Nghiên cứu thiết kế máy phân cấp xoắn cỡ lớn và quy trình chế tạo trục cánh xoắn

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CHÍNH 1 ; 2 Khối lượng riêng của hạt nặng và nhẹ  Khối lượng riêng của môi trường  Số lượng của vật rắn rơi vào cát tháo tải  Độ nhớt hỗn hợp bùn

VÀ QUY TRÌNH CHẾ TẠO TRỤC CÁNH XOẮN

DÙNG TRONG TUYỂN KHOÁNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRẦN MINH HIẾU

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÁY PHÂN CẤP XOẮN CỠ LỚN

VÀ QUY TRÌNH CHẾ TẠO TRỤC CÁNH XOẮN

DÙNG TRONG TUYỂN KHOÁNG

CHUYÊN NGÀNH: CHẾ TẠO MÁY

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

1 TS Phan Thạch Hổ

2 PGS TS Phạm Văn Hùng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là do tôi thực hiện Trong luận văn tôi có sử dụng thêm các tài liệu tham khảo Các số liệu, kết quả được tính toán trong luận văn là trung thực

Hà Nội, ngày tháng năm 2013

Học viên

Trần Minh Hiếu

MỤC LỤC

Trang

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VÀ PHÂN LOẠI MÁY PHÂN CẤP XOẮN 3

1.1.4 Chức năng của khâu phân cấp trong tuyển khoáng 4 1.1.5 Tình hình nghiên cứu ngoài nước và trong nước 4

1.2.1 Quy luật rơi của các hạt khoáng trong nước và trong không khí 5

CHƯƠNG 2 : XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ

THUẬT CỦA MÁY PHÂN CẤP XOẮN

2.1.6.1 Máy phân cấp ruột xoắn nổi (gương tràn thấp), bùn tràn thô 30

2.1.6.2 Máy phân cấp ruột xoắn chìm (gương tràn cao), bùn tràn mịn 31

2.1.6.3 Năng suất của các máy phân cấp tính theo cát 31

2.1.7 Yêu cầu kỹ thuật đối với các loại máy phân cấp và kiểm tra tình trạng

CHƯƠNG 3 :THIẾT KẾ TỔNG QUAN MÁY PHÂN CẤP XOẮN CỠ LỚN

VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TRỤC CÁNH XOẮN

41

3.1.1 Quy trình công nghệ chế tạo trục chính 41

3.1.2.2 Gò các tấm khai triển theo dưỡng 53

3.1.3.1 Phân tích chức năng, điều kiện làm việc của bích dưới 55

3.1.3.2 Phương pháp tạo phôi và vật liệu chế tạo 56

3.1.4.1 Phân tích chức năng, điều kiện làm việc của chi tiết bích dưới 64

3.1.4.2 Phương pháp tạo phôi và vật liệu chế tạo 65

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CHÍNH

1 ; 2 Khối lượng riêng của hạt nặng và nhẹ

 Khối lượng riêng của môi trường

 Số lượng của vật rắn rơi vào cát tháo tải

 Độ nhớt hỗn hợp bùn chảy qua cửa tháo

Q Năng suất theo bùn ban đầu

C Hằng số phụ thuộc dạng cửa tháo

D Đường kính lớn nhất của phễu côn

V Vận tốc lắng của hạt có độ lớn giới hạn phân chia

dn; d: Đường kính ống cấp liệu và ống bùn tràn

P0 Áp lực đưa vào xyclôn tính bằng Mpa

KD Hệ số thực nghiệm kể đến đường kính D của xyclôn

K Hệ số thực nghiệm kể đến góc côn của xyclôn

d Đường kính ống tháo bùn (cm)

P0 Áp lực bùn cửa vào của xyclôn (kg/cm2)

T Hàm lượng pha rắn trong cấp liệu

t Trọng lượng riêng pha rắn (g/cm3)

0 Trọng lượng riêng pha lỏng (g/cm3

)

Qb

Năng suất của máy phân cấp theo trọng lượng phần rắn khô của bùn tràn

m Số ruột xoắn trong máy

K1 Hệ số tính đến khối lượng riêng của quặng

K2: Hệ số tính đến cỡ hạt bùn tràn

74 Hàm lượng cấp

D Đường kính của ruột xoắn (m)

44 Hàm lượng cấp

Qc Năng suất của các máy phân cấp tính theo cát

n Tốc độ quay của ruột xoắn

a Hệ số

b Các hệ số hiệu chỉnh

n Tần số quay cánh xoắn

u Tỷ số truyền của bộ truyền

 Hiệu suất truyền động

H Độ cao nâng

L Chiều dài vận tải của máy

r Bán kính trung bình đặt lực

 Góc nâng của đường xoắn vít

 Góc ma sát giữa quặng với bề mặt cánh xoắn:

f Hệ số ma sát giữa quặng và cánh xoắn

W Mô men chống xoắn

[] Ứng suất xoắn cho phép

kcđ Hệ số đầy

g Gia tốc trọng trường

L Khoảng cách giữa hai gối đỡ trục cánh xoắn

Mu Mô men uốn

Mtđ Mô men tuơng đương

k1 Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào vật liệu phôi

k2 Hệ số điều chỉnh phụ thuộc vào vật liệu dao

k3 Hệ số điều chỉnh cho dao tiện định hình

n Số vòng quay trục chính

Vb Vận tốc cắt tra bảng

Vtt Vận tốc cắt tính toán

DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ CÁC HÌNH

Bảng 1: Đặc tính kỹ thuật máy phân cấp xoắn cánh xoắn không ngập nước 21

Bảng 2: Đặc tính kỹ thuật máy phân cấp xoắn cánh xoắn ngập nước 23

Bảng 3: Các thông số lắp ghép máy phân cấp xoắn với máy nghiền bi 24

Bảng 4: Giá trị gần đúng tương quan tới hạn Ж: T của sản phẩm 26

Bảng 5: Tốc độ vòng quay cánh xoắn 26

Bảng 6: Năng suất máy phân cấp xoắn theo sản phẩm 26

Bảng 7: Thời hạn sử dụng chi tiết máy phân cấp xoắn (tháng) 27

Bảng 8: Giá trị của hệ số hiệu chỉnh a 28

Bảng 9: Giá trị của hệ số hiệu chỉnh b (hiệu chỉnh tỉ trọng): 28

Hình 2 4: Máy phân cấp xoắn đơn 29

Hình 2 5: Máy phân cấp xoắn kép 29

Hình 2 6: Sơ đồ truyền động 35

Hình 2 7: Mặt cắt ngang trục chính 38

Hình 3.1: Ghép các đoạn ống thành trục chính 43

Hình 3 2: Bích gá gia công hàn 44

Hình 3 3 : Tiện bích trên máy tiện đứng 45

Hình 3 4 : Sử dụng bích gá được chế tạo riêng

để đảm bảo độ tròn của các đoạn ống

46

Hình 3 5 : Hàn đính, sau đó hàn chu vi theo nguyên tắc đối xứng 48

Hình 3 6 : Hàn nối hoàn chỉnh các đoạn ống 49

Hình 3 7 : Một số biện pháp giằng để định hình ống 50

Hình 3 9: Khoan lỗ Ø28 trên máy khoan cần 63

Hình 3 10: Hoàn thành gia công bích dưới 76

Hình 3 11: Chi tiết trục cụt 79

Hình 3 12: Lắp cánh xoắn lên thân trục chính 79

Hình 3 14: Lắp hoàn chỉnh cánh xoắn lên thân trục chính 80

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong giai đoạn đất nước trên con đường đổi mới, để thực hiện được mục tiêu nhiệm vụ công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước đưa nước ta trở thành nước công nghiệp theo hướng hiện đại vào năm 2020 thì việc phát khoa học và công nghệ nói chung

và khoa học công nghệ trong cơ khí nói riêng ngày càng trở nên quan trọng và cấp thiết hơn bao giờ hết

Ở nước ta, ngành công nghiệp hoá chất, khai thác và tuyển khoáng đã có mấy chục năm nay, song công nghệ và thiết bị chủ yếu là nhập ngoại Các chi tiết, bộ phận đều được tiêu chuẩn hoá và được chế tạo, lắp ráp theo dạng mô đun Sau một thời gian làm việc bị mòn, hoặc hư hỏng toàn bộ hoặc từng bộ phận, hiện rất thiếu cho quá trình sản xuất

Máy phân cấp xoắn là một thiết bị dùng để tách các hạt có kích thước và trọng lượng khác nhau trong dung dịch nhằm đáp ứng yêu cầu tuyển khoáng Đây là thiết bị không thể thiếu trong dây chuyền tuyển khoáng Hiện nay trong nước chưa có đơn vị nào nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh mà chỉ phục hồi, sữa chữa các bộ phận là chủ yếu Việc nghiên cứu, tính toán, thiết kế và chế tạo máy phân cấp xoắn trong nước là một đòi hỏi cấp bách đối với các nhà khoa học và cơ sở chế tạo

2 Tính cấp thiết và mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Tính cấp thiết của đề tài:

Căn cứ vào nhu cầu sử dụng, phục hồi, chế tạo mới của công ty, xí nghiệp tuyển quặng Nhu cầu phục hồi và chế tạo thay thế hàng nhập khẩu trục chính, các chi tiết cụm cánh xoắn của máy xoắn phân cấp của các công ty tuyển khoáng nhằm tiết kiệm chi phí ngoại tệ cho đất nước

Do các chi tiết chính được sản xuất trong nước nên sẽ giảm giá thành cho thiết bị và dây chuyền thiết bị nhằm tăng khả năng cạnh tranh cho sản phẩm đầu ra

Chủ động trong công nghệ, kế hoạch sản xuất của các công ty, các nhà máy, xí nghiệp có sử dụng máy xoắn phân cấp trong nước

- Mục tiêu đề tài:

Nghiên cứu, thiết kế máy phân cấp xoắn cỡ lớn dùng trong tuyển khoáng, nội địa hoá một số chi tiết

2

Đưa sản phẩm nghiên cứu vào ứng dụng trong sản xuất

3 Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu

3.1 Đối tượng:

Máy phân cấp xoắn cỡ lớn dùng trong tuyển khoáng

3.2 Phạm vi và nội dung nghiên cứu:

- Nghiên cứu về lý thuyết:

Nghiên cứu, khảo sát chế độ làm việc của máy phân cấp xoắn

Nghiên cứu, khảo sát chế độ làm việc của trục cánh xoắn

- Chế tạo trục cánh xoắn và một số chi tiết chính:

Tính toán, lựa chọn các thông số kỹ thuật, thiết kế máy phân cấp xoắn cỡ lớn

Thiết kế, lập quy trình công nghệ chế tạo trục cánh xoắn

Chế tạo trục cánh xoắn và một số chi tiết chính

4 Nội dung luận văn

Luận văn tập trung giải quyết vấn đề về nghiên cứu thực trạng, lý thuyết và thực nghiệm Nội dung của luận văn gồm 3 chương nhằm làm rõ vấn đề nghiên cứu “Nghiên cứu, thiết kế máy phân cấp xoắn cỡ lớn và quy trình công nghệ chế tạo trục cánh xoắn dùng trong tuyển khoáng”

CHƯƠNG I: Tổng quan và phân loại máy phân cấp xoắn

CHƯƠNG II: Xác định chế độ làm việc và các thông số kỹ thuật của máy phân cấp xoắn

CHƯƠNG III: Thiết kế tổng quan máy phân cấp xoắn cỡ lớn và quy trình chế tạo trục cánh xoắn

Để hoàn thành được luận văn, tôi đã được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy hướng dẫn

TS Phan Thạch Hổ Viện nghiên cứu cơ khí, PGS TS Phạm Văn Hùng Phó viện

trưởng Viện cơ khí Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội cùng toàn thể các thầy, cô trong Viện cơ khí Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các bạn bè đồng nghiệp Tôi xin đặc biệt cảm ơn đến các Thầy, các Cô và các bạn

Do những hạn chế về thời gian và tài liệu nghiên cứu nên bản luận văn của tôi không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong các Thầy và các bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến giúp đỡ để luận văn được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VÀ PHÂN LOẠI MÁY PHÂN CẤP XOẮN

1.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÂN CẤP XOẮN

1.1.1 Khái niệm quá trình phân cấp

Phân cấp là quá trình phân chia một hỗn hợp khoáng vật hạt nhỏ, mịn ra thành hai hay một số phần dựa vào tốc độ rơi khác nhau của các hạt trong môi trường nước (hoặc khí) ở trạng thái tĩnh hoặc trong dòng chuyển động liên tục

1.1.2 Quá trình tuyển

Quá trình tuyển là giải pháp kỹ thuật dựa vào sự khác nhau về một dấu hiệu xác định của các khoáng vật để phân chia chúng ra khỏi nhau Ví dụ: Dựa vào sự khác nhau

về khối lượng riêng (trọng lượng) có thể dùng các quá trình: lắng, đãi, rửa

Khâu công nghệ là các bước gia công khoáng sản để làm thay đổi một phần tính chất của khoáng sản hoặc từng bước phân chia nó thành các sản phẩm có chất lượng khác nhau

Dây chuyền công nghệ trong xưởng tuyển khoáng gồm có các công đoạn chính: + Công đoạn chuẩn bị khoáng sản bao gồm các quá trình: đập, nghiền, sàng, phân cấp để giải phóng các khoáng vật có ích ra khỏi đất đá; chuẩn bị độ hạt thích hợp đưa vào các quá trình tuyển sau đó

+ Công đoạn làm giầu bao gồm các phương pháp hoặc quá trình tuyển để thu được các sản phẩm có tính chất và chất lượng khác nhau

+ Công đoạn hoàn thiện sản phẩm và kiểm tra chất lượng, tách nước, phân loại sản phẩm theo cỡ hạt, thu bụi, lấy mẫu và kiểm tra kỹ thuật

Mỗi công đoạn nói trên đều có nhiều loại thiết bị khác nhau nhằm đáp ứng yêu cầu của mỗi công đoạn

1.1.3 Đặc điểm quá trình phân cấp

Mỗi sản phẩm gồm chủ yếu những hạt khoáng vật khác nhau nhưng rơi trong môi trường với cùng tốc độ

Nếu vật liệu đầu chỉ gồm những hạt có cùng khối lượng riêng thì sản phẩm phân cấp chỉ khác nhau về cỡ hạt

4

Nếu vật liệu đầu khác nhau cả về khối lượng lẫn cỡ hạt thì mỗi sản phẩm phân cấp chứa những hạt thuộc khoáng vật có khối lượng riêng khác nhau, cỡ hạt khác nhau nhưng rơi cùng một tốc độ vào môi trường

So sánh với sàng, chúng ta thấy rằng phân cấp cũng có mục đích phân chia một hỗn hợp nguyên liệu khoáng sản thành các sản phẩm có cỡ hạt khác nhau, nhưng nguyên lý làm việc khác với sàng rất nhiều, bởi vì trong phân cấp cả hai yếu tố kích thước hạt và khối lượng riêng đều ảnh hưởng đến kết quả phân chia

Sàng chỉ phân chia về độ hạt, kích thước hạt cũng lớn, không cần môi trường trung gian

Với cỡ hạt <1mm, phân cấp có năng suất và hiệu suất cao hơn nhiều

1.1.4 Chức năng của khâu phân cấp trong tuyển khoáng

- Thực hiện một khâu sản xuất độc lập để rửa sét quặng thô

- Thực hiện một khâu chuẩn bị: chia hỗn hợp quặng đầu thành nhiều sản phẩm khác nhau làm nguyên liệu đầu cho khâu tuyển

- Thực hiện chức năng phụ trợ như phân cấp sản phẩm nghiền thành hai sản phẩm: cát và bùn tràn

Hiệu quả làm việc của các thiết bị phân cấp được đánh giá bằng chỉ tiêu hiệu suất, tương tự như hiệu suất sàng Các cỡ hạt dùng để tính hiệu suất phân cấp là: 0,125mm đối với sản phẩm thô; 0,074mm đối với sản phẩm hạt nhỏ và 0,044mm đối với sản phẩm hạt mịn

