超低品位磁铁矿矿岩破碎能耗优化研究

低品位矿山的矿岩破碎能耗问题是绿色矿山建设中节能减排的重要环节。经典破矿理论中矿岩质量和矿石破碎粒径比是能耗的两个主要影响因素。基于内蒙古地区某露天矿实际情况,为精准有效地降低矿岩破碎能耗,结合破碎功耗学说,采用实验室测得矿岩力学参数b对矿岩质量进行定量化分析并计算出能耗比,利用不同适用性的能耗公式对多级破碎能耗进行求解,从而分析在各个破矿工序中不同力学性质和粒度的矿岩破碎能耗指标。结果表明:该矿山围岩与矿石力学性质有较大差异,引入力学性质参数b可以有效地表征出能耗差异,提供了优化能耗的依据。针对力学性质差异较大的岩石可以分离后再破碎;在破矿设备和矿岩质量稳定且有多级破碎需求时,矿岩每次破碎粒度差异不宜过大,矿岩初次破碎应至125 mm粒径,后续多级破碎粒度比为40%时能耗较低。

基于破碎能耗的粗颗粒料本构模型

现有的考虑颗粒破碎的本构模型主要是通过引入颗粒破碎率来反映颗粒破碎对材料力学性质的影响,由于颗粒破碎率只是粗颗粒料在受外荷作用下的一种外部表现,在测定的其它参数中实际上已经包含了颗粒破碎的影响,因此为反映颗粒破碎而引入颗粒破碎率的方法是不合适的。基于Ueng和Chen剪胀方程,通过分析三轴剪切试验过程中的能量平衡,提出了考虑颗粒破碎的剪胀方程及其参数确定方法。将Rowe剪胀方程和考虑颗粒破碎的剪胀方程分别引入Duncan E-ν非线性模型和沈珠江"南水"双曲服面模型,通过与三轴CD剪切试验成果的对比分析和工程实例的有限元数值分析,表明所提模型可较好地反映材料的剪胀特性。如采用弹塑性模型尚能反映颗粒破碎在增加变形的同时降低了材料的强度等特性,验证了所提模型的合理性和可靠性。与现有的考虑颗粒破碎的本构模型相比,所提模型具有试验工作量小、参数少和参数物理意义明确等优点,便于在工程中推广使用。

冲击加载下矽卡岩破碎能耗与块度关系的试验研究

破碎能耗、碎块数量和块度间的关系是岩石破碎的一个基本问题。利用SHPB装置及半正弦波加载,对矽卡岩试样进行冲击破碎试验,采用筛分法获得了破碎岩块的块度分布,从而得到了冲击加载下入射能量与矽卡岩破碎能耗之间的关系,以及矽卡岩破碎能耗、块度分布之间的定量关系。

颗粒材料破碎能耗分形理论研究

大理岩颗粒材料破碎具有分形特征,为了研究颗粒压缩破碎的分形特征,结合大量的单颗粒破碎试验,得出了颗粒破碎粒径分布图,将颗粒破碎的形态特征分为3类,指出破碎形态与颗粒形状的关系。同时根据试验结果,确立了颗粒破碎时的变形与粒径的关系,并以此为依据,首次建立了颗粒破碎能耗与分形维数的关系。基于压缩破碎的试验结果得出分形维数,试验选取的颗粒破碎的分形维数D为2.48。所有的结论都建立在试验的基础上,所用假设经过试验结果的验证,与试验结果十分吻合。

炸药破碎能耗与块度分布关系式

本文从动力学角度出发，引入能量因子的概念，建立了炸药破碎能耗与块度分布的关系式。该公式运用简洁、方便，不受其他块度分布方程的限制。所得计算结果与试验结果十分吻合。该结果丰富了研究爆破有效玻碎能耗及介质破碎过程的分析方法。

冲击载荷作用下层状岩石破碎能耗及块度特征

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,对0°,22.5°,45°,67.5°和90°五种不同层理倾角的层状岩石进行了不同冲击速度下的动态压缩试验,对破碎后的试样碎屑进行筛分,对比分析了层状岩石动态破坏时的块度分布特征;探讨了不同入射能对层状岩石反射能、透射能、耗散能密度和块度分布的影响。结果表明:对同一层理倾角试样,随着冲击速度增大,块度平均粒径逐渐减小,破碎程度逐渐增大;相同冲击速度下层理倾角为67.5°的试样破碎程度最大,0°试样破碎程度最小。分形维数可以很好的量化表征破碎块度分布特征,破碎块度越小,分形维数越大。相同入射能时,90°试样耗散能密度最大,0°或22.5°耗散能密度较小,表明高倾角试样能量利用率高,0°或22.5°的利用率较低。层理倾角为45.0°,67.5°和90.0°的试样在入射能相同时反射能较大,层理倾角为0°,22.5°的试样透射能较大,表明大倾角下无用功大多以反射波形式耗散,低倾角下无用功大多以透射波形式耗散;反射能、透射能与耗散能密度随入射能增大而增加;分形维数随耗散能密度增大而增大。高倾角时随能耗增大,试样破碎程度越剧烈;低倾角随耗散能密度增大,试样破碎趋势变化较小,产生新裂纹与破裂面所需能量较多。在实际工程中,选择45°~67.5°倾角的动态加载角度,不仅岩石强度较低,岩石破碎程度高,且能量利用率较高。

基于分形理论建立低频振动挤压破碎能耗预测模型

矿石低频振动挤压破碎过程中,针对破碎能耗模型描述的复杂性,提出利用分形理论建立破碎能耗预测模型。以板辊式低频振动破碎实验机为研究对象,结合分形理论,分析单颗粒碎后质量分布与破碎能耗的关系,综合考虑振幅、主轴转速、板辊间隙及入料大小,设计四因素五水平正交试验,分析试验数据,在能量平衡的基础下借助最小二乘法建立了破碎能耗分形预测模型。通过试验对比实测值和预测值,验证了所建立的板辊式低频振动破碎实验机振动挤压破碎能耗的分形预测模型的有效性。

长径比和应变率对海泡石的破碎能耗影响研究

为了研究长径比和应变率对海泡石的破碎能耗影响,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对三组不同长径比的海泡石试样在不同应变率下进行动态压缩试验。结果表明:在同种长径比试样中,随着应变率的增加,海泡石试样的应力-应变曲线表现出不同的变化规律。当长径比相同时,应变率越高,海泡石试样的吸收能越大,使得压碎后的碎块尺寸更小且粉末增多。同等水平应变率下,随着长径比增加,海泡石试样的峰值应力不断减小且吸收能不断增大,破碎形态由劈裂变为压碎。当长径比越大且应变率越高时,海泡石试样的破碎程度越大且破碎效果越好。

砧板牙型角角度对立轴冲击式破碎机物料破碎能耗的影响研究

为了在改善立轴冲击式破碎机破碎效果的同时达到节能降耗的目的,利用EDEM的Bonding模型对物料破碎过程进行仿真,研究不同砧板牙型角角度对破碎能耗的影响规律,提出了以单位能耗断裂键数为评价指标确定砧板牙型角最佳角度的方法。首先,建立DEM仿真模型,结合相关理论验证模型的可靠性;其次,根据物料流抛射方向选取不同砧板牙型角角度进行试验,分析其对颗粒总断裂键数的影响;最后,通过计算单位能耗断裂键数揭示砧板牙型角角度对破碎能耗及破碎效果的影响。结果表明:在砧板牙型角角度α>112°范围内,随角度的增大破碎效果降低,其能耗也增大;在砧板牙型角角度α≤112°范围内,107°是砧板牙型角的最佳角度,此时破碎能耗较低,颗粒破碎效果也较好。

冲击荷载下颗粒破碎分维变化及能量耗散研究

颗粒受冲击荷载,发生破碎现象,改变颗粒粒径分布,影响颗粒力学性能。随着颗粒破碎程度的增加,最终颗粒分布会趋向自相似分布,称为分形分布。为研究冲击对颗粒破碎粒度分布的影响,通过试验,得到了炉渣颗粒和大理岩颗粒受冲击破碎的颗粒分布曲线及分形维数的变化规律。研究发现,颗粒受冲击破碎后,不会无限制的破碎;粒度分布符合分形模型;分形维数随破碎程度加深逐渐增大,但存在极限。最终的分形维数可以与颗粒力学特性建立联系以推导颗粒破碎能耗和颗粒弹性应变能。考虑颗粒间不同的接触类型,忽略颗粒间摩擦,根据断裂力学理论,建立的颗粒破碎的能量平衡方程可以很好地描述颗粒破碎过程中能量转化的规律。

基于响应曲面法与离散元法的破碎过程能耗仿真分析

以降低破碎机的破碎能耗为目标,建立以PE250*400颚式破碎机为原型的的几何模型及颗粒物料模型,以梯形齿上底边长、动颚板与定颚板的啮角、动颚板的水平行程和动颚板的运动速度等4个因素作为优化变量,根据响应曲面法(RSM)设计原理对其进行分组试验,结合EDEM软件对物料破碎过程中能量的消耗以及断裂键数进行数值模拟。研究结果表明:破碎机破碎过程中单位能耗的破碎效果受梯形齿上底边长、啮角、动颚板的水平行程影响显著,而运动速度则次之,影响程度从大到小排列为动颚板的水平行程、上底边长、啮角、运动速度。另外,破碎过程中最优参数为梯形齿上底边长5mm、动颚板与定颚板的啮角17°、动颚板的水平行程40mm和动颚板的运动速度1m/s。

基于离散元的剪切挤压破碎机破碎过程能耗分析

利用离散元软件EDEM及其二次开发,以破碎过程的机械能耗为评价指标,将破碎机内锥振动频率、破碎机外锥转速、物料填充率和物料颗粒球形度作为影响因素进行仿真实验,通过响应曲面法(RSM)建立剪切挤压破碎机能耗预测模型并进行实验验证。结果表明:能耗预测模型可靠,预测结果与实验结果基本一致;各因素对剪切挤压破碎机能耗的影响由强到弱的顺序为外锥转速、内锥振动频率、物料填充率、物料颗粒球形度;剪切挤压破碎机的最佳工作参数是:内锥振动频率为55Hz,破碎机外锥转速为40 rad/s,物料填充率为0.55,物料颗粒球形度为0.45。

冲击加载下煤岩破碎块度与能耗关系的试验研究

利用霍普金森压杆对煤岩进行不同冲击加载下的动态力学测试，研究煤岩破碎块度与破碎能耗之间的关系。利用筛分法确定煤岩破碎后的平均块度，借助分形理论，研究不同冲击加载下煤岩的破碎分形维数、破碎块度；借助不同冲击加载下煤岩的应力-应变曲线，依据应力波理论，分析煤岩的破碎能耗；并研究了煤岩的破碎块度与破碎能耗的关系。研究结果表明，在动态冲击试验下，煤岩冲击破碎后的块度具有较好的分形特性，分形维数能够反映煤岩的破碎和脆性程度。煤岩在不同冲击加载下，破碎平均块度在6-19mm之间。随着冲击加载速度的增大，煤岩越破碎，破碎块度越小，破碎能耗越大。

基于曲面响应法的预磨机破碎能耗预测

为降低预磨机破碎能耗,探讨转盘线速度,介质填充率、球配比、球形度对破碎能耗的影响。利用Design Expert软件中的CCD曲面响应模块,以介质填充率、球配比、球形度为响应变量,以破碎能耗为响应因子,获得了30组实验方案。在实验及结果分析的基础上,建立了能耗预测模型。求解预测模型得到:当转盘线速度为8.99m/s、填充率为0.27、球配比为0.69、球形度为0.5时,破碎能耗达到最小,此时有效功率为1.306kW。

锤式破碎机中单颗粒物料破碎能耗的分析

采用碰撞理论，对锤式破碎机中单颗粒物料进行能耗分析，并通过实验进行了验证。

基于矿物特征分析的磁铁矿动态破碎与能耗机制

为研究动载下磁铁矿石的破碎特性及能耗规律,以某沉积变质型磁铁矿石为研究对象,利用分离式霍普金森压杆对磁铁矿石进行冲击破碎试验,结合矿物特征理论分析磁铁矿石的动力学特性、破碎能耗及破碎形态。结果表明:在冲击载荷作用下,磁铁矿石应力-应变曲线呈现3个阶段:弹性阶段、裂纹演化阶段、卸载阶段。随着入射能的增加,破碎能耗及能耗密度不断增大,破碎平均粒径随着能耗密度的增加而减小。在低入射能下,能量以弹性能形式储存在石英颗粒内部,当应力波作用结束后,能量释放,用于原有裂隙扩展,破坏试样内部结构。在高入射能下,石英颗粒储存弹性能速率加快,更快达到储存极限,内部能量快速释放,原有裂隙快速扩展并产生大量的沿晶裂隙及穿晶裂隙,试样内部结构破坏严重。磁铁矿石成分以石英为主,矿石结构构造和接触关系简单,结构以结晶结构、交代结构为主,构造以条带构造、块状构造为主,矿物颗粒之间成线接触,破碎主要以沿晶破裂和穿晶破裂为主,带有阶梯状和蛇纹状破裂形态。

循环流化床锅炉破碎技术的研究进展

为提高循环流化床的燃烧效率、降低破碎能耗及更好地控制烟气排放,通过对煤、低热值煤泥及矸石等资源的破碎系统研究现状进行整理分析,综述了破碎的相关理论以及相应破碎机的原理和关键技术,并在此基础上总结了循环流化床锅炉破碎技术在理论和应用上存在问题,分析了关键症结所在,并对未来循环流化床锅炉破碎技术的发展提出了可行性建议,这对研究高智能化、长寿命及适应性强的一体化破碎筛分系统有重要参考价值。

低温条件下边坡岩石动态力学特性实验研究

我国多年冻结区和季节性冻结区面积广泛,在这些地区进行工程建设和矿产资源开采必须考虑特殊的地质和气候条件,其中寒区边坡的稳定性问题值得研究.以位于西藏自治区的玉龙铜矿为例,矿区平均海拔约4000 m,最冷月日平均最低气温约-20℃,冻结期长,边坡稳定性受冻融作用显著,冻结岩层给爆破开挖带来诸多困难,制约了矿山生产效率.为研究低温条件下边坡岩石的动态力学特性,从西藏玉龙铜矿边坡钻取了大理岩试样,借助含低温控制系统的分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统,对常温干燥、常温饱水和低温冻结三种状态的岩样进行了动态拉压力学实验,以探究温度、含水量对岩石动态力学性质的影响.试验结果表明:(1)受低温水冰相变和岩石基质冷缩的共同影响,-20℃冻结岩样的平均单轴动态压缩、拉伸强度较常温下有所增大.其中,岩石基质的冷缩现象是造成冻结岩石强度显著提高的主要原因.四种应变率下,压缩应力分别增大1.30、1.62、1.41、1.43倍,拉伸应力分别增大1.36、1.28、1.22和1.29倍;(2)受孔隙水软化影响,饱水岩样动态强度小于干燥岩样,因此同一应变率下的实验数据满足规律,即冻结岩样强度最高,干燥次之,饱水最低;(3)相同应变率下,饱水大理石的动态冲击破碎时间最长,且随应变率增大下降速度最快,同时,在相同应变率下,冻结岩样破碎耗能大于常温耗能,随应变率变化增幅最大.

微观尺度下磁铁矿石动态破碎特性与能耗

为探明微观尺度下矿石动态破碎机理及能耗规律,利用分离式霍普金森压杆对磁铁矿石开展冲击破碎试验,分析磁铁矿石的破碎能耗规律,结合扫描电镜技术揭示磁铁矿石的破碎机理。结果表明:在冲击载荷作用下,随入射能增加,磁铁矿石单位体积破碎能耗和平均应变率相应增大。单位体积破碎能耗具有较强的应变率相关性,随平均应变率的增大而增大。随入射幅值增大,磁铁矿石破碎程度由与原试件等高的碎块变为柱状或针状,且碎块粒径在不断减小,最后出现粉末状,阶梯状破碎与波浪状破碎形貌也随之增加,期间出现磁铁矿石出露现象。随入射能增大,磁铁矿石内部沿晶裂隙及穿晶裂隙不断增多,内部裂隙也随之逐渐发生扩展及发育,裂隙长度由短且细转换为长而宽,由裂隙状态转换为宽裂纹状态,最后完全贯通至破裂状态。在入射能为71.44 J时产生穿晶裂隙,沿晶裂隙数量大于穿晶裂隙数量。研究成果有助于矿山在破碎工艺中提高能量的利用率,对于解决目前矿山破碎能耗高的问题有一定的理论意义。

基于改进型SHPB的混凝土动力冲击研究

混凝土作为一种重要的建筑材料,其抗冲击性能关乎核电站、大坝、机库等重要结构设施的安全稳定。在动力侵彻过程中,混凝土材料内部赋存大量随机分布的微孔隙、裂隙等被激活、扩展,诱使混凝土发生宏观破坏,研究混凝土材料破坏过程中的动态破碎机理及能量消耗可直观反映材料的防护性能。笔者提出了一种基于弹体侵彻理论的改进型分离式霍普金森压杆(SHPB)动载冲击试验方法,在入射杆端部设计安装锥度为120°的圆锥形冲头,对常规混凝土、RGC(橡胶混凝土)和SFRC(钢纤维混凝土)进行动力冲击研究。通过分析改进型SHPB系统上应力波透反射效应,获得含不同掺合料混凝土试块的宏观破坏形态、破碎产物粒径分布规律和能量耗散规律。试验结果表明:RGC试块和常规混凝土破坏模式相似,宏观破裂成几个大块度试块,而SRFC在钢纤维“桥连”作用下,呈“微裂而不散,裂而不断”的破坏模式;在相同子弹冲击速度下,试块块度粒径SRFC最大、RGC次之、常规混凝土最小,表现出抗破碎能力:SRFC>RGC>常规混凝土;随入射能量的增加,材料破碎能耗均呈线性增加,其中SFRC增长分别是RGC、常规混凝土的1.074、1.49倍。