CN113392478B - 一种基于edem的矿山球磨机工作参数优化方法 - Google Patents

一种基于edem的矿山球磨机工作参数优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于磨矿技术领域,尤其是涉及一种基于EDEM的矿山球磨机工作参数优化方法,其特征在于包括以下步骤:步骤1、前期准备,建立球磨机三维模型导出.stl模型文件并计算磨球和矿石数量及临界转速度;步骤2、设定材料属性参数及交互作用参数;步骤3、设定颗粒模型与颗粒接触模型;步骤4、导入球磨机三维几何模型.stl模型文件并设置转速率;步骤5、创建颗粒工厂;步骤6、进入到仿真设置;步骤7、启动模拟;步骤8、运用控制变量法,改变转速率和填充率其中一个因素,重复步骤1‑步骤8;步骤9、得到各工作参数对指标影响的主次顺序和最优参数配合。本发明可以模拟在不同的工作参数下,得到不同的筒体的比功率,这反映出不同工况下的磨矿效率的高低,从而能在球磨机完成磨矿工作前,有效的模拟出最优工作参数配合。

Description

一种基于EDEM的矿山球磨机工作参数优化方法
技术领域
本发明属于磨矿技术领域,尤其是涉及一种基于EDEM的矿山球磨机工作参数优化方法。
背景技术
球磨机因具备磨矿效率高而被广泛应用于矿山矿石的粉碎作业,但是在这一过程中,如何能够更好的提高研磨效率和台时处理量并降低能耗和衬板磨损是比较复杂的问题。目前国际内外基于离散元分析方法优化球磨机得到了空前发展,主要集中在衬板的形状尺寸及球磨机内部的结构对球磨机的影响,但是对于球磨机工作参数的优化设计目前还比较薄弱,而且目前存在的优化设计方法较为繁琐。本发明旨在通过EDEM离散元模拟软件,提供一种比较简单有效的优化球磨机工作参数(转速率和填充率)的方法,可以最大化地利用球磨机运行时筒内的介质运动特性,有效地破碎矿石并减少衬板损耗,从而提高经济效益。
EDEM是世界上第一个用现代化离散元模型设计的用来模拟和分析颗粒处理和生产操作的通用CAE软件,通过模拟散状物料加工处理过程中颗粒体系的行为特征,协助设计人员对各类散料处理设备进行设计、测试和优化。EDEM主要由三部分组成:Creator、Simulator和Analyst。Creator是前处理工具,完成几何结构导入和颗粒模型建立等,Simulator是求解器,用于模拟颗粒体系的运动过程,Analyst是后处理模块,提供了丰富的工具对计算结果进行分析。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于EDEM的矿山球磨机工作参数优化方法,能够在复杂的工况中,调整最佳的工作参数,提高球磨机工作效率,提高经济效益。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的:
本发明的一种基于EDEM的矿山球磨机工作参数优化方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤1、前期准备,利用SOLIDWORKS建立球磨机三维模型并导出.stl模型文件,并根据球磨机填充率计算磨球数量和矿石数量,以及球磨机的临界转速;
步骤2、根据实际磨矿中钢球、矿石及衬板的材料特性参数设定材料属性参数,并且设置矿石、钢球和衬板之间的交互作用参数;
步骤3、根据球磨机的填充率及给矿的颗粒级配比例设定颗粒模型与颗粒接触模型;
步骤4、导入球磨机三维几何模型.stl模型文件,并设置其材料及材料特性,并设定球磨机转速度(转速度为转速率与临界转速的乘积)和定轴转动方向;
步骤5、创建颗粒工厂,用来生成钢球和矿石颗粒;
步骤6、进入到仿真设置,设置时间步长和仿真时间共10s,设置Cell-Size为2Rmin~3Rmin;
步骤7、启动模拟,模拟完成后观察物料的运动轨迹、平均速率和时间的关系曲线和筒体的比功率;
步骤8、运用控制变量法,改变转速率和填充率其中一个因素,其他工作参数不变,其中转速率的范围为70%~90%,填充率的范围为20%~30%,设置试验水平为3,可在转速率和填充率范围内各选择3个参数,进行全面试验,共计9次试验,重复步骤1-步骤8;
步骤9、对多个不同工作参数下的球磨机工作情况进行模拟,对比球磨机筒体的比功率,比功率为筒体单位质量的有用功率,比功率数值较大代表在此工作参数下,球磨机磨矿效率较高,并通过极差法对仿真结果进行处理,极差数值较大代表此工作参数对球磨机的磨矿效率影响较大,从而得到各工作参数对磨矿效率影响的主次顺序和最优参数配合。
本发明的优点:
本发明的一种基于EDEM的矿山球磨机工作参数优化方法,可以模拟在不同的工作参数下,得到不同的筒体的比功率,反映出不同工况下的磨矿效率的高低,从而能在球磨机完成磨矿工作前,有效地模拟出最优的工作参数配合。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
如图1所示,本发明的基于EDEM的矿山球磨机工作参数优化方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤1、前期准备,利用SOLIDWORKS建立球磨机三维模型并导出.stl模型文件,并根据球磨机填充率计算磨球数量和矿石数量,以及球磨机的临界转速;
步骤2、根据实际磨矿中钢球、矿石及衬板的材料特性参数设定材料属性参数,并且设置矿石、钢球和衬板之间的交互作用参数;
步骤3、根据球磨机的填充率及给矿的颗粒级配比例设定颗粒模型与颗粒接触模型;
步骤4、导入球磨机三维几何模型.stl模型文件,并设置其材料及材料特性,并设定球磨机转速度(转速度为转速率与临界转速的乘积)和定轴转动方向;
步骤5、创建颗粒工厂,用来生成钢球和矿石颗粒;
步骤6、进入到仿真设置,设置时间步长和仿真时间共10s,设置Cell-Size为2Rmin~3Rmin;
步骤7、启动模拟,模拟完成后观察物料的运动轨迹、平均速率和时间的关系曲线和筒体的比功率;
步骤8、运用控制变量法,改变转速率和填充率其中一个因素,其他工作参数不变,其中转速率的范围为70%~90%,填充率的范围为20%~30%,设置试验水平为3,可在转速率和填充率范围内各选择3个参数,进行全面试验,共计9次试验,重复步骤1-步骤8;
步骤9、对多个不同工作参数下的球磨机工作情况进行模拟,对比球磨机筒体的比功率,比功率为筒体单位质量的有用功率,比功率数值较大代表在此工作参数下,球磨机磨矿效率较高,并通过极差法对仿真结果进行处理,极差数值较大代表此工作参数对球磨机的磨矿效率影响较大,从而得到各工作参数对磨矿效率影响的主次顺序和最优参数配合。
本发明和现有技术相比所具有的优点是:提供了一种较为简单有效的方法,能在球磨机完成磨矿工作前模拟出最优工作参数配合。本发明是一种基于离散元软件EDEM的矿山球磨机工作参数优化方法,尤其可以模拟不同的工作参数下,得到不同的筒体的比功率,这反映出不同工况下的磨矿效率是有区别的。通过极差法,得到各工作参数对指标影响的主次顺序和最优参数配合,从而提高磨矿效率,提高经济效益。
结合附图和具体实施例,对本发明作进一步说明:
实施例1:
S1、结合具体案例对某3.2m×3.1m球磨机进行工作参数优化。前期准备,包括用SOLIDWORKS建立球磨机三维模型,设置球磨机筒体衬板半径和长度以及矩形衬板厚度(其高度差为30mm),并导出.stl模型文件,并根据球磨机填充率计算出磨球和矿石数量,以及球磨机的临界转速22.34r/min;
