Maden transfer ekipmanlarının ayrık elemanlar yöntemi ile aşınma analizi
Wear analysis of mining transfer equipments by discrete element method
Yazar: İBRAHİM CAN DUMAN
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET İTİK
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Maden Mühendisliği ve Madencilik = Mining Engineering and Mining ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Kalibrasyon = Calibration

Özet:
Taneli malzemelerin parçacık akış problemleri, endüstride aşınma, tıkanıklık, darboğaz, taşma, dökülme ve toz oluşumu gibi sorunlara yol açabilir. Bu katı parçacık akış problemleri, ekipman ömrünün azalmasına neden olurken malzeme transferini de olumsuz yönde etkiler. Ayrık Elemanlar Yöntemi (DEM), dökme katıların akış davranışlarını tahmin etmek, hareketli sınırları kolayca modellemek, malzeme taşıma sistemlerini tasarlamak, analiz etmek ve iyileştirmek için sıklıkla kullanılan sayısal bir tekniktir. DEM simülasyonları ile, parçacık-yüzey etkileşimleri sonucu ortaya çıkabilecek problemlerin tahmin edilmesi ve bu etkilerin azaltılması mümkündür. Böylece tesis üretim kapasitesinde artış sağlanırken ekipman bakım onarım maliyetleri de düşürülür. Bir katı parçacık akış sisteminin davranışı, parçacık-parçacık ve parçacık-yüzey etkileşimlerine bağlıdır ve bu nedenle DEM girdi parametreleri DEM simülasyonları için kritik bir rol oynar. Bununla birlikte, herhangi bir DEM modelinin doğruluğu, bir kalibrasyon süreci ile belirlenen parametrelere atanan girdi değerlerine bağlıdır. Bu parametrelerin büyük bir kısmı akış analizi gerçekleştirilecek olan bakır cevherinin, çarpma, serbest düşme ve parçacık ile yüzey üzerindeki etkileşimlerin incelenmesi ile elde edilebilmektedir. Bu çalışmada, katı yığın halinde bulunan ve belirli aralıktaki parçacık boyutlarında dağılım gösteren bakır cevherinin maden transfer ekipmanları üzerindeki aşınma etkisi DEM simülasyonları ile incelenmiştir. DEM yazılımı olarak Rocky-DEM kullanılmıştır. DEM simülasyonlarının gerçekleştirilebilmesi için malzemenin parçacık-parçacık ve parçacık-yüzey etkileşim parametreleri belirlenmiştir. Bu kapsamda malzeme parametrelerinin belirlenmesi amacıyla eğik düzlem, geri sıçrama katsayısı, yığın ve düşme açısı, ağırlık düşürme ve aşınma deney ve kalibrasyon test düzenekleri tasarlanmış ve bu ekipmanlar üzerinde testler gerçekleştirilerek test ile simülasyon sonuçları karşılaştırılarak girdi parametreleri doğrulanmıştır.

Abstract:
Particle flow may cause issues like wear, blockage, bottleneck, overflow, dust and spillage in industries. These particle flow issues reduce the lifespan of equipments while having negative impact on the material transfer process. The Discrete Element Method (DEM) is a numerical technique which is often used to predict the flow behavior of bulk solids, to model dynamic boundaries with ease and to design, analyze and improve material handling systems. Together with DEM simulations, it is possible to predict the problems that may arise as a result of particle-surface interactions and reduce these effects. As a result of DEM simulations, capacities of the facilities can be increased while maintenance costs are reduced. The behavior of a solid particle flow system depends on particle-particle and particle-surface interactions, and therefore DEM input parameters play a critical role for DEM simulations. Beside, the accuracy of any DEM model depends on the input values assigned to the parameters determined by a calibration process. Most of the parameters can be obtained by examining the impact, free fall, and particle-on-surface interactions of copper ore which is going to be analyzed. In this study, the wear effect of copper ore, which is in the form of solid bulk and dispersed in a certain range of particle sizes, upon mining transfer equipment was investigated by DEM simulations. Rocky-DEM software is used for the DEM simulations. The particle-particle and particle-surface interaction parameters are determined in order to perform DEM simulations for the bulk copper material. In this context, inclined plane, restitution coefficient, angle of repose and the drawdown angle, drop weight and wear experiments and calibration test setups are designed for the purpose of determining the material parameters, and tests were carried out on these equipments. The input parameters were verified by comparing the experiments and simulation results.