CN1118331C - 废轮胎的粉碎方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种可将破碎到10cm左右的方形轮胎碎片经一次粉碎工序就可把橡胶与铁成分完全分离的粉碎方法和装置，极大地简化由废轮胎生产橡胶粉的工艺，推动废轮胎的材料回收利用，其结构为，利用在箱体2内旋转的单轴旋转刀3及与之对向地、以刀刃之间空出稍大于含在轮胎内的琴钢丝直径的空隙的状态固定的固定刀4、4的两个刀刃夹持废轮胎碎片，不切断琴钢丝、铁纤维，仅使橡胶破碎，借助旋转刀的旋转撕开橡胶，一面将橡胶与铁成分分离一面进行破碎。

Description

废轮胎的粉碎方法及其装置
技术领域
本发明涉及废轮胎的粉碎方法及其装置，用于将埋设在轮胎内的琴钢丝、钢纤维等铁成分进行分离的同时，易于地对其中的橡胶进行再生利用。
背景技术
目前，在国内每年约产生1亿个以上的废轮胎。在郊外空地上堆积成山的废轮胎，不仅有损观瞻，而且有由于自然起火而导致重大事故的危险。人们普遍认为，废轮胎的回收利用率超过九成，是工业废弃物中废物利用的佼佼者，但不得不说，实际情况与这种看法有很大的差别。如果看一下废轮胎的回收利用，其一半以上是热利用，即燃烧废轮胎进行发电或者在烧结水泥时作为燃料来利用，可以说无非是焚烧处理。
随着汽车性能的提高，轮胎已逐步演变成由高质的复合材料制成。作为现在主流的子午线轮胎的内部，如图4所示，由尼龙、聚酯等化学纤维软线织成编成带状，其两面覆以橡胶制成的胎体25形成轮胎的骨骼，胎体25的两端嵌合到凸缘上的部分卷绕在用1毫米左右的琴钢丝捆扎成束的撑轮圈26上。作为与路面接触的橡胶层的轮胎面27与胎体之间埋入利用细的钢纤维合并织成的布状钢带28，将其以环箍的形式或紧固在胎体上进行加强。这种轮胎是将橡胶，钢，尼龙等的纤维，琴钢丝以橡胶作为粘合剂制成一个整体，这对于废轮胎的回收再利用造成很大的障碍。特别是，将琴钢丝，钢纤维从橡胶中完全分离出来，在生产可回收再利用的橡胶粉的过程中是绝对必要的，为此，必须反复地进行破碎，粉碎及磁性分选，需要非常大规模的设备。
由废轮胎获得的橡胶粉利用价值非常高，从防止冻结的铺路材料开始，成功地开发了新的利用领域。然而，目前的现状是，橡胶粉，即使是5mm左右的方形碎片，每公斤也高达200日圆左右，实质上尚未达到实用阶段。所幸但也是不幸的是，由于废轮胎碎片可作为优质的燃料，因此无形当中将直截了当地燃烧的想法到目前为止还是根深蒂固的。然而在欧美各国，将重新贴上轮胎橡胶将轮胎进行二次和三次更新作为一种非常重要的事情来处理，而全部原料依靠进口供应的我国，不容许一成不变地进行橡胶的大量消耗。必须积极地着手将废轮胎的利用从以热利用为中心向有效地利用橡胶的特性的材料回收再利用方面转移。
目前，轮胎的破碎，粉碎，采用双轴剪切式破碎机，单轴冲击式粉碎机，它们都是通过将具有锐利的刀刃的双轴旋转刀或者使旋转刀刃与固定刀刃之间的间隙尽可能地小、通常为0.1mm左右地相对运动，将轮胎包括橡胶，琴钢丝，钢纤维一起切断。这样，如何持续地保持刀的锋利度，当刀磨损时如何能容易更换刀具成为一个问题。此外，经过这种处理的废轮胎被粉碎得很细，但是有很多埋在橡胶内部的铁成分不能被吸附在磁铁上，因此通过一次磁分选机之后，不能把铁成分完全消除。从而要一面分阶段地把轮胎碎片粉细，一面进行二次和三次磁分选过程。
发明内容
本发明的目的是提供一种废轮胎的粉碎方法及其装置，可仅经过一次粉碎工序就将粗破碎到10cm左右的轮胎碎片中橡胶和铁成分完全分离，极大地简化了由废轮胎生产橡胶粉的工序，推动废轮胎的材料回收再利用。
为达到上述目的，根据本发明的废轮胎的粉碎方法的特征为，借助在箱体内旋转的单轴旋转刀及与之对向的、以刀刃彼此间空出稍大于含在轮胎内的琴钢丝的直径的间隙的状态固定的固定刀的两个刀刃夹住废轮胎碎片，不切断琴钢丝和钢纤维、仅破坏橡胶，借助旋转刀的旋转将橡胶撕开，一面将橡胶与铁成分分离一面进行粉碎。
同时，根据本发明的装置，其特征为，具有水平轴支承在与料斗连通的箱体内部大致中央位置处、由电机旋转的旋转刀，以与该旋转刀的刀刃之间空出稍大于含在轮胎内的琴钢丝直径的间隙的状态固定固定刀，在箱体的下表面侧安装有弯曲成沿着前述旋转刀的刀刃圆形状的开有无数冲孔的过滤器。
旋转刀、固定刀的刀刃不很锐利而是形成小的半径，这样更难以切断琴钢丝，但由于足以破坏橡胶所以十分合适。此外，两个刀刃并不用来切断琴钢丝，主要是对橡胶施加局部的强压紧力进行切断，从而磨损得很慢，即使长时间内不更换刀刃或不再研磨也可以获得稳定的粉碎、分离作用。两个刀刃的间隙为含在橡胶中的琴钢丝的直径的1.1～1.8倍，优选地为1.2～1.5倍。此外，在箱体内部，通过轮胎碎片彼此之间的摩擦，以及与旋转刀的摩擦，其温度上升到50～60℃，橡胶软化，更加容易将琴钢丝分离。
旋转刀的刀刃，从长期的角度来看并非一点也不磨损，因此将刀刃部分另外制造，通过用螺栓固定，将刀刃部分制成可更换的结构。为了进一步提高根据本发明的轮胎粉碎装置的性能，如权利要求3所述，对可装卸的刀头的刀刃的形式及将刀头向旋转刀主体上的固定方法进行了以下两种改良。
首先，作为第一目的，刀头倾斜配置以便使刀刃相对于旋转轴的长度方向具有扭转角。扭转角的角度不必过大，大约5度左右即可。通过这种结构，当把橡胶碎片夹入到旋转刀固定刀之间时，与旋转刀的刀刃倾斜碰撞，橡胶碎片从端部开始龟裂依次地破损，从而可用更轻的力顺畅地破损轮胎碎片。从而，刀刃的磨损更加缓慢，由于冲击小，也降低了噪音。
作为等二个改良之处为，在把刀头向旋转刀主体上固定时，利用了形成楔形的压紧挡块的表面压力。利用这种结构，在刀头上即使不开设安装孔也可以，从而不仅降低成本，同时即使不用全部拉出安装压紧挡块的螺栓，只要稍稍放松就可装卸刀头，从而使刀头的更换性能良好。
过滤器的冲孔的大小与粉碎的程度直接相关，如果冲孔大，粉碎所需时间短，所进行的粉碎粗，反之，如果冲孔小，粉碎所需时间长，可进行细的粉碎。这里，最好是准备几种具有不同大小冲孔的过滤器，根据需要区别使用。过滤器的更换，越是大型的机械所需时间越长，是一种麻烦的操作，在根据本发明的废轮胎粉碎装置中，为了迅速地进行过滤器的更换，采用如权利要求4所述的以下结构。
过滤器的特征为，它借助由液压缸向下打开的一对夹紧臂从下面一侧进行支撑，在箱体的下方备有在两条导轨上移动的轨道车，在轨道车上以并列的状态装备有由过滤器落下的粉碎物不会泄漏地流入下一工序的滑槽，以及将自由状态的过滤器接住并可将该过滤器抬起和降下的升降机。在这种结构中，不使用固定过滤器用的螺栓等，而是通过打开夹紧臂使过滤器变成自由状态，预先移动轨道车使升降机到达过滤器的正下方，如果把升降机的卡爪靠在过滤器的下面，接住已成为自由状态的过滤器，可将过滤器卸下来，再次移动轨道车，在上方没有障碍物的地方可将过滤器与另外一种过滤器进行更换。在安装过滤器时，和卸下过滤器的过程相反。利用这种结构，通常需要半天时间的过滤器更换作业可在不到十分钟的时间内完成。
采用根据本发明的废轮胎粉碎方法，10cm左右的方形废轮胎碎片仅用一次粉碎工序就可粉碎成不足1毫米的粉末至数毫米的方形碎片，同时埋设在轮胎内的琴钢线、钢纤维可以成为剥离出来的状态。这样，通过一次磁分选工序就可完全清除铁成分。所得橡胶粉为从不足1毫米的微细粉末到约数毫米左右的碎片的混合物，通过使用分级筛，可将颗粒度相同的橡胶粉末进行回收。特别是对于微细橡胶粉末，在现有技术中，所经历的几次粉碎、磁分选过程中基本上被丢失，只有在冷冻破碎中才能生成这种微细粉末，从而价格非常昂贵，但在本装置中，可通过取出过滤器后立即进行筛选而只回收微细粉末。
如上所述，根据本发明的废轮胎粉碎方法，由于借助在两个刀刃之间设置间隙的旋转刀与固定刀，不把琴钢丝、钢纤维切断地一面将其拔出一面仅粉碎橡胶，从而在粉碎后经过一次磁分选工序就可清除铁成分。从而大幅度简化了橡胶粉的生产工艺，可大幅度降低橡胶粉的成本，能够灵活地进行废轮胎的材料回收再利用。
此外，根据本发明的粉碎装置的旋转刀和固定刀，由于不切断琴钢丝、钢纤维，所以刀刃磨损少，不必像现有技术的粉碎机、破碎机那样频繁地更换刀具，从而具有与其说是提高粉碎效率不如说是耐磨损性能高的意想不到的特征。
根据本发明，由于在与固定刀之间夹持轮胎碎片时，旋转刀的刀刃倾斜接触，从而可用更轻的力顺滑地破碎轮胎碎片。从而，刀刃的磨损更为缓慢，同时由于冲击小，噪音也降低。此外，对于形成刀刃的刀头的固定，利用形成楔形的压紧块的表面压力来进行，简化了刀头的形状，在可降低制造成本的同时，刀头的更换性能也变得更好。
根据本发明，在此之前非常花费时间的过滤器(相当于现有粉碎机的筛)的更换仅需不到10分钟的时间就可以完成。从而，通过准备冲孔大小不同的多种过滤器，每次更换适合于所需橡胶粉粒度的过滤器，可很容易地生产适合再利用的一定程度粒度的橡胶粉。
本发明以废轮胎的粉碎为目的，但也可应用于除废轮胎之外的到目前为止难以粉碎的含有铁丝及树脂纤维等、例如埋入铁丝的橡胶软管等复合材料。
附图说明
图1是表示根据本发明的粉碎装置的剖面图。
图2是表示根据本发明的粉碎装置的主要部分的透视图。
图3A、3B、3C是分阶段地表示利用本发明的粉碎方法粉碎废轮胎碎片的原理的侧视图。
图4是表示子午线轮胎内部结构的局部剖开透视图。
图5是可装卸地形成刀刃部分的旋转刀的正视图。
图6是可装卸地形成的刀刃部分的详细图示。
图7是可装卸地形成的刀刃部分的分解透视图。
图8是表示作为旋转刀的总体的刀刃配置状态的一个例子的图示。
图9是根据本发明的粉碎装置的另一个实施例的剖面图。
图10是图9中的A向视图。
图11是表示在图9所示的粉碎装置中，更换过滤器时的状态的剖面图。
具体实施方式
现依据附图具体地说明根据本发明的废轮胎的粉碎装置。
图1是本粉碎装置的剖面图，图2是该粉碎装置的主要部分的透视图。本粉碎装置由投入废轮胎碎片的料斗1，备有与该料斗的出口连通的箱体2内对轮胎碎片进行搅拌、粉碎的旋转刀3的主体部5以及用于载置它们的底座7构成。
旋转刀3为将多个在基本上成三角形的厚板状刀具架的顶点的三个部位处钎焊超硬切削刀头的刀具通过其内嵌有销的主轴13，以相邻的刀刃的位相稍稍错开的状态固定起来构成的。之所以用这种方式将旋转刀分开，是为了分散加在刀刃上的阻力。主体部框架的结构可以有各种形式，但在本实施例中，从易于将装配有旋转刀的主轴13向框架上装配，以及以后易于维修等方面的考虑，采取在主轴13的轴心位置处上下分割成上主体框架10和下主体框架11，并把它们焊接起来的结构。前述主轴13水平地横贯下主体框架11，在框架的外侧由轴承14承载，可自由旋转地进行支承。在主轴13的一个轴的端部上镶嵌有皮带轮15，利用皮带和电机12连接起来。在另一个轴端部上安装有飞轮16。虽然这并不是必须的，但由于本装置并不频繁地启动和停止，所以可通过加大惯性矩而有效地使因断续地粉碎造成的冲击变得顺滑。
在与主轴13的轴心大致相同高度的对向位置上，两个固定刀4、4用螺栓固定在框架上，同时使固定刀的刀刃与旋转刀3的刀刃之间设置一定的间隙，该间隙的大小约为含在废轮胎碎片中的琴钢线9的直径的1.2倍至1.5倍，例如当琴钢线的直径为1mm时，该间隙为1.2mm左右。固定刀4的安装孔为长孔，使得该间隙可微调。在旋转刀3的下侧，将用板材弯曲成半圆形的其上具有无数冲孔的过滤器6以可装卸的状态安装在框架上。冲孔的大小与粉碎的程度直接相关，孔过小花费的时间过长，孔过大则铁成分的分离不完全。当设定直径为10mm左右时，可在大约10秒钟粉碎一条废轮胎，铁成分的分离也很完全。
但是，根据橡胶粉的用途，有时需要进行细粉碎，也有时只要进行粗粉碎，优选地准备冲孔大小为5～30mm左右的多个过滤器，根据需要进行更换。图9至图11所示是为了在短时间内十分巧妙地进行过滤器的更换加以改良的实施例。
在这种情况下，主体5的框架由侧框架42、42与中央框架43形成门型，在中央框架43的底面上连接有利用销44、44以悬吊的形式从下面支持过滤器6的央紧臂37、37。夹紧臂37、37在端部上连接有液压缸36、36的杆，借此可向下方打开。载置主体部分5的底座7形成由截面为H形的钢材组成的二层建筑的形状。第二层空间45是用于设置轨道车39的空间。轨道车39架在与底座7平行铺设的两条导轨38、38上，轻轻用力就可使之前后移动，安装挡块48、48以便对其前进和后退加以限制。在轨道车39上并列地设置将从过滤器6落下的粉碎物不泄漏到传送带46上而送到磁分选机等下一工序用的滑槽40，以及可将过滤器6提升下降用的升降机41。升降机41为伸缩型，可借助液压缸自动地上升和下降，在其上表面上配备有与过滤器6的下表面嵌合的卡爪49。
在粉碎操作过程中，如图9所示，轨道车39位于使滑槽40处于过滤器6正下方的位置处，在更换过滤器6时，将轨道车39向左移动，如图11所示，令升降机41处于过滤器6的正下方，令升降机41上升，使卡爪49靠在过滤器6的下表面上，液压缸36、36的杆缩回，夹紧臂37、37打开，可用升降机接住成为自由状态的过滤器6。接着，使升降机41下降，卸下过滤器6，这时向右方移动轨道车39，可在上方没有障碍物的场所更换所载置的过滤器6。在向主体部5上安装过滤器6时，可以按照与此相反的顺序进行。这样，在本装置中，不到十分钟就可很顺利地进行过滤器6的更换。
旋转刀的刀刃可如在此之前所述的实施例中那样，与旋转刀的主体整体形成，但刀刃可进行更换则更好。图5至图7所示，为由与旋转刀主体分开制造的可装卸的刀头30形成刀刃部分时的实施例。这里，重要的是，如图6所示，刀头30的刀刃31不与主轴13(旋转轴)的长度方向平行，而是以具有扭转角α倾斜的状态安装在刀具架32上。扭转角α的大小以5度左右为宜。这样，与笔直的刀刃相比，伴随着粉碎所产生的阻力、冲击显著减小。
一个旋转刀3由构成刀的基座的约50mm厚的三角形棱圆的刀具架32，安装在其顶点附近的三个刀头30，固定刀头用的压紧挡块33及螺栓34构成。刀头30通过将方形金属块的上表面倾斜切削并经过淬火形成，其上根本不开设安装用孔等。刀头30在刀具架32顶点附近的三个部位处，嵌入沿厚度方向开设的倾斜成扭转角α的槽35内。靠在刀头30前面侧的压紧挡块33形成具有梯形截面的楔形，从而通过拧入螺栓34产生向后方压紧刀头30的很强的表面压力，借助该表面压力将刀头30固定到刀具架32上。当要卸下刀头30时，只要稍稍放松螺栓34即可。
通过主轴13将几个这样形成的旋转刀3重叠，构成作为整体的旋转刀。相邻的旋转刀3的刀刃31以位相稍稍错开的方式配置，作为旋转刀整体的刀刃31的配置的例子如图8所示。一个个的刀刃31具有扭转角α程度的倾斜，轮胎碎片以不靠近箱体2的端部的方式由端部向中央顺滑地被进行粉碎。
上面所述为本粉碎装置的主要部分。在该装置中，将10cm左右的经过粗破碎的废轮胎碎片投入到料斗内，于箱体中利用旋转刀3一面搅拌该废轮胎碎片一面与固定刀咬合进行粉碎。图3A、3B、3C以模型的方式分阶段地表示这一作用。旋转刀3以约每分钟400转左右的速度旋转，当内部具有琴钢丝9的废轮胎碎片20被咬入该旋转刀的刀刃与固定刀之间时，利用两个刀的刀刃废轮胎碎片20被强烈地压缩在咬合部分处破裂。琴钢丝9也同样地被压缩，但由于在两个刀刃之间具有一个超过琴钢丝9的直径的间隙，从而不会被切断而是被强制地压入该间隙内。进而当旋转刀进一步旋转时，由于旋转刀的刀刃的拉曳，破裂的橡胶片被从琴钢丝中拉出。在内部含有钢带的场合也同样，只有橡胶破裂，钢带被分解成一根根的钢纤维。可以认为主要是由于这种作用进行粉碎，但是，另外还可以认为，同时还起着伴随旋转刀旋转的废轮胎碎片由固定刀刮削其表面、以及挂在过滤器的冲孔内的橡胶片被旋转刀刮削的作用。同时，与箱体内部因摩擦热变成50～60℃的高温，容易将琴钢丝及钢纤维从橡胶中拔出这一点相结合，可以在短时间内进行粉碎和分离。回收箱8或者传送带46，收容已经历这种过程的橡胶微细粉末，几毫米的方形碎片，被拔出的琴钢丝，钢纤维等。

Claims (10)

1.一种废轮胎的粉碎方法，所述方法利用在箱体(2)内旋转的单轴旋转刀(3)及与其对向的、以刀刃相互间空出一个稍大于含在轮胎内的琴钢丝(9)的直径的间隙固定的固定刀(4、4)的两个刀刃夹持废轮胎碎片，不切断所述琴钢丝及钢纤维，仅破碎橡胶，通过旋转刀(3)的旋转撕开所述橡胶，一面分离所述橡胶与铁成分一面进行粉碎。
2.一种废轮胎粉碎装置，具有水平轴支承在与料斗(1)连通的箱体(2)内部大致中央位置处、利用电机(12)旋转的旋转刀(3)，以与所述旋转刀(3)的刀刃之间空出稍大于含在橡胶内的琴钢丝(9)的直径的空隙的状态固定固定刀(4、4)，在箱体(2)的下面侧安装有弯曲成沿所述旋转刀(3)的刀刃的圆弧状的开有无数冲孔的过滤器(6)。
3.如权利要求2所述的废轮胎粉碎装置，其特征在于，所述旋转刀(3)的刀刃借助与所述旋转刀主体另行制造的可装卸的刀头(30)形成，刀头(30)以使刀刃相对于旋转轴的长度方向具有扭转角(α)的方式倾斜配置，所述刀头(30)向旋转刀主体上的固定是利用形成楔形的压紧挡块(33)的表面压力来进行。
4.如权利要求2或3所述的废轮胎粉碎装置，其特征在于，所述过滤器(6)利用由液压缸(36、36)向下打开的一对夹紧臂(37、37)从下面一侧支撑，在所述箱体(2)的下方备有载置于两根导轨(38、38)上移动的轨道车(39)，在轨道车(39)上，以并列的状态配备有将由所述过滤器(6)落下的粉碎物不泄漏地流入下一工序用的滑槽(40)及将变成自由状态的所述过滤器(6)接住、可将所述过滤器(6)升起和降落的升降机(41)。
5.一种废轮胎粉碎装置，包括：
一与料斗连通的箱体，所述箱体具有一在其底部带有孔的过滤器；
一个或多个固定在所述箱体上的固定刀，使所述固定刀的刀头向着由所述箱体所限定的空间内伸出；
一水平支承在所述箱体的大致中央位置处的旋转轴；以及
多个固定在所述转轴上使之可以旋转的旋转刀，每个所述旋转刀包含一刀主体、多个利用多个压紧挡块固定在所述刀主体上的刀头，每个所述刀头和所述压紧挡块安放在设在所述刀主体上的凹槽内，每个所述压紧挡块设计成带梯形断面的楔形形状，所述固定刀的固定位置使得在每个所述固定刀的刀刃和一相应设置的通过的旋转刀的刀刃之间产生一间隙，所述间隙稍大于含在轮胎内的琴钢丝的直径，以使所述废轮胎夹层在所述固定刀和所述旋转刀之间。
6.如权利要求5所述的废轮胎粉碎装置，其特征在于，每个所述刀头的所述刀刃按一个稍微偏离所述旋转刀的轴向的方向取向。
7.如权利要求5所述的废轮胎粉碎装置，其特征在于，所述多个旋转刀的所述刀头的刀刃设置在一轴向上，使得每个刀刃从一相邻刀刃的切向升起。
8.如权利要求5所述的废轮胎粉碎装置，其特征在于，所述过滤器设计成沿着旋转刀的刀刃的弯圆弧形状，并且设置在箱体的底面侧上。
9.如权利要求5所述的废轮胎粉碎装置，其特征在于，所述过滤器(6)利用由液压缸(36、36)向下打开的一对夹紧臂(37、37)从下面一侧支撑，在所述箱体(2)的下方备有载置于两根导轨(38、38)上移动的轨道车(39)，在轨道车(39)上，以并列的状态配备有将由所述过滤器(6)落下的粉碎物不泄漏地流入下一工序用的滑槽(40)及将变成自由状态的所述过滤器(6)接住、可将所述过滤器(6)升起和降落的升降机(41)。
10.一种废轮胎的粉碎方法，包括以下步骤：
在箱体内设置单轴旋转刀；
在箱体内设置对向的固定刀；
在每个固定刀和在通过固定刀时的旋转刀之间产生一间隙，该间隙稍大于含在废轮胎内的琴钢丝的直径；
将废轮胎碎片夹持和夹层在该固定刀和旋转刀之间的间隙中；
只破碎该橡胶成分而不用切断废轮胎中的琴钢丝和钢纤维；
通过使旋转刀旋转撕开和分离该橡胶成分；以及
一边将橡胶成分从琴钢丝和钢纤维中分离一边将废轮胎进行粉碎。
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