Martillos trituradores de impacto de acero Cr26 frente a acero 35CrMo

13/12/2024

Resumen

Para analizar el impacto de diferentes materiales de martillo en el efecto de trituración de la trituradora de impacto, se realizó la medición estereoscópica de la trituradora de impacto Kleemann MR130 y el mineral de cobre. El modelo UG de la trituradora de impacto Kleemann MR130 se estableció e importó a Programa informático EDEMEl modelo de partículas de mineral de cobre se estableció para analizar el efecto de trituración de los martillos de la trituradora de impacto de material Cr26 y 35GrMo, tomando la velocidad y la energía cinética rotacional de las partículas de mineral de cobre en 2.6~3.5 s como índices de evaluación. Los resultados de la simulación muestran que cuando la velocidad de alimentación es del 15%, 25% y 35%, la velocidad y la energía cinética rotacional del mineral de cobre en la trituradora con el material del martillo de 35GrMo son más altas que las del Cr26. Bajo el mismo material del martillo, con el aumento de la velocidad de alimentación del mineral de cobre, la velocidad y la energía cinética rotacional del modelo de partículas de mineral de cobre aumentan significativamente; Entre estos, la velocidad máxima de las partículas de mineral de cobre es de 57.09 m/s y la energía cinética rotacional máxima es de 2269.39 J. Los resultados de la prueba son consistentes con los resultados de la simulación, que proporcionan una base de investigación y una nueva idea para optimizar los martillos de la trituradora de impacto y mejorar el efecto de trituración del mineral de cobre.

Trituradora de impacto y modelo de granito

Modelo de trituradora de impacto

Dado que la capacidad de modelado del software de elementos discretos EDEM es débil y solo es necesario establecer la parte en contacto con él en el proceso de simulación del software EDEM, su modelo tridimensional debe simplificarse. El modelo tridimensional de la trituradora se establece en el software UG y su exterior e interior se muestran en la Figura 1 y la Figura 2.

Fig.1 Modelo externo de trituradora de impacto

Fig.2 Modelo interno de la trituradora de impacto

Investigación sobre trituradora de impacto basada en EDEM

El tamaño geométrico y la forma del mineral de cobre son variables aleatorias que afectan directamente su impacto en la placa de impacto y el efecto de trituración final. Este estudio se centra en el efecto de trituración del mineral de cobre con el mismo tamaño geométrico y forma bajo diferentes materiales de placa de impacto. Por lo tanto, para analizar con precisión la falla por desgaste de la contraplaca en la cavidad interna triturada, el mineral de cobre (FIG. 3) se analizó en el lugar y, en combinación con la literatura y los datos relevantes, se ordenó que el mineral de cobre fuera esférico en la simulación de elementos discretos para facilitar la investigación de simulación. Se genera como una distribución normal con un radio medio de 185 mm y una desviación estándar de 0.191.

La densidad del mineral de cobre se obtiene mediante la fórmula de densidad y el método de drenaje. El experimento se repitió 60 veces; el resultado promedio fue 2.793 g/cm³.

Simulación de software

El modelo de contacto entre el mineral de cobre, la trituradora de impacto y el mineral de cobre se establece como integrado Hertz-Mindlin (sin deslizamiento). La fuerza normal entre partículas en este modelo es:

$F_{\mathrm{n}}=\frac{4}{3} E^{*}\left(R^{*}\right)^{1 / 2} \alpha^{3 / 2}$

En la fórmula anterior, $R^{*}$ es la media del radio de todas las partículas, $α$ es el rango de contacto de partículas y $Mi^{*}$ es la media del módulo elástico de todas las partículas, expresada como:

$\frac{1}{E^{*}}=\frac{1-\nu_{1}^{2}}{E_{1}}+\frac{1-\nu_{2}^{2}}{E_{2}}$

En el formulario anterior, ${E_{1}}$ La forma es el módulo elástico de una partícula, y $\nu_{1}$ La forma es el coeficiente de Poisson de una partícula. ${E_{2}}$ y $\nu_{2}$ en la misma expresión.

La fuerza radial se puede expresar como:

$F_{t}=-8G^{*} \sqrt {R^{*} \alpha \delta }$

En la fórmula anterior, δ es el área de superposición entre partículas que interactúan, y $G^{*}$ es el módulo de corte equivalente calculado mediante la siguiente fórmula:

$G^{*}=\frac{2-v_{1}^{2}}{G_{1}}+\frac{2-v_{2}^{2}}{G_{2}}$

En la forma, G₁ y G₂ son el módulo de corte de las partículas 1 y 2, respectivamente.

Al importar la biblioteca de materiales del software de elementos discretos y la literatura relacionada en la etapa inicial, los parámetros globales de la simulación con el material de los martillos trituradores de impacto de Cr26 y 35GrMo (el resto del material triturador es acero) se establecen como en la Tabla 1.

Tabla 1: Parámetros variables globales de los materiales de los martillos de la trituradora de impacto Cr26 y 35GrMo
Materiales	Densidad/(kg/m³)	el coeficiente de Poisson	Módulo de corte/Pa	Factor de recuperación de colisión (con mineral de cobre)	Coeficiente de fricción estática (con mineral de cobre)	Coeficiente de fricción dinámica (con mineral de cobre)
Mina de cobre	2790	0.2	3.0×10⁸	0.5	0.5	0.01
Acero	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

El modelo de trituradora creado en el software UG se importó al software EDEM y se definió que la planta de partículas se encontraba dentro de la trituradora. El rotor comenzó a girar en la cámara interior de la trituradora a 3×10-⁶s. Para mostrar la condición de trabajo de la trituradora de impacto, se ordenó a la planta de partículas que generara 400 minerales de cobre (velocidad de alimentación del 25 %) en los 2 s dentro de la trituradora, el rotor dejó de girar en los 5, y la simulación finalizó en los 5. Finalmente, se ordenó al software EDEM que guardara los datos cada 6 s para su registro y salida.

La Figura 4 muestra la distribución de la fuerza de impacto de la placa de impacto cuando el tiempo de simulación es de 3 s. Se puede ver que la fuerza de impacto de la placa de impacto se concentra principalmente en la parte inferior de la placa de impacto, por lo que se puede inferir que la parte inferior de la placa de impacto es la parte central del mineral triturado. La posibilidad de falla por desgaste en esta parte es mayor y la resistencia de esta parte debe optimizarse en el diseño.

Fig. 4 Diagrama de nube de fuerzas de los martillos trituradores de impacto

Resultados de simulación de trituradora de impacto

Comparación y estudio de los resultados de la simulación

El software EDEM toma la partícula como un cuerpo rígido en el proceso de simulación por defecto, por lo que no puede simular el proceso de rotura de la partícula. Sin embargo, el triturado del mineral de cobre en la trituradora se logra al chocar con el martillo, la contraplaca y consigo mismo, por lo que el efecto de trituración se puede investigar indirectamente analizando la velocidad y la energía cinética rotacional del mineral de cobre en el período de trabajo inicial de la trituradora. Utilizando el módulo de posprocesamiento de datos EDEM, se derivaron la velocidad del mineral de cobre y la energía cinética rotacional en diferentes materiales de martillo para períodos de 2.6~3.5 s. (Cr₂₆ y 35GrMo), como se muestra en la Figura 5 y la Figura 6. En las Figuras 5 y 6, Cr₂₆ y 35GrMo representaron el material del martillo de Cr₂₆ y 35GrMo.

Fig.5 La velocidad del mineral de cobre bajo diferentes materiales de martillo.

Fig.6 La energía cinética rotacional del mineral de cobre bajo diferentes materiales de martillo ◆—KmTBCr₂₆; ■—ZG35GrMo

Como se muestra en la Figura 5, cuando el material del martillo era Cr₂₆ y 35GrMo en los puntos de tiempo de 2.9 s, 3.1 s y 3.3 s, la velocidad del mineral de cobre era relativamente cercana. En otros puntos de tiempo, la velocidad del mineral de cobre parecía ser mayor que la del Cr₂₆ cuando el material del martillo era 35GrMo. Es decir, cambiar el material del martillo podría cambiar la velocidad de impacto del mineral de cobre.

