Đồ án Thiết kế máy nghiền bi gián đoạn nghiền nguyên liệu cho xương chén sứ dân dụng

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 Mục lục : Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH NGHIỀN. Khái niệm chung về quá trình nghiền. ……………………... 1 Khái niệm. 1 Các phương pháp tác dụng lực 1 Mức độ đập nghiền. 1 Các yêu cầu đối với quá trình đập nghiền. 2 Phân loại theo chu trình và phương pháp nghiền. 2 Cơ sở lý thuyết quá trình đập nghiền. ……………………... 3 Các lý thuyết về đập nghiền. 3 Định luật Bond về chỉ số công. 4 Chương 2 : GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU. Các tính chất cơ bản của vật liệu nghiền. …………………. 5 Độ cứng. 5 Độ giòn 5 Hệ số mài mòn 5 Trọng lượng riêng. 6 Độ bền 6 Hệ số khả năng đập nghiền 6 Kích thước hạt. 6 Thành phần nguyên liệu. …………………………………... 7 Đất sét. 7 Cao lanh. 7 Tràng thạch. 8 Cát. 8 Chương 3 : GIỚI THIỆU VỀ MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN. Giới thiệu cấu tạo máy nghiền bi gián đoạn. ……………….. 9 Giới thiệu sơ lược. 9 Nguyên lý hoạt động. 10 Một số chi tiết cơ bản của máy nghiền bi gián đoạn. 10 - thùng nghiền. 10 - tấm lót và bi nghiền. 10 Lý thuyết tính toán. ………………………………………… 14 Lượng bi nghiền nạp vào máy. 14 Tốc độ quay của thùng. 16 Lượng vật liệu nạp. 20 Chương 4 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN NGHIỀN XƯƠNG CHÉN SỨ NĂNG SUẤT 10 TRIỆU CHÉN/NĂM Tính cân bằng vật chất. ……………………………………. 21 Đơn phối liệu. 21 Qui trìmh sản xuất. 22 Bảng tính cân bằng vật chất. 23 Các thông số ban đầu. ……………………………………... 24 Thùng nghiền. ……………………………………………... 24 Kích thước thùng. 24 Gạch lót. 25 Bi nghiền. 27 Vỏ thép. 27 Cửa và đối trọng. 28 Cổ trục. 29 Tính toán chuyển động của máy. …………………………... 29 Hệ số đổ đầy bi đạn. 29 Vận tốc quay của thùng. 30 Sự chu chuyển của bi nghiền trong thùng. 30 1. Số chu kỳ chuyển động của bi. 31 Số bi trên quĩ đạo tròn và parabol 31 Công suất máy nghiền bi. …………………………………. 32 công suất tiêu hao để nghiền vật liệu. 32 công suất têu hao để thắng ma sát. 33 công suất tổng cộng của máy. 34 Bộ phận truyền động. ……………………………………… 34 Lựa chọn động cơ. 36 Hộp giảm tốc. 36 Dây đai cấp 1. 36 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 Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH NGHIỀN 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)
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
Từ đó ta tính được hệ số đập nghiền theo công thức
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 dtb<1mm từ các khối đá vôi lớn kích thước vài chục m3 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.
 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 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 : A1= 6.ArKD2(i-1) với: Ar: (N.cm/cm2) là công tiêu tốn riêng phá vỡ vật liệu theo một mặt phẳng có diện tích 1cm2. 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: (cm2) là kích thước cạnh bên của cục vật liệu ban đầu khi giả sử cục vật liệu ban đầu có hình khối lập phương. 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”.
Với: σ (N/cm2) là giới hạn bền nén của vật liệu. E (N/cm2) là modul đàn hồi của vật liệu ∆V (cm3) là hiệu số thể tích của vật liệu trước và sau đập nghiền. ∆V = D3 − d3 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.”
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”
Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU 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   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. 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.  giới hạn bền nén S, N/m2  vật liệu điển hình   mềm  < 9,81 . 106  thạch cao, than đá   cứng trung bình  9,81 . 106  Aratit, sa thạch   cứng  > 49 . 106  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/cm2) 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.
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:
Hỗn hợp nhóm vật liệu:
ai : phần trăm khối lượng nhóm hạt thứ i. di : 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.
Vật liệu chuẩn: clinker của lò quay trung bình có K = 1 Năng suất đập nghiền Q0 (tấn/h) vật liệu  hệ số khả năng đập nghiền   Clinke lò quay trung bình Clinke lò quay dễ đập nghiền Clinke lò quay khó đập nghiền Clinke lò đứng tự động Clinke lò đứng thủ công diệp thạch xỉ lò cao trung bình cát đá vôi đá hoa cương to hạt đất sét khô tràng thạch vôi sống talt than đá đá Bazan Manhezit  1.0 1.12 0.8 – 0.9 1.15 – 1.25 1.3 – 1.4 0.9 1.0 0.6 – 0.7 1.0 0.9 1.51 – 2.03 0.8 – 0.9 1.64 1.04 – 2.02 0.75 – 1.34 0.75 0.69 – 0.99   Vật liệu nào có hệ số khả năng đập nghiền càng lớn (K > 1) thì càng dễ đập nghiền. Hệ số đập nghiền K1 < K2 Độ cứng H1 > H2 Năng lượng A1 > A2 Thời gian nghiền T1 > T2 Năng suất Q1 < Q2 THÀNH PHẦN NGUYÊN LIỆU : Đất sét: Là tên chung chỉ nguyên liệu đất chứa Alumo-Silicát ngậm nước có cấu trúc lớp, độ phân tán cao, khi hoà tan vào nước có tính dẻo, khi nung tạo sản phẩm kết khối rắn chắc. Ta sử dụng đất sét trong thành phần phối liệu nhầm giúp các hạt vật liệu liên kết lại với nhau, để có thể tạo hình cho mộc. hạt đất sét rất nhỏ (khoảng vài micromet) không cần phải nghiền, nhưng ta vẫn đưa đất sét vào máy nghiền bi chủ yếu để đánh tơi và trộn đều với các phối liệu khác. trọng lượng riêng của đất sét từ 2.5 ÷ 2.8 kg/dm3 Cao lanh: Cao lanh cũng là một loại đất sét nhưng có thành phần khoáng chủ yếu là Kaolinite (loại khoáng sét không có tính dẻo) nên tính dẻo của cao lanh rất thấp, không dùng để làm chất kết dính cho mộc. Độ cứng theo thang Mohr : 2 ÷ 2.5 Tràng thạch: Tràng thạch là hợp chất của các Alumo-silicat không ngậm nước. Ngoài ra trong thành phần của nó còn có thể có: Na2O (tràng thạch natri, hay albit), độ cứng 6 ÷ 6.5 K2O (tràng thạch kali, hay orthoclaz), độ cứng 6 ÷ 6.5 CaO (tràng thạch canxi, hay anortit), độ cứng 6 ÷ 6.5 Trong đó tràng thạch kali có vai trò quan trọng nhất vì tạo ra khoáng Leucit. Tràng thạch được coi là nguyên liệu gầy, không có tính dẻo, đóng vai trò làm chất chảy trong môc và men gốm sứ (tạo pha thuỷ tinh sau khi nung). Theo biểu đồ trạng thái pha lỏng xuất hiện trong khoảng nhiệt độ 950OC và chảy thành dòng ở khoảng 1530oC. Trong khoảng nhiệt độ chảy khá rộng này, nhờ có Leucit nên dộ nhớt pha lỏng cao nên dễ nung hơn và sản phẩm ít bị biến dạng. Tràng thạch kali là nguyên liệu không thể thiếu trong sản xuất các loại sản phẩm sứ và bán sứ. Độ cứng theo thang Mohr của tràng thạch từ 6 ÷ 6.5 Cát: Cát là nguyên liệu chính cung cấp SiO2, hàm lượng SiO2 trong cát chiếm 95 ÷ 99.5%. Trong cát, SiO2 tồn tại ở dạng thù hình bền ở nhiệt độ thấp là β-quắc. Cát đóng vai trò là nguyên liệu gầy trong gốm sứ, giúp tăng độ bền cơ của mộc, giảm độ co sấy và co nung. Độ cứng theo thang Mohr của cát là 7 → Ta nhận thấy cát là nguyên liệu có độ cứng cao nhất trong các nguyên 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 MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN: 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 đai (hay qua hộp giảm tốc) tới bộ ly hợp và cặp bánh răng truyền động. Vật liệu nghiền và bi được cho vào và lấy ra khỏi thùng qua của hông trên thân thùng. Bộ ly hợp giúp cho máy chạy êm và tránh quá tải tức thời. Quá 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 khô, chu trình kín và hở. Máy làm việc gián đoạn theo từng mẻ nên năng suất thấp chỉ dùng cho qui mô nhỏ. Loại máy nghiền gián đoạn thường được dùng trong các nhà máy gốm sứ. Máy nghiền bi gián đoạn thường được dùng để nghiền ướt, không dùng để nghiền khô vì khó tháo liệu.
Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, làm việc ổn định. Nghiền trộn tương đối đồng đều. Có thể kết hợp được quá trình sấy và nghiền (nếu nghiền khô) Vận hành dễ dàng, mức độ đập nghiền cao. Khuyết điểm: Thể tích sử dụng chỉ chiếm khoảng 50% thể tích thùng. Tất cả bi đạn không đồng thời tham gia làm việc. Kích thước lớn, cồng kềnh. Gây tiếng ồn khi làm việc. Mômen mở máy lớn, dễ cháy động cơ. Tiêu tốn năng lượng lớn vì ở cuối chu kỳ dù chỉ còn mộtb số ít hạt chưa đạt kích thước yêu cầu máy vẫn tiêu tốn năng lượng để nghiền toàn bộ vật liệu nẳm trong máy. Nguyên lý hoạt động: Vật liệu được cân sau đó cho vào máy, nước được bơm vào thùng nghiền qua một đường ống với lượng được tính trước bằng của ở thân thùng. động cơ được khởi động từ từ tránh quá tải khi mở máy. Khi thùng chuyển động quay tròn thì bi nghiền và vật liệu chịu lực ly tâm được đưa lên một độ cao nào đó rồi rơi xuống. Trong cả quá trình chuyển động tương đối với nhau giữa bi nghiền và vật liệu sinh ra lực ma sát làm mài nhỏ vật liệu. Đồng thời động năng sinh ra do bi đạn rơi tạo lực va đập đập nhỏ vật liệu. Bên cạnh đó vật liệu được mài nhỏ còn nhờ ma sát giữa vật liệu và tấm lót thân thùng nghiền. Sau một thời gian ta kiểm tra thấy vật liệu đã đạt được độ mịn yêu cầu thì cho tháo liệu. Ta thay của bằng một tấm ghi, và cho quay thùng sau cho miệng của hướng xuống. Vật liệu sẽ thoát ra qua lỗ ghi còn bi nghiền sẽ được giữ lại. Sau một thời gian có thể vật liệu không thể thoát ra ngoài được vì hai lý do: - Lỗ ghi bị bít do bi lấp kín miệng lỗ → giải quyết bằng cách lấy gậy đẩy bi ra. - Áp suất trong thùng cân bằng nên không tạo được lực dẩy vật liệu ra ngoài → giải quyết bằng cách thiết kế một lỗ nhỏ trên thân thùng để áp suất trong thân thùng tăng lên, giúp dẩy vật liệu ra ngoài. Một số chi tiết cơ bản của máy nghiền bi gián đoạn Thùng nghiền: Vỏ thép được chế tạo bằng thép với chiều dầy δ = (0.01 ÷ 0.015)D, với D là đường kính vỏ máy. Vỏ máy thường được hàn hay tán đinh rivê. Ngày nay người ta thường dùng phương pháp hàn vì làm giảm trong lượng vỏ máy, dễ lắp ghép tấm lót và vỏ máy, ít gây ăn mòn trong quá trình sử dụng. Tuy nhiên khi hàn sẽ gây ra ứng suất nội tạo vết nứt, vì thế sau khi hàn ta cần phải ủ. Trên thân thùng có khoét lỗ để làm của nhập liệu. Để đảm bảo cho thùng được cân bằng, tránh khi quay thùng bị nghiên gây gẫy trục ta phải có một đối trọng trên thân thùng ở vị trí đối xứng với cửa nạp liệu. Tấm lót và bi nghiền: Bề mặt trong của thùng nghiền chịu tác dụng của lực va đập và chà xát bởi vật liệu và bi nghiền nên bị bào mòn đi. Tấm lót và bi nghiền thường được làm từ cùng một loại vật liệu để tránh hiện tượng bào mòn lẫn nhau. Độ cứng của tấm lót và bi nghiền phải lớn hơn độ cứng lớn nhất của vật liệu cần nghiền. Thành phần hoá của bi nghiền phải đảm bảo không làm ảnh hưởng đến màu sắt và tính chất của nguyên liệu. 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 các tính chất:


Hàm lượng sắt tuy có nhưng ít, không làm ảnh hưởng đến màu sắc của sản phẩm, có thể chấp nhận được. Tấm lót: tấm lót trong máy nghiền bi là các loại gạch hình côn được sắp khích vào nhau, kết dính lại bằng vữa chịu lực nếu cần. Hay có thể ở dạng tấm có lỗ ở giữa được nối vào thân thùng bằng cách bắt ốc. Kích thước của tấm lót được tính chính xác theo tiêu chuẩn. Phổ biến là loại gạch côn kích thước 150*65*55*50




 Bề mặt của gạch lót có thể có nhiều hình dạng khác nhau nhằm tăng hiệu quả nghiền, nó giúp đưa vật liệu nghiền và bi lên độ cao thích hợp nhằm có được động năng lớn nhất. Cần đảm bảo mật độ chứa vật liệu cần nghiền lớn hơn 25% để tránh hiện tượng bi và tấm lót bào mòn lẫn nhau. Bi nghiền: Vật nghiền là bộ phận chính va đập và chà xát vật liệu. Vật nghiền có thể có nhiều hình dạng khác nhau tuỳ vào vật liệu cần nghiền. Có thể có các hình dạng như: hình cầu, trụ, vuông, lò xo… Tuy nhiên phổ biến nhất là bi cầu và bi trụ.

 Kích thước của vật nghiền phụ thuộc vào kích thước và độ bền của vật liệu đem nghiền. nếu kích thước và độ bền của vật liệu vào máy càng lớn thì vật nghiền sẽ càng lớn. Thực nghiện chứng minh thể tích 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.
LÝTHUYẾT TÍNH TOÁN: 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/cm3): 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 riêng càng lớn thì động năng do nó sinh ra cũng lớn theo, tác động đập nghiền càng lớn. Sơ đồ sau miêu tả mối quan hệ giữa trọng lượng riêng của bi và thời gian nghiền.
 Từ đồ thị ta nhận thấy khi nghiền đến cùng một kích thước hạt thì với: ρ1 < ρ2 < ρ3
t1 > t2 > t3 Vậy với các vật liệu có độ cứng phù hợp ta sẽ lựa chọn loại vật liệu có khối lượng riêng lớn nhất để có hiệu quả đập nghiền tốt nhất. Thể tích bi nạp Khối lượng bi nạp vào máy có ảnh hưởng rất lớn đến thời gian nghiền vật liệu. Ttheo kết quả nghiên cứu của P.I.E thời gian nghiền sẽ nhanh nhất khi thề tích bi nghiền chiếm khoảng 60% thể tích thùng nghiền. Ta có sơ đồ sau thể hiện mối quan hệ giữa thể tích vật nghiền và thời gian nghiền:
 Góc kẹp: Góc kẹp là góc kẹp bởi 2 tiếp tuyến tại 2 điểm tiếp xúc giữa các viên bi và hạt vật liệu. Nó phụ thuộc vào bán kính R của viên bi và r của hạt vật liệu. Các kết quả tính toán (tài liệu secmi) cho thấy góc kẹp cho hiệu quả nghiền tốt nhất là θ = 17o Có nghĩa là R ≈ 90r. Tuy nhiên sau một khoảng thời gian thì hiệu quả nghiền sẽ giảm do r giảm. Vì vậy ta phải có cùng lúc nhiều loại bi trong thùng để đảm bảo góc kẹp là tốt nhất. Thể tích rỗng: Khi nạp bi vào thùng nghiền, do thể tích bi là hình cầu nên không thể nào lấp đầy khoảng không gian mà nó chiếm chỗ vì thế nên sinh ra các khoảng trống trong vùng thể tích bi chiếm chỗ. Thể tích thực bi chiếm khoảng 52.4 ÷ 74% toàn không gian bi chiếm. Ta dùng nhiều kích thước bi cũng nhằm giảm thể tích lỗ rỗng giữa các bi. Phân bố bi trong thùng nghiền: Để hiệu quả nghiền tốt nhất ta phải tăng điểm tiếp xúc giữa các viên bi và vật liệu. Có nghĩa là bi phải tiếp xúc với nhau tại nhiều điểm, giảm lỗ rỗng giữa các bi, kích thước bi phải phù hợp với kích thước vật liệu. Để đảm bảo các điều kiện trên thì bi nạp thường gổm 3 loại với tỉ lệ như sau: 15 ÷ 50% bi có đường kính nhỏ. 25 ÷ 30% bi có đường kính trung bình. 23 ÷ 30% bi có đường kính lớn. Ngoài ra phải đảm bảo tỉ lệ R ≈ 90r Hệ số đổ đầy bi đạn: (φ) Có một hệ số đổ đầy cho ta thời gian nghiền tối thiểu để đạt kích thước yêu cầu. Trong nghiền gián đoạn thì hệ số đó thường bằng 0.5 Có 2 cách tính hệ số đổ đầy φ: φ là tỷ số giữa tiết diện bi đạn và tiết diện thùng nghiền.
φ là tỷ số giữa trọng lượng thực của bi đạn và trọng lượng của bi đạn nếu đổ đầy máy
Với: G- Trọng lượng bi đạn làm việc trong máy (tấn). μ- Hệ số rỗng khi đổ bi đạn (0.524 ÷ 0.74) ρ- Trọng lượng riêng của vật liệu làm bi R- bán kính trong của thùng nghiền. L- chiều dài thùng nghiền. Tốc độ quay của thùng nghiền: Khi máy chuyển động thì theo quán tính các viên bi cũng sẽ chuyển động theo máy đến một độ cao nào đó. Đặc tính chuyển động của bi trong thùng phụ thộc vào số vòng quay của thùng và hệ số ma sát giữa bi với bề mặt thùng. Vận tốc quay của thùng sẽ ảnh hưởng đến chế độ chuyển động của vật liệu và bi trong thùng nghiền.Có 4 chế độ chuyển động của bi đạn trong thùng nghiền là:

 Ta có thể nhận thấy chế độ chuyển động hiệu quả nhất là chuyển động dạng thác nước. Sau đây ta sẽ tìm góc nâng tối ưu cho quá trình nghiền và vận tốc quay để đạt được góc nâng đó.
 Để đơn giãn trong tính toán ta có một số điều kiện: chỉ tính cho 1 viên bi. Xem bề mặt bên trong máy là nhẵn hoàn toàn, xem như không có lực ma sát. Kích thước bi rất bé so với kích thước thùng. Ta có :


Số vòng quay tới hạn của thùng : (bi gắn chặt vào máy) điều kiện α = 0o Khi đó:






Khi thùng quay với vận tốc tới hạn này thì chỉ có những viên bi lớp ngoài cùng mới quay theo máy, còn các viên bi lớp trong vẫn rơi xuống theo hình parapol. Số vòng quay tới hạn cần thiết để tất cả bi đều ly tâm Nếu tốc độ thùng quay tăng thì đến một lúc nào đó toàn bộ bi trong thùng sẽ quay theo máy. Thể tích lớp bi khi chúng ly tâm hoàn toàn là thể tích của hình ống trụ rỗng có tiết diện hình vành khăn, cũng bằng thể tích bi nghiền trong thùng có tiết diện F: