Thiết kế máy nghiền bi gián đoạn nghiền xương chén sứ dân dụng năng suất 6 triệu chén/năm

t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
Khoa Công Nghệ Vật Liệu

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN NGHIỀN XƯƠNG CHÉN
SỨ DÂN DỤNG NĂNG SUẤT 6 TRIỆU CHÉN/NĂM

GVHD:
Thầy: T.S PHẠM TRUNG KIÊN
Bộ môn Silicat

12/2014


LỜI NÓI ĐẦU

Là sinh viên khoa công nghệ vật liệu thuộc bộ môn silicat, việc nắm vững kiến thức
về tính chất, qui trình để sản xuất ra vật liệu là một điều cơ bản, bên cạnh đó kiến
thức về các thiết bị phục vụ cho quá trình sản xuất ra vật liệu cũng quan trọng
không kém.
Như chúng ta đã biết, để làm ra bất cứ loại vật liệu nào thì chúng ta đều phải sử
dụng những công cụ và thiết bị nhất định. Sản xuất gốm sứ cũng không phải là ngoại
lệ.
Quá trình công nghệ sản xuất vật liệu gốm sứ luôn phải đi từ những nguyên liệu dạng
bột mịn, vì vậy các thiết bị như đập, nghiền, sàng … là những thiết bị không thể thiếu
trong lĩnh vực này. Do đó, chọn lựa được những thiết bị phù hợp để sản xuất kinh
doanh luôn là nhiệm vụ hàng đầu khi sản xuất vật liệu gốm sứ.

Để thực sự hiểu hết về môn học này, thì Đồ án môn học Thiết bị Silicat nhằm giúp
cho sinh viên hiểu sâu hơn về từng loại thiết bị cụ thể từ sơ đồ nguyên lý, cấu tạo cho
tới nguyên tắc hoạt động, vận hành và bảo dưỡng. Đồ án bổ sung rất nhiều kiến thức
hữu ích cho sinh viên trong quá trình học tập cũng như ứng dụng trong thực tiễn sau
này.
Nội dung đồ án của em là: Thiết kế máy nghiền bi gián đoạn nghiền nguyên liệu cho
xương chén sứ dân dụng với năng suất 6 triệu chén/ năm.
Để hoàn thành đồ án này, em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy
T.S PHẠM TRUNG KIÊN, em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô
trong bộ môn Silicat. Do tài liệu, sự hiểu biết còn hạn chế, và một số điều kiện nhất
định không cho phép nên đồ án này còn nhiều thiếu sót. Em rất mong nhận được sự
góp ý của quý thầy cô. Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện



MỤC LỤC


Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm
GVHD: T.S Phạm Trung Kiên

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH NGHIỀN
1.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH NGHIỀN
1.1.1. Khái niệm :
Nghiền là quá trình làm giảm kích thước cục vật liệu rắn dưới tác dụng của
ngoại lực nhằm phá vỡ nội lực liên kết giữa các phần tử trong cục vật liệu, kích
thước sản phẩm đầu ra là dạng hạt mịn (d ≤ 5 mm )

1.1.2.

Các phương pháp tác dụng lực :

Nén ép

Nổ

Mài xiết

Uốn
Va đập

Khi thiết bị làm việc có thể kết hợp nhiều phương pháp. Trong quá trình nghiền,
lực tác dụng chủ yếu là lực mài xiết và lực va đập.
1.1.3. Mức độ đập nghiền :
Mức độ đập, nghiền là tỉ số kích thước của cục vật liệu trước khi đập , nghiền (D)
với kích thước của nó sau khi đập, nghiền (d)

I=D
d

max

max

Đối với hỗn hợp vật liệu có kích thước khác nhau thì ta dùng lưới sàng phân loại
và tính đường kính trung bình của khối hạt
5

