بخشی از مقاله
تحلیل دینامیکی برخورد گلوله به لاینر آسیاب نیمه خودشکنگillخشچطSح
چکیده:
فنآوري آسیاهاي خودشکن و نیمهخودشکن را میتوان یکی از مهمترین پدیدههاي صنعت فرآوري مواد معدنی در نیم قرن اخیر دانست. همراهی این تجهیزات با آسیاهاي گلولهاي بزرگ باعث کاهش تعداد دستگاههاي خردایش مواد در کارخانههاي جدید فرآوري و کاهش هزینههاي سرمایهاي، عملیاتی، تعمیرات و نگهداري و پرسنلی شده است . در کارخانههاي فرآوري که فقط از یک آسیاي نیمهخودشکن استفاده میشود، هر توقفی در آسیا باعث توقف تولید شده و در نتیجه هزینه زیادي را بر عملیات تحمیل میکند. یکی از عوامل مهم خاموشی آسیا و به عبارت دیگر کاهش زمان عملیاتی بودن، تعویض لاینرهاي شکسته شده می باشد. لذا بررسی رفتار دینامیکی آسیا و محتویات آن جهت بهبود و افزایش بازدهی آسیاها و طراحی بهینه آنها و نظارت بر نحوه کارکرد لاینرها و تلاش به منظور افزایش طول عمر آنها بسیار حائز اهمیت است.
در این مقاله ابتدا بوسیله شبیه سازي جریان مواد داخل آسیا، سرعت و زاویه برخورد گلوله ها به لاینر محاسبه شده و در ادامه لاینرهایی که در طول کارکرد آسیا بیشترین برخورد را دارند شناسایی شده اند. و سپس با انجام آنالیز برخورد، توزیع تـنش در لاینر محاسبه شده است .نتایج بدست آمده از تحلیل ها با نتایج آزمایشـگاهی و عملیـاتی آسـیاب مقایسـه شـده و در خاتمـه پیشنهاداتی جهت جلوگیري از شکست لاینرها ارایه شده است.
کلید واژه هاي ي: لاینرآسیاي نیمه خودشکن، تحلیل تنش دینامیکی، آنالیز برخورد،روش اجزاي محدود.
مقدمه
تلاش براي بهبود عملکرد لاینرهاي آسیاي نیمه خودشکن و نیمه خودشکن از زمـان اسـتفاده از انـواع بـزرگ
این آسیاها در حدود 35 سال پیش شروع شد. مطالعه بروي حرکت آسـیاها اولـین بـار در سـال 1919 توسـط
دیویس آغسازلگردید. در 1958 باند مطالعاتی در مورد انتخاب بهترین سایز گلوله در آسیاها انجـام دادب3م.
دان و مارتین در سال 1978، لیدل و مویز در سال 1989، و مویز و سوروپا در سال 1993و پاول و نوریک در
سال 1996مطالعاتی را به صورت تجربی و آزمایشگاهی انجام دادند. از نظر تئوري نیز مویز 1996، و مک آیـور در سال 1983و نوریک در سال 1996مطالعاتی در زمینه مسیر حرکت گلوله، اثر سرعت آسیا، شـکل حفاظهـا، درجه انباشتگی و همچنین روش هاي اندازه گیري انجام دادنـد. رادزیسـکی و مـورل در سـال 1998 در مـورد نحوه حرکت مواد در داخل آسیا به روش DEM آغاز کردندب 5،4م. در سال 2000هو و اوتاکی و واتـانوکی در مورد بهینه سازي حرکت آسیاها براي بدست آوردن نقطه کارکرد بهینه بوسیله روش هـاي بهینـه سـازي غیـر خطی تحقیق کردندب3م. شی و ناپیرمان در سال 1999 در مورد تخمـین نـرخ نیروهـاي برشـی در لایـه هـاي مختلف موادب6م و کلیري و هویر در همانسالسالب7م. در 2000 راجامـانی، میشـرا، ونوگوپـال و داتـا شـبیه سازي عددي بر روي آسیاها و انرژي برخورد گلوله ها را مورد مطالعه قرار دادندب8،9م توزیع انـرژي در آسـیاها توسط مسیرا و چونگ در سال 1999مورد بررسی قرار گرفتب10م. در سال 2001 گاونـدر و پـاول و نوریـک دادند. در همان سال مویز و دانگ با یک روش تصویر برداري و کالیبراسیون و آنالیز تصویري حرکـت گلولـه را در آسیاها تجزیه و تحلیل نمودند و همچنین انـرژي ضـربه را محاسـبه کردنـدب11 م. در سـال 2002 آپلـت و آسپري و تورن هیل ارائه یک مدل جدید و به کمک روش آزمایشگاهی رفتار آسیا را از لحـاظ فرآینـدي مـورد بررسی قرار دادندب12 م. در سال 2003 مورل با ارائه یک مدل جدید و به کمک روش آزمایشگاهی رفتار آسـیا را بررسی کرد. در همین سال مشیرا با روش DEM رفتار گلوله را مورد بررسی قـرار دادب13م. در سـال 2003 جرجویچ اثر لاینرها و ضریب اصطکاك را با روش DEM و به کمک نرم افـزار PFC3D بررسـی کردنـددر. همین سال مویز و دانگ به همان روش پروفیل هاي مربعـی و ذوزنقـه اي را بررسـی کردنـد. در سـال 2004 موریسن و شی با استفاده از روش DEM و نرم افزار PFC پارامتر هاي مختلفی نظیر ارتفاع لاینرها و اثر آنها را روي توان مصرفی بررسی کردندب14م.
-2 شبیه سازي حجم نمونه جریان مواد داخل آسیا
مواد داخل آسیا متشکل از سنگ معدن، گلوله هاي فولادي و آب می باشـد. ترکیـب بنـدي مـواد داخـل آسـیا نسبت به حجم آسیا به صورت زیر می باشد.
چگالی سنگ معدن ورودي به آسیا تقریبا 1800 کیلو گرم بر متر مکعب می باشد. بزرگی سنگها متغیر و حداکثر تا مکعبی به ضلع 250شمیلیتر می رسد. گلوله هاي فولادي وارد شده به آسیا داراي قطر هاي 80, 100, 125 میلیمتر می باشد که بعد از گذشت زمان سائیده شده و تغییر اندازه می دهند تا در نهایت از آسیا خارج می شوند.
-3 برخورد ذرات به پوسته و لاینرهاي آسیا
جداره داخلی آن توسط دو سري 60 ردیفی از لاینرهاي لریلیل پوشانده شده اسـت. ایـن لاینرهـا از جـنس فـولاد کروم- مولیبدن دار بوده و با سختی 325-375 برینل ریخته گري می شوند. لاینرها داراي کوهـانی بـه ارتفـاع 125 میلیمتر با زاویه رهایی 14 درجه بوده و ضخامت کفشک آنها 78 میلیمتر است. بر اسـاس پیشـنهاد شـرکت سـازنده لاینرها، آنها زمانی تعویض می شوند که دو سوم ارتفاع کوهان سایش یافته باشـدب1م. خصوصـیات اصـلی لاینرهـاي جداره در جدول 2 آورده شده است.
اندازه گیري زوایاي حرکت براي گلوله هایی با قطر80 و 100 و 125 میلیمتر با شبیه سازي جریان مواد داخـل آسیا توسط نرم افزار انجام شد، نتایج حاصله با روشهاي تحلیلی مقایسه شده و صحت نتایج بررسی شده است. شـکل 1 نشان دهنده اندازه گیري تقریبی زاوایاي شانه و پاشنه براي این آسیا می باشد.[2]
بر اساس نتایج حاصل از شبیه سازي مواد داخل آسیا، مقدار زاویـه شـانه و پاشـنه بـه ترتیـب 40 درجـه و 45 درجه در نظر گرفته شده است.
در شکل 2 تغییرات زاویه پاشنه نسبت به زمان کارکرد آسیا رسم شده است.
با توجه به شکل 2 زاویه پاشنه بدست آمده از شبیه سازي 45 درجه در نظر گرفته شـده اسـت. بـا اسـتفاده از نتایج بدست آمده ار شبیه سازي ذرات درون آسیا، منطقه برخورد محتویات آسیا به جداره داخلی و لاینرها بـه پـنج ناحیه تقسیمجدولشده است. 3 درصد میزان برخورد هر ناحیه را نشان می دهد.
در ادامه به بررسی برخورد کلوله ها به لاینرهاي واقع شده در ناحیه بحرانی، یعنی لاینرهـایی کـه در موقعیـت ت، ص زخ قرار دارند، می پردازیم. با توجه به شکل 4این لاینرها با شماره 1 تا 5 مشخص شده انـد.در شـکل 5 زاویه برخورد گلوله به لاینر نشان داده شده است. نمودارهاي 6 تا 15 ت غییـرات سـرعت برخـورد و زاویـه برخـورد گلوله به لاینر را نسبت به زمان کارکرد آسیا را نشان می دهد، با استفاده از این نمودارها می توان سرعت میـانگین و زاویه برخورد گلوله به لاینر را در حالت هاي مختلف بدست آورد.
با استفاده از نتایج بدست آمده از نمودارهاي حاصل از شبیه سازي جریان مواد داخل آسـیا شـکلهاي 6 تـا 15 اندازه سرعت میانگین برخورد گلوله به لاینر آسیا مقدار 12 متر بر ثانیه می باشد و مستقل از اندازه ذرات می باشد.
براي شناساي محل برخورد گلوله به لاینـر، مقطـع لاینـر بـه دو قسـمت نـازك (کفشـک)1 و قسـمت ضـخیم (کوهان)2 تقسیم شده است.(شکل8 )از آنجا که شکست لاینر از قسمت ضخیم لاینر مشاهده نشـده اسـت. بنـابراین برخوردهاي قسمت نازك لاینر یعنی کفشک داراي اهمیت بیشتري می باشند.
نتایج حاصل از مدل نهایی برخورد گلوله به لاینرها در شرایط شبه عملیاتی بـراي سـه لاینـر متـوالی محاسـبه
شکلهايشده است. 9و10 سرعت برخورد و زاویه برخورد گلوله به لاینر را در شرایط شبه عملیاتی نشان می دهد.
