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
Đồ án thiết kế máy nghiền bi gián đoạn

- thùng nghiền. 10
- tấm lót và bi nghiền. 10
II. Lý thuyết tính toán. ………………………………………… 14
1. Lượng bi nghiền nạp vào máy. 14
2. Tốc độ quay của thùng. 16
3. Lượng vật liệu nạp. 20
SVTH: Lưu Thị Thanh Mai GVHD: Lê Thị Duy Hạnh
Đồ án thiết kế máy nghiền bi gián đoạn
Chương 4 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÁY NGHIỀN BI GIÁN ĐOẠN
NGHIỀN XƯƠNG CHÉN SỨ NĂNG SUẤT 10 TRIỆU
CHÉN/NĂM
I. Tính cân bằng vật chất. ……………………………………. 21
1. Đơn phối liệu. 21
2. Qui trìmh sản xuất. 22
3. Bảng tính cân bằng vật chất. 23
II. Các thông số ban đầu. ……………………………………... 24
III. Thùng nghiền. ……………………………………………... 24
1. Kích thước thùng. 24
2. Gạch lót. 25
3. Bi nghiền. 27
4. Vỏ thép. 27
5. Cửa và đối trọng. 28
6. Cổ trục. 29
IV. Tính toán chuyển động của máy. …………………………... 29
A. Hệ số đổ đầy bi đạn. 29
B. Vận tốc quay của thùng. 30
C. Sự chu chuyển của bi nghiền trong thùng. 30
1. Số chu kỳ chuyển động của bi. 31
2. Số bi trên quĩ đạo tròn và parabol 31
V. Công suất máy nghiền bi. …………………………………. 32

kích thước của nó sau khi đập, nghiền (d)
max
max
D
I
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
min max
2
tb
d d
D
+
=
Từ đó ta tính được hệ số đập nghiền theo công thức
tb
tb
D
I
d
=
Nén ép Mài xiết nổ
Va đập
uốn
1
Chương 1: Tổng quan về quá trình nghiền
4. Các yêu cầu đối với quá trình đập nghiền :
- Năng lượng tiêu tốn phải là nhỏ nhất, phụ thuộc:

sản phẩm
vật liệu Phân loại
dưới sàn
sản phẩm
Trên sàn
đập nghiền sản phẩm
2
Chương 1: Tổng quan về quá trình nghiền
b. 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
II CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH ĐẬP NGHIỀN :

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”.
2
2
V
A
E
σ
∆
=
Với:
σ (N/cm
2
) là giới hạn bền nén của vật liệu.
E (N/cm
2
) là modul đàn hồi của vật liệu
∆V (cm
3
) là hiệu số thể tích của vật liệu trước và sau đập nghiền.
∆V = D
3
− d
3
Thuyết này phù hợp với quá trình đập thô và đập vừa
c. Thuyết tổ hợp của Rêbinderơ:

Chương 2:
GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU
I. 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

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/cm
2
) 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.
3
. .
3
a b c
d a b c
+ +
= =
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:
max min
2
d d

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

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/dm
3
2. 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
3. Tràng thạch:
7
Chương 2 : Giới thiệu về nguyên liệu
Tràng thạch là hợp chất của các Alumo-silicat không ngậm nước. Ngoài ra trong thành
phần của nó còn có thể có:
Na
2
O (tràng thạch natri, hay albit), độ cứng 6 ÷ 6.5
K
2
O (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 950
O
C và chảy thành
dòng ở khoảng 1530
o
C. Trong khoảng nhiệt độ chảy khá rộng này, nhờ có Leucit nên dộ

và thùng nghiền. Máy có thể dùng dể nghiền ướt hay khơ, chu trình kín và hở.
Máy làm việc gián đoạn theo từng mẻ nên năng suất thấp chỉ dùng cho qui mơ 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, khơng dùng để nghiền khơ vì khó tháo liệu.
2
6
3
4
7
1
5
2
Sơ đồ nguyên lý máy nghiền bi gián đoạn
1- thùng quay 5- hệ puli
2- ổ trục đỡ 6- đai truyền
3- động cơ 7- cửa tháo và nạp liệu
4- hộp giảm tốc
Ưu điểm:
- Cấu tạo đơn giản, làm việc ổn định.
- Nghiền trộn tương đối đồng đều.
- Có thể kết hợp được q trình sấy và nghiền (nếu nghiền khơ)
- 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 khơng đồng thời tham gia làm việc.
- Kích thước lớn, cồng kềnh. Gây tiếng ồn khi làm việc.
9
Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn
- 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

b. 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.
10
Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn
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:
11
Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn
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
12
Bảng tiêu chuẩn kích thước một số loại gạch lót
Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn
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,

2
3
Bi có trọng lượng riêng
thấp.
Bi có trọng lượng riêng
trung bình.
Bi có trọng lượng riêng cao.
Kích thước hạt
thời gian nghiền
t
1
t
2
t
3
Bđ2-mối liên hệ giữa trọng lượng riêng bi với thời gian nghiền
14
một số đường kính bi trên thị trường
Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn
Từ đồ thị ta nhận thấy khi nghiền đến cùng một kích thước hạt thì với:
ρ
1
< ρ
2
< ρ
3
⇒
t
1
> t

Bđ3-mối quan hệ giữa thể tích bi và thời gian nghiền
15
θ
R
r
2
θ
Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn
 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:
1.φ là tỷ số giữa tiết diện bi đạn và tiết diện thùng nghiền.
2
F
R

• 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.
Bi trượt trên
thành thùng.
Chỉ có lực mài
xiết,
không có lực
va đập.
Bi chuyển động
cùng với thùng,
do lực ly tâm lớn
hơn trọng lượng.
Quá trình đập
nghiền không xảy
ra.
Bi chuyển động
dạng thác nước.
Vừa có lực mài
xiết vừa có lực va
đập.
Quá trình nghiền
xảy ra tối ưu.
Bi chuyể động
dạng tầng lớp.
Có lực mài xiết,
không có lực va
đập.
Các chế độ chuyển động của vật liệu trong thùng nghiền
T
G2

 Số vòng quay tới hạn của thùng : (bi gắn chặt vào máy) điều kiện α = 0
o
Khi đó:
2
v gR=
⇔

v gR=

⇔
2
60
Rn
gR
π
=
⇒

30
th
n
R
=
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:

1
1
n
R kR R
R
ϕ
ϕ
= = = =
−
−
18
R
2
R
1
F
Chương 3: Giới thiệu về máy nghiền bi gián đoạn
Khi đó vận tốc để toàn bộ bi đều quay theo thùng sẽ bằng:
max
2
4
1
th
n
n
ϕ
=
−
Với φ là hệ số chứa bi đạn
Vậy số vòng quay thích hợp cho máy là n với n thuộc khoảng

Nên
2 2 2
2
cos
30
R n
Rg
π
α
=
Rút ra
30
cos
g
n
R
α
π
=
Vì
g
π
≈
nên
30
cosn
R
α
=
Vậy n là số vòng quay của thùng để viên bi ở lớp có bán kính R rơi theo góc rời α.Vì

3. Lượng vật liệu nạp:
Lượng vật liệu nạp vào buồng nghiền ít nhất phải phủ kín được toàn bộ các bi nghiền.
Nếu nạp vật liệu quá ít sẽ làm bi nghiền và tấm lót bị mài mòn nhanh chóng. Lượng vật
liệu ít nhất phải lấp đầy các khoang trống giữa các bi nghiền, tuy nhiên ta nên nạp dư một
ít so với lượng dó để tạo tấm đệm tránh việc bi nghiền rơi trực tiếp lên bề mặt tấm lót.
Ví dụ nếu nạp bi đạn đến 50% thể tích thùng thì có thể tích lỗ trống khoảng 20%, vì
vậy lượng vật liệu ít nhất ta nạp vào phải chiếm 20% thể tích thùng nghiền. Tuy nhiên để
tạo tác dụng đệm ta nạp lượng bằng 25% thể tích thùng nghiền.
Vậy tổng thể tích của bi và vật liệu nghiền chiếm 30% + 25% = 55% thể tích thùng.
Để bi nghiền chiếm hơn ½ thể tích thùng nghiền cần tỷ số chất tải (bi nghiền và vật
liệu cần nghiền) như sau:
• 700 ÷ 800 kg/m
3
đối với bi nghiền có khối lượng riêng thấp.
• 800 ÷ 900 kg/m
3
đối với bi nghiền có khối lượng riêng trung bình.
• 1000 ÷ 1100 kg/m
3
đối với bi nghiền có khối lượng riêng cao.
Vậy ta sẽ nạp một lượng vật liệu có thể tích thực bằng 25% thể tích thùng nghiền
thời gian nghiền
vận tốc quay
t
min
n
Bđ1-thời gian nghiền và vận tốc quay
20
Chương 4: Tính toán thiết kế máy nghiền bi gián đoạn
Chương IV: