Chuong 15 co luu chat

KHÁI NIỆM Quá trình làm giảm kích thước hạt vật liệu nhờ ngoại lực tác động vào để phá tan mối liên kết cơ học giữa các phần tử chất rắn gọi là quá trình nghiền đập.. Ngoài độ cứng ra k

233

CHƯƠNG 15 NGHIỀN, ĐẬP

1 KHÁI NIỆM

Quá trình làm giảm kích thước hạt vật liệu nhờ ngoại lực tác động vào để phá tan mối liên kết cơ học giữa các phần tử chất rắn gọi là quá trình nghiền đập Công cụ thực hiện quá trình này gọi là máy nghiền, máy đập

1.1 Phân loại quá trình nghiền đập

Dựa theo kích thước sản phNm đầu và sản phNm cuối để phân loại quá trình như sau, xem bảng 15.1

Bảng 15.1

Quá trình Kích thước sản

phm đầu D1 (mm)

Kích thước sản phm cuối D2 (mm)

Nghiền trung bình 0,1 ÷ 0,05 0,05 ÷ 0,015

Nghiền mịn 0,1 ÷ 0,04 0,01 ÷ 0,005

1.2 Bậc nghiền (còn gọi là mức độ nghiền)

Là tỉ số giữa kích thước sản phNm đầu và sản phNm cuối

2

1 D

D

Phân loại theo bậc nghiền, xem bảng 15 – 2 dưới đây:

Bảng 15 – 2

Quá trình Bậc nghiền i

Nghiền trung bình 5 ÷ 10

234

1.3 Cấu trúc vật liệu

Ngoại trừ một số ít vật liệu có tinh thể phát triển điều hoà, nghĩa là cơ cấu phát triển của các phân tử đều đặn, còn tuyệt đại đa số vật liệu tinh thể phát triển không đều hoà, có nơi khuyết tật hoặc thiếu ion hay nguyên tử, nhữnng nơi đó có xu hướng dễ vỡ khi có ngoại lực tác động vào Vật liệu có tinh thể càng lớn càng dòn thì càng dễ nứt vỡ, ngược lại càng nhỏ thì độ bền cơ học càng cao và độ cứng cực đại khi mức độ nghiền càng nhuyễn Ngoài

độ cứng ra khi nghiền vật liệu cần xét một số tính chất khác như độ Nm, độ dính, độ trơn v.v

Năng lượng tiêu hao cho quá trình nghiền chủ yếu là dựa vào phương trình thực nghiệm sau đây:

dD

Với C, P: hằng số và số mũ tìm bằng thực nghiệm

Công thức (15 – 2) phát biểu như sau “Sự biến thiên năng lượng dE để làm giảm kích thước dD của một đơn vị khối lượng vật liệu là một hàm số mũ theo kích thước

Sau đây là các thuyết nghiền vật liệu:

2.1 Thuyết bề mặt của Rittinger

Thuyết bề mặt của Rittinger được phát biểu như sau: “Công suất cần thiết để nghiền vật liệu tỉ lệ thuận với diện tích bề mặt mới tạo thành của sản phNm nghiền”













−

=

1 2

R

D

1 D

1 K G

N

Trong đó KR: hằng số Rittinger, xác định bằng thực nghiệm

N: năng lượng tiêu hao; kW G: năng suất nhập liệu; kg/s

D1, D2: kích thước sản phNm đầu và cuối; mm

2.2 Thuyết thể tích của Kick

Thuyết Kick được phát biểu như sau: “Công suất cần thiết để nghiền vật liệu với thể tích cho trước và mức độ nghiền i là một đại lượng không đổi”

i lg K G

N

k

Trong đó KK: hằng số Kick, xác định bằng thực nghiệm

i: mức độ nghiền, xem công thức (15 – 1)

235

Nhận xét: Nhìn chung, thuyết của Rittinger sử dụng tốt cho nghiền mịn đặc biệt là máy nghiền bi, còn thuyết của Kick thì sử dụng tốt cho quá trình nghiền thô

2.3 Định luật Bond

Định luật Bond phát biểu như sau: “Công suất cần thiết để nghiền vật liệu tỉ lệ với căn bậc hai của sản phNm đầu và cuối”

















−

=

1 2

B

D

1 D

1 K G

N

(15 – 5a)

Với KB = 18,97ϕi: hằng số Bond tìm bằng thực nghiệm

ϕi: gọi là chỉ số công suất;

