Martelos trituradores de impacto de aço Cr26 vs. aço 35CrMo

13/12/2024

Sumário

Para analisar o impacto de diferentes materiais de martelo no efeito de britagem do britador de impacto, foi realizada a medição estereoscópica do britador de impacto Kleemann MR130 e do minério de cobre. O modelo UG do britador de impacto Kleemann MR130 foi estabelecido e importado para Software EDEM. O modelo de partículas de minério de cobre foi estabelecido para analisar o efeito de britagem do material de martelos de britagem de impacto Cr26 e 35GrMo, tomando a velocidade e a energia cinética rotacional das partículas de minério de cobre em 2.6~3.5 s como índices de avaliação. Os resultados da simulação mostram que quando a taxa de alimentação é de 15%, 25% e 35%, a velocidade e a energia cinética rotacional do minério de cobre no britador com o material de martelo de 35GrMo são maiores do que as de Cr26. Sob o mesmo material de martelo, com o aumento da taxa de alimentação de minério de cobre, a velocidade e a energia cinética rotacional do modelo de partículas de minério de cobre são significativamente aumentadas; entre eles, a velocidade máxima da partícula de minério de cobre é de 57.09 m/s, e a energia cinética rotacional máxima é de 2269.39 J. Os resultados do teste são consistentes com os resultados da simulação, que fornecem uma base de pesquisa e uma nova ideia para otimizar os martelos do britador de impacto e melhorar o efeito de britagem do minério de cobre.

Britador de impacto e modelo de granito

Modelo de britador de impacto

Como a capacidade de modelagem do software de elementos discretos EDEM é fraca, e apenas a parte em contato com ele precisa ser estabelecida no processo de simulação do software EDEM, seu modelo tridimensional deve ser simplificado. O modelo tridimensional do britador é estabelecido no software UG, e seu exterior e interior são mostrados na Figura 1 e Figura 2.

Fig.1 Modelo externo do britador de impacto

Fig.2 Modelo interno do britador de impacto

Pesquisa sobre britador de impacto com base em EDEM

O tamanho geométrico e a forma do minério de cobre são variáveis aleatórias que afetam diretamente seu impacto na placa de impacto e o efeito de britagem final. Este estudo se concentra no efeito de britagem do minério de cobre com o mesmo tamanho geométrico e forma sob diferentes materiais de placa de impacto. Portanto, para analisar com precisão a falha de desgaste da contraplaca na cavidade interna britada, o minério de cobre (FIG. 3) foi analisado no local e, em combinação com literatura e dados relevantes, o minério de cobre foi ordenado para ser esférico na simulação de elementos discretos para facilitar a pesquisa de simulação. Ele é gerado como uma distribuição normal com um raio médio de 185 mm e um desvio padrão de 0.191.

A densidade do minério de cobre é obtida pela fórmula de densidade e método de drenagem. O experimento foi repetido 60 vezes; o resultado médio foi 2.793g/cm³.

Simulação de software

O modelo de contato entre minério de cobre, britador de impacto e minério de cobre é definido como Hertz-Mindlin (sem deslizamento) embutido. A força normal entre partículas neste modelo é:

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

Na fórmula acima, $R^{*}$ é a média do raio de todas as partículas, $α$ é o intervalo de contato das partículas e $E^{*}$ é a média do módulo de elasticidade de todas as partículas, expressa como:

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

No formulário acima, ${E_{1}}$ forma é o módulo de elasticidade de uma partícula, e $\nu_{1}$ forma é a razão de Poisson de uma partícula. A ${E_{2}}$ e $\nu_{2}$ na mesma expressão.

A força radial pode ser expressa como:

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

Na fórmula acima, δ é a área de sobreposição entre partículas que interagem, e $O^{*}$ é o módulo de cisalhamento equivalente calculado pela seguinte fórmula:

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

Na forma, G₁ e G₂ são o módulo de cisalhamento das partículas 1 e 2, respectivamente.

Ao importar a biblioteca de materiais do software de elementos discretos e literatura relacionada no estágio inicial, os parâmetros globais da simulação com o material dos martelos trituradores de impacto de Cr26 e 35GrMo (o restante do material do triturador é aço) são definidos conforme a Tabela 1.

Tabela 1: Parâmetros variáveis globais dos materiais dos martelos trituradores de impacto Cr26 e 35GrMo
Materiais	Densidade/(kg/m³)	Coeficiente de Poisson	Módulo de cisalhamento/Pa	Fator de recuperação de colisão (com minério de cobre)	Coeficiente de atrito estático (com minério de cobre)	Coeficiente de atrito dinâmico (com minério de cobre)
Minério de cobre	2790	0.2	3.0×10⁸	0.5	0.5	0.01
Aço	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

O modelo do britador criado no software UG foi importado para o software EDEM, e a planta de partículas foi definida como estando localizada dentro do britador. O rotor começou a girar na câmara interna do britador em 3×10-⁶s. Para mostrar a condição de trabalho do britador de impacto, a planta de partículas é ordenada a gerar 400 minérios de cobre (taxa de alimentação de 25%) no 2º.5s dentro do britador, o rotor para de girar no 5º, e a simulação é concluída no 6º. Finalmente, o software EDEM é ordenado a salvar os dados a cada 0.1s para gravação e saída.

