CN1296190C - 废旧轮胎的破碎方法及其实施时使用的设备和包扎紧密的组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及废旧轮胎及其它工业和民用废品的回收利用。根据旧轮胎破碎方法所述的废旧轮胎组件由很多紧密接触胶层构成。组件是在径向膨胀条件下在装甲室中发生基本破坏，直到组件外层破裂。在垂直于装甲室轴线且通过包紧轮胎组件的截面上，装甲室外形尺寸是该截面组件直径的2-7倍。轮胎包紧组件由一些具有轴向孔的共轴螺旋卷组成。根据本发明，应力应变状态是建立在胶层径向膨胀，不与装甲室壁发生接触的基础上，因而轮胎的橡胶，钢丝帘线和帘布能有效地破裂与粉碎。

Description

废旧轮胎的破碎方法及其实施时使用的设备和 包扎紧密的组件

技术领域

本发明涉及机械工程，更准确地说，涉及废旧轮胎及其它工业和民用废料的回收。

背景技术

众所周知，旧的钢丝帘线轮胎应用机械破碎技术的一种先有技术粉碎方法，使用有二根反向旋转轴的切碎机，轴上装有刀片(参见苏联发明人证书#633，601IPC B02C 18106，1978年公开)。

该方法耗电量大，设备笨重，且必须定期中断工艺过程来更换损坏率高、寿命短的刀片。

据知旧的钢丝帘线增强轮胎胎身还有一种破碎方法是，将胎身用液氮冷却到脆性状态，随后用一种有二台破碎机的设备交替地机械切断与压碎，这二台破碎机似乎像冲模和冲头。该方法见苏联发明人证书#1,752,562，但因要使用液氮冷却待破碎的轮胎，所以能耗大。

与在此推荐的方法最接近的废旧轮胎破碎方法包括：废旧轮胎组件的形成和制备，将该组件放进具有切断筋和格栅的装甲室中，将放在组件内的炸药装药引爆，通过爆炸的作用和装甲室切割元件的作用使轮胎破坏，从装甲室中排出爆炸产物和破坏的轮胎。该方法受RF专利#2,057,014，IPC B 29B 17/00的保护，该专利公布于1996年。

上述方法的缺点是获得的橡胶粉细度不够及单位装甲室容积回收率较低。

与这里推荐的设备最接近的废旧轮胎粉碎设备包括：具有切断肋和格栅的装甲室，将轮胎装入装甲室并适当安放的装置，排出爆炸产物及轮胎破碎产物的装置，炸药放置与引爆装置(参见RF专利#2,057,014，见上)。

上述设备固有的缺点是获得的橡胶粉细度不够且装甲室单位容积回收率低。

与上面推荐的组件最接近的破碎轮胎时用的包扎紧密组件，看起来像一螺旋卷，其制造步骤是：将几个轮胎的钢丝圈和胎侧脱开，沿径向切割轮胎胎面，将获得的粗制帘布筒坏料连续地叠放作螺旋形缠绕，及将螺旋形帘布筒最后形状作固定(参见PF专利#2,106,963，IPC B29B 17/00，1998年公开)。

但上述的形似螺旋形帘布筒包扎紧密的组件，不能使粉碎轮胎时单位容积的装甲室有高的橡胶粉回收率，也不能提供炸药威力的有利利用。

发明的公开

本发明主要和基本的目的是对钢丝帘线增强的轮胎胎身提供高的破碎率并消除迄今已知的技术方法所固有的上述缺点。

上述目的之得以实现是在一已知方法中包括：用废旧轮胎原材料形成和制备上述组件，将辅助组件放入装甲室内，引爆组件内侧的炸药装药，通过爆炸使轮胎发生基本爆破和粉碎，及排除爆炸产物及轮胎原料。上述组件做成多层包紧帘布层，其基本破坏是在径向膨胀条件下发生的，直到其外层出现损坏。

“在爆炸作用下组件径向膨胀”这句话在这里指这样条件，即组件外层因在大部分组件中形成内应力而发生的破坏，早在该层材料与装甲室器壁接触之前就出现了。

在本方法实施的一具体型式中，技术问题的解决是因为轮胎包紧层可自由径向运动到组件外径增大至要求的二倍以上。

在本方法实施的一具体型式中，技术问题的解决是由于装药重量与压缩轮胎组件的重量之比为0.03-0.07。

本发明目的的实现是由于在一已知的设备包括：装甲室，将轮胎放进装甲室并作适当布置的装置，排除爆炸产物和排放破碎轮胎产物的装置，将炸药安放到装甲室中并引爆的装置。上述装甲室在与其轴线垂直且通过包紧组件的任何截面的特征尺寸为同截面上包紧组件直径的2-7倍。

