Федеральное агентство по образованию Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет» Факультет «Инженерный вечерний» Кафедра «Химическая технология» Смешивание масс на машинах «АНОД-4» и «Айрих» ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОЙ РАБОТЕ По дисциплине «Технология углеродных материалов»
ЮУрГУ – 240403.2009.040.00.ПЗ КР Нормоконтролер Руководитель Дыскина Б.Ш. Дыскина Б.Ш. 2009 г. 2009 г. Автор проекта студент группы ИВ-627 Медведева Т.Ф. 2009 г. Работа защищена с оценкой Челябинск 2009 АННОТАЦИЯ Медведева Т.Ф. Смешивание масс на машинах «АНОД-4» и «Айрих» Челябинск: ЮУрГУ, Хим, 2009, 14 стр 6 ил библиография литературы –
3 наименования В курсовой работе представлены теоретические основы процесса смешивания и рассмотрены смесильные машины типа «АНОД – 4» и «Айрих». ВВЕДЕНИЕ Смесительные машины применяют при изготовлении электродных масс. Процесс смешивания электродных масс состоит из двух стадий: – перемешивание сыпучих порошкообразных масс, материалов различных фракций и видов для получения однородной смеси; – перемешивание сыпучих материалов
с жидкими связующими веществами. Протекание сложных физико-химических процессов взаимодействия связующего с твердым поглотителем. Чтобы связующие вещества выполнили свое назначение, они должны не только распределяться по объему смеси, но и смачивать зерна углеродистой шихты. Чтобы достигнуть высокой степени однородности, необходимо перевести пек в жидкую фазу, а значит, операцию следует проводить при нагревании загруженной смеси.
По принципу действия смесительные машины можно подразделить на машины периодического и непрерывного действия. К преимуществам периодических смесителей следует отнести возможность точности дозировки компонентов, эффективность смешивания и хорошее качество получающейся электродной массы. Недостатки – низкая производительность. Смесители «АНОД-4» и «Айрих» – смесители периодического действия [3]. 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА СМЕШИВАНИЯ Цель смешивания — приготовление однородной массы из компонентов, заданных рецептурой. Однородность смеси сыпучих материалов достигается многократным пересыпанием ее составных частей. При этом компоненты сухой шихты равномерно распределяются в объеме смеси, подчиняясь закону вероятности. В промышленных типах смесителей достаточная для практических целей однородность получается лишь по истечении длительного времени. Основной причиной этого является тихоходность смесителей и как следствие слабая циркуляция массы внутри
их. После прибавления к смеси жидких связующих веществ смесь приобретает связность, и подвижность ее составных частей относительно друг друга уменьшается. Поэтому простое пересыпание смеси под действием силы тяжести становится недостаточным для придания ей однородности. Чтобы преодолеть связность массы, к ней необходимо приложить дополнительное внешнее усилие. Внешнее усилие может привести к равномерному распределению составных частей массы двумя путями.
Первый состоит в разрывании массы на небольшие части, которые затем перемещаются и вновь объединяются в сплошную массу (смешивание делением). По второму способу части массы перемещаются без разрыва сплошности путем многократных пластических деформаций (смешивание вминанием). Это и есть месильная операция. Оба способа перемешивания разнородных материалов применяют при производстве электродной массы. Как правило, сначала смешивают сыпучие материалы «всухую», т. е. без добавки жидких
связующих, так как при этом подвижность частиц смеси больше и быстрее достигается их равномерное распределение. Только после этого к смеси добавляют жидкие связующие вещества. Чтобы связующие вещества выполнили свое назначение, они должны быть не только равномерно распределены по объему смеси, но, кроме того, должны смочить зерна сыпучих компонентов. Это возможно только при достаточной подвижности связующего, которую можно получить, повышая температуру или применяя растворитель. Смачивание в высшей степени существенно для пластифицирующей способности связующего, а также для связывания твердых зерен его коксом при обжиге. Смачивание — есть адгезионное явление и обусловлено силами молекулярного притяжения, действующими на поверхности раздела твердой и жидкой фазы. Оно подчинено правилам химического подобия и полярности. Каменноугольный пек и смола принадлежат к малополярным веществам.
Поэтому они хорошо смачивают малополярные поверхности, например кокс, графит, и значительно хуже смачивают полярные вещества, например минеральные порошки. Чтобы смачивание произошло, связующее должно обладать хорошей подвижностью, которая достигается нагреванием смеси до оптимальной температуры. Температура процесса смешивания также влияет на прочность прилипания пека к поверхности углеродистых материалов, которая находится в прямой зависимости от температуры.
Оптимальная температура процесса смешивания зависит от качества связующего и главным образом от температуры его размягчения. Оптимальная температура смешиваемой массы должна быть на 50—70 град выше температуры размягчения связующего. При этих температурах связующее обладает достаточно высокой подвижностью и смачивающими свойствами. При дальнейшем повышении температуры подвижность и смачивающая способность связующего возрастают и представляется, что не следует ограничивать верхний предел температуры.
Однако при дальнейшем повышении температуры резко возрастает окисление углеводородов, составляющих связующее. В результате масса ухудшает свои пластические свойства. Чрезмерно высокая температура затрудняет ее равномерное охлаждение, что также может привести к затруднениям при прессовании. В процессе смешивания, после смачивания твердых углеродистых частиц, тотчас происходит адсорбция составных частей связующего на поверхности частиц. Наиболее легко адсорбируются тяжелые коллоидные части связующих. Меньше всего адсорбируются легкие углеводородные вещества. Наблюдается избирательная адсорбция составных частей пека и смолы. Резкая избирательная адсорбция наблюдается только для тех порошковых материалов, которые хорошо связываются каменноугольным пеком и смолой. В процессе смешивания происходит проникновение жидкого пека в поры
углеродистых материалов. Для коксовой шихты, зерна которой имеют высокую пористость, около 15% пека, введенного в шихту, расходуется на заполнение пор коксовых частиц. Это обстоятельство следует учитывать при определении толщины пленки связующего на отдельных частичках составляющих массу. Важнейшими технологическими показателями режима смешивания являются температура смешиваемой массы и продолжительность смешивания. По этим двум параметрам решается вопрос о готовности
массы[3]. 2 ТЕХНОЛОГИЯ СМЕШИВАНИЯ НА СМЕСИЛЬНЫХ МАШИНАХ 2.1 Смеситель «АНОД-4» В электродной и электроугольной промышленности основным смесительным агрегатом является двухлопастная смесильная машина с зетообразными лопастями (рис. 1). Машина состоит из корыта, в котором Рис. 1 Смесильная машина вращаются две лопасти зетообразной формы. Дно корыта имеет форму двух соприкасающихся по длине полуцилиндров.
Средняя выступающая часть его называется седлом или гребнем. При вращении лопастей масса в корыте прижимается к седлу и разрывается на нем. Чтобы устранить обратное соединение, разделенных седлом частей массы, лопастям придают различное число оборотов. Косые поверхности лопастей попеременно перемещают массу от середины к торцам корыта и от торцов к середине. Для усиления смешивания между лопастями создают небольшой зазор. Такое устройство усиливает разрезывающее и разрывающее действие, так как кромки лопастей действуют на подобии ножниц. Процесс перемешивания в двухлопастных смесителях сопровождается следующими физическими явлениями, протекающими одновременно: смешивание масс, разрывание и растягивание обрабатываемых материалов, частичное перетирание их и пр. В результате совмещения в одном аппарате различных приемов смешивания достигается в относительно непродолжительное время удовлетворительная степень перемешивания.
Привод осуществляется через редуктор. Системой шестеренчатых передач лопасти приводятся во вращение. Сверху машина плотно закрыта крышкой, в которой имеются отверстия для загрузки материалами (твердыми, порошкообразными и связующими). Готовая масса выгружается через отверстие в днище корыта, закрываемое и открываемое с помощью заслонки, которая имеет механический или гидравлический привод. Массивные зетообразные лопасти слегка изогнуты. От формы и размеров отдельных элементов лопастей зависит
интенсивность перемешивания, главным образом, от угла подъема винта, образующего крылья лопастей, габаритов корыта и длины крыльев. Как правило, длину крыльев принимают не более четверти шага винта (90° по образующей окружности). Корыто смесильных машин обогревается частично или полностью. В электродной промышленности применяют машины с полным обогревом (рис.2) Рис.2 Кожух смесительной машины В этом случае все корыто заключено в паровую рубашку, рассчитанную на
избыточное рабочее давление пара 0,5 МПа. В электроугольной промышленности используют машины с электрическим обогревом, что связано с более высокой температурой, необходимой для производства некоторых видов изделий. Из зарубежной практики известны машины с газовым обогревом. Рис. 3 Смесильная машина: 1-корыто; 2- лопасти; 3- обогревающая рубашка; 4- привод для открывания разгрузочного отверстия; 5 и 6 – загрузочные отверстия; 7- редуктор; 8 – электродвигатель. Процесс смешивания протекает при постоянной температуре стенки корыта около 140 – 150 °С. В рубашку корыта вводится пар 0,5 МПа (насыщенный). Углеродистые материалы, из которых производится электродная масса, обладают высокими абразивными свойствами, особенно содержащие антрацит, поэтому внутренние части машины быстро изнашиваются. Для предохранения боковых и торцевых поверхностей корыта имеется защитная сменяемая футеровка стальными
листами, обычно из марганцовистой стали, которая хорошо противостоит истирающим усилиям. Замена футеровки производится довольно часто при производстве электродных масс, в которых присутствует антрацит, два-три раза в год. Массы на основе коксов изнашивают футеровку медленнее, и футеровку заменяют примерно через год. При производстве электроугольных масс футеровка служит несколько лет. Лопастные валы предохраняют от износа специальными накладками.
Расход электроэнергии на смешение зависит главным образом от вида производимой массы, от емкости машины и температуры размягчения связующего. На производство массы с низким содержанием связующих расходуется электроэнергии меньше, чем на изготовление массы с высоким содержанием связующих; при повышении температуры размягчения связующего расход энергии возрастает. Рис. 4 Диаграмма потребления мощности смесительной машины: а – анодная масса; б – масса для графитированных
заготовок; в – масса для угольных электродов Диаграммы показывают потребление мощности за весь цикл смешения. По мере нагревания массы потребная мощность понижается и достигает минимума после того, как масса хорошо перемешается и достигнет максимальной температуры. Установившийся минимум потребления мощности следует считать моментом окончания процесса смешивания. Поэтому по показаниям ваттметра довольно просто наблюдать не только за процессом смешивания, но и за эксплуатацией машины, так как он указывает время, затраченное на холостой ход машины, перемешивание порошкообразных материалов, перемешивание со связующим и на выгрузку. Регистрирующий ваттметр, включенный в питающую цепь мотора смесильной машины, может давать дополнительные данные по контролю за режимом смешения и работой смесильных машин. 2.2 Смеситель «Айрих» Существуют разные методы получения смесей и, следовательно, разные виды смесителей.
Так, смеситель «Айрих» способен значительно увеличить производительность готового продукта при общем уменьшении общего количества энерго- и теплозатрат, а также непрерывности способа производства. Таким образом, это оборудование является наиболее современным смесителем сухих смесей [2]. Интенсивные смесители АЙРИХ типовой серии R концепированы для применения в различных отраслях для обработки сырья и приготовления смесей. Благодаря возможностям регулирования оснащения машин и энергетической
зоны гарантируется высокая степень эффективности. Для данных смесителей характерны: Наклонный вращающийся резервуар. Вращающийся смесительный инструмент. Регулируемый многофункциональный инструмент. В результате смеситель имеет преимущества: Оптимальная гомогенизация смеси. Кратчайшее время смешивания. Незначительная подверженность износу. Конструкция, не требующая интенсивного техобслуживания.
Постоянное отличное качество смеси (на продолжительное время). Непрерывный или периодический режим работы. Технологические процессы могут осуществляться по отдельности или комбинированно. К таким процессам относятся: смешение, реагирование, эмульгирование, диспергирование, растворение, ошлакование, пластифицирование, вентиляция, размалывание, сепарирование, растворение, агломерация, дезагломерация, пелетирование, гранулирование, замешивание, увлажнение, сушка, нагревание, охлаждение, отгонка, импрегнированйе, нанесение покрытий, тидрофобирование. Интенсивные смесители Айрих типа R могут изготавливаться по принципу встречного или поперечного потоков. Принцип действия пригоден как для периодического так и для непрерывного режимов работы. Рис. Схема потоков Рис.5 Схема потоков Принцип встречных потоков Принцип поперечных потоков Таким образом, учтены все действующие в настоящее время требования к современным
технологическим процессам. Качественное смешивание смесителем типа R гарантируется за счёт: вращающегося смесительного резервуара, который непрерывно подаёт смешиваемый материал в область эксцентрически расположенного и быстро вращающегося устройства; при этом образуются встречные потоки смешиваемого материала с высокой разностью скоростей; наклонно расположенного вращающегося смесительного резервуара, который в соединении с неподвижным регулятором движения материала способствует
прочному вертикальному компоненту потока смеси; универсального инструмента, который предотвращает прилипание остатков к стенке резервуара и в конце процесса смешения ускоряет процесс опорожнения[2]. Рис. 6 Принцип смешивания смесителя АЙРИХ 2.2.1 Конструктивные характеристики Интенсивные смесители фирмы Айрих типа R способны работать при атмосферном давлении и в вакуумных условиях в широком диапазоне температур (до 170ºC).
Они одновременно являются износостойкими и не требующими особого ухода. Поворотный смесительный резервуар обрамлён статическим корпусом. На уплотнения подвижных частей не осаждается смешиваемый материал. Лёгкий доступ к смесительной камере. Он выполнен в зависимости от размеров резервуара[2]. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Смешивание масс является одним из важнейших процессов в электродном производстве, так как от смешивания зависит качество получаемой массы, и следовательно качество получаемой продукции. Смесители «Айрих» по сравнению с «АНОД – 4» обладает следующим рядом преимуществ: – значительно меньшее время для перемешивания, что благоприятно влияет на массу, так как при длительном пребывании массы в машине понижается ее пластичность, она становится жесткой и твердой; – способен значительно увеличить производительность готового продукта при общем уменьшении общего количества энерго- и теплозатрат, а
также непрерывности способа производства.; – возможность работы при более высоких температурах (до 170ºC) БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1 www.lityo.com.ua 2 www.eiroch.ru 3 Чалых, Е.Ф. Оборудование электродных заводов: учебное пособие для вузов / Е.Ф. Чалых. – М.: Металлургия, 1990. – 283 с. ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ…3 1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА СМЕШИВАНИЯ………… 4 2
ТЕХНОЛОГИЯ СМЕШИВАНИЯ НА СМЕСИЛЬНЫХ МАШИНАХ…….6 2.1 Смеситель «АНОД – 4»… 6 2.2 Смеситель «Айрих»…10 2.2.1 Конструктивные характеристики… 12 ЗАКЛЮЧЕНИЕ… 13 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…14