A Figura 4 mostra a distribuição da força de impacto da placa de impacto quando o tempo de simulação é de 3s. Pode-se observar que a força de impacto da placa de impacto concentra-se principalmente na parte inferior da placa de impacto, portanto, pode-se inferir que a parte inferior da placa de impacto é a parte central do minério britado. A possibilidade de falha por desgaste nesta parte é maior, e a resistência desta parte deve ser otimizada no projeto.

Fig.4 Diagrama de nuvem de força dos martelos trituradores de impacto

Resultados da simulação do britador de impacto

Comparação e pesquisa de resultados de simulação

O software EDEM define a partícula como um corpo rígido no processo de simulação, portanto, ele não pode simular o processo de quebra de partículas. No entanto, a britagem do minério de cobre no britador é obtida pela colisão com o martelo, a contraplaca e ele mesmo, portanto, o efeito de britagem pode ser investigado indiretamente pela análise da velocidade e da energia cinética rotacional do minério de cobre no período de trabalho inicial do britador. Usando o módulo de pós-processamento de dados EDEM, a velocidade do minério de cobre e a energia cinética rotacional em diferentes materiais de martelo foram derivadas por períodos de 2.6 a 3.5 s. (Cr₂₆ e 35GrMo), conforme mostrado na Figura 5 e Figura 6. Nas Figuras 5 e 6, Cr₂₆ e 35GrMo representaram o material do martelo de Cr₂₆ e 35GrMo.

Fig.5 A velocidade do minério de cobre sob diferentes materiais de martelo

Fig.6 A energia cinética rotacional do minério de cobre sob diferentes materiais de martelo ◆—KmTBCr₂₆; ■—ZG35GrMo

Conforme mostrado na Figura 5, quando o material do martelo era Cr₂₆ e 35GrMo nos pontos de tempo de 2.9s, 3.1s e 3.3s, a velocidade do minério de cobre era relativamente próxima. Em outros pontos de tempo, a velocidade do minério de cobre parecia ser maior do que a do Cr₂₆ quando o material do martelo era 35GrMo. Ou seja, mudar o material do martelo poderia mudar a velocidade de impacto do minério de cobre.

Conforme mostrado na Figura 6, quando o material do martelo era Cr₂₆ e 35GrMo nos pontos de tempo de 2.7s, 2.9s e 3.4s, a energia cinética rotacional do minério de cobre era relativamente próxima. Em outros pontos de tempo, a energia cinética rotacional do minério de cobre era maior do que a do Cr₂₆ quando o material do martelo era 35GrMo. Ou seja, a mudança do material do martelo alterava a energia cinética rotacional recebida pelo minério de cobre. Portanto, por meio do estudo do material do martelo de placa pelo método dos elementos discretos, foi descoberto que o material do martelo do britador era 35GrMo. No estágio inicial de trabalho do britador, sua velocidade de britagem e energia cinética rotacional eram maiores do que as do material do martelo como Cr26.

Verificação de experimento de simulação de diferentes taxas de alimentação

De acordo com as etapas da simulação, todos os parâmetros permanecem inalterados, exceto a taxa de alimentação do britador. Quando o material do martelo era Cr₂₆ e 35GrMo, e a taxa de alimentação era de 15%, 25% e 35%, respectivamente, a velocidade e a energia cinética rotacional do minério de cobre foram analisadas. Os resultados são mostrados na Fig.7 e Fig.8. A(15%) representava a velocidade e a energia rotacional do minério de cobre quando o material do martelo era Cr₂₆, e a taxa de alimentação era de 15%. B(15%) representava a velocidade e a energia rotacional do minério de cobre. Quando o material do martelo era 35GrMo, a taxa de alimentação era de 15%, e o restante era o mesmo.

Fig.7 Velocidade do minério de cobre com diferentes taxas de alimentação e materiais de martelo
◆—A(15%); ■—B(15%): ▲—A(25%);
×—B(25%);*—A(35%); ●—B(35%)

Fig.8 A energia cinética rotacional do minério de cobre sob diferentes taxas de alimentação e materiais de martelo de placa
◆—A(15%); ■—B(15%); ▲—A(25%);
×—B(25%);*—A(35%); ●—B(35%)

Conforme visto na Figura 7, quando a taxa de alimentação do minério de cobre é de 15%, 25% ou 35%, a velocidade do minério de cobre no britador é diferente. Quando a taxa de alimentação do minério de cobre era a mesma, a velocidade do minério de cobre também era. Quando o material do martelo era 35GrMo, era maior do que o do material do martelo, que era Cr26. Quando o material do martelo do britador de impacto é o mesmo, a velocidade do minério de cobre aumenta obviamente com o aumento da taxa de alimentação do britador. Quando a taxa de alimentação do minério de cobre era de 15% e o material do peso da placa era Cr26 com um tempo de 3.5s, a velocidade das partículas do minério de cobre era a menor, sendo 20.97m/s. Quando a taxa de alimentação do minério de cobre é de 35%, o material do martelo é 35GrMo e o tempo é de 2.6s, a velocidade das partículas de minério de cobre é a mais alta, que é 57.09m/s.

Quando a taxa de alimentação do minério de cobre era de 15%, e o material de peso da placa era Cr26 com um tempo de 3.5s, a velocidade das partículas do minério de cobre era a menor, sendo 20.97m/s. Quando a taxa de alimentação do minério de cobre era de 35%, o material do martelo era 35GrMo, e o tempo era 2.6s, a velocidade das partículas do minério de cobre era a mais alta, que era 57.09m/s.

Conforme mostrado na Figura 8, quando a taxa de alimentação do minério de cobre é de 15%, 25% e 35%, a energia cinética rotacional do minério de cobre é diferente. Quando a taxa de alimentação do minério de cobre era a mesma, a energia cinética rotacional do minério de cobre no britador quando o material do martelo era 35GrMo era significativamente maior do que a do material do martelo Cr26. Quando o material do martelo de placa é o mesmo, a energia cinética rotacional do minério de cobre no britador aumenta obviamente com o aumento da taxa de alimentação do minério de cobre. Quando a taxa de alimentação do minério de cobre era de 15% e o material do martelo era Cr26, a energia cinética rotacional do minério de cobre era a menor, que era 1627.31J. Quando a taxa de alimentação do minério de cobre era de 35% e o material do martelo era ZG35GrMo, a energia cinética rotacional do minério de cobre era a maior, 2269.39J.

Verificação de teste

Aplique o analisador de tamanho de partículas a laser (Figura 9) para analisar o minério de cobre britado com diferentes materiais de martelo e diferentes taxas de alimentação, tome o tamanho de partícula única menor que 15 mm como padrão, pese o peso das partículas de minério de cobre extraídas e o peso das partículas de minério de cobre com tamanho menor que 15 mm e use a razão δ (Eq. (5)) dos dois para avaliar o efeito de britagem do bom ou ruim.

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

Onde M é o peso das partículas de minério de cobre extraídas; m é o analisador de tamanho de partículas a laser usado para detectar o peso das partículas de minério de cobre que atendem ao padrão.

Fig.9 Analisador de tamanho de partículas a laser

Fig.10 Efeito de britagem do minério de cobre sob diferentes taxas de alimentação e materiais de martelo de placa
◆—A(15%): ■—B(15%): ▲—A(25%);
×—B(25%);*—A(35%); ●—B(35%)

O efeito de britagem do britador de impacto com diferentes materiais de martelo e taxa de avanço simultaneamente é calculado, e os resultados são mostrados na Figura 10.

Conforme mostrado na Figura 10, quando a taxa de alimentação é de 15%, 25%, 35% e dez testes repetidos, o efeito de esmagamento do material do martelo ZG35GrMo é melhor do que o do material do martelo Cr26. No mesmo material do martelo no mesmo britador, com dez testes repetidos, o melhor efeito de esmagamento apareceu na taxa de alimentação de 35%, e o pior efeito de esmagamento apareceu na taxa de alimentação de 15%. O britador apareceu com o aumento da taxa de alimentação, e o efeito de esmagamento do minério de cobre aumentou. Os resultados são consistentes com os resultados da simulação.

Conclusão e perspectiva

A velocidade e a energia cinética rotacional do minério de cobre no britador quando o material do martelo era 35GrMo foram significativamente maiores do que quando o material do martelo era Cr26. Em outras palavras, o efeito de britagem do minério de cobre foi melhor quando o material do martelo era 35GrMo do que quando o material do martelo era Cr26.
Alterar a taxa de alimentação do minério de cobre para verificação de simulação: no mesmo britador e no mesmo material de martelo, com o aumento da taxa de alimentação, a velocidade e a energia cinética rotacional do minério de cobre aumentam gradualmente; ou seja, o impacto do minério de cobre é cada vez mais intenso, melhor o efeito de britagem. Entre eles, o valor máximo da velocidade do minério de cobre e da energia cinética rotacional apareceu na taxa de alimentação de 35%, o material do martelo é 35GrMo, e seu valor é 57.09m/s e 2269.39J.
O efeito do material do martelo e da taxa de alimentação no efeito de britagem é obtido pela comparação de resultados de simulação e teste, e os resultados da simulação são verificados. Os resultados fornecem uma base teórica para otimizar os martelos do britador de impacto e melhorar o efeito de britagem do minério de cobre.

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