本项目使用的Itasca软件

项目简介

作为工业矿物特种材料全球领导者的法国IMERYS公司，其技术中心委托ITASCA法国分公司对回转窑进料过程中圆柱体粘土块的力学演变进行监测及分析。物料从干燥机通过多条传送带、斗式输送机、连续滑槽、流动管道和储料仓进入窑炉。

现场观察结果显示，干燥机出口处的物料块体尺寸均匀，符合最终产品生产工艺过程的最佳性能；但当物料进入窑炉时，尺寸分布却非常分散，从粉末到初始尺寸不等。由于注入材料的粒度分布对生产质量有直接影响，因此对该参数进行控制尤为重要。

本项目旨在通过分析可能导致高应力的不同过渡区域，从而分析块体物料尺寸演变的原因，并通过限制物料的破碎和磨损来优化这一工艺过程。

Itasca项目职能

ITASCA工程师在本项目中采用了离散元仿真技术，重点关注经现场观测所指出的关键区域——储料筒仓的卸料区，因为块状物料在此处经历了数米的自由落体。

在长时间的参数标定阶段中，ITASCA工程师对各个圆柱体（每个块体被分解为若干个子块体）的力学性能参数进行了标定：包括弹性特性参数、块体强度参数以及摩擦系数，这些参数通过简单的压缩试验和坡度试验进行标定，然后通过卡萨格兰德剪切箱试验（Casagrande shear box test）进行验证。随后，通过模拟圆柱体回弹试验（与使用高速摄像机的实验结果进行比较）来确定阻尼系数。

最后对筒仓的填充阶段进行模拟，研究下落高度及倒入筒仓的块体长度对块体破碎率的影响。

图1. 根据弹性模量和强度得到的破碎模型

项目结果

• 实验结果与数值模拟结果一致；
• 复杂的数值参数设置：需要更精确、系统的实验室特性测定来优化模型；
• 数值模拟结果显示，破碎过程并非发生于块体下落过程中，而是发生在撞击堆积物表面时；
• 下落高度的影响：下落高度越高，破碎块体的数量越多；
• 圆柱体长度的影响：圆柱体越长，破碎的可能性越大。

图2. 破碎块体的可视化结果：倾倒时破碎（红色）及在筒仓内破碎（绿色）

图3：筒仓充填高度对破碎块体的影响