAS PRUEBAS. Se analizó cuidadosamente el lugar más adecuado para la instalación del Harnero Banana. También fue considerada la compra de un pequeño Harnero Banana para ejecutar ensayos a escala piloto con diferentes minerales de varias plantas de Hamersley Iron. Sin embargo y debido a los problemas que se presentarían para hacer el escalamiento de los resultados a nivel industrial, como había sido la experiencia en pilotajes anteriores, se decidió instalar el harnero en la Planta Paraburdoo, elegido el sitio óptimo por las siguientes razones: • La decisión de instalar un harnero de gran tamaño como los usados en Paraburdoo y E.I.I., en lugar de uno más pequeño como los usados en las plantas Tom Price y Parker Point. • La información de que los harneros bananas aportan ventajas mayores cuando clasifican grandes tonelajes de materiales difíciles de harnear, especialmente aquellos que contienen una elevada proporción de partículas finas (2). • El posible riesgo de interrupción de un embarque si el harnero se instalaba en E.I.I. • La posibilidad de una futura expansión en la Planta de Harneado en Paraburdoo. 5.2. ESPECIFICACIONES DEL EQUIPO. Existen (3) fabricantes de Harneros Banana en Australia, todos ellos diseños de origen Alemán: JAQUES (bajo licencia Jöst), SCHENK y MALCO ENGINEERING (Honert Vibrationtechnic). Cada uno fue invitado a someter una cotización por la fabricación e instalación de un Harnero Banana para reemplazar uno de los harneros convencionales inclinados en Paraburdoo. Las especifciaciones exigían un harnero banana que pudiera ser instalado en las estructuras existentes sin mayores modificaciones de chutes. Se exigió que la cotización cubriera los siguientes ítems: • •
Fabricación del harnero. Entrega en Paraburdoo. 13
• • • • • • • • •
Instalación en las estructuras existentes. Puesta en Marcha. Garantía de su performance. Detalles estructurales del harnero. Modificaciones de los chutes. Encerramiento anti-polvo. Detalles de los Excitadores. Servicio de apoyo y repuestos. Plazo de Entrega aceptable.
Se entregaron las características físicas de la alimentación, incluyendo: • • •
Densidad aparente. Contenido de humedad. Granulometría Promedio.
El harnero debía ser capaz de aceptar un tonelaje de ali mentación a lo menos similar a aquel considerado como máximo para los harneros convencionales. Se especificaron mallas idénticas a las usadas en los harneros convencionales a fin de poder hacer una comparación directa, al menos inicialmente. Sin embargo, también se le solicitó al fabricante suministrar mallas de tipo alternativo para conseguir eficiencias de clasificación a lo menos equivalentes a las obtenidas con los harneros convencionales. La eficiencia fue definida en base a cortocircuitaje al oversize y undersize y para un tamaño nominal de separación para ambas parrillas. 5.3. SELECCIÓN DEL EQUIPO: Las cotizaciones recibidas de los (3) proponentes fueron comparadas considerando (32) diferentes ítems, a cada uno de los cuales se le dio una calificación de “MUY BUENO”, “BUENO”, “P OBRE” o “DESCONOCIDO”. Una adecuada selección fue hecha entonces sobre esta base. Adicionalmente, se contactó y/o se visitó a un cierto número de operaciones que utilizaban harneros de estos proveedores para indagar que problemas se habían encontrado con estas unidades. Dos operaciones que utilizaban harneros banana fabricados por el suministrador pre-seleccionado (División Honert Vibrationtechnic de Malco Engineering) fueron visitados previamente a la emisión de la Orden de Compra, para determinar si se requería alguna modificación al harnero propuesto. El suministrador seleccionado visitó Paraburdoo para discutir detalladamente el diseño, antes de la fabricación. 14
5.4. INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA. El harnero convencional existente fue removido de su posición por personal de Hamersley justo antes de la instalación del harnero banana. Personal de la empresa suministradora supervisó la instalación y puesta en servicio. Un contratista externo fue empleado por el suministrador para ejecutar las modificaciones de chutes y la instalación del harnero. Adicionalmente, un Ingeniero de Hamersley supervisó los trabajos para asegurar que el proyecto se ejecutará satisfactoriamente. Nos se detectaron mayores problemas durante la instalación ni la puesta en marcha.
6. DESCRIPCIÓN DEL HARNERO BANANA. El layout de diseño del harnero se muestra en la Figura 3. El harnero es una unidad Heavy Duty que mide 2.4 M x 6.1 M (8’ x 20’) y fue diseñado para Hamersley. La estructura está fuertemente atiezada con todos los componentes estructurales y largueros (Stringers) apernados y por lo tanto, reemplazables individualmente. Se utilizarán exclusivamente Remaches en Frío (Huck Bolts) y todas las vigas transversales (Cross Members) fueron revestidos con goma anti-abrasiva. La Caja de Alimentación y los Labios de Descarga fueron fabricadas integralmente dentro del cuerpo del harnero y revestidas con placas de desgaste. El harnero fue montado sobre monturas de goma. El peso total de la máquina es de aproximadamente 13 toneladas. Dos Excitadores están montados con inclinación a 45º, sobre una robusta viga transversal superior (la que cumple un importantísimo rol de elemento rigizador y anti-torsional entre las dos placas laterales o costados del harnero (Side Plates). Los Excitadores son accionados por un motor de 30 KW a través de un Eje Cardánico, directamente acoplado a uno de ellos y con otro Eje Cardánico intermedio accionando el 2º Excitador. La Velocidad de Rotación de diseño es de 980 RPM y la Amplitud de Vibración de 9,0 mm. Lo que produce una aceleración de aproximadamente 4,8 G.
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Las parrillas superior e inferior del harnero están fabricadas con (5) secciones, con los siguientes ángulos de inclinación con la horizontal: 1era Sección 2da Sección 3ª Sección 4ª Sección 5ª Sección
: : : : :
34º 27º 21º 14º 10º
Las mallas de clasificación están soportadas sobre largueros longitudinales provistos de monturas de goma, apernadas con una fila central de barras de sujeción y tensionadas transversalmente desde cada lado. El harnero fue inicialmente instalado con mallas de alambrón con aberturas cuadradas de 38mm. en la parrilla superior y mallas similares con aberturas cuadradas de 8mm. en la malla inferior, para una comparación directa con los harneros convencionales existentes. Las mallas alternativas de alambrón recomendadas por el suministrador fueron: P ARRILLA SUPERIOR
P ARRILLA INFERIOR
:
Slots de 32 x 96mm
Slots de 7 x 38mm
2 Sección
:
Slots de 32 x 50mm
Slots de 7 x 25mm
3ª Sección
:
Cuadrados de 38mm
Cuadrados de 8mm
4ª Sección
:
Cuadrados de 35mm
Cuadrados de 7mm
5ª Sección
:
Cuadrados de 35mm
Cuadrados de 7mm
1era Sección da
Es bien conocido que las mallas de alambrón pueden no ser las óptimas en el largo plazo, especialmente por la alta tasa de desgaste esperada en las secciones con fuerte pendiente en el extremo de alimentación. Sin embargo, una “Comparación del Caso Base” con los harneros existentes era necesaria y estos estaban equipados con mallas de alambrón. Además, se consideró que sería mejor desarrollar las pruebas con ese tipo de mallas debido a su costo relativamente más bajo, ya que el probar un cierto número de configuraciones alternativas con mallas de Goma o Poliuretano sería de alto costo. Se programó que las futuras especificaciones de estos tipo de mallas estarían basadas en los resultados obtenidos con las mallas de alambrón y tomando en consideración las diferencias en performance relativas entre ambos tipos de mallas, ya experimentadas en los harneros convencionales de las varias operaciones de Hamersley.
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La comparación de los parámetros de los harneros banana y convencional está indicada en Tabla 2. TABLA 2: RESÚMEN DE LOS PARÁMETROS DE LOS HARNEROS H ARNERO B ANANA
H ARNERO C ONVENCIONAL
2,4 x 6,1
2,4 x 6,1 (8’ x 20’)
Amplitud (mm) (*)
7,9
8,5
Velocidad (RPM)(*)
975
894
Aceleración (G)
4,2
3,8
Lineal
Circular (a favor del flujo)
30
37
Tamaño (M)
Tipo de Accionamiento Motor (KW) Inclinación de Parrillas •
Superior
34/27/21/14/10
14
•
Inferior
34/27/21/14/10
20
Cantidad de Mallas
5
4
300
400
Espaciamiento entre los largueros (mm)
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7. EVALUACIÓN DEL HARNERO. 7.1. PROGRAMA DE PRUEBAS. Se diseñó un Programa de Pruebas para comparar ambos tipos de harneros y para determinar su potencial máximo. Inicialmente, se efectúo una comparación directa con mallas idénticas en ambas unidades (Caso Base). Luego, se probó la configuración de mallas recomendada por el suministrador, considerándose cambios adicionales posteriores a estas pruebas. Las pruebas incluyen muestreo manual con pala, de una cierta longitud de muestra tomada en las correas de producto de los harneros. Se tomó una muestra de, a lo menos (1) metro, para asegurar la representatividad de ella. Lo anterior fue fatigoso y lento, ya que las pruebas se podían realizar cuando las interrupciones a la producción no eran significativas, ya que el harnero de prueba es el único que puede ser operado durante el ensayo, para permitir el muestreo. Además de las muestras tomadas de las correas de producto, el muestreo bajo las parrillas se efectuó con un dispositivo especial para recoger muestras desde diferentes posiciones bajo cada parrilla. Este tipo de muestreo, aunque difícil, no causa ninguna interrupción a la producción, ya que todos los harneros pueden ser operados durante la prueba. Todas las muestras fueron pesadas para calcular los flujos másicos y luego tamizadas por un tiempo de (5) minutos. Una Curva de Separación fue determinada para cada test a partir de los flujos másicos y los análisis granulométricos (ploteando el porcentaje de cada fracción granulométrica sobre un cierto tamaño que pasa sobre el harnero versus el tamaño de la media geométrica de esa fracción. La Eficiencia del harnero fue medida sobre las siguientes bases: •
“Tamaño de Separación” (S 50): definido como el tamaño (en mm) para el cual 50% pasa sobre el harnero y 50% pasa a través del harnero.
•
“Error Medio Probable” (Epm = S75 – S 25) 2 el cual es una medida de la pendiente de la Curva de Separación que indica la “Precisión de la Separación” (Sharpness of Separation).
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•
“Cortocircuitaje” (%): porcentajes de partículas desclasificadas o cortocircuitadas al oversize y undersize.
S 50 y Epm son medidas ISO. S50 es mencionado a menudo como el “Tamaño de Corte” o el “Punto de Separación”. Mientras más bajo el valor de Epm, más alto es el valor de la eficiencia del harnero. 7.2. PERFORMANCE EN EL CASO BASE. Varias series de pruebas fueron realizadas para establecer el comportamiento del harnero banana en el Caso Base, sobre un rango de tonelajes típicos de producción. Los resultados promedio de estas pruebas están resumidas en la Tabla 3, junto con el requerimiento entregado al suministrador. Debe considerarse que el Tonelaje Total indicado en la especificación fue el máximo alcanzado por los harneros convencionales y que los Tamaños de Separación y los valores de cortocircuitaje no eran necesariamente alcanzables a ese tonelaje. Además, los tamaños de separación especificados eran nominales y acordes con las especificaciones nominales de tamaño del producto. Los tamaños de Separación fueron similares para ambos harneros, pero el Harnero Banana fue más eficiente que el convencional en ambas parrillas, superior e inferior, como se evidencia por los valores inferiores de Epm y de cortocircuitaje. El Harnero Banana no solo fue más eficiente, sino que su caudal de alimentación de material (-) 6mm fue también mayor. Se efectuaron series posteriores de pruebas a tonelajes de alimentación inferiores, lo cual generalmente mejoró la performance aunque el cortocircuitaje del producto (+) 6mm a los finos aumentó ligeramente, como cabía esperar. Se lograron tonelajes de alimentación de hasta 780 TPH (360 TPH de material (- ) 6mm) al Harnero Banana sin ningún deterioro de la eficiencia en la parrilla inferior. Sin embargo, el corto circuitaje de material (-) 30 mm a la carga circulante (oversize de la parrilla superior) aumentó. A 700 TPH (320 TPH de (-) 6mm) de caudal de alimentación, la eficiencia de la parrilla inferior del harnero convencional cayó significativamente con el Epm aumentando a 1,6 y el (-) 6mm en el producto Colpas aumentando a 15%. El cortocircuitaje de material (-) 30mm en la parrilla superior aumentó y fue similar a aquel obtenido en el Harnero Banana.
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TABLA 3. PERFORMANCE EN EL CASO BASE HARNERO HARNERO ESPECIFI BANANA CONVENCIONAL CACIÓN Tamaño de Alimentación (+) 76 mm 0,3 0,5 0 (-) 76, (+) 30 mm 14,6 19,9 15 (-) 30, (+) 6 mm 32,9 37,1 33 (-) 6 mm 52,2 42,5 52 Tonelaje de Alimentación (TPH) 518 572 625 (-) 6 mm en alimentación (TPH) 270 243 325 Parrilla Superior: S50(mm) 36,7 36,2 30 Parrilla Superior: Epm 4,0 6,1 (-) 30 mm en C.Circulante (%) 8,6 12,4 12 (+) 30 mm en Colpas (%) 6,3 9,6 8 Parrilla Inferior: S50 (mm) 6,9 7,0 6 Parrilla Inferior: Epm 1,1 1,3 (-) 6 mm en Colpas (%) 9,2 10,4 7 (+) 6 mm en Finos (%) 4,5 6,3 6
7.3. PERFORMANCE EN EL CASO ALTERNATIVO. Series adicionales de pruebas fueron realizadas para establecer la performance del “Caso Alternativo” con una configuración de mallas similar a la recomendada por el suministrador. La configuración probada fue: P ARRILLA SUPERIOR
PARRILLA INFERIOR
:
Slots de 35 mm x 100 mm
Slots de 7 x 25 mm
2 Sección
:
Slots de 35 mm x 50mm
Slots de 7 x 25mm
3ª Sección
:
Cuadrados de 35 mm
Cuadrados de 8mm
4ª Sección
:
Cuadrados de 35 mm
Cuadrados de 7mm
5ª Sección
:
Cuadrados de 35 mm
Cuadrados de 7mm
1era Sección da
Los resultados promedio de esas pruebas con similares tonelajes de alimentación y distribución granulométrica que los del Caso Base se indican en Tabla 4.
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El tamaño de separación para la parrilla superior disminuyó ligeramente y la eficiencia también mejoró ligeramente, en comparación al Caso Base. Sin embargo, tanto el tamaño de separación como la eficiencia en la parrilla inferior, se deterioraron en comparación con el Caso Base. Al parecer, las aberturas en slot de la parrilla inferior fueron las responsables del mayor cortocircuitaje de material (+) 6mm a los Finos. Se alcanzaron tonelajes de alrededor de 760 TPH (330 TPH de (-) 6 mm) sin ningún deterioro en la eficiencia. TABLA 4. PERFORMANCE EN EL CASO ALTERNATIVO HARNERO BANANA Tamaño de Alimentación (mm) (+) 76 mm 2,1 (-) 76, (+) 30 mm 13,7 (-) 30, (+) 6 mm 39,5 (-) 6 mm 44,7 Tonelaje de Alimentación (TPH) 638 (-) 6 mm en alimentación (TPH) 285 Parrilla Superior: S50(mm) 33,9 Parrilla Superior: Epm 3,5 (-) 30 mm en C.Circulante (%) 9,0 (+) 30 mm en Colpas (%) 5,0 Parrilla Inferior: S50 (mm) 7,8 Parrilla Inferior: Epm 1,3 (-) 6 mm en Colpas (%) 5,5 (+) 6 mm en Finos (%) 9,8
7.4. MUESTREO BAJO LAS PARRILLAS. Muestras de Undersize fueron tomadas en el punto medio de cada sección, en ambas parrillas, superior e inferior. Ploteos típicos del tamaño con 80% de pasante versus la ubicación a lo largo del harnero, para el Caso Alternativo se muestran en las Figuras 4 y 5. Las pequeñas cantidades de material pasando a través de la 5º Sección de ambas parrillas permitió una contaminación de las muestras de la 5º Sección. Los valores para ella fueron, por lo tanto, extrapolados (aproximadamente 35 mm y 7 mm para las parrillas superior e inferior, respectivamente). Cuando se consideren estos ploteos, debe recordarse que la cantidad de material pasando a través de la malla es muy alta para las dos primeras
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secciones, pero luego disminuye rápidamente hacia la descarga del harnero. Referirse a Figura 1. 7.5. CONFIGURACIÓN OPTIMA DE PARRILLAS. Los resultados de las pruebas del “Caso Alternativo” fueron usados para predecir una configuración óptima de mallas. No solo era deseable tratar de mantener los tamaños de separación lo más cercanos posibles a los tamaños especificados, sino también balancear el cortocircuitaje del oversize y undersize. Se predijo que el cortocircuitaje del material (-) 30 mm aún podría reducirse al aumentar los tamaños de las aberturas en las mallas del extremo de alimentación en la parrilla superior. Los resultados del muestre o bajo las mallas mostraron que el tamaño con 80% pasante para las (3) primeras secciones era significativamente bajo 30mm. Por lo tanto, se decidió reemplazar las primeras (3) secciones como se indica: DE
A
1era Sección
:
Slots de 35 mm x 100 mm
Slots de 38 x 100 mm
2da Sección
:
Slots de 35 mm x 50mm
Cuadrado de 38mm
3ª Sección
:
Cuadrado 35 mm
Cuadrado de 38mm
Esto dio una configuración de slots de 38 mm para la 1º Sección, seguida por aberturas cuadradas de 38 mm para la 2º y 3º Secciones y cuadradas de 35 mm para la 4º y 5º Secciones. Cambiando de slot a abertura cuadrada en la 2ª Sección produciría un contra -efecto pero adicionalmente standardizaría los tamaños de aberturas de mallas. Se predijo que el cortocircuitaje de material de (+) 6 mm podría reducirse al cambiar el tamaño de abertura de la malla de la 2ª Sección en la parrilla inferior. Los resultados de muestreo bajo la malla mostraron que el tamaño con 80% pasante para la 1º Sección era significativamente bajo 6mm, pero era cercano a 6 mm para la 2º Sección. En consecuencias, se decidió reemplazar las primeras dos secciones como se indica: DE
A
1era Sección
:
Slots de 7 mm x 25 mm
Slots de 8 x 25 mm
2da Sección
:
Slots de 7 mm x 25mm
Cuadrado de 8mm
Esto dio una configuración standard de slots de 8 mm para la 1º Sección, seguida por aberturas cuadradas de 8mm para la 2º y 3º Secciones y 23
cuadradas de 7mm para la 4º y la 5º Secciones. Se pensó que el cambiar de slot a abertura cuadrada en la 2º Sección era más significativo que aumentar el tamaño en 1 mm y esto standardizaría adicionalmente el tamaño de aberturas de las mallas. Los resultados promedio de las pruebas realizadas con la configuración óptima de mallas están indicados en la Tabla 5. La eficiencia de la parrilla superior fue mejorada y, aunque la eficiencia de la parrilla inferior permaneció constante (valor de Epm), el cortocircuitaje total fue reducido. TABLA 5. PERFORMANCE EN EL CASO OPTIMO HARNERO BANANA Tamaño de Alimentación (mm) (+) 76 mm ´1,8 (-) 76, (+) 30 mm 15,1 (-) 30, (+) 6 mm 41,8 (-) 6 mm 41,3 Tonelaje de Alimentación (TPH) 720 (-) 6 mm en alimentación (TPH) 297 Parrilla Superior: S50(mm) 32,7 Parrilla Superior: Epm 3,1 (-) 30 mm en C.Circulante (%) 7,9 (+) 30 mm en Colpas (%) 3,2 Parrilla Inferior: S50 (mm) 7,0 Parrilla Inferior: Epm 1,3 (-) 6 mm en Colpas (%) 5,0 (+) 6 mm en Finos (%) 8,2
7.6. MEJORAMIENTO RELATIVO DE LA PERFORMANCE. El mejoramiento relativo de la performance entre cada caso fue establecido comparando los tamaño de separación y el cortocircuitaje para cada parrilla. El cortocircuitaje total fue expresado como porcentaje cortocircuitado de la alimentación (unidades de alimentación cortocircuitadas al oversize y al undersize por cada 100 unidades de alimentación al harnero). Una comparación de la performance para todos los casos se muestra en la Tabla 6. Se puede ver en esta comparación que la performance del “Caso Optimo” del harnero Banana fue significativamente superior a la del harnero convencional, siendo la mejoría más dramática para la parrilla superior.
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TABLA 6. COMPARACIÓN DE PERFORMANCES. HARNERO HARNERO BANANA Caso Caso Caso CONVENCIONAL Base
Altern.
Optimo
Parrilla Superior Tamaño de Separación (mm) Cortocircuitaje Total (% de la Alimentación) Parrilla Inferior
36,2
36,7
33,9
32,7
6,0
3,5
3,3
2,6
Tamaño de Separación (mm) Cortocircuitaje Total (% de la Alimentación)
7,0
6,9
7,8
7,0
6,9
5,5
6,6
5,5
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8. CONCLUSIONES. Un Harnero Banana fue exitosamente instalado en la Planta de Procesamiento Paraburdoo de Hamersley Iron Pty. Ltd., en reemplazo de un Harnero Convencional inclinado. La entrega de especificaciones detalladas de los requerimientos seguidas por extensas discusiones con el suministrador del harnero para producir un diseño adecuado, contribuyeron indudablemente al éxito de la instalación. La investigación teórica previa había indicado que un Harnero Banana debería dar una performance superior a la del Harnero Inclinado Convencional al clasificar mineral de Hierro. Esto fue comprobado por una extensa campaña de pruebas. Se demostró que la Eficiencia de Clasificación y la Capacidad fueron superiores para el Harnero Banana.
SANTIAGO, CHILE. Enero 22, 2003.
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REFERENCIAS. 1. Douglas F. Tompsitt. “Práctica de Harneado en Seco en Hamersley Iron Pty. Limited”. Presentado en el Primer Simposio Chino/Australiano sobre Tecnología de Preparación de la Alimentación a Plantas Siderúrgicas. Anshan, República Popular China. 1987. 2. W.Axt y P. Sauer. “Harneros Tipo Banana”. Presentado en la Conferencia de Operadores de Plantas, División Queensland Norte, Instituto Australiano de Minería y Metalurgia. Septiembre 1982.
3. L. Schlebusch. “Máquinas de Harneado de Accionamiento Lineal”. Presentado en Revista de Preparación y Procesamiento de Minerales. Julio 1982.
4. J.V.Leonard. “Preparación de Carbón”. Presentado en Conferencia del Instituto Norteamericano de Ingenieros de Minas y Metalurgia (A.I.M.E.). New York 1979.
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