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* Contribuição técnica ao 49º Seminário de Redução de Minério de Ferro e Matérias-Primas e
7º Simpósio Brasileiro de Aglomeração de Minério de Ferro, parte integrante da ABM Week 2019,
realizada de 01 a 03 de outubro de 2019, São Paulo, SP, Brasil.
COMPARAÇÃO DE CENÁRIOS INDUSTRIAIS DE
PRENSAGEM DE PELLET FEED VIA SIMULAÇÃO *
Túlio MoreiraCampos1
Gilvandro Bueno2
Luís Marcelo Marques Tavares3
Resumo
O desenvolvimento tecnológico e aplicação da prensa de rolos na indústria mineral
impulsionou um grande avanço no processamento de pellet feed de minério de ferro
nas últimas décadas. No processamento de pellet feed em usinas integradas de
produção de pelotas de minério de ferro, a Vale S.A foi uma das pioneiras na
aplicação da prensa de rolos, onde opera hoje com seis prensas de rolos nas usinas
de pelotização do Complexo de Tubarão (Vitória, ES). O presenta trabalho aborda a
modelagem matemática da prensa de rolos proposta por Torres & Casali e
modificada pelos presentes autores, para prever o desempenho de duas unidades
industriais de prensagem de pellet feed do Complexo de Tubarão. Validando o
modelo, são apresentados resultados de simulação do processo em regime
estacionário visando otimizar o processo de prensagem e abordar diferentes
cenários que se mostrem mais atrativos do ponto de vista operacional. As
simulações mostraram que é viável reduzir a área superficial específica da
alimentação da prensa de 1770 cm²/g para 1570 cm²/g, permitindo produzir um
pellet feed de igual qualidade como produto (1911 cm²/g) e, portanto, reduzir o trabalho
feito pela moagem de bolas a montante.
Palavras-chave: Prensa de rolos; Modelagem; Pellet Feed; Simulação.
COMPARISON OF SCENARIOS OF INDUSTRIAL SCALE PELLET FEED
PRESSING THROUGH SIMULATION
Abstract
The HPGR development and application in the minerals industry resulted in an
important increase in its application in iron ore pellet feed processing in the last
decades. Vale SA was one of the pioneers in application of the HPGR in integrated
plants, currently operating with six HPGRs in the pelletizing plants of Complexo de
Tubarão (Vitória, ES). The work uses the mathematical model of the HPGR,
proposed by Torres & Casali and modified by the present authors, to predict the
performance of two industrial pellet feed HPGR units of the Complexo de Tubarão.
Besides model validation, results of process simulations are shown in order to
optimize the pellet feed pressing according to industrial demands, presenting
different scenarios that are more attractive to HPGR operation. Simulations showed
that it is feasible to reduce the specific surface area of the HPGR feed from 1770
cm²/g to 1570 cm²/g, allowing to produce a pellet feed of the same quality in its
product (1911 cm²/g) and therefore reduce the work done by upstream ball milling.
Keywords: HPGR; Modeling; Pellet Feed; Simulation
1 Engenheiro Metalurgista, Mestrando, Laboratório de Tecnologia Mineral, PEMM/COPPE/UFRJ,
Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
2 Engenheiro Metalurgista, Engenheiro de Desenvolvimento, Departamento de Engenharia de
Desenvolvimento, Complexo de Tubarão – Vale S.A, Vitória, ES, Brasil.
3 Engenheiro de Minas, M.Sc., Ph.D., Professor Titular, Laboratório de Tecnologia Mineral,
PEMM/COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
* Contribuição técnica ao 49º Seminário de Redução de Minério de Ferro e Matérias-Primas e
7º Simpósio Brasileiro de Aglomeração de Minério de Ferro, parte integrante da ABM Week 2019,
realizada de 01 a 03 de outubro de 2019, São Paulo, SP, Brasil.
1 INTRODUÇÃO
O desenvolvimento da tecnologia da prensa de rolos nas últimas décadas
impulsionou um avanço significativo na sua aplicação no setor mineral, onde a
engenharia do equipamento passou por uma curva de aprendizado e
desenvolvimento formidáveis, contribuindo gradativamente para sua elevada
aceitação na indústria [1]. Incialmente aplicado na indústria cimenteira, a prensa de
rolos passou a ter um apreço considerável por parte das indústrias de minerais
metálicos em meados de 1990. Segundo alguns autores [2, 3] a alta eficiência
energética do equipamento quando comparada com os processos tradicionalmente
utilizados na cominuição foi um dos principais fatores que contribuíram para sua
rápida disseminação na indústria cimenteira.
A alta eficiência energética atrelada à alta capacidade possibilitou que a prensa de
rolos ganhasse maturidade suficiente para expandir suas aplicações em diferentes
setores minerais. A indústria de minério de ferro foi a pioneira na indústria de
minerais metálicos que aplicou com sucesso a tecnologia da prensa de rolos a nível
de produção industrial. Dentre as inúmeras aplicações de sucesso, o processamento
de prensagem de pellet feed de minério de ferro em etapas de remoagem pré-
pelotização e pré-moagem [4] foi o que de fato alavancou o desenvolvimento
tecnológico da prensa de rolos neste setor, permitindo uma série de avanços que
variaram desde aplicações da técnica até novos desenvolvimentos da própria
tecnologia.
Ainda no início da década de 1990 a Vale, então Companhia Vale do Rio Doce
(CVRD), implementou a prensagem de minério de ferro em prensa de rolos nas
etapas de produção de pellet feed fines em várias usinas integradas de pelotização
do Complexo de Tubarão [4]. A Figura 1 apresenta um circuito de produção de
pelotas de minério de ferro em uma usina de pelotização, com destaque para a
aplicação da prensa de rolos na etapa de preparação do pellet feed.
Figura 1. Circuito simplificado de uma usina pelotização de minério de ferro utilizado no Complexo
de Tubarão (Vale) em Vitória, mostrando a aplicação mais comum da prensa de rolos neste circuito
O sucesso da aplicação da prensa de rolos nestes circuitos se deve, em boa parte à
redução do consumo energético na operação [5, 6], alta geração de partículas
* Contribuição técnica ao 49º Seminário de Redução de Minério de Ferro e Matérias-Primas e
7º Simpósio Brasileiro de Aglomeração de Minério de Ferro, parte integrante da ABM Week 2019,
realizada de 01 a 03 de outubro de 2019, São Paulo, SP, Brasil.
ultrafinas a partir da atrição do leito [6], maior uniformidade do produto [4], alta
geração de área superficial específica [7] e também pela possibilidade de operar
com teores de umidade na faixa de 8-12% [6].
Tendo em vista sua atrativa aplicação na produção de pellet feed de minério de ferro
e, paralelo ao desenvolvimento constante de novas tecnologias no setor mineral,
muitas usinas de pelotização passaram a investir em pesquisas com o intuito de
otimizar o processo de prensagem e extrair ao máximo os benefícios e
oportunidades oriundos da aplicação da prensa de rolos. Atualmente, uma
oportunidade que tem se mostrado atrativa do ponto de vista industrial é a operação
com a prensa de rolos sendo utilizada como o principal equipamento dentro da
produção de pellet feed fines, o que pode permitir uma redução drástica nos custos
operacionais da usina, uma vez que o uso de moinhos de bolas, hidrociclones,
bombas, espessadores e filtros seria prescindido [8].
Paralelo ao desenvolvimento da técnica e aplicação da tecnologia, nos últimos 30
anos uma série de autores [9-17] contribuíram para o desenvolvimento de modelos
matemáticos que tentassem descrever o desempenho da prensa. Desde equações
empíricas com aplicações restritas até modelos fenomenológicos mais robustos, o
desenvolvimento da modelagem matemática da prensa de rolos se mostrou uma
ferramenta extremamente valiosa no auxílio à tomada de decisões em usinas de
processamento mineral, tornando a simulação computacional uma alternativa
eficiente para analisar o comportamento de diferentes condições operacionais e até
mesmo circuitos de prensagem a nível industrial.
Portanto, motivado pelas evidências citadas acima, o presente trabalho tem como
objetivo utilizar a simulação computacional como ferramenta ao auxílio na tomada de
decisões em usinas industriais de prensagem de pellet feed do Complexo de
Tubarão da Vale S.A. Foram simulados diferentes cenários industriais com o intuito
de otimizar a operação das prensas de rolos em diferentes usinas. Os cenários
foram simulados com o modelo matemático fenomenológico modificado de Torres &
Casali, sendo este calibrado e validado a partir de dados experimentais em testes de
prensagem de pellet feed em escala industrial.
2 METODOLOGIA
2.1 Material utilizado nos testes de prensagem
O pellet feed utilizado nos testes de prensagem é composto por uma blendagem de
diferentes tipologias de minério de ferro que compõe a alimentação das usinas de
pelotização do Complexo de Tubarão da Vale S.A. Tipicamente a blendagem é feita
com concentrados de flotação oriundos de usinas de beneficiamento do Quadrilátero
Ferrífero, podendo ser também misturado com pequenas quantidades do minério de
ferro proveniente do Complexo Ferro – Carajás (Parauabebas – PA). Com exceção
das Usinas I e II, a alimentação da prensa de rolos é oriunda do produto da moagem
(Figura 1), garantindo um cenário industrial onde a alimentação do equipamento
tenha entre 8-12% de umidade e uma área superficial específica relativamente alta.
A Tabela 1 apresenta as principais características do pellet feed de minério de ferro
que alimenta as prensas de rolos.
* Contribuição técnica ao 49º Seminário de Redução de Minério de Ferro e Matérias-Primas e
7º Simpósio Brasileiro de Aglomeração de Minério de Ferro, parte integrante da ABM Week 2019,
realizada de 01 a 03 de outubro de 2019, São Paulo, SP, Brasil.
Tabela 1. Características do pellet feed de minério de ferro alimentado nas prensas das usinas
industriais do Complexo de Tubarão da Vale S.A
Valores
Massa específica (kg/m³)
4400
Passante em 0,045 mm (%)
54 – 66
Tamanho com 80% passante (mm)
0,070 – 0,090
Área superficial específica (cm²/g)
1650 – 1850
Teor de umidade (%)
7,5 – 9,5
2.2 Testes de prensagem em prensas de rolos industriais
Foram utilizadas 2 prensas industriais para execução dos testes, as quais
correspondem às Usinas 6 e 8. É importante ressaltar que a prensa da usina 6 opera
seguindo a moagem em moinhos de bolas em circuito fechado com classificação em
hidrociclones, o que garante uma alimentação mais fina para a prensa de rolos.
Contudo, a Usina 8 opera com a moagem em circuito aberto e, consequentemente,
a alimentação da prensa é relativamente mais grosseira. De fato, os equipamentos
possuem dimensões diferentes, operam em condições diferentes e têm,
consequentemente, desempenhos muito variados. A Tabela 2 resume as dimensões
dos rolos e as faixas de condições operacionais nas quais cada bateria de testes foi
feita.
Tabela 2. Resumo das condições de projeto e operacionais utilizadas nos testes industriais com as
prensas das Usinas 6 e 8
Usina 6
Usina 8
Diâmetro dos rolos (m)
1,70
2,00
Comprimento dos rolos (m)
1,40
1,50
Forças específicas (N/mm²)
0,5 – 2,1
1,5 – 1,7
Pressão operacional (bar)
40 – 100
60 – 80
Velocidade dos rolos (m/s)
0,5 – 1,7
1,5 – 1,8
Abertura operacional (mm)
9 – 22
9 – 12
Em todos os testes amostras de alimentação e produto de cada prensa foram
coletadas a partir de cortes de correia, assim como amostras dos produtos ao longo
da posição axial dos rolos, com o intuito de avaliar a influência do perfil de pressões
no produto final de prensagem.
2.3 Modelagem matemática da prensa de rolos
Dentre as diferentes abordagens matemáticas desenvolvidas para descrição do
desempenho da prensa de rolos, três delas [14-16] se destacam com uma
modelagem matemática fenomenológica que permite a previsão das variáveis de
desempenho do equipamento (capacidade (t/h); potência (kW) e; distribuição
granulométrica do produto) a partir das variáveis operacionais e de projeto do
equipamento.
Dentre estes modelos, o de Torres & Casali [15] se destaca como um dos modelos
que conseguem prever, além das variáveis de desempenho supracitadas, um perfil
de granulometria detalhado ao longo a posição axial do rolo. A Figura 2 apresenta
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um modelo esquemático da prensa de rolos, destacando as principais variáveis
utilizadas na modelagem proposta por Torres & Casali.
Figura 2. Desenho esquemático da prensa de rolos apresentando as principais variáveis utilizadas
na modelagem proposta por Torres & Casali [15].
Torres & Casali [15] utilizam o modelo do fluxo empistonado para o cálculo da
capacidade da prensa de rolos [14], o qual considera uma relação entre o
comprimento dos rolos (L), a velocidade dos rolos (U), a abertura operacional (sg) e
a densidade aparente do material na zona de extrusão do equipamento (pg). Para o
cálculo da potência do equipamento durante a prensagem, os autores levam em
consideração o torque necessário para movimentar o rolo e a velocidade angular do
mesmo [15]. De maneira geral os autores relacionam a força compressiva aplicada
no leito de partículas, a partir de uma pressão hidráulica e a velocidade de rotação
dos rolos. Finalmente, o modelo de quebra de partículas propõe uma discretização
(divisão) do rolo ao longo de N blocos na sua posição axial e presumindo um perfil
de potências parabólico (Pk) que permite descrever um perfil de distribuições
granulométricas ao longo do eixo longitudinal. O modelo de quebra se baseia no do
balanço populacional, seguindo a função quebra bi,j e a função seleção específica
Si,k dadas em outras publicações [18, 19].
Embora seja um modelo robusto e que tenha sido validado para diferentes
aplicações [20, 21], trabalhos recentes mostraram que, para a prensagem de pellet
feed de minério de ferro, o modelo matemático proposto por Torres e Casali não se
mostrou uma ferramenta útil para a previsão do desempenho da prensa de rolos em
escala industrial [22] e em escala piloto [17, 22]. Utilizando como base o modelo
proposto por Torres & Casali, Campos et al. [17] propuseram uma série de
modificações no equacionamento do modelo para aprimorar a previsão do
desempenho do equipamento, tendo sido todo o modelo validado para prensagens
de pellet feed de minério de ferro em escala piloto. Campos [22] também propôs
uma equação para calcular a aceleração do material na zona de compressão da
prensa de rolos quando esta estivesse operando com materiais excessivamente
úmidos (> 8%). Essas várias equações são dispostas na
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Tabela 3. Resumo das principais equações do modelo de Torres & Casali modificado pelos autores
Capacidade
;
Força
compressiva
Potência
;
Granulometria
do Produto
;
Função
Quebra
Função
Seleção
;
2.4 Calibração do modelo
O modelo matemático de Torres & Casali foi implementado na plataforma Matlab®
(versão R2018a, Mathworks Inc.) para realizar todas as simulações de processo em
estado estacionário. Para ajustar os parâmetros ótimos que aparecem nas equações
da função quebra e função seleção (8 parâmetros), utilizou-se um método de
otimização não linear com restrições a partir de um algoritmo de busca que
conseguisse encontrar o mínimo de uma função escalar de várias variáveis a partir
de uma estimativa inicial. A função objetivo consistiu na soma das diferenças
quadráticas entre o logaritmo dos valores experimentais e calculados para o
passante acumulado de uma distribuição granulométrica utilizada como caso base.
2.5 Simulação dos estudos de caso
Foram simulados dois cenários diferentes nas usinas industriais estudadas,
correspondendo todos a prensagens a partir de demandas realistas da operação. De
maneira geral os estudos foram feitos comparando quais as possíveis melhorias
provocadas por pequenas mudanças nas condições operacionais ou de alimentação
do material na prensagem, avaliando sempre quais os impactos que elas poderiam
causar na taxa de produção do equipamento, no seu consumo energético, na área
superficial específica do produto e na eficiência do processo. Foram realizados os
seguintes estudos de caso:
• Caso 1: Área superficial Blaine da alimentação
O primeiro estudo de caso foi referente às operações realizadas na prensa da
Usina 6 (Tabela 2). Nesta usina, a alimentação da prensa de rolos tem uma área
superficial específica em torno de 1770 cm²/g, material este obtido a partir do
produto da moagem de bolas. Entretanto, processos de moagem são
extremamente custosos e, dentro de usinas, correspondem a boa parte do
consumo energético da mesma, o que é decorrente da sua baixa eficiência
energética. Desta maneira as simulações neste cenário foram feitas com o fim de
avaliar como o desempenho da prensa de rolos variaria mediante uma alteração
na granulometria da alimentação do equipamento. Essa alteração poderia ser
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ocasionada por um engrossamento do produto da moagem, reduzindo o
consumo energético nessa etapa. Um benefício potencial dessa estratégia seria
a maior facilidade da operação da filtragem previamente à prensagem. Portanto,
foram feitas simulações com a alimentação da prensa tendo 1415 cm²/g (Cenário
2) e 1570 cm²/g (Cenário 3), além da alimentação tradicionalmente utilizada
(Cenário 1). Para efeitos de comparação, as capacidades foram mantidas em
aproximadamente 550 t/h, sendo a força específica de compressão variada entre
0,9 e 1,8 N/mm². As diferentes distribuições granulométricas foram geradas
simplesmente transladando a distribuição granulométrica relativa à área
superficial específica de 1770 cm²/g.
• Caso 2: Modo de preparação da alimentação (circuito aberto vs. fechado)
Neste estudo de caso foram comparadas duas alimentações diferentes, sendo
uma delas proveniente da prensa da Usina 6 e outra da prensa da Usina 8
(Tabela 1). Além de serem prensas com dimensões de projeto diferentes e que
operam em condições bem distintas, ainda há o fato da Usina 6 operar com o
circuito de moagem fechado com classificação em hidrociclones, enquanto a
Usina 8 opera com moagem em circuito aberto, sendo seu produto alimentado à
prensagem. Desta maneira, há uma diferença razoável entre as duas
alimentações da prensa de rolos (Figura 3), na qual a Usina 8 se observa uma
maior concentração de partículas nas faixas de tamanho mais grosseiras. A fim
de manter a capacidade do circuito em, aproximadamente, 650 t/h, foram
realizadas simulações na prensa da Usina 6 com a pressão hidráulica de
70 bar, velocidade linear dos rolos de 1,2 m/s e a abertura de operacional de 16
para ambas as alimentações. Ambas as simulações foram feitas na prensa da
Usina 6 visando comparar qual o desempenho deste equipamento frente a
mudanças de granulometria da alimentação.
Figura 3. Comparação entre as alimentações das prensas que operam nas Usinas 6 e 8. As
distribuições granulométricas mostram a existência de resquícios de partículas grosseiras na
alimentação da Usina 8, que opera em circuito aberto, enquanto aquela da alimentação da Usina 6 é
resultado da moagem em circuito fechado com classificação em hidrociclones
3 Resultados
Inicialmente os modelos de capacidade e potência consumida para a previsão da
prensagem de pellet feed são validados. Em seguida, o ajuste de parâmetros ótimos
e a validação do modelo de quebra na previsão da distribuição granulométrica e
área superficial específica do produto é apresentado. Finalmente, são apresentados
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os resultados das simulações feitas, onde é possível avaliar os diferentes cenários
industriais estudados.
3.1 Ajuste dos parâmetros ótimos
Assim como apresentado na Seção 2.4, foi necessária a utilização de um teste de
referência (Caso Base) para ajustar os parâmetros ótimos de quebra do modelo. Os
parâmetros da função quebra não normalizável foram previamente calibrados para
pellet feed de minério de ferro e são apresentados em outro trabalho dos autores
[17]. Entretanto, os parâmetros da função seleção foram ajustados para cada uma
das campanhas industriais, variando para cada uma das prensas utilizadas. A Figura
5 apresenta a função quebra não normalizável (a) comum a todas as campanhas
(mesma blendagem de pellet feed) e a função seleção (b) para cada uma das
prensas. A Figura 6 mostra a comparação entre a distribuição granulométrica do
produto experimental e ajustado a partir da função quebra não normalizável, o que
evidencia a aderência do ajuste aos valores experimentais.
Figura 3. Função quebra (a) ajustada para o pellet feed de minério de ferro utilizado e função seleção
(b) ajustada para as diferentes prensas estudadas
Figura 4. Comparação entre as distribuições granulométricas do produto experimental e ajustado
usando a função quebra não normalizável. O ajuste foi feito utilizando resultados de um teste
industrial na Usina 6 operando com força específica de compressão de 1,5 N/mm² e 550 t/h de
capacidade
3.2 Validação do modelo
* Contribuição técnica ao 49º Seminário de Redução de Minério de Ferro e Matérias-Primas e
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A Figura 7 apresenta a comparação entre os valores experimentais e calculados
para a capacidade de produção (a) e potência consumida (b) pela prensa durante os
testes para todas as campanhas, sendo os resultados classificados pelas forças de
compressão específicas aplicadas. É evidente que as correções propostas foram
fundamentais para permitir uma adequada previsão destas variáveis de
desempenho, se mostrando aderente com as medidas experimentais realizadas nos
ensaios industriais.
Figura 5. Comparação entre os valores experimentais e calculados para a capacidade (a) e potência
consumida (b) da prensa de rolos em todas as campanhas industriais realizadas
Por outro lado, o modelo também se mostrou razoavelmente aderente na previsão
da distribuição granulométrica do produto final da prensa, além de conseguir prever
com fidelidade o perfil de quebra ao longo do eixo axial do rolo. A Figura 6 apresenta
a comparação entre o perfil de percentagem do material menor que 0,045 mm (a) e
o perfil de área superficial específica (b) ao longo da posição axial do rolo para um
teste com forças específica de 0,9 N/mm² realizado na Usina 6, enquanto a Figura 7
apresenta a comparação entre os valores experimentais e previstos para a área
superficial específica do produto para todos os testes de prensagem, sendo
diferenciados pela força específica aplicada.
Figura 6. Comparação entre os resultados experimentais e simulados para o perfil de percentagem
passante em 0,045 mm e o perfil de área superficial específica ao longo da posição axial do rolo. Os
resultados são oriundos de uma prensagem na Usina 6 com forças específica de compressão de 0.9
N/mm² e capacidade de produção de 700 t/h
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Figura 7. Comparação entre os valores experimentais e calculados para a área superficial específica
dos produtos obtidos nos testes de prensagem para as três usinas
De fato, o modelo consegue prever em uma ampla faixa operacional as principais
variáveis de desempenho da prensa de rolos, assim como explicitado acima.
Entretanto, os resultados apresentados na Figura 7 mostraram que para forças
específicas elevadas (Fsp > 2,0 N/mm²) o modelo superestima a quebra de partículas
e, consequentemente, o ganho de área superficial específica. Ainda que efeitos de
ineficiência de prensagem já tenham sido relatados por alguns autores [11] e já
equacionados para aplicações de compressão de leito de partículas [23], o modelo
utilizado não é sensível a este fenômeno e, portanto, sua validade se limita a
simulações em que as condições operacionais não ultrapassem aquelas nas quais
sabidamente ocorre ineficiência do processo.
3.3 Simulações
As simulações foram conduzidas como parte de dois estudos de caso (Seção 2.5)
com condições operacionais distintas. No estudo de caso 1 foi simulada a prensa da
Usina 6 com variações na alimentação da prensa de rolos, onde se variou a área
superficial específica de 1770 cm²/g até 1415 cm²/g. A
Tabela 4 resume as principais informações obtidas nas simulações, destacando uma
prensagem experimental realizada (Caso 1 experimental) e as demais simulações
para os estudos de caso. No Cenário 1 foi empregada uma pressão operacional de
40 bar, enquanto nos cenários 2 e 3 foi utilizada a pressão operacional de 85 bar.
Tabela 4. Simulações do estudo de caso realizado para o estudo de caso 1 realizado na prensa da
Usina 6
Cenário 1
experimental
Cenário 1
simulado
Cenário
2
Cenário
3
Potência (kW)
491
547
1247
1247
Capacidade do circuito (t/h)
549
533
538
538
Energia específica (kWh/t)
0,89
1,03
2,32
2,32
Passante em 45 um da alimentação (%)
62,5
62,5
55,9
58,8
BSA da alimentação (cm²/g)
1775
1763
1415
1570
Passante em 45 um do produto (%)
67,0
67,3
66,9
69,1
BSA do produto (cm²/g)
1910
1911
1756
1903
Ganho BSA (cm²/g)
135
148
341
333
Utilização de energia (cm²/g/kWh/t)
151
144
147
144
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Os resultados mostraram que foi possível reduzir a área superficial da alimentação
da prensa e ainda assim produzir um pellet feed fines com qualidade similar ao
processo tradicionalmente utilizado (Cenário 1). Ainda que o consumo de energia
específica tenha crescido, é válido afirmar que a operação se mostrou tão eficiente
quanto aquela relativa ao Cenário 1, mantendo uma utilização de energia de 144
cm²/g/kWh/t. Portanto, o Cenário 3 torna-se uma opção extremamente atrativa do
ponto de visto operacional, uma vez que engrossar a alimentação da prensa de rolos
significa reduzir o trabalho necessário a se fazer nos processos de moagem de
bolas. Usualmente a moagem de bolas tem uma utilização de energia da ordem de
50 cm²/g/kWh/t, reafirmando que a aplicação industrial do Cenário 3 poderia reduzir
consideravelmente o consumo energético dentro de usinas de pelotização. O
cenário 2 se mostrou atrativo sob o ponto de vista de eficiência energética, mas
mostra que a prensa, dentro das restrições impostas, não seria capaz de atingir a
especificação do produto se alimentada com material mais grosso, com área
superficial específica na faixa de 1415 cm2/g.
Já a Tabela 5 apresenta os resultados para o segundo estudo de caso, no qual
foram comparadas duas operações diferentes alimentações e como elas podem
influenciar o desempenho da prensa. Como explicado na Seção 2.5, a Usina 8 opera
com moagem em circuito aberto, enquanto a Usina 6 opera com moagem em circuito
fechado com classificação por hidrociclones à montante da prensagem. Assim, o
objetivo deste estudo foi avaliar como as diferentes estratégias de preparação da
alimentação (Figura 3) poderiam influenciar no desempenho do equipamento.
Tabela 5. Simulações do estudo de caso 2 comparando as diferentes alimentações das Usinas 6 e 8
Circuito aberto
Circuito fechado
Potência (kW)
1226
1226
Capacidade do circuito (t/h)
656
656
Energia específica (kWh/t)
1,87
1,87
Passante em 0,045 mm da alimentação (%)
54,5
62,5
BSA da alimentação (cm²/g)
1634
1763
Passante em 0,045 mm do produto (%)
63,8
70,5
BSA do produto (cm²/g)
1878
2028
Ganho BSA (cm²/g)
244
266
Utilização de energia (cm²/g/kWh/t)
130
142
As simulações apresentadas mostram que é possível concluir que uma alimentação
mais fina proveniente do overflow do hidrociclone permitiu, não só um maior ganho
de área superficial, como também uma melhor utilização da energia aplicada ao
processo. De fato, visto que as simulações e análises do processo foram feitas em
operações onde não se observou a saturação da quebra de partículas, é possível
concluir que alimentações mais finas são uma opção mais interessante a se aplicar
nestes cenários, embora as diferenças não sejam muito grandes entre essas
opções.
4 CONCLUSÃO
As modificações propostas nos módulos de capacidade, potência consumida e
granulometria do produto transformou o modelo de Torres e Casali em uma
* Contribuição técnica ao 49º Seminário de Redução de Minério de Ferro e Matérias-Primas e
7º Simpósio Brasileiro de Aglomeração de Minério de Ferro, parte integrante da ABM Week 2019,
realizada de 01 a 03 de outubro de 2019, São Paulo, SP, Brasil.
ferramenta de grande utilidade na determinação das variáveis de desempenho da
prensa de rolos. O modelo foi validado para aplicações industriais de prensagem de
pellet feed nas etapas de remoagem pré-pelotização, mostrando capacidade de
prever o desempenho do equipamento em uma ampla faixa de condições
operacionais. Entretanto, deve-se ressaltar que o modelo não se mostrou sensível à
previsão da quebra de partículas em altas aplicações de energia, uma vez que
efeitos de saturação da quebra ainda não são equacionados na previsão desta
variável de desempenho.
Assim como em outros trabalhos publicados [8, 17], o modelo se mostrou uma
ferramenta robusta para aplicações em simulações de processo estacionário e
permitiu simular diferentes cenários industriais de prensagem de pellet feed. O
estudo de caso 1, realizado na Usina 6, foi útil por mostrar que é possível reduzir o
trabalho realizado pela moagem de bolas e transferi-lo para a prensa de rolos,
potencialmente aumentando a eficiência energética global do circuito, tendo em vista
a maior eficiência da prensa em comparação com o moinho de bolas.
Por outro lado, a comparação feita entre as prensagens com diferentes alimentações
(circuito aberto e circuito fechado) mostrou que, embora a alimentação mais
grosseira do circuito aberto possa sugerir que haverá um processo mais eficiente de
quebra, os resultados mostraram que uma alimentação proveniente do overflow dos
hidrociclones se mostrou mais eficiente na geração de área superficial específica.
Agradecimentos
Os autores agradecem à Vale S.A por autorizar a publicação dos dados e pelo
suporte a pesquisa.
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* Contribuição técnica ao 49º Seminário de Redução de Minério de Ferro e Matérias-Primas e
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