Tài liệu Tính toán thiết kế máy nghiền con lăn đứng cho nhà máy đạm Ninh Bình

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: TS. NGUYỄN ĐẶNG BÌNH THÀNH MỤC L ỤC LỜI CẢM ƠN...................................................................................................................................3 LỜI MỞ ĐẦU...................................................................................................................................4 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH NGHIỀN..........................................................5 1.1 Các khái niệm cơ bản..............................................................................................................5 1.2 Tính chất vật lý........................................................................................................................6 1.2.1 Độ bền..............................................................................................................................6 1.2.2 Độ cứng...........................................................................................................................6 1.2.3 Độ giòn.............................................................................................................................7 1.2.4 Độ mài mòn....................................................................................................................7 1.2.5 Khối lượng riêng.............................................................................................................7 1.3 Các định luật nghiền [1, 8].....................................................................................................7 1.3.1. Định luật Nghiền bề mặt...............................................................................................7 1.3.2 Định luật Nghiền thể tích...............................................................................................9 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền [8].....................................................................12 1.4.1 Ảnh hưởng của cơ tính vật liệu....................................................................................12 1.4.2 Ảnh hưởng của độ ẩm đến qúa trình nghiền..............................................................12 1.4.3. Ảnh hưởng của tính bám dính....................................................................................13 1.4.4 Ảnh hưởng của độ cứng...............................................................................................13 1.4.5 Ảnh hưởng của hình dáng và kích thước vật liệu.......................................................13 1.5 Các loại máy nghiền [1, 8 ]....................................................................................................13 1.5.1 Máy nghiền bi...............................................................................................................13 1.5.2 Máy nghiền trục [8]......................................................................................................19 1.5.3 Máy nghiền xa luân [8].................................................................................................21 1.5.4 Máy nghiền đứng bánh lăn [1,8]..................................................................................24 1.6. Lựa chọn máy nghiền thích hợp...........................................................................................30 CHƯƠNG 2: TÍNH CÔNG NGHỆ MÁY NGHIỀN CON LĂN....................................................33 2.1 Thông số ban đầu..................................................................................................................33 2.2 Tính toán đường kính bánh nghiền........................................................................................33 trang 1 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: TS. NGUYỄN ĐẶNG BÌNH THÀNH 2.3 Tính toán đường kính mâm nghiền và bề dày bánh nghiền...................................................35 2.3.1 Tính toán bề dày bánh nghiền.....................................................................................35 2.3.2 Tính toán trọng lượng bánh nghiền............................................................................36 2.3.3 Tính toán mâm nghiền.................................................................................................36 2.4 Tính toán số vòng quay của mâm nghiền..............................................................................36 2.5 Lực nén bánh nghiền.............................................................................................................38 2.6 Tính toán công suất dẫn động................................................................................................40 2.6.1 Công suất cần thiết để khắc phục lực cản khi bánh nghiền lăn trên lớp vật liệu.....40 2.6.2 Công suất cần thiết để khắc phục lực ma sát xảy ra khi có hiện trượng trượt........41 2.6.3 Công suất khắc phục ma sát ở trục lắp bánh nghiền.................................................42 2.7 Tính toán năng suất máy nghiền............................................................................................43 2.8 Tính toán lưu lượng khí.........................................................................................................44 2.8.1 Tính toán lưu lượng khí tại vành phun.......................................................................45 2.8.2Kiểm nghiệm điều kiện vận chuyển vật liệu của dòng khí..........................................46 2.8.3 Kiểm tra lưu lượng gió để đảm bảo mật độ hỗn hợp khí bụi ở đầu ra.....................47 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ..............................................................................................48 3.1 Tính toán tỉ số truyền hộp giảm tốc.......................................................................................48 3.1.1 Phân bố tỉ số truyền......................................................................................................48 3.1.2 Tính tốc độ, công suất và momen xoắn của các trục..................................................48 3.2 Chọn động cơ dẫn động.........................................................................................................49 3.3 Tính toán bề dày vỏ máy nghiền............................................................................................49 3.3.1 Vật liệu chế tạo.............................................................................................................49 3.3.2 Tính bề dày thân máy nghiền......................................................................................49 3.4 Tính lựa chọn một số chi tiết chính.......................................................................................52 3.4.1 Tính bền bánh nghiền...................................................................................................52 3.4.2 Cụm mâm nghiền.........................................................................................................55 3.5 Lựa chọn hệ thống thủy lực nâng hạ bánh nghiền.................................................................56 TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................................57 trang 2 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: TS. NGUYỄN ĐẶNG BÌNH THÀNH LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy TS. Nguyễn Đặng Bình Thành đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án này. Thầy đã nhiệt tình hướng dẫn các bước tính toán, cung cấp tài liệu tham khảo, sửa lỗi cho em. Do kiến thức và kinh nghiệm có hạn nên đồ án tính toán máy nghiền con lăn này của em còn nhiều thiếu sót, rất mong được thầy cô xem xét và góp ý. Em xin chân thành cảm ơn! trang 3 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: TS. NGUYỄN ĐẶNG BÌNH THÀNH LỜI MỞ ĐẦU Hệ thộng khí hóa than Shell là