Abstract
Um den Einfluss verschiedener Hammermaterialien auf die Brechwirkung des Prallbrechers zu analysieren, wurde die stereoskopische Messung des Kleemann MR130 Prallbrechers und des Kupfererzes durchgeführt. Das UG-Modell des Kleemann MR130 Prallbrechers wurde erstellt und importiert in EDEM-Software. Das Modell der Kupfererzpartikel wurde entwickelt, um die Zerkleinerungswirkung der Hammermaterialien Cr26 und 35GrMo von Prallbrechern zu analysieren, wobei Geschwindigkeit und Rotationsenergie der Kupfererzpartikel in 2.6 bis 3.5 s als Bewertungsindizes verwendet wurden. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass bei einer Förderleistung von 15 %, 25 % und 35 % die Geschwindigkeit und Rotationsenergie von Kupfererz im Brecher mit dem Hammermaterial 35GrMo höher sind als bei Cr26. Bei gleichem Hammermaterial nehmen Geschwindigkeit und Rotationsenergie des Kupfererzpartikelmodells mit zunehmender Förderleistung des Kupfererzes deutlich zu; darunter liegt die Maximalgeschwindigkeit der Kupfererzpartikel bei 57.09 m/s und die maximale Rotationsenergie bei 2269.39 J. Die Testergebnisse stimmen mit den Simulationsergebnissen überein und bieten eine Forschungsgrundlage sowie eine neue Idee zur Optimierung der Hämmer des Prallbrechers und zur Verbesserung der Zerkleinerungswirkung des Kupfererzes.
Prallbrecher und Granitmodell
Prallbrecher-Modell
Da die Modellierungsfähigkeit der diskreten Elementsoftware EDEM schwach ist und nur der Teil, der mit ihm in Kontakt steht, im Simulationsprozess der EDEM-Software erstellt werden muss, sollte sein dreidimensionales Modell vereinfacht werden. Das dreidimensionale Modell des Brechers wird in der UG-Software erstellt und sein Äußeres und Inneres sind in Abbildung 1 und Abbildung 2 dargestellt.
Forschung zu Prallbrechern auf Basis von EDEM
Die geometrische Größe und Form des Kupfererzes sind Zufallsvariablen, die sich direkt auf seinen Aufprall auf die Prallplatte und die endgültige Zerkleinerungswirkung auswirken. Diese Studie konzentriert sich auf die Zerkleinerungswirkung von Kupfererz mit gleicher geometrischer Größe und Form unter verschiedenen Prallplattenmaterialien. Um den Verschleißfehler der Gegenplatte im zerkleinerten Innenhohlraum genau zu analysieren, wurde das Kupfererz (Abb. 3) daher vor Ort analysiert und in Kombination mit relevanter Literatur und Daten in einer diskreten Elementsimulation so angeordnet, dass das Kupfererz kugelförmig ist, um die Simulationsforschung zu erleichtern. Es wird als Normalverteilung mit einem mittleren Radius von 185 mm und einer Standardabweichung von 0.191 generiert.
Die Dichte von Kupfererz wird mithilfe der Dichteformel und der Entwässerungsmethode ermittelt. Das Experiment wurde 60 Mal wiederholt; das durchschnittliche Ergebnis betrug 2.793 g/cm³.
Software-Simulation
Das Kontaktmodell zwischen Kupfererz, Prallbrecher und Kupfererz ist als Hertz-Mindlin-Modell (ohne Schlupf) aufgebaut. Die Normalkraft zwischen den Partikeln in diesem Modell beträgt:
![\[ F_{\mathrm{n}}=\frac{4}{3} E^{*}\left(R^{*}\right)^{1 / 2} \alpha^{3 / 2} \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-b7a37fa6b90b720463c178a58e9ced5b_l3.png "Gerendert von QuickLaTeX.com")
In der obigen Formel 
ist der Mittelwert der Radien aller Teilchen, 
ist die Reichweite des Kontakts von Partikeln und 
ist der Mittelwert des Elastizitätsmoduls aller Partikel, ausgedrückt als:
![\[ \frac{1}{E^{*}}=\frac{1-\nu_{1}^{2}}{E_{1}}+\frac{1-\nu_{2}^{2}}{E_{2}} \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-f72d91538679b7de9a74883661c57359_l3.png "Gerendert von QuickLaTeX.com")
Geben Sie im obigen Formular
Form ist der Elastizitätsmodul eines Teilchens und 
Form ist die Poissonzahl eines Teilchens. Die 
, 
im gleichen Ausdruck.
Die Radialkraft kann wie folgt ausgedrückt werden:
![\[ F_{t}=-8G^{*} \sqrt {R^{*} \alpha \delta } \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-0656b4e288fce5ffa0e8a8a032ac7565_l3.png "Gerendert von QuickLaTeX.com")
In der obigen Formel δ ist der Überlappungsbereich zwischen wechselwirkenden Teilchen und 
ist der äquivalente Schermodul, der mit der folgenden Formel berechnet wird:
![\[ G^{*}=\frac{2-v_{1}^{2}}{G_{1}}+\frac{2-v_{2}^{2}}{G_{2}} \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-47327f175d1f29402ef0364455b4a161_l3.png "Gerendert von QuickLaTeX.com")
In dieser Form sind G₁ und G₂ die Schermodule der Partikel 1 bzw. 2.
Durch Importieren der Materialbibliothek der diskreten Elementsoftware und der zugehörigen Literatur im Frühstadium werden die globalen Parameter der Simulation mit den Materialien der Prallbrecherhämmer Cr26 und 35GrMo (das restliche Brechermaterial ist Stahl) wie in Tabelle 1 festgelegt.
| Tabelle 1: Die globalen variablen Parameter der Prallbrecherhämmermaterialien Cr26 und 35GrMo | ||||||
| Materialien | Dichte/(kg/m³) | Poisson-Verhältnis | Schubmodul/Pa | Kollisionswiederherstellungsfaktor (mit Kupfererz) | Haftreibungskoeffizient (bei Kupfererz) | Dynamischer Reibungskoeffizient (bei Kupfererz) |
| Kupfererz | 2790 | 0.2 | 3.0×10⁸ | 0.5 | 0.5 | 0.01 |
| Stahl | 7800 | 0.3 | 7.0×10¹⁰ | 0.5 | 0.9 | 0.05 |
| Cr26 | 7980 | 0.27 | 7.5×10¹⁰ | 0.6 | 0.8 | 0.06 |
| 35GrMo | 2640 | 0.29 | 5.0 × 10⁷ | 0.2 | 0.5 | 0.01 |
Das in der UG-Software erstellte Brechermodell wurde in die EDEM-Software importiert und die Partikelanlage als im Brecher befindlich definiert. Der Rotor begann sich in der Innenkammer des Brechers bei 3×10-⁶s zu drehen. Um den Betriebszustand des Prallbrechers zu zeigen, wird die Partikelanlage angewiesen, in den 400 Sekunden im Brecher 25 Kupfererze (Förderrate 2 %) zu erzeugen, der Rotor stoppt in den 5 Sekunden und die Simulation ist in den 5 Sekunden beendet. Schließlich wird die EDEM-Software angewiesen, die Daten alle 6 Sekunden zur Aufzeichnung und Ausgabe zu speichern.
Abbildung 4 zeigt die Aufprallkraftverteilung der Prallplatte bei einer Simulationszeit von 3 s. Es ist ersichtlich, dass die Aufprallkraft der Prallplatte hauptsächlich im unteren Teil der Prallplatte konzentriert ist, sodass davon ausgegangen werden kann, dass der untere Teil der Prallplatte der zentrale Teil des zerkleinerten Erzes ist. Die Möglichkeit eines Verschleißversagens in diesem Teil ist größer, und die Festigkeit dieses Teils sollte bei der Konstruktion optimiert werden.
Simulationsergebnisse des Prallbrechers
Vergleich und Recherche von Simulationsergebnissen
Die EDEM-Software betrachtet Partikel im Simulationsprozess standardmäßig als starren Körper und kann daher den Prozess des Partikelbrechens nicht simulieren. Das Zerkleinern von Kupfererz im Brecher wird jedoch durch Kollisionen mit dem Hammer, der Gegenplatte und sich selbst erreicht, sodass die Zerkleinerungswirkung indirekt untersucht werden kann, indem die Geschwindigkeit und die Rotationsenergie des Kupfererzes in der ersten Betriebsphase des Brechers analysiert werden. Mithilfe des EDEM-Datennachbearbeitungsmoduls wurden Geschwindigkeit und Rotationsenergie von Kupfererz in verschiedenen Hammermaterialien für Zeiträume von 2.6 bis 3.5 s ermittelt. (Cr₂₆ und 35GrMo), wie in Abbildung 5 und Abbildung 6 gezeigt. In Abbildung 5 und 6 stellten Cr₂₆ und 35GrMo das Hammermaterial von Cr₂₆ und 35GrMo dar.
Wie in Abbildung 5 gezeigt, war die Geschwindigkeit des Kupfererzes relativ ähnlich, wenn das Hammermaterial zu den Zeitpunkten 35 s, 2.9 s und 3.1 s Cr₂₆ und 3.3 GrMo war. Zu anderen Zeitpunkten schien die Geschwindigkeit des Kupfererzes größer zu sein als die von Cr₂₆, wenn das Hammermaterial 35 GrMo war. Das heißt, dass sich durch Ändern des Hammermaterials die Aufprallgeschwindigkeit des Kupfererzes ändern kann.
Wie in Abbildung 6 gezeigt, war die Rotationsenergie des Kupfererzes relativ ähnlich, wenn das Hammermaterial zu den Zeitpunkten 35 s, 2.7 s und 2.9 s Cr₂₆ und 3.4 GrMo war. Zu anderen Zeitpunkten war die Rotationsenergie des Kupfererzes größer als die von Cr₂₆, wenn das Hammermaterial 35 GrMo war. Das heißt, dass sich durch den Wechsel des Hammermaterials die Rotationsenergie änderte, die das Kupfererz erhielt. Daher wurde durch die Untersuchung des Plattenhammermaterials mit der Methode der diskreten Elemente festgestellt, dass das Brecherhammermaterial 35 GrMo war. In der anfänglichen Arbeitsphase des Brechers waren seine Brechgeschwindigkeit und Rotationsenergie höher als die des Hammermaterials Cr26.
Simulationsexperimentelle Überprüfung unterschiedlicher Vorschubgeschwindigkeiten
Gemäß den Simulationsschritten bleiben alle Parameter mit Ausnahme der Förderleistung des Brechers unverändert. Wenn das Hammermaterial Cr₂₆ und 35GrMo war und die Förderleistung 15 %, 25 % bzw. 35 % betrug, wurden die Geschwindigkeit und die Rotationsenergie des Kupfererzes analysiert. Die Ergebnisse sind in Abb. 7 und Abb. 8 dargestellt. A (15 %) stellte die Geschwindigkeit und Rotationsenergie des Kupfererzes dar, wenn das Hammermaterial Cr₂₆ war und die Förderleistung 15 % betrug. B (15 %) stellte die Geschwindigkeit und Rotationsenergie des Kupfererzes dar. Wenn das Hammermaterial 35GrMo war, betrug die Förderleistung 15 %, und der Rest blieb unverändert.
◆—A (15 %); ■—B (15 %): ▲—A (25 %);
× – B (25 %); * – A (35 %); ● – B (35 %)
◆ – A (15 %); ■ – B (15 %); ▲ – A (25 %);
× – B (25 %); * – A (35 %); ● – B (35 %)
Wie aus Abbildung 7 ersichtlich, ist die Geschwindigkeit des Kupfererzes im Brecher unterschiedlich, wenn die Zufuhrrate des Kupfererzes 15 %, 25 % oder 35 % beträgt. Bei gleicher Zufuhrrate des Kupfererzes war auch die Geschwindigkeit des Kupfererzes gleich. Beim Hammermaterial 35 GrMo war sie höher als beim Hammermaterial Cr26. Beim gleichen Hammermaterial des Prallbrechers erhöht sich die Geschwindigkeit des Kupfererzes offensichtlich mit der Erhöhung der Zufuhrrate des Brechers. Bei einer Zufuhrrate des Kupfererzes von 15 %, dem Material der Platte als Gewicht Cr26 und einer Zeit von 3.5 s war die Partikelgeschwindigkeit des Kupfererzes mit 20.97 m/s am geringsten. Bei einer Zufuhrrate des Kupfererzes von 35 %, dem Hammermaterial 35 GrMo und einer Zeit von 2.6 s war die Geschwindigkeit der Kupfererzpartikel mit 57.09 m/s am höchsten.
Bei einer Zufuhrrate des Kupfererzes von 15 %, einem Plattengewichtsmaterial von Cr26 und einer Zeit von 3.5 s war die Partikelgeschwindigkeit des Kupfererzes mit 20.97 m/s am geringsten. Bei einer Zufuhrrate des Kupfererzes von 35 %, einem Hammermaterial von 35 GrMo und einer Zeit von 2.6 s war die Geschwindigkeit der Kupfererzpartikel mit 57.09 m/s am höchsten.
Wie in Abbildung 8 gezeigt, ist die Rotationsenergie des Kupfererzes unterschiedlich, wenn die Zufuhrrate des Kupfererzes 15 %, 25 % und 35 % beträgt. Bei gleicher Zufuhrrate des Kupfererzes war die Rotationsenergie des Kupfererzes im Brecher bei einem Hammermaterial aus 35 GrMo deutlich höher als bei einem Hammermaterial aus Cr26. Bei gleichem Plattenhammermaterial steigt die Rotationsenergie des Kupfererzes im Brecher offensichtlich mit der Zunahme der Zufuhrrate des Kupfererzes. Bei einer Zufuhrrate des Kupfererzes von 15 % und einem Hammermaterial aus Cr26 war die Rotationsenergie des Kupfererzes mit 1627.31 J am geringsten. Bei einer Zufuhrrate des Kupfererzes von 35 % und einem Hammermaterial aus ZG35 GrMo war die Rotationsenergie des Kupfererzes mit 2269.39 J am größten.
Testverifizierung
Verwenden Sie den Laser-Partikelgrößenanalysator (Abbildung 9), um das mit verschiedenen Hammermaterialien und unterschiedlichen Förderleistungen zerkleinerte Kupfererz zu analysieren. Nehmen Sie die einzelne Partikelgröße von weniger als 15 mm als Standard, wiegen Sie das Gewicht der extrahierten Kupfererzpartikel und das Gewicht der Kupfererzpartikel mit einer Größe von weniger als 15 mm ab und verwenden Sie das Verhältnis δ (Gleichung (5)) der beiden, um die gute oder schlechte Zerkleinerungswirkung zu bewerten.
![\[ \delta=\frac{m}{M} \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-11d663da1b1399499a5ab29577fee98d_l3.png "Gerendert von QuickLaTeX.com")
Dabei ist M das Gewicht der extrahierten Kupfererzpartikel; m ist der Laser-Partikelgrößenanalysator, der zur Ermittlung des Gewichts der Kupfererzpartikel verwendet wird, die dem Standard entsprechen.
◆—A (15 %): ■—B (15 %): ▲—A (25 %);
× – B (25 %); * – A (35 %); ● – B (35 %)
Die Brechwirkung des Prallbrechers mit unterschiedlichen Hammermaterialien und Vorschubgeschwindigkeiten wird gleichzeitig berechnet und die Ergebnisse sind in Abbildung 10 dargestellt.
Wie in Abbildung 10 gezeigt, ist die Zerkleinerungswirkung des Hammermaterials ZG15GrMo bei einer Zufuhrrate von 25 %, 35 % und 35 % und zehn Wiederholungstests besser als die des Hammermaterials Cr26. Bei demselben Hammermaterial im selben Brecher trat bei zehn Wiederholungstests die beste Zerkleinerungswirkung bei einer Zufuhrrate von 35 % und die schlechteste Zerkleinerungswirkung bei einer Zufuhrrate von 15 % auf. Der Brecher zeigte mit zunehmender Zufuhrrate eine bessere Zerkleinerungswirkung des Kupfererzes. Die Ergebnisse stimmen mit den Simulationsergebnissen überein.
Fazit und Ausblick
- Die Geschwindigkeit und Rotationsenergie des Kupfererzes im Brecher war bei einem Hammermaterial von 35 GrMo deutlich höher als als das Hammermaterial Cr26 warMit anderen Worten war die Zerkleinerungswirkung von Kupfererz besser, wenn das Hammermaterial 35GrMo war, als wenn das Hammermaterial Cr26 war.
- Ändern Sie die Zuführrate des Kupfererzes zur Simulationsüberprüfung: Bei demselben Brecher und demselben Hammermaterial nehmen die Geschwindigkeit und die Rotationsenergie des Kupfererzes mit zunehmender Zuführrate allmählich zu. Das heißt, je intensiver der Aufprall des Kupfererzes ist, desto besser ist die Zerkleinerungswirkung. Unter ihnen traten die Höchstwerte für die Geschwindigkeit und Rotationsenergie des Kupfererzes bei einer Zuführrate von 35 % auf. Das Hammermaterial ist 35 GrMo und beträgt 57.09 m/s und 2269.39 J.
- Die Auswirkungen des Hammermaterials und der Vorschubgeschwindigkeit auf die Brechwirkung werden durch Vergleich von Simulations- und Testergebnissen ermittelt und die Simulationsergebnisse verifiziert. Die Ergebnisse liefern eine theoretische Grundlage für die Optimierung der Hämmer des Prallbrechers und die Verbesserung der Brechwirkung des Kupfererzes.