S2、根据实际磨矿中钢球、矿石及衬板的材料特性参数设定材料属性参数,并且设置矿石、钢球和衬板之间的交互作用参数;
表1:
表2:
S3、设定球磨机的填充率为20%,由公式其中ni为每个颗粒要填充的数量;V为球磨机总的填充体积;λ为松散程度系数λ=4.8t/m3;设定给矿的颗粒级配比例及颗粒模型与颗粒接触模型为Hertz-Mindlin无滑动摩擦模型;
S4、导入球磨机三维几何模型.stl模型文件,并设置其材料及材料特性,设定球磨机转速度和定轴转动方向;
S5、创建颗粒工厂,用来生成钢球和矿石颗粒;
S6、进入到仿真设置,设置时间步长为20%瑞利步长,仿真时间共10s,设置Cell-Size为2Rmin~3Rmin;
S7、启动模拟,模拟完成后观察物料的运动轨迹、平均速率和时间的关系曲线和筒体的比功率;
S8、运用控制变量法,改变转速率和填充率其中一个因素,其他工作参数不变进行全面试验,如表3,重复S1-S8;
S9、对多个不同工作参数下的球磨机工作情况进行对比,得到球磨机的比功率。
表3:
S10、通过极差法对仿真结果进行处理,如表4,得到各工作参数对指标影响的主次顺序和最优参数配合;
表4:
可以看出可以判定A2为转速率A的最优水平,即转速率为80%时对比功率提高最大。
可以看出可以判定B1为转速率B的最优水平,即填充率为20%时对比功率提高最大。
综上,当转速率为80%时,填充率为20%时,球磨机的比功率最大。而且对极差进行比较,可以发现转速为主要的影响因素。
实施例2
S1、结合具体案例对某3.2m×3.6m球磨机进行工作参数优化。前期准备,包括利用SOLIDWORKS建立球磨机三维模型,设置球磨机筒体衬板半径和长度以及矩形衬板厚度(其高度差为30mm),并导出.stl模型文件,并根据球磨机填充率计算出磨球数量和矿石数量,以及球磨机的临界转速为23.71r/min;
S2、根据实际磨矿中钢球、矿石及衬板的材料特性参数设定材料属性参数,并且设置矿石、钢球和衬板之间的交互作用参数。
表5:
表6:
S3、设定球磨机的填充率为25%,由公式其中ni为每个颗粒要填充的数量;V为球磨机总的填充体积;λ为松散程度系数λ=4.8t/m3;设定给矿的颗粒级配比例及颗粒模型与颗粒接触模型为Hertz-Mindlin无滑动摩擦模型;
表7:
S4、导入球磨机三维几何模型.stl模型文件,并设置其材料及材料特性,设定球磨机转速度和定轴转动方向;
S5、创建三个颗粒工厂,其中一个用来生成钢球,另外两个生成不同尺寸的矿石颗粒;
S6、进入到仿真设置,设置时间步长为20%瑞利步长,仿真时间共10s,设置Cell-Size为2Rmin~3Rmin;
S7、启动模拟,模拟完成后观察物料的运动轨迹、平均速率和时间的关系曲线和筒体的比功率;
S8、运用控制变量法,改变转速率和填充率其中一个因素,其他工作参数不变进行全面试验,如表8,重复S7-S8;
S9、对多个不同工作参数下的球磨机工作情况进行对比,得到球磨机的比功率;
表8:
S10、通过极差法对仿真结果进行处理,如表9,得到各工作参数对指标影响的主次顺序和最优参数配合;
表9:
可以看出可以判定A2为转速率A的最优水平,即转速率为80%时对比功率提高最大。
可以看出可以判定B1为转速率B的最优水平,即填充率为25%时对比功率提高最大。
综上,当转速率为80%时,填充率为25%时,球磨机的比功率最大。而且对极差进行比较,可以发现转速率为主要的影响因素。
实施例3
S1、结合具体案例对某3.6m×6.0m球磨机进行工作参数优化。前期准备,包括利用SOLIDWORKS建立球磨机三维模型,设置球磨机筒体衬板半径和长度以及矩形衬板厚度,并导出.stl模型文件,并根据球磨机填充率计算出磨球数量和矿石数量,以及球磨机的临界转速为22.34r/min;
S2、根据实际磨矿中钢球、矿石及衬板的材料特性参数设定材料属性参数,并且设置矿石、钢球和衬板之间的交互作用参数。
表10:
表11:
S3、设定球磨机的填充率为20%,由公式其中ni为每个颗粒要填充的数量;V为球磨机总的填充体积;λ为松散程度系数λ=4.8t/m3;设定给矿的颗粒级配比例及颗粒模型与颗粒接触模型为Hertz-Mindlin无滑动摩擦模型;
表12:
S4、导入球磨机三维几何模型.stl模型文件,并设置其材料及材料特性,设定球磨机转速度和定轴转动方向;
S5、创建颗粒工厂,用来生成钢球和矿石颗粒;
S6、进入到仿真设置,设置时间步长为20%瑞利步长,仿真时间共10s,设置Cell-Size为2Rmin~3Rmin;
S7、启动模拟,模拟完成后观察物料的运动轨迹、平均速率和时间的关系曲线和筒体的比功率;
S8、运用控制变量法,改变转速率和填充率其中一个因素,其他工作参数不变进行全面试验,如表13,重复S1-S8;
S9、对多个不同工作参数下的球磨机工作情况进行对比,得到球磨机的比功率;
表13:
S10、通过极差法对仿真结果进行处理,如表14,得到各工作参数对指标影响的主次顺序和最优参数配合;
表14:
可以看出可以判定A1为转速率A的最优水平,即转速率为80%时对比功率提高最大。
可以看出可以判定B3为转速率B的最优水平,即填充率为30%时对比功率提高最大。
综上,当转速率为80%时,填充率为30%时,球磨机的比功率最大。而且对极差进行比较,可以发现转速率为主要的影响因素。
本发明的基于EDEM的矿山球磨机工作参数优化方法,可以模拟不同的工作参数下,得到不同的筒体的比功率,反映出不同工况下的磨矿效率的区别,能在球磨机完成磨矿工作前,有效的模拟出最优工作参数配合。

Claims (1)

1.一种基于EDEM的矿山球磨机工作参数优化方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤1、前期准备,利用SOLIDWORKS建立球磨机三维模型并导出.stl模型文件,并根据球磨机填充率计算磨球数量和矿石数量,以及球磨机的临界转速;
步骤2、根据实际磨矿中钢球、矿石及衬板的材料特性参数设定材料属性参数,并且设置矿石、钢球和衬板之间的交互作用参数;
步骤3、根据球磨机的填充率及给矿的颗粒级配比例设定颗粒模型与颗粒接触模型;
步骤4、导入球磨机三维几何模型.stl模型文件,并设置其材料及材料特性,并设定球磨机转速度和定轴转动方向,所述球磨机转速度为转速率与临界转速的乘积;
步骤5、创建颗粒工厂,用来生成钢球和矿石颗粒;
步骤6、进入到仿真设置,设置时间步长和仿真时间共10s,设置Cell-Size为2Rmin~3Rmin;
步骤7、启动模拟,模拟完成后观察物料的运动轨迹、平均速率和时间的关系曲线和筒体的比功率;
步骤8、运用控制变量法,改变转速率和填充率其中一个因素,其他工作参数不变,其中转速率的范围为70%~90%,填充率的范围为20%~30%,设置试验水平为3,在转速率和填充率范围内各选择3个参数,进行全面试验,共计9次试验,重复步骤1-步骤8;
步骤9、对多个不同工作参数下的球磨机工作情况进行模拟,对比球磨机筒体的比功率,比功率为筒体单位质量的有用功率,比功率数值较大代表在此工作参数下,球磨机磨矿效率较高,并通过极差法对仿真结果进行处理,极差数值较大代表此工作参数对球磨机的磨矿效率影响较大,从而得到各工作参数对磨矿效率影响的主次顺序和最优参数配合。
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