Анализ модели изнашивания рабочих элементов шаровой мельницы в процессе измельчения руды

Рассмотрено имитационное моделирование процесса измельчения апатитнефелиновой руды с определением параметров изнашивания футеровочных элементов мельницы в программе Rocky DEM. Проанализированы виды изнашивания, возникающие в шаровой мельнице, установлено, что в зависимости от крепости обрабатываемых пород и режима движения среды в шаровой мельнице может наблюдаться абразивный, ударно-абразивный или усталостный вид изнашивания. Представлены сведения о проведенных авторами экспериментах по установлению коэффициентов износостойкости материалов, используемых при изготовлении рабочих органов горного оборудования. На основании результатов моделирования установлено, что футеровки, работающие в водопадном режиме, демонстрируют ударно-абразивный вид износа, тогда как футеровка с каскадным режимом работы испытывает преимущественно абразивный вид износа, при этом в среднем линейный износ на 40–50% меньше, чем у предыдущих. При помощи рассчитанных программой параметров процесса измельчения определен срок службы моделируемых футеровок. На основании сравнения данных, полученных в экспериментальных условиях и результатах численного моделирования, заключили, что используемая в программе модель Арчарда позволяет с достаточной точностью моделировать процессы изнашивания, возникающие в шаровых мельницах, при различных режимах ее работы, при условии учета необходимых поправок на физико-механические свойства задаваемых материалов.

Плащинский В. А., Белоглазов И. И., Ахмеров Э. В. Анализ модели изнашивания рабочих элементов шаровой мельницы в процессе измельчения руды // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 7. – С. 91–110. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_7_0_91.

Плащинский Вячеслав Алексеевич¹ — канд. техн. наук, e-mail: SlavaPlash@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0003-0326-4514,
Белоглазов Илья Ильич¹ — канд. техн. наук, доцент, e-mail: beloglazov_ii@pers.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0002-1224-2117,
Ахмеров Эрик Викторович¹ — аспирант, e-mail: s195040@stud.spmi.ru, ORCID ID: 0000-0003-1692-4745,
¹ Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II.

Плащинский В.А., e-mail: SlavaPlash@yandex.ru.

1. Пелевин А. Е. Технологии обогащения железных руд России и пути повышения их эффективности // Записки Горного института. — 2022. — Т. 256. — C. 579—592. DOI: 10.31897/ PMI.2022.61.

2. Ivanova P. V., Ivanov S. L., Mikhailov A. V., Shishlyannikov D. I. Extraction mechanization of soft soils // Journal of Applied Engineering Science. 2021, vol. 19, no. 3, pp. 610—617. DOI: 10.5937/ jaes19-31904.

3. Пиирайнен В. Ю., Михайлов А. В., Баринков В. М., Старовойтов В. Н. Применение шламово-торфяной композиции для переработки отходов глиноземного производства // Обогащение руд. — 2022. — № 6. — С. 51—58. DOI: 10.17580/or.2022.06.09.

4. Громыка Д. С., Утенкова Т. Г., Короткова О. Ю. Обзор методов оценки механизмов изнашивания исполнительных органов горных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 2. — С. 75—86. DOI: 10.25018/0236-14932021-2-0-75-86.

5. Бочков В. С., Болобов В. И. О влиянии упрочняющей обработки материала футеровки шаровых мельниц на его износостойкость // Горный журнал. — 2017. — № 1. — С. 57—60. DOI: 10.17580/gzh.2017.01.12.

6. Shishlyannikov D. I., Zvonarev I. E., Rybin A. A., Zverev V. Yu., Ivanchenko A. A. Assessment of changes in the abrasiveness of solid particles in hydraulic mixtures pumped with ESPs // Applied Sciences. 2023, vol. 13, no. 3, article 1885. DOI: 10.3390/app13031885.

7. Болобов В. И., Ахмеров Э. В., Ракитин И. В. Влияние вида горной породы на закономерности изнашивания коронки зуба ковша экскаватора // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6-2. — С. 189—204. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_62_0_189.

8. Hu Q., Ji D., Shen M., Zhuang H., Yao H., Zhao H., Guo H., Zhang Y. Three-body abrasive wear behavior of WC-10Cr3C2-12Ni coating for ball mill liner application // Materials. 2022, vol. 15, no. 13, article 4569. DOI: 10.3390/MA15134569.

9. Wu W., Che H., Hao Q. Research on non-uniform wear of liner in SAG mill // Processes. 2020, vol. 8, no. 12, article 1543. DOI: 10.3390/PR8121543.

10. Zixin Y., Peng Y., Yuxing, Tongqing T., Zhencai Z., Zhangfa Y., Guiyi W. Effect of the operating parameter and grinding media on the wear properties of lifter in ball mills // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. 2020, vol. 234, pp. 1061— 1074. DOI:10.1177/1350650119894492.

11. Zixin Y., Peng Y., Tongqing L., Guiyi Wu DEM investigation of mill speed and lifter face angle on charge behavior in ball mills // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018, vol. 394, no. 3, article 032084. DOI: 10.1088/1757-899X/394/3/032084.

12. Bolobov V. I., Chupin S. A., Akhmerov E. V., Plaschinskiy V. A. Comparative wear resistance of existing and prospective materials of fast-wearing elements of mining equipment // Materials Science Forum. 2021, vol. 1040, pp. 117—123. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.1040.117.

13. Пряхин Е. И., Михайлов А. В., Сивенков А. В. Технологические особенности поверхностного легирования металлических изделий Cr-Ni комплексами в среде расплавов легкоплавких металлов // Черные металлы. — 2023. — № 2. — C. 58—65. DOI: 10.17580/chm.2023.02.09.

14. Bondarenko G. G., Andreev V. V., Stolyarov A. A., Tkachenko A. L. Modification of metal-oxide-semiconductor devices by electron injection in high fields // Vacuum. 2002, vol. 67, pp. 617—621. DOI: 10.1016/S0042-207X(02)00262-2.

15. Cleary P., Morrison R., Sinnott M. Prediction of slurry grinding due to media and coarse rock interactions in a 3D pilot SAG mill using a coupled DEM + SPH model // Minerals Engineering. 2020, vol. 159, article 106614. DOI: 10.1016/j.mineng.2020.106614.

16. Boemer D., Carretta Y., Laugier M., Legrand N., Papeleux L., Boman R., Ponthot J.-P. An advanced model of lubricated cold rolling with its comprehensive pilot mill validation // Journal of Materials Processing Technology. 2021, vol. 296, pp. 1—10. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2021.117175.

17. Каравайченко М. Г., Газалеев Л. И. Численное моделирование двустенного шарового резервуара // Записки Горного института. — 2020. — Т. 245. — С. 561—568. DOI: 10.31897/PMI. 2020.5.8.

18. Вишняков Г. Ю., Пушкарев А. Е., Ботян Е. Ю., Хлопонина В. С. Обоснование рациональных режимов работы карьерных автосамосвалов при сверхнормативной эксплуатации // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2023. — № 11-1. — С. 24—37. DOI: 10.25018/02 36_1493_2023_111_0_24.

19. Жуков И. А., Голиков Н. С., Мартюшев Н. В. Рационализация конструкции секции скребкового конвейера средствами автоматизированного метода анализа прочностных характеристик // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 1. — С. 142—150. DOI: 10.21177/ 1998-4502-2022-14-1-142-150.

20. Shammazov I., Karyakina E. The LNG flow simulation in stationary conditions through a pipeline with various types of insulating coating // Fluids. 2023, vol. 8, no. 2, article 68. DOI: 10.3390/ fluids8020068.

21. Karyakina E. D., Shammazov I. A., Voronov V. A., Shalygin A. V. The simulation of ultra-high molecular weight polyethylene cryogenic pipeline stress-strain state // Materials Science Forum. 2021, vol. 1031, pp. 132—140. DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.1031.132.

22. Liu Z.,Wang G., Guan W., Guo J., Sun G., Chen Z. Research on performance of a laboratoryscale SAG mill based on DEM-EMBD // Powder Technology. 2022, vol. 406, article 117581. DOI: 10.1016/J.POWTEC.2022.117581.

23. Cleary P., Delaney G., Sinnott M., Morrison R. Inclusion of incremental damage breakage of particles and slurry rheology into a particle scale multiphase model of a SAG mill // Minerals Engineering. 2018, vol. 128, pp. 92—105. DOI: 10.1016/j.mineng.2018.08.026.

24. Zixin Y., Tongqing L., Peng Y., Yuxing, Guiyi W. Effect of lifter shapes on the mill power in a ball mill // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018, vol. 452, no. 4, article 042201. DOI: 10.1088/1757-899X/452/4/042201.

25. Gutiérrez A., Ahues D., González F., Merino P. Simulation of material transport in a SAG mill with different geometric lifter and pulp lifter attributes using DEM // Mining, Metallurgy and Exploration. 2019, vol. 36, pp. 431—440. DOI: 10.1007/s42461-018-0007-9.

26. Chimwani, Ngonidzashe, Bwalya Memory exploring the end-liner forces using DEM software // Minerals. 2020, vol. 10, article 1047. DOI: 10.3390/min10121047.

27. Kolahi S., Chegeni M. Investigation of the effect of the number of lifters on performance of pilot-scale SAG mills using discrete element method // Journal of Mining and Environment. 2020, vol. 11, pp. 675—693. DOI: 10.22044/jme.2020.9045.1793.

28. Ndimande C., Cleary P., Mainza A., Sinnott M. Using two-way coupled DEM-SPH to model an industrial scale Stirred Media Detritor // Minerals Engineering. 2019, vol. 137, pp. 259—276. DOI: 10.1016/j.mineng.2019.03.001.

29. Жуковский Ю. Л., Королев Н. А., Малькова Я. В. Мониторинг состояния измельчения в барабанных мельницах по результирующему моменту на валу // Записки Горного института. — 2022. — Т. 256. — С. 686—700. DOI: 10.31897/PMI.2022.91.

30. Saldaña M., Gálvez E., Navarra A., Toro N., Cisternas L. A. Optimization of the SAG grinding process using statistical analysis and machine learning: A case study of the chilean copper mining industry // Materials. 2023, vol. 16, article 3220. DOI: 10.3390/MA16083220.

31. Archard J. Contact and rubbing of flat surfaces // Journal of Applied Physics. 1953, vol. 24, pp. 981—988. DOI: 10.1063/1.1721448.

32. Fleischer G. Energetische methode der bestimmung des verschleisses // Schmierungstechnik. 1973, vol. 4, pp. 269—274.

33. Kragelsky I. V., Dobychin M. N., Kombalov V. S. Friction and wear. Pergamon Press, 1982, 484 р.

34. Lvov V. V., Chitalov L. S. Semi-autogenous wet grinding modeling with CFD-DEM // Minerals. 2021, vol. 11, article 485. DOI: 10.3390/min11050485.

35. Васильева Н. В., Ерохина О. О. Калибровка коэффициентов восстановления при ударе в DEM-моделировании сыпучих материалов // Обогащение руд. — 2020. — № 4. — С. 42—48.