Brevet FR3154333A1 — publié le 20250425

La présente invention concerne le domaine de la simulation de la granulométrie des milieux de broyage des broyeurs à boulets, et divulgue une méthode de simulation de la granulométrie des milieu de broyage d’un broyeur à boulets sur la théorie de l'empilement des particules. Il comprend les étapes suivantes : établir un système de coordonnées de simulation numérique du broyeur à boulets ; effectuer une modélisation de simulation numérique à éléments discrets des milieu de broyage et des particules de matériau ; effectuer une modélisation périodique des limites du broyeur à boulets et définir la diamètre de coupure des particules de matériau ; basé sur le nombre de particule dans le modèle de simulation numérique à éléments discrets, ajuster la diamètre de coupure des particules de matériau ; comparer les résultats de simulation de différentes diamètre de coupure des particules pour déterminer l'intervalle de diamètre de coupure des particules ; effectuer modélisation gros grains des particules du broyeur à boulets et ajustement correspondants à la largeur de la limite périodique ; calculer l'effet de broyage des particules de matériau sous différentes granulométrie de milieu de broyage ; ajuster la granulométrie des particules de matériau pour obtenir la conception optimale des granulométrie de milieu de broyage. Le schéma de granulométrie optimisé des milieux de broyage et le procédé d'ajustement pour différentes conditions de travail obtenus par la présente invention peuvent réduire le coût de production de ciment. Fig.1 Méthode de simulation de la graduation du milieu de broyage d’un broyeur à boulets sur la théorie de l'empilement des particules La présente invention concerne le domaine de la simulation de la granulométrie des milieux de broyage des broyeurs à boulets, et plus particulièrement une méthode de simulation de la granulométrie des milieu de broyage d’un broyeur à boulets sur la théorie de l'empilement des particules. Etat de la technique Le broyeur à boulets est l’équipement le plus largement utilisé dans l’industrie pour le rebroyage des matériaux concassés, principalement utilisé dans les matériaux de construction, la métallurgie, l’exploitation minière, l’industrie chimique, l’énergie électrique et d’autres industries. Le broyeur à boulets utilise une plaque de revêtement pour soulever les éléments de broyage (principalement des billes d'acier ou des billes de céramique) à une certaine hauteur pour le concassage et le broyage secs ou humides de particules minérales et d'abrasifs. Les proportions correspondantes de billes d'acier de différentes tailles sont appelées granulométrie des billes d'acier, lors de la détermination de la granulométrie des billes d'acier, la granularité des matériaux de broyage doit être combinée, lorsque la granularité des matériaux de broyage est petite, la granularité des particules du milieu de broyage est doit être plus petite ; à l'inverse, lorsque la granularité des particules du matériau de broyage est grande, la granularité des particules du milieu de broyage doit être plus grande. Ce qui se passe à l'intérieur du broyeur à boulets est l'interaction de collision des particules, l'efficacité de broyage des particules minérales dépend du mouvement du milieu de broyage, le mouvement du milieu de broyage dépend en grande partie des paramètres de travail du broyeur à boulets, de la structure du broyeur à boulets, des caractéristiques du milieu de broyage lui - même. Actuellement, les principaux paramètres de fonctionnement du broyeur à boulets les plus étudiés sont la vitesse de rotation et le taux de remplissage, de plus, le matériau et granulométrie du milieu de broyage jouent également un rôle clé dans l'effet de broyage et la consommation d'énergie du broyeur à boulets. La technologie existante se concentre sur un réglage fin sur la base des conditions de travail existantes, principalement en modifiant la granulométrie des billes d'acier pour améliorer l'effet de broyage. Cette méthode ne prête pas attention à l'interaction globale entre les billes d'acier et les particules de matériau dans le broyeur à boulets, et ignore l'impact de cette interaction sur l'effet de broyage, ce qui conduira à des effets d'optimisation limités ou instables. De plus, puisqu'aucune simulation complète n'est réalisée, l'effet d'optimisation doit être vérifié par des expériences, ce qui nécessite non seulement plus de temps et de ressources, mais les résultats sont également affectés par les conditions expérimentales, ce qui entraîne une incertitude quant à l'effet d'optimisation. Contenu de l'invention La présente invention concerne une méthode de simulation de la graduation des milieu de broyage d’un broyeur à boulets sur la théorie de l'empilement des particules, l'objectif est d'obtenir la relation entre des billes d'acier et des particules de ciment sous différentes granulométrie de billes d'acier et des distributions granulométriques de ciment au moyen d’une méthode de simulation numérique d'éléments discrets et d’un modelè gros grains, afin d'obtenir un optimisation de la granulométrie des billes d'acier dans le broyeur à boulets. Afin de résoudre les problèmes techniques ci-dessus, la présente invention adopte les solutions techniques suivantes : Une méthode de simulation de la graduation des milieu de broyage d’un broyeur à boulets sur la théorie de l'empilement des particules, comprenant les étapes suivantes : Étape 1 : Pour créer un modèle géométrique du broyeur à boulets, établissez un système de coordonnées de simulation numérique du broyeur à boulets ; Étape 2 : Sur la base du système de coordonnées de simulation numérique, effectuer une modélisation de simulation numérique à éléments discrets du milieu de broyage et des particules de matériau dans le broyeur à boulets pour obtenir des modèles de milieu de broyage et de particules de matériau ; Étape 3 : effectuer une modélisation des limites périodiques du broyeur à boulets, définir le diamètre de coupure des particules de matériau dans le modèle de simulation numérique à éléments discrets et obtenir le modèle de limite périodique ; Étape 4 : ajustez le diamètre de coupure des particules du matériau en fonction de la quantité de particules dans le modèle de simulation numérique à éléments discrets ; Étape 5 : comparer les résultats de simulation de différentes diamètres de coupure des particules pour déterminer l'intervalle de coupure réalisable pour la diamètres de coupure des particules de matériau ; Étape 6 : Effectuer une modélisation gros grains des particules du broyeur à boulets pour obtenir un modèle gros grains des particules et ajuster la largeur de la limite périodique ; Étape 7 : Effectuer un calcul de simulation numérique de l'effet de broyage des particules de matériau sous différentes granulométrie de milieu de broyage ; Étape 8 : ajuster la granulométrie des particules de matériau pour obtenir la conception de gradation du milieu broyage. De plus, le système de coordonnées de simulation numérique de l'étape 1 est : En prenant le centre du cercle du côté circulaire d'un côté du corps du broyeur à boulets comme origine des coordonnées, la direction du centre du cercle pointant vers l'autre côté circulaire du corps du broyeur à boulets est la direction positive de l'axe y, et la direction opposée de la gravité est la direction positive de l'axe z, et la direction positive de l’axe x est déterminée selon la règle de la main droite du système de coordonnées. De plus, le modèle de simulation numérique à éléments discrets dans l’étape 2 dépend des paramètres de la masse totale, de la densité et de la diamètre des particules respective du milieu de broyage et des particules de matériau. De plus, dans l’étape 3, le modèle de limite périodique supportes les particules dans le domaine de calcul qui quittent le broyeur à boulets dans la direction positive de l'axe y reviendront au broyeur à boulets dans le sens négatif de l'axe y, et les particules qui quittent le broyeur à boulets dans le sens négatif de l'axe y reviendront au broyeur à boulets dans la direction positive de l’axe y. De plus, dans étape 3, la diamètre maximale des particules dans le broyeur à boulets est inférieure à 0,4 fois la largeur de la limite périodique. De plus, dans l’étape 4, la diamètre de coupure des particules de matériau dans le modèle de simulation à éléments discrets est augmentée de sorte que le nombre de particules dans le domaine de calcul du modélisation des limites périodiques est inférieur à une valeur prédéterminée. De plus, dans l’étape 6, lors du calcul de l’interaction sur le modèle gros grains, le multiple d’accélération de la vitesse calculée est le cubique du facteur d’amplification du diamètre de coupure des particules de matériau dans le modèle de simulation d’éléments discrets. De plus, l'étape 7 consiste à effectuer une recherche de simulation numérique de l’effet de broyage des particules de matériau dans le broyeur à boulets sous différentes granulométrie de milieu de broyage sur la base du modèle géométrique du broyeur à boulets, les modèles de milieu de broyage et de particules de matériau, le modèle de limite périodique, le diamètre de coupure des particules de matériau, le modèle gros grains de particules. De plus, dans l'étape 8, différentes granulométrie de particules de matériau sont utilisées sur la base du rendement du produit de broyage de ciment par unité de temps et de la consommation d'énergie par unité de produit de ciment, pour obtenir la granulométrie optimale du chaque milieu d broyage. Par rapport à l'art antérieur, les effets techniques bénéfiques de la présente invention sont : Cette application modélise l'interaction globale entre le milieu de broyage et les particules de matériau dans le broyeur à boulets par la simulation numérique, ce qui permet de prendre en compte l'effet de cette interaction sur l'effet de broyage, et donc d'optimiser plus précisément la granulométrie du milieu de broyage et les conditions de fonctionnement du broyeur à boulets, et d'obtenir un meilleur effet de broyage. Dans le même temps, l'utilisation de la simulation numérique pour optimiser la conception permet d'obtenir les résultats d'optimisation sur ordinateur sans avoir besoin de vérification expérimentale, cela permet non seulement d'économiser du temps et des ressources, mais aussi d'éviter l'influence des conditions expérimentales sur les résultats et d'améliorer la certitude de l'effet de l'optimisation. Description des dessins La FIG. 1 est un diagramme schématique d'un dispositif de broyeur à boulets proposé par un mode de réalisation de la présente invention ; La FIG. 2 est une vue en coupe avant du corps principal du broyeur à boulets proposé par le mode de réalisation de la présente invention ; La FIG. 3 est une vue en coupe latérale du corps principal du broyeur à boulets proposé par un mode de réalisation de la présente invention ; La FIG. 4 est un diagramme schématique du flux de particules concentrées d'un broyeur à boulets sous différentes granulométrie de milieux de broyage prévus par le mode de réalisation de la présente invention. Dans la figure : 1. le corps principal du broyeur à boulets ; 2. la domaine de modélisation des limites périodiques. Les modes de réalisation spécifiques La présente invention sera décrite en détail ci-dessous en référence aux dessins annexés et aux modes de réalisation spécifiques, avant de décrire en détail les solutions techniques de chaque mode de réalisation de la présente invention, les termes et la terminologie utilisés sont expliqués et illustrés, dans la présente spécification, les parties portant le même nom ou le même étiquetage représentent une structure similaire ou identique et ne sont utilisées qu'à des fins d'illustration. Explication des termes 1) La granulométrie des particules est également appelée la granulométrie (granularité). La quantité de chaque granularité de particule dans des matériaux en vrac composés de différentes granularité de particules. Souvent exprimé en pourcentage du total. Un mode de réalisation préféré de la présente invention sera décrit en détail ci-dessous en référence aux dessins annexés. Dans la présent invention, une méthode de simulation de la graduation des milieu de broyage d’un broyeur à boulets sur la théorie de l'empilement des particules, comprenant les étapes suivantes : Étape 1 : Réaliser une modélisation de simulation numérique des caractéristiques géométriques du broyeur à boulets. Tout d'abord, un système de coordonnées doit être déterminé. En se référant aux figures 2 et 3, prenant le centre du cercle du côté circulaire d'un côté du corps du broyeur à boulets comme origine des coordonnées, la direction du centre du cercle pointant vers l'autre côté circulaire du corps du broyeur à boulets est la direction positive de l'axe y, et la direction opposée de la gravité est la direction positive de l'axe z, et la direction positive de l’axe x est déterminée selon la règle de la main droite du système de coordonnées. Étape 2 : Modéliser les billes d’acier et les particules de matériau dans le broyeur à boulets. Les propriétés des billes d'acier et des particules de matériaux sont : bille d'acier : densité : 7850 kg/m 3 , granulométrie : 20 mm, 17 mm, 15 mm, 13 mm, 10 mm (réglable) particules de matériau : densité : 3100 kg/m 3 , diamètre des particules : 10 mm, 5 mm, 2 mm, 1 mm, 0,5 mm, 0,2 mm, 0,08 mm, 0,045 mm (dont les particules de matériau de 0,2 mm et moins représentent plus de 50 %) La masse des billes d'acier dans le broyeur à boulets : 400 kg, la masse des particules de matériau dans le broyeur à boulets : 80 kg. Étape 3 : Effectuer une modélisation des limites périodiques du broyeur à boulets. Les conditions limites périodiques sont une méthode courante pour simplifier le modèle de simulation afin d'améliorer la vitesse de calcul tout en garantissant la précision de la simulation numérique. La condition limite périodique permet aux particules quittant le domaine de calcul d'un côté de la limite d'être renvoyées dans le domaine de calcul de l'autre côté, par exemple pour ce modèle de broyeur à billes, les particules qui quittent le broyeur à billes dans la direction y+ seront renvoyées dans le broyeur à billes dans la direction y-, et les particules qui quittent le broyeur à billes dans la direction y- seront renvoyées dans le broyeur à billes dans la direction y+, et le calcul de la condition limite périodique exige généralement que la diamètre maximale des particules soit inférieure à 0,4 fois la largeur de la limite périodique. Comme le montre la FIG. 2 , une longueur d'au moins 50 mm est coupée au centre du broyeur à boulets dans la direction y pour une simulation périodique des limites. En coupant le broyeur à boulets d'une longueur de 50 mm et en effectuant une simulation périodique des limites, la masse de la bille d'acier dans le domaine périodique est de 20 kg et la masse des particules de matériau est de 4 kg, la quantité original de particules peut être réduire à 1/20 de l'état initial , la quantité de calcul peut être réduire considérablement. Définir 0,2 mm comme le diamètre de coupure des particules de matériau (la diamètre de coupure de particule est définie comme la diamètre minimale des particules de matériau dans le modèle de simulation numérique, et les particules plus petites que cette diamètre de particule sont représentées par des particules de cette taille), après calcul, le nombre de particules dans le domaine de périodicité est d'environ 1,18×10 8 . Étape 4 : Ajuster la diamètre limite des particules du broyeur à boulets. Lorsque le nombre de particules dans la simulation d’éléments discrets dépasse 10 millions, son efficacité de calcul sera considérablement réduite. Ajuster la diamètre limite des particules de la simulation des particules de matériau pour éviter des centaines de millions de particules. En ajustant la diamètre limite des particules à 0,5 mm, le nombre de particules dans le domaine de calcul périodique est d'environ 1,18 × 10 7 ; en ajustant la diamètre limite des particules à 1 mm, le nombre de particules dans le domaine de calcul périodique est d'environ 1,72 million. Étape 5 : Vérifier l’ajustement de la diamètre limite des particules du broyeur à boulets. Dans le broyeur à boulets, les grosses billes d'acier écrasent les grosses particules de matériau et les petites billes d'acier broient les petites particules de matériau,si la diamètre de coupure des particules de matériau est trop grande, le résultat d'optimisation finale de la simulation peut être plus de grosses billes d'acier, mieux c’est. Par conséquent, les résultats de simulation de différentes diamètres de coupure des particules sont comparés, et l'intervalle de coupure réalisable de la diamètres de coupure des particules est déterminé par l'expérience d'indépendance de la diamètres de coupure des particules. Étape 6 : Effectuer une modélisation gros grains des particules du broyeur à boulets. La modélisation gros grains est une méthode permettant de réduire le nombre total de particules dans une simulation en utilisant des particules plus grosses pour représenter le groupe de particules d'origine (plus petit). Des modifications des modèles de contact, d'adhésion et autres sont nécessaires, pour calculer les interactions sur ce système de grande échelle, afin que la dynamique du système de grande échelle soit similaire à celle du système d'origine. Grâce à une modélisation raisonnable gros grains, l'efficacité des calculs peut être considérablement améliorée tout en garantissant la précision des calculs. Étant donné que le diamètre maximal des particules doit être inférieur à 0,4 fois la largeur de la limite périodique, après une modélisation gros grains des particules, la