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm
GVHD: T.S Phạm Trung Kiên

Dtb =

d min + d max
2

Từ đó ta tính được hệ số đập nghiền theo công thức

I=

Dtb
dtb

1.1.4. Các yêu cầu đối với quá trình đập nghiền :
- Năng lượng tiêu tốn phải là nhỏ nhất, phụ thuộc:
Lực liên kết giữa các phân tử vật liệu.
Hình dạng của vật liệu.
Kích thước hạt vật liệu.
Thiết bị.
Hệ số ma sát giữa vật liệu với bề mặt thiết bị đập nghiền.
- Chỉ đập nghiền đến mức độ cần thiết, không nên nghiền quá yêu cầu, khi
đạt đến độ mịn cần thiết thì thao ra khỏi máy ngay.
•
•
•
•
•

- Các quá trình đập nghiền phải hoàn toàn tự do, không kèm theo các quá
trình phụ khác trong quá trình đập nghiền.
- Khi cần mức độ đập nghiền lớn thì phải thực hiện quá trình đập nghiền
qua nhiều lần và sử dụng nhiều loại máy thích hợp.
(VD: Để có được đá vôi dạng bột mịn có d tb<1mm từ các khối đá vôi lớn
kích thước vài chục m3 ta phải thực hiện nhiều công đoạn: đập thô với máy
đập hàm, đập mịn với máy đập búa, và cuối cùng là nghiền mịn với máy
nghiền bi .)
- Dễ sửa chữa và thay thế các chi tiết bị hư hỏng trong máy.
- Sản phẩm thu được phải tương đối đồng đều về kích thước.
- Phải có khả năng điều chỉnh mức độ đập nghiền dễ dàng.
- Khi lựa chọn máy cần căn cứ vào tính chất vật liệu cần đập nghiền để
lựa chọn máy thích hợp.
….
1.1.5. Phân loại theo chu trình và phương pháp nghiền:
a. Phân loại theo chu trình làm việc:
6


Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm
GVHD: T.S Phạm Trung Kiên
•

Làm việc theo chu trình hở: không có dòng hồi lưu.
vật liệu

đập nghiền

sản phẩm

vật liệu

đập nghiền

sản phẩm
sản phẩm

•

Làm việc theo chu trình kín: có dòng hồi lưu.

vật liệu

Phân loại

Trên sàn

đập nghiền

sản phẩm

dưới sàn
sản phẩm

b) Theo phương pháp nghiền:
Nghiền khô:
Ưu điểm:
- Vật liệu sau khi nghiền không cần sấy lại.
- Có thể kết hợp quá trình nghiền và sấy.
Khuyết điểm:

-

Tiêu tốn nhiều năng lượng.
Sinh ra bụi
Cần lực nghiền lớn.
Do lực ma sát lớn nên sinh nhiều nhiệt làm nóng thiết bị.
Vật liệu hay dính bết vào thành máy.

Nghiền ướt:
Ưu điểm:
-

Không sinh ra bụi.
7


Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm
GVHD: T.S Phạm Trung Kiên

Tiêu tốn năng lượng ít hơn nhờ có nước len vào các vết nứt có trong hạt
vật liệu giúp chúng dễ nứt ra.
- Vật liệu không bị dính bết vào thiết bị.
- Giảm lực ma sát nên thiết bị ít bị nóng, tăng tuổi thọ.
Khuyết điểm:
-

-

Tiêu tốn năng lượng để sấy khô vật liệu sau khi nghiền.
Năng suất bị giảm vì phải tốn một phần trọng lượng là nước

1.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH ĐẬP NGHIỀN :
1.2.1. Các lý thuyết về nghiền:
a. Thuyết diện tích bề mặt của Rittinger:
Thuyết này được phát biểu như sau: “Công cần thiết để đập nghiền tỉ lệ với bề
mặt mới tạo thành của vật liệu.”
Công cần thiết để đập nghiền vật liệu theo thuyết bề mặt sẽ là :
A1= 6.ArKD2(i-1)
với:
• Ar: (N.cm/cm2) là công tiêu tốn riêng phá vỡ vật liệu theo một mặt phẳng có

diện tích 1cm2. Được xác định bằng thực nghiệm.
• K: phụ thuộc vào hình dáng, tính chất vật liệu, và phương pháp sử dụng.
Được xác định bằng thực nghiệm (K=1.2 ÷ 1.7 )
• D: (cm2) là kích thước cạnh bên của cục vật liệu ban đầu khi giả sử cục vật
liệu ban đầu có hình khối lập phương.
• i là mức độ đập nghiền. Công thức này thường được áp dụng cho quá trình
nghiền, i << 1.
Thuyết này chỉ mới xét đến công tiêu hao để tạo bề mặt mới mà chưa xét đến
quá trình biến dạng của cục vật liệu nghiền.

b. Thuyết thể tích của Kick:
Được phát biểu như sau: “Công tiêu hao trong quá trình đập nghiền tỉ lệ với biến
thiên thể tích”.
A=

σ 2 ∆V
2E
8

Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm
GVHD: T.S Phạm Trung Kiên

Với:
σ (N/cm2) là giới hạn bền nén của vật liệu.
E (N/cm2) là modul đàn hồi của vật liệu
∆V (cm3) là hiệu số thể tích của vật liệu trước và sau đập nghiền.
∆V = D3 − d3
Thuyết này phù hợp với quá trình đập thô và đập vừa

c. Thuyết tổ hợp của Rêbinderơ:
“Công đập vật liệu gồm cả 2 phần là ; công tiêu hao để làm biến dang vật liệu và
công để tạo ra bề mặt mới.”
σ 2 ∆V
A = A1 + A2 =
+ 6 ArKD 2 (i − 1)
2E

Thuyết bề mặt và thuyết thể tích là trường hợp riêng của thuyết tổ hợp.
1.2.2. Định luật Bond và chỉ số công:
“Công cần thiết để tạo nên hạt có đường kính d từ cục vật liệu ban đầu rất lớn tỉ
lệ với căn bậc hai tỉ số diện tích bề mặt thể tích sản phẩm”
1 
 1
A = KB 
−
÷
D
 d

A = K .D 2.5

9


Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm
GVHD: T.S Phạm Trung Kiên

CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU
2.1. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU NGHIỀN
2.1.1. Độ cứng:
Độ cứng là một thông số quan trọng trong quá trình đập nghiền, nó giúp ta lựa
chọn vật liệu làm bi đạn và tấm lót thích hợp. yêu cầu độ cứng của bi nghiền và tấm
lót phải bằng nhau và lớn hơn độ cứng lớn nhất của vật liệu cần nghiền.
Hiện nay độ cứng thường được đo bằng thang Mohs gồm 10 bậc với 10 vật liệu
chuẩn được xắp theo thứ tự từ cứng tới mền.
Độ cứng Vật liệu chuẩn
10

Kim cương

9

Sapphire

8

Topaz

7

Quatz

6

Tràng thạch

5

Apatite

4

Florite

3

Cancite

2

Thạch cao

1

Talt

2.1.2. Độ giòn:
Đặc trưng cho khả năng bị phá huỷ dưới tác dụng va đập của vật liệu. dựa vào
số lần va đập cần thiết để phá huỷ vật liệu người ta chia thành các loại sau:

Rất giòn

< 2 lần va đập
10


Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm
GVHD: T.S Phạm Trung Kiên

Giòn

2 – 5 lần va đập

Dai

5 – 10 lần va đập

rất dai

> 10 lần va đập

Vật liệu càng giòn thì càng dễ đập nghiền, năng lượng tiêu tốn càng nhỏ.
2.1.3. Hệ số mài mòn:
Hệ số đặc trưng cho mức độ làm mòn các bộ phận tiếp xúc với nó trong quá
trình làm việc. Đây là một thông số quan trọng trong nghiền ướt vật liệu cứng. Khả
năng mài mòn của các loại vật liệu là khác nhau và được đo bằng hệ số tương đối so
với bột mài là corundum (tinh thể nhôm). Biết được hệ số khả năng mài mòn của
vật liệu ta sẽ tính được thời gian cần phải thay bi nghiền và tấm lót.
Tuỳ theo độ bền cơ học ta chia làm 3 loại.

Giới hạn bền nén S, N/m2

Vật liệu điển hình

Mềm

< 9,81 . 106

Thạch cao, than đá

Cứng trung bình

9,81 . 106

Aratit, sa thạch

Cứng

> 49 . 106

Cát, kim cương, đá cẩm thạch

2.1.4. Trọng lượng riêng:
Thông số này không quan trọng lắm nếu ta nghiền riêng từng loại vật liệu,
nhưng nếu ta nghiền trộn hỗn hợp các vật liệu khác nhau thì nó trở nên rất quan
trọng. Nếu trọng lượng riêng của các vật liệu khác nhau thì khi nghiền trộn chúng
có thể bị phân lớp không hoà đều vào nhau.
2.1.5. Độ bền :
Căn cứ vào dộ bền nén (σ - kG/cm2) ta chia vật liệu ra làm nhiều loại:
σ < 100

vật liệu kém bền

100 < σ < 500

vật liệu bền trung bình.

500 < σ < 2500

vật liệu bền

σ >2500

vật liệu rất bền
11


Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm
GVHD: T.S Phạm Trung Kiên

2.1.6. Kích thước hạt:
Kích thước trung bình của một cục vật liệu được tính bằng trung bình cộng hoặc
trung bình nhân kích thước ba chiều trong không gian của nó.
d=

a+b+c 3
= a.b.c
3

Đối với vật liệu dạng tấm có thể bỏ qua chiều có kích thước rất nhỏ so với hai

chiều còn lại.
Đối với vật liệu dạng sợi chỉ tính kích thước theo chiều dài.
Tính kích thước trung bình của :
•

Nhóm vật liệu:
d=

•

Hỗn hợp nhóm vật liệu:

d max + d min
2

d = ∑ ai .di

ai : phần trăm khối lượng nhóm hạt thứ i.
di : kích thước trung bình của nhóm hạt thứ i.
2.1.7. Hệ số khả năng đập nghiền:
Là tỉ số của năng lượng tiêu hao riêng của vật chuẩn so với năng lượng tiêu hao
riêng của vật nghiền ở cùng điều kiện trạng thái và mức độ đập nghiền.
K=

E0
E

Vật liệu chuẩn: clinker của lò quay trung bình có K = 1
Năng suất đập nghiền Q0 (tấn/h)

1.0
1.12
0.8 – 0.9
12


Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm
GVHD: T.S Phạm Trung Kiên

1.15 – 1.25
1.3 – 1.4
0.9
1.0
0.6 – 0.7
1.0
0.9
1.51 – 2.03
0.8 – 0.9
1.64
1.04 – 2.02
0.75 – 1.34
0.75
0.69 – 0.99

Vật liệu nào có hệ số khả năng đập nghiền càng lớn (K > 1) thì càng dễ đập nghiền.
Hệ số đập nghiền

K1 < K2

Độ cứng

H1 > H 2

Năng lượng

A1 > A2

Thời gian nghiền

T1 > T2

Năng suất

Q1 < Q 2

2.2. THÀNH PHẦN NGUYÊN LIỆU :
2.2.1. Đất sét:
Là tên chung chỉ nguyên liệu đất chứa Alumo-Silicát ngậm nước có cấu trúc lớp,
độ phân tán cao, khi hoà tan vào nước có tính dẻo, khi nung tạo sản phẩm kết khối
rắn chắc.
13


Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm
GVHD: T.S Phạm Trung Kiên

Ta sử dụng đất sét trong thành phần phối liệu nhầm giúp các hạt vật liệu liên kết
lại với nhau, để có thể tạo hình cho mộc.
hạt đất sét rất nhỏ (khoảng vài micromet) không cần phải nghiền, nhưng ta vẫn
đưa đất sét vào máy nghiền bi chủ yếu để đánh tơi và trộn đều với các phối liệu

