CHƯƠNG 2 : TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ CHO MÁY NGHIỀN BI
2.1 Các thông số cơ bản của máy nghiền bi
- Năng suất yêu cầu: 14 tấn/giờ.
- Đường kính vật liệu vào: 5 mm.
- Đường kính vật liệu sau khi nghiền: 0.075 mm. 2.2 Tính và chọn kích thước thùng
Máy nghiền bi chúng ta chọn đề nghiền Clinke xi măng là máy nghiền bi thùng dài nhiều ngăn làm việc liên tục. Năng suất máy nghiền bi thùng dài nhiều ngăn được xác định theo công thức thực nghiệm như sau:
𝑄 = 6.45𝑞𝑘𝑉√𝐷 (𝐺𝑣
𝑉)0.8 (tấn/h) [1- 168] (2 – 1) Trong đó:
- D: đường kính trong của thùng nghiền, m.
- V: thể tích thùng nghiền sau khi lót, m3. 𝑉 =𝜋𝐷2
4 - Gv: trọng lượng bi nạp vào thùng, tấn.
- q: năng suất riêng của máy nghiền, tấn/kWh. - k: hệ số hiệu chỉnh độ mịn.
Tra bảng 7-3: Giá trị của năng suất riêng q [1−168], ta có với vật liệu đem nghiền là Clinke lị quay với phương pháp nghiền khơ q = 0.04 (tấn/kWh).
Tra bảng 7-4: Giá trị của hệ số hiệu chỉnh độ mịn k [1−169], với 5% khối lượng tích lũy trên rây, k = 0.77
Trọng lượng của vật liệu nghiền được tính như sau:
29
Trong đó:
𝜑: hệ số chứa vật nghiền
Hệ số chứa vật nghiền có ý nghĩa rất quan trọng đến hiệu quả làm việc của máy nghiền, hệ số chứa vật nghiền thích hợp nhất là từ 0.34 đến 0.4. Chọn 𝜑 = 0.4
𝜇: Hệ số rỗng bi đạn, có giá trị từ 0.62 đến 0.85 [2 – 179]. Chọn 𝜇 = 0.62
𝜌𝑣: khối lượng riêng của bi thép, tấn/m3. Vật liệu làm bi nghiền là thép khi đó 𝜌𝑣 = 4.65
(tấn/m3).
Khi đó: 𝐺𝑣 = 1.15𝑉 (tấn)
Ta có: 𝑄 = 6.45 × 0.04 × 0.77 ×𝜋𝐷2
4 𝐿 × √𝐷 (1.15𝑉
𝑉 )0.8 = 14 (tấn/giờ)
Đối với máy nghiền bi, tỉ lệ chiều dài và đường kính thùng là L/D = 2÷5. Chọn 𝐿
𝐷 = 3
Khi đó: D = 2.6 (m), L = 7.8 (m). 2.3 Chia ngăn cho máy nghiền bi
Để tăng năng suất đập nghiền, cũng như tăng độ mịn người ta sử dụng máy nghiền bi liên tục nhiều ngăn trong công nghiệp sản xuất xi măng. Nhờ việc phân quá trình nghiền thành nhiều giai đoạn bằng việc chia ngăn, nên kích thước bi đạn tương ứng với kích thước vật liệu trong từng ngăn. Điều đó dẫn đến tiêu tốn năng lượng đập nghiền ít hơn so với các loại máy nghiền khác, cũng như biện pháp đập nghiền tốt hơn.
Ta chọn tỉ lệ 𝐿
𝐷= 3, tỉ lệ này tương ứng với máy nghiền bi 2 ngăn [3 – 70]. Do trong
ngăn đầu tiên của máy nghiền bi thùng dài nhiều ngăn làm việc ở chế độ thác nước tương tự với máy nghiền bi thùng ngắn. Ta có tỉ lệ kích thước của máy nghiền bi thùng ngắn
𝐿
𝐷< 2. Ta chọn tỉ lệ kích thước cho ngăn thứ nhất là 𝐿
𝐷= 1.5
30
Khi đó chiều dài ngăn 2 là: L2 = − =L L1 7.8 3.9 3.9( )− = m
2.4 Tính tốn số vịng quay tới hạn của thùng nghiền
Khi máy làm việc thì các viên bi quay được quay theo thùng. Ta giả thiết rằng trong thùng nghiền chỉ có một viên bi hình cầu có đường kính rất bé so với đường kính của thùng. Như vậy có thể xem bán kính quay của viên bi bằng bán kính trong của thùng nghiền.
Hình 2.1 - Sơ đồ chuyển động của một viên bi theo thùng nghiền.
Theo công thức (7 – 4) [1 – 141], số vòng quay của thùng nghiền:
𝑛 = 30√𝑠𝑖𝑛𝛼−𝑓𝑐𝑜𝑠𝛼
𝑓𝑅 (2 – 3) Trong đó:
α: góc nâng của viên bi.
f: hệ số ma sát giữa viên bi với mặt trong thùng nghiền. R: bán kính trong thùng nghiền, m.
31
Từ cơng thức ta thấy nếu viên bi được nâng lên điểm A2 nghĩa là ở góc 𝛼 = 90° thì số vòng quay của thùng sẽ là:
𝑛𝐴2 = 30
√𝑓𝑅 (2 – 4) Khi viên bi được nâng lên vị trí cao nhất điểm A3 tức là 𝛼 = 180° thì số vịng quay của thùng nghiền là:
𝑛𝐴3 = 30
√𝑅 (2 – 5) Khi viên bi được nâng lên đến vị trí A3 thì trọng lượng G của nó bằng với lực ly tâm C tác dụng lên nó, viên bi khơng rời khỏi mặt thùng rơi xuống để đập vật liệu, do đó khơng xảy ra q trình nghiền.
Do đó tốc độ quay nA3 gọi là tốc độ quay tới hạn của thùng nghiền, vậy theo công thức (7-7) [1 - 141]:
Số vòng quay tới hạn của máy nghiền:
𝑛𝑡ℎ = 𝑛𝐴3 = 30 √𝑅 = 42.4 √𝐷 = 42.4 √2.6 = 26.3 [ 𝑣ò𝑛𝑔 𝑝ℎú𝑡]
Thực tế trong thùng nghiền chứa nhiều viên bi (gọi là tải trọng bi), khi thùng quay với tốc độ tới hạn theo cơng thức (3-5) thì chỉ có lớp bi nằm sát thùng bắt đầu chuyển động ly tâm, còn những lớp bi nằm bên trong chưa ly tâm, do đó q trình nghiền vẫn cịn tiếp tục xảy ra.
Nếu ta tiếp tục tăng số vòng quay của thùng lớn hơn nhiều lần số vịng quay tới hạn thì lúc này tất cả các viên bi trong thùng chuyển động ly tâm theo các lớp hình thành các đường trịn đồng tâm.
Ta có tốc độ quay tới hạn cần thiết để cho tất cả các lớp bi trong thùng đều ly tâm hoàn toàn là:
32 𝑛0 = 𝑛𝑡ℎ
√1−𝜑
4 [1-143] (2 – 6) Ta chọn 𝜑 = 0.4, thay các giá trị vào (2 – 6) ta được:
𝑛0 = 𝑛𝑡ℎ √1−𝜑 4 = 26.3 √1−0.4 4 = 29.88 [𝑣ị𝑛𝑔 𝑝ℎú𝑡]
2.5 Tính tốn số vịng quay thích hợp của thùng nghiền
Khi thùng quay, để xảy ra q trình nghiền vật liệu thì số vịng quay của thùng phải nhỏ hơn số vòng quay tới hạn. Tùy thuộc vào số vòng quay của thùng mà có thể tạo ra hai chế độ chuyển động của tải trọng bi như sau:
Khi góc nâng 90o, các viên bi sau khi rời khỏi bề mặt thùng nghiền thì chúng trượt lên nhau thành các lớp, gọi là các viên bi làm việc ở chế độ tầng lớp. Khi đó tốc độ quay của thùng nghiền nhỏ hơn hoặc bằng nA2.
