[发明专利]一种球磨机破碎能量评估方法

说明书

本发明公开了一种球磨机破碎能量评估方法，通过在球磨机运动仿真中将滚筒沿轴向分成若干区域，并分别统计每个区域的破碎总能量，来评估颗粒轴向分层情况下球磨机的破碎性能。区域总能量的计算避免了传统方法因忽略颗粒轴向分层而带来的评价不够准确的弊端，此方法能准确反映球磨机各个区域内的工作效果，对整体工作效果的反映更加全面有效；有助于研究提高球磨机工作效率和能源利用率。

技术领域

本发明涉及球磨机破碎效率评估技术领域，特别是涉及一种球磨机破碎能量的评估方法。

背景技术

球磨机是工程中广泛使用的一种物料破碎机械，主要应用于矿石、水泥、化工和陶瓷等领域。

在球磨机中，颗粒间相互碰撞是颗粒破碎的主要方式。球磨机的运行是一个资金和能源密集型的过程，因此即使是对于球磨机效率很小的提升，也能节省大量的能源与资金开支，带来巨大的经济效益与环境效益。

目前，对于球磨机破碎的研究主要有传统数学模型和数值仿真两类方法。传统模型有PBM(population balance model，群体均衡模型)、Bond's(邦德法)等；仿真方法主要基于DEM(discrete element method，离散元方法)。但这些方法的共同点在于，他们需要一个数值来描述球磨机中的破碎能量。

对球磨机中破碎能量的研究一般基于滚筒内颗粒是轴向均匀的假设，即认为钢球和物料在滚筒内的分布是轴向均匀的，对钢球沿轴向的移动忽略不计。然而，有研究表明，滚筒内颗粒物质在运动过程中会出现轴向分层现象，即滚筒内同种颗粒会聚集在一起。颗粒分层是颗粒物质运动的一个重要性质，球磨机中的颗粒分层与滚筒的运动形式、颗粒形状、颗粒大小等参数有一些联系。另外，球磨机中的颗粒分层对于球磨机中不同区域的破碎效果产生了不同影响，这给准确评估球磨机中的破碎效果带来了困难。因此，需要提出一种适用于非均匀混合颗粒的指标对粉磨效果进行评估，反映颗粒分层对球磨机粉磨效果的影响。

发明内容

本发明的目的在于：在考虑球磨机中颗粒轴向分层的情况下，提供一种更准确可靠的破碎能量评估方法，进而准确评估球磨机工作的破碎性能。

实现上述目的的技术方案是：

一种球磨机破碎能量评估方法，包括如下步骤：

S1、通过离散元素法建立颗粒运动仿真模型

首先设置材料参数以及材料间的滚动摩擦系数、滑动摩擦系数、恢复系数构建大、小钢球颗粒的几何模型，并导入滚筒几何体模型；

在滚筒几何体模型中生成一定数量的大、小两种直径的钢球颗粒，钢球生成位置服从均匀分布以模拟球磨机工作前混合均匀的钢球，开始转动球磨机滚筒，待滚筒中颗粒运动趋于稳定且开始呈现明显的轴向聚集于分层现象时，进入下一步；

S2、计算钢球间一次碰撞中的破碎能量

E_b＝η·[(E₁+E₂)-(E₁'+E₂')]

其中，E_b为用于破碎原子连接键的能量，η反映破碎效率，E₁和E₂分别为碰撞前钢球1和钢球2的机械能，E₁'和E₂'分别为碰撞后钢球1和钢球2的机械能；

S3、计算轴向分区的区域总能量

沿滚筒轴向将滚筒内划分为若干区域，在任一区域中假设颗粒均匀分布，分别统计每个区域内碰撞次数和每次碰撞的能量损失，计算区域内的总能量损失，即为该区域的区域总能量；

S4、绘制区域总能量图，分析破碎效果

根据区域总能量信息，绘制图片，与滚筒中的颗粒分布信息比对，即反映滚筒中不同区域的破碎效果。