Геометрично-параметричне моделювання формування зон сегрегації при штабелюванні залізорудної шихти

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15407/steelcast2026.01.008

Ключові слова:

шихта, агломерація, штабелювання, сегрегація, усереднення, параметричне моделювання, траєкторія

Анотація

Статтю присвячено геометрично-параметричному моделюванню процесу формування зон сегрегації під час штабелювання залізорудної шихти на складах усереднення агломераційних фабрик. Нерівномірний розподіл частинок за розмірами та густиною у штабелі є однією з основних причин коливань хімічного складу шихти, що негативно впливає на стабільність агломераційного процесу та якість готового агломерату. Метою роботи є встановлення аналітичної залежності між технологічними параметрами штабелювання та об’ємом зон сегрегації, які визначають ступінь однорідності складу шихти перед подачею на агломераційну машину. Для досягнення цієї мети застосовано методику поєднання геометричного аналізу та параметричного моделювання руху частинок шихти уздовж вільної поверхні штабеля з урахуванням кута природного укосу, висоти скидання матеріалу та швидкості подачі конвеєра. На основі аналітичного опису траєкторій ковзання частинок запропоновано узагальнену геометрично-параметричну залежність, що пов’язує об’єм зон сегрегації з основними технологічними факторами штабелювання. Коефіцієнти моделі визначено шляхом параметричного підбору за результатами моделювання, що відповідають промисловим умовам агломераційного виробництва. Отримані результати дозволили кількісно оцінити вплив кожного параметра на інтенсивність сегрегації та визначити раціональні режими формування штабеля. Встановлено, що одностороння схема укладання забезпечує зменшення довжини шляхів ковзання частинок і зниження об’єму зон сегрегації у 1,8—2 рази порівняно із симетричним укладанням. Запропонована модель може бути використана для інженерного прогнозування рівня неоднорідності шихти, оптимізації режимів штабелювання та підвищення стабільності агломераційного процесу без застосування ресурсоємних чисельних методів моделювання.

Завантажити

Дані для завантаження поки недоступні.

Біографії авторів

  • автор Р.М. Руденко, афіліація Дніпровський державний технічний університет (Кам’янське, Україна)

    аспірант кафедри металургії ім. проф. В.І. Логінова

  • автор Є.М. Сігарьов, афіліація Дніпровський державний технічний університет (Кам’янське, Україна)

    д-р техн. наук, професор, зав. кафедри металургії ім. проф. В.І. Логінова

  • автор М.Р. Руденко, афіліація Дніпровський державний технічний університет (Кам’янське, Україна)

    канд. техн. наук, доцент, доцент кафедри металургії ім. проф. В.І. Логінова

  • автор М.А. Кащеєв, афіліація Дніпровський державний технічний університет (Кам’янське, Україна)

    канд. техн. наук, доцент, доцент кафедри металургії ім. проф. В.І. Логінова

  • автор О.А. Чубіна, афіліація Дніпровський державний технічний університет (Кам’янське, Україна)

    канд. техн. наук, доцент, доцент кафедри металургії ім. проф. В.І. Логінова

Посилання

Ye, Z., Hilden, M. M., & Yahyaei, M. (2023). A 3D cellular automata ore stockpile model. Part 2: Simulation and industrial validation of dynamic discharging and trajectory segregation mechanisms. Minerals Engineering, 200, 108156. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2023.108156

Ye, Z., Hilden, M. M., & Yahyaei, M. (2022). A 3D cellular automata ore stockpile model. Part 1: Simulation of size segregation. Minerals Engineering, 187, 107816. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2022.107816

Ye, Z., Yahyaei, M., Hilden, M. M., & Powell, M. S. (2022). A laboratory-scale characterisation test for quantifying the size segregation of stockpiles. Minerals Engineering, 188, 107830. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2022.107830

