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        密炼机技术进步助力炼胶生产优质高效节能

        作者: ‖ 时间:2021/1/6 ‖ 来源: ‖ 点击:648

         一百多年前,胶料混炼在开放式炼胶机上进行,配方材料敞开式加入,炭黑和化工小料不可避免地在周围空间飞扬,既污染环境,又难保证混炼胶质量。至1916年英国工程师Banbury 发明了具有上顶栓压砣、下落式卸料门与混炼室构成的密闭式炼胶机,使橡胶、炭黑和助剂能在一个特定的全封闭机械空间内混炼。随后二、三十年里,他又对密炼机的加料、卸料、冷却、压料装置进行了一系列的改进和完善,使配合剂的漏出减少、操作安全、人力劳动减轻、生产效率提高,产品质量与工作环境得到改善。人们为了纪念Banbury密炼机的划时代贡献,把切线型转子密炼机命名为“Banbury Mixer”。

        至今为止,橡胶混炼加工理论没有出现革命性突破。虽然我们使用的密炼机从外型上几乎看不到变化,但长期以来全球密炼机研发制造企业投入大量研究和创新实践,对炼胶机理认识更加深入,在密炼机领域的转子技术、上顶栓驱动和压力控制技术、炼胶温控技术、混炼室密封技术,以及机型升级规格延伸,使橡胶工业在新材料配方开发、高效生产和提高均匀性、节能减排方面不断进步。

        密炼机位于橡胶生产头道工序,生产的胶料质量对在制品加工工艺性能、制成品质量、过程生产成本有相当重要的影响和起关键作用;同时炼胶工段是耗能大户,以轮胎生产为例,炼胶能耗占全厂总能耗的35%40%;密炼机的机械性能和工艺性能优劣,还关系到现场清洁文明以及热胶废气产生量的大小(胶温越高,产生热胶废气越多)。

        因此,我们要充分认识密炼机及其炼胶技术在橡胶生产领域的重要位置,牢记“抓好了密炼机就抓住了炼胶的牛鼻子”。本文简介近期(重点是本世纪以来)国内外密炼机的技术成果和发展趋势,供橡胶产业的技术与管理人员分析参考。

         

        密炼机的技术进步

        1. 密炼机转子创新

        密炼机转子是密炼机的核心零件,它的变革总是与新材料发展,新技术要求,以及人们对优质胶料、高效节能生产的不懈追求联系在一起。表1列出有代表性的密炼机转子的发展历史及其应用特点。

        1  密炼机转子历史及其性能特点

        转子类型

        问世

        发明人

        性能特点

        剪切分散型 2W

        1916

        Farrel

        转子工作有速比,胶料主要在棱尖与室壁之间受强烈剪切,炭黑分散快,剪切生热较大。

        剪切分散型 4W

         

        W.P

        转子工作有速比,胶料主要在棱尖与室壁之间受强烈剪切,炭黑分散快,剪切生热大;炼胶效率高于2W转子

        啮合混合型KE

        1936

        Farrel/W.P

        转子工作无速比,胶料主要在转子中间受到啮炼混合作用,室壁间的剪切作用较少,转子径向尺寸较大,胶温上升较平缓。适用于对温度敏感的配方材料混炼。

        剪切分布型ST

         

        1988

        Farrel

        转子工作无速比,胶料在棱尖与室壁之间受剪切,也被推向中间搅合。提高均匀分布作用,温升相对较缓和。

        在分散和分布功能方面趋于比较均衡。同比F4w转子,炼胶效率高10.6%,胶料均匀性提高15%

        分布剪切型Zz2

        1993

        W.P

        转子工作有速比,相对4W转子其剪切作用减少,胶料轴向流动翻滚较多,分布均匀,炼胶温升较缓和。

        剪切分布型6W MTVC

         

        2001

        神户制钢

        转子工作无速比,每条长棱与室壁之间的间隙分成大、中、小三段,轴向运动的部分胶料可从这些间隙中翻过棱峰,有减缓剪切分散、提高均匀分布作用。胶料温升趋于缓和,炼胶效率与ST转子处于同一水平。

        分布剪切型 NST

         

        2004

        Farrel

        转子工作无速比,一边长棱与ST一样,另一边长棱螺旋角加大、棱加宽,与ST转子相比会将更多胶料推向中间搅合,均匀分布作用加大,温升趋于缓和。适用于温度敏感的配方材料混炼。同比ST转子占比体积约小2%、则工作容积增加约2%、炼胶效率提高5.6%

        从上述发展历史看来,橡胶密炼机转子是由剪切分散为主,向分散和分布兼顾的发展过程。以啮合混合型KZZ26w MTVCNST为代表的转子,在提高炼胶均匀性、缓和炼胶温升、较大范围地适应各种配方方面,都有很好的表现。

        2列出用Farrel密炼机系列转子NSTST2w在某工厂生产终炼胶,进行连续一个月生产的对比测试数据。

                              2  密炼机不同转子用于终炼胶生产的性能对比

        项目

        样本1

        样本2

        样本3

        密炼机规格

        F270

        F270

        F270

        转子结构形式

        NST

        ST

        2w

        1份配方胶料重量 kg

        218

        218

        208

        转子速度起始/结束  r/min

        40/40

        39/30

        43固定

        气缸压力起始/结束  Mpa

        0.54/0.5

        0.54/0.5

        0.59 /0.5

        设定工艺温度:混炼室壁

        32

        32

        32

                        转子

        82

        82

        71

                        下顶栓

        38

        38

        38

        平均混炼时间  S

        58.36

        63.31

        68.44

        平均炼胶周期时间  S

        86.94

        91.89

        97.02

        平均排胶功率  kwh

        8.78

        10.62

        无数据

        1小时产量 kg/hr

        基于加料和排料的炼胶周期总时间28.6 S

        9015

        8564

        7742

        胶料质量:连续1个月生产胶料的批次,流变仪测试数据的标准差Mhstd dev

        0.33

        0.94

        1.09

        结论:2w转子为基准比较,产量增加率  %

        16.5

        10.6

        参考基准

              ST转子为基准比较,产量增加率  %

        5.3

        参考基准

        -9.6

              2w转子为基准比较,胶料均匀性提高 %

        70%

        15%

        参考基准

               ST转子为基准比较胶料均匀性提高 %

        65%

        参考基准

        -16

        从对比可见,不断优化结构的密炼机转子,可给用户带来越来越可观的质量生产效益。

         

        2. 交流电机与变频驱动器的密炼机应用

        用交流电机变频驱动替代直流电机的密炼机拖动和调速技术,为炼胶工艺提供更佳效率曲线,这是因为密炼机要求在很短的时间内有很高的输出,而在炼胶周期的长时间内只要求低的电机电流。在部分过载运行情况下,AC电机工作起来比直流电机高效。据国外的评估对比,用交流变频取代直流密炼机的电机调速时,平均能提高20%的电能利用效率。例如在国外轮胎工业某工厂,一台直流电机驱动的320啮合密炼机,每小时3吨产量,消耗2600000kwh/年(6000小时/年运转),装交流电机变频调速后,由于它效率很高,每年减少用电650000 kwh。在我国,交流变频电机应用在密炼机拖动的优越性也得到了广大用户认可。

         

        3. 炼胶工艺压力调控技术

        炼胶压力主要由上顶栓压料装置施加。早在上世纪50年代,我国上海橡胶机械厂就研究开发在50L密炼机上应用液压上顶栓压料装置,国外在上世纪80年代中期研究液压压料装置技术,真正被应用到实际生产是90年代,推广应用是在本世纪初。至今,密炼机的上顶栓压力驱动控制普遍由液压伺服驱动技术替代了传统的气缸驱动。

        为确保油缸漏油不会进入混炼室影响混炼胶的质量,两个油缸液压油缸对角装在加料加压装置侧边,通过横梁导轨(杆)机构驱动上顶栓。图1所示示一种液压上顶栓和加料装置的构成。

                               

         
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