1.1.5 Tình hình nghiên cứu ngoài nước và trong nước

Hiện nay các nước tiên tiến trên thế giới đã nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các loại máy xoắn phân cấp cỡ lớn đồng bộ phục vụ cho ngành tuyển khoáng Việc chế tạo máy xoắn phân cấp cỡ lớn được sản xuất trên dây chuyền hiện đại, việc nghiên cứu trên cả quy mô phòng thí nghiệm lẫn dây chuyền sản xuất hiện đại, các chi tiết được tiêu chuẩn hoá và lắp ráp theo mô đun, việc thay thế mới do quá trình hỏng hóc theo mô đun có sẵn cho nên có thể nói việc nghiên cứu máy xoắn phân cấp trên thế giới là tương đối hoàn chỉnh và ngày càng cải tiến hơn nữa

Hiện tại, ở nước ta với quy mô của ngành khai thác, tuyển khoáng, các nhà máy được xây dựng từ những thập niên 90 với sự giúp đỡ chủ yếu là từ Liên Xô Các thiết bị của nhà máy được chế tạo từ Liên Xô, việc vận hành sử dụng máy đã hư hỏng nhiều bộ

phận hoặc toàn phần và hiện tại rất thiếu cho sản xuất Nhu cầu sử dụng máy phân cấp xoắn cỡ lớn tương đối nhiều, thống kê như sau:

- Nhà máy Toằng Loỏng Lào Cai: 7 máy

- Công ty Mỏ tuyển Đồng Sin Quyền Lào Cai: 2 máy

- Nhà máy Cam Đường Lào Cai: 4 máy

- Nhà máy Làng Phúng Lào Cai: 4 máy

- Nhà máy Bắc Nhạc Sơn Lào Cai: 4 máy

- Nhà máy tuyển quặng loại II và loại IV Lào Cai: 3 máy

- Nhà máy tuyển quặng Âu Lạc Yên Bái: 4 máy

- Nhà máy nghiền tuyển quặng sắt bản Cuôn 1 Bắc Cạn: 3 máy

- Nhà máy tuyển quặng Đồng, Niken Bản Phúc Lào Cai: 2 máy

- Chi nhánh Mỏ Mangan MiMeCo Tuyên quang: 2 máy

Các nhà máy đều có nhu cầu cung cấp, thay thế chi tiết, phụ tùng cho máy xoắn phân cấp, vì vậy nhu cầu thị trường là rất cần và phải nắm lấy Cho nên việc nghiên cứu thị trường hết sức quan trọng, thị trường sản phẩm công nghiệp tiêu thụ số lớn và có tính lâu dài, chúng ta cần khẳn định về chất lượng và giá cả sản phẩm Việt Nam nên sản xuất sản phẩm như thế nào, giá cả phù hợp, chất lượng đảm bảo, sản lượng hợp lý, giảm chi phí đem lại lợi nhuận cao

1.2 PHÂN LOẠI MÁY PHÂN CẤP

1.2.1 Quy luật rơi của các hạt khoáng trong nước và trong không khí

Đặc tính rơi của vật thể trong môi trường nước hoặc khí là do tác động tương hỗ của

3 lực: lực trọng trường (hướng xuống), lực nâng (lực đẩy Asimet - hướng lên) và lực cản môi trường (hướng lên) Lực trọng trường phụ thuộc vào khối lượng riêng và thể tích hạt rắn; lực nâng phụ thuộc và thể tích của vật và khối lượng riêng của môi trường; lực cản của môi trường phụ thuộc vào chế độ chuyển động (chảy tầng hoặc chảy rối) Lực cản được hợp thành do trở lực quán tính (trở lực động) và trở lực nhớt do ma sát Cả hai trở lực tác động đồng thời lên vật thể rắn chuyển động trong môi trường nhưng với giá trị khác nhau Những hạt cỡ lớn (>=2mm) chuyển động với tốc độ nhanh (ở chế độ chảy rối) chịu tác động chủ yếu là trở lực động, còn những hạt cỡ nhỏ (<=0,1mm) chuyển động với tốc độ chậm (chế độ chảy tầng) chịu tác dụng chủ yếu là trở lực nhớt Còn các

6

hạt trung gian (từ 0,1- 2mm) chịu tác dụng của hai lực trở lên, chế độ chuyển động của

nó là chế độ chuyển tiếp giữa chảy tầng và chảy rối

Thông số đặc trưng cho chế độ chảy của chất lỏng là Reynon (Re) Ở giá trị Re>=

1000 là chế độ chảy rối; Re<=1 là chế độ chảy tầng; Re = 1000 – 1 là chế độ chuyển tiếp (trung gian)

Ở thời điểm ban đầu, hạt chuyển động trong môi trường với tốc độ bằng không và gia tốc cực đại Trong quá trình chuyển động, tốc độ rơi của hạt tăng dần, lực cản của môi trường cũng tăng lên nên gia tốc của hạt giảm và sau khoảng một thời gian ngắn hạt đạt tới tốc độ cực đại (tốc độ giới hạn) và không đổi, tức là gia tốc của hạt bằng không Tốc độ cực đại (tốc độ cuối cùng) được ký hiệu là V0