T

h kW

ϕi được định nghĩa là năng lượng cần thiết để nghiền vật liệu có kích thước ban đầu D1

ra kích thước D2 sao cho đạt 80% vật liệu lọt qua rây 100µm Bảng (13 – 5) cho giá trị chỉ số công suất của một số vật liệu thông dụng

- G: năng suất nhập liệu; Tấn/phút

- Nếu nghiền khô, vật liệu cứng và chu trình nghiền gián đoạn (nghiền hở), xem hình (H15.1a) thì công suất tăng hơn 4/3 lần so với nghiền liên tục (nghiền kín), xem hình (H15.1b)

- Tóm lại công suất tính theo Bond là:

kW

; G D

1 D

1 97 , 18 3

4 N

1 2













− ϕ

Nhận xét: Với chu trình hở thì sau khi sàng đưa vào máy nghiền cho ra sản phm không đều Chu trình nghiền kín thì sau khi nghiền hạt thô sẽ cho hoàn lưu lại máy nghiền, còn sản phm qua sàng cho kích thước đều hơn

236

Bảng 15.3

Tên vật liệu

Khối lượng riêng;

kg/m3

Chỉ số công suất

ϕi;

T

h

kW Tên vật liệu

Khối lượng riêng;

kg/m3

Chỉ số công suất

ϕi;

T

h kW

3 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIỀN ĐẬP

Có 4 phương pháp thông dụng sau: xem hình (H15.2)

- Hình 15.2a: Nghiền bằng phương pháp ép

Vật liệu khi ép thì thể tích của nó sẽ biến dạng và khi lực ép F vượt qua ứng suất nội của vật liệu thì chúng sẽ bị vỡ

- Hình H15.2b: Nghiền bằng phương pháp bổ

Khi lực bổ F lớn hơn ứng suất nội của vật liệu thì chúng sẽ vỡ Sản phNm cho ra đồng đều hơn so với ép và có thể điều chỉnh kích thước của sản phNm được

- Hình H15.2c: Nghiền bằng phương pháp va đập

237

Vật liệu bị vỡ do lực F va đập trực tiếp, khi tải trọng động tập trung thì giống như phương pháp bổ, còn khi dàn đều thì giống như phương pháp ép

- Hình H15.2d: Nghiền bằng phương pháp chà xát

Vật liệu bị vỡ tung do lực nén F, sản phNm ở dạng bột, kích thước nhỏ và đều

Muốn chọn một trong bốn phương pháp trên thì dựa vào hai yếu tố sau:

• Kích thước sau khi nghiền thuộc loại nào: thô, trung bình hay mịn?

• Xét ứng suất nội (độ cứng) của vật liệu đem nghiền:

+ Vật liệu mềm có giới hạn bền σ < 107 N/m2

+ Vật liệu cứng vừa có giới hạn bền σ =(1 ÷5).107 N/m2

+ Vật liệu cứng, rất cứng có giới hạn bền σ > 5.107 N/m2

• Đối với vật liệu có độ bền cơ học thấp thì chọn phương pháp va đập, chà xát Vật liệu có độ bền cơ học cao thì chọn phương pháp ép, bổ

• Khi chọn máy nghiền nên lưu ý

+ Đảm bảo máy đạt năng suất

+ Năng lượng tiêu hao đúng mức

+ Kích thước sản phNm đều

+ Thao tác đơn giản, ít sự cố, giá thành vừa phải

4 GIỚI THIỆU MÁY NGHIỀN

4.1 Máy nghiền thô

4.1.1 Máy đập má

Máy đập má chủ yếu dùng để nghiền thô, mức độ nghiền i = (3÷5) Có nhiều loại máy đập má khác nhau, nhưng thông dụng nhất là máy đập má treo phía trên (hình H15.3a) và máy đập má treo phía dưới (hình H15.3b)

Không gian làm việc của máy là khoảng trống giữa má cố định 1 và má di động 2 Khi má di động lùi ra xa má cố định thì đó là lúc tháo sản phNm (loại treo trên) hoặc nhập

238

nguyên liệu (loại treo dưới) và lúc hai má gần nhau thì xảy ra quá trình nghiền Do vậy máy đập má làm việc theo phương pháp va đập

Đặc biệt trên bề mặt làm việc của hai má có gắn thêm các gân tăng cứng để tăng tuổi thọ của má đồng thời làm tăng ma sát giữa hai má và vật liệu, giữ không cho vật liệu văng ra ngoài khi máy làm việc Dưới đây là các thông số chính của máy đập má:

• Góc kẹp α: là góc tạo bởi má cố định và má di động khi má di động tiến tới vị trí gần nhất so với má cố định Muốn giữ cho vật liệu không bị văng ra khi làm việc thì điều kiện là góc kẹp α nhỏ hơn hai lần góc ma sát của vật liệu

• Xác định số vòng quay trục lệch tâm n

S

tan 5 , 66

S = (5 ÷ 30)mm : khoảng dịch chuyển má di động:

• Xác định năng suất máy đập má

h

T

; tan

g k L S D n 60

α

ρ

n: số vòng quay trục lệch tâm; v/p

D2: kích thước sản phNm sau khi nghiền; m

S = (5 ÷ 30)mm, khoảng dịch chuyển má di động

L: chiều dài khoang nhập liệu; m

k = (0,25 ÷ 0,6), hệ số thực nghiệm

ρ: khối lượng riêng vật liệu nghiền; T/m3

g: gia tốc trọng trường; m/s2

α: góc kẹp

• Công suất nghiền: đại lượng này khó xác định chủ yếu là tìm bằng thực nghiệm Ví

dụ theo Olevski B.A thì công suất nghiền

n S H L K 7 , 11

KK = (0,56 ÷ 0,6), hệ số cấu tạo của khoang nhập liệu

H = (2,25 ÷ 2,65)B: chiều cao của khoang nhập liệu; m

B: chiều rộng khoang nhập liệu; m

L, S, n: sách đã dẫn

4.1.2 Máy nghiền nón

Làm việc theo phương pháp ép, máy nghiền nón có thể dùng để nghiền thô hoặc nghiền trung bình Mức độ nghiền i = (3 ÷ 10)

Quá trình nghiền xảy ra trong khoảng không gian giữa hai mặt nón cố định và di động

- Nón cố định lắp thẳng vào thân máy

239

- Nón di động lắp vào trục lệch tâm Khi trục lệch tâm quay thì sẽ tạo khe hở giữa hai mặt nón, mà khe hở này thay đổi tuần hoàn trong một vòng quay từ trạng thái nhỏ nhất đến trạng thái lớn nhất Quá trình nghiền xảy ra khi khe hở nhỏ dần ngược lại khi khe hở lớn dần thì xảy ra quá trình tháo liệu Rõ ràng quá trình nghiền và tháo liệu xảy ra luân phiên trên các vị trí của chu vi mặt nón

Nón cố định làm việc ở bề mặt trong

Nón di động làm việc ở bề mặt ngoài

Để tăng cứng và tăng ma sát cho vật liệu nghiền và bề mặt nón người ta tạo thêm các đường gân tăng cứng trên bề mặt nón Hình (H15.4) mô tả cấu tạo máy nghiền nón

Các thông số chính của máy nghiền nón gồm:

• Góc kẹp α: là góc tạo bởi mặt nón cố định và mặt nón di động khi chúng ở vị trí gần nhất

- Với máy nghiền thô α = (21 ÷ 23)0

- Với các loại máy nghiền khác α = (12 ÷ 18)0

- α = α1 + α2

• Xác định số vòng quay nón di động

r

tan tan

47

r = (5 ÷ 20)mm: khoảng cách chuyển động lệch tâm của nón di động

• Năng suất máy nghiền nón

240

2 1

2 2 2

tan tan

g K D ' D S n D 4 , 188 G

α + α

ρ

−

D2: kích thước sản phNm sau khi nghiền; m

n, S = 2r: sách đã dẫn D’2: Đường kính dưới của nón cố định; m

K = (0,4 ÷ 0,7) hệ số thực nghiệm

ρ, g: sách đã dẫn

• Xác định công suất máy nghiền nón:

E 10 14 0

' D D

"

D n N

6 2

2 2

2 2 2

η

− σ

D2: kích thước sản phNm sau khi nghiền; m D’2: đường kính đáy dưới nón cốđịnh; m D”2: đường kính đáy dưới nón di động; m

σ: ng suất nội của vật liệu nghiền; N/cm2 E: module đàn hồi của vật liệu nghiền; N/cm2 n: số vòng quay, sách đã dẫn

