Giáo trình bài tập gamvkxd ch3 0

Phân loại: máy nghiền bi có nhiều kiểu khác nhau, có thể phân loại theo các phương thức: • Theo hình dáng vỏ máy: Máy có dạng hình trụ dài Máy có dạng hình trụ ngắn Máy có dạng hình nó

VII MÁY NGHIỀN BI

VII.1 Đại cương và phân loại

Trong công nghiệp sản xuất VLXD máy nghiền bi đóng một vai trò rất quan trọng Nó được dùng phổ biến để nghiền thô, nghiền mịn và nghiền rất mịn các loại nguyên vật liệu

Cấu tạo: máy nghiền bi gồm vỏ máy hình trụ hay hình nón bằng thép, bên trong có

lót các tấm lót bằng thép cứng đặc biệt và đổ bi đạn bằng thép hoặc bằng sứ, sỏi hay bằng các vật liệu rắn khác Tùy theo từng loại máy có thể chia máy nghiền bi thành một hay nhiều ngăn ( 2,3,4 ngăn)

Nguyên tắc làm việc: nhờ vỏ máy quay tròn qua một bộ phận truyền động bi đạn

chịu một lực ly tâm được nâng lên đến một độ cao nhất định rồi rơi xuống đập vào vật liệu Mặt khác vật liệu bị chà xát giữa bi đạn và tấm lót, cũng như giũa bi đạn và bi đạn cho đến khi nhỏ ra

Nguyên tắc tác dụng lực: của máy nghiền bi là đập và mài

Phân loại: máy nghiền bi có nhiều kiểu khác nhau, có thể phân loại theo các phương

thức:

• Theo hình dáng vỏ máy:

Máy có dạng hình trụ dài Máy có dạng hình trụ ngắn

Máy có dạng hình nón

• Theo phương thức làm việc:

Máy nghiền bi gián đoạn

Máy nghiền bi liên tục tháo sản phẩm qua ngỗng trục

Máy nghiền bi liên tục tháo sản phẩm xung quanh thành máy

Máy nghiền bi làm việc theo chu trình kín

Máy nghiền bi làm việc theo chu trình hở

• Theo vật liệu chế tạo tấm lót và bi đạn:

- Tấm lót và bi đạn bằng kim loại

- Tấm lót và bi đạn bằng vật liệu phi kim loại : sỏi, sứ, đá rắn

Hình 2.27 Máy nghiền hình trụ ngắn

Hình 2.28a Máy nghiền trụ dài tháo liệu qua cửa

Hình 2.29 Máy nghiền rô lích Hình 2.28b Máy nghiền hình trụ dài

VII.2 Sơ đồ cấu tạo các loại máy nghiền bi

VII.2.1.Máy nghiền bi gián đoạn

Hình 2.30b Máy nghiền bi gián đoạn

Hình 2.30a Sơ đồ nguyên lý máy nghiền bi gián đoạn

5

6

4 3

1

2

‰ Cấu tạo:

Máy gồm thùng quay (1), quay trên 2 ổ trục đỡ (2) Máy chuyển động nhờ động cơ (3) truyền chuyển động qua hộp giảm tốc (4), qua hệ puli (5) và đai truyền (6) Tỷ lệ đường kính

D và chiều dài L:D/L ≠ 1 Vật liệu được nạp và tháo qua cửa (7)

‰ Nguyên tắc hoạt động

Máy làm việc theo phương pháp ướt, lượng nước cho vào máy vừa đủ để tháo sản phẩm ra Máy không nên sử dụng để nghiền khô, vì quá trình tháo sản phẩm khó khăn

Loại máy này thường được sử dụng trong công nghiệp gốm sứ Tùy theo yêu cầu của sản phẩm mà tấm lót và bi đạn chế tạo bằng sứ, côranh đông, ziêc-côn hoặc bằng vật liệu có thành phần gần giống vật liệu nghiền

Lượng nguyên liệu nạp vào máy xấp trọng lượng bi đạn Năng suất máy nghiền bi gián đoạn tùy theo chu trình làm việc (nạp, nghiền, tháo sản phẩm) mà xác định

