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浙江大学学报(工学版)
浙江大学学报(工学版)  2019, Vol. 53 Issue (12): 2255-2263    DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2019.12.001
机械与能源工程     
物料粒径对半自磨机衬板磨损的影响
许磊1,2(),罗坤2,赵永志1,*(),樊建人2,岑可法2
1. 浙江大学 化工机械研究所，浙江 杭州 310027
2. 浙江大学 能源清洁利用国家重点实验室，浙江 杭州 310027
Effect of particle size on liner wear in semi-autogenous mill
Lei XU1,2(),Kun LUO2,Yong-zhi ZHAO1,*(),Jian-ren FAN2,Ke-fa CEN2
1. Institute of Process Equipment, College of Energy Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
2. State Key Laboratory of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
 全文: PDF(1651 KB)   HTML
摘要：

采用数值计算方法分析粒径对半自磨（SAG）机衬板磨损的影响。采用离散单元法（DEM）描述物料运动，采用切向碰撞能量磨损模型（SIEM）预测壁面磨损. 结果表明，粒径大小对衬板磨损存在显著影响. 粒径增大，衬板磨损亦随之增大；当粒径较小时（如：d=30 mm），磨损增幅尤为明显. 提升条的磨损主要在经过底脚区与颗粒发生剧烈碰撞时产生，不同粒径大小下均如此. 大颗粒获得的动能要远远大于小颗粒，且相比于小颗粒，大颗粒改变运动状态需要更长的时间，导致剧烈磨损的持续时间亦明显增加. 粒径大小对磨损在提升条上的分布无明显影响.
关键词： 离散单元法（DEM）;  物料粒径;  半自磨（SAG）机;  衬板;  磨损;  冲蚀;  研磨    
Abstract:

The effect of particle size on liner wear in semi-autogenous grinding (SAG) mills was investigated using a numerical approach. The charge motion was calculated using discrete element method (DEM) and the liner wear was predicted using shear impact energy model (SIEM). The simulation results indicate that the particle size has evident influence on the liner wear. The liner wear increases with the increase of particle size; the increasing rate is evidently larger when the particle size is small (e.g. d=30 mm). The liner wear mainly occurs during the intense collisions in the bulk toe, which is not altered by the particle size. The kinetic energy of the large particles is significantly larger than that of the small particles. The large particles needs longer time to change the motion state compared with the small particles, which leads to longer intense collisions. The particle size has little influence on the distribution of wear on the lifters.
Key words: discrete element method (DEM)    particle size    semi-autogenous grinding (SAG) mill    liner    wear    erosion    grinding
收稿日期: 2018-11-02 出版日期: 2019-12-17
CLC:  TD 453  
基金资助: 国家自然科学基金资助项目（21476193）
通讯作者: 赵永志     E-mail: zjuxulei@163.com;yzzhao@zju.edu.cn
作者简介: 许磊（1991—），男，博士生，从事装备冲蚀磨损的数值模拟方法研究. orcid.org/0000-0002-7309-7478. E-mail： zjuxulei@163.com
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许磊
罗坤
赵永志
樊建人
岑可法

引用本文:

许磊,罗坤,赵永志,樊建人,岑可法. 物料粒径对半自磨机衬板磨损的影响[J]. 浙江大学学报(工学版), 2019, 53(12): 2255-2263.

Lei XU,Kun LUO,Yong-zhi ZHAO,Jian-ren FAN,Ke-fa CEN. Effect of particle size on liner wear in semi-autogenous mill. Journal of ZheJiang University (Engineering Science), 2019, 53(12): 2255-2263.

链接本文:

http://www.zjujournals.com/eng/CN/10.3785/j.issn.1008-973X.2019.12.001    或    http://www.zjujournals.com/eng/CN/Y2019/V53/I12/2255

图 1  模拟中所用半自磨（SAG）机结构尺寸示意图
参数 符号 数值 单位
衬板维氏硬度 HV 370 N/mm2
衬板长度 ? 0.7 m
提升条高度 H 152 mm
提升条数量 ? 60 ?
颗粒密度 ρ 4 500（矿石），
7 800（钢球） 		kg/m3
颗粒维氏硬度 HV 160（矿石），370（钢球） N/mm2
矿石之间的恢复系数 eP-P 0.3 ?
矿石与钢球以及衬板间恢复系数 eP-L 0.5 ?
钢球与衬板间恢复系数 eB-L 0.8 ?
滑动摩擦系数 fs 0.5 ?
法向弹性系数 kn 2.8 × 106 N/m
切向弹性系数 kt 8 × 105 N/m
半自磨机转速 ? 10.5 r/min
切片厚度 ? 0.7 m
总填充率 ? 35 %
钢球填充率 ? 15 %
表 1  半自磨（SAG）机衬板磨损模拟中使用的各项参数
图 2  物料运动特征示意图（蓝色：0，红色：12 m/s）
图 3  不同粒径大小下单块提升条的磨损曲线图
图 4  不同粒径大小下单个提升条沿SAG机内圆周位置的瞬时磨损率曲线图
图 5  不同粒径大小下目标区域内毗邻提升条颗粒的平均速率沿SAG机内圆周位置的分布曲线图
d/mm Et / J J d/mm Et / J J
30 1.52 0.053 100 43.50 1.850
40 3.67 0.146 150 152.98 8.955
60 11.13 0.458 ? ? ?
表 2  沿SAG机内圆周110°~170°位置且宽度为提升条高度2倍区域内的颗粒平均平动动能和转动动能
图 6  不同粒径大小下目标区域内毗邻提升条颗粒的速率标准差沿SAG机内圆周位置的分布曲线图
图 7  提升条4个位置处瞬时磨损率在目标区域内沿SAG机内圆周分布曲线图
图 8  提升条4个位置处所受切向应力在目标区域内沿SAG机内圆周分布曲线图
d/mm $\displaystyle\sum$ PP-L / （104 J/s） $\displaystyle\sum$ PP-P / （105 J/s） d/mm $\displaystyle\sum$ PP-L / （104 J/s） $\displaystyle\sum$ PP-P / （105 J/s）
30 1.27 2.48 100 2.78 7.64
40 1.70 3.41 150 3.67 8.98
60 2.05 5.45 ? ? ?
表 3  衬板以及颗粒间碰撞的总能耗率
图 9  颗粒与衬板的碰撞频谱图
图 10  颗粒与衬板碰撞能耗谱图
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