η = (80 ÷ 90)%: hiệu suất nghiền

4.2 Máy nghiền trung bình

4.2.1 Máy nghiền trục

Gồm hai trục hình trụ quay ngược chiều và vận tốc quay mỗi trục khác nhau để tạo

ra lưc chà xát Vật liệu nghiền chuyển vào khe hở giữa hai trục mà độ lớn của khe hở có

thểđiều chỉnh được Trên bề mặt làm việc của trục nếu không tạo răng ma sát thì vận tốc quay tối đa là (4 ÷ 6) m/s, còn có răng ma sát thì vận tốc quay (1 ÷ 2) m/s, mức độ

nghiền i = (5 ÷ 10) Đặc biệt có thể dùng hai, ba, hoặc nhiều cặp trục xếp chồng lên nhau theo khe hở từ lớn tới nhỏ để mức độ nghiền có thể đạt cao hơn Hình (H15.5) biểu diễn máy nghiền loại một cặp trục

241

Các thông số chính của máy nghiền trục:

• Góc kẹp α: là góc ứng với hệ số ma sát của vật liệu với bề mặt làm việc

α = (32 ÷ 48)0↔ f = (0,3 ÷ 0,45) Góc kẹp xác định như sau

r R

a R cos

+

+

=

Và bán kính trục R loại trục trơn

α

−

− α

= cos 1

a cos r

Bán kính trục khi có ma sát

α

−

α

= cos 1

cos r

R: bán kính trục; m r: bán kính trung bình vật liệu nhập vào máy; m a: nửa khe hở giữa hai trục; m

• Vận tốc quay của trục

( 1 2)

2

D D D E

K 78

, 1 n

− ρ

α σ

D = 2R: đường kính trục nghiền; m Các đại lượng khác sách đã dẫn

• Xác định năng suất máy nghiền trục:

g K n a D L 4 , 188

L, D: chiều dài và đường kính trục; m

K = (0,2 ÷ 0,6) hệ số thực nghiệm n: số vòng quay của trục; v/phút Các đại lượng khác sách đã dẫn

• Xác định công suất máy nghiền

















+

3

10 24

D 2

D 10

26

n D L 736 , 0

4.2.2 Máy nghiền búa

Hoạt động trên nguyên tắc dùng lực va đập và chà xát Trên rotor 2 có gắn nhiều búa 3, khi rotor quay thì búa sẽ đập trực tiếp và vật liệu, vật liệu sau khi nghiền nếu đạt kích thước theo yêu cầu thì sẽ chui qua lỗ sàng 4 để thoát ra ngoài Còn nếu kích thước lớn sẽ chịu thêm lực chà xát giữa vật liệu và thân máy cho đến lúc lọt lỗ sàng rơi xuống dưới Loại máy này nghiền vật liệu khô dòn là hiệu quả nhất, nghiền vật liệu Nm kém vì nghẹt máy, có thể

nghiền mịn đạt kích thước D2 khoảng 100µm Hình (H15 6) mô tả máy nghiền búa

242

Các thông số chính của máy nghiền búa:

• Thông số kỹ thuật:

- Đường kính rotor: D = 3D1 + 0,5; m

- Chiều rộng rotor: B = (0,8 ÷ 1,5)D; m

- Chiều dài búa: ℓB = (0,4 ÷ 0,5)R; m

- Trọng lượng búa: (2 ÷ 7) kg, v = (15 ÷ 25) m/s ⇒ cho D2≥ 20mm

- Trọng lượng búa: (3 ÷ 5)kg, v = (25 ÷ 60) m/s ⇒ cho D2 = (1 ÷ 5)mm

- Trọng lượng búa: (0,5 ÷ 1)kg, v = (80 ÷ 100) m/s ⇒ cho D2 = (10 ÷ 100) µm

• Xác định năng suất

( )i 1 3600

n D B K G

2 2

−

K = (0,3 ÷ 0,7) hệ số thực nghiệm

B, D, n, i: sách đã dẫn

• Tính lượng búa cần thiết

( )2 2

3 1 2 1 v E 6

D n m

ε

−

σ

Khi v = (15 ÷ 25) m/s ⇒ nghiền trung bình

Khi v = (25 ÷ 60) m/s nghiền mịn (gọi là vận tốc đầu búa)