‰ Khuyết điểm

Khuyết điểm lớn nhất của máy nghiền bi gián đoạn là tiêu tốn năng lượng lớn Vì ở

giai đoạn cuối còn 1 số hạt chưa đạt kích thước yêu cầu nhưng vẫn cứ phải nghiền Do khuyết điểm trên nên trong công nghiệp hiện đại thường được thay thế bằng máy nghiền bi liên tục,

từ đó đạt các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cao hơn

VII.2.2 Máy nghiền bi liên tục hình nón

Máy nghiền bi liên tục hình nón thường được sử dụng để nghiền khô hoặc ướt các vật liệu gầy trong công nghiệp vật liệu xây dựng như: cao lanh, cát, tràng thạch v.v

‰ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

5

1 2

4

Hình 2.31a Sơ đồ nguyên lý máy nghiền bi liên lục hình nón

3

6

Đầu máy (1) có dạng hình nón, góc ở đỉnh bằng 120o Phần hình trụ (2) ở giữa có chiều dài L = (0,25 0,8)D÷ Phần hình nón cuối máy (3) có góc ở đỉnh xấp xỉ 60o Vật liệu từ phễu nạp liệu (4) nạp vào cổ trục rỗng (5) ở đầu máy và sản phẩm nghiền mịn được tháo ra ở

cổ trục rỗng tháo liệu (6)

Nếu máy làm việc với bi đạn bằng sứ, đá, sỏi, phần hình trụ dài bằng đường kính L= D

• Tác dụng của sự thay đổi hình dạng máy

Khi máy làm việc, bi lớn được phân bố tự nhiên vào phần hình trụ ở đầu máy, còn bi đạn nhỏ tự động dồn về phần hình nón cuối máy Sự phân bố bi đạn tự nhiên như vậy là do sự phân bố lực ly tâm quán tính theo chiều dài máy:

π

Trọng lượng bi đạn và bán kính máy càng lớn thì lực ly tâm quán tính càng lớn Sự phân loại tự nhiên bi đạn lại tương ứng với sự phân loại kích thước bi đạn lớn và độ nâng bi đạn cao để đập nhỏ Năng lượng đập ở đầu máy lớn hơn 20 lần năng lượng đập ở cuối máy Ngược lại ở cuối máy, vật liệu có kích thước nhỏ không cần chiều cao nâng bi đạn lớn, mà cần bề mặt làm việc của bi đạn lớn để mài xát vật liệu Vì vậy, ở cuối máy bề mặt làm việc của bi đạn tăng gấp 4 lần so với ở đầu máy

Do cấu tạo của máy, vận tốc dài của bi đạn theo chiều dài máy giảm dần, nghĩa là động năng của bi đạn cũng giảm dần (E = mv 22 ), lực đập giảm Tương ứng với kích thước của vật liệu cũng nhỏ dần Nhờ thế mà năng lượng nghiền tiêu tốn cũng giảm

VII.2.3 Máy nghiền bi liên tục nhiều ngăn

Để tăng năng suất đập nghiền, cũng như tăng độ mịn, người ta sử dụng máy nghiền bi liên tục nhiều ngăn trong công nghiệp sản xuất VLXD đặc biệt trong công nghiệp xi măng Máy nghiền bi nhiều ngăn có kích thước lớn đường kính D = 2÷5m, chiều dài L = 9 ÷ 18m

Nhờ việc phân quá trình nghiền ra thành nhiều giai đoạn bằng các ngăn, nên kích thước bi đạn tương ứng với kích thước vật liệu trong từng ngăn Điều đó dẫn đến việc tiêu tốn năng lượng nghiền đập ít hơn so với các máy nghiền khác, cũng như biện pháp đập nghiền tốt hơn

Máy nghiền bi nhiều ngăn có thể làm việc theo phương pháp ướt cũng như phương pháp khô, máy có thể làm việc theo chu trình kín cũng như chu trình hở Máy nghiền bi nhiều ngăn so với các máy nghiền bi 1 ngăn có kích thước tương ứng có năng suất cao và sản phẩm đồng nhất hơn, đặc biệt là máy nghiền bi nhiều làm việc theo chu trình kín

Hình 2.31b Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo máy nghiền bi liên tục

Hình 2.32 Sơ đồ nguyên lý máy nghiền liên tục nhiều ngăn

8

4

6

2 7

9 7

5

Hình 2.32b Máy nghiền bi liên tục nhiều ngăn

8

4

7

5

9

‰ Cấu tạo

Máy gồm có vỏ máy hình trụ (1) bằng thép, 2 nắp máy (2) và (3) được gắn với cổ ngỗng trục (4) và (5) Hai ngỗng trục quay trên bạc được làm bằng hợp kim (6), trong ngỗng trục có lắp vít xoắn (7) để nạp liệu vào máy và tháo liệu ra khỏi máy Đầu máy có phễu nạp liệu (8), cuối máy có ngăn tháo liệu (9) Trong vỏ máy có lót các tấm lót bằng thép (10) Các ghi (11) chia máy ra làm nhiều ngăn để phân loại bi đạn tương ứng kích thước của vật liệu Kích thước bi đạn phân chia như sau:

Bảng 2.6 Phân vùng kích thước bi đạn

Ngăn 2: bi cầu, đạn trụ φ = 19 ÷ 37mm

Hệ số đổ đầy bi đạn ϕ = 0,23 ÷ 0,28

Trong ngăn đầu, vật liệu có kích thước lớn, lực tác dụng vào vật liệu chủ yếu là lực đập của bi hình cầu có kích thước lớn Trong ngăn 2 vật liệu tiếp tục được đập nhỏ bởi lực đập của bi kết hợp với lực ma sát mài mòn của bi đạn có kích thước nhỏ hơn Các ngăn sau lực tác dụng chủ yếu là lực ma sát mài mòn giữa vật liệu - bi đạn - đạn, vật liệu - đạn - tấm lót, cho đến nhỏ mịn theo kích thước sản phẩm yêu cầu

‰ Nguyên tắc làm việc

- Đối với máy nghiền bi làm việc theo chu trình hở:

Vật liệu được nạp vào phễu nạp liệu (8), nhờ vít xoắn (7) lắp trong ngỗng trục (4) chuyển vật liệu vào nghiền vật liệu tiếp tục qua các ngăn dưới tác dụng của lực đập và lực mài xát được nghiền đập đến độ mịn yêu cầu và được tháo ra ngoài qua ngỗng trục (5) bằng vít xoắn (7) vào ngăn tháo liệu (9) ra ngoài

Hình 3.33a hệ thống nghiền bi theo chu trình kín

Đem đi sử dụng

4

1

2

5

8

6

7

10

9

6

3

Hình 3.33b Hệ thống nghiền sấy chu trình kín – SKET (Đức)

- Đối với máy nghiền bi làm việc theo chu trình kín:

Sơ đồ máy nghiền bi nhiều ngăn theo chu trình kín có thiết bị phân ly không khí

Đối với máy nghiền bi làm việc theo chu trình kín hiệu quả đập nghiền tăng lên, cũng

có nghĩa là năng suất của máy tăng lên rất lớn

Nguyên nhân chủ yếu là nhờ thiết bị phân ly trung gian phân loại những hạt vật liệu đã được nghiền mịn khỏi khối vật liệu nghiền làm cho tác dụng đập nghiền đạt hiệu quả tốt hơn

‰ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Theo sơ đồ vật liệu được nạp vào phễu nạp liệu (1), qua vít xoắn lắp trong ngỗng trục (2) vào máy nghiền bi (3) Vật liệu qua các ngăn I và II được nghiền mịn đi qua ghi tháo (4) (tháo liệu xung quanh thành máy) xuống phễu tháo (5) Nhờ gầu nâng (6) vật liệu đã nghiền mịn được chuyển lên thiết bị phân ly không khí (7) (thiết bị phân ly không khí loại kín) Qua thiết bị phân ly không khí những hạt mịn được tháo xuống thiết bị vận chuyển vít đưa đi sử dụng, còn các hạt vật liệu rơi xuống vít vận chuyển đi đến đầu nạp liệu (8), qua ngỗng trục đi vào ngăn III của máy nghiền được nghiền mịn trở lại Quá trình cứ tiếp diễn như thế theo một chu trình kín

Mặt khác, để khử bụi, làm nguội bi đạn, cũng như làm giảm hàm ẩm của vật liệu nghiền nhằm tăng hiệu suất đập nghiền tốt hơn, máy nghiền cần được thông khí

Nhờ quạt hút (9) không khí mang theo bụi và hơi ẩm đi vào cyclon (10) tiếp tục qua lọc bụi điện (11), hầu hết bụi được khử thu hồi trở lại., còn không khí sạch qua quạt (9) vào ống khói thải ra ngoài

VII.3 Tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản của máy nghiền bi

VII.1 Số vòng quay tới hạn và số vòng quay hợp lý máy nghiền bi

Máy nghiền bi làm việc chủ yếu là sử dụng động năng của bi đạn để đập nghiền vật liệu Do đó, cần nghiên cứu phương thức làm việc của máy nghiền bi để đạt năng suất cao nhất Nhận xét:

