基于矿石真实破裂数值模拟的层压粉碎适宜料层厚度研究

雷顺林, 李丽匣, 付坤, 刘栋杰, 潘一鸣, 张兴婕. 基于矿石真实破裂数值模拟的层压粉碎适宜料层厚度研究[J]. 矿产保护与利用, 2023, 43(3): 120-126. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2023.03.014
引用本文: 雷顺林, 李丽匣, 付坤, 刘栋杰, 潘一鸣, 张兴婕. 基于矿石真实破裂数值模拟的层压粉碎适宜料层厚度研究[J]. 矿产保护与利用, 2023, 43(3): 120-126. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2023.03.014
LEI Shunlin, LI Lixia, FU Kun, LIU Dongjie, PAN Yiming, ZHANG Xingjie. Research of Suitable Material Layer Thickness for Lamination Comminution Based on Numerical Simulation of Real Failure Process Analysis[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2023, 43(3): 120-126. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2023.03.014
Citation: LEI Shunlin, LI Lixia, FU Kun, LIU Dongjie, PAN Yiming, ZHANG Xingjie. Research of Suitable Material Layer Thickness for Lamination Comminution Based on Numerical Simulation of Real Failure Process Analysis[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2023, 43(3): 120-126. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2023.03.014

基于矿石真实破裂数值模拟的层压粉碎适宜料层厚度研究

  • 基金项目: 国家自然科学基金(52174243)
详细信息
    作者简介: 雷顺林(2000—),男,本科生,主要从事破碎和磨矿研究; 李丽匣(1980—),女,河北定州人,东北大学矿物工程系教授、博士生导师,加拿大UBC大学访问学者、冶金矿山行业专家委员会委员、国际矿物加工论坛专家委员会委员。主要研究方向:矿石碎磨理论与预选技术。主持国家自然科学基金项目4项、科技部高端外国专家项目3项、国家重点研发计划子课题3项、省部级项目9项、企业项目25项。获省部级科学技术奖5项,授权发明专利8项,第一/通信作者发表SCI检索论文、中文核心论文51篇,编著/参编6部学术著作
    通讯作者: 李丽匣(1980—),女,博士,教授,研究方向为金属矿石碎磨及预选技术,Email:Lilixia@mail.neu.edu.cn
  • 中图分类号: TD921

Research of Suitable Material Layer Thickness for Lamination Comminution Based on Numerical Simulation of Real Failure Process Analysis

More Information
  • 高压辊磨机以其独特的层压粉碎原理优势在金属矿山节能降耗中发挥着重要的作用,由于矿石力学性质、均质性、给矿粒度的不同,在相同设备中不同的床层厚度,会影响其层压粉碎效果。本文以鞍山式赤铁矿石为研究对象,基于矿石宏观力学性质及真实破裂数值模拟(RFPA),表征层压粉碎适宜颗粒床层厚度。首先进行矿石的抗压强度、抗拉强度试验,借助数值模拟表征矿石的均质度m。构建直径为10 mm赤铁矿颗粒、不同床层厚度的数值模型,在水平方向有约束条件下进行压载试验,模拟高压辊磨机的层压粉碎过程,通过应力传递、三维裂纹贯通破坏模式、相对粉碎能耗,确定适宜的料层厚度。结果表明,层压粉碎床层厚度为8层颗粒直径的粉碎形式表现为对角线贯通,有利于应力传递,促进整个床层颗粒产生粉碎,能量利用率高。本文的研究结果,为工业上确定高压辊磨机适宜的料层厚度提供研究基础。

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  • 图 1  RFPA 软件工作界面

    Figure 1. 

    图 2  RFPA 数值模型破坏分析流程

    Figure 2. 

    图 3  赤铁矿石单轴压缩试样图

    Figure 3. 

    图 4  巴西圆盘劈裂法试验加载及破坏图

    Figure 4. 

    图 5  试样单轴压缩应力—应变曲线

    Figure 5. 

    图 6  不同材料均质度m的数值模型

    Figure 6. 

    图 7  单轴压缩下峰值强度与均质度 m 曲线图

    Figure 7. 

    图 8  模型残余强度与应变曲线图

    Figure 8. 

    图 9  试样与数值模型单轴压缩下的应力—应变曲线图

    Figure 9. 

    图 10  不同颗粒层数的床层数值模型

    Figure 10. 

    图 11  不同层数床层数值模型最大主应力变化图和声发射图

    Figure 11. 

    图 12  不同颗粒层载荷—位移曲线

    Figure 12. 

    图 13  不同颗粒层数的累积声发射能量

    Figure 13. 

    图 14  不同颗粒层数的矿石相对粉碎能耗

    Figure 14. 

    表 1  岩石单轴抗压强度试验结果

    Table 1.  Test results of rock uniaxial compressive strength

    编号直径/mm高度/mm横截面积/mm2最大破坏载荷/kN单轴抗压强度/MPa轴向弹性模量/MPa泊松比
    149.72100.201940.58423.77218.371890370.3613
    249.5099.501923.45470.25244.481562050.3584
    349.52100.101925.00519.69269.971497800.3554
    449.70100.281939.02560.64289.131630420.3291
    550.06100.101967.21525.56267.161693260.3458
    平均值499.98257.821654770.3500
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    表 2  岩石单轴抗拉强度试验结果

    Table 2.  Test results of rock uniaxial tensile strength

    试样
    编号
    直径/mm长度/mm质量/g密度/(kg·m−3)破坏最大
    载荷/kN
    岩石抗拉
    强度/MPa
    150.0825.26169.873415.835.3917.82
    250.0425.10172.633498.833.5417.01
    349.6025.06169.743507.732.8016.81
    450.1025.20169.823420.330.7015.49
    549.7025.24169.303459.337.5019.04
    平均值3460.433.4017.23
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    表 3  岩石数值模型试验结果

    Table 3.  Test results of Rock numerical model

    m抗压
    强度σ/MPa
    弹性
    模量 E/GPa
    细观抗压
    强度σ0/MPa
    弹性
    模量E0/GPa
    数值模拟
    结果/MPa
    2.6257.82165.48948.22211.48253.19
    2.8257.82165.48885.37208.67250.63
    3.0257.82165.48834.37206.85255
    3.2257.82165.48790.86203.84252
    3.4257.82165.48754.52201.8252.2
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出版历程
收稿日期:  2023-07-23
刊出日期:  2023-06-15

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