Máy nghiền bi. máy nghiền

MÔN HỌC

MÁY SẢN XUẤT VẬT LIỆU VÀ CẤU
KIỆN XÂY DỰNG

CHƯƠNG 7: MÁY NGHIỀN BI
(BALL MILL)


NỘI DUNG CHƯƠNG 7
§7.1.Cơng dụng – phân loại
§7.2.Cấu tạo – ngun lý hoạt động
§7.3.Tính tốn các thơng số cơ bản
§7.4 Tính bền vỏ thùng nghiền

Máy nghiền bi của hãng FLSmidth (Đan Mạch)


BI:
7.1.1 Công dụng:
Máy nghiền bi là loại máy dùng để nghiền mòn
và cực mòn các loại vật liệu như xi măng, thuỷ tinh, gốm,
sứ, phân lân, quặng, than đá…Trong các máy nghiền bi,
bộ phận làm việc chủ yếu là một cái thùng rỗng đặt
nằm ngang tì lên hai ổ đỡ, bên trong có chứa vật liệu
để nghiền.

Máy nghiền bi của hãng FLSmidth đang lắp đặt tại trạm nghiền


a) Theo tính chất công việc: làm việc theo chu kỳ; làm

việc liên tục.
b) Theo khả năng nghiền: nghiền ướt, nghiền khô.
c) Theo kết cấu và hình dạng thùng:Loại thùng trụ một
ngăn, có L/D ≤ 2; Loại thùng trụ 2 ngăn: L/D = 3; Thùng
trụ nhiều ngăn, có L/D = 3÷6; Thùng côn.

Các
kiểu
kết
cấu
và
hình
dạng
thùn
g
nghie
àn.


d) Theo khả năng nạp và tháo liệu:
- Loại nạp và tháo liệu qua một cửa.
- Loại với cửa nạp liệu bên hông.
- Loại nạp và tháo liệu theo đường trục.
e) Theo kết cấu trạm dẫn động:
- Dẫn động bên cạnh thùng (qua vành
Máy
răng).
nghiền bi
- Dẫn động ở tâm.
kiểu

thùng
dài
truyền
động
bên.

Máy nghiền
bi kiểu
thùng dài 2
ngăn truyền
động chính


f) Theo lớp lót và vật nghiền:
- Lớp lót bằng đá và vật nghiền bằng sứ hoặc đá
sỏi.
- Lớp lót bằng kim loại và vật nghiền bằng bi cầu
thép hoặc thanh thép.
g) Theo sơ đồ làm việc:
- Máy nghiền làm việc theo chu trình hở.
- Máy nghiền làm việc theo chu trình kín.

Sơ đồ làm việc theo chu trình kín của máy nghiền


7.2. CẤU TẠO – NGUYÊN LÝ HOẠT
ĐỘNG:
7.2.1 Cấu tạo:
Sơ đồ cấu tạo của máy nghiền bi
như sau:

1.Cửa nạp liệu; 2. cụm gối đỡ di động; 3. thùng nghiền; 4. cụm
gối đỡ cố đònh;
5. cụm đầu ra; 6. cụm cấp nước; 7. trục truyền động; 8. khớp nối
cứng; 9. hộp giảm tốc;
10. khớp nối răng; 11. động cơ điện; 12. hộp giảm tốc phụ; 13.
động cơ phụ.


Moõ hỡnh maựy nghien bi UMS truyen ủoọng chớnh taõm


liệu được đưa vào thùng tại cửa nạp liệu. Dưới tác dụng của
lực li tâm, vật liệu và bi sẽ ép vào thành thùng và được
nâng lên đến độ cao nào đó.Tại độ cao này, dưới tác dụng
của lực trọng lượng,vật liệu-bi rơi khỏi mặt thùng.Vật liệu
được nghiền nhỏ do va đập và chà xát.
Clinker, Puzzolana, Thạch cao từ thiết bò cấp liệu vào
ngăn đầu của máy nghiền thông qua máng trượt nạp liệu,
nguyên liệu bò va đập bởi bi trong ngăn nghiền thô, bò đập
nhỏ đến một kích thước nhất đònh rồi đi vào ngăn nghiền
mòn thông qua vách ngăn có lỗ ngăn cách giữa hai khoang
nghiền. Trong ngăn này bi có kích thước nhỏ hơn sẽ nghiền hạt
vật liệu mòn hơn, thành phẩm bột nghiền đi qua rãnh nhỏ
trên tấm ngăn nhờ tấm nâng liệu đi vào rãnh xoắn xuất
liệu, sau đó được đưa tới máy phân ly để tách hạt có kích
thước không đạt yêu cầu ra khỏi thành phẩm trước khi đưa
trở lại tái nghiền. Cứ tiếp tục như vậy quá trình nghiền xảy
ra theo một chu trình kín.

Quá trình nghiền xảy ra bên trong thùng nghiền kh


7.2.3. Hình ảnh và kết cấu máy nghiền bi UMS 5.5x15.4

Thùng nghiền với cảm biến đo tiếng ồn trong thu


Cụm truyền động phụ – hộp giảm tốc chính và trục t


Kết
cấu
ổ
đỡ
thù
ng
nghie
àn


Bề mặt các
tấm ngăn
thùng nghiền
Ổ đỡ thùng
nghiền

Tấm ngăn
giữa
thùng nghiền

Hệ thống bôi trơn và làm mát
ổ đỡ thùng nghiền

Dầu cao áp

Nước làm
mát

Dầu thấp áp


7.3 XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY NGH
L
λ
=
Mối quan hệ giữa chiều dài L và đường kính D của máy
L
λ =trình
= ( 2,
2 ÷thì:
3,5 )
Đối với máy nghiền làm việc trong chu
kín
D

D

7.3.1 Vận tốc quay tới hạn và vận tốc làm việc có íc

Sơ đồ
xác
đònh
vận
2
2
T
=
G.sinα
m.v
G.v
tốc
Plt =
=
;
Q = G.cosα
quay
R
g .R
Vận tốc tới hạn được xác đònh bởi điều
của
kiện khi Q đạt giá trò lớn nhất (khi αthùng.
= 0)

cũng không vượt lực quán tính ly tâm Plt:
2
2
Gv
mv

Plt ≥ G ⇒
hay:
≥G
v = 2πnR[m/s]
≥G
gR
R
0,5
2
2 2
n
=
[vg/s]
m.4π .R .n
g
th
≥ m.g
⇒n≥
R
2
4π .R
R
42, 4
[vg/ph]
nth =
D


Vận tốc làm việc có ích của thùng nghiền:
Để bi nghiền chuyển sang quỹ đạo parabol:

Q = G.cosα≥
P
G.v 2
v2
G.cos α ≥
⇒ cos α ≥
g .R
g .R

4π 2 .n 2 .R 2
cos α ≥
g .R
4π 2 .n 2 .R
cos α ≥
g

Sơ đồ xác đònh vận tốc
quay của thùng.

⇒ cos α ≥ 4.n 2 .R – Đây là phương trình cơ bản của máy
Như vậy vận tốc làm việc có ích của máy nghiền:

nlv =

cos α 0,5
=
. cos α
4R
R

Hay: nlv = nth . cos α

Vận tốc làm việc có ích nhất là vận tốc cho chiều cao rơi
của vật liệu là lớn nhất, vì khi đó năng lượng va đập sẽ tạo
ra lớn nhất. Vận tốc quay có ích nhất đối với bán kính R xác
đònh sẽ đạt được khi góc rời α là hợp lý nhất mà không phụ
thuộc vào trọng lượng G của bi nghiền.


7.3.2. Quỹ đạo chuyển động của bi trong thùng và biê
Quỹ đạo của bi từ điểm A và
chuyển động theo đường parabol có
phương trình:
x
 x = vt.cos α
⇒
t
=

v.cos α

gt 2
2
y
=
vt
.sin
α
−
g

.
x


2 ⇒ y = x.tgα −
2.v 2 .cos 2 α
Pt đường cong tổng quát của chuyển động viên bi:
x2
(1)
y = x.tgα −
3
2 R.cos α

Xác đònh toạ độ của điểm B: Chuyển động của một viên
2
2
2
+
y
=
R
Phương trình đường tròn mà tâm ở gốc toạ xđộ
O
được
vie
1
1
Chuyển về hệ toạ độ ta chọn với gốc toạ độ tại điểm A
2
2

( x − R.sin α ) + ( y + R.cos α ) = R 2 ⇒ x 2 + y 2 − 2 R.x.sin α + 2 R. y.cos α = 0 (2)
Thay vào (2) giá trò của y từ (1):
x
− sin α = 0
2
4 R.cos α

Vậy hoành độ của điểm rơi B: Tung độ của điểm rơi B:
X B = 4 R.sin α .cos 2 α

YB = −4 R.sin 2 α .cos α


Chuyển về toạ độ tại tâm máy OX1 và OY1:
X1 = XB – R.sinα = 4R.sinα.cos2α – R.sinα
Y1 = YB – R.cosα = 4R.sin2α.cosα – R.cosα
Xác đònh góc β (góc rơi của bi):
2
Y1
4
R
.sin
α .cos α − R cos α
sin β =
⇒ sin β =
R
R
Thay: sin2α = 1 – cos2α và 4cos3α – 3cosα = cos3α:
sinβ = – cos3α = cos(1800 – 3α)
cos(900 – β)

= cos(1800 – 3α)
β = 3α – 900
Như vậy ta có thể tìm được điểm rơi B khi
biết điểm rời A và góc rời α qua góc
rơi β.
Vò trí của điểm rời bi cho các lớp bi khác nhau:
R
1
1


= 2
cosα = 4n2⇒
R
2
ρ
=
=
const

÷
cos α 4n
4n 2


⇒ R = 2 ρ .cos α –pt đ/tròn tương ứng với tọa độ cực
=
Góc rơi α của từng lớp biCosα
nghiền:
4n2R

Sơ đồ xác đònh quỹ đạo
cđ của bi và
R, R1–bán kính trọng tâm cácCosα
bi lớp
1 =ngoài và trong. (m)
đường viền của các lớp
4n2R


7.3.3. Góc rời thích hợp nhất của bi nghiền:
2
= −4 R.sin
Độ cao rơi của bi từ điểm A đếnYBđiểm
B: α .cos α
Vận tốc bi khi rơi vào điểm B sẽ lớn nhất khi Y max, tính đ
dy
= 4 R.sin α . ( 2 cos 2 α − sin 2 α ) = 0
dα

2.cos2α – sin2α = 0
2 – tg2α = 0; hay tg2α = 2
Từ đó ta có góc rời thích hợp nhất của bi nghiền là:
α = 54040’
0,5
n
=
n
.
cos
α

=
. cos 540 40 '
Vận tốc máy nghiền thích hợp thnhất:
R
32, 4
n
=
Số vòng quay thích hợp nhất của máy nghiền:
[vg/ph]
Trên cơ sở thực nghiệm ta thấy khi xác đònh
số
vòng
quay
D
làm việc phải chú ý:
1 - Vật liệu nạp có kích thước cục nhỏ đòi hỏi vận tốc làm
việc nhỏ hơn đối với cỡ cục lớn.
2 - Máy nghiền cho ra vật liệu mòn có vận tốc làm việc nhỏ.
3 - Nghiền vật liệu ướt đòi hỏi vận tốc nhỏ hơn vật liệu khô.
4 - Tấm lót thùng dạng lồi hay dạng gót giày.
5 - Máy làm việc trong chu trình kín cho phép vận tốc lớn hơn so
với chu trình hở.


7.3.4. Chu kỳ chuyển động của bi nghiền:
Thời gian chuyển động tổng cộng T của một lớp bi nào
là:
T = T1 + T2
[s]
T1 – thời gian bi chuyển động theo quỹ đạo tròn.

0
T2 – thời gian
động theo quỹ đạo parabol.
1 bi
360chuyển
− θ1
T1 =

n

×

3600

β = 3α – 900
θ1 = α1 + 900 + β1 = α1 + 900 + 3α1 – 900
θ 1 = 4α 1
Thời gian bi chuyển động theo phương ngang XB:
XB
4 R.sin α1.cos 2 α1 0,318.sin 2α1
T2 =
⇒ T2 =
=
v.cos α1
2π .R.n.cos α1
n

Trong trường hợp góc α bất kỳ:
900 − α + 28, 6sin 2α
T=

900.n
Vậy số chu kỳ của bi ở lớp ngoài cùng sau một vòng quay

1
C = .T
n


7.3.5. Hình dáng và kích thước của bi nghiền:
Theo tác giả lep–xki có thể chọn kích thước bi nghiền

Db.n = 6 lg ( d c )  . d

[mm]

dc (μm)

6lg(dc)

dc (μm)

6lg(dc)

300

14,8

75

11,2

150

13,0

52

10,3

100

12,0

Kích thước tối thiểu của viên bi cũng được lựa chọn the
min
b .n

D

σ2
= d.3
1, 28.E.γ vb .Dt

[cm]

7.3.6. Xác đònh khối lượng bi nghiền:
m = φ.μ.γ.π.R2.L

[kG]

φ – hệ số chứa (là tỷ số diện tích vật liệu nghiền trên d
theo mặt cắt ngang), lấy: φ = 0,33.


7.3.7. Năng suất của máy nghiền bi:
Năng suất của máy nghiền phụ thuộc vào nhiều yếu
tố:
– Tính chất và kích thước của cục vật liệu đem
nghiền.
– Mức độ nghiền (i ).
– Hệ số chứa của thùng (φ).
– Lượng vật liệu nạp vào máy.
– Số vòng quay của thùng (n).
0,8
– Đường kính thùng(D
Gt )…
[Tf/h]

Q = 6, 45.V . Dt .  ÷ q.k
V 

k – năng suất riêng của máy nghiền, (Tf/kWh). Đối với
vật liệu nghiền
là clinker: k = 0,035 - 0.04, tức tiêu thụ:
25 - 28,6
(kWh/Tf)
q – hệ số độ mòn lấy theo bảng dưới đây, với lượng só
sàng 0080 không quá
12% ta có: q = 1,09.
V – thể tích hữu ích của thùng nghiền.

[m3]


Các chỉ tiêu

PCB40

1. Cường độ nén, N/mm2, khơng nhỏ hơn:
-         72 giờ ± 45 phút
-         28 ngày ± 2 giờ

18
40

2. Thời gian đơng kết:
-         Bắt đầu , phút, khơng nhỏ hơn.
-         Kết thúc, giờ, khơng lớn hơn.

45
10

3. Độ nghiền mịn:
-  Phần còn lại trên sàng 0,08 mm, % khơng lớn hơn
-  Bề mặt riêng, xác định theo phương pháp Blaine, cm2/g ,
khơng nhỏ hơn.

12
2700

4. Độ ổn định thể tích, xác định theo phương pháp  Le

Chatelier, mm, khơng lớn hơn.

10

5. Hàm lượng anhydric sunfuric (SO3), %, khơng lớn hơn.

3,5

Yêu cầu kỹ thuật cơ bản của ximăng Portland hỗn hợp viết
tắt là PCB
mác ximăng PCB40 theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN
6260:1997


7.3.8 Công suất của máy nghiền bi:
* Công để nâng bi lên độ cao nào đó mà từ đó nó bắt đ
parabol:
A1 = G.YB
[J]
2
* Công để truyền
năng:
mV
.động
0

A2 =

[J]

2

V0–vận tốc chuyển động của bi ở lớp giữa theo quỹ đạo con
V0 = 2π.n.R0
* Công cho toàn bộ chu kỳ:
A = A1 + A2
Sau một vòng quay của thùng ta xác đònh số chu kỳ là C cu
ó:
A .n
Atc = A.C
[W]
N * = tc

η

công
suất
để
nghiền:
*Như
Tínhvậy
rằng
trọng
lượng
của
vật liệu đem nghiền theo kinh
nghiệm chiếm 25% (theo FLSmidth) so với trọng lượng của bi
nghiền nên:
A .n [W]
N * = 1, 25. tc

η


Đồ thò về mối quan hệ giữa công suất
nghiền, chiều dài và đường kính máy nghiền
bi kiểu UMS, TMS và TUMS của hãng FLSMIDTH.