С резиной при измельчении есть простая трудность: она может сжаться, изогнуться и снова расправиться, вместо того чтобы разрушиться. В конструкции Kobe Steel материал захватывают между ротором яйцеобразного сечения и стенкой корпуса. По мере поворота ротора зазор меняется, а зажатая резина испытывает сжатие и сдвиг. За счёт этого и идёт измельчение.
Дальше важно разделить два источника. Патент US3889889A от 17 июня 1975 года подробно объясняет устройство и несколько его исполнений. Японская статья 1979 года показывает, как овальный измельчитель включили в линию CTC вместе с дробилками, магнитами и классификацией. По этим материалам можно разобрать и рабочую зону, и движение продукта по линии. Но собирать все патентные варианты в одну якобы серийную машину было бы неточно.
Что происходит в рабочем зазоре
Чтобы понять работу зазора, нужно смотреть на весь зажатый слой резины. Он трётся о ротор и о корпус, а внутри самого слоя происходит сдвиг. Яйцеобразный профиль меняет расстояние до стенки при вращении. В US3889889A описаны и дополнительные способы регулировки: эксцентриситет, профилированная стенка, перемещение конического корпуса вдоль оси или радиальное перемещение частей стенки. В одном из вариантов может вращаться и сам корпус, в том числе навстречу ротору. Это набор возможных решений. При чтении чертежа сначала надо определить, какое именно исполнение перед нами. [P01-01]
Здесь существенна работа слоя между профилированным ротором и корпусом. Поэтому обычный двухвальный шредер с дисковыми ножами, даже если он хорошо режет шины на видео, ещё не показывает работу такого аппарата. И отдельно стоит вопрос о девулканизации: по одной овальности ротора нельзя судить об избирательном разрушении серных связей. В патенте рассматривается измельчение, а измерений такой избирательности не приведено.
Два конструктивных исполнения
На рисунке 3 показан вариант с двумя овальными роторами 22 в соединённых корпусах 21. Сверху материал поступает через шахту 8. Плунжер 10 прижимает его к рабочей зоне, чтобы подать к роторам. Сами роторы вращаются в противоположных направлениях, синхронно, с угловым смещением 90°. Нижняя крышка 23 открывается вокруг оси 24. Если сделать в ней отверстия 27, она может работать как сито и пропускать измельчённый материал непрерывно.
Практический смысл плунжера в этом варианте именно в подаче. Разделение резины и металла продавливанием через фильтрующую матрицу относится к другой конструкции пресса; приписывать его этому плунжеру не следует. [P01-02]
На рисунках 4–7 устроено иначе. На горизонтальном валу 201 сначала находится шнековая часть 202: она забирает сырьё из отверстия 205 и переносит его в камеру 212. Там работает овальная часть 203. Ротор и корпус 204 сужаются по длине, поэтому входной зазор L₁ больше выходного L₂. По пути к отверстию 206 материал проходит участки со всё более жёсткими условиями измельчения.
Гидроцилиндр 214 сдвигает корпус вдоль вала и тем самым меняет зазор. В гидравлической цепи есть предохранительный клапан 215 для реакции на перегрузку. То есть регулировка здесь привязана к вполне конкретному движению корпуса. Насколько при этом изменится крупность продукта, уже нужно проверять на выбранном сырье: готовой зависимости «зазор → распределение размеров» для любых шин патент не даёт. [P01-03]
Далее в патенте есть исполнение с охлаждающим каналом в валу и водяной рубашкой корпуса. Эти узлы относятся к своему варианту конструкции. При разборе аппарата их стоит проверять по соответствующему рисунку, а не добавлять ко всем остальным исполнениям. Горячая масляная ванна в это описание не входит. [P01-04]
Что действительно сообщено в опыте патента
Для представления о размере аппарата полезнее всего конкретный опыт на двухроторном варианте рисунка 3. В нём зазор d составлял 2,4 мм, обозначенный размер ротора H был 204 мм, а частота вращения 62 об/мин. Сырьё тоже было определённым образом подготовлено: из шины удалили бортовую проволоку и нарезали материал на блоки. Приведённый пример блока 20 × 20 × 7 см позволяет представить, что именно подавали в рабочую зону.
В таблице собраны остальные данные этого опыта и их ограничения. При прежней источниковой проверке числа сверяли по колонке 4, строкам примерно 50–68, и началу колонки 5; это страницы 12–13 PDF. Здесь эти проверенные данные сохранены. [P01-05]
| Показатель | Значение в патенте | База и ограничение |
|---|---|---|
| Зазор d между ротором и корпусом | 2,4 мм | Настройка данного опыта, не рекомендуемый режим всей линии CTC |
| Размер H ротора | 204 мм | Обозначенный в описании диаметральный размер овального ротора; не диаметр круглого вала |
| Частота вращения | 62 об/мин | Опыт с двумя роторами |
| Объем блока | Около 3000 см³ | Приблизительное указание источника |
| Пример размеров блока | 20 × 20 × 7 см | Произведение равно 2800 см³; это согласуется лишь с приблизительностью указанного объема |
| Количество поданного материала | Около 100 кг | Сообщение патента; длина камеры и полный цикл загрузки/выгрузки не приведены в этом опыте |
| Результат после 60 с | Средняя крупность 60 mesh | Стандарт сит и полное распределение не названы |
| При продолжении измельчения источник называет длительность 120 с | Около 100 mesh | Общий цикл и точка отсчета этой длительности не раскрыты; не отдельный опыт промышленной линии |
| Длина выделенных волокон | В среднем 50 мм | Речь о волокнистом армировании, не об измеренной чистоте стального корда |
В этих результатах важно не потерять, как именно они получены. Для 60 и 100 mesh не назван стандарт сетки, поэтому однозначно перевести их в микрометры по одному слову mesh не получится. А деление 100 кг на указанное время измельчения дало бы только арифметическую величину без учёта подачи, выгрузки, повторной обработки и сепарации. Паспортную производительность линии в т/ч так не получить.
То же относится к чистоте продукта. Патент сообщает, что волокна удобно отделять ситом, но не даёт баланса резины, оставшейся на стали, или металла, попавшего в крошку. И бортовую проволоку перед опытом уже удалили. Если предполагается подавать целую современную стальнокордную шину без такой подготовки, условия будут другими, и этот опыт сам по себе их не подтверждает.
Как овальный измельчитель включен в CTC
Теперь можно перейти от отдельного аппарата к линии. В статье 寺沢 広, 松崎 俊雄, 倉富 健郎 «ゴム粉の製造方法» («Способы получения резинового порошка»), 1979, CTC связана с разработкой Kobe Steel и использованием Kansai Kankyo. На с. 273, в § 2.4 и на рисунке 3, видно, что материал проходит несколько разных по назначению машин. Сначала шину нужно разделить на подходящие фрагменты, затем измельчить, раскрыть армирование и последовательно очистить продукт. Маршрут выглядит так. [P01-06]
- Используются две дробилки одного типа: первая грубо дробит целую шину, а вторая дополнительно уменьшает фрагменты до размера не более 50 мм по стороне. Эти дробилки имеют взаимозацепляющиеся режущие валы. Их нельзя путать с последующим овальным измельчителем.
- После первого измельчителя материал проходит два магнитных сепаратора и поступает во второй измельчитель. Подающий шнек направляет его к овальному ротору и специальному профилю внутренней стенки цилиндра. Здесь действуют сжатие и сдвиг.
- Вибрационная классификация разделяет продукт на классы, обозначенные в статье как 5 мм и более, 5–3 мм, 3–1 мм и 1 мм и менее. Исходные подписи перекрываются на границах; здесь они сохранены как в статье, без переопределения ситовых классов.
- Крупный продукт после воздушного отделения грубых волокон возвращается во второй измельчитель. Мелкие классы проходят отделение волокон воздухом и вибрацией; затем предусмотрены окончательная магнитная и волоконная очистка перед накоплением. [P01-07]
На этом маршруте измельчение и магнитную очистку приходится рассматривать вместе. Ротор раскрывает резинокордный материал, а металл затем извлекают отдельные магнитные ступени. В книге 1986 года на с. 66 описано, что они работают с разной напряжённостью: сначала отделяют преимущественно чистый металл, затем частицы резины с металлическими включениями и возвращают их на дробление. Это дополнительное пояснение именно из книги. Чисел для магнитного поля там нет, поэтому выбрать магниты только по этому описанию нельзя. [P01-08]
После обычной температурной стадии CTC возможна криогенная доработка порошка. Японская статья обсуждает её отдельно на с. 274. Для такой следующей стадии уже используется охлаждение жидким азотом. Поэтому, оценивая овальный измельчитель, надо следить, к какому участку относятся цифры: показатели криогенной установки и обычных дробильных вальцов из соседних разделов не описывают работу самого овального ротора. [P01-09]
История и границы применимости
Источниковая цепочка здесь прослеживается достаточно конкретно. У Макарова и Дроздовского в книге 1986 года патент US3889889 назван на с. 60, а линия с овальным ротором разобрана на с. 65–66 со ссылкой [58]. Этой ссылке соответствует статья 1979 года с DOI 10.2324/gomu.52.5_271. В её библиографии, в свою очередь, указана работа 川上茂三, 沢清彦 «廃タイヤ処理プラント», 1978, том 28, № 3, с. 93. Полный текст этой более ранней работы пока не прочитан. Её библиографию можно привести, но дополнительные технические сведения от её имени утверждать пока нельзя. [P01-10]
Если оценивать такой принцип для нынешней линии, начинать стоит с того, что именно предстоит измельчать. Каков состав шин, сколько в них стали и текстиля, какая подготовка уже сделана? Затем нужно проследить, куда эти компоненты уходят на каждой ступени, какую крупность даёт аппарат, как изнашиваются рабочие поверхности и сколько электричества потребляет весь маршрут вместе с очисткой.
Именно сочетание регулируемого зазора с последовательной сепарацией делает эту схему интересной. Но в проверенных источниках нет полного сопоставимого баланса, по которому можно было бы обещать преимущество в кВт·ч/т. Чистота корда после одной патентной операции и горячая пиролизатная предобработка тоже не установлены. Для выбора оборудования это конкретные недостающие данные, которые нужно получить, прежде чем переносить исторический пример на свой поток.
Подтверждённой YouTube-демонстрации именно исторического овального аппарата или атрибутированной линии CTC в выполненной проверке не найдено. Поэтому ролик современного шредера здесь не используется как иллюстрация этой конструкции. Патентные и журнальные рисунки служили рабочими доказательствами; права на их публичное переиздание отдельно не установлены. Ниже показана собственная функциональная схема потоков CTC. Она помогает проследить материал, но не передаёт точную патентную геометрию ротора и корпуса.
Использованная информация
Источники
- US3889889A, Kiyohiko Sawa, Kobe Steel Ltd., 17.06.1975. Колонки 2, 4–6, 10–11; рисунки 3–7; формула, пункты 1–2. Оригинальный PDF.
- 寺沢 広, 松崎 俊雄, 倉富 健郎. ゴム粉の製造方法. 日本ゴム協会誌, 1979, 52(5), 271–277. DOI и страница издателя. С. 271, 273–274 и библиография с. 277.
- Макаров В. М., Дроздовский В. Ф. Использование амортизованных шин и отходов производства резиновых изделий. Л.: Химия, 1986. С. 60, 65–66; библиография [58] на с. 239. Локальный предоставленный источник.
