CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

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金刚石刀头磨削铁矿石电耗的影响因素

丁彩志 庄世勇 宋磊博 邓勇 王寰宇 顾路

丁彩志, 庄世勇, 宋磊博, 邓勇, 王寰宇, 顾路. 金刚石刀头磨削铁矿石电耗的影响因素[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2025, 45(1): 75-85. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2024.0031
引用本文: 丁彩志, 庄世勇, 宋磊博, 邓勇, 王寰宇, 顾路. 金刚石刀头磨削铁矿石电耗的影响因素[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2025, 45(1): 75-85. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2024.0031
DING Caizhi, ZHUANG Shiyong, SONG Leibo, DENG Yong, WANG Huanyu, GU Lu. Influencing factors of power consumption in grinding iron ore with diamond cutter head[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2025, 45(1): 75-85. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2024.0031
Citation: DING Caizhi, ZHUANG Shiyong, SONG Leibo, DENG Yong, WANG Huanyu, GU Lu. Influencing factors of power consumption in grinding iron ore with diamond cutter head[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2025, 45(1): 75-85. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2024.0031

金刚石刀头磨削铁矿石电耗的影响因素

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2024.0031
基金项目: 辽宁省教育厅基本科研项目(LJKFZ20220281);本溪市科技创新课题研究项目(BKYH2304);辽宁科技学院大学生创新创业训练计划资助项目(202411430062)。
详细信息
    作者简介:

    通信作者:庄世勇,男,1969年生,副教授、硕士。主要研究方向:采矿设备、数字矿山和工程爆破。E-mail:418966927@qq.com

  • 中图分类号: TD42; TG74; TG58; TQ164

Influencing factors of power consumption in grinding iron ore with diamond cutter head

  • 摘要: 金刚石刀头磨削铁矿石的电耗是磨采机作业的核心指标,通过搭建实验台并采用2种金刚石圆锯片和2种磨轮对2种铁矿石样本进行磨削实验,得到不同刀头及磨削线速度、磨削厚度、磨削宽度、磨削移动速率等参数下的电耗实验数据,据此计算及分析磨削效率和电耗间的关系。结果表明:矿石1的磁性铁区、矿石2的石英区和磁性铁区额定电机电耗平均值分别为50.41、36.05和15.17 (kW·h)/ t,且添加铁片的锋利型刀头可有效降低铁矿石的磨削电耗;在一定范围内增加磨削宽度和金刚石磨轮直径,可提高磨削效率并降低电耗,且矿石的岩石特性对磨削电耗影响较大。此外,合适的金刚石刀头磨削方向有利于矿浆收集,并最大化地切向推压对切削力的增益效果。单次磨削移动距离Δs与磨削效率密切相关,且与金刚石切入深度Δh直接相关。在M1~M6 6个实验方案中Δs值范围分别为6.01~14.35、3.23~9.96、4.14~15.04、26.44~32.09、1.62~5.37和2.02~5.64 μm时调整Δs值,能够有效降低磨削电耗;且当M1~M6的Δs值分别为14.35、6.65、15.04、32.09、5.37和3.22 μm时,磨削电耗最低。但要确定最适用的Δs值,需综合考虑金刚石工具的尺寸结构、刀头性能、矿石的岩石特性、作业参数、刀头受力情况等因素,以找到其适应不同情况的合理取值范围。

     

  • 图  1  磨矿实验平台

    1—主电机;2—纵向移动驱动电机;3—纵向移动装置;4—横向移动装置;5—垂直升降装置;6—传动系统;7—喷水装置;8—矿浆收集槽;9—丝杠升降机顶紧装置;10—配重;11—金刚石磨轮;12—实验大块铁矿石

    Figure  1.  Mineral grinding experimental platform

    图  2  2种金刚石圆锯片

    Figure  2.  Two types of diamond circular saw blades

    图  3  2种金刚石磨轮

    Figure  3.  Two types of diamond grinding wheels

    图  4  2种大块铁矿石

    Figure  4.  Two types of bulk iron ores

    图  5  磨削效率、电机电耗柱状图

    Figure  5.  Bar chart of grinding efficiency and motor power consumption

    图  6  额定磨削效率、额定电机电耗柱状图

    Figure  6.  Bar chart of rated grinding efficiency and rated motor power consumption

    图  7  2种刀头磨削矿石1的表面对比

    Figure  7.  Surface comparison of two types of cutting heads for grinding ore 1

    图  8  金刚石刀头磨削矿石时的受力图

    Figure  8.  Force diagram of diamond blade during grinding ore

    图  9  金刚石刀头磨削矿石的过程

    Figure  9.  Process of grinding ore with diamond blade

    图  10  电机电耗E与Δs间的关系

    Figure  10.  Relationship between electric power consumptionE and Δs

    图  11  磨削电耗Eg与Δs间的关系

    Figure  11.  Relationship between Grinding power consumptionEg and Δs

    表  1  2种金刚石圆锯片参数

    Table  1.   Two types of diamond circular saw blade parameters

    类型 外径
    D1 / mm
    刀头宽
    w1 / mm
    刀头长
    L1 / mm
    刀头高
    H1 / mm
    刀头间距
    h1/ mm
    刀头数量
    n1 / 个
    锯片1 920 7.00 24.00 14.00 17.27 70
    锯片2 530 12.60 23.00 15.00 16.25 40
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    表  2  2种金刚石磨轮参数

