Como Funciona um Moinho Raymond: Rolo de Moagem, Anel de Moagem e Estrutura de Suspensão Pendular Explicados

Como funciona um moinho Raymond? Um moinho Raymond mói o material por meio de um conjunto de rolos de moagem suspensos em uma aranha (suporte em forma de estrela) giratória que, pela ação da força centrífuga, se deslocam para fora e pressionam contra um anel de moagem fixo. Um sistema de pás levanta o material do piso da câmara de moagem para o espaço entre os rolos e o anel, onde a compressão e o atrito reduzem o tamanho da partícula. Uma corrente de ar gerada por um ventilador transporta o pó moído até um separador (classificador), que devolve as partículas grossas para nova moagem e envia as partículas finas dentro da especificação para um coletor de pó. Todo o circuito de moagem, classificação e coleta opera em ciclo fechado sob pressão negativa, motivo pelo qual o equipamento também funciona como secador integrado para materiais com teor de umidade inferior a aproximadamente 6%.

O Que Você Vai Aprender Neste Guia

Este guia explica o princípio de funcionamento mecânico de um moinho Raymond, com foco específico nos três componentes que determinam como a máquina reduz o tamanho de partícula: o rolo de moagem, o anel de moagem e a estrutura de suspensão pendular que os conecta. Destina-se a um engenheiro ou responsável por compras na etapa de comparar tecnologias de moagem ou redigir uma especificação técnica para uma cotação de moinho, antes da seleção final do fornecedor. Após ler este guia, você será capaz de identificar qual classe de modelo de moinho Raymond se aplica a um determinado material de alimentação e finura-alvo, interpretar uma folha de especificações de moinho Raymond sem depender da interpretação de um vendedor, e reconhecer as condições de operação em que um moinho Raymond não é o equipamento correto.

Visão Geral

Um moinho Raymond é um moinho de moagem vertical, varrido a ar, que combina redução de tamanho, classificação e secagem em uma única máquina. O projeto remonta ao final do século XIX e atualmente é fabricado por empresas em todo o mundo sob denominações que incluem “moinho Raymond,” “moinho pendular” e “moinho de rolos de suspensão.” Os três nomes descrevem o mesmo mecanismo central: rolos suspensos em uma estrutura giratória que pressionam para fora contra um anel pela ação da força centrífuga.

O Moinho Raymond Inteligente MGW é um exemplo atual dessa classe de equipamento. Segundo a especificação técnica do fabricante, o moinho processa minerais não inflamáveis e não explosivos com dureza Mohs inferior a 9 e teor de umidade inferior a 6%, produzindo um pó final na faixa de 80 a 400 mesh. O moinho é fabricado em cinco tamanhos de estrutura, do MGW110 ao MGW215, cobrindo uma faixa de capacidade nominal de 3,5 a 45 t/h.

O moinho Raymond não é o equipamento correto para toda tarefa de moagem. Um moinho de bolas rotativo processa moagem úmida, materiais de maior dureza, e aplicações em que a contaminação por ferro proveniente dos corpos moedores de aço não representa problema, em condições nas quais o contato seco rolo-anel do moinho Raymond não se aplica. Um moinho a jato ou um moinho vertical ultrafino produz saídas mais finas que 325 mesh de forma mais consistente que um moinho Raymond padrão, cujo separador foi projetado para a faixa de 80 a 400 mesh. As seções a seguir declaram esses limites de forma explícita, em vez de listar apenas as condições favoráveis à tecnologia do moinho Raymond.

Princípio de Funcionamento

Um moinho Raymond reduz o tamanho de partícula em quatro etapas sequenciais: alimentação, moagem, classificação e coleta. O Britador de Mandíbulas PE, ou um equipamento de britagem primária equivalente, normalmente antecede o moinho em uma linha de moagem completa, já que o moinho principal aceita apenas material previamente britado.

Etapa de Alimentação

O material bruto entra no circuito em um britador de mandíbulas, que reduz o material em blocos a um tamanho inferior a 20 mm antes de seguir no processo. Um elevador de canecas eleva o material britado até um funil posicionado acima do moinho principal. Um alimentador vibratório então dosa o material do funil para o moinho em ritmo controlado e contínuo, o que mantém a câmara de moagem carregada dentro de sua faixa de operação projetada e evita as sobrecargas típicas de uma alimentação por lotes.

Etapa de Moagem: Mecânica do Rolo de Moagem, do Anel de Moagem e da Suspensão Pendular

A câmara de moagem contém três componentes que atuam em conjunto: o rolo de moagem, o anel de moagem e a estrutura de suspensão pendular que conecta os dois. Um eixo vertical central faz girar uma aranha, também chamada suporte em forma de estrela, na parte superior da câmara de moagem. Um suporte de rolo, que funciona como braço pendular, é articulado em um pino de articulação na aranha. Na extremidade inferior de cada suporte de rolo está montado um rolo de moagem.

À medida que a aranha gira, cada suporte de rolo se desloca para fora pela ação da força centrífuga, o mesmo princípio mecânico que faz um pêndulo se deslocar para fora quando seu ponto de articulação se move em círculo. Esse deslocamento para fora pressiona o rolo de moagem contra a superfície interna do anel de moagem estacionário. O anel de moagem não gira; está fixado à carcaça do moinho e funciona como a superfície de contrapartida contra a qual o rolo comprime o material. A geometria pendular implica que a força de moagem é uma função direta da velocidade de rotação do eixo: ao aumentar a velocidade de rotação, aumenta-se a força centrífuga e, consequentemente, a pressão de contato entre o rolo e o anel, dentro dos limites mecânicos do conjunto de suporte e articulação.

Uma pá, montada sobre uma base de pá abaixo do suporte do rolo, gira junto com o conjunto e levanta o material do piso da câmara de moagem para o espaço entre o rolo e o anel. O material é comprimido e cisalhado à medida que o rolo rola sobre ele contra a superfície do anel, o que reduz o tamanho de partícula por meio de uma combinação de britagem e moagem. O próprio rolo não é acionado diretamente; ele gira em torno de seu próprio eixo devido ao contato por atrito com o anel, além de girar em torno do eixo central junto com a aranha.

O rolo de moagem e o anel de moagem são peças de desgaste. Os fabricantes normalmente fundem esses componentes em aço austenítico ao alto manganês, uma família de materiais coberta pela norma ASTM A128/A128M, escolhida por sua propriedade de encruamento por trabalho: a superfície se endurece sob o impacto e a carga abrasiva durante a operação, o que aumenta a resistência ao desgaste progressivamente conforme a peça é utilizada, em comparação com uma liga pré-endurecida que não se endurece mais em serviço.

Etapa de Classificação

O material moído não passa pelo moinho como um único fluxo de saída. A corrente de ar gerada na parte inferior da câmara de moagem eleva o pó fino produzido pela ação de moagem rolo-anel até um separador montado acima da câmara de moagem. O separador classifica o pó por tamanho de partícula por meio de uma gaiola giratória ou roda de pás: as partículas finas que atendem ao tamanho-alvo passam, enquanto as partículas grossas são rejeitadas e retornam à câmara de moagem para novas passagens entre o rolo e o anel. Essa classificação em ciclo fechado é o que permite a um moinho Raymond manter uma finura constante, em vez de produzir uma única distribuição de tamanho de partícula sem controle.

Etapa de Coleta

O pó fino dentro da especificação que sai do separador é transportado pela corrente de ar até um ciclone coletor, onde o pó se separa da corrente de ar por sedimentação centrífuga, e depois até um filtro de mangas para a captura final de pó antes de o ar sair pelo ventilador. Todo o circuito, da câmara de moagem até o separador e os equipamentos de coleta, opera sob pressão negativa, de modo que o pó não escapa do sistema para a área de trabalho ao redor. Esse projeto de circuito fechado é também o que permite ao moinho Raymond secar material de alimentação úmido durante a moagem, já que a corrente de ar que transporta o pó moído também carrega a umidade superficial, dentro do limite de umidade de 6% especificado pelo fabricante.

Tipos e Comparação de Modelos

Os moinhos Raymond são fabricados em uma faixa de tamanhos de estrutura, diferenciados principalmente pelo diâmetro do anel de moagem, número de rolos e potência de motor instalada. A tabela abaixo apresenta as especificações técnicas publicadas pelo fabricante para a série Moinho Raymond Inteligente MGW.

Tabela 1. Especificações técnicas do Moinho Raymond Inteligente MGW por modelo

Fonte: folha de especificações técnicas do fabricante do Moinho Raymond Inteligente MGW.

A capacidade é o parâmetro que mais frequentemente determina a seleção do modelo, e ela não escala de forma linear com o diâmetro do anel de moagem nessa série, porque o número de rolos, as dimensões do rolo e a potência do motor mudam entre os modelos. Uma linha de processo com capacidade requerida de 15 t/h poderia ser atendida tanto pelo MGW175 (faixa nominal de 13–20 t/h) quanto pelo MGW198 (faixa nominal de 15–30 t/h); a escolha entre os dois depende de a expansão futura de capacidade dentro da mesma área instalada ser um requisito do projeto, já que o MGW198 oferece maior margem acima de 15 t/h.

