EA014375B1 - Способ прогнозирования характеристик измельчения материала в виде частиц, подвергающегося ударному воздействию - Google Patents

Abstract

Способ прогнозирования характеристик измельчения материала в виде частиц, подвергающегося ударному воздействию, включающий расчет показателя измельчения для материала в виде частиц, используя следующее уравнение: Показатель измельчения = М{1 - exp[-fxkE]}, где М представляет собой максимальное измельчение частиц для материала в виде частиц; fявляется параметром материала, который зависит от материала в виде частиц, подвергающегося измельчению, и размера частиц; х является исходным размером частиц материала в виде частиц перед ударным воздействием; Е является величиной удельной энергии, прилагаемой к материалу в виде частиц, и k составляет число ударов с удельной энергией Е.

Description

Область изобретения

Данное изобретение относится к способу прогнозирования характеристик измельчения материала в виде частиц, подвергающегося ударному воздействию.

В частности, изобретение относится к способу прогнозирования размеров измельченных частиц, когда руду, содержащую минерал, предназначенный для извлечения, подвергают ударному воздействию такого типа, который происходит при операциях измельчения. Рудный материал подвергают измельчению, чтобы уменьшить размер частиц и снизить разброс размеров частиц перед извлечением ценных минералов в последующих операциях по переработке минерального сырья, которые обычно включают гидрометаллургические или пирометаллургические операции. Вследствие этого, целесообразно далее в данном документе описывать изобретение относительно такого примера применения. Однако необходимо ясно понимать, что изобретение имеет более широкое применение.

Уровень техники

Измельчение или дробление частиц в таких устройствах, как мельницы и дробилки, является важной стадией переработки минерального сырья. На эту стадию поступает несортированная руда из рудника, размеры частиц которой снижают, перед тем как руду подвергают дальнейшей обработке, чтобы отделить ценные минералы, находящиеся в руде. Капитальные вложения по внедрению мельниц и дробилок чрезвычайно высоки. Более того, энергопотребление мельниц и дробилок также очень высокое и эффективность преобразования потребляемой энергии в измельчение частиц чрезвычайно низкая. Следовательно, существует постоянная потребность в разработке улучшенного понимания таких технологических процессов с тем, чтобы дать возможность специалистам выполнять такие технологические процессы более эффективно.

Моделирование операций переработки минерального сырья является инструментом, который широко используют в операциях переработки минерального сырья для этих целей. Такие модели способствуют пониманию технологического процесса и могут быть использованы в разработке технологического процесса, оптимизации эксплуатационных характеристик оборудования, а также при разработке нового оборудования. В частности, модель может быть использована специалистами для лучшего понимания, например, измельчения частиц в мельнице. Понимание, в свою очередь, приведет к регулировке специалистами установочных параметров мельницы, и в результате этого, к более эффективной эксплуатации мельницы.

Также модель можно использовать для имитационного моделирования эксплуатационных характеристик оборудования. Имитационное моделирование таких устройств для измельчения, как мельницы самоизмельчения (СИ) и мельницы полусамоизмельчения (ПСИ), шаровые мельницы и дробилки широко используют в горнодобывающей промышленности для разработки и оптимизации оборудования, а также выявления и устранения основных неисправностей. Однако легко понять, что ценность любой модели имитационного моделирования будет зависеть от точности и достоверности лежащих в ее основе моделей, используемых для определения измельчения частиц в мельнице или дробилке. Заявитель предусматривает операции имитационного моделирования в отношении различных устройств для измельчения и осознает ограничения многих функций измельчения, используемых при таком имитационном моделировании. Таким образом, заявитель понимает преимущества, которые должны быть получены при любом усовершенствовании моделирования измельчения частиц вследствие ударного воздействия такого типа, как происходит в устройствах для измельчения.

При моделировании процесса измельчения необходимо определить вероятное распределение по размерам будущих частиц, получаемых в результате ударного воздействия. Более того, необходимо установить влияние размера исходных частиц на распределение по размерам получаемых частиц и влияние энергии, сообщаемой частицам при ударе.

Первой стадией в данном способе является получение экспериментальных данных по распределению получаемых частиц в зависимости от определенной энергии удара и размера исходных частиц. Это осуществляют путем проведения испытаний по измельчению частиц, известных в уровне технике как ударное испытание маятниковым копром и испытание на удар падающим грузом.

Данные испытания включают воздействие на частицы определенного размера некоторой удельной энергии и затем измерение показателя измельчения, который можно преобразовать в распределение получаемых частиц по размерам. С помощью данных испытаний получают распределение конечных частиц по размерам для измельчения отдельных частиц в зависимости от их размера, а также количества приложенной удельной энергии, вызывающей измельчение.

Распределение частиц по размерам (РЧР) может быть представлено посредством графика, показывающего относительное количество различных размеров по оси у, отложенное в зависимости от различных размеров частиц по оси х. Распределение частиц по размерам для совокупности измельченных или конечных частиц, полученных в результате столкновения или удара, может быть представлено посредством графика распределения частиц по размерам, например интегрального распределения частиц по размерам, которое строят, откладывая интегральное массовое процентное содержание измельченных частиц в совокупности ниже определенного размера на уровне этого размера частиц. Массовое процентное содержание частиц ниже данного размера определяют путем рассева. На фиг. 1 представлен график инте

- 1 014375 грального распределения по размерам измельченных частиц, полученных в результате удара.

В то время как возможно представить распределение по размерам измельченных в результате столкновения частиц с помощью кривой РЧР, такой как показанная на фиг. 1, другие способы представления этой информации включены в этот документ.

Одним из таких способов является представление данной информации с помощью показателя измельчения, называемого показателем 1₁₀ или показателем крупности получаемых частиц. По существу показатель 1₁₀ несет всю необходимую информацию для получения полного РЧР. Показатель 1₁₀ может быть преобразован в кривую полного РЧР с помощью графика, известного как семейство ΐ-кривых, впервые опубликованных Нараянаном (№1гауапап). На фиг. 2 представлен график семейства 1-кривых. Форма 1-кривых и способ их построения описаны ниже.

Испытания на удар падающим грузом включают ударное воздействие удельной энергии, прилагаемой к частице, и измельченные частицы, полученные в результате удара, собирают и затем рассеивают на фракции. Измельченные частицы рассеивают на фракции, используя стандартный комплект сит различных размеров. Отдельные массовые процентные содержания частиц, проходящих через каждое сито, затем преобразуют в интегральное массовое распределение частиц, проходящих через ячейки.

Массу частиц, проходящих через сита с размерами ячеек 1/50, 1/25, 1/10, '/₄ и '/₂ от размера ячейки исходного сита, затем рассчитывают исходя из суммарного РРЧ, рассчитывая кубический сплайн, известный в уровне технике. Интегральное массовое процентное содержание частиц, проходящих через сито с размером ячеек 1/75 от размера ячейки исходного сита, называют показателем 1₇₅, количество частиц, проходящих через сито с размером ячеек 1/50 от размера ячейки исходного сита, называют показателем 1₅₀, количество частиц, проходящих через сито с размером ячеек 1/10 размера ячейки исходного сита, называют показателем 1₁₀ и т. д. Повторяя процесс с различными уровнями энергии, можно построить множество 1_п показателей, обеспечивая данные, необходимые для получения семейства 1-кривых.

На фиг. 2 показатели 1₇₅, 1₅₀, 1₂₅, 1₁₀ отложены по оси у в зависимости от показателя 1₁₀ по оси х. Рядом независимых исследователей в данной области, включая Нараянана, подтверждено, что математические соотношения, определяемые 1-кривыми, фактически точно представляют измельчение частиц при различных уровнях энергии и что данное семейство кривых в основном универсально для скальных пород.

Таким образом, при отсутствии конкретных данных по семейству 1-кривых для данного материала может быть использовано выбираемое по умолчанию множество кривых, используемое для большинства таких материалов, как скальные породы. Однако, если характеристики измельчения используемого материала сильно отличаются от измельчения скальных пород, тогда могут быть использованы фактические результаты испытаний по измельчению для таких материалов в виде частиц для получения семейства 1кривых. Однако для большинства видов минеральной руды в этом нет необходимости, и можно использовать выбираемое по умолчанию множество кривых. Кроме того, еще некоторая опубликованная информация по семейству 1-кривых для некоторых материалов представлена в виде справочных таблиц.

1-Кривые являются очень полезными, потому что как только определяют 1₁₀ для материала, например в результате испытания на удар падающим грузом, 1-кривые можно использовать для преобразования или перевода величины 1₁₀ в полное интегральное распределение частиц по размерам, как показано на фиг. 1. Другими словами, показатель 1₁₀ является удобной формой краткого представления распределения частиц по размерам, которое может быть получено по 1-кривым или справочным таблицам, представленным в литературе, или по 1-кривым, построенным в ходе фактических испытаний по измельчению такого материала.

РЧР получают, исходя из семейства 1-кривых, проведением вертикальной линии от измеренного показателя 1₁₀ по оси х, пересекающей кривые 1_п, чтобы получить точки графика 1₂, 1₄, 1₂₅, 1₅₀ и 1₇₅. Затем эти точки используют для построения интегрального РЧР.

Как описано выше, показатель 1₁₀ является массовым процентным содержанием совокупности измельченных частиц, проходящих через сито с размером ячеек, составляющим 1/10 от начального размера частиц, подвергающихся удару. Этот показатель является мерой крупности совокупности измельченных частиц, полученных под действием удара. Чем больше величина 1₁₀, тем больше масса мелочи в совокупности получаемых частиц.

Заявитель также использует показатель 1₁₀ как меру или характерный признак распределения частиц по размерам для совокупности измельченных частиц. Это является удобным инструментом, потому что как только устанавливают показатель 1₁₀, можно получить полное интегральное РЧР по 1-кривым. Так как конкретный выбор 1₁₀ для определения крупности получаемых частиц является в некотором отношении произвольным, он получил широкое распространение в данной области, и это является причиной того, что ему придают значение в данном описании.

Как кратко показано выше, испытание на удар падающим грузом используют для расчета показателя 1₁₀ крупности для частиц, подвергающихся ударным испытаниям.

После того как показатель 1₁₀ рассчитан для испытываемых частиц, данные испытаний аппроксимируют к модели для расчета конкретных параметров материала для данной руды. После того как эти параметры определены, их включают в модель. Модель может быть использована для прогнозирования

- 2 014375 распределения по размерам измельченных частиц только после расчета этих параметров.

Моделью, используемой в предшествующем уровне технике для прогнозирования распределения по размерам измельченных частиц, полученных в результате ударного воздействия, является следующее уравнение (здесь и далее относящееся к модели Ж предшествующего уровня техники).

ίιο ⁼ А (1-е^ЬЕсз) (1) где показатель ΐ₁₀ представляет собой массовый процент от начальной массы частиц, проходящих через сито, имеющее размер ячееек, составляющий 1/10 от исходного среднего размера испытываемых частиц;

Е_С8 представляет собой удельную энергию измельчения, прилагаемую для удара, выраженную в кВт-ч/ΐ;

А и Ь представляют собой параметры измельчения ударным воздействием, зависящие от материала, например измельчаемой руды, и вследствие этого, данные параметры различны для различных руд и учитывают различное поведение при измельчении различных руд.

Данная модель была получена 1и1ш8 Кгий8СЙий1 М1пега1 Векеагсй СсШгс (ЖМРС) и широко используется в течение более двадцати лет. Указанное выше уравнение для показателя ΐ₁₀ крупности продукта представляет собой экспоненциальную зависимость. Параметр А является уровнем, при котором ΐ₁₀ достигает асимптоты, и представляет собой максимальную степень измельчения частиц, которую можно получить. Дополнительная ударная энергия выше данного уровня не приводит к получению более мелкого измельчения частиц.

Напротив, произведение АхЬ представляет собой наклон кривой в начальной точке убывания по направлению к нижнему концу кривой. Произведение А и Ь используют для сравнения различных материалов.

Характер измельчения конкретной руды обычно определяют и выражают произведением АхЬ. Многие горнодобывающие компании разрабатывают дорогие базы данных по А и Ь параметрам, а также произведению АхЬ, полученных для различных рудных тел. Базу данных для значений А и Ь в основном разрабатывают в течение длительного периода времени и компания может использовать ее многократно. Величина Ах Ь является характеристикой конкретной скальной породы, прошедшей испытания. Пока скальная порода остается неизменной, величины А и Ь нет необходимости каждый раз устанавливать заново в ходе изучения измельчения частиц.

Как показано кратко выше, результаты испытаний физического измельчения, полученные в установках для испытания на удар падающим грузом, используют для расчета характеристических параметров А и Ь для каждой испытываемой руды. Стандартные численные методы такие, как методы статистической аппроксимации кривой используют для расчета А и Ь для каждого материала в виде частиц по результатам испытаний на удар падающим грузом. Методы аппроксимации кривой выполняют, исходя из оценочных значений для А и Ь, а затем рассчитывают новый ΐ₁₀ с этими параметрами. Рассчитанное значение ΐ₁₀ затем сравнивают со значением ΐ₁₀, экспериментально определенным из испытаний на удар падающим грузом для расчета погрешности. Погрешность затем делят на стандартное отклонение и затем возводят в квадрат. Процесс расчета нового ΐ₁₀ с помощью оценочных параметров А и Ь затем повторяют для всех различных размеров частиц и каждого уровня энергии каждого размера частиц. Получают квадратичную ошибку для каждого результата испытаний. Затем квадратичные ошибки суммируют с получением суммы квадратичных ошибок. На основании этих результатов выбирают новые оценочные значения для А и Ь и другую итерацию той же последовательности расчетов выполняют для расчета нового множества величин ΐ₁₀. Это дает другую сумму квадратичных ошибок, которую можно сравнить с предшествующей суммой квадратичных ошибок. Эти итерации повторяют до получения минимальной суммы квадратичных ошибок, при которой фиксируют значения А и Ь.

Значения параметров А и Ь, которые дают минимальную сумму квадратичных ошибок, представляют наилучшее приближение модели к экспериментальным данным, и они являются значениями А и Ь рассчитанными для этого материала.

Одним из ограничений использования модели Ж известного уровня техники, определяемой уравнением 1, является то, что модель рассчитывает одно значение для параметра А и одно значение для параметра Ь для данного образца частиц, имеющего диапазон размеров частиц. Предположение, присущее данной модели, следовательно, состоит в том, что параметры измельчения не зависят от размера частиц. Иными словами, предполагают, что частицы различных размеров должны измельчаться аналогичным образом, если подвергаются одинаковой ударной энергии. Таким образом, модель эффективно рассчитывает усредненный набор параметров А и Ь для всех размеров частиц.

Заявителем представлены несколько проведенных испытаний с материалом карьера Μΐ СооПГйа, имеющим средний размер частиц по меньшей мере в диапазоне от 10,3 до 57,8 мм.

Частицы карьерного материала подвергали испытаниям на удар падающим грузом для определения показателя ΐ₁₀ для шести различных размеров частиц, используя ряд различных энергий для каждого размера частиц. На фиг. 3 представлены результаты испытания на удар падающим грузом для материала Μΐ СооПГйа, а также расчеты аппроксимации кривой, используемой для приближения модели Ж к данным с

- 3 014375 получением значений параметров А и Ь. Кроме того, расчеты, выполняемые для вычисления А и Ь численным методом аппроксимации кривой, описанным выше, также представлены на фиг. 3. В результате получили значение параметра А= 59,07 и значение параметра Ь = 0,435 для материала М1 СооНБа.

Затем строили известную из уровня техники модель Ж на графике как единичную кривую 1₁₀ в зависимости от удельной энергии измельчения (Е_га), и данный график представлен на фиг. 4. Отдельные точки, полученные из экспериментальных данных испытаний на удар падающим грузом, также нанесены на эту кривую. Следовательно, данный график показывает, насколько близко модель соответствует результатам испытаний. Из фиг. 4 очевидно, что единичная кривая, представляющая модель, отражает среднюю кривую для результатов испытаний по различным размерам испытываемых частиц. Присутствуют экспериментальные точки выше линии модели и экспериментальные точки ниже этой линии.

Заявителем определены ограничения известной из уровня техники модели Ж на графике фиг. 4 и начаты исследования влияния размера частиц на измельчение частиц.

Чтобы продемонстрировать влияние размера частиц на измельчение частиц, заявителем рассчитаны параметры А и Ь модели отдельно для каждого из различных размеров частиц материала М1 СооМБа на фиг. 3. Различные значения А и Ь, определяемые для каждого размера частиц, представлены в таблице на фиг. 5. Различия значений А и Ь, рассчитанных для различных размеров частиц, были существенными для некоторых размеров частиц.

Затем, каждый из параметров А и Ь использовали для построения отдельных кривых для каждого из размеров частиц, используя модель Ж, определяемую уравнением 1. На фиг. 6 представлено семейство кривых, где каждая кривая представляет известную из уровня техники модель Ж, примененную для различного размера частиц. По существу данное семейство кривых показывает, что различные размеры частиц имеют различные значения А и Ь и что параметры измельчения материала фактически зависят от размера частиц, так же как и от измельчаемого материала.

В общем, кривые модели Ж для более крупных частиц проходят выше, чем кривые для более мелких частиц. Это показывает, что частицы большего размера легче измельчаются, чем более мелкие частицы. Это согласуется с экспериментальным исследованием заявителя, и заявитель полагает, что это можно объяснить тем фактом, что плотность трещин частиц большего размера намного больше плотности трещин частиц меньшего размера.

