Đồ án môn học: Thiết kế Máy đập búa

ĐAMH là môn học cần thiết giúp cho sinh viên tự hệ thống lại kiến thức đã học trong những năm qua, nâng cao khả năng tự học, tìm kiếm, tổng hợp tài liệu, cải thiện kĩ năng làm việc theo nhóm, đem những lý thuyết được học vận dụng vào thực tế giúp cho sinh viên đúc kết được nhiều kinh nghiệm hữu ích, quí giá làm hành trang cho quá trình làm LVTN và công việc sau khi ra trường. Đồng thời, thông qua quá trình thực hiện đồ án sẽ tạo mối quan hệ gần gũi hơn, thân thiết hơn giữa thầy cô và sinh viên. Do đây là ĐAMH đầu tiên chúng em thực hiện trong suốt quá trình học, với kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế không nhiều vì thế không tránh được những thiết sót, yếu kém. Chúng em rất mong nhận được những ý kiến đánh giá, chỉ bảo của quí thầy cô và các bạn. Chúng em xin chân thành cám ơn quí thầy cô, các anh chị khóa trước đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em hoàn thành ĐAMH Thiết kế Máy đập búa này. Đặc biệt chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Hoàng Trung Ngôn đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án này.ĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hoàng Trung Ngôn SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn CHƯƠNG I: NGUYÊN LIỆU – QUY TRÌNH CNSX THỦY TINH I. Thành phần, nguyên liệu sản xuất thủy tinh Thành phần thủy tinh được phân thành hai nhóm: thành phần chính và thành phần phụ.  Thành phần chính: Các hợp chất tạo nên các tính chất cơ bản của các loại thủy tinh và thường là các oxyt axit, oxyt kiềm, oxyt kiềm thổ như: SiO2, B2O3, Na2O, Al2O3, CaO, MgO,…  Thành phần phụ: Chủ yếu là các hợp chất sử dụng để khử bọt, khử màu, nhuộm màu, làm đục, rút ngắn quá trình nấu thủy tinh. Thành phần phụ so với thành phần chính chỉ chiếm một hàm lượng nhỏ. 1. Nhóm thành phần chính  SiO2:  SiO2 là thành phần chủ yếu của đa số thủy tinh công nghiệp. Do sự liên kết của các tứ diện SO42 tạo nên các cấu trúc khung thủy tinh. SiO2 chiếm thành phần quan trọng nhất vì nó làm tăng độ bền hoá, bền nhiệt, bền cơ của thủy tinh, nhưng nếu SiO2 quá cao sẽ làm cho thủy tinh rất khó nấu vì phải nấu ở nhiệt độ rất cao.  Hàm lượng SiO2 trong thủy tinh là từ 55% đến 75%.  Để nấu thủy tinh người ta thường dùng cát thạch anh hay quaczit, ngoài ra còn dùng các nguyên liệu thiên nhiên chứa SiO2 ở dạng vô định hình như diatomit, opan, trepen…là những khoáng giàu SiO2.  Ở Việt Nam thường sử dụng cát Cam Ranh, Hàm Liên,…  B2O3:  Đưa B2O3 vào trong thủy tinh để làm hệ số giãn nở nhiệt, tăng độ bền nhiệt, độ bền hoá của thủy tinh. Dùng B2O3 làm tốc độ nấu tăng lên làm giảm quá trình kết tinh của thủy tinh (khử bọt tốt hơn) và làm giảm quá trình nấu thủy tinh (nấu nhanh hơn).  Nguồn cung cấp thường là axit boric H3BO3, cũng có thể dùng borax Na2B4O7.10H2O hay asarit 2 MgO.B2O3.H2O để cung cấp B2O3 nấu thủy tinh.  Na2O:  Na2O đem vào nấu thủy tinh có thể là sôđa khan Na2CO3 hay soda kết tinh Na2CO3.10H2O và cũng có thể dùng Na2SO4.ĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hoàng Trung Ngôn SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn  Đưa Na2O vào nấu thủy tinh làm cho độ bền cơ, độ bền hoá, độ bên nhiệt giảm, tính dẫn điện cao, nhưng khi đưa nó vào giúp cho nhiệt độ nấu thủy tinh giảm, làm tăng khả năng hòa tan hạt cát, tăng nhanh tốc độ khử bọt.  CaO và MgO:  Thường ở dạng đá vôi, đá phấn. ▬ CaO: giúp cho quá trình nấu, quá trình khử bọt dễ dàng hơn cũng như tăng độ bền hoá của thủy tinh. ▬ MgO: đưa vào làm giảm xu hướng kết tinh, tăng độ đông cứng của thủy tinh.  Do đó khi đưa CaO và MgO vào sẽ làm tăng độ bền hoá của thủy tinh.  Al2O3:  Al2O3 có thể đưa vào dưới dạng khoáng thiên nhiên như: cao lanh pecmatit, tràng thạch…có tác dụng làm giảm quá trình kết tinh của thủy tinh, giảm hệ số giãn nở nhiệt,tăng độ bền nhiệt, độ bền hóa, độ bền cơ thủy tinh nhưng Al2O3 làm nhiệt độ nấu cao, tốc độ nấu chậm dẫn đến độ khử bọt giảm. 2. Nhóm thành phần phụ  Chất khử màu:  Màu sắc của thủy tinh là do các hợp chất sắt lẫn vào trong nguyên liệu hay trong quá trình chuẩn bị phối liệu. Fe2+ nhuộm thủy tinh thành màu xanh lam, Fe3+ nhuộm thủy tinh thành màu vàng nhạt. Với cùng 1 hàm lượng thì Fe2+ gây màu mạnh hơn Fe3+ đến 10 lần. Để có thủy tinh trong suốt không màu cần phải hạn chế đến mức tối thiểu hàm lượng các hợp chất sắt.  Đối với nhiều loại thủy tinh, màu xanh do sắt gây ra dù rất yếu cũng là điều không mong muốn vì vậy cần phải tiến hành khử các hợp chất sắt.  Các chất khử màu thường là các chất oxy hóa mạnh như: natri, axit asenic, antimoan, dioxit seri… và các hợp chất flour.  Chất nhuộm màu:  Các chất nhuộm màu phân tử thường là các hợp chất của mangan, coban, crom, niken, sắt, đồng(II), các nguyên tố hiếm… ▬ MnO2 tạo cho thủy tinh có màu đỏ. ▬ CoO tạo màu xanh (xanh coban). ▬ Cr2O3 tạo màu lục vàng.ĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hoàng Trung Ngôn SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn ▬ Ni2O tạo màu tím đỏ.  Các chất nhuộm màu keo khuếch tán thường là hợp chất selen, vàng, bạc, đồng…  Chất khử bọt:  Các chât khử bọt thường dùng là nitrat, trioxyt asenic va antimoan, dioxyt ceri, sunfat natri, các muối flour và amoni…  Chất gây đục:  Thủy tinh đục có được là nhờ việc đưa vào trong phối liệu các hợp chất flour, photpho hoặc đôi khi là hợp chất thiếc.  Các chất rút ngắn quá trình nấu:  Để giúp cho quá trình nấu diễn ra nhanh hơn người ta đưa thêm vào các hợp chất như flour, muối amoni, NaCl, oxyt bor, oxyt bari, các nitrit… 3. Nguồn cung cấp nguyên liệu  Cát:  Cát là nguyên liệu chủ yếu cung cấp SiO2. Trong cát thạch anh có hàm lượng SiO2 rất lớn, hàm lượng tạp chất nhỏ.  Cát ở Cam Ranh là loại cát nấu thủy tinh rất tốt, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật sản xuất.  Thành phần của cát Cam Ranh: SiO2 Na2O CaO MgO Al2O3 Fe2O3 MKN 99,5 0 0,22 0 0,13 0,02 0,13  Đá vôi:  Có thể sử dụng các nguồn đá khai thác ở Châu Đốc, Cần Thơ, Nha Trang,…  Đá vôi dùng để nấu thủy tinh phải có thành phần hoá học cố định và có thành phần tạp chất tối thiểu. Yêu cầu của đá vôi nấu thủy tinh là: CaO (51 ± 2)%, MgO 3% max, Fe2O3 0,05% max.  Sôđa:  Sôđa là nguồn cung cấp Na2O chính.  Có thể sử dụng Sôđa nhập từ Nhật, Trung Quốc hay Sôđa sản xuất trong nước.  Hỗn hợp màu:ĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hoàng Trung Ngôn SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn  Nhuộm màu cho thủy tinh.  Bột nhẹ:  Khử bọt.  Mảnh thủy tinh:  Tận dụng phế phẩm của nhà máy.  Giúp cho thủy tinh dễ nấu hơn. II. Quy trình công nghệ sản xuất thủy tinh Quá trình sản xuất thủy tinh có thể được hình dung qua sơ đồ sau: NHIÊN LIỆU NGUYÊN LIỆU SẢN PHẨM CÂN TRỘN NẤU CHẢY CÂN ĐÓNG GÓI TẠO HÌNH NGHIỀN NHỎ HẤP Ủ KIỂM TRA PHẾ PHẨM QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN SUẤT THỦY TINHĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hoàng Trung Ngôn SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn III. Vai trò, mục đích thiết kế hệ thống tận dụng phế phẩm 1. Tầm quan trọng của việc tận dụng phế phẩm Việc tận dụng các phế phẩm trong sản xuất nói chung và trong sản xuất thủy tinh nói riêng đóng vai trò rất quang trọng. Các mảnh thủy tinh vỡ được tận dụng làm tăng năng suất sản xuất, giảm chi phí tiêu hủy các phế phẩm,…vì vậy mang lại lợi ích kinh tế rất lớn. Ngoài ra việc đưa các mảnh thủy tinh vỡ vào tái sản xuất còn giúp cho thủy tinh dễ nấu hơn. Khi có sự cố với hệ thống cân, trộn phối liệu, ta có thể dùng hoàn toàn là các mảnh thủy tinh vỡ để đảm bảo sản xuất được liên tục, tránh hiện tượng không có nguyên liệu cung cấp gây cạn lò. 2. Vai trò của máy đập búa trong sản xuất thủy tinh Trong sản xuất thủy tinh việc tận dụng phế phẩm mang lại lợi ích kinh tế rất lớn. Do thủy tinh là một chất vô định hình nên các tính chất như độ chịu nén, chịu kéo, chịu uốn, chịu va đập, độ đàn hồi của thủy tinh phụ thuộc vào từng loại thủy. Thủy tinh là loại vật liệu kém chịu kéo nhưng chịu nén khá tốt thường thì gấp khoảng 10 lần. Độ cứng của thủy tinh vào loại trung bình nên có thể sử dụng được nhiều loại thiết bị đập nghiền khác nhau để làm nhỏ kích thước của thủy tinh trước khi đưa vào lò nấu chảy. Máy đập búa có cấu tạo đơn giản, gọn, trọng lượng máy nhỏ, dễ thay thế các chi tiết hỏng, giá thành thấp, tiêu thụ điện năng ít, ngoài ra máy còn có thanh ghi giúp phân loại kích thước hạt giúp cho quá trình sản xuất được liên tục, dễ đưa vào hệ thống vận hành tự động. Vì thế, trong công nghệ sản xuất thủy tinh người ta thường sử dụng máy đập búa để đập nhỏ các thủy tinh phế phẩm trước khi đưa vào lò nấu chảy. ☻♪☺ĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hoàng Trung Ngôn SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT ĐẬP NGHIỀN I. Các khái niệm cơ bản 1. Vai trò của đập nghiền Đập nghiền vật liệu là quá trình làm cho các vật liệu rắn bị vỡ ra thành các vật liệu có kích thước nhỏ hơn. Phần lớn các nguyên liệu sử dụng trong công nghệ silicat là các lọai đất đá nằm trên vỏ trái đất và có thể được khai thách bằng phương pháp lộ thiên. Các nguyên liệu thường gập như: các, đá vôi, đôlômít, tràng thạch, các quặng manhezit, quaczit, crômit,… Sau khi khai thác, nguyên liệu được chở về các nhà máy silicat, đôi khi ở dạng cục lớn 15002000 mm. Để sử dụng được, ta phải đập nghiền các vật liệu đó. Trong quá trình đập nghiền, dưới tác dụng của ngọai lực hạt vật liệu bị phá vỡ thành nhiều hạt vật liệu nhỏ hơn (làm tăng diện tích bề mặt riêng ) tạo điều kiện để dễ dàng hòan thành tốt các quá trình hóa lý xảy ra liên tiếp theo sau đó. Khi đập nghiền phải tiêu tốn năng lượng để phá vỡ liên kết hóa học giữa các phân tử và tạo ra diện tích mới sinh của vật liệu. Lượng năng lượng này phụ thuộc vào các yếu tố như: hình dạng và kích thước hạt vật liệu, bản chất và cơ cấu hoạt động của các máy đập nghiền. 2. Các phương pháp đập nghiền cơ bản Có 4 phương pháp cơ bản để làm thay đổi kích thước hạt vật liệu. Va đập (impact): kết quả của sự va chạm tức thời của các vật liệu. Ở phương pháp này, các vật liệu chuyển động va chạm với nhau bị vỡ thành các hạt có kích thước nhỏ hơn hoặc vật liệu nằm trên một bề mặt rồi bị vật khác va chạm vào nó làm nó bị vỡ ra. Mài (Attrition): vật liệu bị đập nhỏ nằm giữa 2 bề mặt chuyển động (thường là ngươc chiều), lực đập nghiền là lực ma sát. Trượt (Shear): có 2 hình thức là cắt (trimming) và bổ (cleaving), vật liệu bị đập bởi các vật hình nêm tác động lên nó. Ép (Compression): vật liệu bị kẹp giữa 2 mặt phẳng và bị ép bởi các lực tăng dần cho đến khi nó bị vỡ ra, ứng dụng trong máy đập hàm.ĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hoàng Trung Ngôn SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn 4 phương pháp đập nghiền cơ bản 3. Các sơ đồ đập nghiền  Chu trình hở: vật liệu chỉ qua máy đập nghiền 1 lần.  Dùng cho đập thô và trung bình.  Nếu vật liệu có lẫn các hạt có kích thước phù hợp với yêu cầu người ta có thể sàn phân loại trước rồi mới tiến hành đập. SƠ ĐỒ CHU TRÌNH HỞ  Chu trình kín: vật liệu có thể qua máy đập nghiền nhiều lần.  Sản phẩm sau khi đập nghiền được sàn phân lọai để tách các hạt thô quay về đập nghiền tiếp tục.  Năng suất của quá trình đập nghiền tăng, giảm chi phí năng lượng.ĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hoàng Trung Ngôn SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn  Áp dụng khi yêu cầu kích thước hạt có độ đồng nhất cao, hay nghiền mịn. SƠ ĐỒ CHU TRÌNH KÍN 4. Một số tính chất cơ bản của vật liệu  Độ bền và độ cứng.  Độ bền của vật liệu đặc trưng cho khả năng chống phá hủy của chúng dưới tác dụng của ngọai lục. Độ bền được biểu thị bằng giới hạn chịu nén của Rn (kGcm2) của vật liệu và được chia làm 4 lọai: ▬ Kém bền: 2500 (đá quazt, đá diabaz,…)  Độ cứng: hiện nay độ cứng chủ yếu xác định bằng thang 10 bậc do nhà khóan vật người Đức Fr. Mohs đề xuất với 10 vật liệu chuẩn từ mềm tới cứng:ĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hoàng Trung Ngôn SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn Lọai Độ cứng Vật liệu chuẩn Tính chất Mềm 1 Talc Dễ vạch bằng móng tay 2 Thạch cao Vạch bằng móng tay 3 Can xit Dễ vạch bằng dao Trung bình 4 Florit Khó vạch bằng dao 5 Apatit Không vạch dược bằng dao 6 Tràng thạch Cứng bằng kính cửa sổ Cứng 7 Đá quắc Vạch được thủy tinh 8 Topa Vạch được thủy tinh 9 Corandong Cắt được thủy tinh 10 Kim cương Cắt được thủy tinh  Độ giòn Đặc trưng cho khả năng bị phá hủy của vật liệu dưới tác động của lực va đập. Độ giòn khác rất lớn giữa giới hạn bền nén và bền kéo. Cấu trúc và kích thước tinh thể ảnh hưởng đến tính giòn. Cấu trúc còn quyết định hình dạng của hạt khi vỡ ra trong quá trình nghiền. Vd: Galen (PbS) vỡ thành hình khối vuông, mica vỡ thành miếng mỏng, magnetit vỡ thành các hạt tròn.  Hệ số khả năng đập nghiền của vật liệu Hệ số khả năng đập nghiền là tỷ số giữa năng lượng tiêu tốn riêng khi đập nghiền vật liệu chuẩn và các loại vật liệu khác với cùng mức độ và trạng thái đập nghiền. Hệ số này càng lớn, vật liệu càng dễ đập nghiền. Nếu lấy hệ số khả năng đập nghiền của vật liệu chuẩn là 1.0 (clinker lò quay trung bình) thì hệ số khả năng đập nghiền của một số vật liệu sau: Vật liệu Hệ số khả năng đập nghiền Clinker lò quay trung bình 1,0 Clinker lò quay dễ đập nghiền 1,1 Clinker lò quay khó đập nghiền 0.8 0.9 Clinker lò đứng tự động 1,15 1,25 Clinker lò đứng thủ công 1,3 – 1,4 Diệp thạch 0,9 Xỉ lò cao trung bình 1.0 Cát 0.60.7 Đá hoa cương to hạt 0.9 Tràng thạch 0.80.9 Vôi sống 1.64 Talc 1.042.02 Than đá 0.751.34ĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hoàng Trung Ngôn SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn Khi làm việc với các lọai vật liệu khác có độ giòn khác nhau thì tính năng này của máy cũng thay đổi theo. Tính giòn tăng lên thì năng lượng nghiền giảm đi và năng suất tăng lên. 5. Môt số tính toán cơ bản cho vật liệu rời  Kích thước hạt Vật liệu trước và sau khi nghiền thường có hình dạng và kích thước khác nhau. Để tính toán người ta đưa ra khái niệm kích thước (đường kính) trung bình. Kích thước trung bình của một cục vật liệu tính theo một trong những công thức sau:  Trung bình cộng: 3 l b h D tb    (II.1)  Trung bình nhân: 3 D l.b.h tb  (II.2) l,b,h: chiều dài, chiều rộng, chiều cao lớn nhất của cục vật liệu  Kích thước trung bình của một nhóm hạt. 2 Dmax Dmin D tb   (II.3) Dmax, Dmin kích thước hạt vật liệu lớn nhất và bé nhất.  Kích thước trung bình của hỗn hợp nhiều nhóm hạt:    n i i n i ni tb hh tb a D ai D (II.4) 1 Dtb , Dtb 2 , Dtb 3 , Dtb nn : kích thước trung bình của nhóm i. a1, a2,…, an: trọng lượng của nhóm 1,2,…,n trong hỗn hợp.  Mức độ đập nghiền  Đối với hạt vật liệu: tb tb D d i  (II.5)  Đối với một nhóm hạt vật liệu: n tb n tb D d i  (II.6)  Đối với hỗn hợp nhiều nhóm vật liệu:ĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hoàng Trung Ngôn SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn hh tb hh tb D d i  (II.7) với D, d là kích thước trước và sau khi đập. II. Các thuyết cơ bản về đập nghiền Một trong các chỉ tiêu kĩ thuật cơ bản của các quá trình đập nghiền là tiêu hao năng lượng riêng cho 1 đơn vị sản phẩm (thường là 1 tấn). Năng lượng này rất khó xax1 định vì nó phụ thuộc vào quá nhiều yếu tố như: độ cứng, độ ẩm, độ quánh, độ nhớt , trạng thái bề mặt, kích thước và hình dạng cũng như các sai sót bên trong hạt vật liệu,…đồng thời nó còn phụ thuộc vào sơ đồ và kết cấu máy nữa. Vì thế, hiện nay vẫn chưa có một công thức toán học nào cho phép xác định chính xác quá trình đập nghiền. Một số thuyết được công nhận hơn cả là: 1. Thuyết diện tích bề mặt Do P.R.Rittinger (Germany) đề xuất năm 1867, phát biểu như sau: “công tiêu hao troang quá trình đập nghiền tỉ lệ với diện tích bề mặt mới sinh hay mức độ đập nghiền”. Để đơn giản, ta giả thiết cục vật liệu đem đập ban đầu có dạng hình lập phương có kích thước là D, sau khi đập nghiền cục vật liệu có cũng có dạng hình lập phương và có kích thước là d. Mức độ đập nghiền là i. D d i  (II.8) Muốn tạo ra sản phẩm lập phương cạnh d, số nhát cắt phải là 3(i – 1). Diện tích các nhát cắt (bề mắt mới sinh) sẽ là: F  6(i 1)D2 (II.9) Gọi a là công cần thiết để tạo ra 1 đơn vị diện tích mới sinh, toàn bộ quá trình đập vật liệu công sẽ là: 2 Ai  F.a  6(i 1)D a (II.10) Khi mức độ đập nghiền lớn i ∞ và (i – 1)i hay: Ai  6iD2a (II.11) vậy công Ai tỉ lệ với mức độ đập nghiền i hay diện tích bề mặt mới sinh F.ĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hoàng Trung Ngôn SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn Trong thực tế, hạt vật liệu không có dạng khối lập phương lí tưởng như trên mà có hình dạng bất kì. Do đó, người ta có thể bổ sung hệ số K – phụ thuộc vào hình dạng và kích thước hạt vật liệu. A D i   6 ( 1) K i a 2 (II.12) thông thường K = 1,2 – 1,7 Thuyết Rittinger không cho phép xác định giá trị tuyệt đối của công Ai (vì a rất khó xác định) nhưng cho phép ta so sánh công tiêu hao khi đập nghiền cùng 1 loại vật liệu với mức độ đập nghiền khác nhau i1 và i2. 2 1 1 1 2 2 2 2 3. .( 1). . 1 3. .( 1). . 1 i i A D K a i i A D K a i i       (II.13) Khi i1 và i2 đủ lớn thì: 1 1 1 2 2 2 1 1 í ì A F i i A F i i      (II.14) Thuyết này chỉ xét tới công tiêu hao tạo bề mặt mới sinh mà chưa xét quá trình biến dạng cục. 2. Thuyết thể tích: Do Ph.Kich và V.I.Kiapichep đưa ra măm 1874, nội dung phát biểu: “Công tiêu hao cho quá trình đập nghiền chính là công nội lực đàn hồi và tỉ lệ với thể tích (hay chính xác hơn là độ giảm thể tích) của vật liệu khi đập nghiền”. Thuyết này dựa trên cơ sở phân tích sự biến dạng xảy ra khi đập nghiền. Khi bị đập (ép, kéo) trong vật liệu xuất hiện phản lực ở dạng ứng lực nội. Tăng dần lực ép ứng lực nội và biến dạng tăng lên. Khi các lực này tăng đến giá trị tới hạn của cục vật liệu nó sẽ bị phá hủy. Công đập nghiền chính là công tiêu hao cho quá trình này. Công đó chính là công nội lực đàn hồi (khi không có tổn thất) và bằng công ngoại lực gây biến dạng đàn hồi khi nén. Giả sử cục vật liệu có kích thước l và tiết diện F bị nén bởi lực P và bị giảm kích thước đi Δl, thì công tiêu tốn cho quá trình nén tỉ lệ với tích của lực P và độ biến dạng Δl đó, tức là: A  l.dP  l.F.d( FP ) (II.15) Mà   P F (ứng suất nội) Nên     0 0 A l.Fd (II.16) với σ0: ứng suất phá hủy cục vật liệuĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hoàng Trung Ngôn SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn Mặt khác, do định luật biến dạng đàn hồi ta có: E F P l l . .   (E – modul đàn hồi) (II.17) Nên      0 0 .d V F A (II.18) V = F.l, thể tích cục vật liệu Sau khi lấy tích phân ta có: 20 . . 2. V A K V E    (II.19) K – hệ số phụ thuộc tính chất cơ lí của vật liệu Như vậy, công A tỉ lệ với thể tích vật liệu cần đập nghiền V. Thuyết thể tích chỉ xét tới năng lượng tiêu tốn cho quá trình b

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BỘ MÔN VẬT LIỆU SILICAT GVHD: SVTH: Hồng Trung Ngơn Nguyễn Hữu Tồn Đỗ Trọng Ngun Thành Phố Hồ Chí Minh - 2005 MSSV: V0202729 V0201758 ĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hồng Trung Ngơn Lời nói đầu ĐAMH môn học cần thiết giúp cho sinh viên tự hệ thống lại kiến thức học năm qua, nâng cao khả tự học, tìm kiếm, tổng hợp tài liệu, cải thiện kĩ làm việc theo nhóm, đem lý thuyết học vận dụng vào thực tế giúp cho sinh viên đúc kết nhiều kinh nghiệm hữu ích, quí giá làm hành trang cho q trình làm LVTN cơng việc sau trường Đồng thời, thơng qua q trình thực đồ án tạo mối quan hệ gần gũi hơn, thân thiết thầy cô sinh viên Do ĐAMH chúng em thực suốt q trình học, với kiến thức cịn hạn chế, kinh nghiệm thực tế khơng nhiều khơng tránh thiết sót, yếu Chúng em mong nhận ý kiến đánh giá, bảo q thầy bạn Chúng em xin chân thành cám ơn q thầy cơ, anh chị khóa trước tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em hoàn thành ĐAMH Thiết kế Máy đập búa Đặc biệt chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Hồng Trung Ngơn tận tình bảo, hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn ĐAMH: Máy đập búa CHƯƠNG I: GVHD: Hồng Trung Ngơn NGUN LIỆU – QUY TRÌNH CNSX THỦY TINH I Thành phần, nguyên liệu sản xuất thủy tinh Thành phần thủy tinh được phân thành hai nhóm: thành phần chính thành phần phụ  Thành phần chính: Các hợp chất tạo nên tính chất bản của loại thủy tinh thường oxyt axit, oxyt kiềm, oxyt kiềm thổ như: SiO2, B2O3, Na2O, Al2O3, CaO, MgO,…  Thành phần phụ: Chủ yếu hợp chất sử dụng để khử bọt, khử màu, nhuộm màu, làm đục, rút ngắn trình nấu thủy tinh Thành phần phụ so với thành phần chính chỉ chiếm mợt hàm lượng nhỏ Nhóm thành phần chính  SiO2:  SiO2 thành phần chủ yếu của đa số thủy tinh công nghiệp Do sự liên kết của tứ diện [SO4]2- tạo nên cấu trúc khung thủy tinh SiO2 chiếm thành phần quan trọng nhất vì nó làm tăng đợ bền hố, bền nhiệt, bền của thủy tinh, nếu SiO2 cao sẽ làm cho thủy tinh rất khó nấu vì phải nấu ở nhiệt độ rất cao  Hàm lượng SiO2 thủy tinh từ 55% đến 75%  Để nấu thủy tinh người ta thường dùng cát thạch anh hay quaczit, còn dùng nguyên liệu thiên nhiên chứa SiO2 ở dạng vô định hình diatomit, opan, trepen…là những khoáng giàu SiO2  Ở Việt Nam thường sử dụng cát Cam Ranh, Hàm Liên,…  B2O3:  Đưa B2O3 vào thủy tinh để làm hệ số giãn nở nhiệt, tăng độ bền nhiệt, độ bền hố của thủy tinh Dùng B2O3 làm tớc đợ nấu tăng lên làm giảm trình kết tinh của thủy tinh (khử bọt tốt hơn) làm giảm trình nấu thủy tinh (nấu nhanh hơn)  Nguồn cung cấp thường axit boric H3BO3, cũng có thể dùng borax Na2B4O7.10H2O hay asarit MgO.B2O3.H2O để cung cấp B2O3 nấu thủy tinh  Na2O:  Na2O đem vào nấu thủy tinh có thể sôđa khan Na2CO3 hay soda kết tinh Na2CO3.10H2O cũng có thể dùng Na2SO4 SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn ĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hồng Trung Ngơn  Đưa Na2O vào nấu thủy tinh làm cho đợ bền cơ, đợ bền hố, đợ bên nhiệt giảm, tính dẫn điện cao, đưa nó vào giúp cho nhiệt độ nấu thủy tinh giảm, làm tăng khả hòa tan hạt cát, tăng nhanh tốc độ khử bọt  CaO MgO:  Thường ở dạng đá vôi, đá phấn ▬ CaO: giúp cho trình nấu, trình khử bọt dễ dàng cũng tăng đợ bền hố của thủy tinh ▬ MgO: đưa vào làm giảm xu hướng kết tinh, tăng độ đông cứng của thủy tinh  Do đó đưa CaO MgO vào sẽ làm tăng đợ bền hố của thủy tinh  Al2O3:  Al2O3 có thể đưa vào dưới dạng khoáng thiên nhiên như: cao lanh pecmatit, tràng thạch…có tác dụng làm giảm trình kết tinh của thủy tinh, giảm hệ số giãn nở nhiệt,tăng độ bền nhiệt, độ bền hóa, độ bền thủy tinh Al2O3 làm nhiệt độ nấu cao, tốc độ nấu chậm dẫn đến đợ khử bọt giảm Nhóm thành phần phụ  Chất khử màu:  Màu sắc của thủy tinh hợp chất sắt lẫn vào nguyên liệu hay trình chuẩn bị phối liệu Fe2+ nhuộm thủy tinh thành màu xanh lam, Fe3+ nhuộm thủy tinh thành màu vàng nhạt Với cùng hàm lượng Fe2+ gây màu mạnh Fe3+ đến 10 lần Để có thủy tinh suốt không màu cần phải hạn chế đến mức tối thiểu hàm lượng hợp chất sắt  Đối với nhiều loại thủy tinh, màu xanh sắt gây dù rất yếu cũng điều không mong muốn vì cần phải tiến hành khử hợp chất sắt  Các chất khử màu thường chất oxy hóa mạnh như: natri, axit asenic, antimoan, dioxit seri… hợp chất flour  Chất nhuộm màu:  Các chất nhuộm màu phân tử thường hợp chất của mangan, coban, crom, niken, sắt, đồng(II), nguyên tố hiếm… ▬ MnO2 tạo cho thủy tinh có màu đỏ ▬ CoO tạo màu xanh (xanh coban) ▬ Cr2O3 tạo màu lục vàng SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn ĐAMH: Máy đập búa ▬ GVHD: Hồng Trung Ngơn Ni2O tạo màu tím đỏ  Các chất nhuộm màu keo khuếch tán thường hợp chất selen, vàng, bạc, đồng…  Chất khử bọt:  Các chât khử bọt thường dùng nitrat, trioxyt asenic va antimoan, dioxyt ceri, sunfat natri, muối flour amoni…  Chất gây đục:  Thủy tinh đục có được nhờ việc đưa vào phối liệu hợp chất flour, photpho hoặc hợp chất thiếc  Các chất rút ngắn trình nấu:  Để giúp cho trình nấu diễn nhanh người ta đưa thêm vào hợp chất flour, muối amoni, NaCl, oxyt bor, oxyt bari, nitrit… Nguồn cung cấp nguyên liệu  Cát:  Cát nguyên liệu chủ yếu cung cấp SiO2 Trong cát thạch anh có hàm lượng SiO2 rất lớn, hàm lượng tạp chất nhỏ  Cát ở Cam Ranh loại cát nấu thủy tinh rất tốt, đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật sản xuất  Thành phần của cát Cam Ranh: SiO2 99,5 Na2O  CaO 0,22 MgO Al2O3 0,13 Fe2O3 0,02 MKN 0,13 Đá vôi:  Có thể sử dụng nguồn đá khai thác ở Châu Đốc, Cần Thơ, Nha Trang,…  Đá vôi dùng để nấu thủy tinh phải có thành phần hố học cớ định có thành phần tạp chất tối thiểu Yêu cầu của đá vôi nấu thủy tinh là: CaO (51 ± 2)%, MgO 3% max, Fe2O3 0,05% max  Sôđa:  Sôđa nguồn cung cấp Na2O  Có thể sử dụng Sơđa nhập từ Nhật, Trung Quốc hay Sôđa sản xuất nước  Hỗn hợp màu: SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn ĐAMH: Máy đập búa   GVHD: Hồng Trung Ngơn Nhuộm màu cho thủy tinh Bột nhẹ:  Khử bọt  Mảnh thủy tinh:  Tận dụng phế phẩm của nhà máy  Giúp cho thủy tinh dễ nấu II Quy trình cơng nghệ sản xuất thủy tinh Q trình sản xuất thủy tinh có thể được hình dung qua sơ đồ sau: NHIÊN LIỆU NGUYÊN LIỆU CÂN - TRỘN NẤU CHẢY CÂN TẠO HÌNH NGHIỀN NHỎ HẤP Ủ KIỂM TRA SẢN PHẨM PHẾ PHẨM ĐĨNG GĨI QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN SUẤT THỦY TINH SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn ĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hoàng Trung Ngơn III Vai trị, mục đích thiết kế hệ thống tận dụng phế phẩm Tầm quan trọng việc tận dụng phế phẩm Việc tận dụng phế phẩm sản xuất nói chung sản xuất thủy tinh nói riêng đóng vai trò rất quang trọng Các mảnh thủy tinh vỡ được tận dụng làm tăng suất sản xuất, giảm chi phí tiêu hủy phế phẩm,…vì mang lại lợi ích kinh tế rất lớn Ngoài việc đưa mảnh thủy tinh vỡ vào tái sản xuất còn giúp cho thủy tinh dễ nấu Khi có sự cố với hệ thống cân, trộn phới liệu, ta có thể dùng hồn tồn mảnh thủy tinh vỡ để đảm bảo sản xuất được liên tục, tránh hiện tượng không có nguyên liệu cung cấp gây cạn lò Vai trò máy đập búa sản xuất thủy tinh Trong sản xuất thủy tinh việc tận dụng phế phẩm mang lại lợi ích kinh tế rất lớn Do thủy tinh một chất vô định hình nên tính chất độ chịu nén, chịu kéo, chịu uốn, chịu va đập, độ đàn hồi của thủy tinh phụ thuộc vào từng loại thủy Thủy tinh loại vật liệu kém chịu kéo chịu nén tốt thường thì gấp khoảng 10 lần Độ cứng của thủy tinh vào loại trung bình nên có thể sử dụng được nhiều loại thiết bị đập nghiền khác để làm nhỏ kích thước của thủy tinh trước đưa vào lò nấu chảy Máy đập búa có cấu tạo đơn giản, gọn, trọng lượng máy nhỏ, dễ thay thế chi tiết hỏng, giá thành thấp, tiêu thụ điện ít, máy còn có ghi giúp phân loại kích thước hạt giúp cho trình sản xuất được liên tục, dễ đưa vào hệ thống vận hành tự động Vì thế, công nghệ sản xuất thủy tinh người ta thường sử dụng máy đập búa để đập nhỏ thủy tinh phế phẩm trước đưa vào lò nấu chảy ☻♪☺ SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn ĐAMH: Máy đập búa CHƯƠNG II: GVHD: Hồng Trung Ngơn LÝ THUYẾT ĐẬP NGHIỀN I Các khái niệm Vai trò đập nghiền Đập nghiền vật liệu trình làm cho vật liệu rắn bị vỡ thành vật liệu có kích thước nhỏ Phần lớn nguyên liệu sử dụng công nghệ silicat lọai đất đá nằm vỏ trái đất có thể được khai thách phương pháp lộ thiên Các nguyên liệu thường gập như: các, đá vôi, đôlômít, tràng thạch, quặng manhezit, quaczit, crômit,… Sau khai thác, nguyên liệu được chở về nhà máy silicat, ở dạng cục lớn 1500-2000 mm Để sử dụng được, ta phải đập nghiền vật liệu đó Trong trình đập nghiền, dưới tác dụng của ngọai lực hạt vật liệu bị phá vỡ thành nhiều hạt vật liệu nhỏ (làm tăng diện tích bề mặt riêng ) tạo điều kiện để dễ dàng hòan thành tốt trình hóa lý xảy liên tiếp theo sau đó Khi đập nghiền phải tiêu tốn lượng để phá vỡ liên kết hóa học giữa phân tử tạo diện tích mới sinh của vật liệu Lượng lượng phụ thuộc vào yếu tố như: hình dạng kích thước hạt vật liệu, bản chất cấu hoạt động của máy đập nghiền Các phương pháp đập nghiền Có phương pháp bản để làm thay đổi kích thước hạt vật liệu Va đập (impact): kết quả của sự va chạm tức thời của vật liệu Ở phương pháp này, vật liệu chuyển động va chạm với bị vỡ thành hạt có kích thước nhỏ hoặc vật liệu nằm một bề mặt bị vật khác va chạm vào nó làm nó bị vỡ Mài (Attrition): vật liệu bị đập nhỏ nằm giữa bề mặt chuyển động (thường ngươc chiều), lực đập nghiền lực ma sát Trượt (Shear): có hình thức cắt (trimming) bổ (cleaving), vật liệu bị đập bởi vật hình nêm tác động lên nó Ép (Compression): vật liệu bị kẹp giữa mặt phẳng bị ép bởi lực tăng dần cho đến nó bị vỡ ra, ứng dụng máy đập hàm SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn ĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hoàng Trung Ngôn phương pháp đập nghiền Các sơ đồ đập nghiền  Chu trình hở: vật liệu chỉ qua máy đập nghiền lần  Dùng cho đập thô trung bình  Nếu vật liệu có lẫn hạt có kích thước phù hợp với yêu cầu người ta có thể sàn phân loại trước mới tiến hành đập SƠ ĐỒ CHU TRÌNH HỞ  Chu trình kín: vật liệu có thể qua máy đập nghiền nhiều lần  Sản phẩm sau đập nghiền được sàn phân lọai để tách hạt thô quay về đập nghiền tiếp tục  Năng suất của trình đập nghiền tăng, giảm chi phí lượng SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn ĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hồng Trung Ngơn  Áp dụng u cầu kích thước hạt có độ đồng nhất cao, hay nghiền mịn SƠ ĐỒ CHU TRÌNH KÍN Một số tính chất vật liệu  Độ bền độ cứng  Độ bền của vật liệu đặc trưng cho khả chống phá hủy của chúng dưới tác dụng của ngọai lục Độ bền được biểu thị giới hạn chịu nén của Rn (kG/cm2) của vật liệu được chia làm lọai: ▬ Kém bền: 2500 (đá quazt, đá diabaz,…)  Độ cứng: hiện độ cứng chủ yếu xác định thang 10 bậc nhà khóan vật người Đức Fr Mohs đề xuất với 10 vật liệu chuẩn từ mềm tới cứng: SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn ĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hồng Trung Ngơn Đặc tính tải trọng Thiết bị vận hành ngắn hạn hoặc không liên tục: thiết bị gia dụng, cần trục lắp máy máy xây dựng, máy kéo Các thiết bị đòi hỏi độ tin cậy cao hơn: máy nâng, ôtô, máy nông nghiệp Máy làm việc một ca không đủ tải: động điện tiêu chuẩn, hộp giảm tốc, động máy bay Máy làm việc ca đủ tải: máy cắt kim loại gia công gỗ, máy in, máy dệt, cần trục máy ngoạm Máy làm việc liên tục: hệ thống dẫn động thiết bi cán, máy nén khí, đầu máy xe lửa Máy cán ống lò, lò chuyển động quay, hệ thống dẫn động thiết bị tàu thủy, thang máy Các thiết bị quan trọng làm việc suốt ngày đêm: máy phát điện công suất lớn, máy thiết bị chế biến giấy, máy thông khí máy bơm hầm mỏ K0 1,0 – 1,1 1,1 – 1,2 1,2 – 1,3 1,3 – 1,4 1,5 – 1,7 1,7 – 2.0 2,0 – 2,5 Kt - hệ số xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ đến tuổi thọ ổ: T0 C Kt < 100 1,00 150 1,11 175 1,15 200 1,25 250 1,40 V - hệ số tính đến vòng quay: V= nếu vòng quay; V = 0,5 nếu vòng quay  Tải trọng qui ước: Do không có lực dọc trục nên hệ số X = Y = Q = (X.V.Fr + Y.Fa) K0.Kt Q = (1.1.Fr+0.0).1,1.1 = (5834,46).1,1 = 6417,91 [N]  Thời gian làm việc tính triệu vòng quay: L 60.Lh n 60.8000.691   331,68 [triệu vòng] 106 106 Với: n - vận tốc góc của trục [v/ph] Lh - thời gian làm việc tính giờ ( Lh = 8000)  Khả tải đợng tính tốn: Ct1  Q m L  6417,91 331,68  44425,61 [N] Với Q - tải trọng qui ước m - chỉ số mũ (m = dùng ổ bi; m = 10/3 nếu dùng ổ đũa) SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Tồn ĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hồng Trung Ngơn  Theo phụ lục ta chọn ổ cỡ nặng hẹp với kí hiệu 66410, với C = 98900 [N] C0 = 60100 [N] T d D r r r1 B Ổ bi đỡ chặn Kí hiệu 66410 Các kích thước ổ, mm C, N C0, N D B T r r1 d 50 130 31 31 3,5 98900 60100 Số vòng quay tới hạn bôi trơn Bằng mỡ Bằng dầu 2800 3400 Khối lượng, kg 2,17  Tuổi thọ ổ được tính lại theo công thức: m  C   98900  L     3659,38 [triệu vòng] Q 6417,91      Tuổi thọ tính giờ: Lh  106 L 106.3659,38   91713,88 [h] = 10 [năm] 60n 60.665 Tính bền cho búa máy: Kích thước búa [mm3]: 210x60x20 SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn ĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hồng Trung Ngơn B A A 210 Ø 10 40 60 20 Hình chiếu của búa Diện tích mặt cắt tại A: FA = 20.50 = 1000 [mm2] Diện tích mặt cắt tại B: FB = 20.40 = 800 [mm2] Khi rôto máy đập búa quay, búa máy có khối lượng m, nên xuất hiện lực li tâm C gây ứng suất búa Lực li tâm được tính sau: C  m.v R m - khối lượng của búa (m= kg) v - vận tốc tại trọng tâm búa m.v Lực li tâm được tính sau: C  R m - khối lượng của búa (m= kg) v - vận tốc tại trọng tâm búa v  v0 960 39.960   33,43 [m/s] 1120 1120 Như vậy, lực li tâm: 2.33, 432 C  4656,52 [N] 0, 48 SVTH: Đỗ Trọng Nguyên Nguyễn Hữu Toàn ĐAMH: Máy đập búa GVHD: Hồng Trung Ngơn Kiểm tra bền cho mặt cắt nguy hiểm: Tiết diện A chịu kéo, tiết diện B chịu cắt Ứng suất sinh mặt cắt sau:  Tiết diện A A  C 4656,52   4,66 [N/mm2] FA 1000  A     Tiết diện B: B  C 4656,52   5,82 [N/mm2] FB 800  B td  2 B  11,64[ N / mm ]    Kết luận: Ứng suất sinh búa không đủ để làm hỏng búa, búa chỉ bị hỏng làm việc nhiều  búa bị mòn III Tính toán thiết bị phụ trợ Băng tải thiết bị vận chuyển liên tục được sử dụng rộng rãi vì có nhiều ưu điểm: ▬ Cơ cấu đơn giản, bền ▬ Có thể vận chuyển theo phương ngang, thẳng đưng hay kết hợp cả hay ▬ Làm việc êm ▬ Tiêu hao lượng không lớn lắm Tuy nhiên băng tải cũng có một số hạng chế như: ▬ Tốc độ vận chuyển không cao ▬ Độ nghiêng của băng nhỏ (