ШНЕК-ПРЕСС

Техническое решение относится к переработке отходов, преимущественно от карьерного производства в виде отсева. Обработка проводится путем использования отсева, например, гранитно-щебеночного, для производства продукции методом шнековой экструзии.
Через замену песка в производстве более дешевым отсевом можно изготавливать продукцию высокого качества по цене ниже рыночной. Гибкость производимой продукции обеспечивается использованием технологической смеси с использованием пластификатора «Лигнопан» для различных изделий и назначения (изделия архитектурно-строительного назначения, дорожные покрытия, технические смеси для монолитных многоэтажных зданий; строительство малоэтажных зданий из изделий, производимой без использования раствора).
Переработка (утилизация) технологических отходов (отсевов) горнодобывающих и горноперерабатывающих предприятий одновременно с решением проблем по экологической безопасности районов их размещения позволяет получать продукцию строительного назначения, конкурентноспособной относительно традиционной строительной продукции по стоимости и технико-эксплуатационным показателям.
Выбор данной технологии изготовления методом непрерывной шнековой экструзии имеет преимущество по сравнению с методом прямого прессования в формах в части энергоемкости производства, его производительности и сравнительной дешевизны по затратам на создание производства и его обслуживание. Подобное зарубежное технологическое оборудование стоит на порядок выше, чем заявляемое.
n
w
Известен патент РФ №2119504: изобретение относится к способам и устройствам для смешения и диспергирования гомогенных сред. Предложена трехзонная обработка полимерного материала, при этом в первой зоне загружаемый полимерный материал разогревают до 100-250°С за счет диссипации механической энергии при вращении ротора устройства со скоростью 200-2000 об/мин, в результате чего полимерный материал пластицируется в зазоре между цилиндрами трения; во второй зоне создают давление 10-80 кПа и поднимают температуру до 150-300°С, в результате чего происходит начальная фаза деструкции пластицированного полимерного материала; в третьей зоне осуществляют процесс собственно деструкции полимерного материала при температуре 200-350°С и давлении 10-90 кПа. Узкое молекулярно-массовое распределение (M/M<3,5) полимерного материала и незначительное содержание летучих обеспечивается конструкцией аппарата и кратковременным термическим
воздействием на полимер. Устройство содержит цилиндрический корпус с рубашками для охлаждения, загрузочный и разгрузочный патрубки, рабочий орган, выполненный в виде ротора с каскадом подшипников качения. Устройство снабжено по крайней мере двумя поверхностями трения, образующими между собой зазор и расположенными перед каскадом подшипников. Поверхности трения выполнены в виде внутренней и наружной конических поверхностей. Площадь проходного сечения, образованного поверхностями на входе обрабатываемого полимерного материала, относится к площади проходного сечения, образованного поверхностями на выходе обрабатываемого материала, как 1:1,5-1:2,5. (1).
Наиболее близким решением относительно пресс-шнека является описанные в заявке РФ №2001129679: Шнек-пресс переработки полимерных отходов "ШПППО" предназначен, преимущественно, для раздельной переработки полимерных отходов в виде пакетов, пленочных упаковок, кусков пленок и им подобных в полимерные, преимущественно, трубчатые изделия и отличается от известных применением загрузочного короба с поворотной стенкой, образующей проем для подачи отходов, а также оснащенный упругим элементом, например, резиновым, который создает с крышкой короба герметичную полость с подачей в последнюю сжатого воздуха и снизу которой закреплена подпрессовочная плита принудительно подающая отходы в трубчатый корпус шнекового вала, снабженного в зоне подачи отходов зубчатыми ножами, закрепленными по винтовой линии между шнековыми витками, при этом корпус шнекового вала и его теплоизолированный кожух образуют полость насыщенного пара с температурой 110-120 град. С, сообщаемую со смежной кольцевой полостью острого пара температурой 130-150 град. С через отверстия диаметрами 0,002-0,005 м в разделительной стенке и обогревающую формовочный цилиндроконический мундштук, а получаемый расплав полимера, продавливаемый зазоры между мундштуком и цилиндроконическим концом шнекового вала, формируется в полимерное изделие преимущественно трубчатого типа, охлаждаемое на выходе из мундштука и снаружи подачи холодной воды "на проход", а из внутри - подачей сжатого воздуха вентилем через сквозное центральное отверстие в шнековом валу (2).
Приведенные аналоги не обеспечивают достаточного повышения адгезионной способности изготавливаемых изделий и их прочностных характеристик.
Задачей заявляемого решения является предложение утилизации отходов горнодобывающих и горноперерабатывающих предприятий и улучшение экологии окружающей среды.
Техническим результатом является повышение адгезионной способности изготавливаемых изделий и их прочностных характеристик за счет конструктивного выполнения шнек-пресса для приготовления смеси из отсевов (отходов), а также применения УЗ гомогенизатора формовочной смеси.
Предложен шнек-пресс, включающий корпус, вращающийся от привода вал, приемную емкость для исходного материала, смеситель, витки шнека и мундштук, характеризующийся тем, что корпус шнек-пресса выполнен с зазором между наружной поверхностью шнека и внутренней поверхностью рубашки, шнек выполнен с уменьшением шага винтовой поверхности шнека в направлении перемещения формовочной массы, причем пространство между витками образуют зоны обработки, рубашка выполнена с ребрами по всей длине для возврата формовочной массы при непрохождении ее через мундштук, мундштук выполнен съемным, в последней зоне обработки имеется источник УЗ.
Изготовление изделий с повышенной адгезионной способностью делает возможным производить кладку стен из свежеприготовленных изделий без применения растворов, что значительно улучшает качество кладки и снижает стоимость строительства.
Уплотнение формовочной массы в шнек-прессе обеспечивается за счет уменьшения шага винтовой поверхности шнека в направлении перемещения массы. Степень сжатия массы зависит от отношения начального и конечного объема межвиткового пространства шнека. Температура в зонах обработки зависит от диссипации механической энергии при вращении вала шнека и сжатия его витками формовочной массы.
Перемещение формовочной массы вдоль оси шнека происходит при соблюдении следующих условий: коэффициент трения формовочной массы по винтовой плоскости шнек-пресса должен быть меньше, чем коэффициент трения формовочной массы относительно внутренней поверхности корпуса («рубашки») шнек-пресса (трубы, в которой размещается шнек). Винтовая поверхность шнека изготавливается с качеством обработки выше на несколько классов, чем «рубашка», внутренняя поверхность «рубашки» изготавливается с ребрами по всей длине.
Предусмотрен также мобильный вариант пресса, с возможностью заливки площади для размещения на них технологического оборудования в производственных целях, а также заполнения изготавливаемой смесью монолитных каркасов при строительстве многоэтажных сооружений.
Для изготовления формовочной массы требуются портландцемент, в качестве заполнителя щебень гранитный (гранитные отсевы) горнодобывающих предприятий, при этом зерновой состав щебня - смесь фракций до 15 мм.
Для приготовления смеси для плит виды и объем (массу) вводимых добавок «Лигнопан» определяют опытным путем в зависимости от вида и качества отсевов. Для изготовления цветных плит применяют пигменты.
В случае использования технологичных отсевов их объем в составе формовочной массы составляет 70-75% по сухому, цемента - не более 15%, пластификатора «Лигнопан» - до 1%.
Конкретный состав формовочной массы зависит от наличия исходных материалов и требований к цветовой гамме готового изделия.
Мощность производства переработки отходов определяется производительностью шнек-пресса.
Шнек-пресс иллюстрируется на фигурах: фиг.1 - схема шнек-пресса, фиг.2 - разрез фиг.1 по А-А, фиг.3 - поперечное сечение выпускаемых изделий.
Цифрами на фигурах обозначено: 1 - корпус шнек-пресса, 2 - вал шнека, 3 - рабочий орган шнека - виток, 4 - источник УЗ, 5 - УЗ генератор, 6 - мундштук, 7 - редуктор, 8 - электродвигатель, 9 - смеситель, 10 - исходный материал
Транспортирование формовочной массы в зонах обработки (между витками) производится с помощью ленточного конвейера непрерывно. Формовочная масса поступает в приемную емкость шнек-пресса, на котором производится ее уплотнение с одновременным дополнительным перемешиванием. В первой зоне температура равна температуре производственного помещения или площадки, во второй зоне температура - 15-25 град.С, давление - 2-3 атм, в третьей зоне температура - 20-25 град.С, давление 3-5 атм, в четвертой зоне температура 25-30 град.С, давление - 5-7 атм.
Экструдирование в шнек-прессе основано на принципе непрерывной подачи формовочной массы вдоль оси пресса и возврате избыточной массы по зазору (на фиг.1, 2 показан, но не обзначен) между наружной поверхностью шнека и внутренней поверхностью «рубашки». В зависимости от вязкости, пластичности и состава формовочной массы в зоне экструдирования устанавливается постоянное давление для конкретного состава массы. Изменение вязкости в сторону уменьшения, а пластичности массы в сторону увеличения в процессе экструдирования может привести к остановке процесса экструдирования.
На выходе из шнек-пресса в последней зоне обработки на заготовку воздействуют ультразвуком для гомогенизации формовочной смеси в полуфабрикате.
Скорость вращения вала шнека зависит от ряда факторов, одним из которых является качественные характеристики формовочной массы. Материал, из которого изготавливается шнек-пресс - высокопрочная сталь.
«Рубашка» выполнена с ребрами по всей длине шнека для возврата формовочной массы при непрохождении ее через мундштук в связи с различными компонентами исходного материала.
Форма полуфабриката продукции в виде непрерывно выходящей из мундштука 6 шнек-пресса заготовки определяется контуром и размерами поперечного сечения самого мундштука 6, являющегося сменным элементом машины.
Обрезка полуфабриката производится на сушильных вагонетках, установленных в помещении с постоянной температурой воздуха, например, 15 град.С. Далее следует нарезание готовых изделий продукции.
Отходы резки в транспортном контейнере поступают на молотковую дробилку. После их измельчения они возвращаются на смеситель.
В перечень изделий строительного назначения могут входить: блоки стеновые, труба фибробетонная, плитка облицовочная, брус отделочный, подоконник наружный или внутренний, сандрик выпуклый или вогнутый, ступени лестничные и т.д. Изменение номенклатуры выпускаемых изделий производится за счет смены формообразующего мундштука шнек-пресса практически без остановки производства.
По своим прочностным характеристикам предлагаемые строительные изделия соответствуют аналогичным используемым материалам с прочностью на сжатие не менее 240 кг/кв.см.
В случае изготовления стеновых блоков, собираемых без раствора, в их формовочный состав добавляют пластификатор для увеличения адгезии наружных поверхностей изделия.
Создание производства переработки отходов горнодобывающих и горноперерабатывающих предприятий с выпуском изделий строительного назначения методом экструзионного формования имеет следующие преимущества перед традиционной технологией:
- решается вопрос экологически чистого достаточно простого и непрерывного процесса создания замкнутого цикла производства, когда отходы основного производства являются сырьем для нового производства;
- вопрос утилизации отходов является способом получения конкурентоспособной продукции строительного назначения;
- представляется возможность разработки мобильного комплекса мини-завода, основным звеном которого является шнек-пресс, готового работать в местах накопления отходов или вблизи стройплощадки.
Источники информации.
1. Патент РФ №2119504, 1998 г.
2. Заявка на изобретение РФ №2001129679, 2003 г.