Моделирование процесса дезинтеграции в шаровых мельницах барабанного типа с использованием метода дискретных элементов

В представленной работе был использован метод дискретных элементов, с учетом процессов измельчения материала, для описания особенностей и режимов работы шаровых мельниц барабанного типа с использованием типичной руды. Применяемый метод дискретных элементов, моделирующий движение шаров и горных пород в обогатительном оборудовании, позволяет понять структуру потока и характер измельчения материала. Он также предоставляет информацию об энергии, рассеиваемой при каждом столкновении дискретных частиц. Явления рассеяния энергии определяют характер и интенсивность измельчения, при этом процесс измельчения можно охарактеризовать с помощью энергетических спектров столкновений. В представленной статье исследуются количественные структурные изменения в шаровой мельнице барабанного типа при различной скорости вращения барабана. Моделирование показывает, что изменение скорости вращения мельницы существенно влияет на процесс измельчения. Для изучения процесса измельчения были проведены экспериментальные исследования с использованием лабораторной установки. На основе полученных данных была построена трехмерная динамическая модель мельницы, включающая в себя шары и исходный материал. Полученные результаты могут быть использованы для разработки цифрового двойника технологического оборудования для прогнозирования текущего состояния объекта и выдачи управляющих воздействий в систему автоматического управления.

Ключевые слова: шаровая мельница, измельчение, минеральное сырье, дезинтеграция, имитационное моделирование, метод дискретных элементов, рудоподготовка, частотный привод, цифровой двойник.
Как процитировать:

Белоглазов И. И., Сабинин Д. С., Николаев М. Ю. Моделирование процесса дезинтеграции в шаровых мельницах барабанного типа с использованием метода дискретных элементов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 6−2. — С. 268—282. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_62_0_268.

Благодарности:

Исследование выполнено за счет субсидии на выполнение государственного задания в сфере научной деятельности на 2021 год №FSRW-2020−0014.

Номер: 6
Год: 2022
Номера страниц: 268-282
ISBN: 0236-1493
UDK: 622.73.004.94
DOI: 10.25018/0236_1493_2022_62_0_268
Дата поступления: 14.01.2022
Дата получения рецензии: 01.04.2022
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.05.2022
Информация об авторах:

Белоглазов Илья Ильич — канд. техн. наук, доцент кафедры автоматизации технологических процессов и производств, https://orcid.org/0000-0002-1224-2117, СанктПетербургский горный университет, Санкт-Петербург, 199106, Россия, СанктПетербург, Васильевский остров, 21 линия д.2, Beloglazov_ii@pers.spmi.ru;
Сабинин Денис Сергеевич — магистрант кафедры автоматизации технологических процессов и производств, Санкт-Петербургский горный университет, СанктПетербург, 199106, Россия, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21 линия д.2, s202608@stud.spmi.ru;
Николаев Михаил Юрьевич — магистрант кафедры Автоматизации технологических процессов и производств Санкт-Петербургский Горный университет, СанктПетербург, 199106, Россия, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21 линия д.2, misha1999181@gmail.com.

 

Контактное лицо:

Белоглазов Илья Ильич, e-mail: Beloglazov_ii@pers.spmi.ru.

Список литературы:

1. Юдин К. А. К вопросу о математическом моделировании процессов разрушения материалов в шаровых мельницах // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. — 2011. — № 1. — С. 91–94.

2. Барбанягрэ В. Д., Матвеев А. Ф., Смаль Д. В., Москвичев Д. С. Моделирование процессов для оценки производительности заводских шаровых трубных мельниц // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. — 2016. — № 5. — С. 144–146.

3. Читалов Л. С., Львов В. В. Сравнительная оценка испытаний рабочего индекса шаровой мельницы Бонда // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 1. — С. 130–145. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-1-0−130−145.

4. Баранов В. Ф. Обзор мировых достижений и проектов рудоподготовки новейших зарубежных фабрик // Обогащение руд. — 2008.– № 1. — С. 3–12.

5. Lvov V. V., Chitalov L. S. Modern trends in the design of processes and equipment for grinding of ores of non-ferrous metals // Non-ferrous Metals. 2020, vol. 10, pp. 20–26. DOI: 10.17580/tsm.2020.10.03.

6. Скороходов В. Ф., Хохуля М. С., Опалев А. С. Прикладные аспекты применения компьютерного моделирования гидродинамики многофазных сред в исследованиях процессов разделения минералов при обогащении руд // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. — 2019. — № 2. — С. 139–153. DOI: 10.15372/FTPRPI20190216.

7. Ханин С. И., Старченко Д. Н., Мордовская О. С. Определение прочностных параметров энергообменных устройств шаровых мельниц с применением систем автоматизированного проектирования // Наука и бизнес: пути развития. — 2019. — № 11(101). — С. 86–93.

8. le Roux J. D., Steinboeck A., Kugi A., Craig I. K. Steady-state and dynamic simulation of a grinding mill using grind curves // Minerals Engineering. 2020, vol. 152, pp. 1–21. DOI: 10.1016/j.mineng.2020.106208.

9. Попова Л. П., Олейник А. Г. Моделирование системы управления технологическим процессом обогащения с помощью методологий IDEF // Труды Кольского научного центра РАН. — 2010. — № 3(3). — С. 141–145.

10. Alexandrova T., Nikolaeva N., Afanasova A., Romashev A., Kuznetsov V. Justification of selective disintegration based on mineralogical and technological features of polymetallic ores // Minerals. 2021, no. 11, pp. 851–865. DOI:10.3390/min11080851.

11. Li Y., Bao J., Yu A., Yang R. ANN prediction of particle flow characteristics in a drum based on synthetic acoustic signals from DEM simulations // Chemical Engineering Science. 2021, vol. 246, pp. 1–10. DOI:10.1016/j.ces.2021.117012.

12. Vogel L., Peikert W. Fracture behavior of different materials — construction of a basic curve for fracture probability // Powder Technology. 2003, vol. 129, pp. 101–110. DOI:10.1016/S0032−5910(02)00217−6.

13. Shi F., Kojovic T. Validation of a model for impact fracture considering particle size effects // International Journal of Mineral Processing. 2007, vol. 82, pp. 156–163.

14. Boikov A. V., Saveliev R. V., Payor V. A., Potapov A. V. Part 2: Evaluation of the method of controlling the behavior of bulk materials in technological units using DEM // Review of CIS ferrous metallurgy. 2020, vol. 20, no. 2, pp. 3–6.

15. Белоглазов И. И., Иконников Д. А. Применение метода дискретных элементов для моделирования процесса измельчения горных пород в щековой дробилке // Известия высших учебных заведений // Приборостроение. — 2016. — Т. 59. — № 9. — С. 780–786. DOI: 10.17586/0021 — 3454 1.

16. Pérez-García E. M., Bouchard J., Poulin É. Systematic calibration of a simulated semi-autogenous/ball-mill grinding circuit // PapersOnLine. 2020, vol. 53(2), pp. 12026– 12031. DOI:10.1016/j.ifacol.2020.12.737.

17. Asbjörnsson G., Tavares L. M., Mainza A., Yahyaei M. Different perspectives of dynamics in comminution processes // Minerals Engineering. 2022, vol. 176, pp. 1–9. DOI:10.1016/j.mineng.2021.107326.

18. Nkwanyana S., Loveday B. Addition of pebbles to a ball-mill to improve grinding efficiency. Part 2 // Minerals Engineering. 2018, vol. 128, pp. 115–122. DOI:10.1016/j. mineng.2018.08.024.

19. Sharikov F. Yu., Krylov K. A. Mathematical model of optimal control of petroleum coke production in a rotary tube furnace // Theoretical bases of chemical technology. 2021, vol. 55, pp. 711–719.

20. Boykov A. V., Savelyov R. V., Payor V. A., Potapov A. Universal approach to calibration of parameters of DEM of bulk materials // Symmetry. 2021, vol. 6, no. 13, pp. 1–13.

21. Mazukhina S. I., Masloboev V. A., Makarov D. V. Thermodynamic modeling of hypergenic processes in the tailings of copper-nickel ore dressing at different temperatures and moisture regimes // Chemistry for Sustainable Development, 2021. vol. 29, no. 1, pp. 69–79. DOI: 10.15372/KhUR2021279.

22. Alexandrova T. N., Afanasova A. V., Alexandrov A. V. Microwave treatment to reduce the refractoriness of carbonaceous concentrates // Journal of Mining Science. 2020, vol. 1, no. 56, pp. 136–141.

23. Kuzmin O. V., Kuzmina V. V. Modeling of multistage processes of ore mineral processing using combinatorial polynomials of partitioning. Modern Technologies. System analysis // Modeling. 2017, no. 3(55), pp. 48–53. DOI: 10.26731/1813 — 9108.2017.3(55).48 — 53.

24. Lvov V., Sischuk J., Chitalov L. Intensification of ball mill work index test using different methods // 17-I International Interdisciplinary Scientific Geoconference SGEM. 2017, vol. 17, pp. 857–864. DOI: 10.5593/sgem2017/11/S04.109.

25. Голубев В. О., Литвинова Т. Е. Динамическое моделирование промышленного цикла кристаллизации гиббсита // Записки Горного института. — 2021. — Т. 247. — С. 88–101. DOI:10.31897/PMI.2021.1.10.

26. Sharikov F. Yu., Sharikov Yu. V., Krylov K. A. Selection of key parameters for calcination of green coke in a tubular rotary furnace to produce anode petcoke // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2020, vol.15, pp. 2904–2912.

27. Барон Л. И., Коняшин Ю. Г., Курбатов В. М. Дробимость горных пород. — М.: Изд-во АН СССР, 1963. — 169 с.

28. Голик В. И., Дмитрак Ю. В. Взаимодействие шаровой загрузки тел с материалом в мельницах // Вектор ГеоНаук. — 2021. — Т. 4. — № 1. — С. 20–27. DOI: 10.24411/2619-0761-2021-10002.

29. Андреев Е. Е., Львов В. В., Читалов Л. С. Экономия энергии с использованием различной измельчающей среды // Записки Горного института. — 2013. — Т. 202. — С. 141–142.

30. Дмитрак Ю. В. Движение мелющей загрузки в шаровых мельницах // Вектор ГеоНаук. — 2021. — Т. 4. — № 1. — С. 28–36. DOI: 10.24411/2619-0761-2021-10003.

31. Васильев Б. Ю., Малькова Я. М., Мардашов Д. В. Система управления комплектным электроприводом мельницы для измельчения золотосодержащих руд // IEEE Конференция российских молодых исследователей в области электротехники и электроники. — 2020 — С. 936–941. DOI: 10.1109/EIConRus49466.2020.9039468.

32. Islamov Sh. R., Bondarenko A. V., Mardashov D. V. Justification of well killing technology for fractured carbonate reservoirs // Proceedings of Youth Technical Sessions: VI World Petroleum Council Youth Forum — Future Leaders Forum London: SRC Press / Taylor and Francis Group, 2019, pp. 256–264.

33. Голик В. И. Исследование влияния свойств твердых тел на энергетику измельчения в мельницах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 10. — С. 112–122. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_7_0_96.

34. Воронин В. А., Непша Ф. С. Имитационное моделирование электропривода очистного комбайна для оценки показателей энергоэффективности системы электроснабжения // Записки Горного института. — 2020. — Т. 246, С. 633–639. DOI: doi. org/10.31897/PMI.2020.6.5

35. Kul’chitskii A. A. and Kashin D. A. The choice of a method for non-contact assessment of the composition of briquetted charge materials // Journal of Physics: Conference Series. 2019, vol. 1399 no. 4, art. 044108. DOI: 10.1088/1742−6596/1399/4/044108.

Наши партнеры

Подписка на рассылку

Раз в месяц Вы будете получать информацию о новом номере журнала, новых книгах издательства, а также о конференциях, форумах и других профессиональных мероприятиях.