Примеры применения электромагнитных вибрационных питателей в производстве резины и пластмасс

Отраслевая история

Требования к подаче порошков в производстве резины и пластмасс более строги, чем во многих других отраслях. Это обусловлено не столько исключительно высокими требованиями к точности — напротив, они даже ниже, чем в фармацевтической сфере, — сколько тем, что сами материалы крайне сложны в обращении: сажа обладает большой удельной поверхностью и чрезвычайно склонна к пылеобразованию и налипанию; осаждённый диоксид кремния характеризуется крайне низкой насыпной плотностью, при этом часто возникает проблема слёживания; серный порошок представляет опасность пылевых взрывов; а различные ускорители и антиоксиданты, хотя применяются в небольших количествах, бывают представлены множеством разновидностей, что требует частой смены материалов и одновременно предотвращает их перекрёстное загрязнение.

Раньше многие предприятия использовали ручную подачу материалов или примитивные шнековые питатели, что приводило к загрязнённым, закопчённым цехам, значительным погрешностям при дозировании и к трудоёмким, времязатратным операциям по смене материалов и очистке оборудования. По мере ужесточения экологических норм и растущих требований клиентов к стабильности качества продукции автоматизированная подача стала незаменимым условием в данной отрасли.

Электромагнитный вибрационный питатель ATBR преимущественно применяется на четырёх ключевых этапах производственных процессов в резиновой и пластмассовой отраслях: транспортировке и дозировании сажи/диоксида кремния, автоматизированной смешивании второстепенных компонентов, подаче материалов в внутренние смесители и экструдеры, а также упаковке готовой продукции.

Этапы процесса и решения

1. Транспортировка и дозирование сажи/диоксида кремния — контроль пыли является первоочередной задачей

Сажа является наиболее широко применяемым армирующим наполнителем в резиновой промышленности. Благодаря малому размеру частиц, низкой насыпной плотности и большой удельной поверхности даже самая незначительная щель при разгрузке или транспортировке может привести к массовому образованию пыли. «Чёрные заводы», о которых часто говорят в отрасли, — это не преувеличение: если в производстве сажи недостаточно эффективно организован контроль за пылеобразованием, стены, полы и поверхности оборудования покрываются чёрным налётом, который крайне трудно удалить. Преципитированная диоксид‑кремния, хотя и имеет белый цвет, также легко подвержена взвешиванию в воздухе; при насыпной плотности всего 0,15–0,20 г/см³ в бункерах хранения нередко возникают засоры.

Традиционный подход заключается в использовании шнекового транспортёра или пневматической транспортировки. В случае шнековых транспортёров, после износа уплотнений сажевый порошок может просачиваться наружу, а само перемешивание лопастями шнека приводит к образованию пыли. Пневматическая транспортировка, напротив, сопряжена с высокими капитальными и эксплуатационными затратами, а высокоскоростное трение сажевого порошка внутри трубопровода может вызывать повышение температуры и даже слеживание.

Предложение компании ATBR — полностью закрытый электромагнитный вибрационный питатель FZL:

• Полностью закрытый кузов желоба Над бункером установлена герметичная крышка, оснащённая гибкими уплотнениями на входном и выходном отверстиях, что обеспечивает полную изоляцию всего подающего канала от внешней среды. Крышка соединена с центральным пылеулавливающим воздуховодом предприятия, поддерживая внутри бункера небольшое разрежение. Выбросы пыли в месте выгрузки снижены до уровней, невидимых невооружённым глазом, благодаря чему рабочая среда в цехе превратилась из «тёмной и пыльной» в такую, где работники могут спокойно носить белые рубашки.
• Проектирование устоев моста У выходного отверстия силоса для белого углеродного черного материала подающая желобка специально уклонена; в сочетании с высокочастотными, малоамплитудными колебаниями электромагнитной вибрации материал продвигается по желобку плавным, баллистическим движением, что предотвращает уплотнение и образование мёртвых зон; таким образом, проблемы образования мостиков практически полностью устранены.
• Взрывозащищённый, опционально Для эксплуатационных условий, связанных с горючей пылью, например, серным порошком, питатель может быть выполнен в взрывозащищённом исполнении; электромагнитная катушка и соединительная коробка при этом изготавливаются в соответствии со взрывозащитными стандартами.

2. Автоматизированная дозировка вспомогательных компонентов — высокое разнообразие, небольшие партии и высокая точность

В составе резиновых смесей, помимо сажи и осаждённой диоксид‑кремния, присутствуют вулканизирующие агенты (например, сера), ускорители (например, CZ, DM, TMTD и др.), антистарящие добавки, активаторы (например, оксид цинка и стеариновая кислота) и пластификаторы. В составе пластмассовых композиций входят стабилизаторы, смазочные вещества, антиоксиданты и пигменты. Все эти компоненты совместно называют «второстепенными ингредиентами»: их дозировки колеблются от нескольких десятков граммов до нескольких килограммов, однако они представлены большим разнообразием и требуют частой смены материалов.

Традиционное ручное взвешивание сопряжено с множеством проблем: низкой производительностью, значительными человеческими ошибками, неоднородностью результатов у разных операторов, а также рисками для здоровья работников, связанными с ручной обработкой порошкообразных материалов, таких как сера и ускорители.

Электромагнитный вибрационный питатель серии ATBR FZL в сочетании с автоматической системой дозирования:

• Один материал, одна машина; независимый узел дозирования. Каждый вид вспомогательного компонента подаётся из соответствующего питателя — сверху расположен бункер, а снизу — весовой бункер. При смене материала необходимо очищать только соответствующий бункер и подающий желоб; полная остановка линии не требуется.
• Двухскоростная подача + замкнутое управление по весу Процесс дозирования разделён на два этапа: первые 90–95% от заданной массы подаются с высокой скоростью, тогда как оставшиеся 5–10% переключаются на низкоскоростную точную доводку. Погрешность измерений сохраняется в пределах ±0,3%, а скорость дозирования в 35 раз превышает скорость ручного ведения процесса.
• Предотвращение перекрёстного загрязнения Корпус резервуара выполнен из нержавеющей стали марки 304 в едином отливке, с полированной внутренней поверхностью. При смене материала он может быть тщательно очищен путём продувки сжатым воздухом либо предварительной промывки небольшим количеством следующей партии, что исключает попадание серы из предыдущей партии в ускоритель при последующей загрузке.
• Управление формулами ПЛК системы дозирования хранит десятки, а иногда и сотни рецептов; операторы просто выбирают необходимый номер рецепта на сенсорном экране, что исключает необходимость каждый раз вручную настраивать параметры взвешивания.

3. Подача материала в смесители внутреннего типа и экструдеры — равномерная, непрерывная и без засорений.

Зарядка внутреннего смесителя (смешивание резины).   Внутренний смеситель является ключевым оборудованием для вулканизации резины, где сажа, вспомогательные компоненты и сырьевая резина подвергаются высокотемпературному сдвиговому смешению в смесительной камере. Если материалы загружаются в смеситель одновременно или непрерывными порциями, эффективность процесса вулканизации снижается — это приводит к колебаниям температуры выпуска, нестабильной вязкости по Моони и неравномерным эксплуатационным характеристикам конечного продукта.

Подающее устройство типа FZH устанавливается над входным отверстием загрузки внутреннего смесителя и выполняет функцию буферного дозирующего устройства. Взвешенные компоненты сначала выгружаются в загрузочный бункер, а затем подаются в внутренний смеситель с равномерной скоростью при помощи данного устройства. Скорость подачи может регулироваться в соответствии с технологическим процессом смешения и согласовываться с тактом хода верхнего штока внутреннего смесителя, что позволяет осуществлять либо «непрерывную подачу в процессе смешения», либо «порционную подачу».

Питание для двухшнековых экструдёров (модификация пластиков/грануляция).   В отрасли модификации пластиков двухшнековые экструдеры применяются для компаундирования, наполнения и армирования. Основные смолы в гранулах (например, ПП, ПЭ или ПА) и порошкообразные наполнители (включая карбонат кальция, тальк, стекловолокно и др.) должны подаваться в экструдер непрерывно и в строго определённых пропорциях. Неравномерная подача может вызывать колебания состава конечных гранул: одни партии получаются твёрдыми, другие — мягкими; одни — белыми, тогда как другие приобретают жёлтый оттенок.

В данном устройстве питатель серии FZL реализует «бесгравитационную непрерывную подачу»: весовой бункер устанавливается над питателем, а система непрерывно отслеживает скорость снижения массы бункера, автоматически регулируя амплитуду и частоту работы питателя, чтобы обеспечить точное соответствие количества порошка, подаваемого в экструдер за единицу времени, заданному рецептурному соотношению.

4. Упаковка готовой продукции — подходит как для порошкообразных, так и для гранулированных материалов

Резиновые смеси обычно выпускаются в виде листов или гранул, а модифицированные пластиком маточные смеси также поставляются в форме гранул. Однако некоторые промежуточные продукты имеют порошкообразную форму — например, исходные порошки, используемые для приготовления предварительно диспергированных маточных смесей резиновых добавок, либо немелованные модифицированные порошки.

Электромагнитный вибрационный питатель серии ATBR FZL (закрытого типа), при совместной работе с весовым индикатором, применяется для упаковки готовой продукции.

• Двухскоростная стратегия подачи: сначала работа на высокой скорости, позволяющая достичь более 90% от заданной массы, после чего переходят на низкую скорость для выполнения точных корректировок, обеспечивая точность фасовки в пределах ±30 г для мешков по 25 кг.
• Закрытая транспортировка обеспечивает контроль над пылью на упаковочной станции.
• Гранулы также могут свободно течь — при небольшом изменении угла наклона бункера частицы не застревают и не подскакивают, не разбрызгиваясь.

Технические характеристики

Специализированная герметичная подача для сажевого черного.   Полностью закрытый питатель FZL герметичен по всей длине — от входного отверстия до выходного — и работает при небольшом разрежении, когда подключён к пылеулавливающему воздуховоду. Уровень выбросов пыли в месте сброса углеродной сажи снижен до значений, невидимых невооружённым глазом, что позволило цеху избавиться от репутации «чёрной фабрики» и одновременно соответствовать требованиям экологической экспертизы.

Высокоточная дозировка ингредиентов с предотвращением перекрёстного загрязнения.   Подающее устройство FZL оснащено двухскоростной подачей и замкнутой системой взвешивания, что обеспечивает стабильную точность при дозировании малых партий в пределах ±0,3%. Его полированная бункер из нержавеющей стали марки 304 легко очищается с помощью мощной струи сжатого воздуха при смене материала, что исключает ошибки при переключении наименований продуктов. Данные о рецептурах заранее сохраняются в ПЛК, поэтому оператору достаточно выбрать необходимый номер рецепта.

Равномерно подавайте материалы в внутренний смеситель/экструдер.   Скорость подачи материала регулируется непрерывно, что обеспечивает равномерную и стабильную подачу сырья в внутренний смеситель или экструдер. Внутренний смеситель может быть синхронизирован с ходом верхнего поршня для реализации режима «смешивание при подаче», тогда как экструдер использует гравиметрическое управление, позволяющее поддерживать постоянную скорость подачи за единицу времени и тем самым предотвращать колебания состава.

Прочное и простое в уходе.   Он не имеет вращающихся деталей и подшипников, а также точек смазки. Регулярное техническое обслуживание сводится к периодической очистке резервуара и проверке гибких соединений уплотнительной крышки на наличие повреждений. Электромагнит рассчитан на срок службы свыше 10 лет и продолжает надёжно работать даже в условиях высокой запылённости, характерных для предприятий по производству сажи. По желанию резервуар может комплектоваться износостойкими футеровками, обеспечивающими стойкость к абразивному воздействию таких высокоабразивных наполнителей, как карбонат кальция и стекловолокно.

Фактические эксплуатационные данные

Ниже приведены эксплуатационные данные цеха по смешению резины, выпускающего цельнометаллокордные радиальные шины:

Заключение

Секторы производства резины и пластмасс переживают волну модернизации за счёт автоматизации, обусловленную тремя ключевыми факторами: экологические нормативы больше не допускают сильно загрязнённых условий на производственных участках; downstream‑клиенты требуют всё более высокой стабильности качества продукции; а рост затрат на рабочую силу делает ручную подачу материалов всё менее экономически целесообразной. В данной отрасли ценность электромагнитных вибрационных питателей заключается не в замене какого‑либо отдельного оборудования, а в интеграции разрозненных технологических операций — таких как транспортировка углеродного черного, дозирование вспомогательных компонентов, загрузка смесителей и упаковка готовой продукции — в чистый, точный и надёжный автоматизированный производственный процесс.

Компания ATBR накопила многолетний опыт в резиновой и пластмассовой отраслях, предлагая комплексные решения — от систем дозирования технического углерода на предприятиях по производству шин до многокомпонентных гравиметрических питателей на линиях производства цветовых концентратов — охватывая весь цикл: от проектирования систем до их монтажа и ввода в эксплуатацию на месте.

Электронная почта:
atbr@atbr-china.com

Ватсап:
+86-335-6888046

Мобильный:
+86-400-050-0335

Адрес:
ул. Чжаоянху, д. 20, зона экономического и технологического развития, г. Циньхуандао, провинция Хэбэй