largeur de la limite périodique doit également être agrandie d'un multiple correspondant. Après calcul, le nombre de particules et la vitesse de calcul avant et après amplification sont les suivants : Remarque : Une fois la diamètre des particules agrandie, l'augmentation de la vitesse de calcul est d'une part linéairement liée à la réduction du nombre de particules, et d'autre part linéairement liée à l'amplification de la diamètre des particules, donc la vitesse augmenté après amplification est la troisième puissance du facteur d'amplification. Taleau 1 : Comparaison entre le facteur d'agrandissement du diamètre de coupure et le facteur d'accélération de la vitesse de calcul facteur d'agrandissement Nombre de particules à différentes diamètres de coupure des particules facture d'accélération de la vitesse 0,2 mm 0,5 mm 1 mm 2 mm 5 mm 10 mm 1 11796×10 4 1186×10 4 172×10 4 24×10 4 1,7×10 4 2464 1 2 2949×10 4 296×10 4 43×10 4 5,9×10 4 4371 616 8 3 1311×10 4 132×10 4 19×10 4 2,6×10 4 1942 273 27 4 737×10 4 74×10 4 11×10 4 1,5×10 4 1092 154 64 5 472×10 4 47×10 4 6,8×10 4 9556 698 98 125 Comparer les résultats de simulation de différents facteur d'agrandissement et déterminer la plage d'agrandissement réalisable grâce à des expériences indépendantes du facteur d'agrandissement. Étape 7 : Effectuer un calcul de simulation sur la granulométrie de la bille d'acier. Comme le montre la FIG. 4 , sur la base du modèle géométrique du broyeur à boulets, du modèle de billes d'acier et de particules de matériau, du modèle de limite périodique, de la diamètre de coupure des particules de matériau et du modèle gros grains de particules établis aux étapes 1 à 6, effectuer une recherche de simulation numérique de l’effet de broyage des particules de matériau dans le broyeur à boulets sous différentes granulométrie de billes d'acier . Étape 8 : Sélectionner la conception optimale en fonction des exigences des conditions de travail. Concevoir les exigences de granulométrie des billes d'acier du broyeur à boulets selon des besoins, en prenant le rendement du produit de broyage de ciment par unité de temps et la consommation d'énergie par unité de produit de ciment comme objectifs de réponse d'évaluation, ajuster la granulométrie des particules de matériau entrantes pour obtenir la conception optimale de la granulométrie des billes d'acier, l'influence des billes d'acier de différentes diamètre sur le rendement de broyage et la consommation d'énergie de broyage du broyeur à boulets, et obtenir en outre la coordination optimale du système combiné de granulométrie de billes d’acier et de granulométrie de matériau d’alimentation . Les modes de réalisation décrits ci-dessus ne sont que des descriptions des modes de réalisation préférés de la présente invention et n'ont pas pour but de limiter la portée de la présente invention ; sans s'écarter de l'esprit de la conception de la présente invention, les diverses déformations et améliorations apportées par les personnes ayant des compétences ordinaires dans le domaine du schéma technique de la présente invention entreront dans l’étendue de la protection déterminée par les revendications de la présente invention. Une méthode de simulation de la granulométrie de milieu de broyage d’un broyeur à boulets sur la théorie de l'empilement des particules, caractérisée en ce que comprenant les étapes suivantes : Étape 1 : Pour créer un modèle géométrique du broyeur à boulets, établissez un système de coordonnées de simulation numérique du broyeur à boulets ; Étape 2 : Sur la base du système de coordonnées de simulation numérique, effectuer une modélisation de simulation numérique à éléments discrets du milieu de broyage et des particules de matériau dans le broyeur à boulets pour obtenir des modèles de milieu de broyage et de particules de matériau ; Étape 3 : effectuer une modélisation des limites périodiques du broyeur à boulets, définir le diamètre de coupure des particules de matériau dans le modèle de simulation numérique à éléments discrets et obtenir le modèle de limite périodique ; Étape 4 : ajuster le diamètre de coupure des particules du matériau en fonction de la quantité de particules dans le modèle de simulation numérique à éléments discrets ; Étape 5 : comparer les résultats de simulation de différentes diamètres de coupure des particules pour déterminer l'intervalle de coupure réalisable pour la diamètres de coupure des particules de matériau ; Étape 6 : Effectuer