Martelli frantoi a impatto in acciaio Cr26 contro acciaio 35CrMo

13/12/2024

Astratto

Per analizzare l'impatto di diversi materiali del martello sull'effetto di frantumazione del frantoio a impatto, è stata eseguita la misurazione stereoscopica del frantoio a impatto Kleemann MR130 e del minerale di rame. Il modello UG del frantoio a impatto Kleemann MR130 è stato stabilito e importato in Software EDEM. Il modello di particelle di minerale di rame è stato stabilito per analizzare l'effetto di frantumazione dei martelli del frantoio a impatto in materiale Cr26 e 35GrMo, prendendo la velocità e l'energia cinetica rotazionale delle particelle di minerale di rame in 2.6~3.5 s come indici di valutazione. I risultati della simulazione mostrano che quando la velocità di alimentazione è del 15%, 25% e 35%, la velocità e l'energia cinetica rotazionale del minerale di rame nel frantoio con il materiale del martello di 35GrMo sono superiori a quelle di Cr26. Con lo stesso materiale del martello, con l'aumento della velocità di alimentazione del minerale di rame, la velocità e l'energia cinetica rotazionale del modello di particelle di minerale di rame aumentano significativamente; tra questi, la velocità massima delle particelle di minerale di rame è di 57.09 m/s e l'energia cinetica di rotazione massima è di 2269.39 J. I risultati dei test sono coerenti con i risultati della simulazione, che forniscono una base di ricerca e una nuova idea per ottimizzare i martelli del frantoio a impatto e migliorare l'effetto di frantumazione del minerale di rame.

Frantoio a impatto e modello di granito

Modello di frantoio a impatto

Poiché la capacità di modellazione del software a elementi discreti EDEM è debole e solo la parte a contatto con essa deve essere stabilita nel processo di simulazione del software EDEM, il suo modello tridimensionale dovrebbe essere semplificato. Il modello tridimensionale del frantoio è stabilito nel software UG e il suo esterno e interno sono mostrati nella Figura 1 e nella Figura 2.

Fig.1 Modello esterno del frantoio a impatto

Fig.2 Modello interno del frantoio a impatto

Ricerca sul frantoio a impatto basato su EDEM

Le dimensioni geometriche e la forma del minerale di rame sono variabili casuali che influenzano direttamente il suo impatto sulla piastra d'impatto e l'effetto di frantumazione finale. Questo studio si concentra sull'effetto di frantumazione del minerale di rame con le stesse dimensioni geometriche e forma sotto diversi materiali della piastra d'impatto. Pertanto, per analizzare accuratamente il cedimento per usura della contropiastra nella cavità interna frantumata, il minerale di rame (FIG. 3) è stato analizzato sul posto e, in combinazione con la letteratura e i dati pertinenti, il minerale di rame è stato ordinato come sferico nella simulazione di elementi discreti per facilitare la ricerca di simulazione. Viene generato come una distribuzione normale con un raggio medio di 185 mm e una deviazione standard di 0.191.

La densità del minerale di rame si ottiene con la formula della densità e il metodo del drenaggio. L'esperimento è stato ripetuto 60 volte; il risultato medio è stato 2.793 g/cm³.

Simulazione software

Il modello di contatto tra minerale di rame, frantoio a impatto e minerale di rame è impostato come Hertz-Mindlin (no slip) incorporato. La forza normale tra le particelle in questo modello è:

$F_{\mathrm{n}}=\frac{4}{3} E^{*}\sinistra(R^{*}\destra)^{1 / 2} \alfa^{3 / 2}$

Nella formula sopra, $Il^{*}$ è la media del raggio di tutte le particelle, $α$ è l'intervallo di contatto delle particelle e $E^{*}$ è la media del modulo elastico di tutte le particelle, espressa come:

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

Nella forma sopra, ${E_{1}}$ la forma è il modulo elastico di una particella, e $\nu_{1}$ forma è il rapporto di Poisson di una particella. La ${E_{2}}$ and $\nu_{2}$ nella stessa espressione.

