用于再生橡膠粉精煉成型的多螺桿擠出裝置及精煉方法

《用于再生橡膠粉精煉成型的多螺桿擠出裝置及精煉方法》涉及一種用于再生橡膠粉精煉成型的多螺桿擠出裝置及精煉方法，屬于廢橡膠循環(huán)利用領(lǐng)域。

隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，中國(guó)已經(jīng)成為世界上最大的橡膠消耗國(guó)，同時(shí)也是世界上最大的廢舊橡膠產(chǎn)生國(guó)，中國(guó)原料橡膠資源非常短缺，2014年僅天然橡膠就進(jìn)口420萬(wàn)噸，橡膠供求相當(dāng)矛盾。而再生橡膠作為橡膠原料的有效補(bǔ)充，已經(jīng)成為不可或缺的第三大橡膠原料體系，因此，廢舊橡膠的循環(huán)利用對(duì)中國(guó)橡膠工業(yè)的發(fā)展具有非常重要的意義。

隨著中國(guó)環(huán)保政策的推行，傳統(tǒng)低端落后的生產(chǎn)設(shè)備、工藝已經(jīng)處于淘汰現(xiàn)狀。2015年前再生膠行業(yè)中再生膠粉的精煉捏練加工大多采用傳統(tǒng)的“三機(jī)一線”或“四機(jī)一線”的精煉出片方式，得到加工性能和力學(xué)性能優(yōu)異的再生膠；但是這種間歇式的生產(chǎn)方式自動(dòng)化程度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、開(kāi)放式生產(chǎn)煙氣排放嚴(yán)重扥，技術(shù)低端且存在嚴(yán)重的安全隱患。因此，保證再生膠粉密閉、連續(xù)自動(dòng)化的精煉捏練成型，可以改善再生膠的性能，同時(shí)提高生產(chǎn)效率，保證生產(chǎn)環(huán)境及工人安全，是廢舊橡膠循環(huán)利用的關(guān)鍵技術(shù)和研究重點(diǎn)。

圖1擠壓輸送段簡(jiǎn)易示意圖

圖2剪切元件示意圖

圖3剪切、輸送螺紋元件示意圖

圖4反向螺紋元件示意圖

圖5密煉螺紋元件示意圖

圖6強(qiáng)力剪切螺紋元件示意圖

圖7《用于再生橡膠粉精煉成型的多螺桿擠出裝置及精煉方法》的一種螺桿形式示意圖

圖8單螺桿、雙螺桿與多螺桿嚙合對(duì)比示意圖

其中，1、1’、1”為輸送螺紋元件，2、2’、2”為剪切螺紋元件，3為反向螺紋元件，4為密煉螺紋元件，5為強(qiáng)力剪切螺紋元件，6為嚙合區(qū)。

2020年7月14日，《用于再生橡膠粉精煉成型的多螺桿擠出裝置及精煉方法》獲得第二十一屆中國(guó)專(zhuān)利獎(jiǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)。

一種用于再生橡膠粉精煉的螺桿，包括擠壓輸送段、剪切段及剪切輸送段；

擠壓輸送段依次包括第一輸送螺紋元件1、第二輸送螺紋元件1’、第三輸送螺紋元件1”，三種輸送螺紋元件的螺距關(guān)系如下：第一輸送螺紋元件1螺距P1＞第二輸送螺紋元件1’螺距P2＞第三輸送螺紋元件1”螺距P3，輸送螺紋元件之間設(shè)置至少一個(gè)第一剪切螺紋元件2；

剪切段包括至少一個(gè)第二剪切螺紋元件2’和第四輸送螺紋元件，還可任選的與反向螺紋元件3、密煉螺紋元件4、強(qiáng)力剪切螺紋元件5進(jìn)行任意組合，第四輸送螺紋元件螺距P4≤P3；

剪切輸送段由至少一個(gè)第三剪切螺紋元件2”與第五輸送螺紋元件相間串聯(lián)組成，第五輸送螺紋元件螺距P5≤P4；

第二剪切螺紋元件2’、第三剪切螺紋元件2”與第一剪切螺紋元件2相同或不同。

P2：P1=1/5-1/2，P3：P2=1/5-1/2。

強(qiáng)力剪切段為90°/60°/45°剪切螺紋元件的任意組合。

一種對(duì)再生橡膠粉進(jìn)行精煉成型的多螺桿擠出裝置，采用上述螺桿進(jìn)行同向/異向平行結(jié)構(gòu)、品字結(jié)構(gòu)或圓筒結(jié)構(gòu)的排布。