    Table  2.   Two types of diamond grinding wheel parameters

    类型 外径
    D2 / mm
    刀头宽
    w2 / mm
    刀头长
    L2 / mm
    刀头高
    H2 / mm
    刀头间距
    h2 / mm
    刀头组数
    n2 / 组
    磨轮1 150 24.00 70.00 15.00 12.23 13
    磨轮2 150 10.00 70.00 8.00 6.82 28
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    表  3  4种金刚石工具刀头的主要质量指标

    Table  3.   Main quality indicators of four types of diamond tool cutting heads

    类型 金刚石
    类型
    金刚石粒度
    标记
    金刚石浓度
    C / %
    结合剂 洛氏硬度 /
    HRB
    锯片1 中南2140 40/45 40 铁基配方 90
    锯片2 中南2280 35/40 35 铜基配方 85
    磨轮1 中南2160 40/45 30 铁基配方 90
    磨轮2 中南2160 35/40 25 铁基配方 90
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    表  4  2种铁矿石特性对比

    Table  4.   Comparison of characteristics of two iron ores

    类型 矿石密度
    ρ/ (t·m−3)
    单轴
    抗压
    强度
    σ / MPa
    TFe
    平均
    品位
    ω1 / %
    mFe
    平均
    品位
    ω2 / %
    石英
    质量
    分数
    ω3 / %
    石英
    粒径
    d1 / mm
    矿石1 3.4 185.22~
    252.84
    30.05 50~60 0.06~0.41
    矿石2 2.9 136.90 18.70 8.58 20~35 0.40~1.30
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    表  5  6个实验方案典型实验数据

    Table  5.   Typical experimental data of six experimental schemes

    实验
    方案
    实验
    序号
    磨削线
    速度
    v l / (m·s−1)
    磨削
    厚度
    d / cm
    磨削
    宽度
    b / cm
    磨削移
    动速率
    vm / (cm·min−1)
    电机实际
    平均功率
    P / kW
    磨削效率
    Q / (t·h−1)
    电机电耗
    E / [(kW·h)·t−1]
    电机空
    载功率
    Pc / kW
    额定磨
    削效率
    Qmax / (t·h−1)
    额定电
    机电耗
    Emin / [(kW·h)·t−1]
    M1 1 23.11 1.40 0.70 225.6 5.91 0.045 112.30 3.00 0.186 69.12
    2 23.11 1.61 0.70 112.8 4.82 0.026 159.28 3.00 0.171 75.18
    3 23.11 1.85 0.70 225.6 7.05 0.060 101.38 3.00 0.177 72.80
    4 23.11 3.51 0.70 112.8 6.44 0.057 97.62 3.00 0.197 65.18
    平均 0.047 117.64   0.183 70.57
    M2 1 26.63 8.50 1.26 11.4 4.45 0.025 153.11 3.20 0.235 54.67
    2 26.63 8.80 1.26 22.7 5.56 0.051 92.80 3.20 0.257 50.07
    3 26.63 8.80 1.26 34.0 6.90 0.077 76.89 3.20 0.245 52.41
    4 26.63 12.00 1.26 11.3 4.85 0.035 119.25 3.20 0.249 51.57
    平均 0.047 110.51   0.247 52.18
    M3 1 28.26 3.00 7.30 22.6 8.37 0.101 71.04 3.00 0.226 56.97
    2 28.26 3.30 6.30 11.3 5.37 0.048 96.03 3.00 0.243 52.98
    3 28.26 4.00 6.30 33.8 9.37 0.174 46.21 3.00 0.327 39.27
    4 28.26 2.50 7.00 45.1 10.88 0.161 57.91 3.00 0.245 52.43
    平均 0.121 67.80   0.260 50.41
    M4 1 28.26 3.70 1.20 67.7 7.60 0.061 106.22 3.00 0.160 80.36
    2 28.26 3.20 1.20 90.2 8.08 0.071 98.00 3.00 0.167 77.02
    3 28.26 3.40 1.25 79.0 8.00 0.068 100.10 3.00 0.164 78.20
    4 28.26 3.50 1.30 68.0 7.90 0.063 107.26 3.00 0.155 83.16
    平均 0.066 102.89   0.161 79.68
    M5 1 28.26 4.50 6.50 11.4 5.16 0.058 76.22 3.50 0.402 31.98
    2 28.26 4.00 6.60 22.6 7.40 0.104 61.09 3.50 0.306 41.99
    3 28.26 2.50 5.50 13.5 4.53 0.032 120.20 3.50 0.361 35.65
    4 28.26 4.00 6.00 11.3 4.96 0.047 90.08 3.50 0.372 34.59
    平均 0.060 86.89   0.360 36.05
    M6 1 28.26 1.20 6.40 45.1 4.19 0.060 59.58 3.50 1.004 12.80
    2 28.26 1.20 6.40 56.6 4.62 0.076 52.35 3.50 0.777 16.55
    3 28.26 1.20 6.40 67.7 4.74 0.090 44.90 3.50 0.839 15.32
    4 28.26 1.20 6.40 79.0 5.01 0.106 40.67 3.50 0.804 15.99
    平均 0.083 49.38   0.856 15.17
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-02-21
  • 修回日期:  2024-05-13
  • 录用日期:  2024-05-16
  • 网络出版日期:  2025-03-24
  • 刊出日期:  2025-02-20

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