Gray, J. M. N. T., & Thornton, A. R. (2005). A theory for particle size segregation in shallow granular free-surface flows. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 461, 1447-1473. https://doi.org/10.1098/rspa.2004.1420

Gray, J. M. N. T., & Chugunov, V. A. (2006). Particle-size segregation and diffusive remixing in shallow granular avalanches. Journal of Fluid Mechanics, 569, 365-398. https://doi.org/10.1017/S0022112006002977

Gray, J. M. N. T., & Ancey, C. (2009). Segregation, recirculation and deposition of coarse particles near two-dimensional avalanche fronts. Journal of Fluid Mechanics, 629, 387-423. https://doi.org/10.1017/S0022112009006466

Umbanhowar, P. B., Lueptow, R. M., & Ottino, J. M. (2019). Modeling segregation in granular flows. Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering, 10, 129-153. https://doi.org/10.1146/annurev-chembioeng-060718-030122

Fan, Y., Schlick, C. P., Umbanhowar, P. B., Ottino, J. M., & Lueptow, R. M. (2014). Modeling size segregation of granular materials: the roles of segregation, advection and diffusion. Journal of Fluid Mechanics, 741, 252-279. https://doi.org/10.1017/jfm.2013.680

Thornton, A. R., & Gray, J. M. N. T. (2008). Breaking size segregation waves and particle recirculation in granular avalanches. Journal of Fluid Mechanics, 596, 261-284. https://doi.org/10.1017/S0022112007009445

Zhang, D., Zhou, Z., & Pinson, D. (2017). DEM Simulation of Particle Stratification and Segregation in Stockpile Formation. EPJ Web of Conferences, 140, 15018. https://doi.org/10.1051/epjconf/201714015018

Gómez, R., Skrzypkowski, K., Moncada, M., Castro, R., & Lazo, R. (2022). Segregation Modeling in Stockpile Using Discrete Element Method. Applied Sciences, 12(23), 12449. https://doi.org/10.3390/app122312449

Robinson, G. K. (2004). How much would a blending stockpile reduce variation? Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 74(1), 121-133. https://doi.org/10.1016/j.chemolab.2004.03.010

Gama, E. M., Castro, M. H., Gomes, C., & Gama, F. (2014). Experimental Study of Stockpiles of Iron Ore Fines. Geomaterials, 4(1), 18-26. https://doi.org/10.4236/gm.2014.41003

Young, A. & Rogers, W. P. (2021). Modelling Large Heaped Fill Stockpiles Using FMS Data. Minerals, 11(6), 636. https://doi.org/10.3390/min11060636

Castro, M. H., Luz, J. A. M., & Milhomem, F. O. (2022). Cellular automaton-based simulation of bulk stacking and recovery. Journal of Materials Research and Technology, 16, 263-275. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.11.127

Zhou, G. G. D., Cui, K. F. E., Jing, L., Zhao, T., Song, D., & Huang, Yu. (2020). Particle Size Segregation in Granular Mass Flows With Different Ambient Fluids. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 125(10), e2020JB019536. https://doi.org/10.1029/2020JB019536

Qiu, P., & Pabst, T. (2024). Effect of construction method and bench height on particle size segregation during waste rock disposal. International Journal of Mining, Reclamation and Environment, 38(9), 677-700. https://doi.org/10.1080/17480930.2024.2337504

Gray, J. M. N. T., & Edwards, A. N. (2014). A depth-averaged µ(I)-rheology for shallow granular free-surface flows. Journal of Fluid Mechanics, 755, 503-534. https://doi.org/10.1017/jfm.2014.450

Gray, J. M. N. T. (2018). Particle Segregation in Dense Granular Flows. Annual Review of Fluid Mechanics, 50, 407-433. https://doi.org/10.1146/annurev-fluid-122316-045201

Завантаження

Опубліковано

31.03.2026

Номер

Розділ

РУДОТЕРМІЧНІ ПРОЦЕСИ

Схожі статті

1-10 з 86

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають