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淺談我國廢舊輪胎粉碎設備發展現狀與方向

2018/10/23 11:50:35

如何處理大量堆積如山的廢舊輪胎,把“黑色汙染”稱謂的帽子摘掉,變為黑色資源甚至是黑色金礦,是我國麵臨的一個重要環境與資源利用的課題。

目前我國每年產生廢舊輪胎約3億條,重量達1000萬噸,這麽大體量的廢舊輪胎除回收作舊輪胎翻新循環使用之外,還可生產再生橡膠、橡膠粉、熱裂解等利用方式。但廢舊輪胎作為汽車工業迅猛發展帶來的汙染,產生量還將會大幅度上升。    

作為過程工業重要的支撐技術之一,粉碎加工設備主要用於解決工業生產過程中諸多以物理變化為主的單元操作裝置。廢輪胎的三種利用方式,尤其是製作橡膠粉、生產再生橡膠的發展水平,在很大程度上取決於粉碎設備的工藝改進與創新發展程度,也是廢輪胎減量化的有效手段。

不過,國內眾多設備企業,發展水平參差不齊,真正能做到大型化、係列化、成套化和標準化方向發展的並不多,很難說哪一家能夠代表我國粉碎設備的最高發展水平,而製約我國輪胎粉碎設備行業發展的瓶頸問題也顯得日益突出。比如,自主研發不夠,抄襲山寨仿製泛濫;自動化、智能化程度比歐美發達國家還有很大一段差距等。

一、我國廢舊輪胎粉碎設備現狀

據市場調查,我國每年產生的廢舊輪胎中,生產再生膠與膠粉占了50%左右,而其中再生橡膠的產量又占了近90%的比例。

由於廢舊輪胎處理後的應用主要集中在再生橡膠與橡膠粉的生產,而其中再生橡膠所需橡膠粉細度大約在24-30目,而橡膠粉也有很大一部分用在了橡膠粉改性瀝青和田徑跑道方麵,而橡膠粉改性瀝青的膠粉細度也在30目左右,田徑跑道的膠粒在1-4mm橡膠顆粒,因此GG撲克官網現在討論的重點放在生產這些規格的橡膠粉和膠粒的設備配置以及工藝流程方麵。

(一)24-30目的膠粉生產設備配置及工藝:

1、目前國內膠粉的很多生產企業還在沿用的“小三件”設備(實際上現在已經是“小兩件”了)(切條機+切塊機)+溝光輥破膠機。雖然國家現在下大決心進行淘汰“小三件”的宣傳工作,取而代之使用安全高效的“雙軸破碎機”,但是不可否認的是,現在很多膠粉企業仍然在使用“小三件”。顯然,這不僅僅是靠宣傳引導就能杜絕“小三件”的使用的,很多膠粉企業向設備製造廠家訴苦,他們不是不想使用“雙軸破碎機”,而是一直存在僥幸心裏,在沒有出現安全事故的時候,使用“小三件”生產橡膠塊的成本較低,分析如下:

(1)使用“小三件”的能耗:

“小三件”,按照以前的稱呼,是指輪胎口圈切圈機、輪胎切條機、膠條切塊機,但是現在的操作工更加簡化,已經取消輪胎口圈切圈機,直接把輪胎放在輪胎切條機上麵,先把一邊的輪胎胎肩切下來,然後把輪胎切成條並打成塊,實際上是“小兩件”,出料均勻(一般40X50mm),比GG撲克官網雙軸破碎機出料還均勻,每一台切條機裝機功率5.5千瓦,切塊機7.5千瓦,1分半鍾可以處理1個60公斤(已經包括了上、下料等輔助時間)的輪胎,每小時可以處理約2-2.5噸,也就是說能耗為6度/噸輪胎,操作工為1人,購買這兩台設備的總價約為1.5萬,刀具耗材費用約為10元/噸輪胎。

(2)使用“雙軸破碎機”的能耗:

1)雙麵口圈切圈機7.7千瓦,產量最多2噸;2)雙軸機+篩選+進料+回料,總功率99千瓦,產量3噸。能耗為30度/噸輪胎,操作工為1人,購買設備總價約為70萬,刀具耗材費用約為30元/噸輪胎。