在本发明设备的一特例中，技术问题的解决是由于装甲室直径为圆柱形包紧组件直径的2-7倍。

在本发明设备的一具体实施例中，技术问题的解决是由于球形装甲室的直径为圆柱形包紧组件直径的3-7倍。

在该设备的一特例中，本发明目的的实现是由于锥形装甲室在垂直于轴线并通过包紧组件截面上的直径为同截面上包紧组件直径的2-7倍。

本发明技术问题的解决是由于已知的包紧组件包括许多粗制坯料，该坯料是从轮胎制取且连续地螺旋形叠加缠绕而成，该组件由几个共轴的有轴向孔的螺旋卷构成。

在包紧组件的一具体实施例中，粗制坯料由轮胎将其包括钢丝圈在内的各部分分离而成。

在包紧组件的另一具体实施例中，粗制坯料是由轮胎将包括钢丝圈和部分轮胎胎壁分离而成。

在包紧组件的另一具体实施例中，粗制坯料是由轮胎将包括钢丝圈和全部轮胎胎壁分离而成。

在包紧组件还有一个具体实施例中，与组件轴线垂直的截面上组件直径和其孔径之比为1.8-5。

在包紧组件还有一个具体实施例中，组件看起来像有通孔的圆柱体，圆柱高度与直径之比为2-5。

在包紧组件还有一个具体实施例中，在与组件轴线垂直的截面上，组件中心孔的直径之比为1.5-5。

在组件的还有另一具体实施例中，要求的技术结果的获得是由于包紧组件看起来像一有中央通孔的平截头圆锥体。

这里推荐的方法和实施该方法的设备，其本质是，这些基本特征的组合能实现下列条件，即轮胎橡胶层可径向膨胀(不会与装甲室器壁或其它部件直接接触)且建立的应力应变状态可最有效地破坏与粉碎橡胶、钢丝帘线与帘布。这样作用的结果是不仅使轮胎橡胶和帘线破碎，而且实际上使钢丝帘线完全分离(参见下述的本发明实际应用例子)。

在爆炸效应的第一阶段，靠近炸药的部分轮胎由于爆炸的破碎作用而被粉碎，而在第二阶段，轮胎包紧层受到径向拉伸达到破坏变形点。当组件的准备工作中包括冷却时，在第一作用阶段中形成的微细橡胶粉的颗粒尺寸小于1mm，而在第二作用阶段形成较粗粒度的颗粒尺寸约为2mm。在粉碎过程中，轮胎橡胶成分彻底与钢丝帘线分离(与钢丝帘线保持聚合关系的橡胶数量低达轮胎橡胶成分总量的0.5％)。实验已经证明，当轮胎层在爆炸影响下伸长时(例如由于包紧组件各层与装甲室的刚性肋、壁及其切割元件之间相互作用)，该方法的有效性受到不利影响，轮胎较大碎片尺寸达100mm。

为了使离开钢丝帘线的小尺寸颗粒度橡胶粉收率适中，炸药装药重量与组件重量之比应当在0.03-0.07范围内，轮胎组件内腔直径与装药直径之比为1.5-5.0。为了使离开钢丝帘线的橡胶部分收率适中，以TNT当量表示的装药重量与轮胎组件重量之比须至少是0.03。该比值高于0.07就不能使粉碎度有明显提高，并导致装甲室金属量不合理的增加。

根据本发明方法所述的粉碎作用可在各种形状装甲室内完成，如圆柱形、球形、圆环形、闭环系统等形状。在这方面，爆炸后轮胎组件无限制膨胀使组件外径增加二倍以上的假定应予遵守，且装药重量与组件重量之比，组件内径与装药直径之比，和本发明具体实施例所述的假设均应遵守。

爆炸对轮胎，对其破坏与破碎产生影响的持续时间为千分之几秒。这便是轮胎采用冷却工艺时本发明十分有效的原因，因为轮胎橡胶的脆性状态在整个破坏与粉碎过程中仍能保持。上述特征使人们能在迄今已知工艺过程采用的破碎期间可不用深冷或冷却。

目前推荐的本发明可用于废旧轮胎的破碎，只需采用非深冷的温度-60℃--80℃即可，此温度无须采用液氮也可达到，如应用冷空气涡轮制冷机。这样，冷却轮胎消耗能量可降低5倍。可以用液氮来冷却，但耗量很小。