une modélisation gros grains des particules du broyeur à boulets pour obtenir un modèle gros grains des particules et ajuster la largeur de la limite périodique ; Étape 7 : Effectuer un calcul de simulation numérique de l'effet de broyage des particules de matériau sous différentes granulométrie de milieu de broyage ; Étape 8 : ajuster la granulométrie des particules de matériau pour obtenir la conception de gradation du milieu broyage. La méthode de simulation de la granulométrie de milieu de broyage d’un broyeur à boulets sur la théorie de l'empilement des particules selon la revendication 1, caractérisée en ce que le système de coordonnées de simulation numérique dans la étape 1 est : En prenant le centre du cercle du côté circulaire d'un côté du corps du broyeur à boulets comme origine des coordonnées, la direction du centre du cercle pointant vers l'autre côté circulaire du corps du broyeur à boulets est la direction positive de l'axe y, et la direction opposée de la gravité est la direction positive de l'axe z, et la direction positive de l’axe x est déterminée selon la règle de la main droite du système de coordonnées. La méthode de simulation de la granulométrie de milieu de broyage d’un broyeur à boulets sur la théorie de l'empilement des particules selon la revendication 1, caractérisée en ce que le modèle de simulation numérique à éléments discrets dans l’étape 2 dépend des paramètres de la masse totale, de la densité et de la diamètre des particules respective du milieu de broyage et des particules de matériau. La méthode de simulation de la granulométrie de milieu de broyage d’un broyeur à boulets sur la théorie de l'empilement des particules selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans l’étape 3, le modèle de limite périodique supportes les particules dans le domaine de calcul qui quittent le broyeur à boulets dans la direction positive de l'axe y reviendront au broyeur à boulets dans le sens négatif de l'axe y, et les particules qui quittent le broyeur à boulets dans le sens négatif de l'axe y reviendront au broyeur à boulets dans la direction positive de l’axe y. La méthode de simulation de la granulométrie de milieu de broyage d’un broyeur à boulets sur la théorie de l'empilement des particules selon la revendication 1, caractérisée en ce que dans étape 3, la diamètre maximale des particules dans le broyeur à boulets est inférieure à 0,4 fois la largeur de la limite périodique. La méthode de simulation de la granulométrie de milieu de broyage d’un broyeur à boulets sur la théorie de l'empilement des particules selon la revendication 1, caractérisée en ce que dans l’étape 4, la diamètre de coupure des particules de matériau dans le modèle de simulation d’éléments discrets est augmentée de sorte que le nombre de particules dans le domaine de calcul du modélisation des limites périodiques est inférieur à une valeur prédéterminée. La méthode de simulation de la granulométrie de milieu de broyage d’un broyeur à boulets sur la théorie de l'empilement des particules selon la revendication 1, caractérisée en ce que dans l’étape 6, lors du calcul de l’interaction sur le modèle gros grains, le multiple d’accélération de la vitesse calculée est le cubique du facteur d’amplification du diamètre de coupure des particules de matériau dans le modèle de simulation d’éléments discrets. Le méthode de simulation de la granulométrie de milieu de broyage d’un broyeur à boulets sur la théorie de l'empilement des particules selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'étape 7 consiste à effectuer une recherche de simulation numérique sur l’effet de broyage des particules de matériau dans le broyeur à boulets sous différentes granulométrie de milieu de broyage sur la base du modèle géométrique du broyeur à boulets, les modèles de milieu de broyage et de particules de matériau, le modèle de limite périodique, le diamètre de coupure des particules de matériau, le modèle gros grains de particules. Le méthode de simulation de la granulométrie de milieu de broyage d’un broyeur à boulets sur la théorie de l'empilement des particules selon la revendication 1, caractérisée en ce que dans l'étape 8, différentes granulométrie de particules de matériau sont utilisées sur la base du rendement du produit de broyage de ciment par unité de temps et de la consommation d'énergie par unité de produit de ciment, pour obtenir la granulométrie optimale du chaque milieu d broyage.