Como se muestra en la Figura 6, cuando el material del martillo era Cr₂₆ y 35GrMo en los puntos de tiempo de 2.7 s, 2.9 s y 3.4 s, la energía cinética rotacional del mineral de cobre era relativamente cercana. En otros puntos de tiempo, la energía cinética rotacional del mineral de cobre era mayor que la de Cr₂₆ cuando el material del martillo era 35GrMo. Es decir, cambiar el material del martillo cambiaba la energía cinética rotacional recibida por el mineral de cobre. Por lo tanto, a través del estudio del material del martillo de placa por el método de elementos discretos, se encontró que el material del martillo de la trituradora era 35GrMo. En la etapa de trabajo inicial de la trituradora, su velocidad de trituración y energía cinética rotacional eran más altas que las del material del martillo como Cr26.

Experimento de simulación de verificación de diferentes velocidades de alimentación

De acuerdo con los pasos de simulación, todos los parámetros permanecen sin cambios excepto la velocidad de alimentación de la trituradora. Cuando el material del martillo era Cr₂₆ y 35GrMo, y la velocidad de alimentación era del 15%, 25% y 35%, respectivamente, se analizaron la velocidad del mineral de cobre y la energía cinética rotacional. Los resultados se muestran en la Fig.7 y la Fig.8. A(15%) representa la velocidad del mineral de cobre y la energía rotacional cuando el material del martillo era Cr₂₆, y la velocidad de alimentación era del 15%. B(15%) representa la velocidad del mineral de cobre y la energía rotacional. Cuando el material del martillo era 35GrMo, la velocidad de alimentación era del 15%, y el resto eran iguales.

Fig.7 La velocidad del mineral de cobre con diferentes velocidades de alimentación y materiales de martillo.
◆—A(15%); ■—B(15%): ▲—A(25%);
×—B(25%);*—A(35%); ●—B(35%)

Fig.8 La energía cinética rotacional del mineral de cobre bajo diferentes velocidades de alimentación y materiales de martillo. — Fig.8 La energía cinética rotacional del mineral de cobre bajo diferentes velocidades de alimentación y materiales de martillo de placa.
◆—A(15%); ■—B(15%); ▲—A(25%);
×—B(25%);*—A(35%); ●—B(35%)

Como se ve en la Figura 7, cuando la tasa de alimentación del mineral de cobre es del 15%, 25% o 35%, la velocidad del mineral de cobre en la trituradora es diferente. Cuando la tasa de alimentación del mineral de cobre fue la misma, también lo fue la velocidad del mineral de cobre. Cuando el material del martillo fue 35GrMo, fue mayor que la del material del martillo, que fue Cr26. Cuando el material del martillo de la trituradora de impacto es el mismo, la velocidad del mineral de cobre aumenta obviamente con el aumento de la tasa de alimentación de la trituradora. Cuando la tasa de alimentación del mineral de cobre fue del 15% y el material del peso de la placa fue Cr26 con un tiempo de 3.5 s, la velocidad de las partículas del mineral de cobre fue la más pequeña, siendo 20.97 m/s. Cuando la tasa de alimentación del mineral de cobre es del 35%, el material del martillo es 35GrMo y el tiempo es 2.6 s, la velocidad de las partículas de mineral de cobre es la más alta, que es 57.09 m/s.

Cuando la velocidad de alimentación del mineral de cobre fue del 15% y el material de la placa fue Cr26 con un tiempo de 3.5 s, la velocidad de las partículas de mineral de cobre fue la más pequeña, siendo 20.97 m/s. Cuando la velocidad de alimentación del mineral de cobre fue del 35%, el material del martillo fue 35GrMo y el tiempo fue de 2.6 s, la velocidad de las partículas de mineral de cobre fue la más alta, que fue de 57.09 m/s.

Como se muestra en la Figura 8, cuando la tasa de alimentación de mineral de cobre es del 15%, 25% y 35%, la energía cinética rotacional del mineral de cobre es diferente. Cuando la tasa de alimentación de mineral de cobre fue la misma, la energía cinética rotacional del mineral de cobre en la trituradora cuando el material del martillo fue 35GrMo fue significativamente mayor que la del material del martillo Cr26. Cuando el material del martillo de placa es el mismo, la energía cinética rotacional del mineral de cobre en la trituradora aumenta obviamente con el aumento de la tasa de alimentación de mineral de cobre. Cuando la tasa de alimentación de mineral de cobre fue del 15% y el material del martillo fue Cr26, la energía cinética rotacional del mineral de cobre fue la más pequeña, que fue 1627.31J. Cuando la tasa de alimentación de mineral de cobre fue del 35% y el material del martillo fue ZG35GrMo, la energía cinética rotacional del mineral de cobre fue la más grande, 2269.39J.

Verificación de prueba

Aplique el analizador de tamaño de partículas láser (Figura 9) para analizar el mineral de cobre triturado con diferentes materiales de martillo y diferentes velocidades de alimentación, tome el tamaño de partícula individual menor a 15 mm como estándar, pese el peso de las partículas de mineral de cobre extraídas y el peso de las partículas de mineral de cobre con un tamaño menor a 15 mm, y use la relación δ (Ecuación (5)) de los dos para evaluar el efecto de trituración de lo bueno o lo malo.

$\delta=\frac{m}{M}$

Donde M es el peso de las partículas de mineral de cobre extraídas; m es el analizador de tamaño de partícula láser utilizado para detectar el peso de las partículas de mineral de cobre que cumplen con el estándar.

Fig.9 Analizador de tamaño de partículas láser

Fig.10 Efecto de trituración del mineral de cobre bajo diferentes velocidades de alimentación y materiales de martillo de placa
◆—A(15%): ■—B(15%): ▲—A(25%);
×—B(25%);*—A(35%); ●—B(35%)

Se calcula el efecto de trituración de la trituradora de impacto con diferentes materiales de martillo y velocidad de alimentación simultáneamente, y los resultados se muestran en la Figura 10.

Como se muestra en la Figura 10, cuando la tasa de alimentación es del 15%, 25%, 35% y diez pruebas repetidas, el efecto de trituración del material de martillo ZG35GrMo es mejor que el del material de martillo Cr26. En el mismo material de martillo en la misma trituradora, con diez pruebas repetidas, el mejor efecto de trituración apareció a la tasa de alimentación del 35%, y el peor efecto de trituración apareció a la tasa de alimentación del 15%. La trituradora apareció con el aumento de la tasa de alimentación y el efecto de trituración del mineral de cobre aumentó. Los resultados son consistentes con los resultados de la simulación.

Conclusión y perspectiva

La velocidad y la energía cinética rotacional del mineral de cobre en la trituradora cuando el material del martillo era 35GrMo fue significativamente mayor que Cuando el material del martillo era Cr26En otras palabras, el efecto de trituración del mineral de cobre fue mejor cuando el material del martillo era 35GrMo que cuando el material del martillo era Cr26.
Cambio de la velocidad de alimentación del mineral de cobre para la verificación de la simulación: en la misma trituradora y el mismo material del martillo, con el aumento de la velocidad de alimentación, la velocidad y la energía cinética rotacional del mineral de cobre aumentan gradualmente; es decir, el impacto del mineral de cobre es cada vez más intenso, mejor es el efecto de trituración. Entre ellos, el valor máximo de la velocidad del mineral de cobre y la energía cinética rotacional apareció en la tasa de alimentación del 35%, el material del martillo es 35GrMo y su valor es 57.09 m/s y 2269.39 J.
El efecto del material del martillo y la velocidad de alimentación en el efecto de trituración se obtiene comparando los resultados de la simulación y de la prueba, y se verifican los resultados de la simulación. Los resultados proporcionan una base teórica para optimizar los martillos de la trituradora de impacto y mejorar el efecto de trituración del mineral de cobre.

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