球磨机是用来破碎和研磨物料的通用设备,在矿山、冶金、化工、能源等重要的工业领域有着广泛的应用。然而在运行过程中球磨机能耗巨大,而且能量的利用率也很低,因此如何降低球磨机运行中的能耗、提高其能量利用率成为球磨工艺的研究热点。研磨介质形状、物料装填量、研磨介质装填量是影响球磨机运行效率的重要因素,本文采用离散单元法(DEM,Discrete Element Method)系统研究了上述因素对球磨机的影响,得到了不同研磨介质形状、物料填充率、研磨介质填充率下球磨机的运行特性。主要研究内容如下:(1)采用基于超椭球的非球形离散单元模型,研究了研磨介质形状对球磨机运行特性的影响。首先将模拟结果与实验数据对比,验证DEM模型的精确性。然后基于超椭球模型建立了三种圆柱形颗粒用以描述实际生产中的钢锻研磨介质,并对装载不同形状的研磨介质的球磨机工作过程进行模拟。结果表明球形研磨介质更适用于对物料的高能量撞击破碎,圆柱形研磨介质更适用于对物料的低能量、高频次研磨。(2)采用大规模离散单元数值分析,研究了矿用工业规模球磨机的装料量对其运行特性的影响。首先将模拟结果与实验数据对比,验证DEM模型的精确性。然后在研磨介质填充率不变的条件下,建立五组不同物料填充率的球磨机模型,在相同转速条件下进行模拟。研究结果表明,物料填充率过低会增高球磨机能耗,增大球磨机衬板磨损;物料填充率过高会减弱球磨机对物料的破碎能力。(3)采用离散单元法研究了研磨介质装填量对球磨机运行特性的影响,建立了研磨介质与衬板间的撞击与球磨机振动特征的关联关系。首先在物料填充率不变的条件下,建立了三组不同研磨介质填充率的球磨机模型,在相同转速条件下进行模拟。然后将作用于衬板上的碰撞能量与实验中的振动特征值相联系,探究了球磨机生产中振动和噪音产生机理。研究结果表明,研磨介质填充率过高会增大钢球及衬板消耗,过低会导致球磨机对物料破碎能力降低,钢球对球磨机衬板的高能量撞击是引起球磨机剧烈振动发声的主要原因。本文的研究结果对球磨机的最优化运行自动控制系统的设计与改进具有指导意义。