Luận văn Nghiên cứu chế tạo đĩa nghiền nhằm nâng cao hiệu quả nghiền bột tre nứa trong sản xuất giấy

c đƣa vào ống dẫn phía tƣờng sau khoang máy và đƣợc rẽ nhánh làm hai hƣớng : một hƣớng dẫn đến vùng nghiền thứ nhất, hƣớng thứ hai qua các lỗ trong rotor đến vùng nghiền thứ hai, tiếp theo cả hai luồng vật liệu đƣợc hợp lại với nhau và Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 54 đƣợc đƣa ra khỏi khoang nghiền bằng ống trên hoặc ống dƣới đi theo một luồng hỗn hợp đã đƣợc nghiền đi qua các vùng nghiền một cách tuần tự; đầu tiên nó đƣợc đƣa vào một trong các ống dẫn vào và đƣợc lấy ra ở một ống khác, khi đó các ống dẫn ra trong khoang nghiền và các lỗ trong rotor phải đƣợc bịt lại. Phƣơng pháp truyền vật liệu theo cách thứ nhất hay đƣợc dùng hơn, vì khi bảo dƣỡng máy nghiền (thay cơ cấu nghiền hoặc các thao tác khác) không cần phải tháo các ống dẫn ra. Phƣơng pháp thứ hai đƣợc coi nhƣ là một giải pháp thay thế. Nó tạo Hình 5.7 . Sơ đồ truyền vật liệu nghiền trong máy nghiền hai đĩa: a, Sơ đồ ống đơn hai chiều; b) sơ đồ ống kép hai chiều; c) sơ đồ một chiều; 1- đầu vào; 2, đầu ra. điều kiện tốt nhất để đƣa vật liệu vào bằng hai luồng song song và có năng suất vận hành cao hơn, tuy nhiên nó làm theo hệ thống ống dẫn phức tạo thêm. Phƣơng pháp thứ ba có thể sử dụng trong trƣờng hợp không cần năng suất cao, nhƣng lại cần tăng lƣợng nghiền hỗn hợp, khi đó năng suất giảm đi 40-50%. Khe hở trong các vùng nghiền đƣợc điều chỉnh bằng cơ cấu ép đặt trong nắp và đĩa stator dịch chuyển đƣợc theo trục. Cân bằng các khe hở trong cả hai vùng nghiền đƣợc tiến hành bằng cách dịch chuyển rotor (dƣới tác động độ lệch áp suất hỗn hợp nghiền và lực nén danh định) cho tới khi lực tải trục tổng của cả hai phía đƣợc cân bằng. Các loại máy nghiền kép Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 55 kích thƣớc 00, 0 và 2 vì mặt cấu trúc hoàn toàn nhƣ máy nghiền loại 1 nhƣ đã mô tả ở trên, chỉ khác nhau về kích thƣớc hình học. Đối với máy nghiền kép loại 3 có sự khác nhau về cấu trúc so với các loại đã kể trên. Không gian kín cách ly của khoang nghiền loại máy này (xem hình 5.8) đƣợc tạo ra bởi hai lớp vỏ - vỏ động và vỏ cố định. Các lớp vỏ đều có khớp nối trên mặt phẳng dọc. Chúng đƣợc nối với nhau bằng các bulông và đƣợc đặt trong thân máy, ngoài ra việc lấy tâm tƣơng hỗ đƣợc tiến hành bởi mặt phẳng định hƣớng của thân máy. Vỏ động sau khi đƣợc tách ra, có thể tháo ra đƣợc để cho phép tiến hành thay thế hoặc xem xét cơ cấu nghiền. Rotor của máy nghiền cũng chuyển động theo hƣớng của trục (rotor loại tùy động) Các đầu ra từ các vỏ đƣợc chèn khít bởi các vòng găng. Hình 5.8. Máy nghiền đĩa kép kiểu kích thƣớc 3 có đĩa đặt ở giữa. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 56 1. Đế máy; 2- phần phụ thủy lực; 3- thân động; 4- stator động; 5- cơ cấu nghiền; 6- dao; 7- thân cố định; 8; rotor. Loại máy nghiền này có hai ống nối để đƣa vật liệu vào các vùng nghiền bằng các đƣờng riêng. Còn từ khoang nghiền hỗn hợp đƣợc đƣa ra qua một ống. Trong quá trình làm việc stator ở vị trí cân bằng dƣới tác động của các lực trục ở các vùng nghiền và lực của ba ống thủy lực hình trụ của cơ cấu ép. Áp suất của dầu xác định lực nén ở trong các ống thủy lực hình trụ, áp suất này đƣợc đặt bằng tay trên bảng điều khiển và đƣợc duy trì ổn định. Trong trƣờng hợp khoang nghiền bị hỏng hóc hay có sự thay đổi của khối lƣợng vật liệu đi qua máy nghiền, nhờ sự thay đổi khe hở ở các vùng nghiền stator sẽ tự động trở về trạng thái cân bằng dƣới tác động ổn định của hệ thống ép thủy lực. Sự va chạm tự do không mong muốn của các đĩa trong trƣờng hợp không có vật liệu nghiền đƣa vào, đƣợc loại trừ nhờ các rơle áp suất có các bộ cảm biến đƣợc đặt trên các ống dẫn vào. Khi không có vật liệu đƣa vào hay trong trƣờng hợp áp suất hạ xuống ở đầu vào nhỏ hơn ngƣỡng đã đặt, rơle sẽ ngắt động cơ truyền dẫn và stator đƣợc tách ra bởi hệ thống thủy lực hình trụ. Động cơ điện nối với rotor qua khớp nối trục đặc biệt và cho phép dịch chuyển rotor theo hƣớng trục của nó. Đối với khớp nối trục (so sánh với khớp nối răng) tải theo trục truyền tới trục của động cơ sẽ nhỏ hơn. Ƣu điểm nữa của máy nghiền này là các đĩa không nằm theo kiểu giá đỡ, điều này là cần thiết trong trƣờng hợp vật liệu nghiền bị quay nhanh. Tuy nhiên cấu trúc của loại máy này có một loạt những yếu điểm sau: Cũng nhƣ đối với tất cả các loại máy nghiền có vị trí đĩa ở giữa, rất khó khăn trong việc thay thế nó; cấu trúc phức tạp và sản xuất không theo quy trình công nghệ; có nhiều hạn chế trong việc thay đổi các sơ đồ truyền vật liệu nghiền; cần phải sử dụng ống dẫn mềm hay thiết bị bù trừ để đƣa vật liệu nghiền vào khoang của vỏ không di động đƣợc. Vì thế ngƣời ta đã thiết kế ra những cấu trúc mới của máy nghiền kép loại 3 và 4, những loại máy nghiền này có tất cả những ƣu việt của máy nghiền kép đã xem xét ở trên. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 Do tần số quay rotor của các máy nghiền kép không lớn (500-600 vòng/phút), nên đĩa rotor của các máy nghiền này khi làm việc sẽ đƣợc ép chặt giữa hai mặt phẳng (ép qua hỗn hợp nghiền), nên đĩa dạng thanh đỡ có thể đáp ứng đƣợc thậm chí cả trong trƣờng hợp rotor là loại tùy động. Cấu trúc của các loại máy nghiền kép loại 3 và 4 có đĩa quay đặt theo kiểu thanh đỡ đƣợc mô tả trong hình 5.9. Những loại máy nghiền này cũng nhƣ những loại máy nghiền kép loại 1 có thân máy đƣợc đúc bằng gang, phần phía trƣớc có hình dạng vòm, phía trong đƣợc lót vật liệu thép không gỉ. Phần lõm vào cùng với nắp đậy phía sau tạo thành không gian kín đƣợc cách ly của khoang nghiền. Ở mặt sau phía trong của khoang nghiền có đĩa stator cố định, nhƣng dịch chuyển đƣợc theo hƣớng trục. Đĩa này đƣợc đặt trên ba thanh đỡ có rãnh để bắt ba vít xoắn nằm trong thân máy. Cơ cấu tỳ đặt ở phần sau thân máy sẽ quay một trong những cơ cấu vít tải, bánh răng của cơ cấu này nhờ trục trung tâm sẽ quay hai cơ cấu vít xoắn còn lại. Rotor của máy nghiền nằm trong thân máy đƣợc đặt trên các gối đỡ chặn chúng chuyển động đƣợc theo hƣớng trục. Đầu ra trục của máy nghiền nối từ khoang nghiền đƣợc bọc kín bằng các vòng găng. Máy nghiền có các ống dẫn vật liệu vào và ra với ba sơ đồ truyền vật liệu nghiền nhƣ đã xem xét ở trên. Các máy nghiền loại kép cấu trúc mới có nhiều tính năng ƣu việt hơn những máy nghiền kép loại 3. Những tính năng đó là: phần kim loại ít đi, quy trình công nghệ chế tạo tốt hơn, ứng dụng hệ thống ép cơ - điện tin cậy hơn và đơn giản hơn trong quá trình vận hành; thay cơ cấu nghiền dễ dàng hơn; các kích thƣớc hình học đƣợc giảm đi, tiếng ồn của máy nghiền đƣợc giảm xuống do việc tách rời stator khỏi vách sau và việc thiết kế nắp đậy có ngăn kép; việc sửa chữa đƣợc dễ dàng hơn (thay ổ đỡ, thay khớp nối...); việc thay vật liệu bôi trơn consysten bằng dầu nhờn cho phép các ổ đỡ làm việc tốt hơn; chỉ cần dùng một vòng găng thay cho việc dùng hai vòng găng. Các máy nghiền kép loại 5 chỉ đƣợc sử dụng trong các dây chuyền sản xuất bột gỗ từ dăm gỗ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 58 Hình 5.9. Máy nghiền kép loại 3 và 4 có đĩa kiểu thanh đỡ 1- thân máy; 2- rotor; 3- cơ cấu ép; 4- cơ cấu nghiền; 5- khớp nối. Máy nghiền loại 5 (xem hình 5.10) hiện tại đang đƣợc chế tạo. Chúng sẽ có vị trí trung gian của đĩa quay (nằm giữa các trục đỡ đế xoay của trục) và đƣợc trang bị hai hệ thống ép cơ- điện, cho phép dịch chuyển cả hai đĩa stator và thiết lập các khe hở cần thiết ở các vùng nghiền của mình. Đƣa vật liệu vào các vùng nghiền đƣợc tiến hành bởi các vít tải đặt trên trục của máy nghiền từ hai phía của đĩa quay. Xả hơi từ các vùng nghiền ra đƣợc thực hiện bằng các ống dẫn riêng biệt. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 59 Hình 5.10. Máy nghiền kép loại 3 và 4 có đĩa kiểu thanh đỡ 1- ổ đỡ rotor; 2, 14- bộ cấp; 3, 11- nửa thân; 4, 13- đầu ra ống nối hơi; 5, 12- ống dẫn hơi; 6,10- stator; 7,9- cơ cấu nghiền; 8- đĩa rotor; 16- khớp nối; 17, 19- cặp vít tải; 18- cửa xả 5.1.3 Truyền động điện và hệ thống điều khiển Các động cơ điện không đồng bộ với điện áp nguồn nuôi 380V, 500V, 600V đƣợc sử dụng để quay các máy nghiền đĩa công suất dƣới 200 kW. Cũng có thể sử dụng các động cơ điện không đồng bộ 160 và 200 kW, với nguồn nuôi là 6.000V. Để truyền dẫn các máy nghiền đĩa công suất 250 kW và cao hơn, về nguyên tắc ngƣời ta sử dụng các động cơ điện đồng bộ kiểu kín, điện áp 6.000V. Khi động cơ công suất đến 1.000 kW và lớn hơn, ngƣời ta dùng điện áp nguồn nuôi là 6.000V và 10.000V. Các thiết bị kích từ loại tiristor đƣợc dùng để kích từ các động cơ đồng bộ. Các động cơ điện đồng bộ kiểu kín đƣợc thiết kế riêng cho các máy nghiền đĩa. Những động cơ này có hệ thống thông gió kiểu kín dùng hệ thống làm mát bên trong, không khí mát từ bên ngoài đƣợc thổi vào trong động cơ. Điều này cho phép lắp đặt các máy nghiền đĩa ở những nơi môi trƣờng độc hại và đảm bảo vận hành tin cậy lâu dài. Các động cơ điện đồng bộ kiểu kín có các bộ cảm biến nhiệt độ của nƣớc và môi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 60 trƣờng xung quanh; còn đối với các loại động cơ công suất 10.000 kW trở lên còn có thêm các bộ cảm biến nhiệt độ của các đế xoay, vỏ sắt và cuộn dây cáp pha của stator. Các ống dẫn nƣớc làm mát cho động cơ có thiết bị điều khiển nhiệt độ dùng để duy trì chế độ nhiệt không đổi cho động cơ và tự động đóng nƣớc lại khi động cơ dừng. Các máy nghiền có các hệ thống điều khiển tự động hoặc bằng tay. Hệ thống điều khiển tự động có tất cả các khối tƣơng tự nhƣ hệ thống điều khiển bằng tay, nhƣng sự khác biệt là: Trong tủ điều khiển bằng tay có lắp đặt các môđun khởi động theo chƣơng trình và ép tự động. Môđun khởi động theo chƣơng trình cho phép tự động bật và tắt các cơ cấu của máy nghiền theo một chƣơng trình đặt trƣớc do ngƣời vận hành hoặc do máy tính. Môđun ép tự động cho phép thực hiện quá trình ép (hoặc ngắt ra của các đĩa quay phụ thuộc vào công suất của động cơ truyền dẫn máy nghiền và tự động duy trì công suất cho trƣớc). Trong thời gian làm việc, hệ thống điều khiển tự động tiến hành kiểm tra chế độ làm việc danh định của tất cả các cơ cấu và thiết bị của máy nghiền, tiến hành cảnh báo trƣớc hay tắt máy nghiền hoặc trong trƣờng hợp vận hành có sai sót 5.2. Đặc tính công nghệ của máy nghiền đĩa Nghiền vật liệu xơ sợi trong các máy nghiền đĩa đƣợc thực hiện giữa các dao, đặt trên bề mặt sƣờn của các đĩa. Bột đƣợc truyền tới tâm của đĩa đầu tiên, chạy dọc theo các lƣỡi dao nghiền qua lỗ trung tâm, đƣợc nghiền và bởi lực ly tâm, văng ra vùng ngoại biên. Bột đi ra khỏi máy nghiền qua cửa ra. Áp lực trên bề mặt nghiền đƣợc điều chỉnh bởi sự dịch chuyển dọc trục của các đĩa. Ngoài máy nghiền một đĩa, với một đĩa quay và một đĩa cố định, còn có máy nghiền hai đĩa và nhiều đĩa. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 61 Hình 5.11. Máy tinh chế Suterlenda có một đĩa quay và một đĩa cố định. 1. Nhận bột tới tâm đĩa quay, 2. vỏ; 3. đĩa cố định có các dao nghiền; 4. đĩa quay có các dao nghiền; 5. khỏang trống để nghiền bột; 6. khớp nối trục quay của đĩa 7 với trục động cơ 8; 9. Cơ cấu thủy lực để điều chỉnh khỏang cách giữa các dao nghiền; 10. đầu ra của bột nghiền. Máy nghiền hai đĩa có một đĩa quay và một đĩa cố định, hoặc hai đĩa quay về các hƣớng ngƣợc chiều nhau. Máy nghiền ba đĩa bình thƣờng có hai đĩa cố định và một đĩa quay. Vận tốc của đĩa quay máy nghiền ở trong khoảng 200- 900 v/ph và lớn hơn. Trên sơ đồ thiết bị rất đơn giản và tƣơng đối phổ biến là máy nghiền đĩa Suterlenda (Hình 5.11). Bột xơ sợi nồng độ 3- 8 % đƣợc đƣa qua ống nối 1 và theo ống cố định trung tâm qua cửa trung tâm của đĩa cố định 3 có các dao nghiền tới đĩa quay 4 cũng với các dao. Đĩa đƣợc truyền chuyển động quay từ động cơ qua khớp nối 6, trục nối 7 cùng với động cơ 8. Khe hở giữa các dao nghiền của các đĩa cố định và các đĩa quay đƣợc điều chỉnh bởi cơ cấu thủy lực 9, cho phép dịch chuyển đĩa cố định theo trục nằm ngang trong phạm vi yêu cầu. Khi rơi trong vùng tác động của các dao nghiền, bột có tốc độ tăng dƣới tác dụng của lực ly tâm, góp phần để nó lọt qua giữa các dao nghiền tới đƣờng bao ngoài của đĩa. Ở đây, tại khe hở vòng tròn, bột đƣợc gom lại và đi ra khỏi máy nghiền qua một ống riêng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 62 Máy tinh chế Syterlenđa dùng để nghiền, nghiền nhỏ và tinh chế bột xơ khi sản xuất các dạng giấy khác nhau- từ giấy gói, giấy các tông ... Hình 5.12. Máy tinh chế hai đĩa Bauera. 1.đĩa quay ngƣợc chiều; 2. vỏ; 3. cửa nhập bột; 4. bề mặt nghiền gợn trên bề mặt đĩa làm việc; 5. đầu ra bột. Một vài chú ý đƣợc đƣa ra trên máy tinh chế hai đĩa Bauera (hình 5.12). Cả hai đĩa của máy xoay theo các hƣớng ngƣợc nhau. Đĩa 1 di chuyển theo vỏ kín 2. Bột đƣợc nhận qua ống nối 3 và đi qua vùng làm việc có bề mặt gợn 4 (cùng với các dao thông thƣờng), dƣới áp lực phụ phát sinh, đi ra ống nhánh của đĩa 5. Tiếp theo, bột rơi xuống qua ống (không nhìn thấy trên hình vẽ). Trong vùng làm việc của máy, bề mặt nghiền của đĩa đƣợc chế tạo dƣới dạng các mảnh. Chúng dƣợc phân bố cùng với sự giảm giật cấp của các khe hở giữa chúng. Điều đó dẫn đến tăng hiệu suất thiết bị và cho phép nghiền các bó lớn các chất xơ sợi. Máy nghiền Bauer dùng để nghiền dăm gỗ và bột thô. Chúng đƣợc sử dụng rộng rãi khi sản xuất ván gỗ ép và khi gia công đầu vào phân loại xenlulo và bán xenlulo. Trong các trƣờng hợp này, năng suất nghiền bột của chúng có thể đạt tới 60- 70 t/ ngày đêm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 63 Các đặc tính công nghệ cơ bản của các máy nghiền đĩa cũng nhƣ các máy nghiền côn bao gồm các chỉ số: vận tốc góc đĩa quay; chiều dài chạy, bề mặt nghiền; hệ số nghiền; năng suất và tiêu hao năng lƣợng trong quá trình. Tất cả các chỉ số này có thể đƣợc tính toán với cùng công thức nhƣ khi tính toán máy nghiền côn. Tiêu hao năng lƣợng, mà sau đó là công suất yêu cầu để cho máy nghiền đĩa làm việc có thể đƣợc tính theo công thức, suy ra từ các định luật cơ học cơ bản. Nhƣ ta đã biết: 102 M N  , kW. (5.1) Ở đây, M- momen xoắn của đĩa quay đƣờng kính r; ω- Vận tốc góc của đĩa. Momen xoắn: 5 5 2 rC g M F   thay:    g ta có: 5 5 2 rCM F , (5.2) Ở đây: γ: khối lƣợng riêng của máy, g: 9,81 m/s 2 . CF: Hệ số ma sát của đĩa quay, r: đƣờng kính của đĩa quay, ρ: chỉ số riêng, ω: tốc độ quay của đĩa. Thay thế giá trị M vào công thức xác định đƣợc N: 102102 53rCM N F   , kW (5.3) Từ phƣơng trình này ta thấy rằng độ lớn của công suất yêu cầu tăng nhanh theo mũ số 3 đối với tốc độ quay của đĩa nghiền và bậc 5 đối với đƣờng kính của nó. Do đó, các máy nghiền có lợi nhất là các máy nghiền có đƣờng kính đĩa quay nhỏ nhất, khi tốc độ góc nhƣ nhau. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 64 Theo các số liệu của J. Kord, Z. Libnar và U. Prokov, các máy nghiền với tốc độ góc 30 m/s và năng suất 50t bột/ ngày đêm, có các đĩa đƣờng kính đĩa nhỏ, quay với vận tốc 3.000 v/ph, tiêu hao công suất 30 kW, trong cùng thời gian nhƣ thế, năng suất của máy nghiền có cùng vận tốc góc, đƣờng kính đĩa lớn, quay với vận tốc 1.500 v/ ph, tiêu thụ công suất 75 kW. CHƢƠNG VI. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐĨA NGHIỀN 6.1. Các đặc điểm cấu tạo và phạm vi sử dụng. Đĩa nghiền là chi tiết chính của máy nghiền, nó tác động trực tiếp lên vật liệu sợi trong quá trình gia công. Bề mặt làm việc của đĩa nghiền đƣợc đặc trƣng bởi số lƣợng và kích thƣớc của các dao và rãnh, và sự phân bố của rãnh trên bề mặt. Cùng với tốc độ quay của đĩa rotor và công suất tiêu thụ, các tham số của đĩa nghiền quyết định chất lƣợng của hỗn hợp nghiền, khả năng cho qua của máy nghiền và những chỉ số kinh tế kỹ thuật khác. Trên thị trƣờng thế giới có rất nhiều loại đĩa nghiền, chúng đƣợc phân biệt bởi sự khác nhau cấu trúc bề mặt làm việc. Mặc dù đã có nhiều kinh nghiệm thiết kế, chế tạo khác nhau trên thế giới, nhƣng việc lựa chọn đĩa nghiền tối ƣu cho một quy trình công nghệ cụ thể vẫn phải Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 65 tiến hành bằng phƣơng pháp thực nghiệm. Khi nghiền hỗn hợp có mật độ thấp thì số lƣợng và độ dài của các dao trên bề mặt làm việc của cơ cầu nghiền có ý nghĩa quyết định; khi tốc độ quay đƣợc đặt trƣớc, thì những tham số này xác định độ dài cắt theo thời gian từng giây của máy nghiền. Theo quan điểm độ dài cắt có thể chia thành ba dạng đĩa nghiền: độ dài cắt cực đại, trung bình, nhỏ nhất. Loại đĩa nghiền thứ nhất cắt độ dài, loại ba - làm ngắn đi, còn loại hai - tác động cả hai thứ. Đĩa nghiền loại hai phù hợp với hầu hết các dạng nghiền. Trong các trƣờng hợp cần tăng tác động cắt của cơ cấu nghiền, ngƣời ta sẽ tăng tải của máy nghiền (tức là giảm khe hở trong vùng nghiền). Còn khi không cần tăng tác động cắt, cần phải giảm tải (thì phải tăng khe hở lên). Chỉ trong trƣờng hợp không thể đạt đƣợc những kết quả mong muốn khi điều chỉnh thì mới chọn loại đĩa nghiền khác. Trên hình 6.1 là các sơ đồ đặc trƣng lắp đặt các dao cắt trên bề mặt làm việc của Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 66 Hình 6.1. Đĩa nghiền của máy nghiền đĩa a- Đĩa nguyên khối; б- đĩa nghiền dăm gỗ mật độ cao; в- hƣớng tâm; г- các dao nằm song song và có các điểm nối; д- hình cái dùi; e- hình hƣớng tâm với các điểm nối hình xoắn; ж- các dao nằm song song và có khe phân cách; з- hình hƣớng tâm có các điểm nối để nghiền sơ bộ. đĩa nghiền. Thông số kỹ thuật của các đĩa nghiền cơ bản dùng trong các loại máy nghiền Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 67 khác nhau đƣợc giới thiệu trong bảng 6.1 Bảng 6.1. Thông số kỹ thuật của các loại đĩa nghiền. Loại máy nghiền Ký hiệu đĩa nghiền Chiều rộng dao (mm) Chiều rộng rãnh (mm) Có vách ngăn Độ dài cắt sau 1 vòng (km) Số lƣợng mảnh dao trong đĩa (cái) 00 МДС-00.00.002 3 3 - 0.96 1 (МДС-00.00.004) МДС-00.00.002-01 (МДС-00.00.004-01) 4 4 - 0.56 1 0 P-500.001 3 4 + 2.46 4 (P-500.002) 3 4 + 2.46 4 P-500.005 4 5 + 1.2 4 1 P-630.002 3 4.5 + 5.9 6 (P-630.004) 3 4.5 + 5.9 6 P-630.007 4 6.3 + 2.0 6 2 P-800.003 3 4 + 7.1 6 P-800.011 3 5 - 9.6 6 (P-800.012) 3 5 - 9.6 6 Д-800.001 3 8 + 1.9 6 3 P-1000.002 3 5 + 18.0 8 P-1000.013 2.5 5.2 - 19.0 8 P-1000.014 2.5 5.2 - 19.0 8 МД-56.01.005 Y1 3 8 + 4.0 8 Ghi chú: Số liệu trong ngoặc đơn là loại đĩa nghiền dùng cho vùng số hai của các máy nghiền hai đĩa. Đĩa nghiền các máy nghiền đĩa loại 1 dùng để nghiền hỗn hợp mật độ thấp, theo số lƣợng các dao cắt, gần giống với đĩa nghiền loại 2. Nó có 3 vùng (trƣờng hợp 2 vùng hiếm hơn) là Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 68 vùng đƣa vào, vùng giữa và vùng ngoại vi. Vùng đƣa vào dùng để tạo ra luồng hỗn hợp nghiền và không có tác động lên kết quả nghiền. Vùng giữa có các dao cắt to và phân bố thƣa hơn vùng ngoại vi. Kinh nghiệm sử dụng các đĩa nghiền cho thấy rằng theo quan điểm hiệu suất và thời hạn hỏng hóc bề mặt nghiền, thì cách sắp xếp dao cắt trên hình 6.1-g và d là hiệu quả hơn là hình 6.1-v. Dao cắt và các rãnh của đĩa nghiền này có mặt cắt nhƣ nhau dọc theo bán kính, vì thế hỏng hóc tại chỗ do tính không bằng phẳng của mặt cắt dao về nguyên tắc sẽ không xuất hiện. Để tăng cƣờng độ nghiền bằng cách tăng quãng đƣờng chuyển động của vật liệu sợi ở khe hở làm việc, ngƣời ta sử dụng cơ cấu nghiền có các vách ngăn ở các rãnh giữa dao cắt, những vách ngăn này cản trở chuyển động trƣợt của hỗn hợp nghiền theo các rãnh và đƣa hỗn hợp đến vùng nghiền. Ngƣời ta đặt vách ngăn với mục đích loại trừ sự bào mòn không đồng đều của bề mặt, về nguyên tắc chúng đƣợc đặt theo hình xoắn. Trong trƣờng hợp không có vách ngăn ở các khe tiếp giáp dao cắt, ngƣời ta chia bề mặt làm việc của cơ cấu nghiền bằng rãnh vòng tròn đặt cách đĩa ngoại vị một khoảng từ 70-100mm. Rãnh ngăn nhƣ vậy thay đổi diện tích tiết diện dọc của vùng làm việc chính và dẫn đến việc phân bố tốc độ của luồng hỗn hợp nghiền. Điều này hỗ trợ cho việc tăng tác động của các dao cắt lên vật liệu sợi, những dao cắt này đƣợc phân bố trên đĩa ngoại vi. Để nghiền những vật liệu thô trong trƣờng hợp mật độ thấp và khi máy nghiền hoạt động với hiệu suất thấp, ngƣời ta khuyến cáo rằng nên dùng cơ cấu nghiền có các mấu nối trong các rãnh (hình 6.1-e và g). Cơ cấu nghiền đó đƣợc sử dụng khi nghiền sơ bộ xenlulo và các bán thành phẩm gỗ đầu ra cao, nhƣng khi đó quá trình nghiền đƣợc thực hiện với các khe hở lớn. Để nghiền dăm gỗ và các hỗn hợp gỗ ở mật độ cao, ngƣời ta sử dụng cơ cấu nghiền có ít nhất là ba vùng nghiền, điều này cho phép gia công vật liệu một cách tuần tự cắt ra thành những khúc sau đó cắt thành thớ, tiếp theo là gia công các thớ. Khi so sánh với cơ cấu nghiền dùng cho mật độ thấp, cơ cấu nghiền này (hình 6.1.b) có một vùng phẳng và hẹp ở khu vực ngoại vi. Các phần khác có hình nón, ở vùng giữa góc của hình nón là 1-20 độ còn phần đƣa vào thì có góc từ 5-150. Vùng vào nghiền đƣợc thiết kế rộng hơn với mục đích Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 69 tăng khả năng truyền tải của máy nghiền. Ở các rãnh của cơ cấu nghiền tại các vùng giữa và vùng ngoại vị ngƣời ta đặt các vách ngăn với chiều cao tăng dần đến chiều cao của các dao cắt. Để nghiền sơ bộ các loại vật liệu bán xenlulo và vỏ bào đã qua hấp dùng để sản xuất các tấm sợi gỗ (nghiền công đoạn 1), ngƣời ta sử dụng cơ cấu nghiền (xem hình 6.1-d) có các dao cắt cao với số lƣợng không nhiều, các mấu nối và vùng vào nghiền rộng. Ít khi ngƣời ta sử dụng cơ cấu nghiền loại hình dùi (hình 6.1-đ) cho những mục đích này. Trong các máy nghiền của Nga ngƣời ta sử dụng cơ cấu nghiền chủ yếu là có dạng các góc quạt riêng biệt, chúng đƣợc tạo ra bằng các phƣơng pháp đúc định hình. Chỉ có đối với các máy nghiền nhỏ nhất (loại kích thƣớc 00, 0) cơ cấu nghiền đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp cắt gọt cơ khí (cơ cấu cắt gọt, hình 6.1-a) ở dạng các đĩa nguyên vẹn. Đĩa nghiền đƣợc gia công tiếp bằng cơ khí và sau đó nhiệt luyện, còn các thành phần của đĩa nghiền đặt trên rotor của máy sẽ đƣợc cân bằng động. Phụ thuộc vào yêu cầu chống gỉ, cơ cấu nghiền loại đúc đƣợc làm từ loại thép đặc biệt 40X-17H-2M có mạ crôm, niken và môlipđen, hoặc là làm từ thép 95X18. Độ cứng của khuôn đúc là 400-500HB. Đĩa loại cắt gọt đƣợc làm từ các loại thép 12X18H9TЛ với độ cứng là 220-300HB. Độ dày của đĩa loại cơ cấu nghiền này lớn hơn đáng kể độ dày các góc quạt của cơ cấu nghiền loại đúc. Điều này cho phép bằng phƣơng pháp gia công cơ khí có thể cắt gọt mặt phẳng làm việc của nó nhiều lần (3-4 lần). Do độ cứng của bề mặt cơ cấu nghiền loại cắt gọt thấp, nên độ bền của nó sẽ nhỏ hơn cơ cấu nghiền loại đúc . 6.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng cấu tạo đĩa nghiền đến chất lƣợng bột nghiền. 6.2.1. Cấu tạo đĩa nghiền Các dao nghiền đƣợc chế tạo riêng, thông thƣờng là 6 miếng, rồi đƣợc gắn vào đĩa đỡ bằng vít hoặc bu lông - đai ốc, khi đó đĩa đỡ chế tạo bằng thép thƣờng hoặc gang, còn dao nghiền làm từ các vật liệu khác nhau nhƣ thép hợp kim, đá ba-zan, gang chịu mài mòn…nhằm nâng cao tuổi thọ cho dao và kéo dài chu kỳ thay dao. Khi dao mòn chỉ cần thay thế dao mới trên đĩa đỡ. (Xem hình 6.2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 70 Hình 6.2 Kết Cấu dao nghiền máy nghiền đĩa. 1. đĩa cố định, 2. dao, 3. đĩa quay, 4. dao dạng miếng lắp, 5. vùng nghiền, 6. Vùng đưa bột vào, 7. Vách chắn, 8. Răng xé, 9 vách ngang, 10. Thanh phía trong, 11. rãnh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 71 6.2.2. Ảnh hƣởng cấu tạo dao nghiền tới chất lƣợng bột. 6.2.2.1. Ảnh hƣởng dạng profin của dao nghiền tới chất lƣợng bột. Dạng hình bề mặt đĩa nghiền (thông thƣờng gọi là dao nghiền) của máy nghiền có vai trò quyết định tới chất lƣợng và các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật nghiền của bột giấy. Hiện nay để nghiền các loại bột giấy khác nhau có rất nhiều hình dạng dao nghiền. Cách thức bố trí và profin của dao thƣờng đƣợc sử dụng chỉ ra ở hình 6.3. Việc lựa chọn profin dao nghiền dựa trên cơ sở lý thuyết và động học quá trình nghiền, kinh nghiệm sử dụng chúng, phụ thuộc vào chủng loại bột nghiền, phƣơng pháp nghiền bột và yêu cầu chất lƣợng bột sau nghiền. Theo cơ chế động học quá trình nghiền bột thì bột đƣợc nghiền khi bề mặt dao bay chuyển động trên bề mặt dao đế. Bột bị cắt, phân tơ chổi hóa, thủy hóa trong nƣớc dƣới áp lực dao bay lên dao đế. Do vậy, nếu profin theo kiểu I thì diện tích bề mặt lƣỡi dao nhỏ mà áp suất nghiền đƣợc tính theo công thức: P = S Png Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 72 Nhƣ vậy cùng một áp lực nghiền nhƣng áp suất nghiền riêng của lƣỡi dao lên xơ sợi sẽ rất lớn. Nhƣ vậy profin theo dạng một sẽ chủ yếu cắt ngắn xơ sợi, ít phân tơ chổi hóa. Do đó chỉ đƣợc áp dụng cho quá trình nghiền ƣu tiên cắt ngắn xơ sợi. Ngƣợc lại với các kiểu profin dao nghiền II và III thì diện tích bề mặt dao nghiền tăng lên làm áp suất nghiền giảm đi do vậy xơ sợi ít bị cắt ngắn và quá trình chủ yếu diễn ra chủ yếu là phân tơ, chổi hóa và trƣơng nở của bột giấy trong nƣớc. Ngoài ra, hình dạng profin của dao nghiền còn quyết định đến khả năng cắt ngắn xơ sợi. Với kiểu một chiều dày lƣỡi dao rất nhỏ từ đó rất sắc và dễ dàng cắt ngắn xơ sợi hơn so với các kiểu còn lại. Với dạng profin kiểu II cạnh dao rất tù ít cắt ngắn xơ sợi. Chiều dày lƣỡi dao còn quyết định tuổi thọ và vật liệu chế tạo của dao nghiền: Kiểu l vật liệu chế tạo dao nghiền phải đáp ứng có độ chịu mài mòn tốt để tăng thời gian sử dụng dao nghiền nhƣng kiểu II và III ít mài mòn hơn và thời gian sử dụng lâu hơn nhƣng áp suất nghiền (áp suất dao bay lên dao đế thấp hơn với cùng một áp suất nghiền) và có thể sử dụng vật liệu kém hơn. Như vậy, dạng profin của dao quyết định tính chất của dao nghiền, phương pháp nghiền và tính chất bột nghiền. Đặc trưng của mỗi loại dao được chỉ ra dưới đây: Kiểu I: chiều dày lưỡi dao nhỏ và cạnh dao sắc: khi nghiền áp lực nghiền cao, ưu tiên cắt xơ sợi ít phân tơ chổi hóa, vật liệu chế tạo dao yêu cầu khắt khe và thời gian sử dụng ngắn. Kiểu II: chiều dày lưỡi dao trung bình và cạnh dao tù: khi nghiền áp lực nghiền trung bình, ưu tiên phân tơ chổi hóa cắt ngắn xơ sợi rất ít vì cạnh dao tù, vật liệu chế tạo dao nghiền không đòi hỏi khắt khe.Thường sử dụng một số vật liệu như thép hợp kim, đá ba-zan, gang chịu mài mòn… Kiểu III: chiều dày lưỡi dao lớn và cạnh dao sắc: khi nghiền áp lực nghiền thấp, ưu tiên phân tơ chổi hóa và cắt ngắn xơ sợi, vật liệu chế tạo dao nghiền không đòi hỏi khắt khe. Sử dụng một số vật liệu như thép hợp kim, đá ba-zan, gang chịu mài mòn… Với các loại dao trong quá trình sử dụng dao bị mài mòn và khi đó khả năng cắt ngắn xơ sợi giảm đi và cần được thay thế để không mất mục đích sử dụng của dao nghiền. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 73 6.2.2.2. Ảnh hƣởng các thông số cấu tạo của dao Khi tăng số lƣợng dao trên một đơn vị bề mặt đĩa hay diện tích dao nghiền tăng lên dẫn đến sản lƣợng nghiền tăng lên và tiêu hao điện năng sẽ giảm. Số lƣợng dao có thể tăng lên bằng cách: Giảm chiều dày dao: Nhƣng giảm chiều dày dao còn bị giới hạn bởi độ bền vật liệu và công nghệ chế tạo chúng. Với quan điểm độ bền vật liệu, chiều dày dao phụ thuộc vào vật liệu và công nghệ chế tạo, thông thƣờng chiều dày dao nghiền 3-5 mm. Thu hẹp khoảng cách giữa các lưỡi dao: Thu hẹp khoảng cách giữa các dao cũng có tới hạn của nó do trở lực trong dòng chuyển động của bột giấy quyết định. Trở lực này lại phụ thuộc vào tính chất, thành phần và nồng độ bột giấy. Trở lực trong bột giấy tăng lên khi nồng độ bột tăng và chiều dài trung bình xơ sợi lớn. Nghiên cứu quá trình thủy lực khi nghiền bột giấy ta nhận thấy, luôn có một phần bột nằm trong rãnh dao chuyển động xoáy tròn (hình 6.2) nếu nhƣ kích thƣớc rãnh và chiều sâu của lƣỡi dao không đủ lớn dòng huyền phù sẽ không chuyển động tạo vòng xoáy và không tạo đƣợc bó sợi cho quá trình nghiền tiếp theo, không chỉ vậy khi chuyển động xoáy nhƣ vậy các xơ sợi cọ sát với thành dao, lƣỡi dao và các xơ sợi với nhau, nhờ vậy mà xơ sợi đƣợc nghiền. Cũng từ hiện tƣợng này nhận thấy phần dao bị mòn nhiều nhất thƣờng cách cạnh dao 1 mm (điểm tiếp xúc của vòng xoáy với cạnh bên của dao). Để dòng bột có thể chuyển động đƣợc trong rãnh dao thì kích thƣớc rãnh và chiều sâu của rãnh dao phải phù hợp với điều kiện thủy lực và kích thƣớc này phụ thuộc vào độ dài xơ sợi nghiền và cả nồng độ bột nghiền. Nếu xơ sợi càng dài thì kích thƣớc rãnh càng lớn. Qua quá trình nghiên cứu và sản xuất chỉ ra rằng với quá trình nghiền bột từ 2 – 6 % các thông số của dao đƣợc chỉ ra ở bảng 6.2: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 74 Bảng 6.2. Thông số lƣỡi dao của máy nghiền đĩa với các loại xơ sợi STT Xơ sợi gỗ mềm Xơ sợi gỗ cứng Chiều dày của dao, mm 3.0 – 5.0 1.5 – 3.0 Chiều rộng của rãnh, mm 4.0 – 6.0 1.5 – 3.0 Độ sâu của rãnh, mm 5.0- 7.0 5.0 6.2.2.3. Ảnh hƣởng kết cấu dao nghiền và bố trí trên đĩa đỡ a) Bố trí dao nghiền trên 2 đĩa của máy nghiền Xem xét cơ chế nghiền bột giấy bằng máy nghiền đĩa, góc giữa các cạnh dao bay và dao đế làm thay đổi rất nhiều đến tính chất của xơ sợi khi nghiền. Do vậy kết cấu dao nghiền trên đĩa đỡ là một nhân tố làm tắc động đến cơ chế nghiền và tính chất bột nghiền. Ảnh hƣởng cụ thể của nhân tố này nhƣ sau: Hình 6.4. Tạo vòng xoáy bột trong rãnh dao Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 75 - Khi bố trí song song trên cả hai mặt đĩa (hình 6.1.a) (góc α= 00-100): trong quá trình nghiền diễn ra chủ yếu hiện tƣợng cắt và làm ngắn xơ sợi ở các cạnh dao tƣơng ứng với các áp lực nghiền và khe hở nhất định nào đó giữa các đĩa - Còn theo trƣờng hợp hình 6.1.c(góc α= 100-450) : thì quá trình nghiền diễn ra ở trạng thái trung gian so với 2 trƣờng hợp trên. - Trong trƣờng hợp dao sắp xếp nhƣ hình 6.1.b (góc α= 450-900): cũng với các điều kiện trên, thì quá trình chà xát, ép xơ sợi sẽ là chủ yếu. b) Bố trí dao nghiền trên mặt đĩa của máy nghiền Với quan điểm công nghệ chế tạo dao nghiền và kỹ thuật có thể bố trí kết hợp nhiều kiểu dao trên cùng một đĩa nghiền nhƣ vậy cùng một đĩa nghiền nhƣng thực hiện đƣợc nhiều mục đích nghiền (có đƣợc nhiều thông số góc nghiêng α). Các kiểu bố trí dao nghiền trên đĩa đƣợc chỉ ra ở hình 6.5 trong đó: - Kiểu bố trí dao theo hình II, III, VI, IX, và X thích hợp để nghiền mảnh và bán thành phẩm hiệu suất cao ở giai đoạn nghiền đầu tiên. - Kiểu bố trí dao theo hình I, IV, V, VII và VIII để nghiền bột và bán thành phẩm hiệu suất cao trong giai đoạn nghiền thứ hai của quá trình nghiền. Khi nghiền mảnh ở máy có dao nghiền bố trí theo kiểu II thì tiêu hao điện năng giảm so với kiểu bố trí III, song chất lƣợng bột giấy thì hoàn toàn ngƣợc lại. Điều đó đƣợc giải thích Hình 6.5 Các kiểu bố trí dao nghiền trên đĩa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 76 bởi quá trình nghiền phân đoạn diễn ra liên tiếp ở ba đoạn trên bề mặt đĩa (kiểu III) với tác động của dao cƣờng độ gần nhƣ nhau, còn kiểu II quá trình nghiền phân đoạn chỉ diễn ra ở đầu đoạn, sau đó xơ sợi đi vào các đoạn còn lại trên mặt đĩa với vận tốc cao hơn và chịu tác động va chạm nhiều hơn. Trên quan điểm bố trí đƣợc nhiều dao nghiền trên bề mặt đĩa, thì các kiểu III, V và I là hay hơn cả, bởi vì ở những bề mặt ấy các kích thƣớc rãnh (hay hốc giữa các dao), gần nhƣ cố định theo dọc bán kính đĩa. Còn ở các mặt đĩa khác, các rãnh có độ khuyếch tán không lớn, nên hệ số sử dụng bề mặt đĩa có phần kém hơn. Chính vì thế, khi nghiền nồng độ bột giấy 3%, đối với bột gỗ cứng kích thƣớc rãnh ít nhất có thể lấy gần bằng 2 mm, còn đối với bột gỗ mềm phải lấy rộng hơn hay bằng 4-6 mm. 6.3. Thiết kế chế tạo máy nghiền và đĩa nghiền bột tre nứa 6.3.1. Đặc điểm nguyên liệu bột tre nứa Xơ sợi bột tre, nứa là xơ sợi phi gỗ có kích thƣớc trung bình: Tre có độ dài xơ sợi trung bình là L = 2.70 mm, chiều rộng xơ sợi trung bình là D= 0.014 mm tỷ lệ dài/rộng R= 171. Còn Nứa cũng có các đặc điểm tƣơng tự: L= 2.30 mm, D= 0.013 mm, R= 173. Bảng 6.2 Kích thƣớc xơ sợi các loại bột giấy gỗ và phi gỗ Loại Bột Chiều dài (L) mm Chiều rộng (Đƣờng Kính: D) mm Tỷ lệ (R) Bột gỗ mềm 3.00 0.03 100 Bột Gỗ Cứng 1.00 0.016 62 Tre 2.70 0.014 193 Nứa 2.30 0.013 177 Bồ đề 1.47 0.033 45 Rơm dạ 1.50 0.009 167 Bạch đàn trắng 1.25 0.015 83 Lúa Mì 1.50 0.013 115 Bông 25 0.02 1250 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 77 Từ bảng 6.2 kích thƣớc xơ sợi thực vật ta nhận thấy xơ sợi tre nứa là loại xơ sợi dài (giống với xơ sợi từ gỗ lá kim hay gỗ mềm) vì thế khi chọn thiết bị nghiền và đĩa nghiền phải chú ý tới tính chất bột tre nứa thuộc loại bột xơ sợi dài. 6.3.2. Giải pháp thiết kế máy nghiền đĩa Với mục đích sử dụng để nghiền bột tre nứa trong dây truyền sản xuất giấy. Thì thiết bị nghiền đĩa đƣợc lựa chọn thiết kế là máy nghiền đĩa Kiểu 2 : Máy nghiền đĩa 2 buồng nghiền, máy có 3 đĩa nghiền, đĩa ở giữa quay, hai đĩa hai bên không quay. Ngoài những tính năng ƣu việt của máy nghiền đĩa nó còn là thiết bị nghiền đƣợc sử dụng phổ biến ở các nhà máy vì tính hiệu quả, dễ dàng sử dụng, tháo lắp, thay thế, sửa chữa, công suất và hiệu quả nghiền cao. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 78 Cấu tạo máy nghiền đĩa đƣợc chỉ ra trong hình 6.6. Hình 6.6 Cấu Tạo Máy Nghiền Đĩa hai buồng nghiền Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 79 6.3.3. Giải pháp thiết kế đĩa nghiền bột tre nứa trong máy nghiền đĩa - Từ kết quả nghiên cứu “ ảnh hưởng kết cấu dao nghiền tới tính chất bột sau nghiền”. Áp dụng với nguyên liệu là bột tre nứa, quá trình nghiền bột là cắt ngắn xơ sợi và phân tơ chổi hóa là chủ yếu. Phân tơ chổi hóa để tăng các tính chất của tờ giấy. Từ đặc điểm bột tre nứa ta tiến hành lựa trọn kết cấu dao nghiền phù hợp với nguyên liệu này nhƣ sau. Vì là nghiền bột tre nứa cho quá trình chuẩn bị bột. Thiết kế profin đĩa nghiền dạng chữ V( bố trí dao nghiền trên đĩa dạng V) đƣợc chỉ ra ở hình 6.7. Hình 6.7. Dạng dao nghiền bột tre nứa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 80 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 81 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 82 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 83 - Chọn kết cấu đĩa nghiền bao gồm 5 miếng trên một đĩa nghiền. Nhƣ vậy kết cấu của dao nghiền trên đĩa nghiền đƣợc chỉ ra ở hình 6.7. Bố trí dao nghiền trên hai đĩa dạng song song (α = 00) l? - Thông số dao nghiền: Vì bột tre nứa có tính chất giống nhƣ bột gỗ mềm nên các thong số dao nghiền đƣợc chọn nhƣ sau (Hình 6.8) +) Chiều dày lƣỡi dao nghiền: 5 mm vì cần đảm bảo độ bền vật liệu gang hợp kim chế tạo dao nghiền +) Khoảng cách giữa các lƣỡi dao: t = 5 mm (khe giữa hai d) +) Chiều sâu lƣỡi dao : h = 5 mm. +) Chiều dày toàn bộ: 20mm Hình 6.7. kết cấu dao nghiền trên đĩa nghiền 5 5 5 5 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 84 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 85 6.3.4. Nghiên cứu vật liệu chế tạo đĩa nghiền. 6.3.4.1. Vật liệu nƣớc ngoài hay sử dụng. - Phân tích mẫu vật liệu lấy từ các bộ nghiền nhập ngoại cho ta kết quả nhƣ sau: C = 0,14% ÷ 0.22%; Mn = 0,5%; Cr = 12,7% ÷ 14,2%; Ni = 0,59%; Mo = 0,9%; V = 0,06%; W = 0,036%; Si = 0,05%; S = 0,3%; P = 0,035%. Nhƣ vậy mác thép này tƣơng đƣơng với 2X13 (tiêu chuẩn Liên Xô cũ). Xác định độ cứng trên bề mặt răng cho thấy độ cứng có sự thay đổi lớn, từ 26 ÷ 30 HRC. Thép hợp kim Cơrom cao không gỉ 2X13 phù hợp cho việc chế tạo các chi tiết yêu cầu độ dẻo cao, chịu va đập mạnh, làm việc trong môi trƣờng ẩm có tác động hóa học của các muối gốc axit hữu cơ. 6.3.4.2. Nghiên cứu vật liệu thay thế. Căn cứ vào kết quả nghiên cứu bản chất của các quá trình mòn bề mặt đĩa, để nâng cao độ bền mòn cơ học, khả năng chống lại biến dạng dẻo khi làm việc ở môi trƣờng có nhiệt độ khoảng 150 ÷ 200 oC nhƣ sau: Mác thép Thành phần % C Cr Mn Ni Si S P 3X13 0,25 ÷ 0.34 12 ÷ 14 ≤ 0.6 - ≤ 0.6 ≤ 0.03 ≤ 0.03 3X13H7C2 0,25 ÷ 0.34 12 ÷ 14 ≤ 0.7 6 ÷ 7,5 2 ÷ 3 ≤ 0.03 ≤ 0.03 2X18H9 0,15 ÷ 0.3 12 ÷ 14 8 ÷ 10 3.7 ÷ 4,7 ≤ 0.8 ≤ 0.025 ≤ 0.05 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 86 4X13 0,35 ÷ 0.44 12 ÷ 14 ≤ 0.6 - ≤ 0.6 ≤ 0.03 ≤ 0.03 9X18 0,9 ÷ 1 17 ÷ 19 ≤ 0.7 - ≤ 0.6 ≤ 0.03 ≤ 0.03 Cơ tính của những vật liệu trên nhƣ sau: Mác thép Các thông số бb (Kg/mm 2 ) бT (Kg/mm 2 ) HB (Kg/mm 2 ) HRC (Kg/mm 2 ) 2X13 66 45 126 ÷ 197 3X13 95 80 302 48 4X13 95 75 550 50 2X18H9 58 22 180 Trong những vật liệu không gỉ trên, chúng ta thấy: 3X13, 4X13 có бb, бT và độ cứng HB là lớn hơn cả, vì vậy chúng rất phù hợp cho môi trƣờng làm việc của đĩa nghiền, có thể chọn làm vật liệu chế tạo đĩa nghiền. những loại thép này có thể làm việc trong môi trƣờng ăn mòn hóa học trung bình, song chúng chịu tải trọng và chịu mòn tôt hơn các mác thép mà Thụy Điển đã dùng. Ngoài ra chúng còn có ƣu điểm là nhiệt luyện đơn giản To = 1000 oC ÷ 1050 oC. Từ những phân tích trên đây, ta nên chọn thép không gỉ để chế tạo đĩa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 87 nghiền. *Ngoài những nhƣợc điểm đã nêu trên, sản phẩm đĩa nghiền nhập ngoại còn có một số nhƣợc điểm sau: - Về giá thành: cao hơn sản xuất trong nƣớc. - Về thời gian: không đƣợc chủ động, vì thông qua con đƣờng vận chuyển quốc tế rất phức tạp. - Về vật liệu chế tạo răng: Quan quan sát các dạng mòn của răng ta thấy dạng mòn chủ yếu là do cào xƣớc cơ học bề mặt, ngoài ra trên bề mặt răng xuất hiện nhiều ba via ( Hình 6.9) đây là biểu hiện của hiện tƣợng vật liệu bị biến dạng dẻo nhiều dƣới tác dụng của lực ma sát lớn. Từ đó ta khẳng định rằng bề mặt răng có độ cứng thấp, độ bền cơ học chƣa đủ. Hình 6.9. ba via xuất hiện trên cạnh răng đĩa nghiền. - Đĩa nghiền nhập ngoại đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp đúc nên bề mặt hai sƣờn răng và rãnh răng sau đúc có độ xù xì cản trở sự vận chuyển của nguyên liệu, làm giảm năng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 88 suất khi nghiền, nên việc làm tăng độ nhẵn các bề mặt nói trên sẽ nâng cao hiệu suất quá trình nghiền. 6.4. Quy trình công nghệ chế tạo đĩa nghiền. *Đĩa nghiền bột giấy đều có dạng giống nhau về kết cấu chung, chỉ khác về độ nghiêng của răng, chiều rộng rãnh, chiều dầy răng. Do đó có thể thực hiện theo một quy trình nhƣ sau: * Phôi đúc có kích thƣớc Ф389 x Ф147 x 28,4 6.4.1. Quy trình công nghệ gia công cơ đƣợc thực hiện nhƣ sau: 1, Nguyên công I: Tiện khỏa mặt đầu A, Tiện bóc lỗ trong Ф154, vát mép lỗ trong, vạch dấu khoan lỗ. 2, Nguyên công II: Tiện khỏa mặt đầu B, tiện đƣờng kính ngoài Ф380, móc rãnh. 3, Nguyên công III: Khoan lỗ Ф15, khoan, doa lỗ Ф30. 4, Nguyên công IV: Tiện lỗ côn Ф180 - Ф154 5, Nguyên công V: Phay rãnh chia múi. 6, Nguyên công VI: Cắt đĩa thành 5 mảnh. 7, Nguyên công VII: Phay rãnh răng. 8, Nguyên công VIII: Nhiệt luyện bề mặt . 9, Nguyên công IX: Mài mặt phẳng A. 10, Nguyên công X: Mài mặt phẳng B. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 89 11, Nguyên công XI: Cân bằng động. 12, Nguyên công XII: Đóng gói, dán nhãn. 6.4.2. Tính toán chế độ cắt cho các nguyên công. 6.4.2.1. Tiện khỏa mặt đầu, tiện lỗ trong. - Máy 16K20. - Mâm cặp 3 chấu - Dao T15K6. - Chiều sâu cắt t (t1 chiều sâu cắt tiện khỏa mặt đầu; t2 chiều sâu cắt tiện lỗ trong) Chọn t = lƣợng dƣ gia công: t1 = 3 mm; t2 = 1,4 mm. - Lƣợng chạy dao Smm/vòng. Tra bảng 5 - 64 “Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 2” ta chọn S1 = 1,27 mm/vòng; S2 = 1,65 mm/vòng. - Tốc độ cắt V, m/ph Tra bảng 5 - 64 “Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 2” ta chọn V1 = 126 m/ph; V2 = 92 m/ph. 6.4.2.2. Tiện khỏa mặt đầu, tiện dọc ngoài. - Máy 16K20. - Mâm cặp 3 chấu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 90 - Dao T15K6. - Chiều sâu cắt t (t1 chiều sâu cắt tiện khỏa mặt đầu; t2 chiều sâu cắt tiện dọc ngoài) Chọn t = lƣợng dƣ gia công: t1 = 3 mm; t2 = 1,4 mm. - Lƣợng chạy dao Smm/vòng. Tra bảng 5 - 64 “Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 2” ta chọn S1 = 1,27 mm/vòng; S2 = 1,65 mm/vòng. - Tốc độ cắt V, m/ph Tra bảng 5 - 64 “Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 2” ta chọn V1 = 126 m/ph; V2 = 101 m/ph. 6.4.2.3. Khoan khoét lỗ Ф15 + Ф 30. - Máy K125. - Đồ gá: Bàn quay + đồ gá chuyên dùng. - Dao gắn mảnh HKC T15K6. - Chiều sâu cắt t Khoan t1 = (0,5 x 15) = 7,5 mm. Khoét t2 = 0,5 x (30 - 15) = 7,5 mm. - Lƣợng chạy dao Smm/vòng. Tra bảng 5 - 107 “Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 2” ta chọn S = 0,9 mm/vòng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 91 - Tốc độ cắt V, m/ph Tra bảng 5 - 108 “Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 2” ta chọn V = 45 m/ph; 6.4.2.4. Phay rãnh chia múi. - Máy 6P82. - Đồ gá: Bàn quay + đồ gá chuyên dùng. - Dao P18, D = 75 mm, Z = 18. - Chiều sâu cắt t và chiều rộng phay: - Chiều sâu cắt t = 20 mm - Chiều rộng phay b = 2 mm - Lƣợng chạy dao răng Sz mm/vòng. Tra bảng 5 - 182 “Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 2” ta chọn Sz = 0,02 mm/răng. - Tốc độ cắt V, m/ph Tra bảng 5 - 183 “Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 2” ta chọn V = 34,5 m/ph. Trị số tuổi bền của dao: T = 120 phút. 6.4.2.5. Cắt đứt 5 mảnh. - Máy 6P82. - Đồ gá: Bàn quay + đồ gá chuyên dùng. - Dao P18, D = 150 mm, Z = 60, dao phay răng nhỏ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 92 - Chiều sâu cắt t và chiều rộng phay: - Chiều sâu cắt t = 20 mm - Chiều rộng phay b = 2 mm - Lƣợng chạy dao răng Sz mm/vòng. Tra bảng 5 - 182 “Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 2” ta chọn Sz = 0,02 mm/răng. - Tốc độ cắt V, m/ph Tra bảng 5 - 183 “Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 2” ta chọn V = 34,5 m/ph. Trị số tuổi bền của dao: T = 120 phút. 6.4.2.6. Phay rãnh răng. - Máy 6P82. - Đồ gá chuyên dùng. - Dao P18, D = 150 mm, Z = 50. - Chiều sâu cắt t và chiều rộng phay: - Chiều sâu cắt t = 5 mm - Chiều rộng phay b = 5 mm - Lƣợng chạy dao răng Sz mm/vòng. Tra bảng 5 - 182 “Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 2” ta chọn Sz = 0,03 mm/răng. - Tốc độ cắt V, m/ph Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 93 Tra bảng 5 - 183 “Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 2” ta chọn V = 29 m/ph. Trị số tuổi bền của dao: T = 150 phút. 6.4.2.7. Mài phẳng bề mặt đĩa. - Máy 3п722 (Kích thƣớc làm việc của bàn máy 1600 x 320). - Đồ gá: Gá trên bàn từ. - Dao: Đá mài пп400/60/127 1A 50 - M28. - Chiều sâu mài t = 0,5 mm: - Lƣợng chạy dao: Tra bảng 5 - 216 “Sổ tay công nghệ chế tạo máy tập 2” ta chọn lƣợng chạy dao ngang 25 mm, lƣợng chạy dao theo chiều sâu theo vòng quay của bàn máy là 0,02 mm. 6.4.3. Nhiệt luyện chi tiết. Đĩa nghiền làm việc trong điều kiện chịu mài mòn khốc liệt và tác dụng của môi trƣờng hóa học, do đó chế tạo đĩa nghiền bằng mác thép hợp kim cao không gỉ và chống A xít, ta sử dụng thép mác 4X13, sau khi gia công cơ ta nhiệt luyện bằng phƣơng pháp tôi cao tần: - Máy tôi cao tần. - Sử dụng đồ gá chuyên dùng. - Làm nguội bằng luồng khí (Máy nén khí). - Ram bằng lò phản xạ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 94 - Đồ gá Ram chuyên dùng. 6.4.4. Quá trình tôi Chi tiết đĩa nghiền đƣợc gá lên giá đỡ theo nhƣ hình vẽ ở nguyên công VII, quá trình nhiệt luyện đƣợc thông qua 2 bƣớc: Bƣớc 1: nung sơ bộ: Nung sơ bộ đến 200 ÷ 250 oC, chi tiết quay liên tục 8 phút/vòng. Mục đích chính của bƣớc này là làm cho chi tiết có nhiệt độ đồng đều, giảm sƣ công vênh, nứt rỗ trong quá trình tôi. Bƣớc 2: nhiệt luyện chính Tốc độ quay của chi tiết là 30 phút/vòng, nhiệt độ bề mặt răng lên đến khoảng 1050 ÷ 1100 o C, tôi xong làm nguọi bằng không khí xuống đến 600oC 6.4.5. Quá trình ram Sau khi tôi tổ chức thép không ổn định, nó tồn tại nhiều nội lực và có độ cứng cao, giòn, không phù hợp với yêu cầu kỹ thuật. Vì vậy phải tiến hành ram. Nhiệt độ nung là 400oC. Khi ram thép ở nhiệt độ này thể tích thép bị co lại, đó là biểu hiện Các bon đã hoàn toàn tách khỏi dung dịch đặc, đồng thời nội lực sinh ra khi chuyển biến tổ chức đợt trƣớc đã đƣợc loại trừ. Tính toán thời gian ram: Sử dụng phƣơng pháp ram trung bình, thời gian đƣợc tính nhƣ sau: T = a x D + b Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 95 Trong đó: T - thời gian ram (phút) D - kích thƣớc có ích của chi tiết; D = 380 a - hệ số nung nóng; chọn a = 0,5 b - thời gian phụ, khoảng 20 ÷ 30 phút Thay vào công thức trên ta có: T = a x D + b = 0,5 x 380 + 25 = 215 phút. Khi ram cần đạt độ cứng đồng đều giữa thời gian giữ nhiệt và nhiệt độ có liên mật thiết với nhau. 6.4.6. Cân bằng đĩa nghiền. Đĩa nghiền sau khi chế tạo xong phải đạt độ chính xác cao để khi làm việc không tạo độ văng, rung gây ảnh hƣởng đến toàn bộ hệ thống máy. Để đạt đƣợc điều đó ta cần phải cân bằng đĩa. Có 2 cách cân bằng nhƣ sau: 6.4.6.1. Cân bằng tĩnh Đồ gá gồm trục đỡ và đĩa gá chi tiết đã đƣợc cân bằng chuẩn, trục gá đƣợc chống tâm 2 đầu có khả năng quay tự do. Tiến hành cân bằng: - Gá chi tiết vào đồ gá. - Lắp toàn bộ đồ gá và chi tiết lên giá đỡ. - Kiểm tra độ quay trơn của trục trên giá. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 96 - Dùng tay quay nhẹ chi tiết chờ đến khi dừng sau đó đánh dấu điểm dƣới cùng của đĩa nghiền, tiếp tục quay chi tiết và lại đánh dấu điểm dƣới cùng của đĩa. Sẽ xảy ra 1 trong 2 trƣờng hợp sau: 1, Nếu quá trình đƣợc lặp lại khoảng 7, 8 lần mà các điểm đánh dấu khác nhau và chia đều trên đĩa thì chi tiết đã đạt độ cân bằng. 2, Nếu sau 2 lần quay thử điểm đánh dấu trùng nhau thì phải xác định độ lệch bằng cách dùng bột dẻo gắn một lƣợng vào phía đối diện của đĩa sau đó tiếp tục quay và thêm hoặc bớt lƣợng bột dẻo cho đến khi các điểm đánh dấu nằm bất kỳ trên chi tiết. Bấy giờ ta cân khối lƣợng và tính toán lấy bớt đi khối lƣợng của chi tiết bằng khối lƣợng của bột dẻo bằng cách khoan tại điểm đối xứng qua tâm với điểm khi gắn bột dẻo. Sau đó lại gá chi tiết lên và kiểm tra lại nếu có các điểm đánh dấu khác nhau và chia đều trên đĩa thì chi tiết đã đạt độ cân bằng. 6.4.6.2. Cân bằng động.Sử dụng máy cân bằng của Nga - Đồ gá cân bằng động gồm trục gá có vấu truyền mô men xoắn và đĩa gá, hai đầu trục đƣợc gá trên gối đỡ mềm để xác định độ văng và rung của chi tiết. - Khởi động máy chạy ổn định sau đó kiểm tra các thông số về độ rung, độ văng, xác định điểm lệch không cân và bớt đi khối lƣợng lệch của đĩa đến khi đạt đƣợc thông số kỹ thuật cho phép.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nghiên cứu nâng cao hiệu quả quá trình nghiền bột tre nứa trong sản xuất giấy dựa trên cơ sở nghiên cứu cơ chế nghiền bột giấy của máy nghiền đĩa và các phƣơng pháp nghiền bột giấy, từ đó rút ra đƣợc các yếu tố ảnh hƣởng tới quá trình nghiền và lựa chọn đƣợc phƣơng pháp nghiền thích hợp với bột tre nứa. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 97 Quá trình lựa chọn thiết kế đĩa nghiền của máy nghiền đĩa dựa trên cơ sở nghiên cứu ảnh hƣởng cấu tạo của đĩa nghiền tới tính chất bột sau nghiền. Với yêu cầu của bột sau nghiền và đặc điểm của nguyên liệu bột tre nứa giống nhƣ bột sợi dài (tƣơng tự nhƣ bột gỗ mềm hay gỗ lá kim). Từ đó, lựa chọn thiết kế đĩa nghiền phù hợp với tính chất nguyên liệu và bán thành phẩm.Nghiên cứu đã giải quyết thành công, lựa chọn và thiết kế đƣợc đĩa nghiền phù hợp với nguyên liệu bột tre nứa, giúp cho nhà sản xuất giấy tại Việt Nam có đƣợc sự lựa chọn đĩa nghiền phù hợp với loại nguyên liệu bột tre nứa để nâng cao hiệu quả nghiền bột tre nứa.Tuy nhiên, nghiên cứu chƣa đi sâu lý thuyết về thủy lực trong quá trình nghiền, và công nghệ cơ khí chế tạo đĩa nghiền. Tiến hành nghiên cứu quá trình thủy lực bột tre nứa trong quá trình nghiền và công nghệ cơ khí chế tạo đĩa nghiền sẽ là giải pháp nâng cao hiệu quả đĩa nghiền bột tre nứa hơn nữa. PHỤ LỤC 1. “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống máy nghiền bột bán hóa công suất 10 tấn/ngày”. Tác giả: Ks. Khổng Quế - Viện Công Nghiệp giấy và Xenluylô – Việt Nam. Năm 2008 Nội Dung: “ Chế tạo, lắp đặt và đƣa vào vận hành hệ thống máy nghiền bột bán hóa có công suất 10 tấn/ngày, gồm: 01 máy nghiền vít xoắn và 01 máy nghiền đĩa ”. 2. Một số patent nghiên cứu về máy nghiền đĩa và đĩa nghiền của Hoa Kỳ Stt Số nghiên cứu Tiêu đề nghiên cứu 1 US7128286 Double disk refiner, stock inducer therefor Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 98 and method of refining low consistency stock 2 US4351489 Refiner disk 3 US7191967 Refiner 4 US5683048 Refining elements 5 US6764554 Refining element for a refining disk 6 US4531681 Flexible disk refiner and method 7 US20020139876 Refining disk 8 US5695136 Refining element 9 US3880368 Pulp refiner element 10 US20050161542 Method of manufacturing refiner elements 11 US6325308 Refiner disc and method 12 US3910511 Open discharge pulp refiner 13 US4620675 Composite flexible pulp refiner disk 14 US3762660 REFINER STAND 15 US20030155457 Double disk refiner, stock inducer therefor and method of refining low consistency stock 16 US4102505 Pulp refining disk 17 US5823453 Refiner disc with curved refiner bars 18 US6499682 Refining elements 19 US4202505 Refiner 20 US4093130 Twin refiner apparatus Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Linh, So sánh tính hiệu quả của máy nghiền đĩa và máy nghiền côn, Tạp chí Công Nghiệp Giấy, Hiệp Hội Giấy Việt Nam – Tổng Công Ty Giấy Việt Nam, Số 111(3/2002): Trang 25.