Molinos de bolas

1. Introducción al molino de bolas

El molino de bolas es el equipo clave para triturar materiales después del triturado.

El molino de bolas es una de las máquinas de molienda de alta finura ampliamente utilizadas en la producción industrial, y hay muchos tipos, como el molino de bolas de tubo, el molino de bolas de varilla, el molino de bolas de cemento, el molino laminado superfino, el molino de bolas manual, el molino de bolas horizontal, el cojinete del molino de bolas, el molino de bolas de ahorro de energía, el molino de bolas de desbordamiento, el molino de bolas de cerámica, el molino de bolas de celosía.

El molino de bolas es adecuado para moler diversos minerales y otros materiales. Se utiliza ampliamente en el procesamiento de minerales, materiales de construcción y la industria química. Se puede dividir en métodos de molienda seca y húmeda. Según los diferentes métodos de descarga, se puede dividir en dos tipos: de rejilla y de rebose. Según la forma del cilindro, se puede dividir en cuatro tipos: molino de bolas de tubo corto, molino de bolas de tubo largo, molino de tubo y molino de cono.

2. Principio de funcionamiento del molino de bolas

El molino de bolas se compone de un cilindro horizontal, un eje hueco para la alimentación y descarga de materiales y un cabezal de molienda. El cilindro es un cilindro largo con un cuerpo de molienda instalado en el cilindro. El cilindro está hecho de placa de acero. El revestimiento de acero está fijado al cilindro. Generalmente, el cuerpo de molienda es una bola de acero, que se empaqueta en el cilindro según diferentes diámetros y una cierta proporción. El cuerpo de molienda también puede ser de acero. Elija según el tamaño de partícula del material de molienda. El material se carga en el cilindro mediante el eje hueco en el extremo de alimentación del molino de bolas. Cuando el cilindro del molino de bolas gira, el cuerpo de molienda se une al revestimiento del cilindro debido a la inercia, la fuerza centrífuga y la fricción. Arrastrado por el cilindro, cuando se lleva a cierta altura, será lanzado hacia abajo debido a su propia gravedad. El cuerpo de molienda que cae aplastará el material en el cilindro como un proyectil.

El material ingresa uniformemente a la primera cámara del molino a través del dispositivo de alimentación, a través de su eje hueco. Dentro de la primera cámara del molino se encuentra un revestimiento escalonado o corrugado. La cámara está equipada con bolas de acero de diversas especificaciones. La caída posterior a la altura ejerce un fuerte impacto y trituración sobre el material. Tras la molienda gruesa en el primer almacén, el material ingresa al segundo almacén a través de un panel divisorio de una sola capa. El almacén está revestido con revestimientos planos y bolas de acero para moler aún más el material. El polvo se descarga a través de la rejilla de descarga para completar la molienda.

Cuando el barril gira, el cuerpo de molienda también se desliza. Durante el deslizamiento, el material se muele. Para aprovechar al máximo el efecto de molienda, al moler materiales con partículas de mayor tamaño, el cuerpo de molienda es fino. Dividido en dos secciones por una placa divisoria, se convierte en un silo doble. Cuando el material entra en el primer silo, es triturado por una bola de acero. Cuando entra en el segundo silo, la sección de acero muele el material, y el material molido calificado sale por el extremo de descarga. Cuando el eje se descarga para moler materiales con partículas finas, como arena n.° 2, escoria y cenizas volantes gruesas, el barril del molino puede configurarse como un molino de barril de un solo silo sin placa divisoria, y el cuerpo de molienda también puede ser de acero.

Las materias primas se introducen en el cilindro hueco a través del muñón del eje hueco para su molienda. El cilindro está equipado con medios de molienda de diversos diámetros (bolas de acero, varillas de acero o grava, etc.). Cuando el cilindro gira sobre su eje horizontal a una velocidad determinada, el medio y las materias primas contenidas en el cilindro se separan del mismo al alcanzar una altura determinada por la acción de la fuerza centrífuga y la fuerza de fricción. La pared del cuerpo se proyecta para caer o rodar, triturando el mineral debido a la fuerza de impacto. Al mismo tiempo, durante la rotación del molino, el movimiento deslizante entre los medios de molienda también tiene un efecto de molienda sobre las materias primas. El material molido se descarga a través del muñón hueco.

3. Carga del molino de bolas

La función principal de la bola de acero en el molino de bolas es impactar y triturar el material, además de desempeñar un papel en la molienda. Por lo tanto, el propósito de la clasificación de las bolas de acero es cumplir con estos dos requisitos. El efecto de trituración afecta directamente la eficiencia de la molienda y, en última instancia, el rendimiento del molino de bolas. El cumplimiento de los requisitos de trituración depende de si la clasificación de las bolas de acero es adecuada, incluyendo el tamaño de las bolas, el número de diámetros de las bolas y la posición de las bolas según diversas especificaciones, la proporción, etc.

Para determinar estos parámetros, es necesario considerar el tamaño del molino de bolas, la estructura interna del molino de bolas, los requisitos de finura del producto y otros factores, las características del material de molienda (facilidad de moler, tamaño de partícula, etc.).

Para triturar eficazmente los materiales, se deben seguir varios principios a la hora de determinar la gradación:

En primer lugar, la bola de acero debe tener suficiente fuerza de impacto para que la bola de acero del molino de bolas tenga suficiente energía para aplastar el material particulado, lo que está directamente relacionado con el diámetro máximo de la bola de acero.

En segundo lugar, la bola de acero debe tener suficientes veces de impacto sobre el material, lo cual está relacionado con su tasa de llenado y su diámetro promedio. Cuando la cantidad de llenado es constante, y para asegurar una fuerza de impacto suficiente, se recomienda reducir el diámetro del cuerpo de molienda y aumentar el número de bolas de acero para aumentar el número de impactos sobre el material y mejorar la eficiencia de trituración.

Finalmente, el material tiene suficiente tiempo de residencia en el molino para garantizar que el material esté completamente triturado, lo que requiere que la bola de acero tenga cierta capacidad para controlar el caudal del material.

El método de clasificación de bolas en dos etapas consiste en utilizar bolas de acero de dos tamaños diferentes con una gran diferencia de diámetro. La base teórica es que los huecos entre las bolas grandes se rellenan con bolas pequeñas para aumentar al máximo la densidad de empaquetamiento de las bolas de acero. De esta manera, por un lado, se puede mejorar la capacidad de impacto y el número de impactos del molino, lo cual se ajusta a las características funcionales del cuerpo de molienda. Por otro lado, la mayor densidad aparente permite que el material obtenga un determinado efecto de molienda. En la distribución de bolas en dos etapas, la función principal de la bola grande es impactar y triturar el material. La bola pequeña, en primer lugar, rellena el hueco entre las bolas grandes y aumenta la densidad aparente del cuerpo de molienda para controlar el caudal de material y aumentar la capacidad de molienda; desempeña la función de transferencia de energía, transfiriendo la energía de impacto de la bola grande al material; y, en tercer lugar, expulsa las partículas gruesas del hueco y las coloca en el área de impacto de la bola grande. 

4. Estructura mecánica del molino de bolas

El molino de bolas se compone de una parte de alimentación, una parte de descarga, una parte giratoria, una parte de transmisión (reductor, engranaje de transmisión pequeño, motor, control eléctrico) y otras piezas principales. El eje hueco es de acero fundido, el revestimiento interior es desmontable, el engranaje giratorio grande se procesa mediante tallado por fundición y el cilindro cuenta con un revestimiento resistente al desgaste. La máquina funciona de forma suave y fiable.

El cuerpo principal del molino de bolas incluye un cilindro, en el que se inserta un revestimiento hecho de material resistente al desgaste en el cilindro, hay cojinetes que llevan el cilindro y mantienen su rotación, y hay piezas de accionamiento como un motor, engranajes de transmisión, poleas y correas trapezoidales.

Las piezas llamadas palas generalmente no son los componentes principales. Las palas espirales internas en la entrada del componente del extremo de alimentación se denominan palas espirales internas, y las palas espirales internas en la salida del componente del extremo de descarga también se denominan palas espirales internas.

Además, si se utiliza un transportador de tornillo en el equipo auxiliar en el extremo de descarga, habrá piezas llamadas cuchillas espirales en el equipo, pero estrictamente hablando, ya no es parte del molino de bolas.

Según el material y el método de descarga, se puede seleccionar entre molino de bolas seco y molino de bolas de rejilla húmeda. El molino de bolas de bajo consumo incorpora rodamientos de rodillos esféricos radiales de doble hilera autoalineables con baja resistencia al funcionamiento y un importante ahorro de energía. En la sección del tambor, se añade una sección cónica en el extremo de descarga del tambor original, lo que no solo aumenta el volumen efectivo del molino, sino que también optimiza la distribución del fluido en el tambor. Este producto se utiliza ampliamente para la molienda de materiales en metales no ferrosos, metales ferrosos, plantas de procesamiento de minerales no metálicos, industrias químicas y de materiales de construcción.

5. Accesorios para molinos de bolas

Engranaje de molino de bolas

Los accesorios del molino de bolas incluyen engranajes de molino de bolas, piñón de molino de bolas, eje hueco de molino de bolas, anillo de engranaje de molino de bolas, anillo de engranaje de molino de bolas, bola de acero de molino de bolas, placa de compartimiento de molino de bolas, dispositivo de transmisión de molino de bolas, cojinete de molino de bolas, revestimiento de extremo de molino de bolas, etc.

La selección del material del engranaje grande del molino de bolas:

Según las condiciones de trabajo de los engranajes grandes, estos suelen estar hechos de los siguientes materiales:

(1) Acero estructural de carbono medio

(2) Acero estructural de aleación de carbono medio

(3) Acero cementado

(4) Acero nitrurado

La estructura del engranaje grande del molino de bolas presenta diversas formas según los requisitos de uso, pero desde un punto de vista tecnológico, se puede considerar que está compuesto por dos partes: la corona dentada y el cuerpo de la rueda. Según la distribución de los dientes en la corona dentada, se puede dividir en dientes rectos, helicoidales y en espiga.

Proceso de fabricación y control de calidad de molinos de bolas

I. Proceso de fabricación de molinos de bolas

1. Fabricación de componentes principales

(1) Fabricación de cilindros

• Selección de materiales: Normalmente se utiliza Q345R (acero de baja aleación para recipientes a presión) o Q235B (acero estructural al carbono). El espesor (16–50 mm) se determina en función de las especificaciones del equipo y las condiciones de operación (p. ej., dureza de rectificado, corrosividad).

• Pasos de procesamiento:

1. Corte de placas de acero:El corte por llama CNC o el corte por plasma se utilizan para cortar placas de acero en 扇形坯料 (sectores en blanco) que coinciden con las dimensiones desplegadas del cilindro, con márgenes de soldadura reservados.

2. Laminado y conformado:Una gran máquina laminadora dobla las piezas en forma cilíndrica, garantizando un error de redondez de ≤1 mm/m y un error de rectitud de ≤0,5 mm/m.

3. Costuras de soldaduraLa soldadura por arco sumergido se aplica a las uniones longitudinales (uniones axiales del cilindro). Tras la soldadura, se realiza un tratamiento de envejecimiento de 24 horas para eliminar la tensión de soldadura. En cilindros con una longitud superior al ancho de la placa de acero, las uniones circunferenciales (uniones radiales) se sueldan mediante soldadura simétrica para minimizar la deformación.

4. Calibración de redondez:Una máquina redondeadora corrige la elipticidad del cilindro soldado para garantizar la precisión del ensamblaje con las tapas de los extremos.

(2) Fabricación de tapas de extremo

• Selección de materiales:A menudo se utiliza ZG35CrMo (acero fundido de aleación) o estructuras soldadas de Q345R (las tapas de extremo soldadas son comunes para molinos de bolas grandes, mientras que las tapas de extremo fundidas se utilizan para los más pequeños).

• Pasos de procesamiento:

1. Conformado por fundición/soldaduraLas tapas de extremo fundidas se fabrican mediante fundición en arena o fundición a la espuma perdida, lo que garantiza la ausencia de contracción y grietas. Las tapas de extremo soldadas se forman mediante el corte y la soldadura de placas de acero, seguido de la detección de defectos.

2. Mecanizado:Los tornos verticales mecanizan el espigo (paso para la conexión al cilindro) y el orificio del asiento del cojinete (para instalar el eje hueco), garantizando que la tolerancia del diámetro del espigo sea IT7 y la rugosidad de la superficie Ra ≤1,6 μm.

3. Conexión al cilindroLas tapas de los extremos se conectan al cilindro mediante pernos de brida o soldadura (la soldadura es común en molinos de bolas grandes). Se utiliza soldadura simétrica segmentada para evitar la deformación.

(3) Fabricación de ejes huecos

• Selección de materiales: Normalmente, se utilizan piezas forjadas de acero 45# o ZG45CrNiMo (acero fundido de aleación). Las piezas forjadas se someten a temple y revenido (dureza: 220–260 HBW).

• Pasos de procesamiento:

1. Forja:Las piezas de acero se calientan a 1100–1200 °C y se forman mediante forjado en matriz abierta o forjado en matriz, seguido de recocido para eliminar la tensión.

2. Mecanizado en bruto:Torneado del círculo exterior y del orificio interior (canal de alimentación/descarga) con un margen de acabado de 3–5 mm.

3. Tratamiento térmico:El temple y revenido garantizan las propiedades mecánicas (resistencia a la tracción ≥600 MPa, tenacidad al impacto ≥30 J/cm²).

4. Mecanizado de precisiónLos tornos CNC mecanizan el muñón (superficie de contacto con el cojinete principal) con una tolerancia IT6 y una rugosidad superficial Ra ≤0,8 μm, lo que garantiza la precisión de ajuste con el cojinete.

(4) Fabricación de sistemas de transmisión

• Engranaje grande:

• Material:Forjado de ZG35SiMn (acero fundido) o 42CrMo, con temple de la superficie del diente (dureza: 35–45HRC).

• TratamientoTras la fundición/forja, se realiza el torneado de desbaste, seguido del temple y revenido. Se realiza el torneado de precisión del círculo exterior y la cara frontal, y posteriormente se talla para formar los dientes. Finalmente, se aplica el temple y rectificado de la superficie del diente (precisión: Grado 6 según GB/T 10095.1-2008).

• Engranaje pequeño:

• Material:Forjado de 40CrNiMoA, con temple y revenido general seguido de temple de la superficie del diente (dureza: 45–50 HRC).

• Tratamiento:Después del forjado, se realiza un mecanizado en bruto, seguido del tratamiento térmico, el torneado de precisión del muñón, el tallado y el rectificado final (la misma precisión que el engranaje grande).

(5) Fabricación de revestimientos

• Selección de materiales: Hierro fundido con alto contenido de cromo (15–20 % Cr), acero con alto contenido de manganeso (ZGMn13) o compuestos bimetálicos (capa resistente al desgaste + material base).

• Pasos de procesamiento:

1. FundiciónEl hierro fundido con alto contenido de cromo se funde en arena, con una temperatura de vertido controlada entre 1400 y 1450 °C para evitar la contracción. El acero con alto contenido de manganeso se somete a un temple por agua (se calienta a 1050 °C y se templa en agua para eliminar los carburos).

2. Mecanizado:Fresado de orificios para pernos y ranuras de posicionamiento en la parte posterior del revestimiento para asegurar el acoplamiento con el cilindro (espacio ≤1 mm).

2. Proceso general de montaje

1. Premontaje de componentes:Inspeccione las dimensiones de los componentes (por ejemplo, redondez del cilindro, tolerancia de la espiga de la tapa del extremo) y limpie las manchas de aceite y las rebabas en las superficies mecanizadas.

2. Conjunto de cilindro y tapa de extremo:Alinee las tapas de los extremos con las bridas del cilindro, apriete los pernos de manera uniforme (en orden diagonal) o suéldelos (con detección de fallas posterior a la soldadura).

3. Instalación de eje hueco: Conecte el eje hueco al asiento del cojinete de la tapa del extremo mediante un ajuste en caliente (calentando el asiento del cojinete a 100–150 °C) o pernos, asegurando un error de coaxialidad de los dos ejes huecos ≤0,1 mm/m.

4. Conjunto del sistema de transmisión:

• El engranaje grande está conectado al cilindro a través de un ajuste en caliente o pernos, lo que garantiza que la cara del extremo del engranaje esté perpendicular al eje del cilindro ≤0,05 mm/m.

• El engranaje pequeño está conectado al eje de salida del reductor. Ajuste la holgura de engrane (0,2–0,4 mm) y el patrón de contacto (≥60 % a lo largo del diente, ≥70 % a lo largo del diente) de los engranajes grande y pequeño.

5. Instalación del cojinete principal:Fije el asiento del cojinete a la base, ajuste la holgura de montaje entre el eje hueco y el cojinete (0,15–0,3 mm para cojinetes deslizantes, según las especificaciones para cojinetes rodantes) y asegúrese de que el error de nivelación del asiento del cojinete sea ≤0,05 mm/m.

6. Prueba de funcionamiento:

• Prueba sin carga:Hacer funcionar durante 4 horas, verificando la temperatura del cojinete (≤65 °C), el ruido de engranaje (≤85 dB) y la vibración del cilindro (amplitud ≤0,1 mm).

• Prueba de carga:Cargar gradualmente al 50%, 80% y 100% de la carga de diseño, con un tiempo total de funcionamiento de 8 horas, confirmando que no hay anormalidades en los componentes.

II. Proceso de control de calidad

1. Control de calidad del material

• Inspección de materia prima:

• Las placas de acero, las piezas forjadas y las fundiciones deben presentar certificados de materiales (composición química, propiedades mecánicas). Se requiere el muestreo para análisis espectral (para confirmar el contenido de elementos) y ensayos de tracción (para determinar la resistencia a la tracción y el límite elástico).

• Los revestimientos de fundición de alto cromo se someten a pruebas de dureza (≥HRC58) y tenacidad al impacto (≥3 J/cm²). El acero de alto manganeso se inspecciona para determinar su estructura metalográfica tras el temple al agua (sin carburos reticulados).

2. Control de calidad del proceso

• Inspección de precisión del mecanizado:

• Cilindro: Los medidores de redondez láser verifican la redondez; las reglas y los calibradores de espesores verifican la rectitud.

• Eje hueco: los indicadores de cuadrante miden la redondez del muñón (≤0,01 mm) y la cilindricidad (≤0,02 mm); las máquinas de medición de coordenadas verifican la coaxialidad.

• Engranajes: Los detectores de engranajes miden el error de paso (≤0,02 mm) y el error del perfil del diente (≤0,015 mm); el método de coloración verifica los patrones de contacto de engranaje.

• Inspección de calidad de la soldadura:

• Se realizan pruebas 100% no destructivas (UT para defectos internos, MT para grietas superficiales) en costuras longitudinales y circunferenciales, con una calificación de soldadura del 100%.

• Las pruebas de propiedades mecánicas (pruebas de tracción y flexión) en uniones soldadas garantizan una resistencia no inferior a la del material base.

• Inspección del tratamiento térmico:

• Después del temple y revenido de piezas forjadas y engranajes, los probadores de dureza verifican la dureza de la superficie (error ±5HBW); los microscopios metalográficos observan las estructuras (por ejemplo, sorbita templada para acero templado y revenido).

3. Control de calidad del producto terminado

• Inspección de precisión del ensamblaje:

• Los niveles verifican la nivelación de los asientos de los cojinetes y los reductores; los indicadores de cuadrante miden el movimiento axial del cilindro (≤0,5 mm).

• La holgura de engranajes se mide mediante el método del cable conductor (diámetro del cable conductor = 1,5 × holgura estimada) para cumplir con los requisitos de diseño.

• Pruebas de rendimiento:

• Prueba en vacío: Funcionamiento continuo durante 4 horas, registrando la temperatura, la vibración y el ruido de los rodamientos cada hora. Detener el funcionamiento si la temperatura supera los 70 °C o la vibración es anormal.

• Prueba de carga: Cargue los materiales según los parámetros de diseño (50 %, 80 %, 100 %), con un tiempo total de funcionamiento de 8 horas. Verifique el rendimiento (desviación ≤ 5 %), el tamaño de partícula del producto de molienda (cumple con los requisitos) y asegúrese de que no se aflojen los revestimientos ni los pernos.

• Inspección de apariencia y etiquetado:

• La superficie del equipo está pintada uniformemente (con un grosor de 60-80 μm), sin descuelgues ni falta de recubrimiento. Las etiquetas son claras (modelo, especificaciones, nombre del fabricante y fecha de producción).