Giáo trình Vật liệu xây dựng - Chương II: Các loại máy đập nghiền (Phần 5)

Nội dung text: Giáo trình Vật liệu xây dựng - Chương II: Các loại máy đập nghiền (Phần 5)

1. Chương II: Các loại máy đập nghiền 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 Trang II- 50
2. Chương II: Các loại máy đập nghiền Hình 2.28b Máy nghiền hình trụ dài Hình 2.29 Máy nghiềnrôlích Trang II- 52
3. Chương II: Các loại máy đập nghiền ‰ 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: 4 2 3 1 6 5 Hình 2.31a Sơ đồ nguyên lý máy nghiền bi liên lục hình nón Trang II- 54
4. Chương II: Các loại máy đập nghiền Hình 2.31b Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo máy nghiền bi liên tục 8 5 2 7 4 11 10 1 3 6 9 7 Hình 2.32. Sơ đồ nguyên lý máy nghiền liên tục nhiều ngăn 7 8 2 4 10 5 11 6 9 Hình 2.32b. Máy nghiền bi liên tục nhiều ngăn Trang II- 56
5. Chương II: Các loại máy đập nghiền 7 11 12 10 Đem đi sử dụng 9 1 3 6 6 8 III I II 4 5 2 Hình 3.33a hệ thống nghiền bi theo chu trình kín Trang II- 58
6. Chương II: Các loại máy đập nghiền - 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. Trang II- 60
7. Chương II: Các loại máy đập nghiền 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. Gv2 Nghĩa là: =G cosϕ Æ v=2 g.R.cosϕ (2.81) gR π.D.n Mặt khác v = 60 602 .g.D.cosϕ cos ϕ Æ n2 == 42, 4 (2.82) 2Dπ22 D cos ϕ n= 42, 4 (2.83) D Lực hướng tâm đạt đến cực đại khi ϕ = 0 (cosϕ = 1), khi đó số vòng quay tới hạn của máy nghiền bi là : 42, 4 42, 4 1 nth = hay nth == 29,98 [v/ph] (2.84) D 2R R ‰ Tính số vòng quay hợp lý ( nhl) 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. dH Nghĩa là = 0 ,qua tính toán xác định được ϕ = 54o 40’ dϕ Thay vào công thức ta có: cosϕ cos(54o 40') n== 42, 4 42, 4 (2.85) hl DD 32 22.7 nhl = hay nhl = [v/ph] (2.86) D R Số vòng quay hợp lý của máy cũng có thể xác định theo công thức thực nghiệm: nhl = ( 0,72÷ 0,81) n th (2.87) Cũng theo kinh nghiệm, đối với máy nghiền bi sứ theo phương pháp ướt, số vòng quay hợp lý của máy: Trang II- 62
8. Chương II: Các loại máy đập nghiền Kinh nghiệm thực tế thường dùng những số liệu sau: Bảng 2.8 Hệ số của máy nghiền bi Loại bi Hệ số lấp đầy Bi thép tròn ϕ = 0,25 - 0,33 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: G = π .R2 .L.µγϕ . . [T] (2.91) Khi nghiền ướt trọng lượng bi đạn sứ sỏi nạp vào máy tính theo công thức: G = k.R2 .L [KG] (2.92) 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: G=VLbd (0,10,2G÷ ) (2.93a) - Đối với bi đạn sỏi sứ khi nghiền ướt: G0,9VLbd=÷( 1,0G) (2.93a) 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: Dbd = 6 d lg(d k ) [mm] (2.94a) 3 hoặc D=bd 28d [mm] (2.94b) Trong đó: d - kích thước cục vật liệu lớn nhất nạp vào máy [mm] dk – kích thước vật liệu tháo ra khỏi máy [µm] Trang II- 64
9. Chương II: Các loại máy đập nghiền • Công thức 3: G Q.k.η .q Q6,7VD= yppn [T/h] (2.95c) V 1000 Trong đó: qn - hệ số đặc trưng cho độ mịn, phụ thuộc vào lượng còn lại trên sàng N:009 ( tra bảng) • Công thức 4 0,8 G Q6,45.V.D.= Q.q [T/h] (2.95d)  yn V Qy: năng suất riêng của máy nghiền bi nhiều ngăn [T/ kw.h] ( tra bảng) VII.3.6. Tính công suất của máy nghiền bi Năng lượng cần thiết mà máy nghiền bi tiêu hao dùng để: - Nâng bi đạn - Tạo cho bi đạn có động năng - Khắc phục các lực cần thiết khác : lực ma sát, quán tính. ‰ Công tiêu hao để nâng bi đạn Công cần thiết để nâng bi đạn lên chiều cao h sau 1 chu kỳ: Trong đó: A1 = G.h [KG.m] (2.96a) G : trọng lượng bi đạn [KG] h : chiều cao nâng trung bình của toàn khối bi đạn [m] theo thực nghiệm h = 1,13R R :bán kính trong của máy nghiền bi [m] Æ A1 = 1,13.GR [Kg.m] (2.96b) ‰ Công tiêu hao để tạo cho bi đạn có động năng 22 2 mVtb GV tbG π .R tb .n A=2 = =  [KG.m] (2.97a) 22g2g30 Trong đó: m - khối lượng của bi đạn [ Kg.sec2/m ] Vtb - Tốc độ dài trung bình của bi đạn [m/sec] Rtb - bán kính trung bình [m] G - trọng lượng bi đạn [KG] g - gia tốc trọng trường [m/sec2] Trang II- 66