球磨機離散元模擬分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

目前處理量較大的鐵礦石處理線采用自磨機+球磨機+頑石破碎機磨礦流程。分流器將球磨機排料一分為二，分別給入兩臺振動篩進行處理。球磨機處理量大，排料口料流水平速度高，在高差作用下產(chǎn)生豎直向下的速度，使排料口的料流又具有一定的回轉(zhuǎn)速度，三種速度合成后進入出料分配器，對出料分流器產(chǎn)生很大的沖擊。在已經(jīng)投運的生產(chǎn)線中，存在分流不均勻的情況，因此在后續(xù)的生產(chǎn)線建設(shè)中，希望每臺篩子有兩個獨立的工作單元，兩臺篩子是四個獨立的工作單元，這就要求分流器將球磨機的排料經(jīng)過兩級分流均勻地分成四份。為了滿足此工作要求，并縮短設(shè)計流程，采用離散元方法對料流運動進行模擬，得出料流軌跡，用于指導(dǎo)出料分流器的設(shè)計。

1、計算模型的建立

（1）離散元方法介紹

離散元方法的基本原理是通過添加力學性質(zhì)、物料性質(zhì)和其他物理性質(zhì)來建立顆粒模型，在模擬過程中把生成的數(shù)據(jù)儲存到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，可以細致地模擬和分析顆粒行為，并為顆粒、流體和機械力學的結(jié)合提供了一個平臺。在沒有可靠理論研究工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中物料運動行為的情況下，通過離散元方法模擬物料運動，能大大節(jié)省試驗費用，并更好地解決實際工程問題。

（2）建模與簡化

根據(jù)現(xiàn)場工況要求，初步建立出料分流器的三維模型，通過球磨機模型評價其磨礦性能。出料分流器由上罩、中罩和下罩3部分組成，彼此間用螺栓連接。為了減少計算工作量，沒有建立球磨機的三維模型，但是與物料運動有關(guān)的排料口必需建模，用以模擬物料因磨機的轉(zhuǎn)動而在圓周方向上的回轉(zhuǎn)運動，這也是導(dǎo)致分料不均的直接原因。計算機模擬速度的快慢取決于參與計算的模型的大小和物料顆粒的多少，為了減少模型單元網(wǎng)格劃分數(shù)量，將出料分流器上不與料流接觸的上罩隱去。

（3）物料粒子的組成

礦石密度3500kg/m3，球磨機轉(zhuǎn)速9.6r/min，不考慮料漿中水分的影響，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，顆粒的初始軸向流速設(shè)定為1m/s。

2、離散元模擬分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

設(shè)計的初期結(jié)構(gòu)，通過模擬分析可以看出，物料首先在正下方從無到有慢慢堆積，按物料的堆積角往兩邊擴散，在靠近中間的2個孔下落，根本沒有到達末級的分料平臺，分料極不均勻。另外在計算到第14s時，頂部已超過二級導(dǎo)料板，并在導(dǎo)料板的上側(cè)溢出。因受軟、硬件的影響，計算速度比較慢，算到14s大約用了10d時間。為了節(jié)約時間，停止了本次計算模擬，但是根據(jù)這個趨勢可以判斷，隨著時間的積累，物料還會向高處堆積，進而有導(dǎo)致磨機堵料的可能。

二級導(dǎo)料板作用不大，還會加劇物料堆積，故將其去掉，并在下箱底部增加導(dǎo)料斜板。根據(jù)此次模擬還發(fā)現(xiàn)，物料首先按堆積角填充出1個等腰三角形的料堆，后面的落料再滑落到分料孔，在模型修改時將底板突起，突起 中間放在料流經(jīng)擋料板改向后的側(cè)下方，以減少模擬前期顆粒堆積的時間。第2次的模擬計算速度確實有了明顯提高，計算第7s時大約用了2d的時間。物料在 中間堆積的情況得到了改善，被末級的分料平臺分流，但是分流不均；另外物料的下落偏聚于右側(cè)的下料孔，左側(cè)通過的物料相對較少，從導(dǎo)料板的上側(cè)還有少量的物料溢出。

根據(jù)改進后的模擬發(fā)現(xiàn)，擋料板下的物料堆積與底板突起 中間位置無關(guān)，只與物料的堆積角有關(guān)，故對結(jié)構(gòu)再進行調(diào)整優(yōu)化。加高一級導(dǎo)料板并向 中間方向延伸，目的是把落料的 中間向分流器的 中間移動，在導(dǎo)料斜板的兩側(cè)增加豎起導(dǎo)流板，將物料集中在下箱的下料孔 中間部位；另外增加L形三級導(dǎo)料板，改變料流方向，使其落到末級的分料平臺。物料沒有在一級導(dǎo)料板的上側(cè)溢出，左右兩側(cè)的落料趨于對稱，一次分流均達到要求；物料經(jīng)過L形三級導(dǎo)料板后基本均勻地分成4份，二次分流達到要求。通過對分流器的模擬分析，可以驗證此設(shè)計結(jié)構(gòu)能滿足工作要求，縮短了設(shè)計周期，提高了工作效率。

在出料分流器的箱體內(nèi)合理增加各級導(dǎo)料板，改變物料的運動規(guī)律，使落料均勻合理，滿足出料分流器的工作要求。通過EDEM模擬分析，可以獲得各個時刻的料流軌跡及速度分布，從而優(yōu)化各級導(dǎo)料板的設(shè)計，獲得其合理的形狀、尺寸和放置位置，為設(shè)備的優(yōu)化提供了更準確的資料。經(jīng)過優(yōu)化后的球磨機出料分流器已成功應(yīng)用于鐵礦工藝，現(xiàn)場反饋良好。