附图简要说明

图1是在圆柱形装甲室中放着圆柱形包紧组件的装配图。

图2是在锥形装甲室中放着圆柱形包紧组件的装配图。

图3是在球形装甲室中放着圆柱形包紧组件的装配图。

图4是在锥形装甲室中放着圆柱形包紧组件的装配图。

图5是装甲室横截面图，在其轴线垂直平面内放置包紧组件，其主要尺寸及比例符合本发明要点。

本发明详细说明

图1-4中的诸具体实施例介绍了为实践建议方法所使用的设备及包紧组件的总装图。

图1示出的具体实施例的设备有一圆柱形装甲室(1)和圆柱形包紧组件(2)。本设备包括装甲室(1)，将由废旧轮胎固紧而成的包紧组件(2)装入装甲室(1)中并安装好的装置(3)，排除爆炸产物的装置(4)，排放轮胎粉碎产物的装置(5)，将炸药(10)放入装甲室中并引爆的装置(6)。包紧组件(2)有轴向孔(7)且由几个单独的螺旋卷(8)组成，螺旋卷(8)用轮胎制成很多粗制坯料(9)连续地以螺旋线卷绕而成。在示于图2-5的本发明其它实施例所述推荐方法实施时采用的设备及包紧组件的各总装图中，采用的标号与图1中使用的相同。以下将说明本发明所有实施例的方法的特征数据及推荐的设备的一般操作说明。现以本发明实践的例子详细说明具体实施例的方法，设备和包紧组件。

首先制备由废旧轮胎构成的包紧组件。制备方法包括以下几步：洗涤轮胎，拆下钢丝圈，横向切割得到的粗制坯料并不断将其卷绕成螺旋卷，将各螺旋卷沿轴向排列并固定在一起形成组件，用冷空气或液氮冷却此组件。随后将组件(2)通过接口(11)装入装甲室(1)内，装有起爆器(12)的细长炸药装药(10)放进组件(2)的内腔(7)中。当在装甲室(1)中放入组件(2)时，应创造条件使爆炸时轮胎组件可不受约束地膨胀，让组件的外径至少可增加二倍，装药重量与组件重量之比为0.03-0.07，组件内径与装药直径之比为1.5-5，还有根据本发明前述实施例的其它条件，特别是关于图5中尺寸比的条件，均应满足。

其次，引爆炸药装药(13)，在装药爆炸作用的第一阶段，轮胎组件(2)靠近内腔(7)的胶层受到强烈加载并粉碎(小到1-2mm)。

在爆炸作用的第二阶段中，冷却过的包紧组件(2)的螺旋卷急剧膨胀，使包紧组件厚度下降，直至达到破坏性损伤强度，及出现橡胶层及帘线断裂过程，从而形成橡胶末及短帘线段。橡胶破碎这样有效是因为在爆炸作用下高速运动的轮胎钢丝帘线对膨胀的橡胶层施加附加的破坏力。这是从实验获得的相当意外的结果，即有钢丝帘线的轮胎比有帘布的轮胎粉碎得更有效。实验已经证明，当有某些障碍物放在包紧组件(2)的胶层伸长通道上时，如装甲室(1)的内壁，切割元件，格栅，刚性肋等，它们会限制包紧组件由爆炸引发的膨胀过程，导致有钢丝帘线的轮胎冷却胶层的破坏与粉碎效率突然下降。气态爆炸产物在装置(4)的帮助下全部或局部从装甲室(1)排出，轮胎的破坏与粉碎产物利用装置(5)排放。然后对轮胎的破坏与粉碎产物作进一步处理，包括将橡胶粉与钢丝帘线、窗布的片段分开，将橡胶粉按尺寸分类，及某些片段的进一步作机械粉碎。

下面给出使本方法付诸实践的几个特例。按照本发明上面的一般说明完成例子中遗留的操作。

例1

对6，45-13型钢丝帘线增强轮胎作破碎。先切除轮胎断片，包括钢丝圈，在每段切下的粗制坯料上横切一刀，于是从原始轮胎切下的粗制坏料绕螺旋线缠绕成内径为140mm的螺旋卷。接着将从二个轮胎获得的另二条粗制坯料叠在原始轮胎获得的螺旋卷上连续缠绕，由二个轮胎获得的粗制坯料于是形成三条胶带的螺旋卷。外层轮胎用钉子钉住。此螺旋卷外径约为360mm。然后这样作成的包紧组件用液氮冷却到-80℃。然后将重0.66kg、直径65mm的炸药装药放入组件内腔，使用的炸药是71％硝酸铵、29％TNT的混合物。有炸药装药放在其中的包紧组件放进直径为1800mm的钢质圆柱形室中，室的直径与组件直径之比为5(1800∶360＝5)。包紧组件的重量是10.5kg。装药重量与轮胎重量之比为0.063(0.66∶10.5＝0.063)炸药装药用AD#8电雷管引爆。

试验结果证明，轮胎暴露在爆炸作用下的产物有以下特征：

·轮胎完全变成橡胶粉，帘布线和与橡胶脱离的钢丝帘线短丝的混合物；

·尺寸在1mm以下的橡胶粉的重量为1.56kg，是轮胎重量的14.7％，橡胶粉总重量的17.7％。

·尺寸在1-2.5mm以下的橡胶粉的重量为2.44kg，是轮胎重量的23％，橡胶粉总重量的27.7％。

·尺寸在2.5-10mm以下的橡胶粉的重量为3.3kg，是轮胎重量的31.1％，橡胶粉总重量的37.5％。

·尺寸在10-20mm以下的橡胶粉的重量为1.5kg，是轮胎重量的14.1％，橡胶粉总重量的17.5％。

·长度50-60mm的钢丝帘线的短丝加上帘布杂质(如绒毛与纤维)重量为1.8kg，是轮胎重量的17.1％。

例2

对6，45-13型轮胎作破碎。先切除轮胎断片，包括钢丝圈，在每段切下的粗制坯料上横切一刀。于是从一个轮胎切下的粗制坯料绕螺旋线缠绕成内径约100mm的螺旋卷，在上一螺旋卷外表面上绕上另一螺旋卷，形成二个轮胎胶带做成的螺旋卷。包紧组件外表面上的胶带用钢钉固定。该螺旋卷的外径约为300mm。再用同样方法制成另外三个这样的螺旋卷。总4个卷一个挨一个地共轴排列，形成高约800mm，直径约300mm的包紧组件。组件高度与外径之比约为2.7。组件在液氮池中冷却到-80℃后取出，再将重量1.6kg，直径48mm的圆柱形炸药装药放进组件内腔，此炸药实际上是71％的硝酸铵，29％TNT的混合物。然后将装进炸药装药的轮胎组件放进锥形钢室内，钢室装上弯曲的外弯管，形成闭环系统可使爆炸产物环流。装甲室外壳的平截头圆锥体大底直径是1538mm，小底直径是462mm且等于循环系统管路内径。平截头圆锥体大底直径与轮胎组件直径之比为1538∶300＝5.1267。弯管中装上有丝网的格栅，尺寸为100×100mm。组件内径与装药直径之比为2.1(100∶48＝2.1)。组件外表面到装甲室壁面的距离为(1538-100)∶2＝719mm。装甲室直径(D)与组件直径(D_P)之比为4.793(2×719∶300＝4.793)。组件重量39kg，炸药装药重量(1.6kg)与组件重量之比为0.041(1.6∶39＝0.041)。炸药装药由电雷管AD#8引爆。

试验结果证明，轮胎组件暴露在炸药作用下产生的产物，有以下特征：

·轮胎完全变成橡胶粉，帘布的纤维和绒毛，及剔除全部橡胶的钢丝帘线短丝的混合物。

·尺寸小于1mm的橡胶粉的重量为16.07kg，是组件重量的41.2％，橡胶粉总重量的48.48％。

·尺寸1-2.0mm的橡胶粉重量为10.74kg，是组件重量的27.5％，橡胶粉总重量的32.4％。

·尺寸2.0-4mm的橡胶粉重量为4.66kg，是组件重量的11.95％，橡胶粉总重量的13.66％。

·尺寸4-10mm的橡胶粉重量为1.66kg，是组件重量的4.25％，橡胶粉总重量的5％。

·长度50-60mm的钢丝帘线的短丝加上帘布杂质(如绒毛与纤维)的重量是5.8kg，是轮胎组件重量的15％。

例3

对6，45-13型轮胎作破碎。包紧组件的制作如例2所述，其外径约300mm，高约800mm，内径约100mm。组件放在液氮池中冷却到-80℃后取出，随后将重量1.6kg，直径48mm的圆柱形炸药装药放入组件内腔，该装药实际上是硝酸铵(71％)和TNT(21％)的混合物。然后将带上炸药装药的轮胎组件放入直径为1500mm的球形钢室中。钢室在垂直于其轴线且通过组件上下二个螺旋卷区域的二个截面上的直径相同且等于1200mm左右，此直径与组件直径(300mm)之比约等于4。组件内径与炸药装药直径之比为2.1(100∶48＝2.1)。