一種對(duì)再生橡膠粉進(jìn)行再生的系統(tǒng)，包括計(jì)量喂料系統(tǒng)、剪切系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及制冷系統(tǒng)；所述剪切系統(tǒng)采用上述多螺桿擠出裝置；所述計(jì)量喂料系統(tǒng)為錐雙螺桿喂料裝置。

所述制冷系統(tǒng)為冷水機(jī)。

所述冷卻系統(tǒng)位于多螺桿擠出機(jī)機(jī)筒外部。

采用上述系統(tǒng)對(duì)再生橡膠粉精煉的方法，包括如下步驟：

1）0-80℃的再生膠粉通過(guò)計(jì)量喂料系統(tǒng)，由喂料頻率與喂料電流控制，進(jìn)行衡量物料的喂料；

2）物料經(jīng)過(guò)多螺桿擠出機(jī)精煉、成型，制備粒狀再生橡膠；

3）各區(qū)溫度由冷卻系統(tǒng)及制冷系統(tǒng)保持在0-100℃。

用于再生橡膠粉精煉成型的多螺桿擠出裝置及精煉方法專(zhuān)利目的

為了解決2015年12月之前的技術(shù)中出現(xiàn)的缺點(diǎn)，《用于再生橡膠粉精煉成型的多螺桿擠出裝置及精煉方法》第一個(gè)目的是提供一種用于再生橡膠粉精煉的螺桿，包括擠壓輸送段、剪切段及剪切輸送段；擠壓輸送段依次包括第一輸送螺紋元件、第二輸送螺紋元件、第三輸送螺紋元件，三種輸送螺紋元件的螺距關(guān)系如下：第一輸送螺紋元件螺距P1＞第二輸送螺紋元件螺距P2＞第三輸送螺紋元件螺距P3，輸送螺紋元件之間設(shè)置至少一個(gè)第一剪切螺紋元件；其中第一輸送螺紋元件為大螺距螺紋元件，利于粉狀再生膠粉輸送進(jìn)入到螺桿擠出機(jī)內(nèi)部，經(jīng)過(guò)第一剪切螺紋元件一定程度的剪切，再進(jìn)入小螺距的第二輸送螺紋元件，對(duì)粉狀松散物料進(jìn)行擠壓，再依次使用第一剪切元件、更小螺距的第三輸送螺紋元件，往復(fù)作用，使粉狀再生膠粉擠壓精密，有利于下道剪切段的強(qiáng)力剪切；P2：P1=1/5-1/2，P3：P2=1/5-1/2。輸送螺紋元件的螺距每節(jié)以1/5-1/2的程度逐漸減小，中間添加剪切元件，更有利于快速擠壓粉狀再生膠粉。剪切段包括至少一個(gè)第二剪切螺紋元件和第四輸送螺紋元件，還可任選的與反向螺紋元件、密煉螺紋元件、強(qiáng)力剪切螺紋元件進(jìn)行任意組合，第四輸送螺紋元件螺距P4≤P3；反向螺紋元件為輸送螺紋元件具有將部分物料施加反向的作用力，使物料重新返回前端元件中與后續(xù)的物料同時(shí)作用，起到混合的效果，這樣有利于物料混合及剪切的均勻性；密煉螺紋元件可保持一定剪切力的同時(shí)，增加密煉混合作用，提高剪切段混合、剪切作用；強(qiáng)力剪切螺紋元件為多個(gè)強(qiáng)力剪切元件串聯(lián)而成（90°/60°/45°），可持續(xù)保持對(duì)物料的剪切，保證螺桿對(duì)再生物料的精煉、捏練作用，有效降低物料門(mén)尼粘度，增加可塑性與加工性。反向螺紋、密煉螺紋組合能有效提高膠料在擠出機(jī)中和混合、密煉作用，混合均勻，提高膠料自粘性，有利于強(qiáng)力剪切螺紋對(duì)膠料的高效剪切、捏練的作用，并且由于具有高效的混合功能，使膠料可得到均勻穩(wěn)定的剪切，質(zhì)量更佳穩(wěn)定，如此三者結(jié)合，效果更佳。剪切輸送段由至少一個(gè)第三剪切螺紋元件與第五輸送螺紋元件相間串聯(lián)組成，第五輸送螺紋元件螺距P5≤P4；剪切螺紋實(shí)現(xiàn)對(duì)前端物料的補(bǔ)充剪切，逐漸降低門(mén)尼粘度，提高膠料的塑性，由輸送螺紋持續(xù)穩(wěn)定向下段輸送物料，往復(fù)多次，實(shí)現(xiàn)機(jī)頭物料衡量均勻供給，使產(chǎn)品成型尺寸穩(wěn)定，質(zhì)量可靠。第二剪切螺紋元件、第三剪切螺紋元件與第一剪切螺紋元件相同或不同。