Sự khác nhau về tốc độ rơi cuối cùng của hạt khoáng khác nhau là cơ sở để phân chia chúng trong quá trình phân cấp

Có thể xác định tốc độ chuyển động của các hạt khác nhau bằng công thức lý thuyết, công thức thực nghiệm hoặc bằng giãn đồ, đồ thị Bằng nghiên cứu đã xác định quy luật rơi của hạt khoáng trong môi trường như sau:

- Hạt nặng, kích thước lớn có tốc độ rơi lớn nhất

- Tăng khối lượng riêng và độ nhớt của môi trường, tốc độ rơi của các hạt giảm

- Hình dạng và đặc tính bề mặt của hạt ảnh hưởng đến tốc độ rơi của chúng

Khi khối lượng các hạt như nhau, hạt có dạng cầu chịu lực cản nhỏ nhất, hạt có góc cạnh chịu lực lớn hơn, hạt có dạng tấm chịu lực cản lớn nhất Hạt nhám chịu lực cản lớn, hạt nhẵn chịu lực cản nhỏ

Nhiệt độ môi trường cũng ảnh hưởng đến tốc độ rơi của hạt Khi số Reynon >=200,

sự thay đổi nhiệt độ của môi trường không ảnh hưởng đến tốc độ chuyển động của hạt Khi Re = 1,74 – 200, nhiệt dộ của môi trường ảnh hưởng đến tố độ chuyển động của hạt Khi Re<=1,74, nhiệt độ của môi trường là trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc

độ chuyển động của hạt

Để xác định tốc độ rơi tự do cuối cùng V0 (m/s) của các hạt có cỡ hạt và khối lượng riêng khác nhau có thể dùng các phương trình sau (tốc độ rơi tụ do là tốc độ chuyển động của các hạt riên lẻ trong môi trường)

 Với hạt 2mm (Công thức Ritingơ)

Môi trường là nước: V0 = 0,16 d(1000) (1.1)

 Với hạt 0,1 - 2mm (Công thức Alen):

Môi trường là nước: V0 =

3

) 1000 (

1146 , 0

Với : d : Đường kính của hạt (m)

 : Khối lượng riêng của hạt (kg/m3)

 : hệ số nhớt N.s/m2 (nước = 0,001 ; với khí = 0,000018)

Trong quá trình phân chia các hạt có cỡ hạt và khối lượng riêng khác nhau có thể xẩy ra hiện tượng rơi đồng đều Những hạt có khối lượng riêng và đường kính khác nhau nhưng lại rơi với tốc độ cuối cùng như nhau trong cùng một môi trường gọi là các hạt khoáng rơi đồng đều Tỷ số đường kính của hai hạt (tương ứng là d1 và d2) có khối lượng riêng khác nhau nhưng rơi với tốc độ như nhau gọi là hệ số rơi đồng đều và biểu thị là e

2 2 2

1

) (

) (

Trong đó: 1 ; 2 : khối lượng riêng của hạt nặng và nhẹ kg/m3

 : khối lượng riêng của môi trường kg/m3

8

Hệ số rơi đồng đều chỉ rõ đường kính của hạt nhẹ phải lớn hơn đường kính của hạt nặng bao nhiêu lần để chúng có tốc độ rơi cuối cùng như nhau Hệ số rơi đồng đều không phải là đại lượng không đổi mà nó thay đổi theo kích thước hạt

Khi phân chia hỗn hợp các hạt khoáng vật khác nhau, để tránh các hạt nhẹ cỡ lớn rơi lẫn vào sản phẩm hạt nặng và hạt nặng có cỡ hạt bé vào sản phẩm hạt nhẹ, đảm bảo phân chia rõ ràng các hạt khoáng có khối lượng riêng khác nhau thì trước khi phân chia cần phải phân loại vật liệu đầu theo cỡ hạt sao cho tỷ số kích thước giữa hạt lớn và hạt nhỏ nằm trong giới hạn không vượt quá hệ số rơi đồng đều

Trong thực tế tuyển khoáng, gặp rất ít sự rơi tự do của từng hạt riêng lẻ mà thường

là sự rơi của tập hợp nhiều hạt Trong khi rơi các hạt chịu tác động của các hạt bên cạnh

và sự rơi xảy ra trong không gian hạn chế (thùng máy), bởi vậy tốc độ rơi của các hạt còn chịu lực ma sát giữa chúng và giữa hạt với thùng máy Môi trường phân chia khi đó cũng chịu tác động động học của các hạt riêng lẽ và cả khối hạt Các hạt chuyể động trong điều kiện như thế gọi là chuyển động vướng mắc Hiện tượng xảy ra khi đó được đặc trưng bởi quy luật rơi vướng mắc

Tốc độ rơi vướng mắc cuối cùng của hạt bao giờ cũng nhỏ hơn tốc độ rơi tự do cuối cùng Tốc độ rơi vướng mắc của hạt thạch anh nhỏ hơn 2,76 lần tốc độ rơi tự do, của hạt galenit nhỏ hơn 3,47 lần Hệ số giảm tốc độ của tốc độ rơi vướng mắc so với tốc độ rơi tự

do được ký hiệu là K Như vậy tốc độ rơi vướng mắc được xác định bằng công thức:

K : hệ số (Thạch anh K= 0,362; hạt Galenit K = 0,288)

