一种确定球磨机衬板形状及参数的方法技术

本发明专利技术涉及一种确定球磨机衬板形状及参数的方法，属于选矿中的磨矿技术领域。本发明专利技术以现场球磨机工况，包括给矿力学性质、球磨机钢球级配、磨机操作参数及衬板参数为基础，利用EDEM离散元数值模拟分别对衬板的形状及参数进行优化，以确定球磨机衬板的形状及参数。通过本方法优化后，球磨机衬板与现场工况协同性更好，球磨机内钢球运动状态与能量匹配更加合理，可提高球磨机内钢球对矿石的碰撞能量利用率，降低球磨机内钢球冲击衬板、钢球冲击钢球的能量消耗，延长衬板使用寿命，降低磨矿钢球单耗，可有效实现球磨机节能降耗。可有效实现球磨机节能降耗。可有效实现球磨机节能降耗。

【技术实现步骤摘要】
一种确定球磨机衬板形状及参数的方法


[0001]本专利技术涉及一种确定球磨机衬板形状及参数的方法，属于选矿中的磨矿领域。

技术介绍

[0002]磨矿是选矿厂中一个极为重要的作业，磨矿产品质量的好坏直接影响选别指标的高低，磨矿作业的基建投资、生产费用、电能的消耗和钢材消耗所占的比例最大。磨矿过程伴随着大量的电耗与钢耗，电耗约占50％～65％，磨矿过程仅有0.5％～1.0％的能量用于破碎矿石，极低的能量利用率造成了巨大的能源浪费；钢耗包括衬板损耗与钢球损耗，钢耗约占50％以上。近十年，全国“节能降耗”工作进入实质性阶段，国家十分重视节能降耗技术的研究，随着国内矿产资源逐渐衰竭，难处理矿石日渐增多，磨矿节能降耗(节约电能、降低钢耗)成为矿山企业亟待解决的问题。
[0003]目前，选矿工作者通过研发新型耐磨材料和衬板改形优化延长衬板使用寿命，前者研发难度大，成本高，而后者大多依靠经验，缺乏科学的理论指导。在球磨过程中，衬板在保护球磨机筒体的同时提升介质(钢球)和矿石，衬板的参数决定着钢球的运动状态。球磨机破碎是衬板将钢球提升至一定高度后落下，依靠钢球携带的能量冲击矿石使其发生碎散分离的过程。破碎是否发生取决于钢球所携带能量的大小，在现场球磨机生产工况下，钢球携带能量的大小与衬板提升能力和钢球尺寸有关。衬板提升能力较弱时，钢球所携带能量小于矿石破碎所需能量时，破碎不会发生，磨机内能力利用率很低；衬板提升能力较强时，钢球所携带能量远大于矿石破碎所需能量，会产生贯穿性破碎，钢球在水平方向的位移增加，导致“空砸”衬板，减少衬板使用寿命；衬板提升能力适中时，钢球携带的能量与矿石破碎所需能量匹配时，破碎效果最好，此时球磨机能量利用率最高，磨机内有用能量占比较低，衬板的使用寿命也会延长。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是以现场球磨机给矿粒度组成、给矿力学性质、球磨机钢球级配、磨机操作参数及衬板参数为基础，利用EDEM离散元数值模拟，为确定球磨机衬板形状及参数提供一种可行的方法。
[0005]本专利技术的技术方案是：以现场球磨机衬板为依据，设计球磨机衬板形状优化方案，经EDEM离散元数值模拟得出球磨机衬板最佳形状，再以此形状为基础，设计球磨机衬板提升条高度优化方案，经EDEM离散元数值模拟得出球磨机衬板最佳提升条高度，具体包括以下步骤：
[0006]Step1前期准备
[0007]调研现场球磨机工况，包括给矿力学性质、球磨机钢球级配、磨机操作参数及衬板参数，为设计衬板及数值模拟做准备；
[0008]Step2离散元数值模拟参数标定
[0009]对离散元模拟参数所需数值进行标定，包括磨矿钢球之间、矿石颗粒之间、磨矿钢
球与矿石之间、磨矿钢球与衬板之间、矿石与衬板之间的相关参数；
[0010]Step3设计球磨机衬板形状优化方案并建立模型
[0011]以现场使用衬板的参数为依据，设计衬板形状优化方案，衬板形状包括波形衬板、提升筋衬板。筋波衬板以及波形衬板与提升筋衬板相组合，使用SolidWorks建立球磨机衬板优化模型；
[0012]Step4通过离散元数值模拟得出球磨机衬板最佳形状
[0013]将Step3建立的球磨机衬板形状优化模型导入EDEM进行离散元数值模拟，导出球磨机模型内各种类型能量的损失值，包括钢球对钢球、钢球对矿石、钢球对衬板、矿石对衬板和矿石对矿石的总能量损失，分析并得出球磨机衬板最佳形状；
[0014]Step5设计球磨机衬板提升条高度优化方案并建立模型
[0015]以Step4确定的球磨机衬板形状为基础，设计衬板提升条高度优化方案，建立衬板提升条高度优化模型；
[0016]Step6通过离散元数值模拟得出球磨机衬板最佳提升条高度
[0017]将Step5建立的球磨机衬板提升条高度优化模型导入EDEM进行离散元数值模拟，导出球磨机模型内各种类型能量的损失值，包括钢球对钢球、钢球对矿石、钢球对衬板、矿石对衬板和矿石对矿石的总能量损失，分析并得出球磨机衬板提升条最佳高度。
[0018]在上述步骤中进行数值模拟时，需尽量接近现场球磨机工况。其中衬板参数不仅限于提升条高度，可根据需要拓展为提升条面角、提升条宽度和提升条组数等。
[0019]本专利技术的工作原理是：
[0020]衬板参数优化可采用EDEM离散元数值模拟。离散元法(Distinct Element Method,DEM)是一种处理非连续介质数值模拟问题的方法，其理论基础是不同本构关系(应力
‑
应变关系)的牛顿第二定律。离散元法将求解空间离散为离散单元阵，每个单元之间是可分离的、不连续的，即一个单元可以与其相邻的单元分开或接触，单元之间的相对位移是一个基本变量，单元之间法向、切向的作用力根据力和相对位移的关系而求解；部分单元的运动状态则通过该单元的受力情况通过牛顿第二运动定律计算得出。具体办法是，先对单元所受到的其它单元对其的作用力和其它物理场对其的作用力求合力和合力矩；再根据牛顿运动第二定律求出该单元的运动加速度；然后对加速度进行时间积分，算出该单元的位移与速度，从而可以得出该单元在任意时刻的速度、角速度、加速度、线位移和转角等物理量，最终可以获取试验过程中不便确定碰撞能量、球磨机功率和能量利用率等信息。EDEM应用于本专利技术时，相邻两单元之间采用Hertz
‑
Mindlin(no slip)接触模型进行连接，Hertz
‑
Mindlin接触模型能满足接触刚度随接触位移与接触力变化的非线性函数接触条件，能够模拟颗粒之间的冲击行为，这些特点使该接触模型在无粘性散体颗粒的模拟试验中更加合理。
[0021]衬板形状与提升条高度是球磨机衬板关键的两个参数，二者决定着钢球在球磨机内的运动状态及能量分布，因此，衬板优化方案主要围绕衬板形状及提升条高度进行对比研究，首先确定球磨机衬板形状，在形状的基础上进行提升条高度优化。得出球磨机衬板的最佳形状与提升条高度。
[0022]本专利技术的有益效果是：本专利技术克服了传统球磨机衬板设计依靠经验，没有科学的理论指导和球磨机衬板与现场球磨机工况，包括给矿力学性质、球磨机钢球级配、磨机操作
参数等因素协同性不好的缺陷，通过本方法优化后，球磨机衬板与现场工况协同性更好，球磨机内钢球运动状态与能量匹配更加合理，可提高球磨机内钢球对矿石的碰撞能量利用率，降低球磨机内钢球冲击衬板、钢球冲击钢球的能量消耗，延长衬板使用寿命，降低磨矿钢球单耗，可有效实现球磨机节能降耗。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的流程图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和实施例对比本专利技术进行进一步的说明。
[0025]本专利技术以现场球磨机衬板为依据，设计球磨机衬板形状优化方案，经EDEM离散元数值模拟得出球磨机衬板最佳形状，再以此形状为基础，设计球磨机衬板提升条高度优化方案，经EDEM离散元数值模拟得出球磨机衬板最佳提升条高度。具体如图1所示，包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定球磨机衬板形状及参数的方法，其特征在于：以现场球磨机衬板为依据，设计球磨机衬板形状优化方案，经EDEM离散元数值模拟得出球磨机衬板最佳形状，再以此形状为基础，设计球磨机衬板提升条高度优化方案，经EDEM离散元数值模拟得出球磨机衬板最佳衬板参数。2.根据权利要求1所述的确定球磨机衬板形状及参数的方法，其特征在于：所述衬板参数包括提升条高度、提升条面角、提升条宽度和提升条组数中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的确定球磨机衬板形状及参数的方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：Step1前期准备调研现场球磨机工况，包括给矿力学性质、球磨机钢球级配、磨机操作参数及衬板参数，为设计衬板及数值模拟做准备；Step2离散元数值模拟参数标定对离散元模拟参数所需数值进行标定，包括磨矿钢球之间、矿石颗粒之间、磨矿钢球与矿石之间、磨矿钢球与衬板之间、矿石与衬板之间的相关参数；Step3设计球磨机衬板形状优化方案并建立模型以现场使用衬板的参数为依据，设计衬板形状优化方案，衬板形状包括波形衬板、提升筋衬板，筋波衬板以及波形衬板与提升筋衬板相组合，使用SolidWorks建立球磨机衬板优化模型；Step4通过离散元数值模拟得出球磨机衬板最佳形状将Step3建立的球...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖庆飞，李云啸，周强，刘向阳，王肖江，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：