Trong các dây chuyền sản xuất của nhiều ngành công nghiệp cần có nguyên liệu ở dạng hạt nhỏ để cung cấp cho các công đoạn chế biến. Máy nghiền là các máy làm nhỏ kích thước vật liệu ban đầu.
Bảng Kích thước hạt bột sau khi nghiền
Các loại máy nghiền đều nghiền nhỏ vật liệu bằng một hoặc vài dạng tác dụng cơ học. Các phương pháp tác dụng bao gồm: 1. va đập, 2. nén ép, 3. mài mòn, 4. cắt. Tùy theo yêu cầu và tính chất cơ lý của vật liệu mà chọn phương pháp nghiền thích hợp.
Trong quá trình nghiền, nguyên liệu chịu tác dụng lực sẽ bị biến dạng đàn hồi, sau đó, khi vuợt quá biến dạng đàn hồi, nguyên liệu sẽ bị phá hủy thành nhiều thành phần mới có kích thước nhỏ hơn. Như vậy công cần thiết cho quá trình nghiền bao gồm công làm biến dạng vật liệu và công để làm nhỏ kích thước vật liệu. Công biến dạng phụ thuộc vào tính chất cơ lý của vật liệu, còn công biến dạng phụ thuộc vào mức độ nghiền, mức độ nghiền càng lớn, công tiêu tốn càng nhiều.Số hạt mới sinh ra tỉ lệ theo cấp số nhân với mức độ nghiền. Giả sử một hạt hình lập phương kích thước cạnh là D sau khi nghiền còn kích thước D/2sẽ sinh ra 8 hạt mới, còn nếu là D/4 sẽ là 8 x 8 = 64 hạt, D/8 sẽ là 64 x 8 = 512 hạt, v.v.. Như vậy do số hạt mới sinh ra càng nhiều, thời gian để nghiền sẽ càng lớn nếu nghiền càng mịn.
Máy nghiền búa
Tùy theo kích cỡ vật liệu đem nghiền, kích thước yêu cầu của sản phẩm và căn cứ vào độ cứng vật liệu, vào yêu cầu thoát và vận chuyển sản phẩm v.v.. để chọn lọai máy nghiền thích hợp, sao cho đạt năng suất mà chi phí năng lượng lại thấp. Do đó nhiều loại máy nghiền có kết cấu khác nhau từ đơn giản đến phức tạp đã được chế tạo.
Cấu tạo máy nghiền búa với cánh búa cố định
Cấu tạo máy nghiền búa gồm một roto, trên roto có các cánh búa. Cánh búa có thể có nhiều dạng khác nhau tuỳ theo yêu cầu nghiền và cơ lý tính của nguyên vật liệu. Roto quay trên một vỏ máy được làm bằng gang đúc, có chỗ lắp lưới hoặc toàn bộ xung quanh là lưới.
Loại đúc bằng gang bên trong thường lắp gờ.
Loại bao xung quanh là lưới bên trong có gờ hoặc không.
Nguyên liệu cần nghiền cho vào bên trong máy qua của nạp liệu. Do sự va đập của vật liệu với các cánh búa đang quay và với thành trong của máy, vật liệu sẽ biến dạng rồi vỡ ra thành các thành phần có kích thước nhỏ hơn. Ngoài ra khi nguyên liệu ban đầu có kích thước lớn, còn có thêm sự chà xát của vật liệu với thành trong của máy. Do bị va đập nhiều lần giữa cánh búa và vỏ máy, nguyên liệu giảm kích thước đến khi nhỏ hơn lỗ lưới, hạt sẽ theo lỗ lưới ra ngoài.Các hạt vật liệu nhỏ lọt qua lưới tự thoát ra ngoài hoặc được quạt hút ra khỏi máy, còn các hạt vật liệu to chưa lọt qua lưới lại được các búa tiếp tục nghiền nhỏ. Ðể nghiền được, động năng của
búa khi quay phải lớn hơn công làm biến dạng để phá vỡ vật liệu. Do vậy, khi nghiền vật liệu lớn cần có trọng lượng búa lớn, còn khi nghiền vật liệu nhỏ cần búa nhẹ hơn. Trong trường hợp vật liệu nghiền kích thước không đều hoặc quá cứng, người ta dùng loại có cánh búa xếp. Ưu điểm của cánh búa loại này là có thể xếp được khi qua tải hoặc vật cứng; khi vượt qua tải hay vật cứng này, cánh búa sẽ mở ra nhờ lực ly tâm.
Nguyên liệu có thể được đưa vào máy theo hướng tâm trục hay có thể nhập liệu theo phương tiếp tuyến với rô to. Phương pháp này không được thuận lợi lắm do nguyên liệu có thể bị văng lên theo đường nhập liệu. Trong quá trình nghiền, nếu lỗ lưới bị bít, vật liệu không thoát ra được, năng suất sẽ giảm rất nhiều hoặc bằng 0. Vì vậy để máy hoạt động tốt thì vật liệu nghiền không được làm bít lỗ lưới. Máy nghiền búa thường không làm việc được các loại vật liệu ẩm, dẻo,
hoặc bám dính.
Máy nghiền búa nạp liệu hướng tâm
Các máy nghiền búa có số búa ít, trọng lượng của mỗi búa G=200-700 N, rôto quay chậm với tốc độ vòng khoảng 15-25 m/s thì thường dùng để nghiền thô và vừa để được hạt sản phẩm có kích thước d>20mm. Các máy nghiền búa có trọng lượng mỗi búa G=30-50 N vận tốc vòng khoảng
25-60 m/s dùng nghiền nhỏ để được sản phẩm có kích thước d<1-5mm. Với máy nghiền có nhiều búa trọng lượng mỗi búa G=5-10 N và vận tốc rất lớn tới 100 m/s dùng để nghiền mịn hạt sản phẩm đạt kích thước d= 10-100 µm.Máy nghiền búa khi hoạt động tạo ra luồng không khí rất lớn, giúp hạt sau khi nghiền qua lỗ lưới dễ dàng. Tuy nhiên, sau khi ra khỏi máy cần phải có hệ thống lắng để thu hồi sản phẩm.Với các sản phẩm nghiền thường dùng cyclon lắng và túi thu hồi bằng vải. Với hệ thống lắng bằng
xyclon thường sử dụng một xyclon lớn dùng lắng các hạt có kích thước lớn và một cyclon nhỏ để lắng bụi trước khi cho không khí thải ra ngoài.
Hạt sau khi nghiền có kích thước trung bình nhỏ hơn nhiều so với kích thước lỗ lưới. Khi cần thay đổi độ mịn của sản phẩm nghiền, có thể thay lưới có kích thước lỗ thích hợp.
Máy nghiền răng
Nguyên lý tương tự máy nghiền búa, sử dụng động năng đang quay của các răng lắp trên dĩa để đập nguyên liệu. Về cấu tạo, bao xung quanh rôto là lưới, do đó diện tích lưới của máy nghiền răng lớn hơn rất nhiều so với máy nghiền búa.
Rôto là một dĩa phẳng có gia công các răng sắp xếp theo đường tròn đồng tâm ở các vị trí khác nhau sao cho khi đóng nắp máy lại hàng răng cố định trên nắp máy nằm giữa 2 hàng răng quay trên rôto. Răng trên rôto sẽ quay theo khe giữa 2 hàng răng cố định. Răng gắn trên rôto bằng cách đúc liền hay bắt bằng các vít cấy phía sau. Ðầu răng và nắp máy càng gần (khe hở hẹp) nghiền càng mịn.
Nguyên liệu được cho vào giữa tâm máy, bị răng quay đập nhiều lần. Nguyên liệu đập vào hàng răng quay thứ nhất, sau đó đập qua hàng răng cố định đi ra ngoài và đập vào hàng răng quay kế tiếp… Cứ tiếp tục cho đến khi nào kích thước nhỏ hơn kích thước lỗ lưới (thường ra khỏi hàng răng cuối cùng) sẽ theo lỗ lưới ra ngoài. Nếu kích thước sau khi ra khỏi các hàng răng vẫn còn lớn hơn kích thước lỗ lưới, hạt sẽ tiếp tục bị đập nhỏ ở hàng răng cuối.
Số vòng quay của rôto rất lớn: 3000 – 6000 vòng/phút, do đó động năng va đập rất lớn, khả năng nghiền mịn tăng.
Máy nghiền răng cũng có thổi khí nhưng ít hơn máy nghiền búa nên năng suất cao hơn (thổi khí ít, lắng bụi nhanh).Tuy nhiên, máy nghiền răng chỉ nghiền hạt có kích thước nhỏ, đồng đều trong khi máy nghiền búa có thể nghiền hạt có kích thước nhỏ, lớn đồng thời.
Máy nghiền dĩa
Máy nghiền dĩa để nghiền bột với mức độ nghiền vừa và mịn. Máy gồm có hai dĩa nghiền được lắp trong vỏ máy, giữa hai dĩa là khe nghiền có thể điều chỉnh được bằng cách dịch chuyển một trong hai dĩa. Vật liệu được cho vào khe nghiền qua lỗ nạp liệu ở tâm dĩa và bị nghiền nhỏ khi di chuyển trong khe nghiền từ tâm ra đến phía chu vi của dĩa.
Các dĩa nghiền thường được chế tạo bằng kim loại hoặc bằng hỗn hợp vô cơ cứng. Do lực liên kết của các dĩa đá kém hơn dĩa kim lọai nên phải làm thêm đai thép và thường cho dĩa đá làm việc với vận tốc vòng là 10m/s đối với trục quay thẳng đứng, tới 18m/s đối với trục quay nằm ngang. Dĩa gang đúc thì vận tốc vòng có thể tới 28m/s còn dĩa thép đúc đạt tới 68m/s.
Dĩa nghiền đảm bảo các yêu cầu bề mặt nghiền cần có độ cứng cao, độ nhám lớn, cơ tính đồng đều trên toàn bộ bề mặt dĩa nghiền để khi làm việc thì mòn đều, không bị sứt mẻ. Loại dĩa nghiền bằng đá thường được chế tạo từ hỗn hợp các loại bột oxít kim loại cứng.
Ðể tăng khả năng nghiền của dĩa, tăng khả năng vận chuyển bột ra khỏi khe nghiền và tăng điều kiện thông gió vv… người ta thường gia công mặt dĩa thành các vành, các rãnh chìm có prôfin hình tam giác trên hai mặt dĩa.
Máy nghiền trục
Nguyên lý làm việc của máy nghiền trục là cho sản phẩm cần nghiền đi qua khe hở giữa 2 trục nghiền. Hai trục nghiền hình trụ, đặt nằm ngang, có bề mặt rất cứng, trên bề mặt có thể trơn hoặc được gia công tùy theo nguyên liệu được nghiền.
Ðối với sản phẩm nghiền thô, trên bề mặt trục có xẻ rãnh để đưa nguyên liệu vào dễ hơn. Trường hợp cần nghiền thật mịn, bề mặt
trục thường trơn.
Nguyên liệu khi đi qua khe hở giữa 2 trục sẽ bị ép, kích thước nhỏ lại. Ðối với quá trình nghiền thật mịn, nhiều khi nguyênliệu cần nghiền uớt. Ðể đảm bảo kích thước hạt sau khi nghiền, có thể nghiền nhiều lần bằng cách hồi lưu lại sản phẩm nghiền hay nghiền qua nhiều máy liên tục.
Bộ phận thoát tải là hệ thống lò xo ép 2 trục nghiền với nhau. Khi vật cứng qua khe hở máy nghiền hay khi vật liệu qua quá nhiều,bộ phận thoát tải làm việc, khi đó hệ thống lò xo bị ép lại, khe hở lớn ra và vật cứng đi qua dễ dàng mà không làm hư máy.
Ðối với các máy nghiền mịn không có bộ phận thoát tải (chỉ có ở nghiền thô và trung bình).
