离散元在圆锥破碎机模拟中的应用

介绍

破碎是矿物加工中的常见步骤，其过程为将矿石或岩石进料到破碎机中，以降低后续步骤中矿石或岩石的尺寸。因此，破碎机的性能和效率对采矿行业来说十分重要的。模拟破碎装置中发生的各种现象，包括颗粒破裂、系统磨损和堵塞等问题，需要全面了解这些不易通过实验获得的现象。因此，离散元方法（DEM）可以替代实验，作为设计工具帮助我们进一步了解与提升圆锥破碎机的性能。

EDEM在该项目中的作用

在这个联合工业与学术的项目中，EDEM软件被应用于模拟工业级锥形破碎机。尝试研究关键参数对圆锥破碎机功能的影响。并采用DEM方法用于对锥形破碎机的磨损进行建模仿真。

EDEM多功能性方便我们在模拟中精确地表示颗粒形状与破碎机几何。基于已有的实验结果，选择四面体形状的颗粒（由五个球形颗粒组成）以模拟4至8cm范围内的铁矿石。采用粒子替代法（由EDEM团队开发）用于模拟粒子断裂。有关此方法的详细说明在EDEM用户论坛中提供。

由于模拟输出受输入参数的影响很大，最初进行了休止角的模拟，并将其与已有实验数据进行了比较，以校准输入仿真参数。在校准输入参数的基础上，重点研究了三个具有重要影响的参数，即偏心旋转速度、闭边排料口（CSS）与颗粒流速。研究结果表明，在当前模拟中，所选择的CSS范围（0.03-0.05μm）对产品的粒子体积分布没有明显影响。然而，提高偏心转速，可以获得较高的整体颗粒数。模拟还可以预测颗粒入口流速在800至1000 MTPH范围内的破碎机堵塞。

Archard提出的模型（在EDEM用户论坛中提供）已被用于圆锥破碎机磨损的离散元模拟中。结果表明其磨损较为均匀，其原因为颗粒的进入速度较为恒定。通常，腔体表面的计算磨损高于破碎机表面的计算磨损。最大磨损发生在进入破碎机时，颗粒最初撞击的腔体头部，其法向应力值较高。

EDEM模拟充分展示了其在铁矿石破碎建模方面的巨大潜力。DEM模型将用于优化圆锥破碎机的性能。假设校准工作已经进行，DEM模型可用于预测其他矿石的圆锥破碎机性能而无需任何实验，最终可以节省资金成本和时间。

在这个项目的后续过程中，我们可以模拟更全面的破坏形式。此外，还可以模拟各种粒子形状而不是本研究中使用的四面体形状。