《用于再生橡膠粉精煉成型的多螺桿擠出裝置及精煉方法》的第二個(gè)目的是提供一種對(duì)再生橡膠粉進(jìn)行精煉成型的多螺桿擠出裝置，采用上述螺桿進(jìn)行同向/異向平行結(jié)構(gòu)、品字結(jié)構(gòu)或圓筒結(jié)構(gòu)的排布。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)工藝作用的分解，采用不同形式的螺紋元件實(shí)現(xiàn)再生膠粉密閉、連續(xù)精煉成型，有效避免了傳統(tǒng)開(kāi)放式生產(chǎn)技術(shù)污染嚴(yán)重、勞動(dòng)效率低強(qiáng)度大及自動(dòng)化程度低等缺點(diǎn)。多螺桿與單、雙螺桿比較，具有嚙合區(qū)多，產(chǎn)能大的優(yōu)點(diǎn)。多螺桿嚙合區(qū)多，每增加一條螺桿嚙合區(qū)即可得到大于1的功效，從而實(shí)現(xiàn)膠料強(qiáng)力三維剪切，在相同長(zhǎng)徑比的情況下大大提高螺桿對(duì)膠料的剪切、捏練功效，提高生產(chǎn)效率，減少設(shè)備造價(jià)及廠房投資。

《用于再生橡膠粉精煉成型的多螺桿擠出裝置及精煉方法》的第三個(gè)目的是提供一種對(duì)再生橡膠粉進(jìn)行精煉的系統(tǒng)，包括計(jì)量喂料系統(tǒng)、剪切系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及制冷系統(tǒng)；所述剪切系統(tǒng)采用如權(quán)利要求4所述的多螺桿擠出裝置；所述計(jì)量喂料系統(tǒng)為錐雙螺桿喂料裝置。優(yōu)選的是：所述制冷系統(tǒng)為冷水機(jī)。優(yōu)選的是：所述冷卻系統(tǒng)位于多螺桿擠出機(jī)機(jī)筒外部。

《用于再生橡膠粉精煉成型的多螺桿擠出裝置及精煉方法》的第四個(gè)目的是提供采用上述系統(tǒng)對(duì)再生橡膠粉精煉的方法，包括如下步驟：

1）0-80℃的再生膠粉通過(guò)計(jì)量喂料系統(tǒng)，由喂料頻率與喂料電流控制，進(jìn)行衡量物料的喂料；

2）物料經(jīng)過(guò)多螺桿擠出機(jī)精煉、成型，制備粒狀再生橡膠；

3）各區(qū)溫度由冷卻系統(tǒng)及制冷系統(tǒng)保持在0-100℃。

用于再生橡膠粉精煉成型的多螺桿擠出裝置及精煉方法有益效果

1）采用密閉式擠出機(jī)替代開(kāi)放式精煉機(jī)對(duì)再生膠粉進(jìn)行精煉、捏練加工成型，提高產(chǎn)線自動(dòng)化科技水平，有效避免開(kāi)放式加工的污染難題，同時(shí)降低勞動(dòng)定員及勞動(dòng)強(qiáng)度；

2）采用嚙合效果好的多螺桿結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生1 1≥2的功效，實(shí)現(xiàn)對(duì)再生膠粉三維強(qiáng)力剪切，在同等長(zhǎng)徑比條件下與單雙螺桿相比，可大大提高生產(chǎn)效率，同時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量；

3）采用輸送螺紋元件、剪切螺紋元件、反向螺紋元件、密煉螺紋元件及強(qiáng)力剪切螺紋元件進(jìn)行組合，達(dá)到最優(yōu)排布，有效避免膠料剪切不均勻造成質(zhì)量波動(dòng)、剪切不夠造成門(mén)尼粘度過(guò)高、剪切過(guò)度造成膠料主鏈斷裂嚴(yán)重從而降低性能等，實(shí)現(xiàn)對(duì)再生膠粉的最佳精煉、捏練處理，提高再生膠的加工性能。

1.一種用于再生橡膠粉精煉的螺桿，其特征在于：包括擠壓輸送段、剪切段及剪切輸送段；

擠壓輸送段依次包括第一輸送螺紋元件、第二輸送螺紋元件、第三輸送螺紋元件，三種輸送螺紋元件的螺距關(guān)系如下：第一輸送螺紋元件螺距P1＞第二輸送螺紋元件螺距P2＞第三輸送螺紋元件螺距P3，輸送螺紋元件之間設(shè)置至少一個(gè)第一剪切螺紋元件；

剪切段包括至少一個(gè)第二剪切螺紋元件和第四輸送螺紋元件，還可任選的與反向螺紋元件、密煉螺紋元件、強(qiáng)力剪切螺紋元件進(jìn)行任意組合，第四輸送螺紋元件螺距P4≤P3；

剪切輸送段由至少一個(gè)第三剪切螺紋元件與第五輸送螺紋元件相間串聯(lián)組成，第五輸送螺紋元件螺距P5≤P4；

第二剪切螺紋元件、第三剪切螺紋元件與第一剪切螺紋元件相同或不同。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于再生橡膠粉精煉的螺桿，其特征在于：P2：P1=1/5-1/2，P3：P2=1/5-1/2。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于再生橡膠粉精煉的螺桿，其特征在于：強(qiáng)力剪切段為90°/60°/45°剪切螺紋元件的任意組合。

4.一種對(duì)再生橡膠粉進(jìn)行精煉成型的多螺桿擠出裝置，其特征在于：采用如權(quán)利要求1-3任一所述螺桿進(jìn)行同向/異向平行結(jié)構(gòu)、品字結(jié)構(gòu)或圓筒結(jié)構(gòu)的排布。

5.一種對(duì)再生橡膠粉進(jìn)行精煉的系統(tǒng)，其特征在于：包括計(jì)量喂料系統(tǒng)、剪切系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及制冷系統(tǒng)；所述剪切系統(tǒng)采用如權(quán)利要求4所述的多螺桿擠出裝置；所述計(jì)量喂料系統(tǒng)為錐雙螺桿喂料裝置。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種對(duì)再生橡膠粉進(jìn)行精煉的系統(tǒng)，其特征在于：所述制冷系統(tǒng)為冷水機(jī)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種對(duì)再生橡膠粉進(jìn)行精煉的系統(tǒng)，其特征在于：所述冷卻系統(tǒng)位于多螺桿擠出機(jī)機(jī)筒外部。

8.采用如權(quán)利要求5-7任一所述系統(tǒng)對(duì)再生橡膠粉精煉的方法，其特征在于：包括如下步驟：

1）0-80℃的再生膠粉通過(guò)計(jì)量喂料系統(tǒng)，由喂料頻率與喂料電流控制，進(jìn)行衡量物料的喂料；

2）物料經(jīng)過(guò)多螺桿擠出機(jī)精煉、成型，制備粒狀再生橡膠；

3）各區(qū)溫度由冷卻系統(tǒng)及制冷系統(tǒng)保持在0-100℃。

根據(jù)對(duì)鎂質(zhì)量的要求，可以采用不同的精煉方法。鎂的精煉方法主要有鎂熔劑精煉、鎂沉降精煉、鎂真空蒸餾精煉和鎂添加難熔金屬精煉等。前兩種方法主要是脫除粗鎂中的非金屬氧化物和鐵等雜質(zhì)。后兩種方法主要除去金屬雜質(zhì)，用于生產(chǎn)高純鎂。鎂精煉產(chǎn)出的精鎂通稱(chēng)商品鎂 。

爐外精煉的方法多達(dá)幾十種，這些方法各有特點(diǎn)。究競(jìng)選擇哪一種方法，首先應(yīng)針對(duì)各廠的具體情況。所處理品種的要求和其他相關(guān)條件、如質(zhì)量、成本、建設(shè)費(fèi)用等而定，可參考表中所列幾種主要精煉工藝的效果，選定所需的處理工藝方法與設(shè)備。

究竟采用哪種爐外精煉法，取決于工廠條件和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求，以建立不同的生產(chǎn)工藝流程。

對(duì)于與電爐或超高功率電爐相匹配的連鑄機(jī)，選擇鋼包精煉時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足合金比高的產(chǎn)品質(zhì)量要求，如不銹鋼采用電爐－AOD爐－連鑄；電－VOD爐－連鑄工藝。

對(duì)于與大型轉(zhuǎn)爐相匹配的板坯、大方坯、圓坯連鑄機(jī)，要求提供優(yōu)質(zhì)鋼水，生產(chǎn)無(wú)缺陷鑄坯，如采用轉(zhuǎn)爐－RH－連鑄，轉(zhuǎn)爐－RH KPI－連鑄工藝。在生產(chǎn)超低碳鋼（碳小于0.0015%）或超低硫鋼（硫小于0.001%）時(shí)，可采用LF爐與真空處理并用工藝，以達(dá)到最佳效果?？紤]到節(jié)省投資也可采用CAS－OB精煉爐工藝。

對(duì)于與小型轉(zhuǎn)爐相配合以生產(chǎn)普碳鋼為主的小方坯、矩形坯連鑄機(jī)，一般采用鋼包吹氬或鋼包喂絲技術(shù)，基本上能滿(mǎn)足連鑄工藝和鑄坯質(zhì)量的要求。