從上述兩種工藝的對比來說,由於膠粉企業的利潤本來就很低,而“小三件”在能耗、設備購買價、刀具耗材費用方麵都優於“雙軸破碎機”,並且由於生產再生膠的工藝特性,全鋼絲子午線輪胎胎麵膠比胎側和胎肩膠的質量更好,能生產出更好的再生膠,而“雙軸破碎機”隻能整體處理輪胎,所以國內很多膠粉生產企業存在著僥幸心裏,冒險地使用著“小三件”,對“雙軸破碎機”的生產商來說,在國內的推廣步履艱難。

現在擺在廣大“雙軸破碎機”設備生產商麵前的是,怎樣設計生產出低能耗、低耗材、安全性更高、使用更方便的輪胎處理設備,並能自動把胎麵膠分開,讓膠粉生產企業真心願意使用“雙軸破碎機”,而不是僅僅依靠呼籲禁用“小三件”。

需要解決幾個問題:

對於雙軸破碎機的刀具第一次修磨的時間,目前有2種判定方法:1)在耗電相同的情況下,出膠塊產量減低很多;2)出現膠塊不是被剪斷而是被刀扯斷的現象。據客戶使用經驗及測試顯示,即使出料膠塊出現100%被刀扯斷現象,在相同產量的情況下耗電也沒有很大的區別,這就引出一個問題——到底刀具使用多少時間才更適合對刀具進行第一次修磨?

來看國外一組數據:1)德國生產製造廢舊輪胎處理設備比較先進的KAHL公司,它的客戶介紹,每小時處理3.5噸輪胎的雙軸機大約處理2000噸輪胎(帶止口圈鋼絲一起處理)需要進行第一次修複,按照小時換算大約580小時需修複;2)丹麥生產製造廢舊輪胎處理設備比較先進的ELDAN公司,它的設備在加拿大多倫多Liberty Tire Recycling公司使用,客戶說刀具都是在美國SSI公司(美國SSI公司是美國一個比較專業製造破碎設備的公司)購買,雙軸撕碎機的刀盤大約處理6500噸輪胎就需要更換,其中雙軸撕碎機產量為20噸/小時,雙軸機大約處理6500噸輪胎(帶止口圈鋼絲一起處理)需要進行第一次修複,按照小時換算大約325小時需修複。

按照一般經驗,如果把輪胎口圈去掉後再進入雙軸撕碎機撕碎,刀具第一次修磨時間會延長一倍,也就是說德國KAHL公司大約1100小時進行第一次修磨;而丹麥ELDAN公司和美國SSI公司大約650小時進行第一次修磨。

上述這些國外同行的刀具第一次修磨時間,都是在膠塊出現被刀扯斷達到約80%的時候,並且出料大小大約為50×70mm—50×120mm,而我國使用溝光輥破膠機的膠粉企業,一般要求膠塊大小小於50X80mm,如果尺寸太大鋼絲太長,溝光輥破膠機下方的膠粉篩不能盡快地將鋼絲篩除,使得鋼絲多次經過溝光輥而加快了溝光輥的磨損。所以如果按照國內的要求,尺寸大於50X80mm的膠塊將再次回到雙軸破碎機破碎,因此刀具進行第一次修磨時間將縮短。 

不過,不容置疑的是,國外先進公司的刀具使用壽命比國內長,但因為維修費用(包括人工、購買焊絲價格等其他修複費用)比國內高很多,因此每處理1噸輪胎的耗材也基本上與國內雙軸破碎機處理輪胎耗材持平。

基於上述各種數據分析,由於“小三件”在一些數據上的優勢,而“雙軸破碎機”在短時間內又無法超越,要想讓廣大膠粉生產企業真心實意地淘汰“小三件”,要做以下幾方麵的工作:

首當其衝的當然是所有“雙軸破碎機”的生產商:1)在刀具使用壽命方麵要繼續花大力氣試驗更好材料的焊條、焊絲,使得刀具趕上甚至超過國外同行的使用壽命;2)采用在刀座上鑲嵌或者可拆卸的刀體模式,方便客戶拆卸修複,減低修複時間和費用;3)“雙軸破碎機”是否有可能設計成類似於“小三件”切割輪胎這種方式。

其次,作為協會應向國家工信部、財政部、發改委等部門申請:對於橡膠粉生產企業使用 “雙軸破碎機”將給予財政扶持補貼,希望能真正帶動低能耗、低耗材、安全性更高、使用更方便的輪胎處理設備在國內大量推廣。

(二)5-15目(4-1mm)的膠粒生產設備配置及工藝:

前段時間報道的“毒跑道”風波,讓不明真相的人把橡膠顆粒和輪胎顆粒視作“毒跑道”的根源,這是極大誤解,對於廢舊輪胎和廢舊橡膠本身來說,是沒有問題的,如果是有毒物質粘連在廢舊輪胎和橡膠上麵,這就不是輪胎和橡膠本身的問題,而且“毒跑道”最大的問題還是出在膠黏劑上。

對於田徑跑道顆粒的生產工藝,有人可能簡單地認為是不是使用“雙軸破碎機+溝光輥(或雙溝輥)破膠機”就可以生產膠粒。

其實不是這樣,由於田徑跑道一般隻有13mm的高度,下層10mm使用廢舊輪胎顆粒,上麵3mm使用三元乙丙橡膠顆粒(EPDM),田徑跑道施工的時候隻需把膠黏劑與這些顆粒拌合,鋪設到路麵上,然後使用攤鋪機攤平即可。

由於溝光輥(或雙溝輥)破膠機在處理廢舊輪胎膠塊的過程中,主要是通過雙輥的搓切和剪切來完成,因此成品膠粒裏麵大多是毛刺狀的橡膠顆粒,而這種毛刺狀的橡膠顆粒如果鋪設到路麵上的時候,將使用更多地膠黏劑從而增加了客戶的生產成本。

而使用“雙軸破碎機+鋼絲分離機(或叫中碎機)+橡膠破碎機(或叫細碎機)”這種工藝流程,由於在處理廢舊輪胎的過程中,一直是純“剪切”的方式,所以橡膠顆粒菱角分明,使用的膠黏劑也大大減少從而降低了客戶的生產成本。

所以目前田徑跑道顆粒的生產工藝基本上是“雙軸破碎機+鋼絲分離機(或叫中碎機)+橡膠破碎機(或叫細碎機)”,由於這種工藝流程耗電更大、耗材費用更高,這也解釋了一些人很疑惑為什麽田徑跑道顆粒(1-4mm)銷售價現在大約在1400-1700元/噸,而更細一點的20-30目(0.85-0.6mm)膠粉銷售價現在約1000-1200元/噸。

二、我國廢舊輪胎粉碎設備的發展方向

1. 雙軸破碎機:

從目前所有處理輪胎的粗碎設備類型來說,有大家熟悉的“雙軸破碎機”、德國驍馬機械公司的“單軸撕碎機”和丹麥ELDAN公司生產的“單軸撕碎機”,後兩種單軸撕碎機雖然各有優勢(主要是更換刀具較方便),但是從能耗和設備穩定性、噪音方麵,雙軸破碎機更具優勢,在以後很長的一段時間內,雙軸破碎機還將在粗碎輪胎這一工序裏領先其他設備,隻是雙軸破碎機必須繼續在刀具使用壽命和拆卸更方便方麵做出更多改進。

2. 鋼絲分離機(或叫中碎機): 

如果需要生產出好的橡膠顆粒以及在能耗方麵,鋼絲分離機比溝光輥(或雙溝輥)具有更大的優勢,目前由於刀具結構的設計,使得該機出料後輪胎鋼絲與橡膠存在包裹現象,因此磁選出來的鋼絲需再一次使用另外的設備處理,這無形中加大了生產成本及能耗,因此各設備生產商需更優化刀具的結構設計。

比較來看,德國KAHL的設備運行,設備磁選後的鋼絲出料裏含有較多橡膠,但是後續配置了振動篩分裝置把合格鋼絲分離,不合格鋼絲回到設備裏再處理,丹麥ELDAN公司的也類似。如果能一次性地在刀具結構上能解決的話,可能會更好。

鋼絲分離機由於是封閉處理輪胎膠塊的,由於有鋼絲和尼龍,所以在處理輪胎膠塊的時候,一定會產生火星,會有起火的隱患,在設計時必須足夠重視。

此外,刀具的使用壽命。由於在高速切削帶鋼絲的橡膠塊,刀具磨損很快,雖然現在各國設備製造商都盡量把動刀和定刀設計成“前、後、左、右、上、下”等可以調換使用,已經大大延長了刀具使用壽命,但是在刀具材料以及維修工藝方麵,亟需進一步提升。

3. 橡膠破碎機(或叫細碎機):

據統計,國內輪胎子午化率2015年已經達到80%(換算成“噸”後的數據),但是半鋼胎(主要指小車胎和貨車胎)仍然占了一定比例,而處理這些半鋼胎時,如果出料膠粒大於4mm時,出料膠粒裏麵會不同程度地包裹著一段尼龍線,而帶有尼龍線的膠粒既不好看,如果田徑跑道顆粒使用的話又會吸附更多地膠黏劑,從而增加生產成本。因此,在半鋼胎的處理方麵,如何有效地去除膠粒裏麵包裹的尼龍,需要各設備生產商進行技術升級改進!

4. 溝光輥破膠機:

由於生產30目以內膠粉的主要設備還是溝光輥破膠機,從以前的冷硬鑄鐵輥到現在既有冷硬鑄鐵輥,又有鑄鋼輥在市場上並存。發展方向還是使用鑄鋼輥,關於焊接材料的技術提升,可能鑄鋼輥更適合進行焊接修複。

關於雙輥速比,現在已經有很多公司加大了速比,雖然產量顯著增加,但也帶來功率的增加以及膠粉“焦燒”的隱患,速比的加大是一個趨勢,需要找到一個平衡點,而且輥筒的冷卻設計需要加強,可以考慮在雙輥的上方增加噴霧狀水裝置對於溝輥溝槽的角度設計優化、溝槽深度寬度及形狀設計都需要進一步優化;同樣,從以前的480輥,到560輥,再到現在有些公司設計的660輥,從800長到1000長到1200長度,加大了直徑、長度,增加了轉速,加大了速比,這些都是為了提高單機產能需要進行的技術升級改進,但是輥筒的冷卻是各生產廠下一步都必須要改進的。

5. 橡膠磨粉機:

關於40目-120目膠粉以及精細膠粉的生產,其實現在的橡膠磨粉機,在常溫下是可以生產到80目-120目的,我做過一個測試,從磨粉機進料5-15目(其中5-8目占60%以上),出料後經過氣流分選機分離出80目(80目過篩率達到80%以上),然後再把這些80目的膠粉再一次進入到磨粉機裏,出料後再一次經過氣流分選機分離出120目(120目過篩率達到85%以上)。目前主要是精細膠粉的應用市場沒有完全打開,所以即使生產到這種細度也沒有太大作用。

現在橡膠磨粉機的現狀怎樣?如果進料5-15目(其中5-8目占60%以上),出料要求達到國家標準(GB/T19208-2008)80目膠粉的話,一台裝機功率30千瓦的橡膠磨粉機產量隻有約60公斤/小時,生產過程中還需要添加隔離劑才能達到。由於單機產量很低,經常會看到當客戶需要年處理1萬噸輪胎並且出料要求60目以上膠粉的話,需要配置十幾台橡膠磨粉機。

有人可能會問,為什麽不能設計大功率或者大直徑的磨盤,以提高單機產能?磨粉機最關鍵的問題是刀盤的冷卻,現在市麵上的磨粉機直徑大多在280、320等,我以前設計過最大直徑550,原以為產量會很高,但是最終測試結果是溫度上升太快,產量反而比280的還低。顯然,橡膠磨粉機的發展方向必須是往“大直徑磨盤、大功率單機”方向發展,至於冷卻方式,除了對現在刀盤目前沿用的內循環冷卻方式進行更合理的改進外,在進料處增加噴霧狀水裝置是必然之選。

此外,刀盤的實際工作剪切和磨削長度不要太長,並且磨盤的磨道設計要簡單,不要想到讓膠粒在磨盤中間走複雜的流道,而要讓膠粒進入到剪切和磨削區域後盡快出料。

事實上,在國內粉碎廢舊輪胎製成精細膠粉及改性瀝青有著巨大潛力可供發掘,其延伸應用和進一步深加工勢將形成一個蓬勃發展的朝陽產業,成為未來新的經濟增長點,作為生產粉碎設備的企業也必將進入到高速發展通道,也將助力我國交通、化工等相關行業飛速發展。

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