ε = (0,3 ÷ 0,9): độ đàn hồi của vật liệu nghiền

σ, D1, E: sách đã dẫn

• Xác định công suất máy nghiền búa

3

2 1

10 120

n v m Z K

K1: hệ số thực nghiệm phụ thuộc vận tốc đầu búa v

243

m: khối lượng búa, xem công thức ( 15 – 20); kg v: vận tốc đầu búa; m/s

n: số vòng quay của rotor; v/phút Z: số lượng búa

4.3 Máy nghiền mịn

4.3.1 Máy nghiền răng

Máy nghiền răng làm việc trên nguyên tắc dùng lực chà xát và va đập Gồm có hai loại: loại một rôtor quay và đĩa cố định, loại hai rotor quay ngược chiều nhau

Hình (H15.7) mô tả cấu tạo máy nghiền răng loại một rotor và đĩa cố định, trên đĩa cố định 3 cũng gắn các hàng răng 4, khi rotor 7 quay thì hàng răng sẽ đập trực tiếp vào vật liệu, vật liệu chuyển động theo quỹ đạo zíc zắc từ hàng răng này sang hàng răng khác, hạt nào đạt kích thước yêu cầu thì lọt qua lỗ sàng 5 ra ngoài, còn chưa đạt thì tiếp tục va đập cho đến lúc phải lọt lỗ sàng Hình (H15.8) biểu diễn quỹ đạo của vật liệu nghiền

Các thông số chính của máy nghiền răng

• Số vòng quay của Rotor:

Loại một rotor

( )2 1

1 E 1

1 R

30 n

ε

− ρ π

σ

Loại hai rotor quay ngược chiều nhau

( )2 1

1 E 1

1 R

15 n

ε

− ρ π

σ

244

R1: Bán kính hàng răng trong cùng; m

σ, E, ρ: sách đã dẫn

ε1 = (0,18 ÷ 0,3) hệ số bền vật liệu nghiền

• Xác định bán kính lớn nhất của rotor

(n 1);m a

R

R1: sách đã dẫn

a = (2 ÷ 3)D1: khoảng cách giữa mỗi hàng răng; m n: số lượng hàng răng

• Xác định năng suất

r

1 .B.v R

7200

R1, ρ: sách đã dẫn

ε = (0,5 ÷ 0,6): độ xốp vật liệu nghiền B: chiều dài răng; m

vr: vận tốc va chạm của vật nghiền, tính từ hàng răng thứ 2 có R2, chọn vr = 30m/s

• Công suất nghiền

d ms

n N K

N N

η

+

Ở đây

7

2 tb 3 n

10 8 , 10

R n M

3 ms

10 60

f d n M

M: khối lượng rotor; kg n: số vòng quay của rotor; v/p d: đường kính trục quay; m

f = (0,03 ÷ 0,1) hệ số ma sát cơ học của ổ trục

Kd = (1,2 ÷ 1,5) hệ số dự trữ

Rtb: bán kính trung bình của rotor; m

η = (75 ÷ 90)% hiệu suất

4.3.2 Máy nghiền bi

Máy nghiền bi làm việc dựa trên nguyên tắc lực va đập và chà xát, hình (H15 9) mô tả cấu tạo máy nghiền bi Gồm thùng chứa vật liệu hình trụ và bi nghiền Thùng chứa quay theo phương xác định với số vòng quay n (v/p), lực ly tâm ép viên bi cùng vật liệu vào thùng đưa lên một độ cao xác định, khi trọng lực lớn hơn lực ly tâm thì bi và vật liệu cùng rơi tự do

và quá trình nghiền xảy ra Có hai loại máy nghiền bi

245

• Loại thùng ngắn:

D

L

≤

- dbi = (50 ÷ 100)mm

- Mức độ nghiền i = (10 ÷ 15)

• Loại thùng dài

-D

L

= (6 ÷ 10)

- Trong đó dài 1 ngăn là

D

L1

= (1,5 ÷ 2)

- Số ngăn sử dụng (3 ÷ 4)

- Mức độ nghiền i = 100

- Kích thước nhỏ dần từ ngăn đầu đến cuối

- L, D: chiều dài và đường kính thùng nghiền; m

Các thông số chính của máy nghiền bi

• Đường kính bi bằng kim loại

1 2

bi 6.lgD D

D2: kích thước sản phNm sau khi nghiền; µm

D1: kích thước sản phNm nhập liệu; mm

• Lượng bi nạp vào thùng nghiền

bi 60 65%.V

• Với bi hình trụ, chiều dài bi là

bi

bi 1, d

• Khối lượng bi trong thùng

ϕ ε ρ

Vth: thể tích thùng nghiền; m3