Para material com dureza superior a Mohs 9, teor de umidade superior a 6%, ou um processo de moagem úmida, o Moinho de Bolas MQ é uma tecnologia de moagem distinta dentro da mesma linha de produtos, que utiliza corpos moedores de aço dentro de um tambor giratório em vez de um mecanismo rolo-anel. Para uma finura-alvo acima de 400 mesh, o Moinho Ultrafino MSF utiliza um projeto de separador diferente, voltado a essa faixa de saída mais fina; o separador de um moinho Raymond padrão não é otimizado para manter uma distribuição de tamanho de partícula consistente acima de 400 mesh.

Especificações e Parâmetros

A finura na literatura técnica de moinhos Raymond é comumente expressa em mesh, uma unidade baseada em peneiras padronizada internacionalmente pela norma ISO 565 e, nos Estados Unidos, pela norma ASTM E11. A Tabela 2 converte os valores de mesh referidos neste guia para micrômetros, para leitores que trabalham com especificações de tamanho de partícula em unidades métricas.

Tabela 2. Conversão de mesh para micrômetros para finuras-alvo comuns em moinhos Raymond

Fonte: valores padrão de conversão mesh-micrômetro conforme as especificações de peneira ISO 565 e ASTM E11.

O valor de 400 mesh (38 µm) é o limite inferior para o qual a série MGW é classificada; atingir uma saída próxima a esse limite exige que o separador opere em maior velocidade de rotação, o que reduz a produção líquida em comparação com operar o mesmo moinho a 200 mesh. Essa relação de compromisso entre finura e produção é a razão pela qual os fabricantes publicam uma faixa de capacidade, em vez de um valor fixo de t/h, para cada modelo.

A especificação do produto da série MGW indica um limite de dureza Mohs inferior a 9 e um limite de umidade de alimentação inferior a 6%. Um material de alimentação com dureza superior a Mohs 7 (a dureza do quartzo) aumenta a taxa de desgaste abrasivo no rolo e no anel de moagem além da taxa típica de minerais carbonatados ou sulfatados mais macios, como calcita ou barita, porque partículas de maior dureza cortam a superfície da peça de desgaste de forma mais agressiva a cada passagem do rolo. Uma folha de especificações para uma cotação de moinho Raymond deve indicar a dureza Mohs do material, o teor de umidade da alimentação, o tamanho máximo de bloco de alimentação e a finura-alvo com uma taxa de passagem de peneira associada (comumente expressa como D90, o tamanho de partícula abaixo do qual se encontra 90% da massa da amostra), já que esses quatro valores determinam qual tamanho de estrutura e configuração de separador o moinho requer.

Critérios de Seleção

A seleção de modelo para um moinho Raymond parte de três entradas: capacidade requerida (t/h), finura-alvo (mesh, com uma taxa de passagem D90 declarada) e características do material de alimentação (dureza Mohs, teor de umidade, densidade aparente e abrasividade). Essas três entradas interagem entre si, de modo que uma especificação construída a partir de apenas uma delas costuma resultar em um equipamento subdimensionado ou superdimensionado.

Capacidade e finura se movem em direções opostas para um determinado tamanho de estrutura: um moinho com capacidade nominal de 30–45 t/h a 100 mesh não sustentará essa mesma produção a 400 mesh, porque o separador precisa operar em maior velocidade para manter um ponto de corte mais fino, o que reduz o volume de pó arrastado pelo ar que passa por unidade de tempo. Uma especificação que indique apenas um valor em t/h sem uma finura-alvo correspondente está incompleta.

A dureza e a umidade do material afetam a escolha do equipamento mais do que o tamanho do modelo. Um material com umidade acima de 6% requer pré-secagem antes de chegar ao moinho, sob risco de empastar as superfícies do rolo e do anel de moagem e obstruir os dutos de ar, um modo de falha observado em campo em minerais higroscópicos como a bentonita. Um material com dureza superior a Mohs 7 pode ser processado em um moinho Raymond dentro do limite de dureza especificado pelo fabricante, porém com uma taxa de consumo de peças de desgaste acelerada em comparação com material de alimentação mais macio; para o processamento contínuo de material no extremo superior da faixa de dureza, vale avaliar o Moinho de Bolas MQ como alternativa, já que seus corpos moedores de aço se desgastam de forma menos sensível à dureza do que uma superfície de contato rolo-anel.

A abrasividade e a aderência do material são variáveis de engenharia distintas da dureza. Um material macio, porém aderente, como a bentonita processada próxima ao seu limite de umidade, pode gerar problemas de vibração e obstrução que um material duro, porém não aderente, com a mesma dureza Mohs, não produz. Uma especificação para materiais aderentes ou de alta fluidez deve indicar especificamente o projeto do rolo e da pá, o roteamento dos dutos de ar e o método de controle do separador, em vez de se basear apenas na tabela de capacidade geral.

Aplicações por Material e Indústria

Os moinhos Raymond processam uma ampla gama de minerais não metálicos nos setores de materiais de construção, minerais industriais, agricultura e energia, com relevância direta para a indústria de mineração e agrícola do Brasil. Os exemplos a seguir descrevem configurações de equipamento documentadas para materiais específicos.

A barita, utilizada como agente densificante em fluidos de perfuração para a indústria de óleo e gás, é moída até um tamanho de partícula fino e controlado antes do uso; o Serviço Geológico dos Estados Unidos (USGS) observa que a maior parte da barita é processada até um tamanho de partícula pequeno e uniforme para uso como carga, extensor ou agente densificante em fluidos de perfuração. Uma instalação de moagem de barita de 12 t/h ilustra uma configuração de capacidade média para esse material.

A bentonita, utilizada na aglutinação de areia de fundição, fluidos de perfuração e aplicações de carga química, apresenta uma característica de alimentação higroscópica que exige ajustes no fluxo de ar e no revestimento dos rolos. Uma instalação de moagem de bentonita MGW138 de 7 t/h documenta uma configuração que utiliza um revestimento antiaderente interno nas superfícies do rolo e do anel de moagem, junto com um sistema de ar quente de controle automático, para manter uma saída de 200 mesh com taxa de passagem de peneira D90 acima de 90% ao processar bentonita com alimentação abaixo de 20 mm.

O óxido de cálcio (cal virgem), utilizado em construção, tratamento de água e metalurgia, gera um pó de alta fluidez que pode causar acúmulo irregular de material e vibração dentro da câmara de moagem. Uma instalação de moagem de óxido de cálcio de 25–30 t/h ilustra uma configuração de alta capacidade para esse material.

Matérias-primas e intermediários de fertilizantes são moídos até um tamanho de partícula controlado antes da mistura ou granulação. Uma instalação de moagem de fertilizantes de 15–26 t/h documenta uma configuração de ampla faixa de capacidade para essa aplicação.

A alumina, utilizada em aplicações refratárias e cerâmicas, e o coque de petróleo, utilizado como combustível e fonte de carbono em processos metalúrgicos, representam aplicações de moagem de menor produção e maior valor agregado. Uma instalação de moagem de alumina de 1,5–2 t/h e uma instalação de moagem de coque de petróleo de 4–5 t/h documentam configurações nessa escala de capacidade menor.

Manutenção e Peças de Desgaste

O rolo de moagem e o anel de moagem são as principais peças de desgaste em um moinho Raymond, pois são as duas superfícies em contato mecânico direto com o material abrasivo de alimentação. Uma instalação MGW175 para óxido de cálcio de 12–13 t/h documenta uma configuração que trata de dois modos de falha relevantes para a manutenção: acúmulo irregular de material causando vibração, e aderência de pó dentro de tubulações e do ciclone coletor.

Para o modo de falha por vibração, a configuração documentada utiliza uma estrutura em balanço reforçada para o conjunto de suporte do rolo, uma base amortecedora de alto amortecimento sob a carcaça do moinho e correção dinâmica de balanceamento, junto com um sistema de controle que monitora em tempo real a corrente do motor e a vibração, ajustando a taxa de alimentação para manter estável a camada de material na câmara de moagem. Para o modo de falha por aderência de pó, a configuração documentada utiliza paredes internas de tubulação polidas a espelho, um sistema anti-obstrução por batimento ou limpeza automática por martelo pneumático no ciclone coletor, e um filtro de mangas de limpeza por pulso com mangas antiestáticas, resistentes a óleo e água.

Os intervalos de substituição do rolo e do anel de moagem dependem da dureza do material, da abrasividade da alimentação e das horas de operação por dia, e variam o suficiente entre instalações para que um único valor baseado em horas não represente com precisão as condições reais de campo. Uma estimativa de vida útil específica para um determinado material de alimentação e ciclo de trabalho está disponível mediante solicitação através do formulário de contato do fabricante, com base nas características do material e na capacidade-alvo da aplicação específica.

A manutenção de rotina, além da substituição de peças de desgaste, inclui a lubrificação do mancal do eixo principal (a série MGW utiliza uma bomba de óleo interna, o que elimina a necessidade de uma estação de lubrificação externa separada), a inspeção da pá e de sua base quanto ao desgaste, e a limpeza periódica do sistema de dutos de ar, particularmente para materiais de alimentação propensos à aderência de pó, como óxido de cálcio e bentonita.

Custo e Aquisição

O preço de um moinho Raymond é determinado principalmente pelo tamanho de estrutura (que define o número de rolos, o diâmetro do anel e a potência do motor, conforme mostrado na Tabela 1), seguido do tipo de separador, do nível do sistema de controle (manual versus automação integrada por computador) e de recursos opcionais, como revestimentos antiaderentes no rolo e no anel, ou sistemas de amortecimento hidráulico para materiais de alimentação com alta vibração. Uma instalação de moagem de fertilizantes de 15–26 t/h e uma instalação de moagem de óxido de cálcio de 25–30 t/h ilustram dois níveis de capacidade distintos dentro da mesma série de produto, o que serve como referência útil para dimensionar uma cotação comparável.

O preço unitário específico depende do tamanho de estrutura, do equipamento opcional, dos termos de frete e do destino, e não é publicado como uma lista de preços fixa pelos fabricantes nessa categoria de equipamento. Uma cotação específica do projeto, incluindo o custo entregue e o prazo de entrega para o tamanho de estrutura e as opções aplicáveis, está disponível mediante envio dos requisitos de material de alimentação e capacidade através do formulário de contato do fabricante.

Perguntas Frequentes

Como um moinho Raymond mói o material?

Um moinho Raymond mói o material pressionando um rolo de moagem contra um anel de moagem fixo, pela força centrífuga gerada quando o suporte do rolo se desloca para fora a partir de uma aranha giratória. O material que uma pá levanta para o espaço entre o rolo e o anel é comprimido e cisalhado entre as duas superfícies, o que reduz o tamanho de partícula progressivamente à medida que passa pelo espaço em rotações sucessivas.

Por que o moinho Raymond também é chamado de moinho pendular?

O nome se refere ao suporte do rolo, que é articulado na parte superior e sustenta o rolo de moagem na parte inferior, na mesma disposição geométrica de um pêndulo. À medida que a aranha gira, o suporte do rolo se desloca para fora a partir de sua articulação, exatamente como um pêndulo se desloca para fora quando seu ponto de articulação percorre uma trajetória circular, o que pressiona o rolo contra o anel de moagem.

Qual é a diferença entre um moinho Raymond e um moinho de bolas?

Um moinho Raymond utiliza um rolo de moagem pressionado contra um anel de moagem pela força centrífuga, combinado com um separador de ar integrado, e processa material seco com teor de umidade inferior a aproximadamente 6%. Um moinho de bolas utiliza corpos moedores de aço que giram dentro de um tambor rotativo e pode processar material úmido em forma de polpa, o que o torna adequado para condições de material ou processo em que a moagem seca rolo-anel não se aplica.

De que material são feitos o rolo e o anel de moagem de um moinho Raymond?

O rolo e o anel de moagem são comumente fundidos em aço austenítico ao alto manganês, coberto por especificações como a ASTM A128/A128M, escolhido porque o material sofre encruamento em sua superfície de contato sob o impacto e a carga abrasiva gerados durante a moagem.

Qual faixa de finura um moinho Raymond pode produzir?

Um moinho Raymond padrão do tipo descrito neste guia produz um pó final na faixa de 80 a 400 mesh (aproximadamente 180 a 38 micrômetros), com a produção alcançável diminuindo à medida que a finura-alvo se aproxima da extremidade mais fina dessa faixa.

Referências e Fontes

1. ISO 565:1990 — Test sieves — Metal wire cloth, perforated metal plate and electroformed sheet — Nominal sizes of openings
2. ASTM A128/A128M-19 — Standard Specification for Steel Castings, Austenitic Manganese
3. U.S. Geological Survey, National Minerals Information Center — Barite Statistics and Information
4. Coperion — Raymond® Fine Grinding Roller Mill
5. Schenck Process — Raymond® Roller Mills: Technical Specifications and Capacity Data
6. Occupational Safety and Health Administration (OSHA) — 29 CFR 1910.1053, Respirable Crystalline Silica (referência internacional sobre exposição a pó respirável)