- Nếu máy quay chậm, bi đạn sẽ được nâng lên theo thành máy đến một độ cao nào

đó rồi trượt xuống Khi đó vật liệu chỉ bị mài xiết giữa bi đạn- bi đạn hoặc giữa bi đạn tấm lót, như thế hiệu quả đập nghiền sẽ kém

Nếu máy quay nhanh, do lực ly tâm bi đạn sẽ được nâng lên đến một góc nào đó rồi rơi xuống dưới tác dụng của trọng lực Lúc này vật liệu không chỉ bị mài xiết mà còn chịu tác dụng của lực đập, lực đập này rất quan trọng đối với phương thức làm việc của máy nghiền bi

Nếu tốc độ rơi của bi đạn càng nhanh, động năng của bi đạn càng lớn, nghĩa là lực đập nghiền vật liệu càng lớn Do đó năng suất máy càng cao

Nếu máy quay quá nhanh, lúc này lực ly tâm quán tính sẽ thắng trọng lực, bi đạn sẽ dính vào thành máy, chuyển động theo thành máy mà không rơi xuống Như vậy, hiệu quả đập nghiền sẽ kém

Qua nhận xét trên ta thấy cần phải xác định số vòng quay của máy cho hợp lý để bi đạn được nâng lên đến chiều cao tối đa, có động năng lớn nhất để có lực đập vật liệu lớn nhất

‰ Tính số vòng quay tới hạn ( n th ) của máy nghiền bi

Để tính toán được đơn giản ta quy ước:

- Tính cho 1 viên bi, sau đó suy ra tập hợp bi đạn

- Xem kích thước bi đạn không đáng kể so với kích thước máy

- Thành máy bên trong tròn, nhẵn

Khi máy quay nhờ lực ly tâm bi đạn được nâng lên cao đến điểm K nào đó bi đạn chịu tác dụng của 2 lực:

Trong đó:

m - khối lượng bi đạn [ Kg]

G - trọng lượng bi đạn[Kgf]

v - vận tốc dài của máy [ m/sec]

g - gia tốc trọng trường [m/sec2]

R - khoảng cách từ tâm máy đến tâm bi, lấy R=D/2 [m]

-Trọng lượng G của bi đạn được phân thành 2 thành phần lực hướng tâm và tiếp tuyến:

= ϕ + ϕ

G G cos G sin

P

ϕ G

Gcosα Gsinα

R ϕ

v

Hình 2 Sơ đồ tính số vòng quay tới hạn

Khi máy quay đến một tốc độ nào đó, bi sẽ rơi ra khỏi thành máy.Tốc độ tại thời điểm

đó gọi là tốc độ tới hạn Khi đó lực ly tâm P sẽ bằng lực hướng tâm

Nghĩa là: Gv2=G cosϕ

Mặt khác = π.D.n

v 60

π

2 2

2 2

60 g.D.cos cos

ϕ

n 42, 4

Lực hướng tâm đạt đến cực đại khi ϕ = 0 (cosϕ = 1), khi đó số vòng quay tới hạn của máy nghiền bi là :

=

th

42, 4 n

D hay nth = 42, 4 1=29,98

‰ Tính số vòng quay hợp lý ( n hl ) của máy nghiền bi

Số vòng quay hợp lý là số vòng quay nào đó để cho bi đạn có chiều cao rơi là lớn nhất Vấn đề là thiết lập hàm số H = f(ϕ) Sự biến thiên của chiều cao rơi của bi đạn H phụ thuộc vào góc rơi ϕ, chiều cao rơi H cực đại khi đạo hàm của nó bằng không

ϕ

dH 0

d ,qua tính toán xác định được ϕ = 54

o 40’

Thay vào công thức ta có:

ϕ

hl

=

hl

32 n

D hay nhl = 22.7

Số vòng quay hợp lý của máy cũng có thể xác định theo công thức thực nghiệm:

÷

Cũng theo kinh nghiệm, đối với máy nghiền bi sứ theo phương pháp ướt, số vòng quay hợp lý của máy:

Bảng 2.7 Số vòng quay hợp lý của máy nghiền bi

Đường kính máy nghiền Số vòng quay hợp lý [v/ph]

D < 1,25m

hl

n = 40/ D VII.3.2 Hệ số đổ đầy bi đạn

Hệ số đổ đầy bi đạn của máy nghiền bi có thể biểu thị bằng hai cách tương đương như sau:

- Hệ số đổ đầy bi đạn là tỷ số giữa trọng lượng bi đạn trong máy khi máy làm việc, so với trọng lượng bi đạn đổ đầy toàn máy

µγ π 2 µγ

Trong đó:

G - trọng lượng bi đạn trong máy khi máy làm việc [T]

V - thể tích hữu ích của máy nghiền bi [m3]

R - bán kính trong của máy nghiền bi [m]

L - chiều dài hữu ích của máy nghiền bi [m]

µ - hệ số rỗng của bi đạn

Bi cầu µ = 0,585; đạn thép µ= 0,550, bi sứ µ = 0,575

γ - trọng lượng riêng của bi đạn [T/m3]

- Hệ số đổ đầy bi đạn là tỷ số giữa tiết diện bi đạn chiếm chỗ trong máy khi làm việc so với tiết diện toàn máy

ϕ =

π 2

F

F

a

R

Kinh nghiệm thực tế thường dùng những số liệu sau:

Bảng 2.8 Hệ số của máy nghiền bi

Đạn trụ thép ϕ = 0,25 - 0,30

Bi đạn sỏi, sứ ϕ = 0, 30 - 0,40 VII.3.3 Trọng lượng bi đạn và trọng lượng vật liệu nạp vào máy

• Trọng lượng bi đạn thép nạp vào máy được tính như sau:

π 2 µ γ ϕ

Khi nghiền ướt trọng lượng bi đạn sứ sỏi nạp vào máy tính theo công thức:

2

Trong đó: k - hệ số phụ thuộc vào hình dáng và trọng lượng thể tích của bi sỏi, sứ, thường

÷

k = 1500 1800

• Trọng lượng vật liệu nạp vào máy:

- Đối với bi đạn thép, khi nghiền khô:

( ÷ )

- Đối với bi đạn sỏi sứ khi nghiền ướt:

VII.3.4 Xác định kích thước bi đạn

Để tăng hiệu quả đập nghiền, cần phải xác định hình dạng và kích thước bi đạn Kích thước bi đạn bé quá, khả năng đập nghiền kém Nếu kích thước bi đạn lớn ( > 100mm) dễ làm hỏng tấm lót

Xác định kích thước bi đạn theo các công thức sau:

bd

Trong đó:

d - kích thước cục vật liệu lớn nhất nạp vào máy [mm]

dk – kích thước vật liệu tháo ra khỏi máy [µm]

VII.3.5 Tính năng suất máy nghiền bi

Năng suất máy nghiền bi phụ thuộc rất nhiều yếu tố như: kích thước và kết cấu của máy nghiền bi, sơ đồ nghiền, phương pháp nạp liệu, trọng lượng bi đạn và vật liệu nạp vào máy Ngoài ra còn phụ thuộc vào độ ẩm, độ rắn của vật liệu, kích thước vật liệu vào và ra khỏi máy

Nói chung năng suất của máy nghiền bi phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố phức tạp, nên thường chỉ tính được theo công thức thực nghiệm:

• Công thức 1:

σ

L.D.G 10 + 0,35( x - 10,1)

Trong đó:

L – chiều dài máy [m]

D – đường kính máy [m]

G – trọng lượng bi đạn [T]

x - Lượng vật liệu còn lại trên sàng N:009 [%]

σ - Giới hạn bền chịu nén của vật liệu [KG/cm2]

• Công thức 2:

( )

η

m o

Q K DG

Q = 6,7

V 1000 lg y y [T/h] (2.95b) Trong đó:

V – thể tích máy [m3]

Qy – năng suất riêng của máy nghiền nhiều ngăn [Kg/Kw.h]

( Tra bảng trang 211 Tlc TbS.)

Kp – Hệ số khả năng đập nghiền của vật liệu ( tra bảng)

ηp – Hệ số đặc trưng cho hiệu quả đập nghiền, phụ thuộc vào kết cấu và sơ đồ làm việc của máy nghiền bi

- Máy nghiền bi nhiều ngăn ηp = 0,9 ÷ 1,0

- Máy nghiền bi chu trình kín ηp = 1,2 ÷ 1,3

yo – Độ mịn của vật liệu vào máy, tính theo lượng vật liệu còn lại trên sàng N:009

y – Độ mịn của vật liệu ra khỏi máy, ”

m – chỉ số mức độ phụ thuộc vào tính chất của vật liệu