trái tim của nhà máy đạm Ninh Bình. Với công nghệ này, nhà máy góp phần không nhỏ vào việc gia tăng hiệu quả và tiết kiệm nguồn tài nguyên than, tiết kiệm năng lượng cũng như giảm thiểu phát thải gây ô nhiễm môi trường; cung cấp cho nhu cầu xuất khẩu, tiêu thụ trong nước các mặt hàng phân bón, hóa chất có chất lượng cao. Khí hóa than là phương pháp toàn diện và sạch nhất để chuyển hóa than, nguồn nguyên liệu rẻ và sẵn có ở nhiều nơi trên thế giới thành các nguyên liệu hóa chất quan trọng, các dạng năng lượng như nhiệt năng, điện năng.Vì vậy yêu cầu về than nguyên liệu vào lò khí hóa là rất cao. Than dùng là than cám 4A phải đạt đủ yêu cầu chất lượng về kích thước hạt, độ đồng đều, độ ẩm… Vậy để đạt được chất lượng than như yêu cầu, công đoạn nghiền than cực kỳ quan trọng, nó quyết định đến chất lượng của than. Và máy nghiền con lăn đã được sử dụng để nghiền than trong công đoạn này. Chính vì vậy thầy TS. Nguyễn Đặng Bình Thành đã hướng dẫn em làm đồ án tính toán máy nghiền con lăn ở nhà máy Đạm Ninh Bình. trang 4 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: TS. NGUYỄN ĐẶNG BÌNH THÀNH CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH NGHIỀN 1.1 Các khái niệm cơ bản Nghiền là một quá trình bao gồm một hoặc nhiều công đoạn nhờ ngoại lực tác dụng vaò để phá vỡ nội lực liên kết giữa các phần tử của nó, nhằm làm giảm các kích thước của vật liệu ban đầu cần nghiền đến kích thước yêu cầu. Có nhiều phương pháp giảm kích thước khác nhau song phổ biến hơn cả là quá trình nghiền cơ học. Các công cụ để thực hiện qúa trình nghiền gọi là các máy nghiền. Sản phẩm nghiền đa dạng, nó có thể là một nhóm có kích thước hạt gần giống nhau như nhóm đá dăm sử dụng trong xây dựng, nó cũng có thể phải đáp ứng cả tiêu chuẩn về độ hạt và sự phân bố của nó trong sản phẩm như nghiền liệu,nghiền than trong công nghệ khí hóa, nghiền cliker trong công nghiệp xi măng… Đặc trưng cho công đoạn nghiền là mức độ nghiền ( hay còn goị là tỉ số nghiền ) i Mức độ nghiền i : Là tỉ số giữa kích thước lớn nhất của cục vật liệu trước khi nghiền (Dmax) với kích thước lớn nhất của cục vật liệu sau khi nghiền (dmax), ký hiệu là i: i= Dmax d max (1.1) Thông thường i = 3 ÷ 3000 và có thể lớn hơn. Khi dùng kích thước trung bình của cục vật liệu trước khi nghiền (Dtb) và sau khi nghiền (dtb) thì ta có mức độ nghiền chính xác hơn: i= Dtb d tb (1.2) Tùy theo kích thước của sản phẩm có thể phân quá trình nghiền thành quá trình nghiền thô với sản phẩm có dạng hạt và nghiệt bột ( nghiền mịn ). Nghiền thô được phân thành : trang 5 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: TS. NGUYỄN ĐẶNG BÌNH THÀNH - Nghiền thô to : có kích thước hạt trong khoảng (125mm – 250 mm) - Nghiền thô vừa : có kích thước hạt trong khoảng ( 20 mm – 125mm) - Nghiền nhỏ : có kích thước hạt trong khoảng (3 mm – 20mm) Nghiền mịn được phân thành : - Nghiền bột thô : có kích thước hạt : (0,3 mm – 3 mm) - Nghiền bột mịn : có kích thước hạt (0,1 mm – 0,05mm) - Nghiền bột siêu mịn : có kích thước hạt (5.10-3 mm – 10.10-3 mm ) Với cách phân loại trên dễ thấy rằng quá trình nghiền nói chung và quá trình nghiền mịn nó riêng là quá trình rất phổ biến trong công nghiệp hiện nay. 1.2 Tính chất vật lý Tính chất cơ bản của vật liệu nghiền thường gặp trong sản xuất nguyên vật liệu trong công nghiệp đó là : độ bền, độ cứng, độ giòn, độ mài mòn, khối lượng riêng, môdun đàn hồi và độ hạt… 1.2.1 Độ bền Độ bền là tính chất đặc trưng cho khả năng chống lại sự phá hủy của vật liêụ dưới tác dụng của ngoại lực. Độ bền của vật liệu lại chia thành độ bền nén, độ bền uốn, độ bền kéo….. Trong công nghệ nghiền thì độ bền nén thường là đại lượng đặc trưng cho tính chất của vật liệu. Theo đó vật liệu được chia thành : - Vật liệu có độ bền nén thấp : σn ≤ 10 MN /m2 . - Vật liệu có độ bền nén trung bình : : σn = (10 – 50 ) MN /m2 . - Vật liệu có độ bền nén cao : σn = (350 – 450 ) MN /m2 . 1.2.2 Độ cứng Độ cứng của vật liệu là tính chất đặc trưng cho khả năng chống lại sự biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực. Dựa vào độ cứng có thể phân loại vật liệu theo các loại sau : - Vật liệu mềm : có cấp độ cứng từ 1 – 4 ( cọ xước được bằng tay ) - Vật liệu trung bình : có cấp độ cứng từ 5 – 8 ( cọ xước được bằng dao, kính ) - Vật liệu cứng : có độ cứng từ 9 – 10 ( cắt được kính ) trang 6 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: TS. NGUYỄN ĐẶNG BÌNH THÀNH Độ cứng là một tính chất quan trọng của vật liệu và có ảnh hưởng lớn đến lực tác dụng khi nghiền cũng như lựa chọn máy nghiền, tuy nhiên nó không thể dùng để đánh giá khả năng nghiền của vật liệu. 1.2.3 Độ giòn Độ giòn của vật liệu chính là tính chất đặc trưng cho khả năng vật liệu bị phá hủy ( không còn có biến dạng dẻo ) dưới tác dụng của các tác động cơ học. Ngược lại với độ giòn là độ dẻo. Vật liệu có độ giòn cao thường có tính nghiền tốt, vật liệu càng dẻo việc nghiền nhỏ nó càng khó. 1.2.4 Độ mài mòn Độ mài mòn là tính chất đặc trưng cho mài mòn bộ công tác của vật liệu cần nghiền. Đại lượng đặc trưng cao độ mài mòn là tỷ số giữa lượng vật liệu bị mài mòn các bộ công tác trên một tấn sản phẩm nghiền, được gọi là chỉ số hao mòn I (gam/ tấn ). 1.2.5 Khối lượng riêng Khối lượng riêng cảu vật liệu nghiền nằm trong phạm vi khá rộng. Khối lượng riêng càng lớn, khả năng chịu tác dụng của tải trọng càng tăng, và do đó tính nghiền của vật liệu thay đổi theo. 1.3 Các định luật nghiền [1, 8] Quá trình nghiền liệu nói chung cũng là một quá trình phá hủy liên kết giữa các phần tử của vật liệu nghiền để tạo một quá trình phá hủy liên kết giữa các phần tử của vật liệu nghiền để tạo ra các sản phẩm nghiền có kích thước nhỏ hơn kích thước ban đầu. Đã có nhiều tác giả nghiên cứu các cơ chế phá hủy vật liệu cũng như năng lượng tiêu hao cho nó, tuy vậy cho đến nay vẫn còn nhiều ý kiến chưa thống nhất , thậm chí còn trái ngược nhau. Dưới đây là một số quan điểm về vấn đề này : 1.3.1. Định luật Nghiền bề mặt Do giáo sư Rittinger nêu ra năm 1867, phát biểu như sau: “Công cần thiết để nghiền vật liệu tỉ lệ với diện tích bề mặt mới tạo thành của vật liệu trong quá trình nghiền ”. A  KF Trong đó : (1.3) K: hệ số tỉ lệ trang 7 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: TS. NGUYỄN ĐẶNG BÌNH THÀNH F: diện tích bề mặt được gia tăng. Giả thiết viên đá đem nghiền là khối lập phương có cạnh bằng 1 và năng lượng (công) cần để tách vỡ nó theo một mặt là A. Vậy khi nghiền viên đá đó với mức độ nghiền i = 2, nghĩa là viên đá sản phẩm có các cạnh bằng ½ viên đá ban đầu. Cần phải dùng ba mặt phẳng tách vỡ (hình 1.6), do đó công tiêu hao là 3A; số viên đá thu được là 23 = 8. Tương tự, nếu mức độ nghiền là i = 3 , cần 6 mặt tách và số công tiêu hao là 6A, số viên đá thu được là 33 =27. Tổng quát, nếu mức độ nghiền là i = i n cần 3(i n – 1) mặt tách vỡ, trị số công nghiền sẽ là An = 3A(i n – 1). Cũng vậy nếu i = i m, công nghiền sẽ là A m = 3A(i m – 1) An i n  1  Am i m  1 Do vậy ta có: (1.4) An i n  Am i m Khi mức độ nghiền lớn, có thể viết : Nếu các viên đá đem nghiền có kích thước như nhau và bằng D thì im  D dm Ta có : in d m  im d n =>> An i n d m   Am i m d n in  D dn và (1.5) Công tiêu hao để nghiền tỉ lệ thuận với độ nghiền và tỉ lệ nghịch với kích thước sản phẩm nghiền. Một viên đá hình lập phương cạnh D (mm) có diện tích bề mặt là 6D 2. Khi i  nghiền khối đá đó đến kích thước d thì mức độ nghiền D d và số viên sản phẩm là i3 (hình lập phương) Do diện tích bề mặt của mỗi viên sản phẩm hình lập phương là 6d 2 nên diện tích bề mặt được gia tăng là : F = 6d2 . i3 – 6D2 = 6D2(i-1) (1.6) Công để nghiền một viên đá D : A = K.F = 6KD2(i2 -1 ) (1.7) trang 8 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Hay : GVHD: TS. NGUYỄN ĐẶNG BÌNH THÀNH A = K1D2(i -1) (1.8) Q Nếu nghiền Q (kg) viên đá hay  (m3) (  = kg/m3 là khối lượng thể tích ) và coi Q 3 kích thước trung bình của các viên đá là Dtk thì số viên đá đem nghiền sẽ là .Dtk Do công để nghiền một viên bằng A K .6.Dtk2 .(i  1). A K R . i  1.Q Dtk KR  Ở đây : Q K .6.(i  1)Q  3 Dtk .Dtk K .6  (1.9) (1.10) Trong công thức trên có nhiều thông số phản ánh quá trình nghiền, song khó xác định hệ số KR nên ý nghĩa thực tế của công thức bị giảm thấp. 1.3.2 Định luật Nghiền thể tích Định luật nghiền thể tích hay còn gọi là định luật nghiền F. Kick, do GS. Ph. KiK và V.L.Kipishep thiết lập trên cơ sở nghiên cứu sự phá hủy vật liệu nghiền bằng lực nén. Khi tăng tải trọng nén, ứng suất tăng và do đó biến dạng của vật liệu tăng. Khi ứng suất vượt quá giới hạn bền vật liệu sẽ bị phá hủy. Như vậy sự phá hủy của vật liệu nghiền được giả thuyết phù hợp với lý thuyết đàn hồi. Trên cơ sở này, thuyết nghiền thể tích được viết như sau : A = k3.ΔV (1.11) Trong đó : A – công tiêu hoa cho quá trình nghiền (J) k3 – hệ số tỷ lệ ΔV – biến dạng thể tích của hạt vật liệu nghiền (m 3 ) Như vậy, năng lượng tiêu hoa cho quá trình nghiền tỉ lệ với độ giảm thể tích của viên vật liệu. Theo định luatạ Hook biến dạng của hạt vật liệu Δl khi nén được xác đinh như sau : Δl = Pl EF (m) (1.12) Với : Δl – biến dạng dài của hạt vật liệu (m) P – lực nén ( N) trang 9 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: TS. NGUYỄN ĐẶNG BÌNH THÀNH l – Chiều dài ban đầu của hạt vật liệu (m) F – Diện tích tiết diện ngang (m2 ) E – moondun đàn hôì (N/m2) Hình 1.1. Hình minh họa Khi đó công tiêu hoa cho quá trình dạng là : A= P . Δl (J) 2 (1.13) trang 10 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH Hay A = 2 P.l 2. E . F GVHD: TS. NGUYỄN ĐẶNG BÌNH THÀNH (J) (1.14) Từ quan hệ : σn = P/F (N/m2) suy ra : P = σ.F (N) Ta có A = 2 2 σ .l . F σ .V = = k. V 2. E 2. E Trong đó : k= (1.15) (1.16) σ2 - hệ số tỷ lệ 2. E V- thể tích ban đầu của vật biến dạng. Từ trên ta thấy năng lượng tiêu hao để thay đổi cấu trúc của hai vật nghiền như nhau và có hình dạng tương tự nhau có thể viết như sau : A 1 V 1 m! = = A 2 V 2 m2 (1.17) Trong đó : - V1, V2 : thể tích của vật nghiền. - m1, m2 : khối lượng vật nghiền. - A1, A2 : công nghiền tiêu hao tương ứng. Giả sử vật nghiền có kích thước cạnh là li khi nghiền có biến dạng tương ứng là Δli Khi đó công nghiền cho vật nghiền i được viết dưới dạng : Ai = P. Δli Hay A 1 P1 . Δl1 = A 2 P2 . Δl2 = V1 V2 = (1.18) 3 l1 3 l2 2 P 1 l1 Suy ra : = 2 P 2 l2 Như vậy công nghiền tỷ lệ với thể tích vật nghiền còn lực nghiền lại tỷ lệ với diện tích tiết diện ngang của hạt vật liệu nghiền. Giả sử vật nghiền và sản phẩm có dạng lập phương có cạnh là D và sản phẩm cạnh là d . Một cách tổng quát có thể viết công A nghiền như sau : A = k.D3 (1.19) Trong đó : k là hệ số tỷ lệ. trang 11 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: TS. NGUYỄN ĐẶNG BÌNH THÀNH 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền [8] 1.4.1 Ảnh hưởng của cơ tính vật liệu Nghiền là qúa trình giảm kích thước vật liệu từ kichs thước ban đầu đến kích thươc mong muốn dưới tác động cơ học. Nói khác đi nó cũng là một quá trình làm tăng diện tích bề mặt của vật liệu. Trong quá trình nghiền lực tác dụng phải đủ lớn để tạo ra được ứng suất phá hủy vật liệu. Ứng suất này một mặt phụ thuộc vào thông số của máy nghiền như tác dụng, công suất máy, loại máy… Mặt khác phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu, độ mịn của sản phẩm.. Nói một cách đơn giản hóa, quá trình phá hủy vật liệu tuân theo đinhj luạt Hook : σ = E.ɛ (1.27) trong đó : σ - ứng suất. E – hệ số tỷ lệ hay còn gọi là mô đun đàn hồi. ɛ - Hệ số biến dạng. Khi hệ số E lớn dù biến dạng ɛ là rất nhỏ đã xuất hiện ứng suất khá lớn nghĩa là vật liệu gần như không biến dạng đã có thể xảy ra quá trình phá hủy, nói khá đi đây chính là trường hợp nghiền vật liệu dòn. Khi E nhỏ, vật liệu sẽ xảy ra biến dạng lớn khi ứng suất không lớn. Đây chính là trường hợp nghiền vật liệu có tính đàn hồi cao. 1.4.2 Ảnh hưởng của độ ẩm đến qúa trình nghiền Độ ẩm là thông số vật lý của vật liệu nghiền có ảnh hưởng rất lớn tới hiệu quả nghiền, nhất là năng lượng tiêu hao cho