Thiết kế máy nghiền xi măng hai ngăn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN XI MĂNG HAI
NGĂN

Người hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

ThS. LƯU ĐỨC HÒA
LÊ VĂN HƯNG

Đà Nẵng, 2017


TÓM TẮT
Tên đề tài: THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN XI MĂNG HAI NGĂN.
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hƣng
Số thẻ SV: 101120173

Lớp 12C1B

Trong chƣơng trình đào tạo của các trƣờng đại học nói chung và trƣờng Đại Học
Bách Khoa Đại Học Đà Nẵng nói riêng thì sinh viên đƣợc làm đồ án tốt nghiệp sau khi
đã trải qua một quá trình dài học tập tích lũy kiến thức ở nhiều lĩnh vực cũng nhƣ là
kiến thức chuyên ngành. Đồ án tốt nghiệp là dịp để sinh viên ôn lại kiến thức đã học

cũng nhƣ có thời gian tìm hiểu thêm kiến thức mới làm hành trang vững chãi trƣớc khi

C
C

ra trƣờng về các cơng ty, xí nghiệp để cơng tác.

Với đề tài là thiết kế máy nghiền bi đƣợc giao ở học kỳ này và dƣới sự hƣớng dẫn

R
L
T.

của thầy Lƣu Đức Hịa cùng các thầy cơ trong khoa em đã có dịp tiếp xúc, tìm hiểu và
thiết kế lại một chiếc máy phục vụ trong ngành sản xuất xi măng và vật liệu xây dựng.

DU

Máy chủ yếu đƣợc ứng dụng trong ngành sản xuất xi măng với chức năng là nghiền
vật liệu đầu vào. Nhìn chung máy có kết cấu khá lớn với nhiều chi tiết khá phức tạp.
Máy có nhiều cụm kết cấu rất gần gũi, điển hình mà thơng qua việc thiết kế lại nó giúp
em có thể ứng dụng các kiến thức đã học.
Trong đồ án này em đã đi giới thiệu đầy đủ các phần lý thuyết cũng nhƣ tính tốn
tỉ mỉ, cụ thể từng cụm kết cấu trong máy nghiền xi măng hai ngăn. Thuyết minh đồ án
gồm 6 chƣơng giới thiệu từ lý thuyết của phƣơng pháp nghiền, khâu thiết kế tính tốn
cũng nhƣ phần cuối cùng là hƣớng dẫn vận hành, bảo quản và sữa chữa máy.

i

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Lê Văn Hƣng
Lớp: 12C1B.

Số thẻ sinh viên: 101120173

Khoa: Cơ Khí.

Ngành: Cơng nghệ chế tạo máy.

1. Tên đề tài đồ án: Thiết kế máy nghiền xi măng.
2. Đề tài thuộc diện:

có kí kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực

hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
 Năng suất : 85T/h

C

C

 Các số liệu khác tìm hiểu thực tế.

R
L
T.

4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
 Phần lý thuyết:

DU

o Giới thiệu quá trình sản xuất xi măng.
o Lý thuyết về nghiền.

o Các loại máy nghiền trong sản xuất vật liệu xây dựng.
 Phần thiết kế & tính tốn:
o Phân tích,lựa chọn phƣơng án thiết kế, thành lập sơ đồ động của máy.
o Tính tốn động học và động lực học tồn máy.
o Tính tốn thiết kế và chọn kiểm tra các cụm kết cấu khác của máy.
 Hƣớng dẫn sử dụng, an toàn và bảo dƣỡng máy
5. Các bản vẽ và đồ thị:
- Bản vẽ quy trình sản xuất xi măng: 1A0
-

Bản vẽ phƣơng án:

1A0

-

Bản vẽ sơ đồ động:

1A0

-

Bản vẽ tổng thể máy:

2A0

-

Các cụm kết cấu khác của máy:

2A0

-

Bản vẽ QTCN chế tạo chi tiết:

1A0

6. Họ và tên người hướng dẫn: THS. Lưu Đức Hòa
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 10/09/2017.
ii


8. Ngày hoàn thành đồ án:

10/12/2017
Đà Nẵng, ngày 10 tháng 9 năm 2017

Trƣởng Bộ môn Chế tạo máy

Ngƣời hƣớng dẫn:

Lƣu Đức Hòa

C
C

R
L
T.

DU

iii


LỜI NÓI ĐẦU

Trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nƣớc. Ngành cơng nghiệp
chế tạo máy đã có vị trí quan trọng trong xã hội, góp phần quan trọng vào chủ trƣơng
cơng nghiệp hố và hiện đại hố đất nƣớc.
Ngày nay, ngành cơ khí đóng vai trị rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân
vì nó tạo ra các thiết bị công cụ cho các ngành khác nhau, cho các lĩnh vực khác nhau
nhƣ xây dựng, công nghệ thực phẩm, năng lƣợng và rất nhiều lĩnh vực khác nữa.

Liên quan tới vấn đề đó trong thời gian thực tập tốt nghiệp. Để chuẩn bị cho đề
tài tốt nghiệp, em đã quan tâm đến các loại máy hoạt động trong lĩnh vực sản xuất vật

C
C

liệu xây dựng và đặc biệt là “Máy nghiền xi măng” sử dụng để nghiền xi măng có thể

R
L
T.

nói là chủ đạo cho ngành sản xuất vật liệu xây dựng.

