超高壓水射流粉碎廢舊輪胎制取精細膠粉理論基礎(chǔ)研究

膠粉制作是廢舊輪胎橡膠資源化回收利用的主導方向。利用超高壓水射流粉碎橡膠可以充分利用射流的冷態(tài)加工、粉碎去除與鋼絲層自動分離的技術(shù)優(yōu)勢，能夠有效解決傳統(tǒng)機械粉碎無法兼顧膠粉質(zhì)量與生產(chǎn)成本的問題。本項目以水射流粉碎特性和膠粉物性為切入點，提出了超高壓水射流精細粉碎廢舊輪胎的完整工藝；研究了輪胎橡膠在超高壓水射流高速沖擊作用下的受力狀態(tài)與典型失效模式，建立了基于應變能失效準則的橡膠本構(gòu)模型；系統(tǒng)分析了射流粉碎產(chǎn)生膠粉的理化性質(zhì)與結(jié)構(gòu)變化，探究了射流參數(shù)對膠粉性質(zhì)的影響規(guī)律，并對射流精細粉碎工藝參數(shù)進行了多重響應優(yōu)化；基于橡膠在射流沖擊下的失效模式與膠粉脫硫程度，揭示了水射流精細粉碎中的力化學脫硫效應及其機理；對比研究了射流粉碎膠粉在工程材料改性中的表現(xiàn)，全面評估了射流粉碎膠粉的再利用性能。研究成果為超高壓水射流精細粉碎在膠粉制作領(lǐng)域的應用奠定理論基礎(chǔ)，為廢舊輪胎的資源化環(huán)保回收提供技術(shù)支撐。 2100433B

伴隨汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，中國囤積的廢舊輪胎數(shù)量日益增多。廢舊輪胎被稱為黑色污染，其妥善治理技術(shù)已成為一個世界難題。將廢舊輪胎制成膠粉是廢舊輪胎綠色回收利用的主導方向，目前膠粉工業(yè)面臨的主要難題是如何兼顧膠粉質(zhì)量與生產(chǎn)成本的問題。相比傳統(tǒng)粉碎方式，水射流粉碎可以很好的解決這一難題，但是對于水射流粉碎廢舊輪胎的機理與關(guān)鍵技術(shù)研究還很缺乏。本項目以廢舊輪胎的回收利用為研究對象，以超高壓水射流粉碎廢舊輪胎制取精細膠粉為主線，以水射流粉碎特性和膠粉物性為切入點，以提出基于水射流技術(shù)的環(huán)保節(jié)能精細膠粉制取理論與關(guān)鍵技術(shù)為目標，系統(tǒng)研究水射流回收廢舊輪胎制取膠粉過程中的粉碎機理，分析水射流作用下輪胎橡膠-鋼絲體系的分離機制，提出超高壓水射流粉碎廢舊輪胎與制取膠粉一體化的技術(shù)原理，為超高壓水射流技術(shù)在精細膠粉制作領(lǐng)域的應用奠定基礎(chǔ)，為廢舊輪胎的綠色環(huán)?；厥仗峁├碚撆c技術(shù)支撐。

《高壓水射流超細粉碎理論與技術(shù)》系統(tǒng)地介紹了高壓水射流超細粉碎的理論、技術(shù)與實際應用，包括水射流粉碎技術(shù)的現(xiàn)狀、湍射流結(jié)構(gòu)紅外熱成像實驗、自激振動磨料水射流超細粉碎的原理、自激振動磨料射流噴頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計、水射流粉碎系統(tǒng)與工藝、自振式水射流粉碎機結(jié)構(gòu)參數(shù)的實驗優(yōu)化方法，以及水射流超細、超微粉碎技術(shù)在制備永磁鐵氧體超細粉體、珠光云母粉和精細水煤漿等方面的應用。自激振動射流是水射流超細粉碎的關(guān)鍵技術(shù)，其中亥姆霍茲諧振器是用于產(chǎn)生射流自激振動的基礎(chǔ)性元件，書中介紹了其諧振頻率、自激振動模型的理論分析方法，以期為水射流粉碎機的設(shè)計提供理論參考。

《高壓水射流超細粉碎理論與技術(shù)》可作為高等院校選礦、材料、流體力學等專業(yè)研究生和高年級本科生的參考教材，也可供從事超細及超微粉體制備技術(shù)、選礦技術(shù)和高壓水射流技術(shù)等研究的科研人員參加。

1 緒論

1.1 水射流超細粉碎技術(shù)

1.1.1 水射流技術(shù)的發(fā)展概況

1.1.2 磨料射流

1.1.3 脈沖射流

1.1.4 空化射流

1.2 超細粉碎技術(shù)

1.3 高壓水射流超細粉碎技術(shù)

參考文獻

2 湍射流結(jié)構(gòu)的紅外熱成像

2.1 射流的結(jié)構(gòu)

2.2 射流的理論解

2.3 紅外探測

2.4 力-熱耦合原理

2.5 射流渦旋場的紅外輻射規(guī)律

2.6 射流分段結(jié)構(gòu)的紅外輻射規(guī)律

參考文獻

3 自振式水射流粉碎機

3.1 自激振動磨料射流

3.1.1 基本思想

3.1.2 自激振動磨料引射原理

3.2 粉碎用自激振動噴頭

3.3 自振式水射流粉碎機

3.4 粉碎機理

3.4.1 沖擊作用

3.4..2 空化作用

3.4.3 水楔作用

3.5 粉碎機參數(shù)的單因素試驗

3.5.1 試驗條件

3.5.2 產(chǎn)率與振蕩腔直徑的關(guān)系

3.5.3 產(chǎn)率與振蕩腔長度的關(guān)系

3.5.4 放大器直徑對產(chǎn)率的影響

3.5.5 產(chǎn)率與放大器長度的關(guān)系

3.5.6 產(chǎn)率與靶距的關(guān)系

3.6 給料粒度與產(chǎn)率的關(guān)系

3.7 粉碎機的性能對比試驗

3.8 粉碎機的性能評價

參考文獻

4 粉碎機參數(shù)優(yōu)化

4.1 試驗方案

4.2 方差分析

4.3 各因素水平與平均產(chǎn)率的關(guān)系

4.3.1 平均產(chǎn)率與放大器直徑的關(guān)系

4.3.2 平均產(chǎn)率與振蕩腔直徑的關(guān)系

4.3.3 平均產(chǎn)率與振蕩腔長度的關(guān)系

4.3.4 平均產(chǎn)率與放大器長度的關(guān)系

4.3.5 平均產(chǎn)率與靶距的關(guān)系

4.4 對交互作用的分析

4.5 粉碎機最優(yōu)方案

參考文獻

5 水射流粉碎鐵鱗和云母

5.1 水射流粉碎鐵鱗

5.1.1 永磁鐵氧體的原料

5.1.2 永磁鐵氧體粉碎工藝

5.1.3 水射流粉碎鐵鱗試驗

5.1.4 結(jié)果與討論

5.2 水射流粉碎云母

5.2.1 云母粉制備現(xiàn)狀

5.2.2 工藝及設(shè)備

5.2.3 水射流壓力與產(chǎn)品粒度的關(guān)系

5.2.4 水射流制備珠光云母粉

參考文獻

6 水射流粉碎制備超細水煤漿

6.1 引言

6.2 煤樣與試驗系統(tǒng)

6.2.1 煤樣

6.2.2 試驗系統(tǒng)與工藝流程

6.3 水射流粉碎機

6.4 水力旋流器

6.5 水射流粉碎后的粒度分布

6.6 水射流粉碎并水力分級結(jié)果分析

6.6.1 大同原煤

6.6.2 趙各莊原煤

6.6.3 范各莊原煤

6.7 粉碎能耗

6.8 浮選效果分析

6.9 掃描電鏡分析

6.10 水射流納米粉碎技術(shù)

6.10.1 研究現(xiàn)狀

6.10.2 制備超微水煤漿實驗

參考文獻

7 自激振動頻率的研究

7.1 自激振蕩的原理

7.2 圓管內(nèi)的非恒定流動

7.2.1 非恒定流動連續(xù)性方程

7.2.2 非恒定流動運動方程

7.2.3 非恒定流動方程的線性化

7.2.4 非恒流基本方程的頻域形式

7.3 非恒定管流基本方程的解

7.3.1 流體阻抗

7.3.2 用阻抗表示的非恒定管流基本方程的解

7.4 亥姆霍茲諧振器的固有頻率

7.4.1 諧振器的頻率特性

7.4.2 諧振器固有頻率的表達式

7.5 自振射流亥姆霍茲諧振器的數(shù)學模型

7.5.1 斯特勞哈爾數(shù)與諧振器固有頻率

7.5.2 基于水聲學的亥姆霍茲諧振器的數(shù)學模型

7.5.3 基于分離渦環(huán)假設(shè)的諧振器模型

7.6 理論模型應用的要點

參考文獻

粉碎設(shè)備理論假設(shè)一

被粉碎的物料受自身重力或外力作用，由進料口進入粉碎機后，經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的離心盤的作用，沿徑向分布并獲得離心動力，離開園盤后又高速飛向齒圈板，這樣，物料與齒圈板、物料與物料之間不斷地相互碰撞及摩擦，物料也就不斷地被粉碎直至達到一定的細度，最后經(jīng)篩網(wǎng)板被出粉碎機外，成為所需的產(chǎn)品。

粉碎設(shè)備理論假設(shè)二

粉碎方法用機械粉碎固體物料的主要方法有5種，即擠壓、彎曲、劈裂、研磨和沖擊前4種都是使用靜力，最后1種則應用動能。在絕大多數(shù)粉碎機械中，物料常在兩種以上粉碎方法的綜合作用下被粉碎，例如粉碎機械，在旋回破碎機中，主要應用擠壓、劈裂和彎曲；在球磨機中，主要應用沖擊和研磨。粉碎方法是根據(jù)物料的物理特性、料塊的大小和所要求的細化程度來選擇的。對于堅硬物料，應采用擠壓、彎曲和劈裂；對于脆性物料，應采用沖擊和劈裂；料塊較大時，應采用劈裂和彎曲；料塊較小或排料粒度要求很小時，則應采用沖擊和研磨。粉碎方法如果選擇不當，就會出現(xiàn)粉碎困難或過度粉碎現(xiàn)象，兩者都會增大粉碎過程中的能量消耗。

粉碎設(shè)備理論假設(shè)三

能量消耗和粉碎理論工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的大量粉碎工作消耗的能量很大，但在粉碎作業(yè)中，輸入粉碎機械中的能量的絕大部分都轉(zhuǎn)化為熱而由粉碎機械、循環(huán)空氣和被粉碎的物料等所吸收，直接用于物料粉碎上的卻為量極小：在破碎機械中，一般不超過10%；在粉磨機械中，則常不足1%。因此，為了減少能耗，就必須選取適當?shù)姆鬯闄C械、采用正確的操作方法、規(guī)定最佳的粉碎比和單位時間內(nèi)的產(chǎn)量。在正常的工作條件下，不同細化范圍的能耗水平大致如下：①碎到100毫米3～4千瓦小時/噸；②碎成100～10毫米5～6千瓦小時/噸；③碎成10～0.125毫米20～30千瓦小時/噸；④碎到0.125毫米100～1000千瓦小時/噸。以一般水泥廠為例，破碎機械的耗電量約占全廠總耗電量的10%，而其粉磨機械的耗電量則占60%左右。因此，在粉碎過程中就必須采取降低過度粉碎的措施，以達到節(jié)能的目的。

粉碎理論主要是研究粉碎過程中能耗與細化程度之間的關(guān)系。由于粉碎作業(yè)是涉及多種因素的極其復雜的過程，在粉碎理論方面尚無公認的統(tǒng)一結(jié)論，而只有3種比較重要的假說。分別是：德國的里特林格爾于1867年提出的面積假說，認為固體物料粉碎時，能耗與新產(chǎn)生的表面積成正比；德國的基克于1885年提出的體積假說，認為將幾何形狀相似的同類物料破碎成幾何形狀也相似的產(chǎn)品時，能耗與被破碎的料塊的體積或重量成正比；美國的邦德和中國的王仁東于1952年提出的裂縫假說。

這三種假說在實用中都有其局限性，面積假說較適用于排料粒度為0.01～1毫米的粉磨作業(yè)，體積假說較適用于排料粒度大于10毫米的粗碎和中碎作業(yè)，而裂縫假說則介于兩者之間，適用于從中碎到粗粉磨作業(yè)的比較廣泛的范圍內(nèi)。