quá trình nghiền. Độ ẩm còn là một trong những nguyên nhân gây vón hạt vật liệu có kích thước nhỏ là vật liệu dạng bột. Điều này tạo khả năng dính bám của vật liệu vào bộ phận nghiền, gây khó khăn cho việc phân ly và do đó làm giảm nhanh năng suất nghiền của thiết bị. Chính vì lý do này mà khi nghiền liệu hoặc là chọn phương pháp ướt hoặc là chọn phương pháp khô. Trong trường hợp sản phẩm nghiền cần có dạng bột thì việc sấy khô vật liệu trước khi nghiền sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn là việc sấy khô sản phẩm sau khi nghiền. Việc tăng độ ẩm sẽ làm tăng năng lượng nghiền, đây chính là lý do cần phải sấy vật liệu nghiền để giảm bớt năng lượng. trang 12 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: TS. NGUYỄN ĐẶNG BÌNH THÀNH 1.4.3. Ảnh hưởng của tính bám dính Tính bám dính của vật liệu thể hiện khả năng bám dính của chúng vào các vật nghiền ( bi, đạn, bánh nghiền, mâm nghiền, trục nghiền…) cũng như khả năng tạo thành thành mỏng khi có độ mịn nhỏ. Do tính chất này, khi nghiền ( kể cả trạng thái khô) một mặt vật liệu sẽ bám dính vào vật thể nghiền làm giảm khả năng nghiền, mặt khác chúng tạo ra khả năng vón hạt vật liệu dẫn đến quá trình phân ly xảy ra không hoàn toàn, làm giảm đáng kể năng suất nghiền, nhất là khi vật liêụ cần nghiền có độ ẩm lớn. 1.4.4 Ảnh hưởng của độ cứng Độ cứng của vật liệu liên quan mật thiết tới tính mài mòn vật thể nghiền khi máy làm việc. Do tính không đồng nhất của vật liệu trong giai đoạn đầu các hạt mềm hơn trong hỗn hợp bị nghiền do đó mật độ các hạt cứng còn lại tăng lên làm tăng khả năng mài mòn vật thể nghiền. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng do tính không đồng nhất của vật liệu, nên các hạt cứng là một trong nhiều nguyên nhân cơ bản gây rung động có hại cho các máy nghiền hoạt động theo nguyên lý uốn vỡ, xiết vỡ và ép vỡ vật liệu. Để tránh gây mòn quá nhanh cho chi tiết máy hoặc vật nghiền và đưa đến chất lượng và hiệu quả nghiền giảm, phải tìm cách đưa các hạt cứng hoặc định kỳ hoặc liên tục ra ngoài. Vì lý do này mà khi nghiền liệu nên hạn chế kích thước tối đa của vật liệu cứng. Kích thước này thường không lớn hơn 20 mm. 1.4.5 Ảnh hưởng của hình dáng và kích thước vật liệu Cấu trúc hình dáng hình học, kích thước vật liệu có ảnh hưởng lớn đến chất lượng và hiệu quả nghiền. Về bản chất quá trình nghiền là quá trình chia nhỏ kích thước một cách ngẫu nhiên và đa chiều, do vậy hạt kích thước các cạnh như nhau hoặc các hạt đều nhau dễ dàng phân chia hơn so với các hạt với kích thước các cạnh có sự chênh lệch lớn ( như dạng đĩa phẳng, dạng que…). trang 13 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: TS. NGUYỄN ĐẶNG BÌNH THÀNH 1.5 Các loại máy nghiền [1, 8 ] 1.5.1 Máy nghiền bi Máy nghiền bi là loại máy nghiền mà bên trong có chứa hỗn hợp gồm cả vật liệu cần nghiền và vật nghiền trong buồng nghiền . Máy nghiền bi được hoạt động dựa theo nguyên lý nghiền bề mặt. Máy nghiền bi gồm một thùng rỗng 1, hai đầu thùng có hai đáy 2 và 3, ở tâm hai đáy có cổ trục rỗng 4 và 5. Các cổ trục được đặt trên hai gối và thùng được quay xung quanh trục nằm ngang. Hình 1.2. Sơ đồ cấu tạo nguyên lý máy nghiền bi [1] 1 – Thân thùng 2,3 – Đáy thùng 4,5 – Cổ trục rỗng Khi làm việc vỏ máy quay, một số vật nghiền vừa quay cùng vỏ đồng thời vừa quay cùng trục của chính nó, tạo nên chuyển động tương đối với vật liệu, nhờ vậy mà vật liệu được nghiền nhỏ do bị ép và miết vỡ. Đồng thời, nhờ lực ma sát với vỏ máy và lực ly tâm, một số vật nghiền khác được nâng lên đến độ cao nhất định và rơi xuống để nghiền nhỏ vật liệu. Như vậy máy nghiền bi ,vật liệu nghiền chủ yếu do đập vỡ ( bi đập vào vật liệu khi rơi từ trên cao xuống, vật liệu đập vào nhau, vật liệu tự đập vỡ do đập vào các thành tang nghiền thùng nghiền ) và mài vỡ khi các viên vật liệu cọ xát vào nhau trong quá trình chuyển động trong thùng nghiền. trang 14 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: TS. NGUYỄN ĐẶNG BÌNH THÀNH Hình 1.3. Quỹ đạo rơi của bi nghiền.[8] Máy nghiền bi thường được sử dụng rộng rãi vào các ngành nghiệp sản xuất như xi măng, sản phẩm si-li-cát, vật liệu xây dựng kiểu mới, vật liệu chịu lửa, phân hóa học, chọn quặng kim loại màu và đen,sản xuất thủy tinh, gốm sứ.... vv, nghiền các loại quặng sắt và vật liệu đươc nghiền với kiểu khô hoặc kiểu ướt. Các máy nghiền bi có thể làm việc theo chu trình kín hoặc hở, có thể nghiền khô hoặc nghiền ướt. Kích thước vật liệu cho vào máy khoảng 25-70 mm. Mức độ nghiền có thể đạt 50-100. Sản phẩm từ máy nghiền đi ra thường ở dạng bột có kích thước hạt nhỏ hơn 0,1mm. - Ưu điểm: Máy có năng suất cao, sản phẩm rất mịn, có thể vừa nghiền vừa sấy vật liệu, cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng, an toàn, có thể điều chỉnh mức độ đập nghiền. - Nhược điểm: Tiêu thụ nhiều năng lượng, kích thước máy lớn, cồng kềnh và khi làm việc ồn. Máy nghiền bi được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau :  Theo tỉ lệ giữa chiều dài buồng nghiền L và đường kính D thì có thể phân ra làm : - Khi L/D ≤ 2 : máy nghiền bi dạng tang - Khi L/D = 2÷6 : Máy nghiền bi dạng ống.  Theo phương pháp nghiền có hai loại: - Nghiền khô - Nghiền ướt trang 15 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: TS. NGUYỄN ĐẶNG BÌNH THÀNH  Theo phương pháp nạp và xả liệu ta thường phân thành : - Máy nghiền xả và nạp liệu ở một cửa - Máy nghiền nạp vào một của và xả ra theo chu kỳ - Máy nghiền nạp vả xả liệu qua hai cửa nằm ở cổ trục - Máy nghiền nạp vào ở hai cổ trục và xả ở trung tâm.  Theo chế độ làm việc - Máy nghiền bi làm việc gián đoạn - Máy nghiền bi làm việc bán liên tục - Máy nghiền bi làm việc liên tục  Theo kết cấu máy nghiền có : - Maý nghiền bi hình trụ một buồng nghiền - Máy nghiền bi hình trụ hai buồng nghiền - Máy nghiền bi hình trụ nhiều buồng nghiền - Máy nghiền bi hình nón Trong thực tế thì người ta thường kết hợp nhiều yếu tố để phân loại máy nghiền như : 1.5.1.1 Máy nghiền bi thùng ngắn làm việc liên tục [1] Hình 1.4 : Máy nghiền bi thùng ngắn làm việc liên tục.[1] 1 – cổ trục rỗng ; 2 – gối đỡ ; 3 - Thùng ; 4 – Hệ truyền động ; 5 – Cửa ; 6 – Cổ trục phía nạp liệu ; 7- Vật nghiền. trang 16 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: TS. NGUYỄN ĐẶNG BÌNH THÀNH Máy nghiền bi thùng ngắn khi tỉ số chiều dài với đường kính L D < 2. Máy gồm có thân thùng 3 ghép với đáy bằng bulông, mặt trong của thân thùng và đáy được lắp các tấm lót làm bằng thép mangan để chịu mài mòn. Các cổ trục 1, 6 được đặt trên 2 gối đỡ, thùng được quay xung quanh trục nằm ngang. Vật liệu vào máy qua cổ trục rỗng 6 và sản phẩm đi ra theo cổ trục rỗng 1. Ở đây của 5 dùng để nạp vật nghiền vào thùng và để sửa chữa bên trong thùng. Vật liệu đem nghiền và vật nghiền được cho vào bên trong thùng qua cửa nạp theo tỉ lệ đã xác định. Bộ truyền động làm việc thì thùng quay và xảy ra sự nghiền vật liệu do va đập, chà xát và ép. Sự chuyển động của vật liệu dọc theo thùng khi thùng quay là do có độ chênh lệch mức vật liệu ở đầu vào và đầu ra. 1.5.1.2 Máy nghiền bi thùng dài nhiều ngăn làm việc liên tục [1] Hình 1.5 : Máy nghiền bi thùng dài nhiều ngăn. [1] 1- Bệ đỡ ; 2- cổ trục phía nạp liệu ; 3- thân thùng; 4- cửa ; 5 ,6 – các tấm ngăn ; 7- cổ trục phía tháo liệu ; 8- vật nghiền ; 9 – bắng răng chuyển động. Máy nghiền bi thùng dài có tỉ lệ chiều dài và đường kính thùng L/D= 2 ÷ 5. Thân thùng được làm bằng thép có dạng hình trụ, trong thùng được chia ngăn bằng các tấm ngăn ( hay còn gọi là vách ngăn ). Trên mỗi ngăn có một cửa 4 để cho vào hoặc lấy ra các viên bi nghiền ( vật nghiền ). trang 17 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: TS. NGUYỄN ĐẶNG BÌNH THÀNH Mỗi một ngăn có chứa các viên bi nghiền có kích thước khác nhau, ngăn ở phía nạp liệu thì có kích thước lớn nhất và ở ngăn cuối cùng thì có kích thước bé nhất và thường có dạng hình trụ. Hai đầu thùng có 2 đáy được đúc liền với cổ trục rỗng. Mặt trong của thùng và hai đáy được lót bằng các tấm lót. Đáy được liên kết chặt với thùng bằng các bulông. Truyền động cho máy có thể dùng cặp bánh răng vòng hoặc truyền động ở tâm. Truyền động ở tâm thì máy làm việc êm hơn và có thể bố trí phần truyền động tách riêng để tránh bụi bẩn. Ưu điểm của máy nghiền bi nhiều ngăn là đạt được độ mịn cao, năng suất lớn, năng lượng tiêu hao nhỏ Nhược điểm là máy cấu tạo cồng kềnh, trọng lượng và kích thước lớn. 1.5.1.3 Máy nghiền bi đỡ liệu qua vỏ tang nghiền [8] Các loại máy này dùng để nghiền bột thạch cao, đất sét, đá vôi và một số vật liệu khác. Cấu tạo chung của máy. Hình 1.6. Máy nghiền bi dỡ liệu qua vỏ tang Vật liệu qua cửa nạp (1) vào tang nghiền (3), tang nghiền lắp trên trục (2), tất cả đặt trên ổ (4). trang 18 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: TS. NGUYỄN ĐẶNG BÌNH THÀNH Vật liệu nghiền lọt qua các lỗ của tấm lót (5) rơi vào sàng (7), các tấm lót (5) gắn với các mặt bên (6) và xếp theo bậc, giữa chúng có khe hở để vật liệu có kích thước lớn hơn khe hở của sàng có thể được đưa trở lại vùng nghiền. Sàng (8) được lựa chọn phụ thuộc vào yêu cầu độ mịn của sản phẩm. Các hạt chưa lọt qua (8) được đưa lại nghiền tiếp. Khi máy làm việc với chu trình hở, kích thước sản phẩm đạt được 0,5 mm 1.5.2 Máy nghiền trục [8] Máy nghiền trục chủ yếu được dùng để nghiền vừa và nhỏ các vật liệu có độ bền trung bình ( bền (  u 150 MN / m 2  u 80MN / m 2 ) (khi này bề mặt trục nghiền nhẵn hoặc có gờ) và các vật liệu kém ) (bề mặt trục nghiền có gân hoặc vấu). Mức độ nghiền bằng 4 đối với đá bền chắc và bằng 5 ÷10 đối với đá kém bền và giòn. Máy nghiền trục hoạt động dựa theo nguyên lý của thuyết nghiền thể tích. Máy nghiền trục có bộ phận công tác chính là những trục nghiền hình trụ đặt nằm ngang và quay tròn. Các trục này quay ngược chiều nhau. Hạt vật liệu được nạp vào giữa các trục nghiền và bị ép vỡ nhờ lực ma sát bởi chính các trục nghiền quay tròn đó Hình 1.7. Nguyên lý làm việc máy nghiền trục bánh trụ trơn. a) Máy nghiền có một trục tâm cố định, một trục tâm động b) Máy nghiền có hai trục tâm động. 1,2 – Trụ nghiền ; 2 – Trục quay cố định ; 3,4 – trục quay di động ; 5- vật liệu chưa nghiền ; 6 – sản phẩm. trang 19 ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: TS. NGUYỄN ĐẶNG BÌNH THÀNH Trong máy nghiền trục, vận tốc vòng của hai trục nghiền có thể giống hoặc khác nhau. Nếu vận tốc vòng hai trục khác nhau thì sẽ có sự chuyển động tương đối của lớp vật liệu cần nghiền, do đó thích hợp cho vật liệu mềm, deỏ và dính. Khi cần nghiền vật liệu có độ cứng cao, tỉ số nghiền lớn, khe hở theo phương hướng kính giữa hai trục nghiền khá nhỏ, lực ép rất lớn ( đến 50 Mpa) thì máy nghiền được sử dụng thường là máy có hai trục nghiền trơn. Đây là loại máy nghiền trục được dùng phổ biến trong nghiền mịn xi măng, nghiền liệu, nghiền xỉ và thường được gọi là máy nghiền trục áp lực cao. Một máy nghiền trục thông thường bao gồm các cụm chính sau : - Cụm trục nghiền : gồm hai trục nghiền hình trụ, trục gá trục nghiền và các ổ trục. Cặp trục nghiền được chế tạo từ vật liệu chịu mòn, có trụ cố định hoặc di động theo phương hướng kính. - Hệ dẫn động : bao gồm một động cơ ( nếu dẫn động chung ) hoặc hai động cơ ( nếu dẫn động riêng ), hộp giảm tốc ( hộp giảm tốc thường hoặc hộp giảm tốc hành tinh ) - Hệ thủy lực ( hoặc lò xo ) : đeẻ tạo lực ép cần thiết, bao gồm động cơ ,van, đường ống, các xy lanh thủy lực và bộ tích áp. - Hệ cấp liệu : gồm phễu cấp liệu và hệ thống điều khiển cửa cấp liệu. Máy nghiền trục cũng có nhiều loại khác nhau, song để phân loại chúng thì người ta có thể dựa theo một số tiêu chí sau :  Theo số lượng trục : - Máy nghiền một trục. - Máy nghiền hai trục. - Máy nghiền bốn trục ( chính là hai máy nghiền hai trục đặt chồng lên nhau và được bao bởi cùng một vỏ ).  Theo tốc độ quay : - Máy nghiền trục có các trục quay đồng trục. - Máy nghiền trục có các trục quay khác trục.  Theo khả năng di động của trục : - Máy nghiền trục có hai trục di động trang 20