Trong khoảng thời gian này, em đƣợc giao nhiệm vụ thiết kế “máy nghiền xi

DU

măng hai ngăn” sử dụng để nghiền xi măng. Em đã cố gắng tìm hiểu tài liệu và thực tế
để hồn thành đồ án một cách tốt nhất. Tuy nhiên với khả năng và kiến thức có hạn
nên em khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, em kính mong thầy cơ thơng cảm và chỉ
bảo cho em nhiều hơn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô đặc biệt là thầy giáo
Lƣu Đức Hịa đã hết sức tận tình hƣớng dẫn cho em để em hoàn thành đồ án này.

Đà Nẵng, ngày 07 tháng 12 năm 2017.
Sinh viên thực hiện
Lê Văn Hƣng

iv

CAM ĐOAN
Với sự hƣớng dẫn tận tình của giáo viên hƣớng dẫn và tham khảo các tài liệu em đã
hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình và xin cam kết rằng:
- Trong q trình hồn thành đồ án khơng sao chép từ các đồ án cũ.
- Các số liệu, cơng thức trích dẫn đều từ các tài liệu tham khảo đáng tin cậy.
- Tuân thủ các quy định của nhà trƣờng đề ra về cách thức trình bày đồ án.
- Nội dung các phần trong đồ án đƣợc giáo viên hƣớng dẫn cụ thể và kiểm tra
thƣờng xuyên.
- Không trích dẫn, sao chép từ các nguồn tài liệu khi chƣa đƣợc sự đồng ý cũng
nhƣ các tài liệu vi phạm pháp luật.

C
C

Sinh viên thực hiện

R
L
T.

DU

v

Lê Văn Hưng


MỤC LỤC

TÓM TẮT ..........................................................................................................................i
CAM ĐOAN .....................................................................................................................v
MỤC LỤC........................................................................................................................vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ ..........................................................................ix
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .........................................................xi
MỞ ĐẦU ..........................................................................................................................1
Chƣơng 1: GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG .............................2
1.1 Giới thiệu chung về xi măng ......................................................................................2
1.1.3 Các thành phần chính trong Clinker ....................................................................... 3

C
C

1.2 Phân loại xi măng .......................................................................................................5

R
L
T.

1.2.2 Xi măng hỗn hợp ..................................................................................................... 6
1.3 Dây chuyền cơng nghệ đồng bộ hồn tồn tự động của nhà máy xi măng Hải Vân 6

DU

CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH NGHIỀN XI MĂNG ...........................11
2.1 Các lý thuyết về đập nghiền .....................................................................................11
2.1.1 Cơ sở vật lý của quá trình nghiền vỡ vật rắn ........................................................ 11
2.2 Các định luật nghiền .................................................................................................12
2.2.1 Thuyết bề mặt ........................................................................................................ 12
2.2.2 Thuyết thể tích ....................................................................................................... 13

2.2.3 Thuyết dung hịa .................................................................................................... 13
2.2.4 Thuyết tổng hợp .................................................................................................... 14
2.3 Các phƣơng pháp đập nghiền ...................................................................................15
2.4 Các tính chất của vật liệu nghiền.............................................................................16
2.5 Các loại máy nghiền .................................................................................................17
2.5.1 Máy nghiền hạt ...................................................................................................... 17
2.5.2 Máy nghiền bột ...................................................................................................... 23
2.6.1 Số vòng quay tới hạn của máy nghiền bi .............................................................. 25
2.6.2 Số vòng quay hợp lý của thùng nghiền ................................................................. 28
Chƣơng 3: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN THIẾT KẾ ........................31

vi


3.1 Lựa chọn phƣơng án nghiền .....................................................................................31
3.1.1 Phân loại máy nghiền bi ........................................................................................ 31
3.1.2 Lựa chọn phƣơng án nạp, tháo liệu vào máy ........................................................ 35
3.1.3 Lựa chọn phƣơng án dẫn động cho máy ............................................................... 36
3.1.4 Lựa chọn số động cơ dẫn động cho máy ............................................................... 37
Chƣơng 4: TÍNH TỐN ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC TỒN MÁY .............41
4.1 Tính tốc độ quay của máy nghiền ............................................................................41
4.1.1 Số vòng quay tới hạn của máy nghiền bi .............................................................. 41
4.1.2 Số vòng quay hợp lý của ống nghiền .................................................................... 44
4.2 Tính và chọn động cơ ............................................................................................... 46
4.2.1 Tính cơng suất động cơ.......................................................................................... 46

C
C

Chƣơng 5: TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ CHỌN KIỂM TRA CÁC CỤM KẾT CẤU

KHÁC CỦA MÁY .........................................................................................................51

R
L
T.

5.1 Thùng nghiền xi măng .............................................................................................. 51
5.1.1 Khái nịêm ............................................................................................................... 51

DU

5.1.2 Vỏ thùng nghiền .................................................................................................... 51
5.1.3 Tấm lót ................................................................................................................... 53
5.1.4 Vách ngăn (ghi) ..................................................................................................... 58
5.2 Tính tốn ổ đỡ ..............................................................................................................
5.2.1 Chọn loại ổ đỡ thủy tĩnh ........................................................................................ 68
5.2.2 Tính tốn ổ trƣợt .................................................................................................... 68
5.3 Đầu nạp liệu .............................................................................................................70
5.4 Đầu tháo liệu ............................................................................................................71
5.5 Tính tốn hộp giảm tốc ............................................................................................ 72
5.5.1 Chọn hộp giảm tốc ................................................................................................. 72
5.5.2 Lựa chọn phƣơg án thiết kế hộp giảm tốc ............................................................. 73
5.5.3 Tính tốn thiết kế bộ truyền bánh răng nghiêng cấp nhanh.................................. 74
5.5.5 Tính tốn trục ......................................................................................................... 82
5.6 Tính bánh răng trụ răng thẳng lắp cố định với thùng nghiền...................................89
5.6.1 Vật liệu làm bánh răng........................................................................................... 89
5.6.2 Khoảng cách trục ................................................................................................... 89
vii

5.6.3 Số răng ................................................................................................................... 90
Chƣơng 6: HƢỚNG DẪN VẬN HÀNH VÀ BẢO QUẢN ..........................................91
6.1 Các vấn đề về lắp đặt và vận hành ...........................................................................91
6.1.1 Lắp đặt ................................................................................................................... 91
6.1.2 Vận hành ................................................................................................................ 91
6.2 Các cơng tác an tồn và bảo dƣỡng ..........................................................................94
6.2.1 Bôi trơn và làm mát ............................................................................................... 94
6.2.2 Bảo dƣỡng .............................................................................................................. 94
6.2.5 Thay thế và sửa chữa ............................................................................................. 96
6.2.6 Xử lý sự cố ............................................................................................................. 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................101

C
C

R
L
T.

DU

viii


DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Bảng 1.1 Thành phần hóa học của xi măng pooclăng
Bảng 1.2 Thành phần khoáng của xi măng pooclăng
Bảng 1.3 Hàm lƣợng các khoáng xi măng pooclăng thông thƣờng
Bảng 2.1 Các loại sản phẩm nghiền
Bảng 2.2 Phân loại các loại đá

Bảng 2.3 Phân loại vật liệu theo độ giòn
Bảng 5.1 Các bề dày vỏ ống nghiền đang đƣợc sử dụng
Bảng 5.2 Các số liệu đầu vào để tính trục
Bảng 6.1 Các cơng việc và tần suất kiểm tra máy

C
C

Bảng 6.2 Các sự cố và cách khắc phục

R
L
T.

Hình 1.1 Quy trình sản xuất xi măng

Hình 1.2 Dây chuyền máy nghiền xi măng

DU

Hình 1.3 Băng chuyền xi măng đóng bao
Hình 2.1 Các phƣơng pháp đập nghiền

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý máy nghiền má chuyển động đơn giản.
Hình 2.3 Sơ đồ ngun lý máy nghiền nón trục treo
Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý máy nghiền trục 1 trục di động
Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy 1 rơto 1 dãy búa
Hình 2.6 Sơ đồ máy nghiền đĩa
Hình 2.7 Quỹ đạo của bi và sơ đồ tính tốc độ quay của ống nghiền
Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý các loại máy nghiền bi

Hình 3.2 Truyền động chu vi
Hình 3.3 Truyền động tâm
Hình 3.4 Máy nghiền trụ 1 ngăn
Hình 3.5 Máy nghiền trụ 2 ngăn
Hình 3.6 Máy nghiền trụ nhiều ngăn
Hình 3.7 Máy nghiền thùng cơn
Hình 3.8 Máy nghiền bi nạp và tháo liệu qua vó thùng nghiền
ix


Hình 3.9 Máy nghiền bi nạp liệu bằng một cửa, tháo liệu bằng một cửa
Hình 3.10 Truyền động chu vi
Hình 3.11 Truyền động tâm
Hình 3.12 Sơ đồ khởi động
Hình 3.13 Đặc tính khởi động
Hình 3.14 Phân nhánh bằng ly hợp điện từ
Hình 3.15 Sơ đồ động của máy nghiền bi
Hình 4.1 Quỹ đạo của bi và sơ đồ tính tốc độ quay của ống nghiền
Hình 4.2 Sơ đồ tính tốn bán kính tƣơng đƣơng R0
Hình 5.1 Thiết kế vỏ thùng nghiền
Hình 5.2 Tấm lót dùng cho buồng nghiền 1

C
C

Hình 5.3 Tấm lót dùng cho buồng nghiền 2
Hình 5.4 tấm lót ở đáy thùng buồng nghiền 1

R
L

T.

Hình 5.5 Vách ngăn (ghi)
Hình 5.6 Sơ đồ tính lực li tâm

DU

Hình 5.7 Kết cấu đầu nạp liệu

Hình 5.8 Kết cấu đầu tháo liệu

Hình 5.9 Sơ đồ ngun lí hộp giảm tốc phân đơi

x


DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
KÝ HIỆU:
π : Hệ số pi
β : Số sản phẩm dự trữ trong q trình chế tạo phơi
∑ : Hàm tính tổng
∞ : Vô cùng.
≈ : Xấp xỉ
≥ : Lớn hơn hoặc bằng
α : Số sản phẩm đúc thêm.
 : Hệ số nạp liệu

C
C

 : Hệ số rỗng
 : Khối lƣợng riêng của bi thép.

R
L
T.

% : Phần trăm
CHỮ VIẾT TẮT:

DU

L: Chiều dài thùng nghiền

D: Đƣờng kính thùng nghiền.

xi


Thiết kế máy nghiền xi măng

MỞ ĐẦU

Đồ án tốt nghiệp là dịp để sinh viên cũng cố lại kiến thực đã học và tìm kiếm, tích
lũy thêm kiến thức mới phục vụ cho công việc sau khi ra trƣờng. Học kỳ này em làm
đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế máy nghiền xi măng hai ngăn” cũng không ngồi
mục đích đó.Mục tiêu cần đạt đƣợc sau khi hồn thành đồ án là biết cách thức, quy
trình thiết kế một cái mày hoàn chỉnh dựa trên máy cũ và các số liệu ban đầu, biết cách
áp dũng những kiến thức đã học vào thực tiễn thiết kế, chế tạo. Biết cách tìm kiếm và
sử dụng các tài liệu.

Từ những kiến thức quan sát và thu thập đƣợc trong quá trình thực tập tốt nghiệp

C
C

cũng nhƣ thơng qua các tài liệu hƣớng dẫn và sự giúp đỡ tận tình của giáo viên hƣớng
dẫn đã giúp em có thể tiếp cận và có những kiến thức cần thiết, cơ bản nhất để có thể

R
L
T.

thiết kế lại Máy nghiền bi.

Đồ án bao gồm phần thuyết minh và bản vẽ. Trong khi phần thuyết minh gồm 6

DU

chƣơng nhằm giới thiệu lại cơ sở lý thuyết cũng nhƣ là tồn bộ q trình tính tốn các
chi tiết trong máy thì phần bản vẽ gồm 8 bản nhằm thể hiện kết cấu cụ thể và kích
thƣớc hồn chỉnh cũng nhƣ các u cầu kỹ thuật của chúng.

Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hƣng

Huớng dẫn: Th.S Lƣu Đức Hòa

1


Thiết kế máy nghiền xi măng

Chƣơng 1: GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT XI MĂNG

1.1 Giới thiệu chung về xi măng
1.1.1 Khái niệm
Xi măng là một chất kết dính thủy lực. Chất kết dính là những loại khống khi
nghiền mịn, đem trộn với nƣớc, trở nên dẻo và sau một thời gian thì kết lại thành một
khối rắn chắc. Chất kết dính đầu tiên đƣợc dùng: vơi, thạch cao, đất sét. Nhƣng các
chất này chỉ có thể dùng đƣợc trên cạn, khơng thể dùng đƣợc cho các cơng trình ở
dƣới nƣớc.
Mãi đến thế kỷ 18, ngƣời ta mới tìm đƣợc vôi thủy và sản xuất ra xi măng La

C
C

Mã. Đến năm 1824 ở nƣớc Anh, nƣớc Nga, ngƣời ta nghiên cứu ra một loại chất kết
dính mới gọi là Portland Cement (xi măng pooclăng), nó có khả năng chịu nƣớc tốt và

R
L
T.

có tính chất giống loại đá ở vùng Portland thuộc đảo Ai Nhĩ Lan (Anh).
Dựa trên cơ sở xi măng pooclăng, ngƣời ta đã nghiên cứu và tìm thêm nhiều

DU

loại xi măng có tính chất khác nhau: Cement Portland Pouseland, xi măng xỉ, xi măng
chịu axit...

Xi măng pooclăng là chất kết dính thủy lực thơng dụng nhất nhờ các đặc tính kỹ
thuật ƣu việt của nó. Chất kết dính này đƣợc sản xuất bằng cách nghiền mịn clinker có
cho thêm một lƣợng thạch cao, phụ gia theo một tỷ lệ nhất định. Khi đƣợc nhào trộn
với nƣớc, xi măng pooclăng cho ta một loại hồ (vữa) dẻo có khả năng liên kết các vật
liệu khác thành một kết cấu rắn chăc hay để chế tạo các cấu kiện đúc sẵn. Loại vật liệu
này bắt đầu đông kết (thủy hóa) sau một vài giờ và rắn chăc theo thời gian, đạt đƣợc
cƣờng độ chịu nén rất cao, có thể trên 1000 [daN/cm2] đối với những loại xi măng đặc
biệt.
1.1.2 Quy trình sản xuất xi măng
Tùy thuộc vào từng điều kiện sản xuất của mỗi nhà máy khác nhau, nên có dây
chuyền cơng nghệ sản xuất xi măng cũng khác nhau. Nhƣng ở các nhà máy sản xuất xi
măng khác nhau vẫn phải đảm bảo quy trình sản xuất:

Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hƣng

Huớng dẫn: Th.S Lƣu Đức Hòa

2


Thiết kế máy nghiền xi măng

Silô Phụ gia

Silô Clinker

Silô Thạch cao

Phối liệu

Nghiền

Bộ phận phân ly

C
C

R
L
T.

Silơ chứa xi măng

DU

Thiết bị đóng bao và xuất xi măng rời

Kho chứa và xe tải, xe tec (nếu có)
Hình 1.1 Quy trình sản xuất xi măng
1.1.3 Các thành phần chính trong Clinker
a/ Clinker
Là nguyên liệu chính để sản xuất xi măng. Nhìn từ bên ngồi clinker có màu đen xám
khơng lẫn màu vàng, thành phần hạt chiếm tỷ lệ lớn, cỡ hạt từ 030[mm] trong đó cỡ
hạt từ 5 20[mm] chiếm hơn 80%, lƣợng bột chiếm 15%. Clinker không bị mốc,
không nhiễm mặn, nhiễm kiềm do nƣớc mang vào. Clinker chứa đựng trong kho phải
khô ráo, để đúng nơi qui định, không để lẫn với các vật liệu khác.
Thành phần hóa học của xi măng pooclăng hiển thị qua hàm lƣợng các ơxyt có trong
clinker (theo % khối lƣợng) ghi ở bảng sau:

Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hƣng

Huớng dẫn: Th.S Lƣu Đức Hòa

3


Thiết kế máy nghiền xi măng

Bảng 1.1 Thành phần hóa học của xi măng pooclăng
Tên ôxyt

%

Tên ôxyt

%

CaO

6067

MgO

45

SiO2

1924

SO3

0,31,0

Al2O3

47

Na2O+K2O

0,41,0

Fe2O3

26

P2O5

0,10,3

Để thu đƣơc clinker có thành phần hóa học trên, hỗn hợp vật liệu cần:
7580%CaCO3, 2025% SiO2 và một lƣợng Al2O3, Fe2O3, ... và nung luyện ở nhiệt độ


14001600 C (rồi vê viên).
Thành phần khoáng của xi măng pooclăng, các khoáng chất của clinke không

C
C

phải là các hợp chất nguyên chất mà là hỗn hợp có chứa một phần nhỏ các cấu tử của

R
L
T.

các khoáng khác ở dạng hợp chất tinh thể hổn hợp. Điều này liên quan đến tạp chất
hóa học cịn lại của clinker là các chất không thể tạo ra đƣợc các pha độc lập. Bởi vậy

DU

để phân biệt rõ các hợp chất nguyên chất với các khoáng chất của clinke, năm 1897
Tiornhebom đã đặt cho các khống chất chính của clinke bao gồm: Alit(C3S);
Belit(C2S); Aluminat(C3A); Alumoferit(C4AF).
Bảng 1.2 Thành phần khoáng của xi măng pooclăng
Khống

Cơng thức

Ký hiệu rút gọn

Silicát 3 canxi(alit)

3CaOSiO2

C3S

Siliccát 2 canxi(belit)

CaOSiO2

C2S

Aluminát 3 canxi

CaO.Al2O3

C3A

Nhômferit 1 canxi

4CaO.Al2O3.Fe2O3

C1 AF

Nhôm feritcanxi(pha tinh thể hỗn hợp)

2CaO.Al2O3.Fe2O2

C2(A,F)

Vơi tự do

CaO

-

Ơxit Magie tự do(periclazơ)

MgO

-

Aluminát chứa kiềm

(K,Na)2O8CaOx3Al3O3

(K,Na) C2A2

Sunphát của kim loại kiềm

(K,Na)2 SO4

-

Sunphát canxi

CaSO4

-

Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hƣng

Huớng dẫn: Th.S Lƣu Đức Hòa

4


Thiết kế máy nghiền xi măng

Khi làm nguội clinker đột ngột, một phần Celit tồn tại ở trạng thái thủy tinh.

Khoảng trống giữa các khoáng Alit và Belit, bên cạnh Celit chứa các phần cịn lại của
pha lỏng khơng thể kết tinh. Lƣợng các khoáng tồn tại dƣới dạng thủy tinh tùy thuộc
vào thành phần của hỗn hợp, nhiệt độ tạo vùng clinker và tốc độ làm nguội. Hàm
lƣợng các khống xi măng pooclăng thơng thƣờng (theo % khối lƣợng):
Bảng 1.3 Hàm lƣợng các khống xi măng pooclăng thơng thƣờng
Tên khống

%

Tên khống

%

C3S

37,5 60

C3A

75

C2S

1537,5

Thể thuỷ tinh

415

C4AF

1018

CaO tự do

12

b/ Thạch cao:

C
C

Có độ ẩm W < 5%. Để điều chỉnh thời gian đông kết của xi măng.

R
L
T.

c/ Phụ gia:

Đá Bazan, không nhiễm kiềm do nƣớc biển, có màu xám đen, xanh đen, xám xanh,

DU

khơng lẫn màu vàng, giịn, dễ đập vỡ, độ ẩm < 6%. Phụ gia giúp cải thiện tính chất của
xi măng: màu sắc, tính chống giãn nỡ, chống co ngót v.v...
Mác xi măng đƣợc biểu thị bằng cƣờng độ uốn gãy mẫu có kích thƣớc (40 x40
x160 mm) đƣợc đúc bằng vữa xi măng - cát tỷ lệ 1:3 (theo khối lƣợng) và đƣợc bảo


dƣỡng 28 ngày đêm trong nƣớc ở nhiệt độ 27 ±2 C. Mẫu thử uốn xong thì đem nén hai
nửa mẫu vừa thử (TCVN 4032:1985 - ISO 6016 : 1995) [1].
Hiện nay ở nƣớc ta, xi măng pooclăng thƣờng chia làm 3 mác: PC30, PC40,
PC50. Xi măng pooclăng hỗn hợp (PCB) đƣợc chia làm 2 mác: PCB30 và PCB40.
Đơn vị đo cƣờng độ là [N/mm2] (trƣớc đây là [daN/cm2]).
1.2 Phân loại xi măng
Ngƣời ta có thể phân loại xi măng theo nhiều tiêu chí khác nhau. Phân loại theo thành
phần khống, có:
1.2.1 Xi măng thơng thường
- Xi măng pooclăng thƣờng.
- Xi măng pooclăng đặc biệt:
+ Xi măng có cƣờng độ ban đầu cao (C3S : 50÷60%, C3A : 8÷14%).

Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hƣng

Huớng dẫn: Th.S Lƣu Đức Hòa

5


Thiết kế máy nghiền xi măng

+ Xi măng cho bê tông mặt đƣờng (C3A<8%).
+ Xi măng chịu băng giá.
+ Xi măng cho bê tông khối lớn (C3A<8%, C4A F>15%).
+ Xi măng bền sunfat.
+ Xi măng trắng, Xi măng màu (Fe2O3 <1%).
+ Xi măng cho bê tông bơm.
+ Xi măng giếng dầu (% C2S, C3A cao).
+ Xi măng kỵ nƣớc(có phụ gia hoạt tính bề mặt).