Khi góc nâng 90o < < 180o, các viên bi sau khi rời khỏi bề mặt thùng nghiền, chúng còn chuyển động lên cao một đoạn rồi mới rơi xuống đập vật liệu, gọi là các viên bi làm việc ở chế độ thác nước. Tốc độ quay n của thùng nghiền ở chế độ thác nước nằm trong khoảng: nA2 < n < nA3. Ở chế độ thác nước thì sự nghiền chủ yếu do va đập của các viên bi vào vật liệu, cịn ở chế độ tầng lớp thì sự nghiền chủ yếu là do chà xát.
Trong máy nghiền bi thùng dài nhiều ngăn, ở ngăn đầu bi làm việc ở chế độ thác nước, còn ở ngăn cuối thì ở chế độ tầng lớp. Chế độ làm việc của tải trọng bi được đặc trưng bằng góc phụ thuộc khơng những vào số vịng quay của thùng mà cịn phụ thuộc vào hình dạng bề mặt tấm lót. Ta chọn góc rời thích hợp nhất α = 54o40’ [1-148]
Từ đó ta có số vịng quay thích hợp nhất chính là số vịng quay làm việc của thùng nghiền là: 32 32 19.8( / ) 2.6 th n vg ph n D = = =
Mà xét ngăn thứ 2 của thùng nghiền: Tại đây thùng nghiền làm việc ở chế độ tầng lớp, tại thời điểm bi được nâng lên góc 𝛼 = 90° thì số vịng quay của thùng sẽ là:
33 2 30 A n fR
= với f là hệ số ma sát giữa bi và thùng nghiền, lấy f = 1.1
2 30 30 25.08 2.6 1.1 2 A n fR = = = (vòng/phút)
Ta thấy số vịng quay thích hợp của thùng nghiền nhỏ hơn số vịng quay khi thùng làm việc ở chế độ tầng lớp. Vậy thỏa mãn điều kiện làm việc cho thùng 2.
2.6 Kích thước, khối lượng bi nghiền và khối lượng vật liệu đem nghiền 2.6.1 Kích thước bi nghiền 2.6.1 Kích thước bi nghiền
Khi lựa chọn vật nghiền cần căn cứ vào độ cứng và kích thước của vật đem nghiền. Kích thước vật liệu đem nghiền càng lớn thì kích thước vật nghiền càng lớn và ngược lại. Chọn vật nghiền là bi thép, khối lượng riêng là 4650 kg/m3
Theo Levenxon nêu ra công thức thực nghiệm để xác định đường kính vật nghiền như công thức (7-44) [1- 153].
dv = 28. 3 d (mm) (2 – 7) Trong đó: d là đường kính vật liệu vào máy (mm)
Thay số vào (3-8) ta có : dv = 28.3 d =28 53 =47.88(mm)
Cũng theo Levenxon dv <
24 18
D D
Trong đó D là đường kính trong của thùng nghiền.
2600 2600
108 144.4
24 18
v
34 Theo Olepxki [1-153]: 6 lg v c d = d d (2 – 8) Trong đó:
d (mm): kích thước vật liệu vào máy. dc (µm): kích thước sản phẩm.
Chọn quặng sau nghiền có dc = 75 µm => 6lgdc = 11.25 Thay vào (3-9) ta được dv = 25.16 (mm)
• Xét ngăn 1:
Kích thước của Clinke trước khi nghiền là 5mm. Trong ngăn nghiền 1 xảy ra va đập là chính, vì vậy sử dụng loại bi có đường kính lớn. Theo thực nghiệm bi được chọn có đường kính từ 20 – 40 mm. Dựa vào đồ thị 14.2a – Lựa chọn kích thước bi cầu [3 – 74] ta chọn bi vào ngăn 1 có đường kính 40 mm.
Vậy vật liệu sau khi ra khỏi buồng 1 có kích thước là : 40 6 6 5 10 10 958( ) v d d c d = = = m • Xét ngăn 2:
35
Lấy kích thước Clinker sau khi ra khỏi buồng 1 là 0.958 mm; kích thước Clinker sau khi ra khỏi thiết bị nghiền là 0.075 mm. Vậy kích thươc bi nghiền trong ngăn 2 là :
6 lg 6 lg(75) 0.958 10.78( )
v c
d = d d = = mm
Vậy chọn kích thước bi nghiền ở ngăn 2 là 20 mm. 2.6.2 Khối lượng bi nghiền