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密炼机技术进步助力炼胶生产优质高效节能

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密炼机技术进步助力炼胶生产优质高效节能

发布日期:2020-05-25 作者: 点击:

  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对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。

  一密炼机的技术进步

  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。

  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2,600,000kwh/年(6,000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650,000 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。

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  使用液压压料装置的密炼机,加料门和上顶栓均可与气动式的保持通用。因此对仍还在线的气动式压料装置,都可用液压式来替代升级。实际应用表明,密炼机液压上顶栓压料装置对比传统气缸式,有如下优缺点:

  1)液压式采用伺服阀控制压力,响应速度快,上顶栓能在炼胶过程中自动上下移动寻找压力平衡位置,对胶料的压力始终保持设定压力值,稳定的压力参数对炼胶质量均匀很有利。

  2)由于稳定的炼胶压力,为缩短炼胶周期时间提供了条件,有利于挖潜炼胶产量。

  3)改用不可压缩流体液压驱动上顶栓,同比压缩空气驱动上顶栓的消耗动力能源,综合成本降低40%~45%。

  4)在改善环境方面:首先是消除了压缩空气的排放噪音;更重要的是液压驱动上顶栓运行平稳得多,使井口段的动态气流吸/排引起的“喷粉”明显减少,现场粉尘污染小得多;另一个优势是压料时由伺服压力闭环控制,上顶栓浮动时对井口板明显减少横向撞击力,不但磨损大大减少,高频噪音也明显下降。

  5)液压压料装置的制造成本比气动压料装置高

  4 转子密封装置

  当今密炼机转子密封装置主要采用端面动态式,两个精密平面在介质压力下或外力(如弹簧力、液压力)的作用下相互贴紧、一动一静相对回转运动而构成动态密封装置,同时外部高压注油系统往密封端面注入润滑油减少磨擦。

  转子端面动密封装置有外压式和内压式。内压式依靠混炼时胶料向外挤时的压力使动密封圈压紧在静密封圈上,但胶料向外运动的压力变化很大,所以内压式压紧力是很不稳定的,密封效果不良。后来大部分密炼机采用外压端面密封技术结构。

  外压端面密封装置主要有拨叉油缸压紧式(FYH式)、拨叉弹簧压紧式、油缸直压式。

  1)拨叉油缸压紧式(简称FYH)。拨叉板的一端固定连接油缸在一起,压缩弹簧对拨叉板产生一定的预紧力。工作时油缸通入压力油,由于活塞杆不移动而缸体移动,从而带动拨叉板往外移动,拨叉板中间有支点起着杠杆作用,使其另一端的运动转化为对压紧环压紧力。

  2)拨叉弹簧压紧式的结构与拨叉油缸压紧式相似,把油缸换成了弹簧。结构简单,压力较小,适用于中小型密炼机和加压式捏炼机。

  3)油缸直压式密封装置,在密炼机转子端面固定的动密封环,与在混炼室壁固定的静密封环构成一对机械密封,由分布在外端面的4个并联油缸直接向静密封环施加压力,使静密封环的密封面贴紧动密封环的密封面,见图 4 所示。在动、静密封环接触面之间,注入高压润滑油,起减少磨擦生热、保证良好密封作用。油缸直压式密封装置结构简单,压力均等,密封面受力平衡,有很好的密封效果,大量使用在高温高压密炼机中。


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