Đồ án Thiết kế máy nghiền đập đá

LỜI NÓI ĐẦU Trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa nước ta hiện nay. Cũng như mọi ngành công nghiệp khác, công nghiệp vật liệu xây dựng là ngành quan trọng trong nền kinh tế quốc doanh. Đối với nước ta hiện nay nhu cầu xây dựng là rất lớn, đặc biệt là xây dựng cơ sở hạ tầng. Do vậy việc cung cấp vật liệu như đá, xi măng, sắt thép ... là cần thiết và đòi hỏi với số lượng lớn. Đi đôi với nguyên vật liệu là các thiết bị máy móc tạo ra chúng mà chúng ta đang cần rất nhiều. Với em, một sinh viên sắp ra trường được giao thiết kế Máy nghiền đập má, là một loại máy nghiền trong dây chuyền sản xuất đá dùng cho xây dựng, làm đồ án tốt nghiệp. Sau thời gian hơn 3 tháng làm đề tài tốt nghiệp nay em đã hoàn thành nhiệm vụ của mình. Trong quá trình thiết kế em đã được sự hướng dẫn tận tình của thầy Lê Cung cùng các thầy cô trong khoa Cơ khí và khoa Sư phạm kỹ thuật đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho em, cộng với sự nỗ lực của bản thân, tìm hiểu học hỏi thực tế và các bạn cùng khoá, đề tài tốt nghiệp của em đã hoàn thành đúng thời gian quy định. Do trình độ và thời gian có hạn, kiến thức kinh nghiệm thực tế còn ít, tài liệu tham khảo thiếu thốn, do đó trong đề tài không tránh khỏi những sai sót, kính mong quý thầy cô góp ý và giúp đỡ. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Cung cùng các thầy cô giáo và các bạn bè đã giúp đỡ em. Đà nẵng, ngày tháng 05 năm 2006 Sinh viên thiết kế Hoàng Văn Ngân CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU ĐÁ VÀ QUÁ TRÌNH KHAI THÁC ĐÁ 1.1. Giới thiệu về vật liệu đá và đá dăm dùng trong sản xuất các cấu kiện bê tông và làm đường sá. Đá hay còn gọi là nguyên liệu khoáng sản thể rắn. Khái niệm đá như sau: tất cả các vật rắn tồn tại trong thiên nhiên có nguồn gốc về cơ bản đều là khoáng vật. Khoáng vật là những phần tử vật rắn mà trong đó chứa các nguyên tố cùng loại. Có đến hàng trăm loại khoáng vật có số lượng đáng kể tham gia vào cấu tạo của vỏ Trái đất. Các khoáng vật không tồn tại một cách riêng rẽ trong thiên nhiên mà hình thành những tập hợp lớn bao gồm nhiều khoáng vật, chúng xuất hiện ở những địa điểm khác nhau và được tạo thành trong những niên đại khác nhau. Những tập hợp khoáng vật như vậy gọi là đá. Đá là loại vật liệu rất quan trọng trong ngành xây dựng, chúng được dùng làm chất độn trong bê tông (xây dựng mố cầu, đập nước, rải mặt đường, làm đường ôtô, đường sắt). Đá cũng là nguyên liệu cơ bản để sản xuất xi măng, vôi và các chất kết dính khác. Trong xây dựng đá còn là loại vật liệu trang trí rất quan trọng. Thành phần chủ yếu nhất trong đá là thạch anh, các khoáng vật quặng, cácbonnat, các khoáng vật sét, các haloit, fenspat, pirôxen và ôlivin. Thành phần hoá học, thành phần khoáng vật và cấu tạo quyết định tính chất vật lý của đá, được dùng làm cơ sở cho việc ứng dụng vào thực tế. Các tính chất của đá còn phụ thuộc vào trạng thái cơ học của chúng như mức độ phong hoá, độ nứt nẻ, độ tách chẻ, tính cát khai. Trong số các khoáng vật tạo đá thì thạch anh có độ bền cao nhất. Giới hạn bền nén của thạch anh vượt quá 5000kG/cm2, của fenspat, pirôxen, ogit, đá sừng, olivin và các khoáng vật manhe sắt khác là 2000 ÷ 5000kG/cm2, canxit khoảng 100kG/cm2, giới hạn bền nén của quazit và nêfrit hạt nhỏ đạt giá trị cao nhất đến 5000 ÷ 6000kG/cm2, granit hạt nhỏ cũng có độ bền khá lớn 3500kG/cm2 và nhỏ hơn một ít là đá gabrô, điabazơ và granit hạt thô. Đá thuộc poocfia thạch anh và poocfiarit có độ bền nén cao (500 ÷ 2400kG/cm2). Nhưng có nhược điểm là bề mặt vỡ rất trơn, không đảm bảo độ dính kết cao giữa đá dăm và vữa ximăng. Bảng độ bền nén của các loại đá macma, kG/cm2 Bảng 1.1 Loại đá  Trạng thái khô  Trạng thái ướt   Granit Sienit Gabrô Foofia quazit Bazan Diabazơ Diorit  1270(1859 679(1055 1029(2942 924(2400 612(1940 1119(1271 1040(2300  1195(1788 575(896 801(2836 617(1558 1118(1271 900(1700   Hiện nay, trong các loại đá thì đá trầm tích, đá vôi và đá đôlômit được sử dụng phổ biến trong xây dựng. Đá vôi được tạo thành chủ yếu từ canxi (CaCO3) trong đó có cả tạp chất đôlômit, có cỡ hạt dạng cát và sét. Khi các tạp chất đôlômit tăng lên từ 5 ÷ 25% gọi là đá vôi đôlômit; khi tăng lên đến 25 ÷ 50% thì gọi là đá vôi đôlômit hóa. Đá đôlômit [CaMg(CO3)2] là loại đá cacbônat trầm tích chứa hơn 90% đôlômit. Khi trong đá có từ 50 ÷ 90% đôlômit thì gọi là đôlômit vôi, còn khi tỷ lệ đôlômit thấp hơn thì gọi là đá vôi đôlômit hóa. Các khoáng vật chủ yếu để tạo thành các loại đá trầm tích là canxit và đôlômit. Canxit thuộc loại khoáng vật phổ biến nhất. Các loại đá cacbonat có đặc tính là không đồng nhất về tính cơ lý. Độ bền nén ở trạng thái khô là 550 ÷ 2800 kG/cm2, ở trạng thái no nước là 500 ÷ 1700 kG/cm2. Trong đá trầm tích, phấn sa là loại đá được tạo thành từ những hạt cát kết tủa 0,1÷ 1mm. Độ bền nén trung bình ở trạng thái khô là 580kG/cm2. Ở trạng thái no nước là 573kG/cm2 - Ta có các bảng. Độ bền nén của các loại đá trầm tích và biến chất Bảng 1.2 Loại đá  Trạng thái khô  Trạng thái no nước   Sa thạch, thạch anh Phần sa Đôlomit Đá vôi Goncugranit Diệp thạch  980(2069 250(1300 106(2776 94(2390 1048(2032 1480  749(1760 100(1200 128(2560 79(1900 1091(2001 1472   Độ bền nén của một số loại đá ở Việt Nam kG/cm2 (giá trị trung bình) Bảng1.3 Loại đá  Trạng thái khô  Trạng thái no nước   Đá vôi Sa thạch Granit Phần sa Diệp thạch  626 692 732 310 230  530 550 665 94   Yêu cầu kỹ thuật đối với các loại vật liệu làm bằng đá được đề ra rất chặt chẽ. Vật liệu bằng đá được sử dụng trong nhiều ngành, đặc biệt là trong xây dựng cơ bản. Đó là loại vật liệu quan trọng được sử dụng trong hầu hết các công trình giao thông, thủy lợi, xây dựng công nghiệp và dân dụng. Đối với các loại đá xây dựng có hai yêu cầu cơ bản là cỡ hạt và chất lượng. Về cỡ hạt - Trong ngành xây dựng đá được chia ra hai loại chủ yếu là đá hộc và đá dăm (kể cả cát nhân tạo). + Đá hộc, theo quy phạm kỹ thuật đó là loại đá cục lớn có kích thước lớn hơn 150mm dùng để xây trụ cầu, mố cầu, tường chắn, xếp cống vòm, lát đường ngầm, xây đê đập. Trong giao thông còn sử dụng đá có kích thước trung gian giữa đá hộc và đá dăm cỡ lớn, gọi là đá ba. Đá ba có ba cỡ hạt 10 ÷ 15; 15 ÷ 18 và 16 ÷ 20mm. Nó dùng làm móng mặt đường, xếp rãnh, lát mặt trên đường ngầm ... + Đá dăm có nhiều cỡ với kích thước khác nhau rất nhiều và thường được dùng để đổ bê tông, cấp phối bê tông. Nó gồm 4 loại chính có kích thước 5 ÷ 150mm như sau: Loại nhỏ có kích thước: 5 ÷ 10 và 10 ÷ 20mm. Loại vừa: 20 ÷ 40mm Loại lớn: 40 ÷ 70mm Loại đặc biệt có kích thước: 70 ÷ 150mm Ngoài các cỡ trên đôi khi còn dùng đá dăm cỡ 3 ÷ 10mm thay cho cỡ 5(10mm. Đối với bê tông cho các công trình lớn đôi khi dùng đá cấp phối đến 250mm. Trong xây dựng đường ôtô còn có quy định riêng về đá dăm rải mặt đường. Loại mặt đường đá dăm thông thường gồm các cỡ đá: 40 ÷ 70, 50 ÷ 80, 60 ÷ 90mm. Đá dăm có kích thước mở rộng gồm 2 loại: 25 ÷ 60mm và 40 ÷ 80mm. Đá dăm nhỏ gồm các cỡ: 15 ÷ 25 hoặc 10 ÷ 30mm. Đá cỡ 15 ÷ 40 hoặc 20 ÷ 40mm. Đá dăm có kích thước: 5 ÷ 15, 5 ÷ 10 hoặc 5 ÷ 20mm còn được gọi là đá mạt. Về chất lượng - Độ chống đập của đá có ý nghĩa lớn đối với đá dăm dùng làm chất đệm (ba lát) của đường sắt. Tùy thuộc vào độ bền của đá mà chia ra 4 loại. Loại có độ bền chịu đập từ 30 ÷ 39, loại từ 40 ÷ 49, loại từ 50 ÷ 74 và loại từ 75 trở lên. Đá dùng làm balat của đường sắt thường có độ bền chịu đập từ 50 ÷ 70. Độ chịu mòn là tính chất quan trọng của các loại đá dùng để rãi đường ôtô. Đá dùng để rãi đường ôtô, nhất là đường cấp cao cần có độ chịu mòn cao. 1.2. Giới thiệu về quá trình và thiết bị khai thác, gia công vật liệu đá và đá dăm. Đá là một trong những loại vật liệu cơ bản được sử dụng nhiều trong các công trình giao thông như: đường sá, sân bay, bến cảng ... Để rải mặt đường sắt, để xây dựng đường ôtô, hoặc để chế tạo các dầm bêtông ... cần phải sử dụng khối lượng lớn các loại kích cỡ đá. Trong xây dựng người ta thường phân ra các loại phổ biến như: đá dăm, đá cuội, sỏi, vật liệu cấp phối và cát. Trung bình mỗi kilômét đường ôtô cần từ 1500 đến 3000 m3 đá các loại. Tính ra vật liệu đá chiếm tới 50 ÷ 60% tổng giá thành xây dựng đường. Tốc độ thi công và chất lượng công trình phụ thuộc nhiều vào khả năng cung cấp vật liệu và chất lượng vật liệu. Vì vậy, tổ chức sản xuất ở các mỏ đá tốt và gia công đá theo các quy cách cần thiết là góp phần đẩy nhanh tiến độ thi công và chất lượng công trình. Đá sau khi khai thác ở các mỏ, trước khi sử dụng vào các công trình, cần phải tiến hành gia công theo 3 bước sau: - Đập đá (nghiền đá): làm cho đá nhỏ theo các kích thước. - Sàng đá: phân loại kích cỡ đá. - Rửa đá: làm sạch đất cát và các tạp chất khác. Việc gia công đá rất vất vả và nặng nhọc, nếu chỉ dùng sức người và dùng các công cụ thủ công để làm thì năng suất rất thấp và khối lượng không được là bao. Cho nên việc cơ giới hóa công tác làm đá ngày càng được áp dụng rộng rãi, chiếm tỷ lệ ngày càng lớn trong toàn bộ công tác làm đá. Máy làm đá là danh từ chung chỉ các loại máy phục vụ việc nghiền, sàng và sửa đá ... theo kích cỡ và không lẫn tạp chất. Để thuận tiện trong sử dụng, người ta chế tạo ra máy nghiền sàng ly hợp làm cả 2 chức năng: nghiền và sàng. Sơ đồ công nghệ khai thác đá được biểu diễn như sau: Máy cạp (1) dùng để đào bỏ lớp đất trên của mỏ đá. Máy khoan (2) khoan các lỗ sâu vào lớp đất để đặt chất nổ bắn đá ra. Máy xúc (3) dùng để bốc đá vào ôtô vận chuyển (4). Các ôtô này dùng để chở đá đến phân xưởng gia công đá khối hay đưa ra bãi gia công đá dăm. Để phân loại đá theo kích thước nhất định người ta sử dụng các máy sàng đá (10) và (15). Trong sơ đồ này máy nghiền đá (8) được sử dụng trong bước nghiền sơ bộ và trước khi đá đến máy nghiền này từ ôtô (4) thì đá được đổ vào phểu chứa liệu. Sau đó đến bộ phận sàng sơ bộ (5), ở đây các loại cát, đất còn dính lại và đá nhỏ từ 0-5mm được tách ra. Còn toàn bộ đá, đa số là đá lớn, khai thác được đưa vào máy nghiền má (8). Sau khi ra khỏi máy nghiền má thì đá lúc này có kích thước đa dạng từ 5-90mm. Các đá này được truyền bằng băng tải (9) đến máy sàng rung (10). Máy sàng rung (10) có nhiều loại lưới phân cấp đá từ 5-20mm, 20-75mm và lớn hơn 75mm. Đá từ 5-20mm được băng tải (14) đưa ra bãi chứa. Những đá có kích thước lớn hơn 75mm lại được băng tải (11) đưa đến máy nghiền má thứ cấp (12). Sau khi qua máy nghiền má (12) thì đá có kích thước phần lớn nhỏ hơn 60mm và lại được băng tải (13) đưa đến máy sàng rung (15). Máy sàng rung (15) có nhiều loại lưới phân cấp đá từ 5-20mm, 20-40m và 40-60mm. Những đá có kích thước lớn hơn 60mm lại được băng tải (17) đưa đến máy nghiền côn (19). Sau khi qua máy nghiền côn thì đá được nghiền nhỏ và đưa trở lại máy sàng (15). Đá phân loại xong sẽ được các băng tải (22) và (23) đưa vào kho chứa (24). Sau đó các ôtô đưa đi theo công việc của mình. 1. Máy cạp đất 2. Máy khoan lỗ đặt mìn 3. Máy xúc đá 4. Ôtô 5. Sàng sơ bộ 6,9,11,13,14,15,17,18,20,21,22.Băng tải 7. Phế phẩm 8. Máy nghiền má sơ cấp 10,16. Máy sàng đá 12. Máy nghiền má thứ cấp 19. Máy nghiền côn 24. Kho chứa Hình 1.1. Sơ đồ công nghệ khai thác và gia công đá. CHƯƠNG II GIỚI THIỆU VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH ĐẬP NGHIỀN 2.1. Mục đích và ý nghĩa của đập nghiền Đập và nghiền là quá trình công nghệ làm giảm kích thước của vật liệu khoáng sản. Quá trình này dùng tác dụng của ngoại lực để phá vỡ những cục vật liệu lớn thành những cục và hạt nhỏ. Ngoại lực có tác dụng phá vỡ những lực liên kết bên trong cục vật liệu làm cho nó rạn nứt và vỡ nhỏ ra. Về nguyên lý đập và nghiền không khác nhau nhưng người ta qui ước đập là quá trình cho ra sản phẩm có độ hạt lớn hơn 5mm và nghiền là quá trình tạo ra sản phẩm nhỏ hơn 5mm. Đập và nghiền là một khâu quan trọng trong các xưởng tuyển khoáng, trong các ngành công nghiệp hoá chất, vật liệu xây dựng,… Đa số nguyên liệu sử dụng trong công nghiệp silicat đều là các loại đất đá, nham thạch nằm trên vỏ trái đất và có thể khai thác theo phương pháp lộ thiên. Ví dụ như: - Công nghiệp thuỷ tinh cần cát, đá vôi, đôlômit, trường thạch... - Công nghiệp gốm sứ cần đất sét, cao lanh trường thạch, thạch anh, thạch cao... - Công nghiệp vật liệu chịu lửa cần đất sét chịu lửa, quặng manhêzit, quắczit, cromit... - Công nghiệp các chất kết dính cần đá vôi, đất sét, thạch cao... Sau khi khai thác nguyên liệu được chở về các nhà máy silicat, đôi khi ở dạng cục lớn tới 1500 ÷ 2000 mm. Để sử dụng được, ta phải đập và nghiền các nguyên liệu đó. Trong quá trình đập nghiền, dưới tác dụng của ngoại lực hạt vật liệu bị phá vỡ thành nhiều hạt nhỏ hơn (làm tăng diện tích bề mặt riêng) tạo điều kiện dễ dàng hoàn thành các quá trình hoá lý xảy ra tiếp sau đó, nhất là các phản ứng pha rắn. Có trường hợp nguyên liệu khoáng sản bao gồm các khoáng vật có tính chất cơ lí khác nhau. Sau khi đập và nghiền những khoáng vật cứng và bền hơn sẽ ít bị vỡ sẽ là cục lớn hơn, các khoáng vật mềm và giòn sẽ bị vỡ vụn nhiều hơn sẽ là những hạt tương đối nhỏ. Nếu sau khi đập đem sàng thì có thể tách riêng được các khoáng vật đó ra khỏi nhau. Trong trường hợp này đập - nghiền - sàng có tác dụng như quá trình tuyển. Đập và nghiền không chỉ dùng trong quá trình khai thác đá, ở các xưởng tuyển khoáng. Ở các nhà máy nhiệt điện phải đập và nghiền than để sản xuất nhiên liệu ở dạng bụi. Ở nhà máy luyện cốc phải đập và nghiền than trước khi nạp than vào lò luyện. Ở nhà máy luyện kim phải đập đá vôi và đôlômit để làm trợ dung. Trong ngành vật liệu xây dựng phải đập đá hộc, đá tảng thành đá dăm. Đập và nghiền đá vôi để sản xuất ximăng. Trong công nghiệp hoá chất phải đập quặng secpentin và apatit trước khi nạp vào lò cao và phải nghiền mịn bán thành phẩm phân lân nung chảy; phải nghiền fenpat (trường thạch), mica, inmenhit và các nguyên liệu khoáng sản khác để phối liệu làm vỏ que hàn điện, phải đập nghiền quặng mangan để làm pin ... Trong các trường hợp này, sản phẩm đập nghiền được dùng ngay nên quá trình đập và nghiền có ý nghĩa riêng và việc quy định độ hạt của sản phẩm phải căn cứ vào yêu cầu kỹ thật của các quá trình công nghệ tiếp theo. 2.2. Các tính chất cơ bản của vật liệu nghiền. Khi sử dụng máy nghiền, cần quan tâm đến các tính chất sau đây của vật liệu nghiền: Độ bền, độ giòn và tính mài mòn của vật liệu. 2.2.1. Độ bền Độ bền của vật liệu đặc trưng cho khả năng chống phá huỷ của chúng dưới tác dụng của ngoại lực. Độ bền được đặc trưng bởi giới hạn bền nén (σn) và giới hạn bền kéo (σk) σn =
và σk =
(MN/m2) (2.1) Pn : lực nén vỡ (MN) T: lực kéo đứt (MN) F: tiết diện chịu kéo hoặc nén (m2) Đối với đá, giới hạn bền nén lớn hơn giới hạn bền kéo, do vậy các máy nghiền đá thường được chế tạo dùng lực nén, ép vỡ. Tuỳ thuộc vào độ bền σn người ta phân đá thành các loại sau: Siêu bền > 250 MN/m2 Bền 150 ÷ 250 MN/m2 Bền trung bình 80 ÷ 150 MN/m2 Kém bền < 80 MN/m2 2.2.2. Độ giòn. Độ giòn đặc trưng cho khả năng bị phá huỷ của vật liệu dưới tác dụng của lực va đập. Vật liệu giòn có sự sai khác rất lớn giữa giới hạn bền nén và bền kéo. Xác định độ giòn bằng thí nghiệm va đập. Dựa vào số lần va đập cần thiết để làm vỡ vật liệu, người ta phân đá thành các loại sau: Rất giòn dưới 2 lần va đập Giòn 2 ÷ 5 lần va đập Dai 5 ÷ 10 lần va đập Rất dai trên 10 lần va đập. Khi làm việc với các loại vật liệu có độ giòn khác nhau thì tính năng của máy cũng thay đổi theo. Tính giòn tăng lên thì năng lượng nghiền giảm đi và năng suất tăng theo. 2.2.3. Tính mài mòn. Tính mài mòn đặc trưng cho khả năng của vật liệu làm mòn bộ phận công tác khi làm việc. Tính mài mòn được xác định theo công thức I =
(g/t) (2.2) Ag1 ,Ag2 ,Ag3 - hao mòn đầu búa được xác định với độ chính xác ± 0,2mg G1 ,G2 , G3 -khối lượng của đá gia công. 2.3. Đặc tính của quá trình nghiền. Quá trình nghiền có các đặc tính được thể hiện qua mức độ nghiền, độ lớn của hạt và thành phần hạt của vật liệu nghiền. 2.3.1 Độ lớn của hạt: Hạt vật liệu có hình dạng khác nhau và thường được xác định bằng các số đo: chiều dài a, chiều rộng b, bề dày c. Khi nghiên cứu để đơn giản người ta xem viên đá là khối cầu có đường kính quy ước D và sản phẩm được nghiền có đường kính quy ước d. Đường kính quy ước d được xác định theo nhiều cách khác nhau như sau : + Theo trung bình cộng : d =
. + Theo trung bình nhân : d =
. + Theo trung bình bình phương : d =
. 2.3.2 Thành phần hạt của sản phẩm: Thành phần hạt của sản phẩm nghiền được thể hiện qua đồ thị đặc tính độ hạt như sau : Hình 2.1 Đồ thị đặc tính độ hạt. Để xác định nó người ta lấy mẫu sản phẩm đem phân loại trên máy sàng mẫu. Khối lượng mẫu thử phụ thuộc vào kích thước lớn nhất của hạt và được xác định qua biểu thức: P = 0,02.d2 + 0,5.d (kg) (2.3) d: Kích thước lớn nhất của hạt (mm). 2.3.3. Mức độ nghiền Tỷ số giữa kích thước của cục vật liệu trước khi đập với kích thước của hạt sản phẩm gọi là mức độ nghiền (mức đập), ký hiệu là i. Mức đập là một chỉ tiêu đặc trưng cho chất lượng của quá trình, nó chỉ rõ sau khi đập cục vật liệu đã nhỏ đi mấy lần. Mức đập có liên quan đến năng suất và công suất máy. Có thể xác định mức đập nghiền theo một trong các công thức sau đây: Trước hết mức đập được xác định bằng tỷ số kích thước cục hay hạt lớn nhất trước và sau khi đập. i =
Trong đó: Dmax:đường kính cục lớn nhất trong vật liệu trước khi đập hoặc nghiền(mm). dmax: đường kính cục lớn nhất của sản phẩm sau khi đập hoặc nghiền (mm). Trong thực tế đường kính của cục lớn nhất trong vật liệu lấy bằng kích thước lỗ lưới vuông mà toàn bộ vật liệu lọt qua được. Vì vậy mức đập có thể lấy bằng tỷ số kích thước của lỗ lưới mà toàn bộ sản phẩm có thể lọt qua khi sàng vật liệu trước và sau khi đập. Khi sàng phải dùng lưới có dạng lỗ như nhau vì nó ảnh hưởng đến kết quả sàng. Khi dùng lưới sàng có hình dạng lỗ khác nhau (ví dụ trước khi đập dùng sàng chấn song, sau khi đập dùng sàng đan lỗ vuông) thì phải tính mức đập theo công thức: i =
Trong đó: L: chiều rộng khe lưới chấn song vừa đủ để toàn bộ vật liệu trước khi đập có thể lọt qua (mm). d: kích thước lỗ lưới vuông vừa đủ để toàn bộ sản phẩm đập có thể lọt qua(mm). f : hệ số điều chỉnh phản ánh ảnh hưởng của hình dạng lỗ lưới, bằng tỷ số chiều rộng và chiều dày của cục vật liệu, thường lấy từ 1,7 (đối với hạt có hình thù cân đối) đến 3,3 (đối với cục dẹt). Nếu không tiến hành sàng vật liệu trước và sau khi đập thì có thể tính mức đập theo công thức: i =
Trong đó: B, b: chiều rộng miệng cấp liệu và tháo liệu của máy đập (mm). Trị số 0,85.B là chiều rộng có hiệu quả của miệng cấp khoáng ở máy đập. Đối với máy đập nón để đập vừa và đập nhỏ, b lấy bằng chiều rộng vùng song song, còn đối với máy đập khác thì lấy bằng chiều rộng nhất của miệng tháo liệu. Mức đập tính theo các công thức trên không đủ đặc trưng cho quá trình đập và nghiền. Nhiều trường hợp các sản phẩm đập có đường kính cục lớn nhất là bằng nhau, nhưng có đường kính đặc tính độ hạt khác nhau (ví dụ một đường cong lồi và một đường cong lõm). Do đó, muốn xác định mức đập một cách chính xác phải tính theo đường kính trung bình để nó phản ánh được ảnh hưởng của thành phần độ hạt của cả khối vật liệu: i =
Trong đó: Dtb, dtb: đường kính trung bình của vật liệu trước khi đập và sản phẩm (mm). Đôi khi mức đập còn tính theo công thức sau: i =
Trong đó: Dt : kích thước lỗ lưới mà t% vật liệu trước khi đập có thể lọt qua (mm). dt : kích thước lỗ lưới mà t% sản phẩm có thể lọt qua (mm). Đối với quá trình đập lấy t = 80% còn quá trình nghiền lấy t = 95%. Kinh nghiệm cho thấy những cục lớn chiếm tỷ lệ không cao (nhỏ hơn 20% đối với sản phẩm đập và nhỏ hơn 5% đối với sản phẩm nghiền) nên không đại diện cho độ hạt của vật liệu. Tuỳ thuộc vào số liệu cần thu được có thể tính mức đập theo một trong năm công thức kể trên. Trong một máy nghiền không thể nhận được mức độ nghiền lớn, vì vậy người ta thường đặt các máy nghiền làm việc nối tiếp nhau. Như vậy mỗi máy sẽ thực hiện một giai đoạn của quá trình nghiền. Máy nghiền có thể làm việc theo chu trình kín hay hở, trong chu trình hở vật liệu đi qua máy nghiền một lần. Khi đó trong sản phẩm cuối cùng luôn có các mẫu vật liệu quá kích thước đã chọn. Trong chu trình kín sản phẩm cuối cùng được phân loại và các mẫu có kích thước lớn được đưa trở lại máy nghiền. Tuỳ theo độ hạt của vật liệu đầu Dmax và của sản phẩm cuối cùng dmax người ta chia ra các giai đoạn đập và nghiền như ở bảng sau. Bảng 2.1 Giai đoạn  Dmax (mm)  dmax (mm)   Đập thô  1500 ( 500  350 ( 100   Đập vừa  350 ( 100  100 ( 40   Đập nhỏ  100 ( 40  30 ( 10   Nghiền nhỏ  30 ( 10  6 ( 2   Nghiền vụn  0 ( 2  1 ( 0,5 và nhỏ hơn   2.4. Năng lượng nghiền Năng lượng cần để nghiền vỡ đá phụ thuộc vào nhiều yếu tố: kích thước, hình dạng hạt, sự phân bố xếp đặt của hạt, độ bền, độ giòn, sự đồng nhất của đá, độ ẩm, hình dạng và trạng thái bề mặt làm việc của máy nghiền ... Do vậy việc xác lập quan hệ giữa năng lượng để nghiền và các tính chất cơ lý của vật liệu nghiền rất khó khăn. Hiện nay tồn tại ba giả thuyết được coi là các định luật nghiền. 2.4.1. Định luật nghiền thứ nhất (Định luật mặt phẳng) Định luật này do giáo sư P.Rittingger nêu ra năm 1867, được phát biểu như sau: "Công tiêu hao để nghiền vật liệu tỉ lệ với diện tích bề mặt mới tạo ra trong quá trình nghiền" A = K.(F (2.4) K : hệ số tỷ lệ (F : số lượng diện tích bề mặt gia tăng. Giả thiết viên đá đem nghiền là khối lập phương có cạnh bằng 1 và năng lượng (công) cần để tách vỡ nó theo một mặt là A. Vậy khi nghiền viên đá đó với mức độ nghiền i = 2, nghĩa là viên đá sản phẩm có các cạnh bằng 1/2 viên đá ban đầu. Cần phải dùng 3 mặt phẳng tách vỡ. Hình 2.2 Sơ đồ minh hoạ quá trình nghiền theo định luật mặt phẳng. Do vậy số công tiêu hao là 3A, số đá thu được là 23 = 8. Tương tự: nếu mức độ nghiền là i = 3, cần 6 mặt tách và số công tiêu hao là 6A, số viên đá thu được là 33 = 27. Tổng quát, nếu mức độ nghiền i = in cần 3(in-1) mặt tách vỡ, trị số công nghiền sẽ là An = 3A(in-1). Cũng vậy nếu i = im, công nghiền sẽ là Am = 3A(im-1). Do vậy ta có:
(2.5) Khi mức độ nghiền lớn có thể viết:
(2.6) Nếu các viên đá đem nghiền có kích thước như nhau và bằng D thì in = D/dn và im = D/dm. Ta có:
, nên:
(2.7) Công tiêu hao để nghiền tỷ lệ thuận với độ nghiền và tỷ lệ nghịch với kích thước sản phẩm nghiền. Một viên đá hình lập phương cạnh D(mm) có diện tích bề mặt là 6D2. Khi nghiền khối đá đó đến kích thước d thì mức độ nghiền i = D/d và số viên sản phẩm là i3 (hình lập phương). Do diện tích bề mặt của mỗi viên sản phẩm hình lập phương là 6d2 nên diện tích bề mặt được gia tăng là: (F = 6.d2.i3-6D2 = 6D2 (i-1) (2.8) Công để nghiền một viên đá có cạnh D là: A = K.(F = 6K.D2(i-1) (2.9) Hay A = K1.D2(i-1) (2.10) Nếu nghiền Q kg viên đá hay Q/γ m3 (γ=kg/m3 là khối lượng thể tích) và coi kích thước trung bình của các viên đá là Dtk thì số viên đá đem nghiền sẽ là
Do công để nghiền một viên bằng A = K.6.
(i-1) nên công để nghiền Q kg sẽ là: A = K.6.
A =
(2.11) Ở đây: KR =
Trong công thức trên có nhiều thông số phản ánh quá trình nghiền, song khó xác định hệ số KR nên ý nghĩa thực tế của công thức bị giảm thấp. 2.4.2. Định luật nghiền thứ hai - Định luật thể tích Định luật này được đưa ra từ năm 1885 do các giáo sư Ph.kich và V.L.Kiapichep. Dựa trên các công thức của lý thuyết đàn hồi, ta có các công thức sau: A =
(2.12) Ở đây: K2 =
là hệ số tỷ lệ. V : thể tích vật biến dạng ( : ứng suất lúc biến dạng E : Môdun đàn hồi A : năng lượng gây biến dạng Năng lượng để thay đổi hình dạng những vật giống nhau về hình thể và đồng nhất tỷ lệ với thể tích vật nghiền hoặc khối lượng của chúng. Ta có quan hệ:
(2.13) Mặt khác ta có: A = P.S (2.14) S : biến dạng của vật theo hướng lực tác dụng