一种基于破碎速率的介质形状优化方法技术

本发明专利技术涉及一种基于破碎速率的介质形状优化方法，属于矿物加工中的磨矿技术领域。标定矿石的损伤系数，通过引入矿石的损伤系数，判断矿石的累积损伤能力，对选取介质形状提供依据：通过标定矿石的损伤系数，选择几种磨矿介质形状，将这几种磨矿介质形状进行磨矿特性试验，通过不同介质形状对各单一粒级矿石的破碎速率，比较不同介质形状在最佳破碎区域的破碎速率大小；结合不同介质形状下的细粒级零阶产出特征辅助优化得到优化后的介质形状。本发明专利技术可有效根据矿石性质差异及磨矿介质形状的接触机制来选取适宜的介质形状。为解决现场问题，提高磨矿效率、降低能耗提供基础理论与技术支撑。术支撑。术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种基于破碎速率的介质形状优化方法


[0001]本专利技术涉及一种基于破碎速率的介质形状优化方法，属于矿物加工中的磨矿


技术介绍

[0002]磨矿介质作为矿石破碎过程中的能量载体，其通过在磨机内的比表面积、单个能量和总能量等方面的变化对磨矿产品粒度、磨矿效率和磨机生产能力产生显著影响。介质形状和尺寸、磨机直径、介质充填率、磨机转速等影响着磨矿介质能量和比表面积。其中，最易于和最直接调节的因素是介质充填率、级配及自身尺寸和形状等。
[0003]不同介质形状的接触机制和磨矿机理不同，目前常用的介质形状主要有球形介质和圆柱形介质。球形介质作为传统细磨介质形状，工业应用广泛，因其转动性能好、且通过点接触机制进行破碎，其破碎粗颗粒的能力较强，但选择性破碎能力较差，易发生过粉碎现象；而圆柱形介质具有较大表面积，且接触机制为线性接触，主要通过挤压与剪切破碎，选择性磨矿作用强，磨矿产品粒度分布均匀，但针对难磨物料仍存在破碎力不足的缺陷。显然，选取合理的磨矿介质形状及级配对改善细磨效果具有重要意义。
[0004]由于磨矿介质形状(球形、圆柱形、椭球形、立方体形)不同，其表面积和接触机制也不同(点、线和面)。Lameck发现多边形球和扁平碎片相较于球形介质拥有更大的接触面积。于球形介质来讲，由于破碎和磨损，球形介质在研磨过程中发生断裂形成不规则碎片，磨损后的介质为面
‑
线接触机制，而球形介质只有点接触机制，其运动状态及接触机制发生改变。因此，可通过使用不同介质形状，改变其介质的接触机制使矿石发生破碎，以降低研磨成本并提高研磨效率。
[0005]国内外学者对磨矿介质形状与磨矿动力学的关系做了大量工作，我们得出一个共识是，在短时间磨矿时，无论采用何种介质形状其磨矿产品均符合一阶磨矿动力学方程，而非球形介质由于表面积大的优势，磨矿产品更为均匀，有效减轻过粉碎，但球形介质的破碎速率要高。国内外学者对于矿石硬度大，较难磨时，采用非球形介质是否还能达到预期效果并未进行深入研究。因此通过选取适宜的介质形状解决现场问题具有重要意义。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种基于破碎速率的介质形状优化方法。本专利技术引入损伤系数，对选取介质形状提供理论依据，引入总体平衡模型 (PBM)，从矿石的破碎速率及细粒级零阶产出特征进行介质形状优化，此技术可有效根据矿石性质差异及磨矿介质形状的接触机制来选取适宜的介质形状。为解决现场问题，提高磨矿效率、降低能耗提供基础理论与技术支撑。
[0007]目前矿石破碎理论的发展，Cleary等针对磨机颗粒破碎的5种机理，发现一次冲击破碎在整体粒度减少中贡献很小，大多数冲击破碎是由多次碰撞造成的疲劳磨损，如果颗粒在碰撞后没有断裂，那么它将受到损伤，从而颗粒产生新的断裂能，低于未碰撞前的断裂
(0)＝1，S1为破碎速率；
[0026]2.2、通过步骤2.1后选取得到优化后不同介质形状的最佳尺寸，通过零阶产出法假定磨矿破碎速率为常数(即物料在较短的磨矿时间内，单粒级或最粗粒级的物料存活率不小于35％)，通过不同介质形状下的细粒级零阶产出特征，方程(5)和(6)得到结果对比获得进一步优化后的介质形状：
[0027]细粒级零阶产出特征：
[0028]式中dy(x，t)为t时间x粒级的筛下累积产率，为表示粒度为x时的零阶累积产率速度函数；
[0029]细粒级产出速率常数：
[0030]式中α为碎裂难易程度，k为常数。
[0031]上述步骤1采用压力试验机对不规则矿块进行单轴压缩试验，试验矿块需经过实验室球磨机进行研磨，去除矿块多余棱角，防止压缩过程中矿块出现棱角局部破裂导致试验中断，影响试验结果，数据收集系统选择力
‑
位移曲线，采用Herzian弹性理论模型拟合测定的力
‑
位移曲线，通过拟合数据和试验数据拟合得出损伤的变化规律，确定损伤累积常数γ
[0032]本专利技术的有益效果是：
[0033]借助于矿石的损伤力学，对矿石的破碎机制进行深入解释，为选取适宜的介质形状提供理论依据；针对不同介质形状在最佳破碎区域的破碎速率及细粒级零阶产出特征，确定最佳的介质形状，为解决现场问题，提高磨矿效率提供基础理论与技术支撑。
[0034]本专利技术在保证介质形状准确性与合理性的同时，提高了磨矿效果，为工业领域的大规模应用提供了有效的技术手段。
附图说明
[0035]图1是本专利技术流程示意图；
[0036]图2是本专利技术实施例1的力
‑
位移曲线图；
[0037]图3是本专利技术实施例1的损伤变量拟合曲线图；
[0038]图4是本专利技术钢球对0.45～0.3mm的细粒级产出特征图；
[0039]图5是本专利技术钢球短时间磨矿与x
i
的关系图；
[0040]图6是本专利技术钢段对0.45～0.3mm的细粒级产出特征图；
[0041]图7是本专利技术钢段短时间磨矿与x
i
的关系图。
具体实施方式
[0042]下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。
[0043]实施例1
[0044]如图1所示，该基于破碎速率的介质形状优化方法，具体步骤在于：
[0045](1)标定矿石的损伤系数具体步骤为：
[0046]1.1、拟合力
‑
位移曲线图
[0047]通过单轴压缩试验测定的力
‑
位移曲线，采用Herzian弹性理论模型的方程(1)拟合测定的力
‑
位移曲线，方程(1)为：
[0048]式中F为局部应力、d
p
为颗粒直径、k
p
为颗粒刚度、k
b
为钢的刚度、α为位移；
[0049]本实施例获得的力
‑
位移曲线拟合图如图1所示；
[0050]1.2、计算出损伤变量值
[0051]通过步骤1.1的力
‑
位移曲线的拟合数据和试验数据通过方程(2)计算得出损伤变量值，方程(2)为：
[0052]式中D为损伤变量、F
expt
为试验应力值、F
elast
为拟合应力值；
[0053]1.3、确定矿石的损伤系数
[0054]通过步骤1.2的损伤变量值通过方程(3)进行拟合得出损伤变化规律，确定损伤累积常数γ，方程(3)为：
[0055]式中D为损伤变量、Δ
p
为颗粒位移、为颗粒破坏时的位移、γ为损伤累积常数。
[0056]本实施例中的损伤变化规律图如图3所示，从图3中的拟合曲线图可以得出该矿石的损伤累积常数γ＝14.16，其损伤系数偏高，累积损伤能力较弱，只有当破碎应力达到破坏点时，断裂才会突然发生，因此磨矿介质形状应为强冲击型介质，选取磨矿介质形状为圆形的钢球形状的钢球和钢段。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于破碎速率的介质形状优化方法，其特征在于具体包括以下步骤：(1)标定矿石的损伤系数，通过引入矿石的损伤系数，判断矿石的累积损伤能力，对选取介质形状提供依据：当矿石的损伤系数为10以下，矿石越容易破碎，磨矿介质形状选择为磨剥型介质，包括圆锥柱、短棒或短圆锥柱形状；当矿石的损伤系数超过10，矿石越难破碎，磨矿介质形状选择为强冲击介质，包括球或棒形状；(2)通过步骤(1)标定矿石的损伤系数，选择几种磨矿介质形状，将这几种磨矿介质形状进行磨矿特性试验，通过不同介质形状对各单一粒级矿石的破碎速率，比较不同介质形状在最佳破碎区域的破碎速率大小；结合不同介质形状下的细粒级零阶产出特征辅助优化得到优化后的介质形状。2.根据权利要求1所述的基于破碎速率的介质形状优化方法，其特征在于：所述步骤(1)标定矿石的损伤系数具体步骤为：1.1、拟合力
‑
位移曲线图通过单轴压缩试验测定的力
‑
位移曲线，采用Herzian弹性理论模型的方程(1)拟合测定的力
‑
位移曲线，方程(1)为：式中F为局部应力、d
p
为颗粒直径、k
p
为颗粒刚度、k
b
为钢的刚度、α为位移；1.2、计算出损伤变量值通过步骤1.1的力
‑
位移曲线的拟合数据和试...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖庆飞，武煜凯，周强，骆忠，汪勇，王肖江，牛桂强，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：