基于正交设计和离散元法的半自磨机筒体衬板改型及工业应用

肖庆飞, 邵云丰, 周强, 刘向阳, 王庆凯, 张谦. 基于正交设计和离散元法的半自磨机筒体衬板改型及工业应用[J]. 矿产保护与利用, 2023, 43(4): 50-59. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2023.04.005
引用本文: 肖庆飞, 邵云丰, 周强, 刘向阳, 王庆凯, 张谦. 基于正交设计和离散元法的半自磨机筒体衬板改型及工业应用[J]. 矿产保护与利用, 2023, 43(4): 50-59. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2023.04.005
XIAO Qingfei, SHAO Yunfeng, ZHOU Qiang, LIU Xiangyang, WANG Qingkai, ZHANG Qian. Modification and Industrial Application of Liners of Semi−autogenous Grinding Mill Based on Orthogonal Design and Discrete Element Method[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2023, 43(4): 50-59. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2023.04.005
Citation: XIAO Qingfei, SHAO Yunfeng, ZHOU Qiang, LIU Xiangyang, WANG Qingkai, ZHANG Qian. Modification and Industrial Application of Liners of Semi−autogenous Grinding Mill Based on Orthogonal Design and Discrete Element Method[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2023, 43(4): 50-59. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2023.04.005

基于正交设计和离散元法的半自磨机筒体衬板改型及工业应用

  • 基金项目: 国家自然科学基金地区科学基金项目(51964044);云南省基础研究计划面上项目(202201AT070766);矿冶过程自动控制技术国家重点实验室开放基金项目(BGRIMM−KZSKL−2022−1);矿物加工科学与技术国家重点实验室开放基金项目(BGRIMM−KJSKL−2023−09)
详细信息
    作者简介: 肖庆飞(1980—),男,云南昆明人,博士,教授,博士生导师,主要从事碎磨理论与工艺的研究,E-mail:13515877@qq.com
    通讯作者: 周强(1991—),男,山东枣庄人,博士,讲师,硕士生导师,主要从事碎磨理论及碎磨过程数值模拟研究,E-mail:zq1246051563@163.com
  • 中图分类号: TD921+.4;TD453

Modification and Industrial Application of Liners of Semi−autogenous Grinding Mill Based on Orthogonal Design and Discrete Element Method

More Information
  • 针对新疆某选厂Φ5.5 m×1.8 m半自磨机筒体衬板易磨损、断裂等问题,首先基于正交试验确定其筒体衬板的最优结构参数,其次运用离散元法模拟现场半自磨机的运行过程,对比研究在不同衬板结构参数下(提升条高度、宽度与面角)半自磨机内颗粒运动及内部碰撞能量的变化规律,最后通过工业试验验证优化方案的可行性。研究结果表明:适宜的提升条参数组合可有效优化磨机内颗粒的运动状态,增加钢球—矿石、矿石—矿石的有用碰撞,减少因无用碰撞引起的衬板或磨矿介质的损耗,进而改善半自磨机的运行参数。经正交试验确定最优的衬板提升条参数组合为高度190 mm、宽度140 mm和面角60°。由工业试验验证,优化后的衬板使用寿命、磨机运转率与台效较优化前分别提高了51 d、16.36百分点、15.55 t/h,磨机电耗较优化前降低了6.07 kW·h/t。试验结果证明了正交设计法和离散元法的联合应用在半自磨机筒体衬板形状优化过程的可靠性及优越性。

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  • 图 1  接触模型示意图

    Figure 1. 

    图 2  半自磨机T型衬板模型

    Figure 2. 

    图 3  半自磨机给矿累积粒度分析曲线

    Figure 3. 

    图 4  半自磨机筒体衬板模型

    Figure 4. 

    图 5  工业试验流程

    Figure 5. 

    图 6  运动形态对比

    Figure 6. 

    图 7  不同方案下法向碰撞累积能量图谱

    Figure 7. 

    图 8  不同类型累积碰撞能量分布

    Figure 8. 

    图 9  使用优化方案前后半自磨机运转率

    Figure 9. 

    图 10  使用优化方案前后半自磨机台效

    Figure 10. 

    图 11  使用优化方案前后半自磨机电耗

    Figure 11. 

    表 1  因素水平

    Table 1.  Factor level

    因素水平
    高度A /mm宽度B /mm面角C /(°)
    116012050
    219014060
    322016070
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    表 2  正交设计试验方案

    Table 2.  Orthogonal design experimental scheme

    方案参数
    ABC
    1313
    2231
    3133
    4321
    5332
    6223
    7212
    8122
    9111
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    表 3  仿真试验矿石颗粒参数

    Table 3.  Simulation experiment ore particle parameters

    颗粒尺寸/mm填充质量/kg单个颗粒质量/kg单个颗粒体积/m3颗粒数量/个
    250400.9928.640.0081814
    200319.2814.510.0041822
    150373.886.030.0017662
    100266.121.760.00052151
    80459.570.900.00026510
    45233.940.160.000051459
    35307.710.0750.000024079
    25117.880.0270.0000084288
    201136.450.0140.00000480746
    总计3615.8291331
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    表 4  衬板与矿石本征参数

    Table 4.  Intrinsic parameters of liner and ore

    名称衬板矿石
    容重 /(kg·m-3)78003360
    静弹性模量 /Pa1.82×10113.31×1010
    泊松比0.300.26
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    表 5  材料的基本接触参数

    Table 5.  Coefficient of restitution of the materials

    颗粒模型恢复系数静摩擦系数滚动摩擦系数
    钢−钢(钢球、衬板)0.700.200.01
    矿石−钢(钢球、衬板)0.410.500.25
    矿石−矿石0.350.560.05
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    表 6  试验结果

    Table 6.  Experiment results

    方案参数
    高度A /mm宽度B /mm面角C /(°)衬板受撞
    能量占比/%
    13(220)1(120)3(70)3.85
    22(190)3(160)1(50)3.62
    31(160)3(160)3(70)3.87
    43(220)2(140)1(50)3.77
    53(220)3(160)2(60)3.20
    62(190)2(140)3(70)3.38
    72(190)1(120)2(60)2.83
    81(160)2(140)2(60)3.07
    91(160)1(120)1(50)4.12
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    表 7  方差分析

    Table 7.  Analysis of variance

    变量离差平方和自由度均方差F显著性P
    修正模型1.45560.24352.3430.019
    截距111.7251111.72524113.2880.000
    高度A0.28320.14230.5830.032
    宽度B0.06320.0326.8270.128
    面角C1.10820.554119.6190.008
    误差0.00920.005
    总计113.1898
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    表 8  极差分析

    Table 8.  Range analysis

    数值参数
    高度 A /mm宽度B /mm面角C /(°)
    K111.0610.811.51
    K29.8310.229.1
    K310.8210.6911.1
    3.693.63.84
    3.283.413.03
    3.613.563.7
    R0.410.190.81
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    表 9  工业试验中筒体衬板使用寿命统计

    Table 9.  Statistics on the service life of liners in industrial experiments

    方案开始时间整体更换时间使用时间/d年使用量/套年成本/万元
    现场方案2019年4月6日2019年7月22日1083.60403.20
    优化方案2019年7月24日2019年12月29日1592.26325.44
    优化方案与现场方案差值+51−1.34−77.76
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出版历程
收稿日期:  2023-05-18
刊出日期:  2023-08-25

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