Более того, каждая из отдельных кривых, рассчитанных для одного размера частиц, представляет близкое и непротиворечивое соответствие с данными испытаний, показывая, что они согласуются с данными лучше, чем график на фиг. 4. Это показывает, что предположение, лежащее в основе модели Ж известного уровня техники, о том, что частицы различных размеров измельчаются одинаково, является неточным.

В устройствах для измельчения частиц, таких как мельницы СИ/ПСИ поток сырья из материала в виде частиц обычно содержит широкий диапазон размеров частиц. Например, поток сырья может включать частицы размерами от 200 мм до менее 1 мм. В дробилке диапазон размеров частиц сырья может быть даже больше этого. Следовательно, очевидно, что будет преимуществом, если можно разработать способ определения характера измельчения руды, учитывая влияние размера на измельчение частиц. Это привело бы к усовершенствованному способу определения характера измельчения руды. Это, в свою очередь, предоставило бы возможность улучшенного моделирования измельчения частиц в устройствах для измельчения, в частности моделирования дискретных элементов.

Заявителем рассмотрены пути развития модели Ж с учетом влияния размера частиц. Если влияние размера частиц можно было бы использовать в модели, это предоставило бы возможность получения улучшенного соответствия результатам испытаний.

На начальной стадии заявителем рассмотрена адаптация модели Ж известного уровня техники для учета различных размеров частиц. Например, заявителем опробованы пути включения влияния размеров частиц в параметры А и Ь, используемые в уравнении 1 известной модели. В частности, проведено исследование, направленное на обнаружение соотношения между исходным размером частиц и произведением А и Ь, рассчитываемым для различного размера частиц.

На фиг. 7 АхЬ нанесено на график в зависимости от исходного среднего размера частиц для каждого размера частиц. Как это ясно видно из графика, нельзя установить устойчивое соотношение между подобранными значениями А и Ь для каждого размера и начальным размером частиц. Форма графика сильно отличается для различных частиц. Более того отдельные точки значений АхЬ в зависимости от размера, не показывают какого-либо соотношения между АхЬ и размером частиц, которое может быть описано с помощью математической формулы.

Было бы полезно, если бы такое соотношение существовало между произведением Ах Ь и размером частиц, так как тогда известную модель Ж можно было бы адаптировать путем определения соотношения между произведением Ах Ь и размером частиц и включения этого соотношения в уравнение известной модели. Однако, нельзя определить никакого математического соотношения между параметрами А и Ь и размером частиц.

Соответственно, существует потребность в разработке новой модели для определения характери

- 4 014375 стик измельчения, и более конкретно, вероятного распределения измельченных частиц, если частицы сырья определенного материала, например руды, подвергают удару с определенным количеством энергии, где модель учитывает влияние размера частиц сырья.

В соответствии с одним из аспектов изобретения обеспечивают способ прогнозирования характеристик измельчения материала в виде частиц, подвергающегося ударному воздействию, включающий расчет показателя измельчения для материала в виде частиц, используя следующее уравнение:

Показатель измельчения = М{1 - ехрр-Г/тгх-к Е]}, (2) где М представляет собой максимальное измельчение частиц для материала в виде частиц;

Г_та1 является параметром материала, который зависит от материала в виде частиц, подвергающегося измельчению, и размера частиц;

х является исходным размером частиц материала в виде частиц перед ударным воздействием;

Е является величиной удельной энергии, прилагаемой к материалу в виде частиц и к составляет число ударов с удельной энергией Е.

Параметр М является характеристическим для материала в виде частиц, а параметр Г_та1 зависит от материала и размера частиц и его можно рассчитать отдельно для каждого размера частиц, как описано ниже более подробно.

Преимущественно способ можно использовать для прогнозирования распределения по размерам вторичных измельченных частиц, исходя из частиц определенного размера материала в виде частиц. Модель в особенности учитывает влияние размера частиц сырья на измельчение частиц. Во-первых, х, представляющий собой размер частиц, является переменной в уравнении. Во вторых, размер частиц также учитывают в параметре Г_та1. Более конкретно, в модели распределение по размерам измельченных частиц является функцией энергии, приложенной к частице, размера частицы и числа ударов, выдерживаемых частицей.

Величину удельной энергии (Е), приложенной к частице, можно рассчитать по уравнению

(3) где Е_С, является удельной энергией измельчения на единицу массы и может быть выражена в Дж/кг или кВт-ч/ΐ, а Е_тш является пороговой энергией, ниже которой измельчение частиц размера х не происходит, и также может быть выражена в Дж/кг или кВт-ч/ΐ.

М может быть выражено в процентах и х можно измерять в м. Характеристику материала Г_та1 можно измерять в единицах кг/Дж-м, если Е_С, и Е_тш выражены в Дж/кг.

Пороговая энергия может быть рассчитана по уравнению (3’)

где Ό является характеристической постоянной материала и может быть выражена в Дж/кг-м или кВт-ч/Ι-м, а х является средним размером частиц в м.

Показатель измельчения может включать меру массы измельченных частиц ниже определенного размера, выраженную как величина, отнесенная к массе частиц исходного сырья.

В частности, показатель измельчения может представлять собой массу измельченных частиц, прошедших через сито с определенным размером ячеек, выраженную в процентах от массы частиц исходного сырья.

Удобно, если показатель измельчения представляет собой массовое процентное содержание измельченных частиц, прошедших через сито с размером ячеек, составляющим 1/10 от среднего размера частиц сырья. Таким образом, он представляет собой показатель ΐ₁₀.

Способ предпочтительно включает дополнительную стадию преобразования показателя измельчения в распределение частиц по размерам, например интегральное распределение частиц по размерам.

Показатель измельчения, например показатель ΐ10, можно преобразовать в распределение частиц по размерам путем построения распределения частиц по размерам (РЧР) по одному из параметров семейства ΐ-кривых, которое представляет собой график зависимости ΐ_η от ΐ₁₀. Задаваемое по умолчанию множество ΐ-кривых можно использовать для построения РЧР для большинства материалов скальных пород. Однако, если характер измельчения материала сильно отличается от измельчения скальных пород, тогда ΐ-кривые можно подобрать для модели, используя экспериментальные данные обычным способом.

Параметры М и Г_та1 можно задать для использования в уравнении. А именно, их можно предварительно определить по данным испытаний.

В качестве альтернативы способ может включать определение значений параметров М и Г_та1 для моделируемых материалов и различных размеров частиц.

Значения параметров М и Г_та1 можно определить путем получения результатов испытаний по измельчению частиц определенного размера, а затем рассчитывая значения М и Г_та1 с использованием методов статистической аппроксимации кривой.

Е_тт можно задать или определить наряду с М и Г_та1. В качестве альтернативы, Е_тт можно определить экспериментально.

Результаты физических испытаний по измельчению частиц различного размера, если необходимо, можно получить с помощью прибора для испытания на удар падающим грузом, прибора для испытания

- 5 014375 маятниковым копром или другими средствами.

Переменную к, представляющую собой число ударов с энергией Е, которым подвергают частицу, можно использовать для учета тех случаев, когда частицы подвергают нескольким ударам и измельчение происходит вследствие суммарного действия этих ударов. Например, в мельнице частицы могут подвергаться нескольким небольшим нарастающим ударам, вместо одного сильного удара, вследствие вращения мельницы.

Переменная к, таким образом, учитывает все это, и модель определяет распределение частиц по размерам как окончательный результат всех ударов.

Таким образом, если частицу подвергают нескольким меньшим ударам, вместо одного сильного удара, действие этих многочисленных ударов учитывают с помощью к. Например, в шаровой мельнице частицы могут подвергаться нескольким нарастающим ударам вследствие вращения мельницы. Это приводит к измельчению, отличному от измельчения в результате воздействия на частицу единичного сильного удара.

В соответствии с другим аспектом данного изобретения предложен способ определения параметра (Г_та1) измельчения материала в зависимости от размера частиц, включающий:

расчет параметра измельчения материала по следующему уравнению:

параметр измельчения материала = рхх'^д, (4) где х является исходным размером частиц до измельчения, а р и с.| представляют собой параметры, учитывающие влияние размера частиц на измельчение вследствие ударного воздействия.

Параметр Г_та1 измельчения материала зависит от измельчаемого материала и размера частиц и может быть выражен степенным уравнением. Параметр измельчения материала убывает с увеличением размера частиц. Скорость убывания степенного уравнения может быть различной для разных материалов и это отражается в уравнении различными значениями р и с.|.

Параметры р и с.| могут быть заданы. В качестве альтернативы способ может включать определение р и с.| путем аппроксимации данных испытаний к уравнению, указанному выше.

Исходный размер х частиц может быть выражен в м.

Заявитель обнаружил преимущества, которые могут быть получены при выявлении устойчивого функционального соотношения между параметром Г_та1 материала и размером частицы. Параметр Г_та1 материала может быть определен из данных по измельчению частиц, и если его строят в зависимости от размера частиц, форма кривой является единообразной для всех материалов. Более того, заявитель способен описать функциональное соотношение между Г_та1 и размером частиц посредством уравнения, указанного выше.

Это уравнение описывает взаимосвязь с размером частиц очень точно. В результате необходимо меньше результатов испытаний для согласования модели с результатами испытаний.

Уравнение 4, используемое для определения соотношения между Г_та1 и размером частиц, указанное выше, можно подставить в уравнение 2, определенное в первом аспекте изобретения, для упрощения этого уравнения.

В этой связи, в соответствии с еще одним аспектом изобретения предложен способ прогнозирования характеристик измельчения материала в виде частиц, подвергающегося удару, включающий:

расчет показателя измельчения для материала в виде частиц, используя следующее уравнение:

Показатель измельчения = М {1- ехр[- р х^ к- Е]}, (5) где М представляет собой максимальное измельчение частиц для материала в виде частиц;

Е является величиной удельной энергии, прилагаемой к материалу в виде частиц;

К представляет собой число ударов с удельной энергией Е;

х является исходным размером частиц материала в виде частиц до удара;

р и с.| являются параметрами материала для конкретного материала в виде частиц, учитывающими влияние размера частиц на измельчение при ударном воздействии.

Как описано выше, величину удельной энергии (Е), приложенной к частице, можно рассчитать по уравнению

Е ⁼ Есз ~ Еггт (3)

Снова Е_С, является удельной энергией измельчения на единицу массы и может быть выражена в Дж/кг или кВт-ч/Ι. Е_т1П является пороговой энергией, ниже которой измельчение частиц размера х, не происходит, и также может быть выражена в Дж/кг или кВт-ч/1.

М может быть выражено в процентах и размер частиц х может быть выражен в м.

Как и в случае предшествующего аспекта изобретения, показатель измельчения может включать величину массы измельченных частиц меньше определенного размера, выраженную как количество, отнесенное к массе исходных частиц сырья. В частности, показатель измельчения может представлять собой массу измельченных частиц, выраженную в процентах или в долях от массы частиц исходного сырья, прошедших через сито с определенным размером ячеек. Удобно, если показатель измельчения представляет собой массовое процентное содержание измельченных частиц, проходящих через сито с разме

- 6 014375 ром ячеек, составляющим 1/10 от среднего размера частиц сырья. Это представляет собой показатель 1₁₀.

Снова способ предпочтительно включает дополнительную стадию преобразования показателя измельчения в распределение частиц по размерам, например интегральное распределение частиц по размерам. Показатель измельчения, например показатель 1₁₀, можно преобразовать в распределение частиц по размерам построением графика распределения частиц по размерам, РЧР, по одному из параметров семейства 1-кривых, который представляет собой график зависимости 1_П от 1₁₀.

Параметры М, р и с.| можно задавать для использования в уравнении. Это означает, что их можно предварительно определить по данным испытаний и задать для использования в модели.

Вместо этого, способ может включать определение значений параметров М, р и с.| для моделируемого материала. Значения параметров М, р и с.| можно определить из результатов испытаний по измельчению частиц определенного размера, и затем рассчитывая значения для М, р и с.| с использованием методов статистической аппроксимации кривой. Результаты физических испытаний по измельчению частиц определенного размера можно получить с помощью прибора для испытания на удар падающим грузом, прибора для испытания маятниковым копром или других средств.

Е_т1П можно задавать или определять путем методов аппроксимации кривой. В качестве альтернативы, Е_т1П можно определить экспериментально.

Переменную к, представляющую собой число ударов, приложенных к частице при энергии Е, можно использовать для расчета в случае, если частицы подвергаются нескольким ударам, как и в первом аспекте изобретения.

Данную модель для прогнозирования характеристик измельчения, и в частности для прогнозирования распределения частиц по размерам, в результате по меньшей мере одного столкновения, можно использовать при моделировании всех типовых технологических операций измельчения частиц, включая помол, дробление и толчение. Модель измельчения частиц является только одной стадией в имитационном моделировании процесса помола или дробления. Однако, так как возможно это наиболее важный фактор в процессе помола или дробления, важно то, что модель точно определяет характеристики измельчения, и в частности распределение частиц по размерам.

В соответствии с еще одним аспектом данного изобретения предложен способ прогнозирования характеристик измельчения материала в виде частиц, подвергающегося ударному воздействию, включающий расчет показателя 1₁₀ для материала в виде частиц, используя следующее уравнение:

1₁₀ = М {1- ехр[- рх<¹^к(Е_сз - Е^)]}, (6) где М представляет собой максимальное измельчение частиц для материала;

Е_С, является удельной энергией измельчения на единицу массы;

Е_т1П является пороговой энергией, ниже которой измельчение не происходит;

к представляет собой число ударов с удельной энергией (Е_С8 - Е_тш);

х является исходным размером частиц перед ударным воздействием и р и с.| являются параметрами материала для материала в виде частиц, учитывающими влияние размера частиц на измельчение при ударном воздействии.

Для повторных ударов различной величины прилагаемую удельную энергию (Е_С, - Е_тш) отдельных ударов можно просуммировать от первого удара до к-того удара. Затем моделируют показатель измельчения, получаемый из суммы всех этих ударов.

Размер частиц х может быть выражен в м. Параметры Е_С, и Е_тш могут быть выражены в Дж/кг или кВт-ч/1.

Величины параметров М, р и с.| можно задавать для использования в уравнении или можно рассчитывать с помощью методов аппроксимации кривой по данным испытаний по измельчению частиц.

Способ может включать дополнительную стадию преобразования показателя 110 в прогнозируемое распределение получаемых частиц по размерам, т. е. таким же образом, как описано выше для предшествующего аспекта изобретения.

Из описанного выше понятно, что математически уравнение 6 выводят из уравнения 6', указанного ниже, объединением переменной х.

/щ = М {1- ехр[- р хЧх(Е_сз - Е_тп)]}. (Ур.6’)

При определении параметров модели, Ό = Е_т1П-х устанавливают и Ό согласовывают с экспериментальными данными. Переменную Е_тш обратно рассчитывают по Ό из уравнения 3' для различных размеров частиц. Это допущение основано на теории разрушения скальных пород, согласно которой величина х-Е_т1П является постоянной для материала и не зависит от размера. Таким образом, обратно рассчитанная Е_тш зависит от размера - более мелкие частицы имеют большую Е_т1П, указывая на то, что более мелкие частицы требуют большей минимальной энергии, чтобы вызвать разрушение. Это согласуется с многочисленными наблюдениями того, что в пределах области контакта в ходе ударного воздействия более мелкие частицы имеют меньше исходных дефектов и трещин, что приводит к более высокой требуемой энергии разрушения (т.е. более высокой Е_т1П).

Преимуществом использования этого способа для определения Е_тш является то, что необходимо подбирать только один параметр Ό, вместо подбора Е_тш для отдельных размеров. Понятно, что послед

- 7 014375 нее требовало бы больше испытаний на различных размерах частиц, чтобы подобрать различные Е_тш со статистически обоснованными результатам, и такие подобранные Е_т1п могут не быть размерносогласованными.

Способ может включать любой один или более возможных признаков, описанных выше в предшествующих аспектах изобретения.

Способ в соответствии с настоящим изобретением может иметь разнообразные пути реализации. Далее представлено подробное описание изобретения со ссылками на некоторые примеры. Целью предоставления подробного описания является ознакомление специалистов, интересующихся предметом изобретения, с тем, как осуществлять изобретение на практике. Однако очевидно, что конкретное содержание такого подробного описания не заменяет основные предшествующие положения.

Список чертежей

На фиг. 1 представлен график, демонстрирующий интегральное распределение по размерам частиц, получаемых вследствие ударного воздействия;

на фиг. 2 - семейство кривых в виде графика зависимости 1_п кривых от показателя 1₁₀;

на фиг. 3 - таблица, демонстрирующая набор данных по испытаниям на удар падающим грузом, для материала карьера М1 СооМйа, подвергаемого измельчению частиц, а также показывающая, насколько данные испытаний согласуются с известной из уровня техники моделью 1К измельчения частиц;

на фиг. 4 - график, демонстрирующий известную из уровня техники модель 1К измельчения, аппроксимированную к набору данных по измельчению частиц для материала карьера М1 СооМйа, представленных на фиг. 3;

на фиг. 5 - таблица, демонстрирующая параметры А и Ь, рассчитанные для каждого размера частиц с использованием данных испытаний по измельчению, представленных на фиг. 3;

на фиг. 6 - график, демонстрирующий известную из уровня техники модель 1К измельчения, аппроксимированную отдельно к каждому размеру частиц с использованием параметров А и Ь, рассчитанных на фиг. 5, с получением отдельной кривой для каждого размера частиц;

на фиг. 7 - график зависимости параметров АхЬ от размера частиц для двух различных материалов;

на фиг. 8 - таблица, демонстрирующая данные по испытаниям на удар падающим грузом фиг. 3, аппроксимированные к новой модели 1К измельчения частиц, представляющей собой изобретение, с использованием методов статистической аппроксимации кривой для получения значений М, Ό(= Е_С8-х) и г · ^хтаЬ на фиг. 9 - график, демонстрирующий модель измельчения частиц в соответствии с настоящим изобретением с использованием значений М и £_та1, подобранных на фиг. 8;

на фиг. 10 - график £_та1, подобранных на фиг. 8, в зависимости от размера исходных частиц сырья данного материала;

на фиг. 11 - таблица, демонстрирующая данные по испытаниям на удар падающим грузом, используемые на фиг. 3, аппроксимированные к новой модели измельчения частиц с получением значений р, с.| и Ό(= х-Етш);

на фиг. 12 - таблица, демонстрирующая насколько параметры, подобранные в 42 испытаниях на фиг. 11, согласуются только с 7 испытаниями на измельчение частиц, и на фиг. 13 представлена таблица, показывающая сравнение показателя твердости руды АхЬ, определенного с использованием 42 испытаний по измельчению частиц и этого показателя, определенного по изобретению с использованием 7 испытаний на удар падающим грузом.

Сравнительная экспериментальная работа для сравнения модели согласно изобретению с моделью предшествующего уровня техники

Заявителем проведено сравнительное моделирование с использованием данных, полученных из испытаний на удар падающим грузом. Данные относятся к материалу в виде частиц, а именно к материалу карьера М1 СооНйа Ногп£е1.

Данные испытания на удар падающим грузом представлены на фиг. 3. В основном они включают шесть различных размеров частиц и приблизительно восемь различных значений удельной энергии для каждого размера частиц. Всего проведено 42 испытания.

Данные согласовывали с моделью 1К предшествующего уровня техники в соответствии с известными методами статистической аппроксимации кривой. В результате получены значения параметров А и Ь для модели 1К предшествующего уровня техники. Методы статистической аппроксимации кривой описаны с некоторыми подробностями в разделе, относящемся к описанию существующего уровня техники. В таблице на фиг. 3 в общем показано, как обрабатывают данные для получения значения А и Ь, равных соответственно 59,7 и 0,435. Оценивают первые начальные значения А и Ь. Затем рассчитывают новые значения для 1₁₀, используя известную модель, представленную уравнением 1. Средневзвешенное значение погрешности между рассчитанной 1₁₀ и фактической 1₁₀, определяемой из испытания на удар падающим грузом, получают вычитанием одного из другого, и затем данную погрешность делят на стандартное отклонение. Затем полученный результат возводят в квадрат. Такой же расчет повторяют для всех размеров частиц и всех величин удельной энергии для этих размеров частиц. Результаты суммируют с

- 8 014375 получением суммы квадратичных ошибок. Затем выполняют последующие итерации до получения минимальной суммы квадратичных ошибок. Это представляет собой наилучшее приближение значений А и Ь, и они представляют собой значения, которые затем используют в модели.

Известная из уровня техники модель 1К представлена в виде графика на фиг. 4, где 1ю(%) откладывают по оси у в зависимости от сообщаемой удельной энергии Е_га (кВт-ч/ι) по оси х. Модель задает экспоненциальную кривую, которая имеет асимптоту или ограничение значения А.

Кроме того, на график фиг. 4 также нанесены отдельные точки, полученные из испытаний на удар падающим грузом. Легко заметить, что модель плохо согласуется с результатами испытаний и множество экспериментальных точек находятся на некотором расстоянии от линии. По существу, приблизительно половина отдельных экспериментальных точек находится выше линии и приблизительно половина отдельных экспериментальных точек находится ниже линии.

Расчеты по аппроксимации кривой дают единственные значения А и Ь для всех результатов испытаний по всем размерам частиц. Таким образом, модель представляет средние значения А и Ь для различных размеров частиц.

Принимая во внимание плохое соответствие параметров А и Ь данным, заявитель экспериментировал с несколькими другими вариантами. Один из таких вариантов включает расчет параметров А и Ь отдельно для каждого размера частиц, используя те же данные испытаний по измельчению, показанные на фиг. 3. На фиг. 5 представлена таблица, демонстрирующая отдельные расчеты параметров А и Ь для каждого из различных размеров частиц. Затем строили семейство кривых, используя величины А и Ь на фиг. 5, где каждая кривая представляет различный размер частиц, и это показано на фиг. 6. Данные испытаний также наносили на график в виде точек. Сразу стало очевидно, что каждая кривая согласуется с экспериментальными данными для соответствующего размера частиц лучше, чем единственная кривая на фиг. 4.

Затем заявитель моделировал измельчение того же набора частиц М1 СооМйа, используя новую модель, определенную в настоящем изобретении. Затем полученные результаты можно сравнивать непосредственно с результатами известной модели 1К на фиг. 4.

Модель в соответствии с изобретением может быть представлена уравнением ί;ο ⁼ Λ4 ΘΧρ[- ?та1'Х'к(Есз ~ Етйт)]} (2 )

Сначала использовали данные измельчения, представленные на фиг. 3, чтобы рассчитать параметры М, Г_та1 и И(= Е_т1П-х) для нового уравнения 2', используя методы аппроксимации кривой. Рассчитывали отдельные значения Г_та1 для каждого размера частиц, чтобы учесть влияние размера на измельчение частиц. Значения, рассчитанные для Г_та1, фактически различались для разных размеров частиц. Одно значение М рассчитывали для всех размеров, так как этот параметр, как предполагали, не изменяется от размера частиц.

В методах аппроксимации кривой использовали итерационные вычисления для расчета значений параметров М, И(= х-Е_тш) и Г_та1. Данные расчеты подобны тем, которые используются для аппроксимации А и Ь к известной модели 1К, и, следовательно, не требуют дополнительного пояснения.

На фиг. 8 представлена таблица данных испытаний и расчетов, которые выполняли для аппроксимации М, И(=х-Е_тш) и Г_та1 к результатам испытаний. Полученные величины для Г_та1, И(= х-Е_т1П) и М представлены на фиг. 8. В ходе расчета параметр к модели принимали равным 1.

На фиг. 9 представлен график 1₁₀(%) в зависимости от к_та1-х-к(Е_га - Е_тт), построенный, чтобы продемонстрировать, насколько близко модель согласуется с данными испытаний.

Из графика ясно видно, что модель хорошо согласуется с данными испытаний. Экспериментальные точки для всех размеров частиц в основном расположены на линии тренда, рассчитанного с помощью модели. Следовательно, данная модель включает единственное уравнение, которое учитывает влияние размера частиц на измельчение частиц.

В то время как данная модель, описанная уравнением 2, указанным выше, обеспечивает действующую модель измельчения частиц, она все-таки требует расчета Г_та1 отдельно для разных размеров частиц.

Следовательно, заявитель стремился найти способ включения влияния размера частиц на Г_та1 в уравнение модели. Если это будет достигнуто, тогда необходимо рассчитать только один набор параметров для модели по всем размерам частиц.

В частности, заявителем построен график зависимости подобранного Г_та1 от размера частиц для данных испытаний по материалу М1 Соо1-111а фиг. 3 и 8, используя значения Г_та1, подобранные с помощью расчетов, представленных на фиг. 8. График зависимости Г_та1 от размера частиц представлен на фиг. 10. На графике представлена гладкая кривая с разумной подгонкой кривой к подобранным значениям Г_та1. Из графика очевидно, что заявителем установлено, что существует устойчивая взаимосвязь между Г_та1, определенным из расчетов аппроксимации кривой, и размером частиц.

Заявитель обнаружил подобные тенденции между подобранным Г_та1 и размером частиц в большинстве серий данных ударных испытаний.

Кроме того, заявителем определена математическая модель кривой Г_та1 в зависимости от размера частиц х, представленная следующим степенным уравнением:

- 9 014375

р и с.| представляют собой две постоянные, определяющие свойства материала и влияние размера частиц на измельчение при ударном воздействии.

Заявителем установлено, что взаимосвязь между 1_та1 и размером частиц настолько хорошо описана степенным уравнением, указанным выше, что только три разделенные в пространстве точки необходимы для построения по данным кривой и расчета р и с.|. Это само по себе существенно упрощает расчет параметров модели, как описано ниже более подробно.

Заявителем установлено, что форма кривой одинакова для всех материалов. Единственное отличие заключается в скорости убывания кривой и положении кривой относительно осей х и у.

Затем данное уравнение включали в новую модель по изобретению, выражаемую уравнением 2, указанным выше, с получением следующего уравнения (здесь и далее называемое модифицированной формой модели по изобретению) ί-ιο = М {1- ехр[-р-х^<1с1) к(Е_сз - Е_т,_п)]} (6)

В это уравнение подставлено степенное уравнение, указанное выше для 1_та1, и таким образом параметры р и с.| заменяют 1_та1.

Три параметра данного уравнения, а именно М, р и с.| могут быть рассчитаны таким же образом как другие параметры, указанные выше со ссылкой на фиг. 3 и 8, методами аппроксимации кривой. Это выполняют аппроксимацией модели измельчения частиц к данным испытаний и нахождением наилучшего соответствия, используя те же методы статистической аппроксимации кривой, указанные выше. Итак, вместо 1_та1 рассчитывают р и с.|. используя статистические методы аппроксимации кривой. При подборе параметров число ударов к устанавливают равным 1, и пороговая энергия Е_т1П также может быть установлена равной нулю, если Е_с,, намного больше Е_т1П.

Если ΐ₁₀ построен в зависимости от р-х^(1-ч)-к(Е_С8 - Е_тш), используя параметры р, с.| и М, подобранные выше, тогда можно получить единичную линию тренда, как та, что показана на фиг. 9.

Важным достижением является то, что степенное уравнение учитывает влияние размера частиц, и таким образом, необходимо рассчитывать только по одному значению р и с.| для всех размеров частиц. Таким образом, как только параметры р, с.| и М подобраны по экспериментальным данным, одно уравнение с одним набором параметров можно использовать для определения измельчения частиц по все размерам частиц. Это представляет собой большой шаг вперед по сравнению с известной из уровня техники моделью Л<. Он заключается не только в том, что очень точно определяют влияние размера частиц, но и в том, что это осуществляют с помощью одного уравнения и одного набора параметров.

Преимущественно способ можно использовать для устранения необходимости высокоэнергетических испытаний на измельчение. Как показано на фиг. 9, все размеры (х) частиц и все данные по энергии (Е_С8) попадают на одну линию тренда. Это показывает, что данные ударных испытаний при низкой энергии можно использовать для подбора параметров М, р, с.| и Ό новой модели и параметры модели можно использовать для прогнозирования результатов высокоэнергетических испытаний. Существует множество преимуществ в исключении высокоэнергетических испытаний, включая, например, снижение стоимости изготовления оборудования, снижение уровня шума, снижение образования пыли и так далее.

На фиг. 12 показано, насколько снижают количество данных испытаний для материала Μΐ СооЫйа в виде частиц для получения значений параметров М, р, с.| и И(=х-Е_т1П), используя методы аппроксимации кривой. Как только параметры вычислены, можно использовать модифицированную модель по изобретению для определения характеристик измельчения для данного размера частиц этого материала.

Заявителем также установлено, что соотношение между и размером частиц, показанное на фиг. 10, настолько хорошо описано уравнением 4, что необходимо меньше результатов испытаний по измельчению частиц для определения параметров для модифицированной модели по изобретению, представленной уравнением 6.

Если модифицированную модель по изобретению использовали для построения графика зависимости ΐ₁₀(%) от сообщаемой удельной энергии, с помощью одного уравнения можно получить семейство кривых, подобных тем, что представлены на фиг. 6, исходя из одного набора параметров для всех размеров частиц. Более того, аппроксимация модели к данным может быть выполнена в основном с помощью нескольких экспериментальных точек.

Заявителем выполнен ряд испытаний и установлено, что данные для трех различных размеров частиц при разных величинах энергии, которые получают в результате всего 7 испытаний, можно использовать для точной аппроксимации к модели трех параметров М, р, с.|.

В частности, на фиг. 12 представлена таблица результатов испытаний материала Μΐ Соо1-111а для трех размеров частиц при различных величинах энергии, полученных в результате всего семи испытаний. Значения М, И(=х-Е_т1П), р и с.| рассчитывали из этих ограниченных экспериментальных точек, используя методы аппроксимации кривой, и, как видно, эти величины статистически подобны рассчитанным на фиг. 11.

Преимуществом потребности в проведении испытаний только трех размеров частиц, согласно новому изобретению, вместо пяти размеров частиц, является то, что стоимость выполнения испытательных

- 10 014375 работ существенно ниже. Таким образом, в добавление к получению лучших результатов с помощью новой модели число испытаний, необходимых для определения параметров модели, меньше и, следовательно, стоимость ниже.

Три выбираемых размера частиц должны находится в рассматриваемом диапазоне размеров, например размеров, являющихся представительными для материала сырья, загружаемого в мельницу, и которые используют впоследствии для применения в имитационном моделировании. Один размер частиц должен находиться вблизи наименьшего размера частиц, один размер - вблизи середины диапазона размеров и один размер должен находиться вблизи наибольшего размера частиц. В одном из примеров размер крупной фракции составлял приблизительно 37,5 мм, средний размер составлял приблизительно 20 мм и мелкий размер составлял приблизительно 10 мм.

Заявителем также установлены уравнения, которые можно использовать для перевода значений параметров М, р и с.| в значения А и Ь для старой модели 1К предшествующего уровня техники.

Эти уравнения представлены ниже:

А = М

Ь =3600рх^<1^, (7) где х представляет собой средний рассматриваемый размер частиц. Следовательно, уравнение 7 можно использовать для получения параметров А и Ь для каждого испытываемого размера частиц, или для среднего размера, используемого для испытаний на удар падающим грузом материала в виде частиц.

Эти уравнения можно использовать, чтобы получить параметры А и Ь для любых новых проводимых испытаний по измельчению частиц. Эти новые значения А и Ь можно использовать для сравнения вновь испытываемых материалов с материалами, для которых А и Ь определяли с помощью старой модели 1К предшествующего уровня техники.

Это является удобным вследствие того, что характеристики измельчения частиц часто обсуждают и сравнивают в показателях значений АхЬ.

Заявителем проведен один дополнительный эксперимент для сравнения модели 1К предшествующего уровня техники с моделью по новому изобретению.

Испытания материалов Μ1 Соо1-1йа на фиг. 3 применяли в известной модели и использовали результаты 42 испытаний для расчета значений А и Ь. В результате получили для А значение 59,07, а для Ь значение 0,435 и произведение А и Ь составило 25,70.

Результаты для М, р и с.| для модифицированной формы нового изобретения, полученные из результатов только 7 испытаний, как описано выше, использовали для расчета значений 110 для заданных величин энергии и размеров частиц, представленных на фиг. 3. Рассчитанные значения 1₁₀ и соответствующие им значения Е_га использовали для подбора значений А и Ь для всех размеров частиц.

В результате получили А=56,81, Ь=0,475 и произведение А и Ь составило 26,78. Эти результаты очень близки к результатам, полученным для модели 1К предшествующего уровня техники, хотя они были получены с помощью значительно меньшего количества испытаний. Результаты представлены на фиг. 13.

Сравнительная экспериментальная работа, описанная выше, ясно демонстрирует точность и применимость модели по изобретению. Также работа ясно демонстрирует преимущества по сравнению с моделью 1К предшествующего уровня техники.

Модель по изобретению подтверждена испытаниями нескольких типов руды с широко варьирующимися величинами твердости руды. Эти руды обладают твердостью, измеренной посредством изменения АхЬ от 16 до 171, изменением размера частиц от 4,75 до 90 мм и изменением удельной энергии от 0,02 до 11 кВт-ч/1. Достоверность модели проверяли сравнением линии тренда с данными испытаний и также сравнением суммы квадратичных ошибок.

Следует отметить, что уравнение 7 можно использовать для расчета значения Ах Ь для конкретного размера частиц или усредненного размера частиц. Так как крупные частицы и мелкие частицы могут иметь различное влияние на подобранные параметры А и Ь, заявителем дополнительно разработан более точный способ. Первая стадия более точного способа включает использование новой модели (уравнение 2, 3' и 4) для аппроксимации данных испытаний, которые могут быть получены при условиях, отличающихся от стандартных испытаний на удар падающим грузом (например, при пониженном размере частиц и/или пониженных уровнях энергии). Вторая стадия включает использование параметров для прогнозирования условий стандартного испытания на удар падающим грузом (ИПГ) (как если бы проводили ИНГ). Последняя стадия включает аппроксимацию уравнения 1 к прогнозированному стандартному ИНГ для получения значений А и Ь. Данный способ был проверен на достоверность и оказался более точным.

Заявитель уверен, что модель можно применять для большинства рудных частиц, с которыми обычно имеют дело горнодобывающие компании. Это включает уголь и большинство металлических руд, таких как золотая, медная, свинцово-цинковая и платиновая.

Кроме того, новая модель по изобретению также испытана по отношению к данным по постепенно возрастающему измельчению, опубликованных в литературе. Линия тренда, полученная с помощью модели точно соответствует данным постепенно возрастающего измельчения.