La forza radiale può essere espressa come:

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

Nella formula sopra, δ è l'area di sovrapposizione tra particelle interagenti, e $Il^{*}$ è il modulo di taglio equivalente calcolato con la seguente formula:

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

Nella forma, G₁ e G₂ sono rispettivamente il modulo di taglio delle particelle 1 e 2.

Importando la libreria dei materiali del software degli elementi discreti e la letteratura correlata nella fase iniziale, i parametri globali della simulazione con i materiali dei martelli del frantoio a percussione Cr26 e 35GrMo (il resto del materiale del frantoio è acciaio) vengono impostati come nella Tabella 1.

Tabella 1: Parametri variabili globali dei materiali dei martelli frantoi a impatto Cr26 e 35GrMo
Materiali Necessari	Densità/(kg/m³)	rapporto di Poisson	Modulo di taglio/Pa	Fattore di recupero della collisione (con minerale di rame)	Coefficiente di attrito statico (con minerale di rame)	Coefficiente di attrito dinamico (con minerale di rame)
Minerale di rame	2790	0.2	3.0×10⁸	0.5	0.5	0.01
Acciaio	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

Il modello di frantoio creato nel software UG è stato importato nel software EDEM e l'impianto di particelle è stato definito come situato all'interno del frantoio. Il rotore ha iniziato a ruotare nella camera interna del frantoio a 3×10-⁶s. Per mostrare le condizioni di lavoro del frantoio a impatto, all'impianto di particelle viene ordinato di generare 400 minerali di rame (velocità di alimentazione 25%) nel 2° e 5s all'interno del frantoio, il rotore smette di ruotare nel 5° e la simulazione termina nel 6°. Infine, al software EDEM viene ordinato di salvare i dati ogni 0.1s per la registrazione e l'output.

La figura 4 mostra la distribuzione della forza d'impatto della piastra d'impatto quando il tempo di simulazione è di 3 s. Si può vedere che la forza d'impatto della piastra d'impatto è concentrata principalmente nella parte inferiore della piastra d'impatto, quindi si può dedurre che la parte inferiore della piastra d'impatto è la parte centrale del minerale frantumato. La possibilità di usura in questa parte è maggiore e la resistenza di questa parte dovrebbe essere ottimizzata nella progettazione.

Fig.4 Diagramma della nuvola di forza dei martelli frantoi a impatto

Risultati della simulazione del frantoio a impatto

Confronto e ricerca dei risultati della simulazione

Il software EDEM imposta di default la particella come corpo rigido nel processo di simulazione, quindi non può simulare il processo di rottura delle particelle. Tuttavia, la frantumazione del minerale di rame nel frantoio si ottiene tramite collisione con il martello, la contropiastra e se stesso, quindi l'effetto di frantumazione può essere studiato indirettamente analizzando la velocità e l'energia cinetica rotazionale del minerale di rame nel periodo di lavoro iniziale del frantoio. Utilizzando il modulo di post-elaborazione dei dati EDEM, la velocità del minerale di rame e l'energia cinetica rotazionale in diversi materiali del martello sono state derivate per periodi di 2.6~3.5 s. (Cr₂₆ e 35GrMo), come mostrato nella Figura 5 e nella Figura 6. Nelle Figure 5 e 6, Cr₂₆ e 35GrMo rappresentavano il materiale del martello di Cr₂₆ e 35GrMo.

Fig.5 La velocità del minerale di rame sotto diversi materiali del martello

Fig.6 L'energia cinetica rotazionale del minerale di rame sotto diversi materiali del martello ◆—KmTBCr₂₆; ■—ZG35GrMo

Come mostrato nella Figura 5, quando il materiale del martello era Cr₂₆ e 35GrMo nei punti temporali di 2.9 s, 3.1 s e 3.3 s, la velocità del minerale di rame era relativamente vicina. In altri punti temporali, la velocità del minerale di rame sembrava essere maggiore di quella del Cr₂₆ quando il materiale del martello era 35GrMo. Vale a dire, cambiando il materiale del martello si potrebbe cambiare la velocità di impatto del minerale di rame.

Come mostrato nella Figura 6, quando il materiale del martello era Cr₂₆ e 35GrMo a 2.7s, 2.9s e 3.4s, l'energia cinetica rotazionale del minerale di rame era relativamente vicina. In altri punti temporali, l'energia cinetica rotazionale del minerale di rame era maggiore di quella di Cr₂₆ quando il materiale del martello era 35GrMo. Vale a dire, cambiando il materiale del martello si modificava l'energia cinetica rotazionale ricevuta dal minerale di rame. Pertanto, attraverso lo studio del materiale del martello a piastra con il metodo degli elementi discreti, si è scoperto che il materiale del martello del frantoio era 35GrMo. Nella fase di lavoro iniziale del frantoio, la sua velocità di frantumazione e l'energia cinetica rotazionale erano superiori a quelle del materiale del martello come Cr26.

Verifica dell'esperimento di simulazione di diverse velocità di avanzamento

In base alle fasi di simulazione, tutti i parametri rimangono invariati, eccetto la velocità di avanzamento del frantoio. Quando il materiale del martello era Cr₂₆ e 35GrMo, e la velocità di avanzamento era rispettivamente del 15%, 25% e 35%, sono state analizzate la velocità e l'energia cinetica rotazionale del minerale di rame. I risultati sono mostrati in Fig.7 e Fig.8. A(15%) rappresentava la velocità e l'energia rotazionale del minerale di rame quando il materiale del martello era Cr₂₆, e la velocità di avanzamento era del 15%. B(15%) rappresentava la velocità e l'energia rotazionale del minerale di rame. Quando il materiale del martello era 35GrMo, la velocità di avanzamento era del 15%, e il resto era lo stesso.

Fig.7 La velocità del minerale di rame con diverse velocità di alimentazione e materiali del martello
◆—A(15%); ■—B(15%): ▲—A(25%);
×—B(25%);*—A(35%); ●—B(35%)

Fig.8 L'energia cinetica rotazionale del minerale di rame a diverse velocità di alimentazione e materiali del martello a piastra
◆—A(15%); ■—B(15%); ▲—A(25%);
×—B(25%);*—A(35%); ●—B(35%)

Come si vede dalla Figura 7, quando la velocità di alimentazione del minerale di rame è del 15%, 25% o 35%, la velocità del minerale di rame nel frantoio è diversa. Quando la velocità di alimentazione del minerale di rame era la stessa, lo era anche la velocità del minerale di rame. Quando il materiale del martello era 35GrMo, era più alto di quello del materiale del martello, che era Cr26. Quando il materiale del martello del frantoio a impatto è lo stesso, la velocità del minerale di rame aumenta ovviamente con l'aumento della velocità di alimentazione del frantoio. Quando la velocità di alimentazione del minerale di rame era del 15% e il materiale del peso della piastra era Cr26 con un tempo di 3.5 s, la velocità delle particelle del minerale di rame era la più piccola, essendo 20.97 m/s. Quando la velocità di alimentazione del minerale di rame è del 35%, il materiale del martello è 35GrMo e il tempo è 2.6 s, la velocità delle particelle del minerale di rame è la più alta, che è 57.09 m/s.

Quando la velocità di alimentazione del minerale di rame era del 15% e il materiale del peso della piastra era Cr26 con un tempo di 3.5 s, la velocità delle particelle del minerale di rame era la più piccola, pari a 20.97 m/s. Quando la velocità di alimentazione del minerale di rame è del 35%, il materiale del martello è 35 GrMo e il tempo è di 2.6 s, la velocità delle particelle del minerale di rame è la più alta, pari a 57.09 m/s.

Come mostrato nella Figura 8, quando la velocità di alimentazione del minerale di rame è del 15%, 25% e 35%, l'energia cinetica rotazionale del minerale di rame è diversa. Quando la velocità di alimentazione del minerale di rame era la stessa, l'energia cinetica rotazionale del minerale di rame nel frantoio quando il materiale del martello era 35GrMo era significativamente più alta di quella del materiale del martello Cr26. Quando il materiale del martello a piastra è lo stesso, l'energia cinetica rotazionale del minerale di rame nel frantoio aumenta ovviamente con l'aumento della velocità di alimentazione del minerale di rame. Quando la velocità di alimentazione del minerale di rame era del 15% e il materiale del martello era Cr26, l'energia cinetica rotazionale del minerale di rame era la più piccola, che era 1627.31J. Quando la velocità di alimentazione del minerale di rame era del 35% e il materiale del martello era ZG35GrMo, l'energia cinetica rotazionale del minerale di rame era la più grande, 2269.39J.

Verifica di prova

Applicare l'analizzatore granulometrico laser (Figura 9) per analizzare il minerale di rame frantumato con diversi materiali del martello e diverse velocità di alimentazione, prendere come standard la singola dimensione delle particelle inferiore a 15 mm, pesare il peso delle particelle di minerale di rame estratte e il peso delle particelle di minerale di rame con dimensioni inferiori a 15 mm e utilizzare il rapporto δ (Eq. (5)) dei due per valutare l'effetto di frantumazione del buono o del cattivo.

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

Dove M è il peso delle particelle di minerale di rame estratte; m è l'analizzatore granulometrico laser utilizzato per rilevare il peso delle particelle di minerale di rame che soddisfano lo standard.

Fig.10 Effetto di frantumazione del minerale di rame con diverse velocità di alimentazione e materiali del martello a piastra
◆—A(15%): ■—B(15%): ▲—A(25%);
×—B(25%);*—A(35%); ●—B(35%)

Viene calcolato l'effetto di frantumazione del frantoio a percussione con diversi materiali del martello e velocità di avanzamento contemporaneamente; i risultati sono mostrati nella Figura 10.

Come mostrato nella Figura 10, quando la velocità di alimentazione è del 15%, 25%, 35% e dieci test ripetuti, l'effetto di frantumazione del materiale del martello ZG35GrMo è migliore di quello del materiale del martello Cr26. Nello stesso materiale del martello nello stesso frantoio, con dieci test ripetuti, il miglior effetto di frantumazione è apparso alla velocità di alimentazione del 35% e il peggior effetto di frantumazione è apparso alla velocità di alimentazione del 15%. Il frantoio è apparso con l'aumento della velocità di alimentazione e l'effetto di frantumazione del minerale di rame è aumentato. I risultati sono coerenti con i risultati della simulazione.

Conclusione e prospettiva

La velocità e l'energia cinetica rotazionale del minerale di rame nel frantoio quando il materiale del martello era 35GrMo erano significativamente più alte di quando il materiale del martello era Cr26In altre parole, l'effetto di frantumazione del minerale di rame era migliore quando il materiale del martello era 35GrMo rispetto a quando il materiale del martello era Cr26.
Modificare la velocità di alimentazione del minerale di rame per la verifica della simulazione: nello stesso frantoio e nello stesso materiale del martello, con l'aumento della velocità di alimentazione, la velocità e l'energia cinetica rotazionale del minerale di rame aumentano gradualmente; ovvero, l'impatto del minerale di rame è sempre più intenso, migliore è l'effetto di frantumazione. Tra questi, il valore massimo della velocità del minerale di rame e dell'energia cinetica rotazionale è apparso nella velocità di alimentazione del 35%, il materiale del martello è 35GrMo e il suo valore è 57.09 m/s e 2269.39 J.
L'effetto del materiale del martello e della velocità di avanzamento sull'effetto di frantumazione si ottiene confrontando i risultati della simulazione e dei test, e i risultati della simulazione vengono verificati. I risultati forniscono una base teorica per ottimizzare i martelli del frantoio a impatto e migliorare l'effetto di frantumazione del minerale di rame.

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