Trong điều kiện rơi vướng mắc giá trị của hệ số rơi đồng đều cao hơn so với khi rơi

tự do

Hệ số đồng đều trong điều kiện rơi vướng mắc đối với hạt lớn:

evm =

) (

) (

( + x) là khối lượng riêng của môi trường (đối với than và hạt diệp thạch, x = 110 

300 kg/m3, đối với quặng x = 400 kg/m3 và lớn hơn)

1.2.2 Quá trình phân cấp:

Phân cấp là quá trình phân chia hỗn hợp các hạt khoáng vật thành các cấp hạt có kích thước khác nhau theo tốc độ lắng của chúng trong môi trường nước hoặc khí Phân cấp được thực hiện trong các thiết bị được gọi là máy phân cấp (máy phân cấp thuỷ lực

và máy phân cấp khí)

Hình 1 1: Sơ đồ phân cấp các hạt

Có hai phương pháp chính để phân chia vật liệu đầu thành các hạt cấp khác nhau:

- Phân cấp trong dòng thẳng đứng (hướng của dòng trùng với hướng của lực chính tác động lên hạt)

- Phân cấp trong dòng nằm ngang (hướng của dòng vuông góc với lực chính tác dụng lên hạt)

Khi phân cấp các hạt trong dòng nằm ngang, quỹ đạo chuyển động của hạt phụ thuộc vào tốc độ vp (là tổng của vd: tốc độ của dòng nước; và vg: tốc độ chuyển động dưới tác dụng của lực trọng trường) Chiều sâu của dòng bùn là h, quảng đường chuyển động nằm ngang là l Bùn ban đầu cấp từ bên trái, nếu hạt nào trong toàn bộ thời gian chuyển động ngang cùng dòng chảy kịp rơi xuống hết chiều sâu h của dòng thì lắng xuống dưới thành sản phẩm cát, còn nếu rơi không kịp thì sẽ bị dòng chảy mang vào sản phẩm bùn tràn ở bên phải

Khi phân cấp trong dòng thẳng đứng có dòng nước đi lên với tốc độ vn thì những hạt thắng được tố độ dòng nước sẽ chìm xuống (hạt lớn) đi vào sản phẩm cát, còn những hạt không thắng được tố độ dòng nước (hạt nhỏ) sẽ đi vào sản phẩm bùn tràn

10

Quá trình phân cấp được dùng rộng rãi ở các xưởng tuyển khoáng Giới hạn trên của

độ hạt đưa vào phân cấp đối với than không quá 13mm, còn đối với quặng không quá

5-6 mm

1.2.3 Phân loại máy phân cấp

* Theo môi trường phân cấp: nước, khí

* Theo nguyên tắc phân cấp

Phân biệt máy phân cấp trong trường trọng lực (phân cấp dưới tác dụng của trọng trường) và phân cấp trong trường lực ly tâm (phân cấp dưới tác dụng của lực ly tâm)

Để tháo sản phẩm hạt lớn (cát) khỏi máy phân cấp có thể dùng phương pháp cơ giới (bắt buộc) và phương pháp tự chảy

Tuỳ thuộc và hình dạng của thùng máy và loại thiết bị vận chuyển cát, máy phân cấp cơ giới được chia thành: máy phân cấp cào, máy phân cấp xoắn, máy phân cấp hình trụ, gầu nâng v.v

Máy phân cấp thuỷ lực tháo sản phẩm cát bằng tự chảy được phân thành: máy phân cấp hình nón, máy phân cấp hình tháp, máy phân cấp hình trụ v.v

Hiệu quả quá trình phân cấp được đánh giá bằng tỷ lệ phân phối của cấp tính vào sản phẩm bùn tràn hoặc vào sản phẩm cát

Hiệu quả phân cấp tăng khi lưu lượng bùn đưa vào phân cấp nhỏ và quá trình phân cấp thực hiện trong bùn loảng

Ở đây xét các máy phân cấp dùng môi trường nước và được chia thành:

- Phân cấp thuỷ lực (dựa vào sức nước để phân cấp) như: máy phân cấp nhiều ngăn, phểu phân cấp bùn, xoáy lốc nước (cyclone)

- Phân cấp cơ giới: phân cấp được nhờ lực cơ khí như: máy phân cấp ruột xoắn, máy phân cấp cào

1.2.3.1 Máy phân cấp thuỷ lực

Phổ biến là máy phân cấp hình nón, bể lắng (hình trụ hay tháp) máy phân cấp nhiều ngăn

Điểm chung của tất cả loại máy là có dòng bùn ngang Máy dùng để phân chia vật liệu theo cỡ hạt thành hai hoặc nhiều sản phẩm, không cần bổ sung thêm nước hoặc nếu

có bổ sung thì chỉ cần một lượng nhỏ

Máy phân cấp thuỷ lực nhiều ngăn: ví dụ loại 4 ngăn, có thể có loại 6 ngăn, 8 ngăn

Hình dưới thể hiện máy phân cấp thuỷ lực 4 ngăn Cấu tạo của mỗi ngăn 1 như sau: phần trên có dạng hình máng loe rộng dần theo chiều chuyển động của dòng bùn, phần dưới là buồng phân cấp có dạng hình tháp Kích thước của các buồng tăng dần theo hướng từ đầu cấp liệu đến dầu tháo sản phẩm bùn tràn Phần dưới của mỗi ngăn hình tháp có lắp thiết bị phân cấp đặc biệt 5 Cấu tạo của thiết bị phân cấp đặc biệt gồm ngăn phía trên là cơ cấu khuấy 4 (kiểu bản lá) để làm tơi xốp vật liệu, ngăn để cấp nước và thiết bị tháo sản phẩm lắng (cát)

Hình 1 2: Máy phân cấp thuỷ lực bốn ngăn

1- vỏ máy; 2- hộp giảm tốc; 3- bộ truyền động; 4- cơ cấu khuấy;

5- ngăn (van xoáy); 6- cơ cấu phân cấp; 7- cơ cấu tháo; 8- thanh lõi Trong ngăn phân cấp hình trụ có cửa sổ nhỏ để quan sát quá trình phân cấp Cơ cấu khuấy kiểu bản lá được gắn trên trục rỗng thẳng đứng và quay với tốc độ chậm (1 -2 vòng trong 1 phút) để khuấy trộn vật liệu lắng đọng trong vùng này Bên trong của trục rỗng có thanh lõi, phía dưới của thanh này có gắn van xả nhờ cơ cấu lệch tâm đặt trong các hộp giảm tốc 2 làm cho thanh lõi được định kỳ nâng lên và hạ xuống Các hộp giảm

Nước sạch được cấp vào từ phía dưới của mỗi ngăn theo hướng tiếp tuyến để tốc độ dòng đi lên được phân bố đều đặn và ổn định theo tiết diện ngang

Máy phân cấp loại này được dùng để phân chia vật liệu thành các cấp hạt hẹp trước khi cấp vào bàn đãi Máy phân cấp thuỷ lực được sản xuất gồm các loại: bốn ngăn, sáu ngăn và tám ngăn

Năng suât của máy phân cấp thuỷ lực bốn ngăn là 15 – 24 T/h Cỡ hạt cấp liệu không quá 2 mm Chiều rộng của ngăn ở đầu cấp liệu 0,62 m, ở đầu tháo bùn tràn là 1,5m Chiều rộng tổng cộng là 2,93 m Công suất động cơ 1,7 kW

1.2.3.2 Phân cấp hình côn (phễu phân bùn)

Được sử dụng để phân loại vật liệu dạng hạt có độ lớn nhỏ hơn 1,65mm, bùn với độ lớn 0,3mm chủ yếu trong quá trình tuyển trọng lực

Phểu có tác dụng điều chỉnh nồng độ bùn cát, để giữ nồng độ này ổn định

Hình 1 3: Phễu phân bùn

1- vỏ máy; 2- thanh kéo; 3- vỏ (côn) thép; 4- van; 5- màng ngăn (tấm ngăn)

Khi nồng độ bùn bình thường sẽ có 2 sản phẩm

- Bùn tràn

- Cát lắng xuống phía dưới

Khi nồng độ bùn tăng lên, cát đọng xuống nhiều quá mức bình thường, các van sẽ tác động làm van 4 tự động mở làm bùn trong phểu ra bớt

Khi nồng độ bùn trở lại bình thường, van 4 đóng lại Như vậy phểu phân bùn này có tác dụng ổn định nồng độ bùn: đảm bảo cho lượng sản phẩm lấy ra đều đặn

Năng suất theo cấp liệu (T/h)

D: đường kính lớn nhất của phễu côn (mm)

V: vận tốc lắng của hạt có độ lớn giới hạn phân chia mm/s

R: tỷ lệ lỏng/rắn (L/R) (theo khối lượng) của cấp liệu

: khối lượng riêng của hạt quặng T/m3

: số lượng của vật rắn rơi vào cát tháo tải

N: tỷ lệ lỏng/rắn (theo khối lượng) trong cát

Gọi A là diện tích cửa mở:

A =

gh C

Q

2

: độ nhớt hỗn hợp bùn chảy qua cửa tháo

Q: lượng bùn chảy qua cửa tháo (m3

/s) C: hằng số phụ thuộc dạng cửa tháo, với cửa tròn C = 0,85 – 9

1.2.3.3 Xoáy lốc nước (Xyclôn)

* Cấu tạo: Xyclôn gồm phần trụ ngắn ở phía trên, và phần hình nón cụt ở phía dưới, được đức bằng gang hoặc hàn bằng thép tấm bên trong có lát vật liệu chịu mài mòn (cao

su, gốm, thép hợp kim) Phần hình trụ có gắn ống bùn tràn 3 và cấp liệu 4

Hình 1 4: Xyclôn

* Nguyên lý làm việc: bùn đầu được cấp có áp lực nhất định vào xyclôn qua ống 4 theo phương pháp tiếp tuyến với phần hình trụ tạo thành một dòng xoáy rất mạnh trong xyclôn

Mỗi hạt trong bùn chịu: lực trọng trường, lực cản môi trường, lực ma sát nhưng chủ yếu là lực ly tâm Lực ly tâm lớn hơn lực trọng trường nhiều

Do lực ly tâm, các hạt nặng kích thước lớn chuyển động sát thành xyclôn xuống phía dưới rồi được tháo liên tục qua ống cát 5, còn bùn tràn chứa chủ yếu là nước và các hạt mịn chuyển động theo dòng nước ngược lên trên rồi theo ống bùn 3 ra ngoài

- Điều chỉnh quá trình làm việc của xyclôn: bằng cách thay đổi đường kính của ống cát

KD: hệ số thực nghiệm kể đến đường kính D của xyclôn:

KD = 0,8 +

D

1 , 0 1

2 , 1

044,0

- Kiểm tra đường kính D: nếu có trước KD có thể kiểm tra D xem hợp lý chưa

- Đường kính của giới hạn trong cấp liệu được xác định theo công thức sau:

dgh= 0,9

) (

.

.

0 5

, 0 0

P0: áp lực bùn cửa vào của xyclôn (kg/cm2)

T: hàm lượng pha rắn trong cấp liệu (%)

t: trọng lượng riêng pha rắn (g/cm3

18

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC VÀ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA

MÁY PHÂN CẤP XOẮN 2.1 Máy phân cấp xoắn:

2.1.1 Cấu tạo: gồm các bộ phận chính sau đây

- Thùng máy: có dạng nửa hình trụ đặt nghiêng một góc 120 - 180

- Ruột xoắn: có thể có 1 hoặc 2, được đặt trong thùng máy, khi ruột xoắn quay sẽ

- Các cơ cấu truyền động cho ruột xoắn

Hình 2 1: Máy phân cấp ruột xoắn

Sơ đồ truyền động

Hình 2 2: Sơ đồ truyền động

1- Thân máng; 2- Cánh xoắn; 3- Cụm ổ đỡ trên; 4- Động cơ chính; 5- Hộp giảm tốc

chính; 6- Cặp bánh răng côn ; 7- Cặp bánh răng côn nâng vít; 8- Động cơ nâng vít; 9-

Hộp giảm tốc nâng vít; 10- Cụm ổ đỡ dưới; 11- Trục vít nâng; 12- Cụm trục chính

Hình 2 3: Cụm ổ đỡ dưới

1-Thân gối dưới; 2-Trục dưới; 3-Ống lót; 4-Ống chặn; 5-Đệm amiang; 6-Nắp gối dưới; 7-Bu lôngM8; 8-Bích tăng 1; 9-Bích tăng 2; 10-Tết chèn; 11-Bạc công; 12-Ổ lăn

20

2.1.2 Nguyên lý hoạt động

Bùn ban đầu được tạo vào bên hông gần đầu thấp máy phân cấp Những hạt lớn chìm xuống được ruột xoắn vận chuyển lên đầu cao thành sản phẩm cát, hạt mịn tràn qua ngưỡng tràn vào sản phẩm bùn  có 2 sản phẩm Khi làm việc, đáy thùng máy hoàn thành một lớp cát không chuyển động để bảo vệ thùng máy khỏi bị mòn Chúng ta có thể dùng 2 ruột xoắn để tăng năng suất

- Máy phân cấp có ruột xoắn chìm: một phần ruột xoắn ở đầu thấp nập hoàn toàn trong bùn, nên gương lắng rộng và yên ả hơn cho phép nhận được sản phẩm bùn mịn (>60% cấp – 0,074mm)

- Máy phân cấp có ruột xoắn nổi (tất cả phần trên của các cánh xoắn nhô lên trên mặt bùn) thì có bùn thô hơn (<60% - 0,074mm)

Bảng 1: Đặc tính kỹ thuật máy phân cấp xoắn cánh xoắn không ngập nước

1KCH-3 1KCH-5 1KCH-7,5 1KCH-10 1KCH-12 1KCH-15 Đường

24B

2KCH-30 Đường

kính 2000 2400 2400 2400 3000 2400 2400 3000 Chiều dài 8090 8860 12250 13165 12100 9200 12080 12500

Số cánh

Bước

xoắn 1250 1500 1500 1500 1800 1500 1500 1800 Tần số

lượng 18 21,6 33,3 38,1 41,04 36,43 56,7 74

Bảng 2: Đặc tính kỹ thuật máy phân cấp xoắn cánh xoắn ngập nước

24

Bảng 3: Các thông số lắp ghép máy phân cấp xoắn với máy nghiền bi

Máy nghiền Máy phân cấp Góc

nghiêng máy phân cấp

Khoảng cách giữa các trục, mm

Chiều cao từ trục máy nghiền đến tâm dẫn bùn vào máng, mm

Đường kínhchiều dàiSố cánh xoắn (DLm), mm

Đường tràn vào máy phân cấp

Máy nghiền, phân cấp

Độ nghiêng,

%

Chiều rộng,

mm

Độ nghiêng,

%

Chiều rộng, mm

Máy lắp ghép Thông số chủ yếu mối lắp ghép

Máy nghiền Máy phân cấp Góc

nghiêng máy phân cấp

Khoảng cách giữa các trục, mm

Chiều cao từ trục máy nghiền đến tâm dẫn bùn vào máng, mm

Đường kínhchiều dàiSố cánh xoắn (DLm), mm

Đường tràn vào máy phân cấp

Máy nghiền, phân cấp

Độ nghiêng,

%

Chiều rộng,

mm

Độ nghiêng,

%

Chiều rộng, mm

26

Bảng 4: Giá trị gần đúng tương quan tới hạn Ж: T của sản phẩm

( theo khối lượng sản phẩm khi quặng có tỷ trọng 2,7 g/cm3)

Độ lớn quặng

xả, mm

Tốc độ vòng quay cánh xoắn, m/ph

máy phân cấp

T/m 2 diện tích (mặt gương) máy phân cấp

18 0,20 250 – 320 47 – 58

Bảng 7: Thời hạn sử dụng chi tiết máy phân cấp xoắn (tháng)

Trục máy phân cấp chế tạo

từ ống với chiều dày, mm:

Hình 2 4: Máy xoắn phân cấp đơn [8]

Hình 2 5: Máy xoắn phân cấp kép [8]