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离散元在圆锥破碎机模拟中的应用


介绍

破碎是矿物加工中的常见步骤,其过程为将矿石或岩石进料到破碎机中,以降低后续步骤中矿石或岩石的尺寸。因此,破碎机的性能和效率对采矿行业来说十分重要的。模拟破碎装置中发生的各种现象,包括颗粒破裂、系统磨损和堵塞等问题,需要全面了解这些不易通过实验获得的现象。因此,离散元方法(DEM)可以替代实验,作为设计工具帮助我们进一步了解与提升圆锥破碎机的性能。

EDEM在该项目中的作用

在这个联合工业与学术的项目中,EDEM软件被应用于模拟工业级锥形破碎机。尝试研究关键参数对圆锥破碎机功能的影响。并采用DEM方法用于对锥形破碎机的磨损进行建模仿真。



EDEM多功能性方便我们在模拟中精确地表示颗粒形状与破碎机几何。基于已有的实验结果,选择四面体形状的颗粒(由五个球形颗粒组成)以模拟4至8cm范围内的铁矿石。采用粒子替代法(由EDEM团队开发)用于模拟粒子断裂。有关此方法的详细说明在EDEM用户论坛中提供。

由于模拟输出受输入参数的影响很大,最初进行了休止角的模拟,并将其与已有实验数据进行了比较,以校准输入仿真参数。在校准输入参数的基础上,重点研究了三个具有重要影响的参数,即偏心旋转速度、闭边排料口(CSS)与颗粒流速。研究结果表明,在当前模拟中,所选择的CSS范围(0.03-0.05μm)对产品的粒子体积分布没有明显影响。然而,提高偏心转速,可以获得较高的整体颗粒数。模拟还可以预测颗粒入口流速在800至1000 MTPH范围内的破碎机堵塞。


Archard提出的模型(在EDEM用户论坛中提供)已被用于圆锥破碎机磨损的离散元模拟中。结果表明其磨损较为均匀,其原因为颗粒的进入速度较为恒定。通常,腔体表面的计算磨损高于破碎机表面的计算磨损。最大磨损发生在进入破碎机时,颗粒最初撞击的腔体头部,其法向应力值较高。

EDEM模拟充分展示了其在铁矿石破碎建模方面的巨大潜力。DEM模型将用于优化圆锥破碎机的性能。假设校准工作已经进行,DEM模型可用于预测其他矿石的圆锥破碎机性能而无需任何实验,最终可以节省资金成本和时间。

在这个项目的后续过程中,我们可以模拟更全面的破坏形式。此外,还可以模拟各种粒子形状而不是本研究中使用的四面体形状。