- Xi măng Aluminat.
1.2.2 Xi măng hỗn hợp
- Xi măng xỉ lò cao (30-70% xỉ lò cao).

C
C

- Xi măng tro bay.
- Xi măng nở

R
L
T.

- Xi măng puzolan (20-45% puzolan).
- Xi măng hóa dẻo và kỵ nƣớc.

DU

1.3 Dây chuyền cơng nghệ đồng bộ hồn tồn tự động của nhà máy xi măng Hải
Vân

Đây là dây chuyền do hãng Kruup-Polysius CHLB Đức chế tạo và cung cấp. Đây là
một trong ba hãng sản xuất xi măng nổi tiếng và đứng đầu thế giới hiện nay.

Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hƣng

Huớng dẫn: Th.S Lƣu Đức Hòa

6

Thiết kế máy nghiền xi măng

C
C

R
L
T.

DU

Hình 1.2 Dây chuyền máy nghiền xi măng
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hƣng

Huớng dẫn: Th.S Lƣu Đức Hòa

7


Thiết kế máy nghiền xi măng

Các giai đoạn chính của dây chuyền:
a/ Tiếp nhận và chứa Clinker
Clinker đƣợc kiểm tra và đổ vào phểu thu, đƣợc băng tải vận chuyển đổ
vào gàu tải và đƣợc gàu tải chuyển đi tiếp đến silơ clinker có đƣờng kính 25 m cao
42 m. Sức chứa 20.000 tấn. Khi silo đầy thì thơng qua bộ chỉ thị báo mức đầy
(đƣợc lăp đặt trên thành silo cho phép báo 2mức) báo về phòng điều khiển
trung tâm mức 1, nếu ngƣời vận hành không cho dừng mà để clinker đầy

đến mức báo đầy thứ 2 thì bộ chỉ huy này sẽ tác động ngắt cho dừng hoạt
động cụm nạp clinker vào silo. Trong trƣờng hợp xẩy ra sự cố nhƣ: lệch băng tải,
xích gàu bị đứt, mơ tơ hoạt động khơng đúng cơng suất,... thì cụm này dừng hoạt động
nhờ có trang bị các cảm biến bao gồm cảm biến tải trọng, cảm biến tốc độ, cảm

C
C

biến vị trí,... các cảm biến này cho phép tạo ra các tác động ngắt trong mạch
điện điều khiển các thiết bị làm ngắt ở nguồn cung cấp đồng thời gửi thơng tin về màn

R
L
T.

hình vận hành để thơng báo cho ngƣời vận hành biết. Ngồi ra cịn có bộ phận hút
bụi làm cho khơng khí khơng bị ơ nhiễm. Bộ phận này cũng có các cảm biến

DU

và các bộ điều khiển hoạt động đặt tại chỗ.
b/ Tiếp nhận phụ gia -thạch cao

Phụ gia Quảng Ngãi và Thạch cao Đông Hà vận chuyển vào Phân xƣởng bằng ô
tô (hoặc bằng tàu hoả, hoặc bằng tàu thuỷ) nguyên liệu thạch cao và phụ gia
đƣợc dùng chung phểu thu.Việc rót nguyên liệu vào silo đƣợc kiểm soát bằng van
2 ngã, các silo chứa này cũng đƣợc trang bị thiết bị báo đầy nhƣ silo chứa
clinker. Silơ thạch cao - phụ gia có đƣờng kính 7,5m cao 23m trong trƣờng
hợp silo đầy, thạch cao đƣợc đổ vào kho chứa
c/ Cấp liệu máy nghiền

Clinker, thạch cao, phụ gia từ silo đƣợc tháo xuống băng tải chính qua hệ thống cân
bằng định lƣợng, đƣợc phối trộn chuyển vào máy nghiền bi với công xuất 150tấn/h
bằng hệ thống điều khiển máy tính điều khiển trung tâm
d/ Nghiền xi măng:
Hỗn hợp Clinker, thạch cao và phụ gia đƣợc nạp vào máy nghiền và đƣợc
nghiền trong máy nghiền bi hai ngăn cơng suất 85tấn/h chu trình khép kín,
có hệ thống phân ly (đƣờng kính 4,2m x 12,75m) cơng suất hệ thống vận chuyển xi
Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hƣng

Huớng dẫn: Th.S Lƣu Đức Hòa

8


Thiết kế máy nghiền xi măng

măng bột ra khỏi máy nghiền là 180 tấn/h. Ximăng bột sau khi nghiền nếu t0> 800C sẽ
đƣợc qua hệ thống làm nguội bằng sự trao đổi nhiệt với nƣớc tuần hồn phía bên
ngồi, trƣớc khi vào silo xi măng bằng hệ thống bơm khí nén, sức chứa mỗi silo là
8.000 tấn.Xi măng ra khỏi máy nghiền nhờ sự chênh lệch áp suất tạo ra bởi
một quạt hút cơng suất lớn. Các hạt có trọng lƣợng nhỏ bị hút đƣa đến phân ly tĩnh,
các hạt đủ nhỏ sẻ đi qua bộ phận này và đƣợc gom lại đổ qua lọc bụi vào máng khí
động, các hạt có trọng lƣợng lớn khơng qua đƣợc bộ phân ly sẽ rơi về gàu tải và sau đó
đƣợc chuyển đến bộ phân ly động. Trƣớc khi đổ vào bộ phân ly động, tại máng khí
động có bộ bẩy vật lạ nhằm tách các vật rắn, kim loại để loại chúng ra ngoài. Bộ phân
ly động này (SEPOL) thực hiện chức năng tách hạt lần nữa thông qua những xyclon
đảm bảo xi măng đầu ra đạt yêu cầu về độ mịn, các hạt không đủ mịn sẽ đƣợc đƣa về

C
C

đầu máy nghiền để tái nghiền. Việc điều chỉnh dựa vào điều chỉnh tốc độ vòng quay
của motor dẫn động quay bộ phận phân ly, tỷ lệ % gió tuần hồn

R
L
T.

e / Đóng bao xi măng, xuất xi măng rời

Hệ thống khí sục đƣợc lắp đặt dƣới đáy silo làm cho xi măng đồng nhất có khả

DU

năng chảy qua cửa tháo. Xi măng đƣợc tháo ra để xuất rời hay qua két chứa
máng đóng bao bằng hệ thống máng khí động vào hai gàu tải. Trƣớc khi đổ vào
két chứa máy đóng bao xi măng đƣợc đƣa qua sàn rung để loại bỏ vật liệu lạ. Một
máy đóng bao có thể đƣợc cấp liệu (xi măng) từ silo 1 hoặc silo 2. Xi măng
đƣợc đóng bao bằng máy đóng bao HAVER BOECKER gồm 6 vịi với cơng suất 110
tấn/ giờ. Xi măng bao đƣợc hệ thống băng tải tự động đƣa đến hệ thống xuất trực tiếp
lên xe khách hang.
Xi măng rời: hệ thống xuất xi măng rời đƣợc thiết kế để điều khiển
thích hợp cho xe tec, đƣợc bố trí dƣới đáy silo. Ở đây có một cân 60 tấn để kiểm
soát khối lƣợng xi măng xuất

Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hƣng

Huớng dẫn: Th.S Lƣu Đức Hòa

9

Thiết kế máy nghiền xi măng

Hình 1.3 Băng chuyền xi măng đóng bao
 Nhận xét và đánh giá:
Dây chuyền sản xuất xi măng Hải Vân có những ƣu điểm sau đây: Tỉ lệ các

C
C

thành phần clinker, thạch cao, phụ gia hoạt tính đƣợc phối li ệu đồng nhất và

R
L
T.

ổn định thông qua thiết bị cân bằng định lƣợng điện tử của hãng Schenck- CHLB
Đức. Công đoạn nghiền với phân ly hiệu suất cao đƣợc tự động hóa hồn

DU

tồn xi măng sau khi nghiền giữ đƣợc các yêu cầu kỹ thuật về lý học và hóa học
làm cho lƣợng xi măng luôn ổn định. Công đoạn làm nguội xi măng thông qua
thiết bị làm nguội độc quyền của hãng Krupp -Polysius - CHLB Đức giữ nhiệt
độ xi măng không bị biến đổi về chất lƣợng. Cơng đoạn đóng bao với chế độ cài
tự động bởi thiết bị đóng bao của hãng Have-Boecker luôn đảm bảo khối lƣợng
xi măng đạt yêu cầu qui định và có dung sai thấp nhất

Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hƣng

Huớng dẫn: Th.S Lƣu Đức Hòa

10


Thiết kế máy nghiền xi măng

CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH NGHIỀN XI MĂNG

2.1 Các lý thuyết về đập nghiền
2.1.1 Cơ sở vật lý của quá trình nghiền vỡ vật rắn
Xuất phát từ các cơng trình nghiên cứu của các Viện sĩ A.Ph.Iophphe, P.A.Rebinder
và I.A.Phrenkel, xác nhận: đặc điểm cấu trúc của bất kỳ vật thể rắn nào cũng đều tồn
tại các khuyết tật nhỏ. Các khuyết tật này có phân bố thống kê theo chiều dày của vật
thể. Đồng thời chúng thể hiện cục bộ ra bề mặt ngồi. Chính vì có đặc điểm nhƣ vậy
mà độ bền (khả năng chống lại sự phá vỡ ) bị giảm từ 1001000 lần so với độ bền của
vật rắn thực có cấu trúc bị phá hủy. Do đó có hai khái niệm độ bền cùng tồn tại: độ bền

C
C

phân hủy và độ bền kỹ thuật. Trong kỹ thuật, ngƣời thiết kế đặt ra yêu cầu đầu tiên cho
các nhà luyện kim là chế tạo kim loại thuần khiết. Quá trình biến dạng của vật rắn

R
L
T.

đƣợc xảy ra với sự gia tăng các phần tử hiện có và số lƣợng các khuyết tật. Khi quy

mô các khuyết tật đƣợc gia tăng vƣợt quá giới hạn, cùng với điều đó, là sự phát triển

DU

nhanh theo chiều dài vết nứt làm vật thể bị phá vỡ. Rõ ràng là có hai dạng năng lƣợng
đóng vai trị trong q trình phá hủy vật thể rắn: năng lƣợng tích tụ của các biến dạng
đàn hồi và năng lƣợng tự do. Tuy nhiên có nhiều cơng trình nghiên cứu đã chứng tỏ
vai trị của năng lƣợng bề mặt trong q trình nghiền thực ra khơng đáng kể, điều đó
có nghĩa là phƣơng pháp xác định giá trị năng lƣợng cho vật thể cứng đến bây giờ
chƣa tìm ra đƣợc.
Khi có tải trọng tuần hồn với mỗi chu kỳ tiếp theo thì số lƣợng các vết nứt trong vật
thể gia tăng và độ bền của vật thể giảm xuống. Sự xuất hiện các vết nứt tế vi trong cấu
trúc vật thể sẽ làm giảm lực liên kết phân tử, làm giảm độ bền một cách đột ngột. Hiện
tƣợng này đã đƣợc Viện sĩ P.A.Rebider phát hiện và đặt tên là “ hiệu ứng Rebider”,
hiệu ứng này đƣợc sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật.
Khái niệm chung về cơ học phá hủy nguyên liệu hạt đƣợc gọi là cơ sở quá trình động
lực học nghiền. Cơ chế phá vỡ hạt có dạng cơ chế phá hủy bằng nén ép và quá trình
diễn ra theo sơ đồ phá hủy giịn, nghĩa là khơng có q trình biến dạng dẻo rõ rệt .
Cùng với quy luật phân bố các phần tử sản phẩm nghiền theo các kích thƣớc của

Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hƣng

Huớng dẫn: Th.S Lƣu Đức Hòa

11


Thiết kế máy nghiền xi măng

chúng thì lý thuyết nghiền còn nghiên cứu sự phụ thuộc hàm số giữa chi phí năng

lƣợng đến q trình nghiền vỡ vật liệu và mức độ nghiền.
Năng lƣợng cần để nghiền vỡ đá phụ thuộc vào nhiều yếu tố: kích thƣớc, hình dạng
hạt, sự phân xếp đặt của hạt, độ bền, độ giòn, sự đồng nhất của đá, độ ẩm hình dạng và
trạng thái bề mặt làm việc của máy nghiền v.v... Do vậy việc xác lập quan hệ giữa
năng lƣợng để nghiền và các tích chất cơ lý của vật nghiền rất khó khăn. Hiện nay tồn
tại các giả thuyết nghiền sau (đƣợc coi là các định luật nghiền)
2.2 Các định luật nghiền
2.2.1 Thuyết bề mặt
Thuyết này do giáo sƣ P.Ritinger ngƣời Đức nêu ra năm 1867 đƣợc phát biểu
nhƣ sau:

C
C

“ Công cần thiết đập nghiền vật liệu tỷ lệ với điện tích mới sinh ra sau khi đập nghiền
vật liệu đó”.

R
L
T.

Giả thiết vật liệu đó có dạng hình khối vng nhỏ cạnh là d.
Vậy mức độ nghiền:

i= D/d

DU

Số mặt cắt ở mỗi chiều: (i-1)
Số mắt cắt 3 chiều của khối vuông: 3(i-1)

Tổng diện tích mới sinh ra của 3 mặt cắt là: F= 3D2(i-1)

[cm2]

Gọi A: Công suất cần thiết để tạo ra 1 cm2 diện tích mới sinh ra, với mức độ đập
nghiền i
Và kích thƣớc vật liệu ban đầu D, thì công đập nghiền của vật liệu nhƣ sau:
Ai= A.F = 3AD2.(i-1)

Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hƣng

[KG.cm] [2.7 - XI ]

Huớng dẫn: Th.S Lƣu Đức Hòa

12


Thiết kế máy nghiền xi măng

Khi mức độ đập nghiền lớn nghĩa là i

∞, có thể xem (i-1)≈i. Từ đó ta có “Cơng

đập nghiền vật liệu tỷ lệ với mức độ đập nghiền”
Trong thực tế vật liệu có dạng bất kỳ, nên cơng thức có dạng tổng qt nhƣ sau:
Ai = 3kAD2(i-1)

[KG.cm]

K: hệ số phụ thuộc vào hình dáng vật liệu
Thơng thƣờng k = 1,2 ÷ 1,7
2.2.2 Thuyết thể tích
Thuyết thể tích đƣợc nhà cơ học ngƣời Nga V.L.Kirpitrev đề xuất năm 1874 và đƣợc
giáo sƣ ngƣời Đức Ph.Kik kiểm tra bằng thực nghiệm trên máy nghiền kiểu búa vào
năm 1885. Nội dung cơ bản của thuyết thể tích: “cơng cần thiết để nghiền vật liệu tỷ lệ
thuận với mức độ biến thiên thể tích của vật liệu.”

C
C

Theo (1.15) [IX] ta có:

Trong đó:

K2 =

 .V
2.E

2.E

=K2.V

[J]

DU

Av: cơng gây biến dạng
2

 2 .V

R
L
T.

Av=f(V)=

: Hệ số tỷ lệ

V: thể tích vật biến dạng
V: phần thể tích vật thể bị biến dạng

: ứng suất lúc biến dạng
E : mođun đàn hồi
2.2.3 Thuyết dung hòa
Ở thuyết bề mặt, khó xác định đƣợc hệ số k nên ý nghĩa thực tế của công thức bị
giảm thấp. Ở thuyết thể tích, do thiếu hệ số tỷ lệ cho các trƣờng hợp cụ thể nên công
thức trên không đƣợc sử dụng rộng rãi.
Thuyết dung hòa này đƣợc Ph.C.Bon đề xuất để dung hòa hai thuyết trên vào
năm 1952. Theo (1.23) [IX] ta có:
Adh = KR.

i n1  1
.Q
Dtbn1

Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hƣng

Huớng dẫn: Th.S Lƣu Đức Hòa

13