THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN NGHIỀN NGUYÊN LIỆU CHO XƯƠNG CHÉN SỨ DÂN DỤNG

Công nghệ ceramic là công nghệ tạo ra vật liệu từ nguyên liệu bột, tạo hình rồi nung kết khối.

THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN NGHIỀN NGUYÊN LIỆU CHO XƯƠNG CHÉN SỨ DÂN DỤNG Sinh viên : Lưu Thị Thanh Mai MSSV: V0401484 Lớp: VL04Si LỜI MỞ ĐẦU Là sinh viên khoa công nghệ vật liệu, 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.Thông qua việc thực hiện đồ án môn học về thiết kế máy đã hướng tôi đến việc tìm hiểu sâu hơn về các thiết bị phục vụ việc sản xuất vật liệu mà cụ thể là các thiết bị phục vụ quá trình đập nghiền. Công nghệ ceramic là công nghệ tạo ra vật liệu từ nguyên liệu bột, tạo hình rồi nung kết khối. Bột nguyên liệu ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất của vật liệu sau này, bên cạnh việc có đủ các khoáng cần thiết thì kích thước hạt vật liệu cũng là điều được quan tâm. Bột nguyên liệu phải đạt được kích thước và độ đồng đều thích hợp thì việc kết khối mới diễn ra tốt, và tính chất vật liệu sau này mới đảm bảo. Vì vậy, quá trình nghiền đóng một vai trò lớn trong quá trình sản xuất vật liệu. Thật vậy, 70% năng lượng để tạo ra vật liệu là phục vụ cho quá trình đập nghiền. Trong phạm vi đồ án này, chỉ xin trình bày về thiết kế máy nghiền bi gián đoạn được dùng trong công nghệ gốm sứ. Đặt yêu cầu là ta sẽ thiết kế máy nghiền bi gián đoạn để nghiền nguyên liệu làm xương của chén sứ dân dụng với năng xuất là 10 triệu chén/năm. Trong quá trình thực hiện đồ án này, em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ quí thầy cô trong bộ môn. Đặc biệt là cô Lê Thị Duy Hạnh, cán bộ hướng dẫn chính, đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện để em có thể hoàn thành đồ án này. Em cũng chân thành cám ơn các thầy cô trong bộ môn luôn nhiệt tình giải đáp các thắc mắc, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án. Lưu Thị Thanh Mai Khoa công nghệ vật liệu Lớp VL04Si Đồ án thiết kế máy nghiền bi gián đoạn Mục lục : Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH NGHIỀN. I. Khái niệm chung về quá trình nghiền. …………………… . 1 1. Khái niệm. 1 2. Các phương pháp tác dụng lực 1 3. Mức độ đập nghiền. 1 4. Các yêu cầu đối với quá trình đập nghiền. 2 5. Phân loại theo chu trình và phương pháp nghiền. 2 II. Cơ sở lý thuyết quá trình đập nghiền. …………………… . 3 1. Các lý thuyết về đập nghiền. 3 2. Định luật Bond về chỉ số công. 4 Chương 2 : GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU. I. Các tính chất cơ bản của vật liệu nghiền. …………………. 5 1. Độ cứng. 5 2. Độ giòn 5 3. Hệ số mài mòn 5 4. Trọng lượng riêng. 6 5. Độ bền 6 6. Hệ số khả năng đập nghiền 6 7. Kích thước hạt. 6 II. Thành phần nguyên liệu. ………………………………… . 7 1. Đất sét. 7 2. Cao lanh. 7 3. Tràng thạch. 8 4. Cát. 8 Chương 3 : GIỚI THIỆU VỀ MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN. I. Giới thiệu cấu tạo máy nghiền bi gián đoạn. ……………… 9 1. Giới thiệu sơ lược. 9 2. Nguyên lý hoạt động. 10 3. Một số chi tiết cơ bản của máy nghiền bi gián đoạn. 10 - thùng nghiền. 10 - tấm lót và bi nghiền. 10 II. Lý thuyết tính toán. ………………………………………… 14 1. Lượng bi nghiền nạp vào máy. 14 2. Tốc độ quay của thùng. 16 3. Lượng vật liệu nạp. 20 SVTH: Lưu Thị Thanh Mai GVHD: Lê Thị Duy Hạnh Đồ án thiết kế máy nghiền bi gián đoạn Chương 4 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN NGHIỀN XƯƠNG CHÉN SỨ NĂNG SUẤT 10 TRIỆU CHÉN/NĂM I. Tính cân bằng vật chất. ……………………………………. 21 1. Đơn phối liệu. 21 2. Qui trìmh sản xuất. 22 3. Bảng tính cân bằng vật chất. 23 II. Các thông số ban đầu. …………………………………… . 24 III. Thùng nghiền. …………………………………………… . 24 1. Kích thước thùng. 24 2. Gạch lót. 25 3. Bi nghiền. 27 4. Vỏ thép. 27 5. Cửa và đối trọng. 28 6. Cổ trục. 29 IV. Tính toán chuyển động của máy. ………………………… . 29 A. Hệ số đổ đầy bi đạn. 29 B. Vận tốc quay của thùng. 30 C. Sự chu chuyển của bi nghiền trong thùng. 30 1. Số chu kỳ chuyển động của bi. 31 2. Số bi trên quĩ đạo tròn và parabol 31 V. Công suất máy nghiền bi. …………………………………. 32 1. công suất tiêu hao để nghiền vật liệu. 32 2. công suất têu hao để thắng ma sát. 33 3. công suất tổng cộng của máy. 34 VI. Bộ phận truyền động. ……………………………………… 34 1. Lựa chọn động cơ. 36 2. Hộp giảm tốc. 36 3. Dây đai cấp 1. 36 4. Dây đai cấp 2. 39 KIỂM TRA TÍNH BỀN 43 1. Thân thùng 43 2. Bulông ghép thân và đáy thùng. 45 3. Cổ trục thùng nghiền. 46 Tài liệu tham khảo 47 SVTH: Lưu Thị Thanh Mai GVHD: Lê Thị Duy Hạnh Đồ án thiết kế máy nghiền bi gián đoạn SVTH: Lưu Thị Thanh Mai GVHD: Lê Thị Duy Hạnh Chương 1: Tổng quan về quá trình nghiền Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH NGHIỀN I KHÁI NIỆM CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH NGHIỀN 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 ) 2. Các phương pháp tác dụng lực : 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. 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) max max D I d = 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 min max 2 tb d d D + = Từ đó ta tính được hệ số đập nghiền theo công thức tb tb D I d = Nén ép Mài xiết nổ Va đập uốn 1 Chương 1: Tổng quan về quá trình nghiền 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 m 3 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. …. 5. Phân loại theo chu trình và phương pháp nghiền: a. Phân loại theo chu trình làm việc: • Làm việc theo chu trình hở: không có dòng hồi lưu. • Làm việc theo chu trình kín: có dòng hồi lưu. vật liệu đập nghiền sản phẩm vật liệu đập nghiền sản phẩm sản phẩm vật liệu Phân loại dưới sàn sản phẩm Trên sàn đập nghiền sản phẩm 2 Chương 1: Tổng quan về quá trình nghiền 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. - 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 II CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH ĐẬP NGHIỀN : 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 : A 1 = 6.A r KD 2 (i-1) với: • A r : (N.cm/cm 2 ) là công tiêu tốn riêng phá vỡ vật liệu theo một mặt phẳng có diện tích 1cm 2 . 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: (cm 2 ) là kích thước cạnh bên của cục vật liệu ban đầu khi giả sử cục vật liệu ban đầu có hình khối lập phương. 3 Chương 1: Tổng quan về quá trình nghiền • 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”. 2 2 V A E σ ∆ = Với: σ (N/cm 2 ) là giới hạn bền nén của vật liệu. E (N/cm 2 ) là modul đàn hồi của vật liệu ∆V (cm 3 ) là hiệu số thể tích của vật liệu trước và sau đập nghiền. ∆V = D 3 − d 3 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.” 2 2 1 2 6 ( 1) 2 r V A A A A KD i E σ ∆ = + = + − Thuyết bề mặt và thuyết thể tích là trường hợp riêng của thuyết tổ hợp. 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” 2.5 1 1 . A KB d D A K D   = −  ÷   = 4 Chương 2 : Giới thiệu về nguyên liệu Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU I. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU NGHIỀN 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 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Kim cương Sapphire Topaz Quatz Tràng thạch Apatite Florite Cancite Thạch cao Talt 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 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. 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. 