基于离散元理论的筒辊磨粉磨特性仿真分析

随着粉磨设备呈现大型化、高效化、节能化的新趋势，利用数值模拟软件对磨机工况进行仿真分析，成为提高设计效率、降低设计成本和设计周期的常用方法。本文基于离散元软件EDEM采用控制变量法对φ2600筒辊磨的筒体转速、最小料层厚度、喂料量设置试验组进行仿真，从破碎率和能耗的角度分析磨机的粉磨特性，为磨机设计和运行参数选择提供参考。结果表明：转速越高，破碎率越高，转速高于42 rpm时粉磨单位能耗快速增加；最小料层厚度与破碎率呈负相关关系，单位能耗随之先降后升，合理取值范围为18~24 mm；喂料量在22~37 tph范围内，破碎率存在峰值，单位能耗存在谷值，能达到较为理想的粉磨效果。

筒辊磨是法国FCB 公司与意大利Buzzi 水泥公司共同研发的一种节能高效的粉磨设备[1]，与立磨、辊压机同属于料层粉磨技术类磨机， 其结合了立磨的结构紧凑性、辊压机的高效节能性以及球磨机的可靠性， 在矿山、水泥、冶炼等行业具有广泛的应用前景。

就水泥行业而言， 我国水泥年产量达22~24 亿吨[2]， 而粉磨系统电耗占全部生产用电的60%~70% [3]， 结合我国绿色可持续的发展理念， “提产、节能、降耗”成为粉磨设备设计的新理念[4]。

离散单元法是为了研究物料非连续力学问题而提出的，已逐渐成为解决散体物料颗粒破碎问题的一种有效的仿真模拟方法，广泛应用于矿山破碎、粉磨设备的仿真优化[5]。颗粒粘结模型BPM (Bonded Praticle Model)通过众多小颗粒粘结组合起来，能够较为贴切地描述岩石材料的力学性质，因而众多学者针对不同矿石类型的多颗粒粘结模型及破碎机破碎过程展开了大量研究。鲁艳鹏[6]等标定了煤的多颗粒粘结参数， 与有限元耦合校核了双齿破碎机滚齿的强度。毕秋实[7]等建立了赤铁矿石的多颗粒粘结模型，对旋回破碎机型腔进行了参数优化验证。刘钢湘[8]通过矿石的多颗粒粘结模型对鄂式破碎机进行了破碎特性仿真。胡名亮[9]等通过建立矿石的多颗粒粘结模型对反击式破碎机进行了参数及结构优化。

Liu C [10]等通过建立非规则石灰石多颗粒粘结模型对立磨的粉磨特性展开研究， 分析了立磨的结构、运行参数对粉磨效果的影响。

由于立磨、辊压机对筒辊磨的工业冲击，以及筒辊磨大型化过程中存在着筒体变形量大、磨辊两端振动不同步等问题未取得突破性进展，使得国内对筒辊磨的研究相对较少。刘付志标等基于EDEM-Patran/Nastran 耦合对φ300 筒辊磨进行了层压力学特性分析，分析了喂料量和粉磨压力两个工艺参数对筒辊磨粉碎系统比能耗、比表面积和粒度分布的影响规律[11]， 但磨机为规格较小的实验机， 参数变化范围较小。李晓旭等使用离散元软件EDEM 通过对比单颗粒的应力以及应力浮动大小，模拟研究了筒辊磨的筒辊比、喂料量、筒体转速对粉碎效率的影响[12]。

本文基于离散元理论建立了多颗粒破碎模型，采用控制变量法对φ2600 筒辊磨关键工艺参数筒体转