Разработка конструкции и опыт применения экструдера для пластичного минерального сырья

Е.П. Терехин

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ЭКСТРУДЕРА ДЛЯ ПЛАСТИЧНОГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

Представлена и запатентована конструкция гранулирующего шнекового пресса и результаты его промышленной эксплуатации на заводе «НИИКМА — опыт».

Ключевые слова: гранулированный бентонит, универсальный экструдера, гранулирующий шнековый пресс.

Яроизводство железорудных окатышей в России сконцентрировано в регионе КМА (3 комбината из 5). В качестве связующего при производстве окатышей из железорудных концентратов используются российские и импортные активированные бентонитовые глины или бентополимерные композиции.

Исследованиями НИИКМА установлена высокая эффективность получения гранулированного бентонита методом химикомеханической активации глин естественной влажности. Наилучшие результаты достигаются при вводе 2—3 % кальцинированной соды (Na2CO3) во влажную глину с последующим разрушением ее структуры до гомогенного состояния экструзионным методом. В отличие от других способов активации экструзионный гарантирует полноту и интенсивность ионообменных реакций. Результаты лабораторно-технологический испытаний глины приведены в табл. 1.

Для промышленной реализации результатов исследований необходимо было разработать надежную конструкцию универсального экструдера для переработки бентонитовых глин с различными природными свойствами. Существующие конструкции формующих машин керамического производства, гранулирующих прессов для керамзита и кормопроизводства в сельском хозяйстве, прессовых машин в пищевой промышленности и других устройств для экструзионного формования пластичных материалов требуют тщательной подготовки сырья для последующей переработки.

Таблица 1

Реологические и технологические показатели глины после химической и химико-механической активации

Месторождения Реологические показатели Прочность окатышей на раздавливание, кг/ок

набухание, ед эффективная вязкость, МПа с сырых сухих

Михайловское 8,2 2,7 1,3 3,6

11,0 5,7 1,5 4,4

Тарасовское 4,2 3,35 1,2 3,3

11,0 12,8 1,6 5,0

Подгорненское 9,0 11,1 1,4 3,6

14,0 20,5 1,4 4,8

Черногорское 14,1 12,8 1,3 6,0

15,4 19,9 1,6 6,4

Никольское 4,6 4,3 1,1 3,0

6,8 6,9 1,3 4,2

Примечание Испытания по методике института «Белмеханобрчермет» с насыщенным раствором Са^2. Активация — химическая (числитель); — химикомеханическая (знаменатель).

В частности глина перед прессованием обязательно пропускается через глинорезку, вальцы и др. устройства, строго ограничивается ее влажность.

В отличие от серийных прессов, работающих с глинами влажностью 18—20 %, разработанная конструкция экструдера позволяет перерабатывать глины с влажностью до — 38 %. Другим достоинством пресса-экструдера является его надежность при получении гомогенного гранулированного экструдата за счет предотвращения заштыбовки пресса. Перерабатывая сырье без предварительной подготовки, пресс-экструдер обеспечивает высокую производительность за счет увеличенной конусообразной полости корпуса перед формующей решеткой и оснащения нагнетающими лопастями для истирания непрочных включений и защиты от поломки при попадании крупных и прочных инородных включений.

На рис. 1 показан продольный разрез гранулирующего шнекового пресса-экструдера.

Шнековый пресс-экструдер содержит корпус 1, шнек 2 на приводном валу с лопастями 3 для очистки формующей решетки 4, установленной в выходном окне корпуса 1, с увеличенной полостью 5 перед формующей решеткой 4. Увеличенная полость 5 выполнена в виде конуса 6, расширяющегося в сторону решетки 4 с суммарной площадью отверстий, не меньшей площади наименьшего проходного сечения 7 пресса. Лопасти 3 выполнены нагнетающими, за счет плоской рабочей поверхности, расположенной под острым углом в к поверхности решетки 4. Для повышения надежности и предотвращения поломок лопасти 3 закреплены на валу шнека 2 срезным крепящим элементом 8.

Шнековый пресс-экструдер работает следующим образом. Материал, преимущественно глина, поступает в корпус 1 пресса и перемещается шнеком 2 через проходное сечение 7 к формующей решетке 4. Происходит перемешивание и пластификация глины, а при продавливании её через формующую решетку 4 — грануляция. Мелкие твердые глинистые включения истираются между нагнетающими лопастями 3 и решеткой 4 и продавливаются, а прочные крупные инородные включения оттесняются на периферию и аккумулируются в полости 5 конуса 6. Так как полость 5 едина и не изолирована от основного прохода, то материал в ней перемещается, разные слои с разной скоростью, истирается и проходит через

решетку 4. При большом скоплении не измельчающихся включений их можно удалить, сняв решетку. Увеличенная площадь решетки 4 и соответственно суммарная площадь ее отверстий обеспечивает, даже при большом количестве твердых включений, низкое сопротивление движению пластифицированной глины — эст-рудата, что предотвращает проворачивание массы в корпусе без относительного осевого перемещения (заштыбовка). При попадании крупных, прочных инородных включений, крепящий элемент 8 срезается и лопасти 3 останавливаются, что предотвращает поломку их и решетки 4.

Пресс-экструдер обеспечивает надежную работу и высокую производительность при получении гомогенного гранулированного экструдата.

Пресс-экструдер (гранулирующий шнековый пресс) эксплуатируется на опытном заводе НИИКМА с 2003 года. Опытнопромышленная технологическая линия по производству гранулированного бентонита работает на различных щелочноземельных глинах Миллеровского, Подгорненского и Никольского месторождений Воронежской и Ростовской областей. Производительность пресса без предварительной глиноподготовки достигала до 1 т/час при диаметре цилиндрической части шнека 110 мм и диаметре полученных гранул 5 мм.

В процессе эксплуатации отработаны оптимальные конструкции формующих решеток и нагнетающих лопастей, ведется работа по повышению износостойкости шнека.

Конструкция защищена патентом РФ на изобретение № 2298470 от 10.05.2007 г. «Гранулирующий шнековый пресс».

Данный пресс может быть использован не только для грануляции глин но и других пластичных минералов с твердыми включениями. Применение запатентованных технических решений в серийных прессах большой производительности (10—20 т/час) принесет положительные эффект, за счет повышения их надежности.

Terehin E.P.

DESIGN DEVELOPING AND EXPERIENCE OF APPLICATION OF EXTRUDER FOR PLASTIC MINERAL RAW MATERIALS It is presented and patented the design of granulating screw press and results of its commercial operation at factory «NIIKMA — experience».

Key words: granulated bentonite, universal extruder, granulating screw press.

— Коротко об авторах

Терехин Е.П. — кандидат технических наук, главный инженер ЗАО «НИИКМА — Опыт», тел./факс: 8 (47241) 4-61-71.