5 Chương 2 : Giới thiệu về nguyên liệu giới hạn bền nén S, N/m 2 vật liệu điển hình mềm < 9,81 . 10 6 thạch cao, than đá cứng trung bình 9,81 . 10 6 Aratit, sa thạch cứng > 49 . 10 6 Cát, kim cương, đá cẩm thạch 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. 5. Độ bền : Căn cứ vào dộ bền nén (σ - kG/cm 2 ) 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 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. 3 . . 3 a b c d a b c + + = = 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: max min 2 d d d + = • Hỗn hợp nhóm vật liệu: . i i d a d= ∑ a i : phần trăm khối lượng nhóm hạt thứ i. d i : kích thước trung bình của nhóm hạt thứ i. 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. 0 E K E = Vật liệu chuẩn: clinker của lò quay trung bình có K = 1 Năng suất đập nghiền Q 0 (tấn/h) 6 [...]... tốn thiết kế máy nghiền bi gián đoạn 22 Nguyên liệu thiết bị định lượng Nước Máy nghiền bi ướt gián đoạn Sàng rung + khử từ Bể chứa Lọc ép khung bảng Máy đùn ép Lento Kho ủ Tạo hình dẻo Sấy Sửa mộc Nung lần 1 Tráng men Nung lần 2 Trang trí Hấp màu Kiểm tra Thành phẩm Chương 4: Tính tốn thiết kế máy nghiền bi gián đoạn 23 3 Bảng tính cân bằng vật chất: Năng suất nhà máy: 6 triệu chén/ năm Khối lượng 1 chén. .. có độ cứng cao nhất trong các ngun liệu cần nghiền, ta phải tìm bi nghiền và tấm lót có độ cứng lớn hơn 7 Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn 9 Chương 3: GIỚI THIỆU VỀ MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN I MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN: 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... (bi nghiền và vật liệu cần nghiền) như sau: • 700 ÷ 800 kg/m3 đối với bi nghiền có khối lượng riêng thấp • 800 ÷ 900 kg/m3 đối với bi nghiền có khối lượng riêng trung bình • 1000 ÷ 1100 kg/m3 đối với bi nghiền có khối lượng riêng cao Vậy ta sẽ nạp một lượng vật liệu có thể tích thực bằng 25% thể tích thùng nghiền Chương 4: Tính tốn thiết kế máy nghiền bi gián đoạn 21 Chương IV: TÍNH TỐN THIẾT KẾ MÁY... 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. .. 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. .. TÍNH TỐN: 1 Lượng bi nghiền nạp vào máy: Theo khối lượng riêng của bi nghiền ta phân thành 3 loại bi nghiền như sau: • Bi nghiền có khối lượng riêng thấp (2.4 ÷ 2.5 g/cm3): 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/cm3): bi alumin dạng đá túp và alubit Vật liệu có khối lượng... tấm lót và bi nghiền phải lớn hơn độ cứng lớn nhất của vật liệu cần nghiền Thành phần hố của bi nghiền phải đảm bảo khơng làm ảnh hưởng đến màu sắt và tính chất của ngun liệu Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn 11 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... khơng ảnh hưởng lớn đến các cơng đoạn tiếp theo  u cầu thiết kế máy nghiền bi nghiền phối liệu cho xương chén sứ dân dụng với năng suất 5.2 tấn/ngày II Các thơng số: Ta có một số thơng số ban đầu như sau: • Khối lượng vật liệu 1 lần nghiền (độ ẩm 50%): • Trọng lượng riêng của bi: • Kích thước hạt đầu vào: • Kích thước hạt đầu ra: • Trọng lượng riêng của vật liệu cần nghiền: được tính như sau: Đất sét... 1 ca 14 tiếng.Trong đó nghiền 10 tiếng, tháo và nhập liệu 4 tiếng Vậy một ngày ta cần nghiền : 3194.095 =10.415 tấn/ngày 300 Chia thành 2 máy nghiền, vậy mỗi máy cần nghiền 5.2 tấn/ngày Chương 4: Tính tốn thiết kế máy nghiền bi gián đoạn 24 Việc ta chia thành 2 máy nghiền tuy có tăng thêm chi phí về năng lượng nhưng lại lợi về thời gian nghiền, và trong q trình vận hành nếu 1 máy bị hư hỏng thì vẫn... 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 Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn 14 một số đường kính bi trên thị trường