CH639894A5

CH639894A5 - METHOD FOR MINIMIZING THE SPECIFIC ENERGY NEEDS WHILE ROLLING uncured RUBBER MATERIAL.

Info

Publication number: CH639894A5
Application number: CH63279A
Authority: CH
Inventors: William C Lang
Original assignee: Gen Tire & Rubber Co
Priority date: 1978-01-23
Filing date: 1979-01-22
Publication date: 1983-12-15
Also published as: LU80812A1; IN148934B; GB2016019A; ZA786170B; DE2849349C2; GB2016019B; AU4023478A; RO82403B; JPS6218325B2; SE7900390L; AU512638B2; IT7828655A0; AR224113A1; CA1126465A; FR2414989A1; IT1099380B; DE2849349A1; JPS54103484A; RO82403A; PT68745A

Description

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2 2nd

PATENTANSPRUCH PATENT CLAIM

Verfahren zum Minimieren des spezifischen Energiebedarfs beim Walzen von unvulkanisiertem Kautschukmaterial auf einem Walzwerk mit einer oder mehreren, mit Wasser innengekühlten Walzen, gekennzeichnet durch die Schritte a) Variieren der Menge des eine oder mehrere Walzen pro Zeiteinheit durchströmenden Kühlwassers von einer ersten Temperatur zum Ermitteln der Durchflussmenge, bei welcher durch eine Steigerung der zeitlichen Durchflussmenge die Differenz zwischen der Kautschukmaterialtemperatur und der Kühlwassertemperatur nicht verkleinert wird, Method for minimizing the specific energy requirement when rolling unvulcanized rubber material on a rolling mill with one or more rolls internally cooled with water, characterized by the steps a) Varying the amount of cooling water flowing through one or more rolls per unit of time from a first temperature to determine the flow rate , in which the difference between the rubber material temperature and the cooling water temperature is not reduced by an increase in the flow rate over time,

b) Wiederholen des Schrittes a) bei einer oder mehreren weiteren Kühlwassertemperatur(en) zum Ermitteln derjenigen Kühlwassertemperatur, bei welcher durch weitere Kühlwassertemperaturabsenkungen die Differenz zwischen der Kautschukmaterialtemperatur und der Kühlwassertemperatur nicht mehr wesentlich abnimmt, b) repeating step a) at one or more further cooling water temperature (s) to determine that cooling water temperature at which the difference between the rubber material temperature and the cooling water temperature no longer decreases significantly as a result of further cooling water temperature drops,

c) Wählen der Kühlwassertemperatur und der Kühlwasserdurchflussmenge, welche die kleinste Differenz mit einer Toleranz von ± 20°C zwischen der Kautschukmaterialtemperatur und der Kühlwassertemperatur bewirken, und d) Betreiben des Kautschukwalzwerkes mit der gewählten Kühlwassertemperatur und Kühlwasserdurchflussmenge. c) Choosing the cooling water temperature and the cooling water flow rate, which cause the smallest difference with a tolerance of ± 20 ° C between the rubber material temperature and the cooling water temperature, and d) Operating the rubber mill with the selected cooling water temperature and cooling water flow rate.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Minimieren des spezifischen Energiebedarfs beim Walzen von unvulkanisiertem Kautschukmaterial nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs. The present invention relates to a method for minimizing the specific energy requirement when rolling unvulcanized rubber material according to the preamble of the patent claim.

Bei der Herstellung von Kautschuk- bzw. Gummimischungen werden die Bestandteile zuerst in einem Banbury-mischer oder Gummikneter vermischt und die erhaltene Mischung in einem zwei Walzen aufweisenden Kautschukwalzwerk gewalzt. Die Walzen werden mittels durch diese hindurchgeleitetem Kühlwasser gekühlt. Der verarbeitete Kautschuk hat ein «Gedächtnis» seiner «Wärmegeschichte». Wenn der Kautschuk zu lange bei einer zu hohen Temperatur (gesamte «Wärmegeschichte») gehalten wird, wird er anvulkanisiert. Probleme der Anvulkanisation wurden bisher durch Verwendung von kälterem Wasser zur Wa'zenküh-lung gelöst. Man ist sogar so weit gegangen, zur Kühlung des durch die Walzen strömenden Kühlwassers mit «Freon» (z.B. Monochlordifluormethan) als Kühlgas arbeitende, mechanische Kühleinheiten einzubauen. In the production of rubber or rubber mixtures, the constituents are first mixed in a Banbury mixer or rubber kneader and the mixture obtained is rolled in a rubber rolling mill having two rollers. The rollers are cooled by means of cooling water passed through them. The processed rubber has a "memory" of its "heat history". If the rubber is kept at too high a temperature for too long (entire “heat history”), it will be vulcanized. Problems with scorching have so far been solved by using colder water for roller cooling. One has even gone so far as to install mechanical cooling units that work with «Freon» (e.g. monochlorodifluoromethane) as cooling gas to cool the cooling water flowing through the rollers.

Die Anwendung von gekühltem Wasser in Walzwerken hat grosse Kosten und einen hohen Energiebedarf für den Betrieb der Kühleinheiten verursacht. Die extreme Kühlung hat ferner die Steifheit des gewalzten Kautschuks erhöht, was wiederum dazu geführt hat, dass die Walzwerkmotoren schwerer arbeiteten und daher mehr Energie verbrauchten. In einigen Fällen, bei welchen reichliches und preiswertes Kaltwasser aus Bohrlöchern zur Verfügung stand, wurden hohe Kaltwassermengen umgesetzt und einem Vorfluter zugeführt. Die Wasseraufbereitung zwecks Verhinderung von Korrosion beim Walzwerk hat sich in diesen Fällen jedoch als ziemlich kostspielig erwiesen. The use of cooled water in rolling mills has caused great costs and a high energy requirement for the operation of the cooling units. Extreme cooling has also increased the rigidity of the rolled rubber, which in turn has made the mill motors work harder and therefore use more energy. In some cases, where abundant and inexpensive cold water was available from boreholes, large amounts of cold water were implemented and fed to a receiving water. However, water treatment to prevent corrosion in the rolling mill has proven to be quite expensive in these cases.

Überraschenderweise wurde festgestellt, dass es einen Temperaturbereich für die Kautschukmischung und einen entsprechenden Temperaturbereich für das Kühlwasser gibt, innerhalb welchem bei zunehmender Kühlwassertemperatur eine Abnahme der Temperatur der Kautschukmischung auftritt. Dieses Phänomen wird durch die weiter unten folgende Erläuterung der Fig. 3 besonders deutlich. Wenn man innerhalb des obengenannten Bereichs, in welchem bei zunehmender Kühlwassertemperatur die Temperatur der Kautschukmischung abnimmt, weitergeht, so kommt man an einen Punkt, an welchem ein Mindestunterschied zwischen der Temperatur der Kautschukmischung und der Temperatur der Walzenoberfläche erreicht wird. Dies ist gleichzeitig der Punkt, an dem der Bereich eines minimalen Unterschiedes zwischen Kautschukmischungstemperatur und Kühlwassertemperatur beginnt. Surprisingly, it was found that there is a temperature range for the rubber mixture and a corresponding temperature range for the cooling water, within which a decrease in the temperature of the rubber mixture occurs with increasing cooling water temperature. This phenomenon is particularly clear from the explanation of FIG. 3 below. If one continues within the above-mentioned range, in which the temperature of the rubber mixture decreases with increasing cooling water temperature, one comes to a point at which a minimum difference is reached between the temperature of the rubber mixture and the temperature of the roller surface. This is also the point at which the area of minimal difference between the rubber compound temperature and the cooling water temperature begins.

Wenn nun das Walzwerk beim Walzen der Kautschukmischung mit Kühlwasser gespeist wird, dessen Temperatur und zeitliche Durchsatzmenge zur Erreichung des Betriebszustandes ausreicht, an welchem der Mindesttemperaturunterschied zwischen Kautschukmischungstemperatur und Walzenoberflächentemperatur auftritt bzw. an welchem der Bereich des minimalen Unterschieds zwischen Kautschukmischungstemperatur und Kühlwassertemperatur beginnt, kann besonders energiesparend gearbeitet werden. If the rolling mill is fed with cooling water during the rolling of the rubber mixture, the temperature and throughput of which is sufficient to achieve the operating state at which the minimum temperature difference between the rubber mixture temperature and the roller surface temperature occurs or at which the range of the minimum difference between the rubber mixture temperature and the cooling water temperature begins, in particular energy-saving work.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Minimieren des spezifischen Energiebedarfs beim Walzen von unvulkanisiertem Kautschukmaterial auf einem Walzwerk mit einer oder mehreren, mit Wasser innengekühlten Walzen vorzuschlagen. The object of the invention is to propose a method for minimizing the specific energy requirement when rolling unvulcanized rubber material on a rolling mill with one or more rolls internally cooled with water.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung nach den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs gelöst. This object is achieved according to the invention according to the features in the characterizing part of the patent claim.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. In der Zeichnung zeigt The invention is explained below with reference to the drawing, for example. In the drawing shows

Fig. la den Kühlwasserkreislauf einer teilweise im Querschnitt dargestellten Walze eines zwei Walzen aufweisenden Kautschukwalzwerkes in Kombination mit einer Wasserpumpe mit veränderbarer Fördermenge und einer Wasserversorgung mit veränderbarer Kühlwassertemperatur, La the cooling water circuit of a roller partially shown in cross section of a two-roller rubber rolling mill in combination with a water pump with variable flow rate and a water supply with variable cooling water temperature,

Fig. lb die beiden Walzen des in Fig. la gezeigten Walzwerkes, Fig. Lb, the two rolls of the rolling mill shown in Fig. La,

Fig. 2 ein Diagramm, welches die Veränderung der Temperatur der Kautschukmischung bei Erhöhung der pro Zeiteinheit durch die Walzen des Walzwerks strömenden Kühlwassermenge einer bestimmten Temperatur zeigt; und 2 is a diagram which shows the change in the temperature of the rubber mixture when the amount of cooling water flowing through the rolls of the rolling mill at a certain temperature per unit of time increases; and

Fig. 3 ein Diagramm, welches die Veränderung der Temperatur der Kautschukmischung in Funktion der allmählichen Erhöhung der Kühlwassertemperatur bei konstantem Kühlwasserdurchsatz durch die Walzen des Walzwerkes veranschaulicht. Die Form der Kautschuktemperaturkurve ist je nach der bearbeiteten Kautschukmischung unterschiedlich. Fig. 3 is a diagram illustrating the change in the temperature of the rubber mixture as a function of the gradual increase in the cooling water temperature with constant cooling water throughput by the rolls of the rolling mill. The shape of the rubber temperature curve differs depending on the rubber compound being processed.

In den Figuren la und lb sind schematisch Teile eines wassergekühlten Kautschukwalzwerkes mit zwei Walzen 3 und 5 gezeigt. Die Walzen weisen bei einem praktischen Ausführungsbeispiel jeweils einen Durchmesser von etwa 68 cm und eine Länge von etwa 213 cm auf. Zwischen den Walzen befindet sich die zu bearbeitende unvulkanisierte bzw. ungehärtete Kautschukmasse 7. Die Walzen des Walzwerkes werden von innen mit Hilfe einer Kühlwassersprüheinrichtung 9 gekühlt. Das Kühlwasser wird durch eine mit veränderlicher Fördermenge arbeitende Pumpe 13 über die Leitung 11 in die hohlen Walzen gepumpt. Das von der Innenoberfläche der Walze abfliessende Wasser 15 sammelt sich am Boden der Walze an und wird in einen Kühlturm 18 zurückgeführt. Ein regulierbares Bypassventil 20 ist so angeordnet, dass zurückfliessendes Kühlwasser den Kühlturm 18 nicht zu passieren braucht. Parts la and lb schematically show parts of a water-cooled rubber rolling mill with two rolls 3 and 5. In a practical embodiment, the rollers each have a diameter of approximately 68 cm and a length of approximately 213 cm. The unvulcanized or uncured rubber compound 7 to be processed is located between the rolls. The rolls of the rolling mill are cooled from the inside with the aid of a cooling water spray device 9. The cooling water is pumped into the hollow rollers by a pump 13 working with a variable delivery rate via line 11. The water 15 flowing off the inner surface of the roller collects at the bottom of the roller and is returned to a cooling tower 18. An adjustable bypass valve 20 is arranged such that cooling water flowing back does not have to pass through the cooling tower 18.

Fig. 2 zeigt den Temperaturverlauf an den beiden Walzen des Walzwerkes und in der Kautschukmischung bei einem bestimmten Betriebszustand des Kautschukwalzwerkes bei einer konstanten Kühlwassertemperatur von 31,1°C (88°F) und unterschiedlichen Kühlwassermengen in Liter/ Min/Walze. Die Kühlwassertemperatur wird in erster Annäherung willkürlich gewählt. Im vorliegenden Fall gewährleistet ein Kühlwasserdurchsatz von 113,56 1/Min/ Fig. 2 shows the temperature profile on the two rolls of the rolling mill and in the rubber mixture in a certain operating state of the rubber rolling mill at a constant cooling water temperature of 31.1 ° C (88 ° F) and different amounts of cooling water in liters / min / roller. The cooling water temperature is chosen arbitrarily in a first approximation. In the present case, a cooling water throughput of 113.56 1 / min /

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

639894 639894

Walze (Abbruch des weiteren Temperaturverlaufes in Funktion des Kühlwasserdurchsatzes) die beste Kühlung für den beim beschriebenen Arbeitsbeispiel erhaltenen Kühlwassermengenbereich. Roller (termination of the further temperature curve in function of the cooling water throughput) the best cooling for the cooling water quantity range obtained in the working example described.

Gemäss Fig. 3 variiert man die Kühlwassereintrittstemperatur durch Betätigen des Ventils 20, welches eine teilweise Rückführung von aus den Walzen zuströmendem, erwärmtem Wasser in die Kühlwasserzuleitung 11 gestattet, während die durch die Walzen zirkulierte Kühlwassermenge mit Hilfe der Pumpe 13 konstant bei 113,56 1/Min/Walze gehalten wird. Wie die Kurve der Kautschuktemperatur von Fig. 3 zeigt, steigt der Temperaturwert von 93,3°C auf 105,6°C an, wenn die Kühlwassertemperatur bei konstantem Kühlwasserdurchsatz von 21,1°C auf 29,4°C ansteigt. Wenn die Kühltemperatur von 29,4°C auf 32,2°C ansteigt, sinkt die Temperatur der Kautschukmischung von 105,6°C auf 97,8°C ab und stabilisiert sich dann. Hierauf folgt nur noch ein leichter Temperaturanstieg, wenn die Kühlwassertemperatur von 32,2°C auf 37,8°C erhöht wird, d.h. von 97,6°C auf 97,8°C oder 0,2°C. Der Unterschied zwischen der Temperatur des Kühlwassers und jener der Kautschukmischung beträgt somit minimal 65,6°C. Die ist der Beginn des aus der graphischen Darstellung in Fig. 3 ablesbaren Bereichs des minimalen Temperaturunterschieds. Wenn die Wassertemperatur dann auf 37,8°C ansteigt und sich die Temperatur der Kautschukmischung auf 99,4°C erhöht, beträgt der Unterschied 61,6°C. 3, the cooling water inlet temperature is varied by actuating the valve 20, which allows a partial return of heated water flowing in from the rollers into the cooling water supply line 11, while the amount of cooling water circulated by the rollers with the help of the pump 13 is constant at 113.56 1 / Min / roller is held. As the rubber temperature curve of Fig. 3 shows, the temperature value increases from 93.3 ° C to 105.6 ° C when the cooling water temperature rises from 21.1 ° C to 29.4 ° C with constant cooling water flow. When the cooling temperature rises from 29.4 ° C to 32.2 ° C, the temperature of the rubber mixture drops from 105.6 ° C to 97.8 ° C and then stabilizes. This is followed only by a slight increase in temperature when the cooling water temperature is increased from 32.2 ° C to 37.8 ° C, i.e. from 97.6 ° C to 97.8 ° C or 0.2 ° C. The difference between the temperature of the cooling water and that of the rubber mixture is therefore a minimum of 65.6 ° C. This is the beginning of the range of the minimum temperature difference that can be read from the graph in FIG. 3. If the water temperature then rises to 37.8 ° C and the temperature of the rubber mixture rises to 99.4 ° C, the difference is 61.6 ° C.

Die Kurve oberhalb der Kautschuktemperaturkurve zeigt den Verlauf der beim Walzen der Kautschukmischung von dieser abgeführten Wärmemenge. Die abgegebene Wärmemenge erreicht bei der Kühlwassertemperatur von etwa 32,2°C einen weiteren Spitzenwert. Die Temperaturen der vorderen und der hinteren Walze ist ebenfalls graphisch dargestellt. Man erkennt, dass die Walzentemperaturen bei Temperaturen oberhalb des Mindestunterschieds zwischen der Mischungstemperatur und der Kühlwassertemperatur abnehmen. The curve above the rubber temperature curve shows the course of the amount of heat dissipated during the rolling of the rubber mixture. The amount of heat emitted reaches another peak value at the cooling water temperature of around 32.2 ° C. The temperatures of the front and rear rollers are also shown graphically. It can be seen that the roller temperatures decrease at temperatures above the minimum difference between the mixture temperature and the cooling water temperature.

Die Diagramme von Fig. 2 und 3 geben die Ergebnisse wieder, welche bei einer bestimmten Kautschukmischung erzielt werden. Andere Kautschukmischungen ergeben Diagramme ähnlicher Form. The diagrams of FIGS. 2 and 3 show the results which are achieved with a specific rubber mixture. Other rubber compounds give diagrams of a similar shape.

Nach Ermittlung der optimalen Kühlwasserdurchfluss-menge und der optimalen Kühlwassertemperatur wird das 5 Walzwerk bei dieser Kühlwassertemperatur und bei dieser Kühlwasserdurchflussmenge betrieben und man kann dabei die erwünschten Energieeinsparungen erzielen. Die richtige Einstellung der Kühlwasserdurchflussmenge bei der ermittelten optimalen Kühlwassertemperatur kann nach Belo darf jederzeit überprüft werden. After determining the optimal cooling water flow rate and the optimal cooling water temperature, the 5-roll mill is operated at this cooling water temperature and at this cooling water flow rate and the desired energy savings can be achieved. The correct setting of the cooling water flow rate at the determined optimal cooling water temperature can be checked at any time according to Belo.

Da der grössere Teil des Kühlwassers im Kreislauf geführt wird, ermöglicht das erfindungsgemässe Verfahren ferner eine beträchtliche Wassereinsparung im Vergleich zu herkömmlichen Methoden oder Anlagen, die auf einem 15 System mit einmaligem Durchlauf beruhen. Gegenüber der herkömmlichen Verwendung von rückgekühltem Kühlwasser wird eine Energieeinsparung erzielt, weil im letzteren Falle für die Kühlung zusätzlich Energiemenge benötigt wird. Since the greater part of the cooling water is circulated, the method according to the invention also enables considerable water savings in comparison to conventional methods or systems which are based on a system with a single pass. Compared to the conventional use of recooled cooling water, an energy saving is achieved because in the latter case additional energy is required for cooling.

20 20th

Die beim erfindungsgemässen Verfahren verwendeten Walzen können auch mit Bohrungen versehene massive Walzen sein, in welche Wasserkanäle gebohrt sind. Die vorstehend beschriebenen Walzen können um einen Sand-25 kern gegossene Hohlkörper sein, wobei das raue Innere gegebenenfalls bearbeitet wird. Für die Durchführung des Verfahrens geeignete Walzwerke sind im Handel erhältlich. Mit Ausnahme der Steuerung der Kühlwassertemperatur und der Kühlwasserdurchflussmenge werden solche Walz-30 werke in herkömmlicher Weise betrieben. The rollers used in the method according to the invention can also be solid rollers with bores into which water channels are drilled. The rollers described above can be hollow bodies cast around a sand core, the rough interior being machined if necessary. Rolling mills suitable for carrying out the process are commercially available. With the exception of the control of the cooling water temperature and the cooling water flow rate, such rolling mills are operated in a conventional manner.

Die verwendete Pumpe 13 mit variabler Förderleistung ist vorteilhaft eine handelsübliche Zentrifugal- bzw. Kreiselpumpe. The pump 13 used with a variable delivery rate is advantageously a commercially available centrifugal or centrifugal pump.

Das einstellbare Ventil 20 ist ebenfalls ein handelsüb-35 lieh es Ventil dieser Art. Auch der Kühlturm 18 kann ein herkömmlicher Verdampfungskühl türm sein. Das vom Walzwerk abfliessende erwärmte Wasser kann auch durch Wärmeaustausch mit Kaltluft oder der Kaltwasserversorgung des Betriebs gekühlt werden. The adjustable valve 20 is also a commercially available valve of this type. The cooling tower 18 can also be a conventional evaporative cooling tower. The heated water flowing out of the rolling mill can also be cooled by exchanging heat with cold air or by supplying the company with cold water.

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3 Blätter Zeichnungen 3 sheets of drawings