组件重量39kg，炸药装药重量与组件重量之比为0.041(1.6∶39＝0.041)。炸药装药由电雷管AD#8引爆。

试验结果证明，轮胎组件暴露在爆炸作用下产生的产物有以下特征：

·轮胎完全变成橡胶粉，帘布的纤维，和完全没有橡胶的钢丝帘线短丝的混合物；

·尺寸小于1mm的橡胶粉重量为5.7kg，是组件重量的14.7％，橡胶粉总重量的17.7％。

·尺寸1-2.5mm的橡胶粉重量为8.97kg，是组件重量的23％，橡胶粉总重量的27.7％。

·尺寸2.5-10mm的橡胶粉重量为12.1kg，是组件重量的31％，橡胶粉总重量的37.5％。

·尺寸10-20mm的橡胶粉重量为5.5kg，是组件重量的14.1％，橡胶粉总重量的17.5％。

·长度50-60mm的钢丝帘线加上帘布杂质(如绒毛与纤维)的重量为6.6kg，是轮胎组件重量的17％。

工业适用性

由上述看来，本发明的方法及其实施设备使人能极大加强爆炸效果，不仅能破碎轮胎而且能获得高度粉碎的轮胎碎片。

本方法的实现使用简单设备，预引爆程序由可机械化及自动化的简单操作组成。

此外，本方法技术特征的实际应用极大地降低能耗，使轮胎破坏与粉碎工艺只花很少钱。

Claims (8)

1、一种废旧轮胎的破碎方法，包括形成轮胎组件，轮胎组件具有容纳爆炸物的中心孔，冷却组件并将组件置于装甲室内，引爆放在组件内的细长形炸药装药，使轮胎组件材料暴露在爆炸作用下，从装甲室中去除爆炸产物及轮胎组件的破碎材料，其特征在于，所述的轮胎组件由若干个共轴的螺旋卷叠放组成，每个螺旋卷由若干个粗制坯料一层层地作螺旋形连续缠绕而成，所述的每个粗制坯料是从一个废旧轮胎上将金属钢丝圈分离而得，包紧轮胎组件的直径与细长形炸药的直径之比为1.5-5.0，包紧轮胎组件的径向周围设置有自由空间，以提供给包紧轮胎组件周围层的径向膨胀，直到组件外径增大至少二倍和组件周围层的破碎。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，细长形炸药装药的重量与包紧轮胎组件的重量之比设定为0.03-0.07。

3、一种废旧轮胎破碎用的装置，包括：装甲室；将包紧轮胎组件装进装甲室的装置，包紧轮胎组件具有用于容纳炸药装药的轴向孔；将炸药装药置入轴向孔的装置，所述的装药呈细长形；引爆装置，该装置设置于炸药装药；清除爆炸产物的装置；和排放包紧轮胎组件的破碎产物的装置，其特征是，所述的轮胎组件由若干个螺旋卷叠放组成，每个螺旋卷由若干个粗制坯料一层层地作螺旋形连续缠绕而成，所述的每个粗制坯料呈现为带状，是从一个废旧轮胎上将金属钢丝圈分离而得，所述包紧轮胎组件上的轴向孔的直径与细长形炸药的直径之比为1.5-5.0，所述装甲室包含的自由空间限定为所述包紧轮胎组件的外表面和所述装甲室侧壁的内表面之间，所述装甲室在垂直于其纵轴并通过包紧组件的截面上的直径为该截面中包紧组件直径的2-7倍。

4、如权利要求3所述的装置，其特征在于，包紧轮胎组件为圆柱体，其圆柱体高与直径之比为2-5。

5、如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的包紧轮胎组件和所述的装甲室均为圆柱体形，所述装甲室在垂直于其纵轴并通过包紧组件的截面上的直径为该截面中包紧组件直径的2-7倍。

6、如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的包紧轮胎组件为圆柱形，所述的装甲室为球形，所述装甲室在垂直于其纵轴并通过包紧组件的截面上的直径为该截面中包紧组件直径的3-7倍。

7、如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的包紧轮胎组件和所述的装甲室均为圆锥体形，锥体形装甲室在垂直于其轴线且通过包紧组件的截面上的直径是同截面上包紧组件直径的2-7倍。

8、破碎废旧轮胎时用的包紧组件，其具有适于容纳爆炸装药的轴向孔，其特征在于，所述包紧轮胎组件由若干个螺旋卷叠放组成，每个螺旋卷由若干个粗制坯料一层层地作螺旋形连续缠绕而成，所述的每个粗制坯料是从一个废旧轮胎上将金属钢丝圈分离而得。

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