Đồ án Thiết kế máy nghiền bi hai ngăn

MỤC LỤC  Trang   Lời nói đầu  5   Phần I    Tóm lược dây chuyền sản xuất xi măng và các tính chất của vật liệu nghiền  6   Chương I :Tóm lược dây chuyền sản xuất xi măng  6   I Tóm lượt dây chuyền sản xuất xi măng  6   I.1 Quy trình sản xuất xi măng  6   I.2 Giới thiệu chung về xi măng  6   II Phân loại xi măng  11   II.1 Xi măng thông thường  11   II.2 Xi măng hổn hợp  11   Chương II : Các tính chất vật liệu nghiền  12   Phần II    Giới thiệu các lý thuyết đập nghền  14   I Cơ sở vật lý của quá trình nghiền vở vật thể rắn  14   II Các định luật nghiền  15   II.1 Thuyết bề mặt  15   II.2 Thuyết thể tích  15   II.3 Thuyết dung hoà  15   II.4 Thuyết tổng hợp  16   III Các phương pháp nghiền cơ bản  16   III.1 Ep vỡ  17   III.2 Tách vỡ  17   III.3 Uốn vỡ  17   III.4 Miết vỡ  17   III.5 Đập vỡ  17   III.6 Nỗ vỡ  17   Phần III    Phân tích các phương án nghiền và chọn phương án tối ưu  19      I _ Các loại máy nghiền  19   I.1 Máy nghiền hạt  19   I.1.1 Máy nghiền má  19   I.1.1.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc máy nghiền má chuyển động đơn giản  20   I.1.1.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc máy nghiền má chuyển động phức tạp  21   I.1.2 Máy nghiền nón  21   I.1.2.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc máy nghiền nón trục treo  22   I.1.2.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc máy nghiền nón trục console  23   I.1.3 Máy nghiền trục  24   I.1.3.1 Sơ đồ nguyên lý máy đập một trục di động  24   I.1.3.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy đập một trục  25   I.1.3.3 Sơ đồ nguyên lý làm việc của may đập trục tách li  25   I.1.4 Máy nghiền va đập  26   I.1.5 Máy nghiền va đập phản hồi roto  27   I.1.5.1 Máy nghiền va đập phản hồi một roto  27   I.1.5.2 Máy nghiền va đập phản hồi hai roto  29   I.2 Máy nghiền bột  29   I.2.1 Máy nghiền đĩa  29   I.2.2 Máy nghiền bi  31   I.2.3 Máy nghiền bánh xe  32   II_ Lựa chọn phương án nghiền  35   II.1 Phân loại máy nghiền bi  35   II.2 Kết cấu một số máy nghiền bi  37   II.2.1 Máy nghiền bi làm việc liên tục, dỡ liệu qua vách bên phải  37   II.2.2 Máy nghiền bi làm việc liên tục, dỡ liệu qua vỏ tang nghiền  38   II.2.3 Máy nghiền bi dạng ống  39   II.2.4 Máy nghiền bi làm việc theo chu kì  40   II.3 Phân tích chọn phương án thiết kế  40   II.4 Tóm tắt sơ bộ quá trình hoạt động  40   1. Quy trình tháo nguyên liệu  40   2. Quy trình nghiền xi măng  40   3. Quy trình làm nguội và chứa xi măng  41   4. Quy trình đóng bao xuất và xuất rời  41   5. Các yêu cầu kĩ thuật sản xuất chung  42   II.5 Lựa chọn máy thiết kế  42   Phần IV    Tính toán và chọn các thông số cơ bản của máy  41   Phần V    Thiết kế động học của máy  48   Chương 1: Tính tốc độ quay của máy nghiền  48   1.1 Số vòng quay tới hạn của máy nghiền bi  48   1.2 Số vòng quay hợp lí của ống nghiền  49   Chương 2: Tính và chọn động cơ  52   2.1 Tính công suất động cơ  52   2.2 Công chi phí để nâng các viên bi  52   2.3 Động năng cần thiết cho vật liệu  53   Phần VI    Thiết kế kết cấu máy và tính toán các chi tiết chủ yếu  57   Chương 1: Thiết kế kết cấu máy  57   1.1 Vỏ ống nghiền  57   1.2 Tấm lót  58   1.2.1 Tấm lót dùng cho ngăn I  58   1.2.2 Tấm lót dùng cho buồng nghiền II  60   1.2.3 Tấm lót ở đáy thùng của buồng nghiền I  61   1.3 Vách ngăn  62   1.4 Cửa thăm  63   1.5 Đầu nạp liệu  63   1.6 Đầu tháo liệu  64   Chương 2: Tính toán các chi tiết chủ yếu  65   2.1 Tính bền vỏ nghiền  65   2.1.1 Trọng lượng của các phần quay  65   2.1.2 Trọng lượng của vật nghiền và vật liệu nghiền  67   2.1.3 Lực ly tâm  69   2.2 Tính ổ trượt  71   2.2.1 Chọn loại ổ trượt  71   2.2.2 Tính toán ổ trượt  72   2.2.2.1 Các dạng hỏng  72   2.2.2.2 Tính toán ổ trượt  72   2.3 Tính toán và chọn hộp giảm tốc  76   2.3.1 Chọn hộp giảm tốc  76   2.3.2 Lựa chọn phương án thiết kế hộp giảm tốc  77   2.4 Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng nhgiên cấp nhanh  78   2.5 Tính toán thiết kế bộ truyền bánh răng thẳng cấp chậm  82   2.6 Tính toán trục và then  85   2.7 Tính bánh răng trụ răng thẳng lắp cố định với thùng nghiền  96   Phần VII    Các vấn đề về lắp đặt và vận hành  98   7.1_ Lắp đặt  98   7.2 _Vận hành  98   Phần VIII    Bôi trơn bảo dưởng và sửa chửa  101   8.1 Bôi trơn và làm mát  101   8.2 Bảo dưỡng  101   8.3 Các lưu ý về công tác bảo dưỡng  101   8.4 Kiểm tra  102   8.5 Thây thế sữa chữa  102   Phần IX    Những sự cố thường gặp và biện pháp khắc phục  104   Phần X    Hệ thống polcid của nhà máy  107   1. Tổng quan về cấu trúc hệ thống polcid  107   2. Cấu hình chuẩn của hệ thống polcid R- DC  109   3. Các nhiệm vụ hệ thống polcid R-DC  111   Phần XI    Giới thiệu các chi tiết hỏng hóc dự phòng  112   Kết luận  113   Phụ lục  114   LỜI NÓI ĐẦU Trong công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, ngành xây dựng đóng vai trò hết sức quan trọng. Nếu muốn có những sản phẩm xây dựng đạt hiệu quả kinh tế cao, chất lượng tốt thì vật liệu xây dựng đóng một vai trò tất yếu. Ngày nay ngành sản xuất xi măng ở nước ta đã có những tiến bộ rỏ rệt với sự góp mặt của nhiều nhà máy xi măng lớn khắp cả nước : Xi măng Hoàng Thạch, nhà máy xi măng Bỉm Sơn, xi măng Hoàng Mai, xi măng Hải Vân, xi măng COSEVCO, xi măng Hà Tiên..... Vì vậy công việc vận hành, sữa chữa, phục hồi và bảo dưỡng các máy, các bộ phận, các chi tiết trong dây chuyền sản xuất xi măng là hết sức quan trọng và cần thiết. Trong quá trình đi thực tập tại nhà máy cao su Đà Nẵng em đã rất quan tâm tới vấn đề này, nhưng do các thiết bị ở nhà máy cao su không có thể đáp ứng cho em về mặc tìm hiểu các dây chuyền sản xuất xi măng, nhưng thông qua các phương pháp tìm hiểu khác nhau em đã có những hiểu biết nhất định về dây chuyền sản xuất xi măng . Đặc biệt là máy nghiền bi được sử dung để nghiền xi măng là một bộ phận có tính quyết định đến dây chuyền sản xuất xi măng. Trong khoảng thời gian em được học tại trường Đại Học Bách Khoa Đại Học Đà Nẵng được sự giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, em đã tiếp thu một phần nào kiến thức mà thầy cô truyền thụ . Trước khi ra trường chúng em cần phải trải qua một đợt tìm hiểu thực tế và kiểm tra khả năng nắm bắt, sáng tạo của sinh viên . Do đó thực tập tốt nghiệp và làm đồ án tốt nghiệp là một công việc rât cần thiết . Nhiệm vụ của em là thiết kế máy nghiền bi sử dụng để nghiền xi măng là một bộ phận có tính quyết định đối với toàn bộ dây chuyền sản xuất . Tuy nhiên do kiến thức và khả năng có hạn nên em không tránh khỏi những thiếu sót em kính mong thầy cô thông cảm và chỉ bảo cho em nhiều hơn . Em xin gửi lời chân thành cảm ơn tới các thầy cô đặc biệt là thầy giáo PGS . TS . Phạm Phú Lý đã hết sức tận tình chỉ bảo cho em để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này. Đà Nẵng, ngày 25 tháng 05 năm 2007 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Âu PHẦN I TÓM LƯỢT DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU NGHIỀN CHƯƠNG I : Quy Trình Sản Xuất Xi Măng I. Tóm lược dây chuyền sản xuất xi măng: I.1 Quy trình sản xuất xi măng: Quy trình sản xuất xi măng qua tham khảo ở nhà máy xi măng COSEVCO cũng như nhà máy của công ty xi măng Hải Vân. Tùy thuộc vào từng điều kiện sản xuất của mỗi nhà máy khác nhau, nên có dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng khác nhau. Nhưng ở các nhà máy sản xuất xi măng khác nhau vẫn phải đảm bảo quy trình sản xuất: Silô Clinker   Silô Phụ gia   Silô Thạch cao   Phối liệu   Nghiền   Bộ phận phân ly   Silô chứa xi măng   Máy đóng bao và thiết bị xuất xi măng rời (nếu có)   Kho chứa và xe tải, xe tec (nếu có)   I. 2 Giới thiệu chung về xi măng: X i măng là một chất kết dính thủy lực. Chất kết dính là những loại khoáng khi nghiền mịn, đem trộn với nước, trở nên dẻo và sau một thời gian thì kết lại thành một khối rắn chắc. Chất kết dính đầu tiên được dùng : Vôi, thạch cao, đất sét. Nhưng các chất này chỉ có thể dùng được trên cạn, không thể dùng được cho các công trình ở dưới nước. Mãi đến thế kỷ 18, người ta mới tìm được vôi thủy và sản xuất ra xi măng La Mã. Đến năm 1824 ở nước Anh, nước Nga, người ta nghiên cứu ra một loại chất kết dính mới gọi là Portland Cement (xi măng pooclăng), nó có khả năng chịu nước tốt và có tính chất giống loại đá ở vùng Portland thuộc đảo Ai Nhĩ Lan (Anh). Dựa trên cơ sở xi măng pooclăng, người ta đã nghiên cứu và tìm thêm nhiều 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 thông dụng nhất nhờ các đặc tính kỹ thuật ưu việt của nó. Chất kết dính này được sản xuất bằng cách nghiền mịn clinker có cho thêm một lượng thạch cao, phụ gia theo một tỷ lệ nhất định. Khi được nhào trộn với nước, 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 được cường độ chịu nén rất cao, có thể trên 1000 [daN/cm2] đối với những loại xi măng đặc biệt. ( Clinker: là nguyên liệu chính để sản xuất xi măng. Nhìn từ bên ngoài clinker có màu đen xám không 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%, lượng bột chiếm 15%. Clinker không bị mốc, không nhiễm mặn, nhiễm kiềm do nước mang vào. Clinker chứa đựng trong kho phải khô ráo, để đúng nơi qui định, không để lẫn với các vật liệu khác. Tài liệu tham khảo: -Vật liệu và sản phẩm trong xây dựng .Tác giả:GS.TS Phùng Văn Lợi .Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội 2002,trang 97-119. -Giáo trình thiết bị silicat ,Nhà xuất bản Khoa Học và Kỷ Thuật. -Xi măng(Cement),Nhà xuất bản BANPHERLAG-VISBADEN -Cộng hòa Liên bang Đức. Thành phần hóa học của xi măng pooclăng hiển thị qua hàm lượng các ôxyt có trong clinker (theo % khối lượng) ghi ở bảng sau: 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 đươc clinker có thành phần hóa học trên, hỗn hợp vật liệu cần: 75(80%CaCO3, 20(25% SiO2 và một lượng Al2O3, Fe2O3, ... và nung luyện ở nhiệt độ 1400(1600(C (rồi vê viên). Thành phần khoáng chất của xi măng pooclăng ,các khoáng chất của Clinker không phải là các hợp chất nguyên chất mà là hỗn hợp có chứa một phần nhỏ các cấu tử của các khoáng khác ỡ dạng hợp chất tinh thể hổn hợp .Điều này liên quan đến tạp chất hóa học còn lại của clinker là các chất không thể tạo ra được các pha độc lập .Bởi vậy để phân biệt rõ các hợp chất nguyên chất với các khoáng chất của klinke ,năm1897 Tiornhebom đã đặt cho các khoáng chất chính của clinke bao gồm: Alit(C3S); Belit(C2S); Aluminat(C3A); Alumoferit(C4AF). Khoáng  Công 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 hổn hợp)  2CaO.Al2O3.Fe2O3  C2(A,F)   Vôi tự do  CaO  -   Ôxit Manhê tự do(periclazơ)  MgO  -   Aluminát chứa kiềm  (K,Na)2O8CaOx3Al2O3  (K,Na) C2A2   Sunphát của kim loại kiềm  (K,Na)2 SO4  -   Sunphát canxi  CaSO4  -   Khi làm nguội clinker đột ngột, một phần Celit tồn tạo ở trạng thái thủy tinh. Khoảng trống giữa các khoáng Alit và Belit, bên cạnh Celit chứa các phần còn lại của pha lỏng không thể kết tinh. Lượng các khoáng tồn tại dưới dạng thủy tinh tùy thuộc vào thành phần của hỗn hợp, nhiệt độ tạo vùng clinker và tốc độ làm nguội. Hàm lượng các khoáng xi măng pooclăng thông thường (theo % khối lượng): Tên khoáng  %  Tên khoáng  %   C3S  37,5( 60  C3A  7(5   C2S  15(37,5  Thể thuỷ tinh  4(15   C4AF  10(18  CaO tự do  1(2   ( Thạch cao: Có độ ẩm W < 5%. Để điều chỉnh thời gian đông kết của xi măng. ( Phụ gia: Đá Bazan, không nhiễm kiềm do nước biển, có màu xám đen, xanh đen, xám xanh, không lẫn màu vàng, giòn, dễ đập vỡ, độ ẩm < 6%. Phụ gia giúp cải thiện tính chất của xi măng: màu sắc, tính chông giãn nỡ, chống co ngót v.v... Mác xi măng được biểu thị bằng cường độ uốn gãy mẫu có kích thước (40 x40 x160 mm) được đúc bằng vữa xi măng - cát tỷ lệ 1:3 (theo khối lượng) và được bảo dưỡng 28 ngày đêm trong nước 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 nước ta, xi măng pooclăng thường chia làm 3 mác : PC30, PC40, PC50. Xi măng pooclăng hỗn hợp (PCB) được chia làm 2 mác: PCB30 và PCB40. Đơn vị đo cường độ là [N/mm2] (trước đây là [daN/cmm2]). Yêu cầu chất lượng của được ghi ở bảng(1.3) : Yêu cầu chất lượng của xi măng pooclăng Việt Nam : TT  Tên chỉ tiêu  PCB (TCVN6260-1997)  PC (TCVN 2682-1999)     PCB30  PCB40  PC30  PC40  PC50   1  Cường độ nén, N/mm2, ( 3 ngày + 45ph 28 ngày+8h(nếu PCB +2h)  14 30  18 40
 16 30  21 40  31 50   2  Thời gian ninh kết, ph : Bắt đầu không sớm hơn Kết thúc không muộn hơn  45 600  45
600  45 375  45 375  45 375   3  Độ nghiền mịn: Phần trên sàng, 8 mm, %, không lớn hơn Bề mặt riêng (phương pháp Blaine), cm2/g, không nhỏ hơn  12 2700  12
2700  15 2700  15 2700  12 2800   4  Độ ổn định thể tích theo phương pháp Lơ Statơlie, mm, không nhỏ hơn  10  10  10  10  10   5  Hàm lượng SO3, %, không lớn hơn  3,5  3,5  3,5  3,5  3,5   6  Hàm lượng MgO, %, không lớn hơn  -  -  5  5  5   7  Hàm lượng cặn không tan, %, không lớn hơn  -  -  1,5  1,5  1,5   8  Hàm lượng mất khi nung, %, không lớn hơn  1,5  1,5  1,5  1,5  1,5   II. Phân loại xi măng : Người ta có thể phân loại xi măng theo nhiều tiêu chí khác nhau. Phân loại theo thành phần khoáng, có : II.1.Xi măng thông thường : - Xi măng pooclăng thường. - Xi măng pooclăng đặc biệt : + Xi măng có cường độ ban đầu cao (C3S : 50÷60%, C3A : 8÷14%). + Xi măng cho bê tông mặt đường (C3A<8%). + Xi măng chịu băng giá. + Xi măng cho bê tông khối lớn (C3A15%). + 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 nước(có phụ gia hoạt tính bề mặt). - Xi măng Aluminat. II.2.Xi măng hỗn hợp: - Xi măng xỉ lò cao (30-70% xỉ lò cao). - Xi măng tro bay. - Xi măng nở,... - Xi măng puzolan (20-45% puzolan). - Xi măng hóa dẻo và kỵ nước. Cỡ hạt của nguyên liệu đầu vào và đầu ra của máy nghiền Đầu vào  Cở hạt  Đầu ra  Cở hạt   Clinker  0 ÷30mm  Xi măng  0÷0.08mm   Phụ gia  40÷60mm     Thạch cao  0.15÷2mm     CHƯƠNG II : Các Tính Chất Của Vật Liệu Nghiền Nghiền là quá trình phá hủy vật thể rắn bằng lực cơ học thành các phần tử, nghĩa là bằng cách đặt vào vật thể rắn các ngoại lực mà các lực này lớn hơn lực hút phân tử của vật thể rắn đó. Kết quả của quá trình nghiền là tạo nên nhiều phần tử cũng như hình thành nhiều bề mặt mới. Hay nghiền là quá trình làm giảm kích thước của hạt từ kích thước ban đầu đến kích thước sử dụng. Tùy theo độ lớn của sản phẩm nghiền, người ta phân biệt: nghiền hạt và nghiền bột. Nghiền hạt  Nghiền bột   Nghiền thô Nghiền vừa Nghiền nhỏ  100÷350mm 40÷100mm 54÷40mm  Bột thô Bột mịn Siêu mịn  5÷0,1mm 0,1÷0,05mm < 0,05mm   Khi sử dụng máy nghiền cần quan tâm đến các tính chất của vật liệu đem nghiền đó là: độ bền,độ giòn, tính mài và độ lớn của hạt vật liệu nghiền. - Độ bền: độ bền của vật liệu đặc trưng cho khả năng chống phá hủy của chúng dưới tác dụng của ngoại lực. Độ bền được đặc trưng bằng giới hạn bền nén((n) và giới hạn bền kéo((k). tùy thuộc độ bền (n, người ta phân thành các loại(đá) Loại  (n [MN/mm2 ]   Siêu bền  > 250   Bền  150-250   Bền trung bình  80-150   Kém bền  < 80   - Độ giòn: đặc trưng cho khả năng bị phá hủy của vật liệu dưới tác động của lực va đập. Vật liệu giòn có sự sai khác rất lớn giữa (độ bền kéo) giới hạn bền nén và bền kéo. Dựa vào số lần va đập cần thiết để làm vỡ vật liệu, người ta phân thành các loại sau: Loại  Số lần va đập   Rất giòn  < 2   Giòn  2-5   Dai  5-10   Rất dai  > 10   - Tính mài: đặc trưng cho khả năng của vật liệu làm mòn bộ phận công tác khi làm việc. PHẦN II GIỚI THIỆU CÁC LÝ THUYẾT ĐẬP NGHIỀN I . Cơ sở vật lý của quá trình nghiền vỡ vật thể rắn : Xuất phát từ các công 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 ngoài. Chính vì có đặc điểm như 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 phân hủy và độ bên kỹ thuật. Trong kỹ thuật, người 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 được xảy ra với sự gia tăng các phần tử hiện có và số lượng các khuyết tật. Khi qui mô các khuyết tật được gia tăng vượt quá giới hạn, cùng với điều đó, là sự phát triển nhanh theo chiều dài vết nứt làm vật thể bị phá vỡ. Rõ ràng là có hai dạng năng lượng đóng vai trò trong quá trình phá hủy vật thể rắn : Năng lượng tích tụ của các biến dạng đàn hồi và năng lượng tự do. Tuy nhiên có nhiều công trình nghiên cứu đã chứng tỏ vai trò của năng lượng bề mặt trong quá trình nghiền thực ra không đáng kể, điều đó có nghĩa là phương pháp xác định giá trị năng lượng cho vật thể cứng đến bây giờ chưa tìm ra được. Khi có tải trọng tuần hoàn với mỗi chu kỳ tiếp theo thì số lượng 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 tượng này đã được Viện sĩ P.A.Rebider phát hiện và đặt tên là “ Hiệu ứng Rebider”, hiệu ứng này được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật.