抽象
異なるハンマー材料がインパクトクラッシャーの破砕効果に与える影響を分析するために、クリーマンMR130インパクトクラッシャーと銅鉱石の立体測定を実施しました。クリーマンMR130インパクトクラッシャーのUGモデルを確立し、 EDEMソフトウェア銅鉱石粒子のモデルを構築し、Cr26と35GrMoの衝撃式破砕ハンマー材質の破砕効果を分析し、2.6〜3.5秒間の銅鉱石粒子の速度と回転運動エネルギーを評価指標としました。シミュレーション結果によると、供給速度が15％、25％、35％のとき、35GrMoハンマー材質の破砕機内の銅鉱石の速度と回転運動エネルギーはCr26よりも高くなっています。同じハンマー材質の場合、銅鉱石の供給速度が増加すると、銅鉱石粒子モデルの速度と回転運動エネルギーが大幅に増加します。このうち、銅鉱石粒子の最大速度は57.09 m/s、最大回転運動エネルギーは2269.39 Jです。テスト結果はシミュレーション結果と一致しており、インパクトクラッシャーのハンマーを最適化し、銅鉱石の破砕効果を向上させるための研究基盤と新しいアイデアを提供します。
衝撃式破砕機と花崗岩モデル
インパクトクラッシャーモデル
離散要素ソフトウェア EDEM のモデリング能力は弱く、EDEM ソフトウェアのシミュレーション プロセスでは接触する部分のみを構築する必要があるため、1 次元モデルを簡素化する必要があります。破砕機の 2 次元モデルは UG ソフトウェアで構築されており、その外観と内部は図 XNUMX と図 XNUMX に示されています。
EDEMに基づく衝撃破砕機の研究
銅鉱石の幾何学的サイズと形状はランダム変数であり、衝撃板への衝撃と最終的な破砕効果に直接影響します。この研究では、異なる衝撃板材料の下での同じ幾何学的サイズと形状の銅鉱石の破砕効果に焦点を当てています。そのため、破砕された内部空洞内のカウンタープレートの摩耗破損を正確に分析するために、銅鉱石（図3）をその場で分析し、関連文献とデータと組み合わせて、離散要素シミュレーションで銅鉱石を球形に並べ、シミュレーション研究を容易にしました。平均半径185mm、標準偏差0.191の正規分布として生成されます。
銅鉱石の密度は密度式と排水法によって求められます。実験は60回繰り返され、平均結果は2.793g/cm³でした。
ソフトウェア シミュレーション
銅鉱石、インパクトクラッシャー、銅鉱石間の接触モデルは、Hertz-Mindlin(滑りなし)ビルドインとして設定されています。このモデルにおける粒子間の法線力は次のとおりです。
![\[ F_{\mathrm{n}}=\frac{4}{3} E^{*}\left(R^{*}\right)^{1 / 2} \alpha^{3 / 2} \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-b7a37fa6b90b720463c178a58e9ced5b_l3.png "QuickLaTeX.comによってレンダリングされます")
上記の式では、 
全ての粒子の半径の平均であり、 
粒子の接触範囲であり、 
はすべての粒子の弾性率の平均であり、次のように表されます。
![\[ \frac{1}{E^{*}}=\frac{1-\nu_{1}^{2}}{E_{1}}+\frac{1-\nu_{2}^{2}}{E_{2}} \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-f72d91538679b7de9a74883661c57359_l3.png "QuickLaTeX.comによってレンダリングされます")
上記のフォームでは、
形状は一つの粒子の弾性係数であり、 
形状は1つの粒子のポアソン比です。 
and 
同じ表現で。
ラジアル力は次のように表すことができます。
![\[ F_{t}=-8G^{*} \sqrt {R^{*} \alpha \delta } \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-0656b4e288fce5ffa0e8a8a032ac7565_l3.png "QuickLaTeX.comによってレンダリングされます")
上記の式では、 δ 相互作用する粒子間の重なり合う領域であり、 
は、次の式で計算される等価せん断弾性係数です。
![\[ G^{*}=\frac{2-v_{1}^{2}}{G_{1}}+\frac{2-v_{2}^{2}}{G_{2}} \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-47327f175d1f29402ef0364455b4a161_l3.png "QuickLaTeX.comによってレンダリングされます")
この形式では、G₁ と G₂ はそれぞれ粒子 1 と 2 のせん断弾性係数です。
初期段階で離散要素ソフトウェアの材料ライブラリと関連文献をインポートすることにより、衝撃破砕機ハンマーの材料をCr26と35GrMo（破砕機の残りの材料は鋼）としたシミュレーションのグローバルパラメータが表1のように設定されます。
| 表1: インパクトクラッシャーハンマー材料Cr26および35GrMoのグローバル変数パラメータ | ||||||
| 材料 | 密度/(kg/m³) | ポアソン比 | せん断弾性率/Pa | 衝突回復係数（銅鉱石の場合） | 静摩擦係数（銅鉱石の場合） | 動摩擦係数（銅鉱石の場合） |
| 銅鉱石 | 2790 | 0.2 | 3.0×10⁸ | 0.5 | 0.5 | 0.01 |
| 鋼鉄 | 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 |
UG ソフトウェアで作成された破砕機モデルを EDEM ソフトウェアにインポートし、粒子プラントを破砕機内に配置しました。ローターは 3×10-⁶ 秒で破砕機の内部チャンバー内で回転を始めました。衝撃破砕機の動作状態を示すために、粒子プラントは破砕機内で 400 秒で 25 個の銅鉱石 (供給率 2%) を生成するように命令し、5 秒でローターの回転を停止し、5 秒でシミュレーションを終了します。最後に、EDEM ソフトウェアは記録と出力のために 6 秒ごとにデータを保存するように命令しました。
図4は、シミュレーション時間が3秒の場合の衝撃板の衝撃力分布を示しています。衝撃板の衝撃力は主に衝撃板の下部に集中していることがわかります。したがって、衝撃板の下部は粉砕された鉱石の中心部分であると推測できます。この部分の摩耗破損の可能性は大きく、設計ではこの部分の強度を最適化する必要があります。
衝撃破砕機のシミュレーション結果
シミュレーション結果の比較と研究
EDEM ソフトウェアは、シミュレーション プロセスで粒子をデフォルトで剛体として扱うため、粒子の破壊プロセスをシミュレートすることはできません。ただし、破砕機での銅鉱石の破砕は、ハンマー、カウンター プレート、および銅鉱石自体との衝突によって行われるため、破砕機の初期動作期間における銅鉱石の速度と回転運動エネルギーを分析することで、破砕効果を間接的に調査できます。EDEM データ後処理モジュールを使用して、2.6 ～ 3.5 秒の期間におけるさまざまなハンマー材料での銅鉱石の速度と回転運動エネルギーを導出しました。 (Cr₂₆ および 35GrMo)、図 5 および図 6 に示します。図 5 および図 6 で、Cr₂₆ および 35GrMo は、Cr₂₆ および 35GrMo のハンマー材料を表しています。
図5に示すように、ハンマー材質がCr₂₆と35GrMoの場合、2.9秒、3.1秒、3.3秒の時点では銅鉱石の速度は比較的近い値を示しました。他の時点では、ハンマー材質が35GrMoの場合、銅鉱石の速度はCr₂₆の速度よりも大きいように見えました。つまり、ハンマー材質を変えることで銅鉱石の衝突速度を変えることができるということです。
図6に示すように、35秒、2.7秒、2.9秒の時点でハンマー材質がCr₂₆と3.4GrMoの場合、銅鉱石の回転運動エネルギーは比較的近い値を示しました。他の時点では、ハンマー材質が35GrMoの場合、銅鉱石の回転運動エネルギーはCr₂₆よりも大きくなっていました。つまり、ハンマー材質を変えると、銅鉱石が受ける回転運動エネルギーが変わるということです。そのため、離散要素法によるプレートハンマー材質の研究を通じて、破砕機のハンマー材質は35GrMoであることがわかりました。破砕機の初期動作段階では、破砕速度と回転運動エネルギーはハンマー材質のCr26よりも高かった。
異なる供給速度のシミュレーション実験検証
シミュレーション手順によると、破砕機の供給速度以外のすべてのパラメータは変更されていません。ハンマー材質がCr₂₆と35GrMoで、供給速度がそれぞれ15％、25％、35％の場合、銅鉱石の速度と回転運動エネルギーが分析されました。結果を図7と図8に示します。A（15％）は、ハンマー材質がCr₂₆で、供給速度が15％の場合の銅鉱石の速度と回転エネルギーを表しています。B（15％）は、銅鉱石の速度と回転エネルギーを表しています。ハンマー材質が35GrMoの場合、供給速度は15％で、残りは同じでした。
◆—A(15%); ■—B(15%): ▲—A(25%);
×—B(25%);*—A(35%);●—B(35%)
◆—A(15%); ■—B(15%); ▲—A(25%);
×—B(25%);*—A(35%);●—B(35%)
図7からわかるように、銅鉱石の供給率が15％、25％、または35％のとき、破砕機内の銅鉱石の速度は異なります。銅鉱石の供給率が同じであれば、銅鉱石の速度も異なります。ハンマー材質が35GrMoの場合、ハンマー材質がCr26の場合よりも高速でした。インパクトクラッシャーのハンマー材質が同じ場合、銅鉱石の速度はクラッシャーの供給率の増加とともに明らかに増加します。銅鉱石の供給率が15％で、プレートウェイト材質がCr26で時間が3.5秒の場合、銅鉱石の粒子速度は最小で20.97m / sでした。銅鉱石の供給率が35％で、ハンマー材質が35GrMoで、時間が2.6秒の場合、銅鉱石粒子の速度は最大で57.09m / sでした。
銅鉱石の供給率が15％、板重材がCr26、時間が3.5秒のとき、銅鉱石の粒子速度は最小で20.97m/sでした。銅鉱石の供給率が35％、ハンマー材が35GrMo、時間が2.6秒のとき、銅鉱石粒子の速度は最大で57.09m/sでした。
図8に示すように、銅鉱石の供給率が15％、25％、35％のとき、銅鉱石の回転運動エネルギーは異なります。銅鉱石の供給率が同じ場合、ハンマー材質が35GrMoの場合、破砕機内の銅鉱石の回転運動エネルギーは、ハンマー材質がCr26の場合よりも大幅に高くなりました。プレートハンマー材質が同じ場合、破砕機内の銅鉱石の回転運動エネルギーは、銅鉱石の供給率の増加とともに明らかに増加します。銅鉱石の供給率が15％で、ハンマー材質がCr26の場合、銅鉱石の回転運動エネルギーは最小で、1627.31Jでした。銅鉱石の供給率が35％で、ハンマー材質がZG35GrMoの場合、銅鉱石の回転運動エネルギーは最大で、2269.39Jでした。
テスト検証
レーザー粒度分布測定装置（図9）を用いて、異なるハンマー材質と異なる供給速度で粉砕された銅鉱石を分析し、15mm未満の単一粒子サイズを基準として、抽出された銅鉱石粒子の重量と15mm未満の銅鉱石粒子の重量を量り、5つの比δ（式（XNUMX））を使用して粉砕効果の良し悪しを評価します。
![\[ \delta=\frac{m}{M} \]](https://www.qimingcasting.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-11d663da1b1399499a5ab29577fee98d_l3.png "QuickLaTeX.comによってレンダリングされます")
ここで、M は抽出された銅鉱石粒子の重量、m は基準を満たす銅鉱石粒子の重量を検出するために使用されるレーザー粒度分析装置です。
◆—A(15%): ■—B(15%): ▲—A(25%);
×—B(25%);*—A(35%);●—B(35%)
異なるハンマー材質と送り速度を同時に使用した衝撃式破砕機の破砕効果を計算し、その結果を図 10 に示します。
図10に示すように、供給速度が15％、25％、35％で、35回の繰り返しテストの場合、ハンマー材質ZG26GrMoの破砕効果はハンマー材質Cr35よりも優れています。同じ破砕機の同じハンマー材質で、15回の繰り返しテストでは、供給速度XNUMX％で最高の破砕効果が現れ、供給速度XNUMX％で最悪の破砕効果が現れました。供給速度の増加とともに破砕が現れ、銅鉱石の破砕効果が増加しました。結果はシミュレーション結果と一致しています。
結論と展望
- ハンマー材料が35GrMoの場合、破砕機内の銅鉱石の速度と回転運動エネルギーは、 ハンマーの材質がCr26だったときつまり、ハンマー材質がCr35の場合よりも、ハンマー材質が26GrMoの場合の方が銅鉱石の破砕効果が優れていたことになります。
- 銅鉱石の供給速度を変えてシミュレーション検証を行いました。同じ破砕機、同じハンマー材質で、供給速度が増加すると、銅鉱石の速度と回転運動エネルギーが徐々に増加します。つまり、銅鉱石の衝撃が強くなるほど、破砕効果は良くなります。その中で、銅鉱石の速度と回転運動エネルギーの最大値は、供給速度35％、ハンマー材質が35GrMoのときに現れ、その値は57.09m/s、2269.39Jでした。
- シミュレーションとテスト結果を比較することで、ハンマーの材質と送り速度が破砕効果に与える影響を取得し、シミュレーション結果を検証します。結果は、インパクトクラッシャーのハンマーを最適化し、銅鉱石の破砕効果を向上させるための理論的根拠を提供します。