khác.
trọng lượng riêng của đất sét từ 2.5 ÷ 2.8 kg/dm 3
2.2.2. Cao lanh:
Cao lanh cũng là một loại đất sét nhưng có thành phần khoáng chủ yếu là
Kaolinite (loại khoáng sét không có tính dẻo) nên tính dẻo của cao lanh rất thấp,
không dùng để làm chất kết dính cho mộc.
Độ cứng theo thang Mohr : 2 ÷ 2.5
2.2.3. Tràng thạch:
Tràng thạch là hợp chất của các Alumo-silicat không ngậm nước. Ngoài ra trong
thành phần của nó còn có thể có:
Na2O (tràng thạch natri, hay albit), độ cứng 6 ÷ 6.5
K2O (tràng thạch kali, hay orthoclaz), độ cứng 6 ÷ 6.5
CaO (tràng thạch canxi, hay anortit), độ cứng 6 ÷ 6.5
Trong đó tràng thạch kali có vai trò quan trọng nhất vì tạo ra khoáng Leucit.
Tràng thạch được coi là nguyên liệu gầy, không có tính dẻo, đóng vai trò làm chất
chảy trong môc và men gốm sứ (tạo pha thuỷ tinh sau khi nung).
Theo biểu đồ trạng thái pha lỏng xuất hiện trong khoảng nhiệt độ 950 OC và chảy
thành dòng ở khoảng 1530 oC. Trong khoảng nhiệt độ chảy khá rộng này, nhờ có
Leucit nên dộ nhớt pha lỏng cao nên dễ nung hơn và sản phẩm ít bị biến dạng.
Tràng thạch kali là nguyên liệu không thể thiếu trong sản xuất các loại sản phẩm sứ
và bán sứ.
Độ cứng theo thang Mohr của tràng thạch từ 6 ÷ 6.5
2.2.4. Cát:
Cát là nguyên liệu chính cung cấp SiO 2, hàm lượng SiO2 trong cát chiếm 95 ÷
99.5%. Trong cát, SiO2 tồn tại ở dạng thù hình bền ở nhiệt độ thấp là β-quắc.

14


Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm

GVHD: T.S Phạm Trung Kiên

Cát đóng vai trò là nguyên liệu gầy trong gốm sứ, giúp tăng độ bền cơ của mộc,
giảm độ co sấy và co nung.
Độ cứng theo thang Mohr của cát là 7

→ Ta nhận thấy cát là nguyên liệu có độ cứng cao nhất trong các nguyên liệu cần
nghiền, ta phải tìm bi nghiền và tấm lót có độ cứng lớn hơn 7.

15


Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm
GVHD: T.S Phạm Trung Kiên

CHƯƠNG 3. GIỚI THIỆU VỀ MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN
3.1. MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN:
3.1.1. Giới thiệu sơ lược:
Máy nghiền bi thùng ngắn làm việc gián đoạn có cấu tạo đơn giản gồm thùng
quay hình trụ bằng thép quay trên 2 ổ đỡ. Máy quay nhờ động cơ truyền động qua
đai (hay qua hộp giảm tốc) tới bộ ly hợp và cặp bánh răng truyền động. Vật liệu
nghiền và bi được cho vào và lấy ra khỏi thùng qua của hơng trên thân thùng. Bộ ly
hợp giúp cho máy chạy êm và tránh q tải tức thời.
Q trình nghiền vật liệu xảy ra nhờ lực va đập và ma sát của vật liệu với bi
nghiền và thùng nghiền. Máy có thể dùng dể nghiền ướt hay khơ, chu trình kín và
hở.
Máy làm việc gián đoạn theo từng mẻ nên năng suất thấp chỉ dùng cho qui mơ
nhỏ. Loại máy nghiền gián đoạn thường được dùng trong các nhà máy gốm sứ. Máy
nghiền bi gián đoạn thường được dùng để nghiền ướt, khơng dùng để nghiền khơ vì
khó tháo liệu.

2

7

Sơ đồ nguyên lý máy nghiền bi gián đoạn
1- thùng quay
5- hệ puli
2- ổ trục đỡ
6- đai truyền
3- động cơ
7- cửa tháo và nạp liệu
3
4- hộp giảm tốc

1

2

5

6

4

Ưu điểm:
-

Cấu tạo đơn giản, làm việc ổn định.
Nghiền trộn tương đối đồng đều.

Có thể kết hợp được q trình sấy và nghiền (nếu nghiền khơ)
Vận hành dễ dàng, mức độ đập nghiền cao.
Khuyết điểm:
16


Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm
GVHD: T.S Phạm Trung Kiên
-

Thể tích sử dụng chỉ chiếm khoảng 50% thể tích thùng.
Tất cả bi đạn không đồng thời tham gia làm việc.
Kích thước lớn, cồng kềnh. Gây tiếng ồn khi làm việc.
Mômen mở máy lớn, dễ cháy động cơ.
Tiêu tốn năng lượng lớn vì ở cuối chu kỳ dù chỉ còn mộtb số ít hạt chưa đạt
kích thước yêu cầu máy vẫn tiêu tốn năng lượng để nghiền toàn bộ vật liệu
nẳm trong máy.

