CC BY
118
УДК 622.73:621.926.5:004.9
Вдовин К.Н., Феоктистов Н.А., Хабибуллин Ш.М. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ИЗНОСА МЕЛЬНИЦЫ
ПОЛУСАМОИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПУТЕМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Аннотация. В работе рассмотрено применение программного пакета моделирования для воссоздания и визуализации траектории движения рудно-шаровой загрузки и износа рабочих поверхностей футеровки мельницы полусамоизмельчения на основе реальных данных. Проведен сравнительный анализ полученных результатов с фактическим износом футеровки в мельнице МПСИ-70х23.
Ключевые слова: моделирование, мельница, траектория рудно-шарового потока, футеровка, износ.
Введение
В связи с увеличением переработки полезных ископаемых в мире количество и запасы богатых месторождений сокращаются. Постоянно увеличивающиеся потребности в металлах предприятия стремятся обеспечить повышением показателей производительности и объемов переработки руд. На современных обогатительных фабриках все большее применение находят мельницы полу- и самоизмельчения [1], позволяющие за счет увеличения объемов эффективно перерабатывать руду с низким содержанием металлов. Важным фактором в работе измельчительного оборудования является обеспечение его постоянной, круглосуточной работоспособности. Для мельниц основное время простоев занимает выполнение работ по замене футеровки.
Одним из актуальных и перспективных направлений по снижению затрат на обогатительных фабриках является увеличение эксплуатационных свойств футеровки, позволяющее повысить технико-экономические показатели и снизить себестоимость готовой продукции. Для этого проводят опытные испытания различных видов мельничной футеровки, изменяя ее материал, профиль, способ крепления и т.д., во многих случаях, не получая ожидаемого результата и затратив финансовые средства [2-4].
Существующие программы компьютерного моделирования позволяют выполнить серии вычислительных экспериментов, в результате которых можно получить наглядную информацию о процессах, происходящих в барабанных мельницах, а также в определенной степени прогнозировать качество помола, производительность, траекторию движения и степень воздействия рудно-шарового по-тока на мельничную футеровку [5]. Основываясь на этом, можно определить зоны наиболее интенсивного износа броней мельниц и спроектировать их оптимальный профиль, не проводя промышленных испытаний, т.е. без значи-
© Вдовин К.Н., Феоктистов Н.А., Хабибуллин Ш.М., 2017
тельных финансовых затрат.
Использование специализированных программ моделирования получило широкое применение в горнорудной промышленности вообще [6] и процессах измельчения в частности. Качество массива информации, полученного с помощью программных пакетов, при условии ввода корректных исходных данных, подтверждается лабораторными экспериментами и фактическими наблюдениями за износом футеровок в мельницах действующих обогатительных фабрик.
Цель работы: путем математического моделирования определить траектории движения рудно-шаровой загрузки и износа рабочих поверхностей футеровки мельницы и использовать эти данные для проектирования новой футеровки с меньшим износом (с лучшими эксплуатационными свойствами).
Основная часть
Моделирование траектории движения рудного потока, построение трехмерной модели барабана выполняли по реальным чертежам оборудования и футеровки мельницы. Далее на модель накладывали параметры, характеризующие свойства фактической футеровки и компонентов рудно-шарового потока. Наложение большего количества параметров (свойств), оказывающих влияние на процесс измельчения, позволило в результате максимально приблизить моделируемый процесс к реальному.
Наиболее важными вводными данными для моделирования являются параметры: материал, геометрия и фактический износ футеровки; гранулметриче-ский состав и физические свойства руды; размеры, свойства и объем шаровой загрузки; характеристики рабочего режима мельницы; коэффициент заполнения мельницы и т.д.
На рис. 1 представлена трехмерная модель мельницы мокрого полусамоизмельчения МПСИ-70х23 Хайбуллинской обогатительной фабрики с металлической футеровкой из стали 110Г13Л.
Рис. 1. Трехмерная модель мельницы МПСИ-70х23
Данные трехмерной модели мельницы с рабочими параметрами эксплуатации были введены в программный пакет ROCKY DEM Particle Simulator, с помощью которого определена траектория движения рудно-шаровой загрузки в области пяты, характеризующая эффективность измельчения падающих частиц. Также определены скорости движения наружного, среднего и внутреннего слоев движущегося потока рудношаровой загрузки. Проведя ситовой анализ за-
грузки, задав продолжительность моделирования с максимальной приближенностью к реальному процессу измельчения и учтя гранулированный состав имеющихся руд (шесть классов крупности, табл. 1), провели моделирования процессов износа футеровки мельницы.
Для уточнения расчетов и наглядности барабан мельницы был разделен двумя сечениями (рис. 2). В них рассмотрены влияние торцевых и барабанных фу-теровок на траекторию рудно-шарового потока и взаимодействие частиц потока между собой в этих сечениях.
Кроме вышеназванных параметров, были введены данные о фактическом сроке эксплуатации броней, установленных на исследуемой мельнице.
В результате обработки набранного массива данных, по заранее выбранным сечениям барабана мельницы (1 и 2), получили расчетные траектории движения материала и мелющих тел в начальном и конечном моментах эксплуатации. Также получены данные по изменению состояния футеровки в эти же моменты моделирования и эксплуатации (рис. 3, 4).
Таблица 1
Характеристика и распределение рудно-шаровой загрузки мельницы МПСИ-70х23 по классам крупности
Материал Диаметр, мм Форма Масса, кг Плотность
Руда 300 О 1 190 5000
Руда 200 о 1 864 5000
Руда 150 2 737 5000
Руда 100 С4 3 570 5000
Руда 71 о 15 940 5000
Руда 32 о 34 099 5000
Шары 100 о 16 330 7600
Шары 90 о 10 295 7600
Шары 70 о 7 100 7600
Шары 50 о 1775 7600
Износ броней торцевой загрузочной стенки происходит неравномерно по всей поверхности трех рядов футеровки. На рис. 3, 4 видно, что в сечении 1 к концу смоделированного эксплуатационного процесса, с основным износом по грани-це броней внешнего и среднего рядов, траектория внешнего
потока рудно-шаровой загрузки уменьшается несущественно. Это объясняется тем, что поток поднимается вместе с барабаном, без скольжения, и абразивно не истирает зону футеровок в месте стыка барабана и торцевой крышки. Поэтому нижняя часть броней внешнего ряда торцевой крышки почти не
изношена.
Наибольшую степень износа наблюдают на участках броней наружного и среднего рядов, в области границы между ними (см. рис. 3, 4). В этой центральной зоне потока происходит скатывание шаров и материала, абразивно истирая футеровку.
Зона максимального износа броней, полученная путем моделирования, сов-падает с положением этой зоны на бронях торцевой стенки после эксплуатации. На рис. 5, 6 показаны фотографии состояния футеровки загрузочной стенки мель-ницы в начальном состоянии и по окончании эксплуатации.
1|_2)
Рис. 2. Схема сечений мельницы МПСИ-70х23
Рис. 3. Траектория рудно-шарового потока и состояний броней торцевой загрузочной стенки по сечению 1 в начальный момент моделирования
Рис. 4. Траектория рудно-шарового потока и состояние броней торцевой загрузочной стенки по сечению 1 в конечный момент моделирования
Рис. 8. Движение рудно-шарового потока и вид барабанной футеровки в конечный момент эксплуатационного периода
На представленных рисунках видно, что износ рабочей поверхности барабанной футеровки происходит неравномерно по длине барабана. Центральная часть футеровки барабана более изношена, чем по краям у торцевых стенок, так как рудно-шаровая загрузка, поднимаемая лифтерами барабанной футеровки, в области торцевых крышек дополнительно удерживается от скатывания лифтерами торцевой футеровки. Поток руды, расположенный в центральной части мельницы, вследствие меньшего сцепления раньше отрывается от барабана и по параболе движется вниз [6]. Части потока, расположенные у торцевых стенок и освобожденные центральной частью, отрываются и двигаются по параболе, смещаясь от стенок к середине барабана. Таким образом, центральная часть барабанной футеровки подвергается наибольшему воздействию рудно-шарового потока, что подтверждается большим износом.
Сопоставляя вид рабочей поверхности барабанной футеровки в конечный момент моделирования (см. рис. 8) и фотографию фактической рабочей поверхности барабанной футеровки мельницы после эксплуатации (рис. 9), видна одинаковость расположения зоны максимального износа.
Рис. 9. Вид рабочей поверхности барабанной фу-
теровки после эксплуатации
Заключение
Использовав программный пакет ROCKY DEM Particle Simulator и реальные параметры действующей мельницы полусамоизмельчения типа МПИ-70х23, смоделировали динамику рудно-шаровой загрузки и процессов износа ее футеровок. Сравнение данных, полученных моделированием, с фактическим состоянием футеровки после эксплуатации подтверждает правильность созданной модели и виртуально воссозданного процесса измельчения.
Полученное расположение зон максимального износа броней торцевой крышки и барабан при сопоставлении совпало с расположением этих зон на реально действующей мельнице. Принятые меры по изменению конструкции футеровок позволили снизить эксплуатационные затраты на ремонт и остановки мельницы действующей обогатительной фабрики.
Список литературы
1. Вайсберг Л.А., Баранов В.Ф., Бортников А.В. Основные тенденции развития ру-доподготовки на обогатительных фабриках, перерабатывающих руды черных и цветных металлов // Современные проблемы комплексной переработки природного и техногенного минерального сырья (ПЛАК-СИНСКИЕ ЧТЕНИЯ 2005) сборник трудов конференции, М., 2005. 423 с.
2. Вдовин К.Н., Феоктистов Н.А., Хабибуллин Ш.М. Исследование процесса эксплуатации литых броней из стали марки 110Г13Л в мельнице МПСИ-70х23 // Литейные процессы. 2013. №12. С. 8-11.
3. Вдовин К.Н., Феоктистов Н.А., Хабибуллин Ш.М. Технологический процесс производства броней из стали 110Г13Л в условиях ООО «Ремонтно-механический завод» // Теория и технология металлургического производства. изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-т им. Г.И.Носова, 2014. № 1 (14). С. 51-52.
4. Производство стальных отливок / Л.Я. Козлов, В.М. Колокольцев, К.Н. Вдовин и др. М.: МИСиС, 2005. - 351 с.
5. Venugopal R., Rajamani R.K. 3D simulation of charge motion in tumbling mills by the discrete element method // Powder Technology, 115(2), 157-166. doi: 10.1016/S0032-5910(00)00333-8.
6. Применение метода дискретных элементов для моделирования процессов в горно-металлургической промышленности / А.Ю Феоктистов, А.А. Каменецкий, Л.И. Блехман и др. // Записки Горного института. 2011. Т.192. C. 145-149.
Сведения об авторах
Вдовин Константин Николаевич - д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой техноло-гии металлургии и литейных процессов, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государстве -нный технический университет им. Г.И. Носова», Россия. E: mail:vdovin@magtu. ru.
Феоктистов Николай Александрович - канд. техн. наук, ст. преп. кафедры технологии металлургии и литейных процессов, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Россия. E:mail:[email protected].
Хабибуллин Шамиль Маратович - аспирант кафедры технологии металлургии и литейных процессов, ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Россия. E: mail: shamill72@mail. ru
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
RESEARCH OF DYNAMICS OF WEAR OF A MILL OF SEMI-SELF-CRUSHING BY MATHEMATICAL MODELING
Vdovin Konstantin Nikolaevich - D. Sc. (Eng.), Professor, Head the Department of technology of metallurgy and casting processes, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. E:mail:[email protected].
Feoktistov, Nikolai Aleksandrovich - Ph.D. (Eng.) Assisten Professor. Department of technology of metallurgy and casting processes, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. E:mail:[email protected].
Khabibullin Shamil Maranjvich - Postgraduate Student of the Department of technology of metallurgy and casting processes, Nosov Magnitogorsk State Technical University,Magnitogorsk, Russia. E:mail:[email protected]
Abstract. In work application of a software package of modeling for a reconstruction and visualization of a trajectory of the movement of ore and spherical loading and wear of working surfaces of lining of a mill of semi-self-crushing on the basis of real data is considered. The comparative analysis of the received results with the actual wear of lining in MPSI-70h23 mill is carried out.
Keywords: Modeling, mill, trajectory of an ore and spherical stream, lining, wear.
Ссылка на статью:
Вдовин К.Н., Феоктистов Н.А., Хабибуллин Ш.М. Исследование динамики износа мельницы
Полусамоизмельчения путем математического моделирования // Теория и технология металлургического производства. 2017. №2(21). С. 27-31.
Vdovin K.N., Feoktistov N.A., Khabibullin S.M. Research of dynamics of wear of a mill of semi-self-crushing by mathematical modeling // Teoria i tehnologia metallurgiceskogo proizvodstva. [ The theory and process engineering of metallurgical production]. 2017, vol. 21, no. 2, pp. 2731.