- 11 014375

Примеры применимости и реализации изобретения

Горнодобывающая компания может иметь потребность в исследовании поведения и характеристик определенного рудного материала, прошедшего через мельницу, которая может быть мельницей СИ или мельницей ПСИ. Для того чтобы осуществить это, необходимо определить характеристики измельчения используемых частиц. Также необходимо получить величину крупности частиц, получаемых в результате ударного воздействия с определенным количеством энергии.

На первой стадии процесса моделирования измельчения нового материала при ударном воздействии в мельнице необходимо провести испытания, чтобы получить данные по измельчению частиц, используя испытательное оборудование, разработанное для этих целей. Это оборудование включает прибор для испытания на удар падающим грузом, прибор для испытания маятниковым копром и любое другое оборудование для определения распределения по размерам измельченных частиц, получаемых при определенной энергии удара.

До проведения испытаний в реальных условиях образцы материала предварительно сортируют по различным гранулометрическим фракциям различных размеров. Выбирают три различные гранулометрические фракции и затем их испытывают в оборудовании для испытания на удар падающим грузом обычным способом.

Одна из гранулометрических фракций испытываемых частиц находится вблизи наибольшего размера частиц, одна находится в середине диапазона размеров и одна находится вблизи наименьшего размера частиц. Каждую из этих гранулометрических фракций испытывают при двух или трех величинах энергии. В результате испытаний получают распределение по размерам 1₁₀ измельченных частиц для каждого размера испытываемых частиц, а также при каждой величине энергии. Результаты получают в виде таблицы, подобной представленной на фиг. 12.

Величины энергии, выбираемые для испытаний измельчения частиц, обычно зависят от процесса измельчения, который изучают и/или моделируют. Например, при изучении операций дробления или толчения выбираемый уровень энергии будет намного больше, чем минимальная пороговая энергия, необходимая для измельчения частиц. При операциях дробления и помола, при которых происходят удары большой энергии, уровни Е_с будут превосходить Е_тш. В результате Е_т1П можно установить равной нулю или небольшой постоянной величине. Таким образом, постоянную И материала устанавливают равной нулю или небольшой постоянной величине, где Е_тш =И/х.

Наоборот, если изучают измельчение частиц в мельнице и при этом происходят удары низкой энергии и несколько ударов с постепенно увеличивающейся энергией, тогда выбирают низкие уровни энергии. В мельницах, где происходят удары с более низкой энергией, Е_т1П ближе к Е_с,. и Е_тт предпочтительно следует принимать в расчет.

Е_т1П можно определить проведением отдельных экспериментов с помощью других устройств для ударных испытаний. Они включают стержень Гопкинсона и датчик коротких ударных нагрузок (ДКУН). В качестве альтернативы Е_т1П можно рассчитать посредством методов статистической аппроксимации кривой.

Затем число результатов испытаний на удар падающим грузом снижают, используя модифицированную новую модель по изобретению согласно уравнению 6, указанному выше, чтобы получить подобранные значения М, р, с.| и И.

Аппроксимацию кривой удобно выполнять, используя программу аппроксимации математических данных. Заявитель использует функцию 8о1ует в Мтстокой Ехсе1, но также можно использовать любые другие программы аппроксимации математических данных.

Таким образом получают модель с рассчитанными параметрами для материала, который был испытан. Как описано выше, модель используют для прогнозирования распределения по размерам образующихся частиц, получаемых в результате столкновения. Результаты выражают в виде показателя 1₁₀ крупности получаемых частиц.

Например, модель можно использовать для прогнозирования того, как материал мог бы измельчаться в мельнице при ударном воздействии с некоторой энергией, которая является типичной энергией столкновения, которое частица может испытывать в мельнице. Более того, модель можно использовать для моделирования влияния постепенно возрастающих столкновений с меньшей энергией, которые обычно происходят в мельнице. Модель выполняет такое моделирования путем допущения множества столкновений с определенной энергией. Число столкновений представлено в модели переменной к.

Модель также может быть адаптирована так, чтобы учитывать множество столкновений, если они обладают разной энергией. Это выполняют путем представления уравнения в виде совокупности единичных столкновений. Фактически, приложенную удельную энергию разных столкновений суммируют с получением окончательного значения 1₁₀.

После определения параметров с использованием модифицированной модели по изобретению согласно уравнению 6, их обычно сохраняют в базе данных с подобной информацией для дальнейшего использования. Рассчитанные параметры можно использовать в дальнейшем до тех пор, пока материал остается неизменным, и полученные изначально результаты испытаний на удар падающим грузом все еще действительны для материалов, используемых позднее.

- 12 014375

В предшествующем уровне техники характеристики измельчения материалов выражают как произведение параметров А и Ь, например как АхЬ. Произведение АхЬ обеспечивает критерий, который дает некоторое понимание характеристик измельчения определенного материала. Его часто используют исследователи для сравнения двух или более материалов.

Заявитель понимает, что было бы полезно, если параметры, установленные для модели согласно уравнению 6, также можно было бы выражать в показателях параметров А и Ь уравнения 1 предшествующего уровня техники.

Заявитель вывел некоторые уравнения преобразования, которые дают возможность преобразовать параметры М, р и с.| уравнения 6 в значения А и Ь, а также АхЬ. Выведены следующие уравнения преобразования:

А = М

Ь =3600рх^ (7)

Таким образом, во всех случаях, когда параметры М, р и с.| уравнения 6 рассчитывают для определенных материалов, данные параметры также можно преобразовать в значения А и Ь, а также Ах Ь и сохранить в базе данных значений А и Ь наряду с параметрами А и Ь, определенными на основании известной модели Ж, определяемой уравнением 1. Новые значения А и Ь, полученные преобразованием значений М, р и с.| в А и Ь, используя уравнения преобразования, указанные выше, можно сравнить со значениями А и Ь, определенными ранее с использованием известной модели Ж.

Преимущества

Преимуществом способа определения характеристик измельчения частиц, описанного выше, является то, что влияние размера частиц на измельчение явным образом включено в используемую модель. В модели используют ряд параметров, и как только эти параметры рассчитаны, действие или влияние размера частиц на измельчение частиц включено в модель. Параметр Г_та1, в то время как в первую очередь он является функцией материала, также вносит вклад влияния размера частиц в модель.

Благодаря выделению фактора влияния размера частиц на распределение измельчения способ по настоящему изобретению дает лучшие результаты, чем способ предшествующего уровня техники, обсуждаемый выше, в котором используют набор параметров, рассчитанных для среднего размера частиц.

Следовательно, модель, разработанная в настоящем изобретении, более точно отражает процессы, происходящие в мельнице, что, в свою очередь, приводит к лучшим результатам моделирования.

Еще одним преимуществом новой модели, описанной выше, является то, что заявитель обнаружил существование точной и устойчивой взаимосвязи между подобранным Г_та1 и размером частиц. Более того, заявитель способен описать математически эту взаимосвязь посредством степенной кривой убывания, описанной выше.

Значения Г_та1 отличаются для различных материалов, и скорость убывания степенной функции различна для разных материалов, но кривая тренда одинакова для всех материалов и может быть выражена в форме математической кривой, описанной выше. Заявителем установлено, что уравнение, описывающее Г_и|н1 как функцию размера частиц, является достаточно согласованным, так как необходимы результаты только для трех различных размеров частиц для достаточно точного построения кривой, используя методы статистической аппроксимации кривой. Это является прямым результатом точности уравнения, описывающего Г_та1 как функцию размера частиц.

Существует дополнительное преимущество, вытекающее непосредственно из преимущества, указанного выше, которое состоит в том, что способ, описанный выше, дает возможность определять характеристики измельчения определенного типа скальной породы на основе меньшего количества отдельных испытаний по измельчению частиц. В результате меньше экспериментальных точек необходимо для определения параметров р и с.|.

Более конкретно, заявитель полагает, что для проведения испытаний необходимо только три разных размера частиц сырья при трех разных уровнях энергии для расчета параметров р, с.| и М, используя стандартные методы аппроксимации кривой. В случае известной модели Ж испытывали пять различных размеров частиц при трех различных уровнях энергии, всего осуществляя 15 испытаний. Испытания отнимают много времени, в частности, если проводят испытания каждого конкретного размера частиц с помощью испытаний на удар падающим грузом или маятниковым копром. Следовательно, их выполнение требует высоких затрат.

Снижение числа необходимых испытаний приводит к снижению стоимости выполнения испытаний и определения набора параметров модели для материала в виде частиц. Это, в свою очередь, приводит к возможности тестирования большего количества материалов и более частого тестирования материалов, что, в свою очередь, приводит к более точным параметрам, применяемых для моделирования данного материала.

Еще одним преимуществом способа, описанного выше, является то, что его можно использовать для определения поведения при измельчении частиц большего размера, чем те, которые физически испытывали на измельчение частиц. Например, оборудование для испытания на измельчение частиц может иметь ограничения по размеру испытываемых на нем частиц. Например, максимальный размер частиц,

- 13 014375 которые можно испытывать в устройстве для измельчения, может составлять 25 мм. Альтернативно, наибольший размер частиц, поставляемых горнодобывающими компаниями для испытаний на измельчение, может составлять 25 мм. Соотношение между 1_та1 и размером частиц, описанное выше, можно использовать для определения характеристик измельчения более крупных фракций, чем, допустим, 25 мм.

Аналогичным образом могут существовать ограничения по минимальному размеру испытываемых частиц, например при испытаниях на удар падающим грузом. Соотношение между Г_та1 и размером частиц, описанное выше, также можно использовать для определения характеристик измельчения частиц меньшего размера, чем, допустим, 10 мм, например приблизительно 5 мм.

Еще одним преимуществом способа, описанного выше, является то, что для конкретной руды соотношение между 1₁₀, энергией и размером частиц, которое устанавливают с помощью данного способа, является общим для всех процессов измельчения, в которых применяют измельчение ударным воздействием. Таким образом, способ обеспечивает функцию измельчения, которую можно применять для всех технологических операций типового процесса, включающих измельчение частиц, в том числе для операций, осуществляемых в шаровой и молотковой мельнице, мельницах СИ и ПСИ, для операций дробления и толчения. В частности, способ можно применять для имитационного моделирования процессов измельчения, происходящего во всех этих устройствах, например в программном обеспечении моделирования.

Еще одним преимуществом способа, описанного выше, является то, что специфические параметры руды, определяемые для модели по настоящему изобретению, можно преобразовать в параметры А и Ь, традиционно используемые для того, чтобы охарактеризовать или классифицировать руду по твердости. Обычно специфические параметры руды выражали с помощью значений А и Ь , а также с помощью произведения АхЬ.

Параметры новой модели можно перевести в обычные величины АхЬ, используя серию уравнений, описанных выше. Таким образом, когда проводят испытания и определяют параметры М, р и с.| в соответствии с изобретением, они могут быть преобразованы в набор значений А и Ь, а также в значения АхЬ. Затем данную информацию можно сохранить в базах данных наряду с традиционно полученными значениями А и Ь.

Заявитель полагает, что горнодобывающим компаниям будет более удобно, если способ можно будет использовать для получения традиционных параметров А и Ь, так как данную информацию затем можно хранить наряду с предварительно полученными результатами, которые конечно выражены в терминах величин А и Ь.

Еще одним преимуществом способа определения характеристик измельчения частиц в соответствии с настоящим изобретением является то, что существующие данные по испытаниям на удар падающим грузом, полученные из испытаний, выполненных ранее, и как было сказано, хранящиеся в одной из баз данных, обсуждаемых выше, можно использовать для определения параметров для новой модели. Таким образом, результаты испытаний на удар падающим грузом, полученные с использованием моделей предшествующего уровня техники, можно подвергнуть повторной обработке, используя модель по настоящему изобретению для получения параметров для новой модели, характеризующих данную руду и данный материал. Таким образом, если материал, обрабатываемый в мельнице, является в основном таким же, как ранее испытываемый материал с использованием испытания на удар падающим грузом (т.е. для получения параметров для известной модели 1К), то эти результаты испытаний можно использовать для получения параметров для новой модели. Это является преимуществом, так как нет необходимости повторять испытания по измельчению частиц. Как было отмечено выше, такие испытания являются трудоемкими и дорогостоящими.

По испытаниям на удар падающим грузом, которые были проведены ранее для модели 1К предшествующего уровня техники, обычно получают результаты для 5 различных размеров частиц по трем различным уровням энергии. Показатель 1₁₀ измельчения продукта определяют для каждого такого испытания. Данные испытаний использовали для расчета А и Ь, используя традиционную модель измельчения частиц. Эти данные испытаний можно использовать для расчета параметров р, с.| и М для способа определения измельчения в соответствии с настоящим изобретением.

Горнодобывающие компании накапливают огромные банки данных по характеристикам измельчения скальных пород и рудных тел, которые используют в течение многих лет. Эти результаты испытаний можно использовать для получения параметров модели по настоящему изобретению без необходимости проведения дополнительных испытаний частиц. В частности, эти данные теперь можно обрабатывать в соответствии со способом по настоящему изобретению, чтобы получить параметры р, с.| и М для каждой из этих руд.

Разумеется, следует понимать, что вышеизложенное представлено только в качестве примера изобретения, и все такие модификации и изменения, очевидные для специалистов в данной области техники, находятся в пределах объема изобретения, изложенного в этом документе.

Claims (15)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ измельчения материала в виде частиц, в котором прогнозируют характеристики измельчения материала в виде частиц, подвергающегося ударному воздействию, путем расчета показателя измельчения для материала в виде частиц, используя следующее уравнение:

   Показатель измельчения = М{1 - ехр[-7_та1хк Е]}, где М представляет собой максимальное измельчение частиц для материала в виде частиц;

   £_та1 является параметром материала, который зависит от материала в виде частиц, подвергающегося измельчению, и размера частиц;

   х является исходным размером частиц материала в виде частиц перед ударным воздействием;

   Е является величиной удельной энергии, прилагаемой к материалу в виде частиц, и к составляет число ударов с удельной энергией Е, и осуществляют ударное воздействие на материал с энергией, выбранной в соответствии с прогнозированными характеристиками, для измельчения материала.
2. 2. Способ по п.1, в котором величину удельной энергии (Е), прилагаемой к частице, рассчитывают по уравнению ^{Е Е}С8 ^{- Е}тщ, где Е_С?, является удельной энергией измельчения на единицу массы, выраженной в Дж/кг или кВт-ч/ΐ, и Е_т1П является пороговой энергией, ниже которой измельчение частиц размера х не происходит, выраженной в Дж/кг или кВт-ч/ΐ.
3. 3. Способ по п.2, в котором М выражают в процентах, а х измеряют в м.
4. 4. Способ по п.3, в котором характеристику материала £_та1 измеряют в кг/Дж-м, а Е_С?, и Е_тш выражают в Дж/кг.
5. 5. Способ по п.4, в котором пороговую энергию рассчитывают по уравнению

   Ет_т = Ό/Χ, где Ό является характеристической постоянной материала, выраженной в Дж/кг-м или кВт-ч/Ем, а х представляет собой средний размер частиц в м.
6. 6. Способ по п.1, в котором показатель измельчения включает меру массы измельченных частиц ниже определенного размера, выраженную как величина, отнесенная к массе частиц исходного сырья.
7. 7. Способ по п.6, в котором показатель измельчения представляет собой массу измельченных час тиц, прошедших через сито с определенным размером ячеек, выраженную в процентах от массы частиц исходного сырья.
8. 8. Способ по п.7, в котором показатель измельчения представляет собой массовое процентное содержание измельченных частиц, прошедших через сито с размером ячеек, составляющим 1/10 от средне го размера частиц сырья.
9. 9. Способ по п.1, включающий преобразование показателя измельчения в распределение частиц по размерам.
10. 10. Способ по п.9, в котором распределение частиц по размерам является интегральным распределением частиц по размерам.
11. 11. Способ по п.1, включающий определение значений параметров М и £_та1 для моделируемого ма териала.
12. 12. Способ по п.11, в котором значения параметров М и £_та1 определяют путем получения результатов испытаний по измельчению частиц определенных размеров и последующего расчета значений М и £_та1, используя методы статистической аппроксимации кривой.
13. 13. Способ по п.1, в котором параметр (£_та1) измельчения для материала определяют путем расчета параметра измельчения материала по следующему уравнению:

    параметр измельчения материала /_та1 - Р^х^, где х является исходным размером частиц до измельчения и р и с.| представляют собой параметры, учитывающие влияние размера частиц на измельчение при ударном воздействии.
14. 14. Способ по п.13, включающий определение значений параметров р и с.| путем аппроксимации данных испытаний к уравнению.
15. 15. Способ измельчения материала в виде частиц, в котором прогнозируют характеристики измельчения материала в виде частиц, подвергающегося ударному воздействию, путем расчета показателя ΐ₁₀ для материала в виде частиц, используя следующее уравнение:

    (ю = М {1- ехр[- рх^{1'^я)-к(Е_сз - Е^]}, где М представляет собой максимальное измельчение частиц для материала в виде частиц;

    Е_С является удельной энергией измельчения на единицу массы;

    Е_т1П является пороговой энергией, ниже которой измельчение не происходит;

    к представляет собой число ударов с удельной энергией (Е_С8 - Е_тш);

    х является исходным размером частиц перед ударным воздействием и

    - 15 014375 р и с.| являются параметрами материала, учитывающими влияние размера частиц на измельчение при ударном воздействии, и осуществляют ударное воздействие на материал с энергией, выбранной в соответствии с прогнозированными характеристиками, для измельчения материала.