3.1.2. Nguyên lý hoạt động:
Vật liệu được cân sau đó cho vào máy, nước được bơm vào thùng nghiền qua
một đường ống với lượng được tính trước bằng của ở thân thùng. động cơ được
khởi động từ từ tránh quá tải khi mở máy.
Khi thùng chuyển động quay tròn thì bi nghiền và vật liệu chịu lực ly tâm được
đưa lên một độ cao nào đó rồi rơi xuống. Trong cả quá trình chuyển động tương đối
với nhau giữa bi nghiền và vật liệu sinh ra lực ma sát làm mài nhỏ vật liệu. Đồng
thời động năng sinh ra do bi đạn rơi tạo lực va đập đập nhỏ vật liệu. Bên cạnh đó
vật liệu được mài nhỏ còn nhờ ma sát giữa vật liệu và tấm lót thân thùng nghiền.
Sau một thời gian ta kiểm tra thấy vật liệu đã đạt được độ mịn yêu cầu thì cho
tháo liệu. Ta thay của bằng một tấm ghi, và cho quay thùng sau cho miệng của
hướng xuống. Vật liệu sẽ thoát ra qua lỗ ghi còn bi nghiền sẽ được giữ lại. Sau một

thời gian có thể vật liệu không thể thoát ra ngoài được vì hai lý do:
- Lỗ ghi bị bít do bi lấp kín miệng lỗ → giải quyết bằng cách lấy gậy đẩy bi ra.
- Áp suất trong thùng cân bằng nên không tạo được lực dẩy vật liệu ra ngoài →
giải quyết bằng cách thiết kế một lỗ nhỏ trên thân thùng để áp suất trong thân
thùng tăng lên, giúp dẩy vật liệu ra ngoài.
3.1.3. Một số chi tiết cơ bản của máy nghiền bi gián đoạn
a. Thùng nghiền:
Vỏ thép được chế tạo bằng thép với chiều dầy δ = (0.01 ÷ 0.015)D, với D là
đường kính vỏ máy.
Vỏ máy thường được hàn hay tán đinh rivê. Ngày nay người ta thường dùng
phương pháp hàn vì làm giảm trong lượng vỏ máy, dễ lắp ghép tấm lót và vỏ máy, ít
gây ăn mòn trong quá trình sử dụng. Tuy nhiên khi hàn sẽ gây ra ứng suất nội tạo
vết nứt, vì thế sau khi hàn ta cần phải ủ. Trên thân thùng có khoét lỗ để làm của
nhập liệu. Để đảm bảo cho thùng được cân bằng, tránh khi quay thùng bị nghiên
gây gẫy trục ta phải có một đối trọng trên thân thùng ở vị trí đối xứng với cửa nạp
liệu.
17


Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm
GVHD: T.S Phạm Trung Kiên
b. Tấm lót và bi nghiền:

Bề mặt trong của thùng nghiền chịu tác dụng của lực va đập và chà xát bởi vật
liệu và bi nghiền nên bị bào mòn đi. Tấm lót và bi nghiền thường được làm từ cùng
một loại vật liệu để tránh hiện tượng bào mòn lẫn nhau. Độ cứng của tấm lót và bi
nghiền phải lớn hơn độ cứng lớn nhất của vật liệu cần nghiền. Thành phần hoá của
bi nghiền phải đảm bảo không làm ảnh hưởng đến màu sắt và tính chất của nguyên
liệu.
Ở đây, độ cứng lớn nhất của vật liệu cần nghiền là 7 của cát vì thế ta sẽ lựa chọn

vật liệu có độ cứng lớn hơn 7 để làm tấm lót và bi nghiền, ta chọn vật liệu steatite
(sứ cứng).Có các tính chất:

