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球磨机的磨球直径选择及数值模拟研究

作　者: 王卓
导　师: 迟毅林
学　校: 昆明理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 球磨机磨球尺寸离散单元法数值模拟
分类号: TD453
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

球磨机作为矿料碎磨的主要设备,广泛的应用在金属矿及非金属矿选矿厂建材、化工、冶金、材料及电力等若干基础行业中,球磨机的磨矿过程是通过磨球对矿料的打击和磨削来实现的,磨球是能量的携带体也是破碎的实施体,因而,磨球的尺寸直接影响着破碎的能量,同时也影响着磨矿的效果。除此之外,整个矿石的磨矿是解离性磨矿,也就是说磨矿的目的是解离矿物,因此,磨球的破碎力也决定着解离矿物程度,即影响最终产品的质量,不仅如此,磨球的尺寸还对球磨机的电耗和球耗有着一定的影响。由此可知,球磨机磨球尺寸影响着整个磨矿过程的各个指标,是研究球磨机运动的重要的要素之一本文引入了离散元分析法对球磨机的磨球尺寸进行的研究,主要采用PFC 3D软件对球磨机进行分析,首先用该软件对实验室球磨机样机进行了建模,并对PFC3D软件模拟结果的有效性进行了验证,其次研究了磨球尺寸对球磨机临界转速的影响,分别通过模拟仿真、公式推导和实验的方法推导出了球磨机的磨球尺寸与球磨机的临界转速之间的关系；之后,研究了球磨机的磨球尺寸对球磨机参数的影响,主要是对于填充磨球数量的影响和衬板提升条选择的影响,分别通过理论推导以及模拟分析得出了磨球尺寸与衬板提升条高度的比例关系和磨球尺寸与磨球数量的关系公式；最后,分别对φ3.6×4.0m球磨机和φ2.7×3.6m球磨机进行了仿真分析,通过模拟仿真并进行功率对比,得到了两种球磨机的最佳选择半径范围。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-19
  1.1 课题研究的背景  9-10
  1.2 课题的研究现状  10-16
    1.2.1 球磨机介质理论及发展  10-14
    1.2.2 球磨机磨矿过程数值模拟的发展现状  14-16
  1.3 课题的研究内容及意义  16-19
    1.3.1 课题研究的内容  16
    1.3.2 课题研究的意义  16-19
第二章离散元相关理论及软件介绍  19-31
  2.1 离散单元法的提出和应用  19-23
    2.1.1 离散元素法简介  19-21
    2.1.2 角—边(角—面)接触模型  21-22
    2.1.3 边—边(面—面)接触模型  22-23
  2.2 离散元相关软件介绍  23-28
    2.2.1 EDEM  23-24
    2.2.2 UDEC和3DEC  24-26
    2.2.3 PFC 2D&PFC 3D  26-28
  2.3 PFC 3D的力学模型  28-29
  2.4 PFC 3D的基本假设及计算过程  29-30
  2.5 本章小结  30-31
第三章离散元模型建立及程序有效性验证  31-41
  3.1 模型建立  31-38
    3.1.1 模拟初始条件确定  32
    3.1.2 球磨机的模型建立  32-36
    3.1.3 球磨机模型的运转  36-38
  3.2 程序有效性验证  38-40
  3.3 本章小结  40-41
第四章磨球尺寸对小型球磨机临界转速影响的研究  41-55
  4.1 费雪尔理论临界转速  41
  4.2 磨球尺寸与临界转速关系的理论推导  41-43
  4.3 磨球尺寸与临界转速关系计算实例  43
  4.4 磨球尺寸与临界转速关系的实验验证  43-45
  4.5 磨球尺寸对临界转速影响的模拟仿真  45-52
  4.6 磨球尺寸对不同球磨机临界转速影响关系  52-53
  4.7 本章小结  53-55
第五章磨球尺寸对填充球数以及衬板提升条的影响  55-67
  5.1 磨球尺寸对填充的磨球数量的影响  55-60
    5.1.1 等球径磨球的排列方式  55-56
    5.1.2 估算磨球数量公式推导  56-60
  5.2 磨球尺寸对衬板提升条尺寸设计的影响  60-65
    5.2.1 磨球尺寸对衬板提升条尺寸设计的影响的理论分析  60-62
    5.2.2 磨球尺寸对衬板提升条尺寸设计的影响的模拟验证  62-65
  5.3 本章小结  65-67
第六章对常用球磨机进行模拟仿真分析  67-87
  6.1 Φ3.6×4.0M球磨机进行仿真分析  67-77
    6.1.1 模拟参数的确定  67-69
    6.1.2 对选用不同磨球尺寸情况下的φ3.6×4.0m球磨机进行仿真模拟  69-77
    6.1.3 对选用不同磨球尺寸情况下的φ3.6×4.0m球磨机进行比较分析  77
  6.2 对Φ2.7×3.6M球磨机进行仿真分析  77-86
    6.2.1 模拟参数的确定  77-78
    6.2.2 对选用不同磨球尺寸情况下的φ2.7×3.6m球磨机进行仿真模拟  78-85
    6.2.3 对选用不同磨球尺寸情况下的φ2.7×3.6m球磨机进行比较分析  85-86
  6.3 本章小结  86-87
第七章结论与展望  87-89
  一、结论  87
  二、不足与展望  87-89
致谢  89-91
参考文献  91-96
附录A 本人在攻读硕士学位期间发表论文情况  96

球磨机的磨球直径选择及数值模拟研究

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