18


Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm
GVHD: T.S Phạm Trung Kiên

Hàm lượng sắt tuy có nhưng ít, không làm ảnh hưởng đến màu sắc của sản phẩm,
có thể chấp nhận được.
 Tấm lót:

tấm lót trong máy nghiền bi là các loại gạch hình côn được sắp khích vào nhau,
kết dính lại bằng vữa chịu lực nếu cần. Hay có thể ở dạng tấm có lỗ ở giữa được nối
vào thân thùng bằng cách bắt ốc. Kích thước của tấm lót được tính chính xác theo
tiêu chuẩn. Phổ biến là loại gạch côn kích thước 150*60*50*45

19


Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm
GVHD: T.S Phạm Trung Kiên

Cách ghép gạch lót vào thân thùng
Bề mặt của gạch lót có thể có nhiều hình dạng khác nhau nhằm tăng hiệu quả
nghiền, nó giúp đưa vật liệu nghiền và bi lên độ cao thích hợp nhằm có được động
năng lớn nhất.
Cần đảm bảo mật độ chứa vật liệu cần nghiền lớn hơn 25% để tránh hiện tượng bi
và tấm lót bào mòn lẫn nhau.

 Bi nghiền:

20


Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm
GVHD: T.S Phạm Trung Kiên

Vật nghiền là bộ phận chính va đập và chà xát vật liệu. Vật nghiền có thể có
nhiều hình dạng khác nhau tuỳ vào vật liệu cần nghiền. Có thể có các hình dạng
như: hình cầu, trụ, vuông, lò xo… Tuy nhiên phổ biến nhất là bi cầu và bi trụ.

Bi nghiền hình cầu và hình trụ
Kích thước của vật nghiền phụ thuộc vào kích thước và độ bền của vật liệu đem
nghiền. nếu kích thước và độ bền của vật liệu vào máy càng lớn thì vật nghiền sẽ
càng lớn. Thực nghiện chứng minh thể tích thực của viên bi chỉ chiếm 62% thể tích
mà nó chiếm chỗ, còn lại 38% là khe hở giữa các viên bi.
Vì vậy để giảm thể tích khe hở, tăng độ tiếp xúc giữa các viên bi và vật liệu
nghiền trong máy nghiền bi người ta dùng bi với kích thước khác nhau. Dựa vào
kích thước hạt đầu vào và ra ta xác định được kích thước bi nghiền.

Một số đường kính bi trên thị trường
3.2. LÝTHUYẾT TÍNH TOÁN:
3.2.1. Lượng bi nghiền nạp vào máy:
Theo khối lượng riêng của bi nghiền ta phân thành 3 loại bi nghiền như sau:
21


Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm
GVHD: T.S Phạm Trung Kiên

Bi nghiền có khối lượng riêng thấp (2.4 ÷ 2.5 g/cm 3): bi sứ, silic dioxyt
thường.
• Bi nghiền có khối lượng riêng trung bình (2.6 ÷ 2.7 g/cm 3): bi steatit, sứ chứa
nhiều alumin…
• Bi nghiền có khối lượng riêng cao (3.4 ÷ 3.5 g/cm 3): bi alumin dạng đá túp và
alubit.
Vật liệu có khối lượng riêng càng lớn thì động năng do nó sinh ra cũng lớn theo,
tác động đập nghiền càng lớn. Sơ đồ sau miêu tả mối quan hệ giữa trọng lượng
riêng của bi và thời gian nghiền.
•

Thời gian nghiền

Bi có trọng lượng riêng thấp.
Bi có trọng lượng riêng trung bình.
Bi có trọng lượng riêng cao.

1
t1

3

2

t2
t3

Kích thước hạt
Bđ2-mối liên hệ giữa trọng lượng riêng bi với thời gian nghiền

Từ đồ thị ta nhận thấy khi nghiền đến cùng một kích thước hạt thì với:
ρ1 < ρ2 < ρ3
⇒

t1 > t 2 > t 3

Vậy với các vật liệu có độ cứng phù hợp ta sẽ lựa chọn loại vật liệu có khối lượng
riêng lớn nhất để có hiệu quả đập nghiền tốt nhất.
 Thể tích bi nạp

Khối lượng bi nạp vào máy có ảnh hưởng rất lớn đến thời gian nghiền vật liệu.
Ttheo kết quả nghiên cứu của P.I.E thời gian nghiền sẽ nhanh nhất khi thề tích bi
22


Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm
GVHD: T.S Phạm Trung Kiên

nghiền chiếm khoảng 60% thể tích thùng nghiền. Ta có sơ đồ sau thể hiện mối quan
hệ giữa thể tích vật nghiền và thời gian nghiền:

Thời gian nghiền

Vbi/Vthùng
1/4
1/3
1/2
2/3
3/4

Bđ3-mối quan hệ giữa thể tích bi và thời gian nghiền

 Góc kẹp:

θ
r

R

θ
2

Góc kẹp là góc kẹp bởi 2 tiếp tuyến tại 2
điểm tiếp xúc giữa các viên bi và hạt vật liệu. Nó
phụ thuộc vào bán kính R của viên bi và r của
hạt vật liệu.
Các kết quả tính toán (tài liệu secmi)
cho thấy góc kẹp cho hiệu quả nghiền tốt nhất là
= 17o

θ
Có nghĩa là

R ≈ 90r.

Tuy nhiên sau một khoảng thời gian thì hiệu quả nghiền sẽ giảm do r giảm. Vì
vậy ta phải có cùng lúc nhiều loại bi trong thùng để đảm bảo góc kẹp là tốt nhất.
 Thể tích rỗng:

Khi nạp bi vào thùng nghiền, do thể tích bi là hình cầu nên không thể nào lấp đầy

khoảng không gian mà nó chiếm chỗ vì thế nên sinh ra các khoảng trống trong vùng
thể tích bi chiếm chỗ. Thể tích thực bi chiếm khoảng 52.4 ÷ 74% toàn không gian bi
chiếm.
Ta dùng nhiều kích thước bi cũng nhằm giảm thể tích lỗ rỗng giữa các bi.
23


Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm
GVHD: T.S Phạm Trung Kiên

 Phân bố bi trong thùng nghiền:

Để hiệu quả nghiền tốt nhất ta phải tăng điểm tiếp xúc giữa các viên bi và vật
liệu. Có nghĩa là bi phải tiếp xúc với nhau tại nhiều điểm, giảm lỗ rỗng giữa các bi,
kích thước bi phải phù hợp với kích thước vật liệu.
Để đảm bảo các điều kiện trên thì bi nạp thường gổm 3 loại với tỉ lệ như sau:
15 ÷ 50% bi có đường kính nhỏ.
25 ÷ 30% bi có đường kính trung bình.
23 ÷ 30% bi có đường kính lớn.
Ngoài ra phải đảm bảo tỉ lệ R ≈ 90r
•
•
•

 Hệ số đổ đầy bi đạn: (φ)

Có một hệ số đổ đầy cho ta thời gian nghiền tối thiểu để đạt kích thước yêu cầu.
Trong nghiền gián đoạn thì hệ số đó thường bằng 0.5
Có 2 cách tính hệ số đổ đầy φ:
1. φ là tỷ số giữa tiết diện bi đạn và tiết diện thùng nghiền.

ϕ=

F
π R2

2. φ là tỷ số giữa trọng lượng thực của bi đạn và trọng lượng của bi đạn nếu

đổ đầy máy
ϕ=

G
π R L µρ
2

Với: G- Trọng lượng bi đạn làm việc trong máy (tấn).
μ- Hệ số rỗng khi đổ bi đạn (0.524 ÷ 0.74)
ρ- Trọng lượng riêng của vật liệu làm bi
R- bán kính trong của thùng nghiền.
L- chiều dài thùng nghiền.
3.2.2. Tốc độ quay của thùng nghiền:
Khi máy chuyển động thì theo quán tính các viên bi cũng sẽ chuyển động theo máy
đến một độ cao nào đó. Đặc tính chuyển động của bi trong thùng phụ thộc vào số
vòng quay của thùng và hệ số ma sát giữa bi với bề mặt thùng.
24


Thiết kế máy nghiền bi năng suất 6 triệu chén/năm
GVHD: T.S Phạm Trung Kiên

Vận tốc quay của thùng sẽ ảnh hưởng đến chế độ chuyển động của vật liệu và bi
trong thùng nghiền.Có 4 chế độ chuyển động của bi đạn trong thùng nghiền là:

25