CN200988284Y - 基于水射流技术的利用废旧轮胎制备橡胶粉的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型针对现有的废旧轮胎处理方法所存在的投资大、效率低、污染大的问题，本实用新型设计了一种基于水射流技术的利用废旧轮胎制备橡胶粉的设备，它采用200MPa以上的超高压多喷嘴高速旋转水射流的冲击动能切割破碎废旧轮胎的橡胶部分，并可以通过调节水的压力，使之切割能量只能破碎废旧轮胎上的橡胶成为细胶粉，而不去破坏废旧轮胎中的钢丝。这一过程使废旧轮胎的橡胶部分被超高压多喷嘴高速旋转水射流切割成胶粉，而其中的钢丝被完整保留，使得废旧轮胎的橡胶与钢丝用最小能量、高速分离，并且分离出的橡胶直接生成可回收再用的工业胶粉，极富经济价值。

Description

基于水射流技术的利用废旧轮胎制备橡胶粉的装置

技术领域

本实用新型涉及一种废旧轮胎的处理和回收技术，尤其是涉及利用水射流技术进行废旧轮胎处理直接获取橡胶粉的方法及装置，具体地说是一种基于水射流技术的利用废旧轮胎制备橡胶粉的装置。

背景技术

目前，随着我国国民经济的快速发展，交通运输业也进入了高速发展的阶段。同时，由于生活水平的逐步提高，私家车的拥有量也呈上升趋势。在人们享受汽车工业所带来的便利之际，随之而来的问题就是汽车保有量增大，轮胎生产量和橡胶需求量增加，废旧轮胎的产生速度也大大加快。目前我国轮胎年产量已超过1.5亿条，继美国、日本之后居世界第三位，每年产生的废旧轮胎已超过1亿条，并以每年两位数的速度增长。

一般所说的废旧轮胎是指被替换或淘汰下来已经失去作为使用价值的轮胎，以及工厂所生产的报废轮胎。它们属于不熔或难熔的高分子弹性材料，具有很强的抗热性、抗机械性，并且很难降解，几十年甚至上百年都不会由于自然力而消失掉。现今我国每年产生废旧橡胶中60％以上是废旧轮胎。但在每年回收利用的90万吨废旧橡胶中，废旧轮胎仅占20％，约有2000万只废旧轮胎无人问津。而很多发达国家废旧轮胎的回收利用率都在90％以上，有的甚至达到100％。在全国很多大中城市的城乡结合部，经常可以看到一座座堆积如山的废旧轮胎。大量堆积的废旧轮胎不仅占用土地和农田，而且容易滋生蚊蝇和细菌，传播疾病，危害人类健康。大量轮胎长期堆积也容易导致火灾发生。日益加剧的“黑色污染”使我国本已脆弱的生态环境更加雪上加霜。

另一方面，我国橡胶资源严重匮乏，2005年年橡胶消耗量达440.6万吨，已连续4年居全球之首，胶原料主要靠进口才能满足国民经济发展的需要。因此，大力发展对废旧轮胎的循环利用产业，不仅可以在一定程度上缓解我国橡胶资源的缺乏，还可以解决废旧轮胎造成的“黑色污染”。

目前，国内、国外对废旧轮胎的再生利用有以下几种途径：

1、废旧轮胎原形直接利用。把废旧轮胎直接用作港口码头及船舶的护舷、防波护堤坝、漂浮灯塔、公路交通墙屏、路标以及海水养殖渔礁、游乐游具等。但这方面的使用量很少，不到废轮胎量的1％。

2、热分解利用。将废轮胎在高温下分离。采用此方法虽然可从废轮胎中回收燃料油、炭黑、钢铁等，但由于技术原因，该方法中污染、效率、质量、成本等问题解决的不好，目前很难推广。

3、做再生胶。通过化学方法使废旧轮胎脱硫得到再生橡胶。再生胶的主要用途是在橡胶制品生产中按一定比例掺入胶料，取代小部分生胶。但是这种处理方式污染严重，耗能较高，劳动强度比较大，产品的臭味比较严重，需要很好地改进其处理工艺。

4、旧轮胎翻新。将已经磨损的、不能使用废旧轮胎的外层削去，粘贴上新胶料，再进行硫化，即可得到能够重新使用的翻新轮胎。但由于目前只能翻新斜交轮胎，子午线轮胎翻新在技术上还有很大的困难。因此，子午线轮胎的翻新目前在国内几乎还是空白。而由于子午线轮胎在使用上的优点越来越突出，使用的范围也越来越广，其废轮胎的产生量也越来越大。

5、热能利用。将废旧轮胎破碎，直接燃烧或按一定比例与各种可燃废旧物混合配制成固体垃圾燃料(RDF)，供高炉、水泥回转窟、火电厂代替煤、油和焦炭。由于国内的此项技术还相当的不成熟，一些集中在欠发达地区的小型煤窑和小型火力发电站将废旧轮胎作低级燃料使用，基本没有相应的环保措施，随着环保法要求和环保意识的增强，此类工厂必将淘汰，取代它们的将是具有高技术水平的热能利用工厂，但这需要相当的资金投入。

6、做胶粉。通过机械粉碎方式将废旧轮胎粉碎并将钢铁和尼龙分离出来就得到胶粉。胶粉有许多重要用途：譬如掺入胶料中可替代部分生胶，降低产品成本；活化胶粉或改性胶粉可用来制造各种橡胶制品(汽车轮胎、汽车配件、运输带、挡泥板、防尘罩、鞋底和鞋芯、弹性砖、圈和垫等等)；与塑料并用可制作防水卷材、农用节水渗灌管、消音板和地板、水管油管、包装材料、框架、周转箱、浴缸、水箱等；可用于制作涂料、油漆、粘合剂、生产活性炭；与沥青或水泥混合，用于公路建设和房屋建筑。特别是胶粉与沥青共混后得到改性沥青。改性沥青铺设的路面比普通沥青路面更耐用，低噪音，少产生裂缝，耐候性更好，寿命长一倍，严寒天气不易结冰，是最近10年间世界各国的重点发展方向。正是由于胶粉性能优异用途极其广泛，因此通过生产胶粉来回收废旧轮胎是集环保与资源利用于一体的很有前途的方式。这也是发达国家摒弃再生胶生产，将废旧轮胎利用重点由再生胶转向胶粉和开辟胶粉的其他应用领域的根源。另外，与再生胶相比胶粉无需脱硫，没有废水、废气污染环境。应此，有专家预言，制造胶粉有望成为排在翻新、热能利用之后的第三种主要途径。

由于轮胎是橡胶、钢丝、纤维等多种不同材料的复合体，这就决定了对其回收利用的难度。制造胶粉，必须将轮胎中的橡胶与钢丝、纤维分离，再按要求将橡胶制成不同目数的胶粉。目前，国内外利用废旧轮胎制造胶粉主要有冷冻法、化学法、机械法三种方法。

1、冷冻法

该方法利用液态氮，将废旧轮胎冷冻到零下175度，使橡胶变成一种玻璃质的物质后再敲碎。该方法在国外运用比较多。国内曾引进过18条生产线，由于液氮的生产和储藏有特殊要求，从而使运行成本非常高昂。而且生产出来的胶粉性能不太好，结果国内的生产线全部死掉了。

2、化学法

该方法是将废旧轮胎置于高浓度臭氧中，在外力的作用下，把轮胎粉碎。由于产生高浓度的臭氧同样需要高昂的成本，因此该方法在国内几乎没有运用。

3、机械法

机械粉碎法。该方法比较冷冻法和化学法具有运行成本低的优点，但其工序复杂。一般分为：预处理(主要是清洗、干燥)、分片、切块、粉碎、磁选除铁、筛分、除毛(纤维)等。而且粉碎和磁选要分好几级才能满足要求。而且设备的投资成本相对较高。

为此急需开发一种新的废旧轮胎的回收利用的装置。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的废旧轮胎回收处理方法及设备所存在的投资大、效率低、环境污染严重的问题，设计一种利用水射流技术将废旧轮胎中的橡胶直接加工成粉末而同时又使其中的金属丝能完整的与橡胶分离的基于水射流技术的利用废旧轮胎制备橡胶粉的装置。

本实用新型的方法的技术方案是：

一种基于水射流技术的利用废旧轮胎制备橡胶粉的装置，包括废旧轮胎橡胶粉碎分离机，其特征是所述的废旧轮胎橡胶粉碎分离机主要包括高压水发生装置、旋转水刀喷头、废旧轮胎支架、水槽，所述的高压水发生装置的输出与旋转水刀喷头的输入端相连，旋转水刀喷头安装在置于水槽上方的摆动或直线运动装置上，安装有废旧轮胎的废旧轮胎支架支承在旋转水刀喷头下方的水槽中，该废旧轮胎支架连接有驱动其转动的驱动机构，所述的水槽通过排水口或水泵与后续处理设备相连。

所述的旋转水刀喷头为多喷嘴旋转水刀喷头，每个摆动或直线运动装置上至少安装有2个旋转水刀喷头。

所述的摆动装置包括支架、导轨及驱动机构组成，所述的导轨呈圆弧形，其上设有从动齿轮，导轨安装在支架的下部，驱动机构安装在支架的上部，其输出轴与主动齿轮或齿条相连，该主动齿轮或齿条与导轨上的从动齿轮相啮合传动。

所述的直线运动装置包括支架、导轨及驱动机构组成，所述的导轨呈直线形，其上设有从动齿条，导轨安装在支架的下部，驱动机构安装在支架的上部，其输出轴与主动齿轮相连，该主动齿轮与导轨上的从动齿条相啮合传动。

所述的废旧轮胎支架由转轴和与转轴垂直的能伸缩的支撑杆组成，转轴与驱动其转动的驱动装置活动相连，支撑杆的外端与废轮胎的内壁相抵。

所述的水切割头旋转运动的转速范围为1-6000转/分，最佳转速为范围为1000-6000转/分。

本实用新型具有以下优点：

利用本实用新型装置处理废旧轮胎可直接获得橡胶粉，且不会破坏轮胎中的钢丝，因此具有加工成本低，劳动生产率高，产量高、低能耗、低成本、回收效率可达90％以上、胶丝分离干净等优点，大大提高了目前废旧轮胎回收、利用的技术水平和工艺水平，是废旧轮胎再生加工技术的一场革命。利用本实用新型的加工设备可逐步淘汰机械粉碎法，在废旧轮胎再生加工行业推广使用，将会给企业带来可观的经济效益，同时将创造巨大的社会效益，生机无限。

本实用新型的还具有结构简单，制造方便，且装机功率和占地面积远远小于机械法，投资小，见效快的优点。

附图说明

图1是本实用新型的水刀切割头在对废旧轮胎进行分离过程中所做的复合运动的原理示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是本实用新型的水刀切割头在对废旧轮胎进行分离时的立体示意图。

图4是图3的局部放大示意图。

图5是本实用新型的关键设备之一的橡胶粉碎分离装置的结构示意图。

图6是图2的侧视图。

图中15代理废旧轮胎中的钢丝，L表示刀头前进方向，N表示刀头旋转方向；16表示水平面，17表示粉碎后落入水槽中的水中悬浮胶粉。

具体实施方式

下面结构附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图5所示。

一种基于水射流技术的利用废旧轮胎制备橡胶粉的装置，它包括关键设备之一的废旧轮胎橡胶粉碎分离机以及后续的沉淀、过滤、干燥、筛分、包装机等，其中废旧轮胎橡胶粉碎分离机如图5、6所示，其余辅助后续处理设备可采用现有技术加以实现，故不再描述。

所述的废旧轮胎橡胶粉碎分离机主要包括高压水发生装置1、旋转水刀喷头9、废旧轮胎支架6、水槽3、防护罩5，如图2、3所示，高压水发生装置1的输出与旋转水刀喷头9的输入端相连，旋转水刀喷头9安装在置于水槽上方的摆动装置11(具体实施时摆动装置11还可用直线运动装置代替，此时只需将摆动装置中的圆弧导轨改为直线导轨即可)上，图5中所示的为摆动装置11，其上安装的旋转水刀喷头9的摆动角度相对于废旧轮胎的转轴的转角可在0到180度之间设置，安装有废旧轮胎的废旧轮胎支架6支承在旋转水刀喷头9下方的水槽3中，该废旧轮胎支架9连接有驱动其转动的驱动机构2，所述的水槽3通过排水口或水泵与后续处理设备相连。

所述的旋转水刀喷头9可采用专利号为2004201094027的旋转接头加上多喷嘴喷头加以实现，每个摆动装置11上分前后两排安装有4个或4个以上的旋转水刀喷头，以取得最佳粉碎效果和效率。

所述的摆动装置11包括支架8、导轨4及驱动机构7(可采用调速电机或电机加减速机构)组成，所述的导轨4呈圆弧形(将该圆弧形导轨改为直线导轨，将圆齿轮改为齿条即可实施直线运动)，其上设有从动齿轮，导轨4安装在支架8的下部，驱动机构7安装在支架8的上部，其输出轴与主动齿轮或齿条相连，该主动齿轮或齿条与导轨上的从动齿轮相啮合传动。

所述的废旧轮胎支架6由转轴12和与转轴12垂直的能伸缩的支撑杆13组成，转轴12与驱动其转动的驱动装置2(可由电机及传动部件组成)活动相连，支撑杆13的外端与废旧轮胎14的内壁相抵。

本实施例中的高压水发生装置、多喷嘴旋转喷头均可采用南京大地水刀有限公司已公开销售的产品上的相关部分加以实现。

本实用新型的使用方法可采用以下步骤进行：

a、首先将废旧轮胎置于一旋转支架上，旋转支架的转轴水平安装，而废旧轮胎则垂直于该水平转轴安装在水压大于200MPa的水切割头的有效切割范围内，使废旧轮胎距离水切割头的距离在1-10厘米范围之内，一般以4-5厘米为佳；

5、使废旧轮胎作慢速转动，同时使水切割头作旋转运动和摆动(摆动的角度可在相对于轮胎转轴的0-180度之间)，也可为旋转运动加直线运动，控制旋转速度在1-6000转左右(具体实施时其转速可根据需要进行调整，一般在1000-2000转/分左右)，通过废旧轮胎、水切割头的复合运动(如图1～4所示，图1～4中表示的是一个多喷嘴旋转水刀喷头的运动轨迹示意图)，结合水射流的强大动能所产生的切割作用将废旧轮胎上的橡胶加工成粉末状，使废旧轮胎中的金属丝与橡胶分离；只要控制好水压，借助于轮胎的转动，多喷嘴旋转喷头的转动和摆动即可对轮胎上的橡胶一层一层、一点点冲击形成粉末状，得到所需的橡胶粉，控制喷头的转速和轮胎的转速可得到不同目数的橡胶粉末；

c、将上述含水的粉末状橡胶经过杂质沉淀、过滤、烘干、筛分、包装等后续回收处理后即得本实用新型的由废旧轮胎加工而得的橡胶粉，将金属丝从所述的旋转支架上取下，同时进行后续处理还可得到本实用新型的金属副产品。

对于带有网状金属丝的废旧轮胎而言，由于轮胎旋转一周后其内壁仍残留有少量橡胶，因此如希望金属丝与橡胶彻底分离，还必须进行相关的再分离处理，此时既可利用机械法进行分离，也可另外设计一套原理相同的水射流分离装置，此时应将轮胎卧放，而使水刀喷头水平安装，即可彻底将网状轮胎内外的橡胶与金属丝分离。分离结速后可将金属丝送入冶炼炉中进行熔化后作为副产品销售。对于量大面广的大型卡车轮胎，利用本实用新型的方法一次性装夹即可完成橡胶与金属丝的分离。

本实用新型的工作原理为：

废旧轮胎装在支架6上固定并置于机器中心，由轮胎旋转机构2带动其低速旋转，在工作中将轮胎转360°，以切割破碎全部的轮胎。在切割运动摆动支架7上悬挂有多个多喷嘴旋转切割头9，这些切割头上均装有3-5个水喷嘴，工作时200MPa以上的超高压水经这些多喷嘴的切割头中转换成高速水射流(其流速与水压力呈正比，在压力为200MPa-300Mpa时，其水射流速度为700-1000m/s的流速)，这高速水射流具有很大的冲击动能，再在切割头的旋转结构中施与气动力或液动力，使切割头在其动力驱动下作高速旋转；这又使喷嘴中喷出的高速水射流在旋转机构的作用下旋转起来，形成高速旋转的高速水箭(水射流)，并使这高速旋转水箭在圆弧摆动装置11的驱动下沿着圆弧导轨4的轨迹做复合运动；其效果为这高速旋转的水箭沿着废旧轮胎的外圆周面上，作连续的喷射切割运动，一时间，废旧轮胎某一位置上外圆周上的橡胶被一层、一层地破碎切割下来，再加之前面所述轮胎在中心支架上作低速自转运动，当轮胎自转过360°时，这使得切割破碎过程作用在轮胎的全部圆周上，这样切割破碎这只废旧轮胎的工作完成，取出轮胎支架6，在支架上将会只剩下轮胎除胶后的钢丝骨架，卸下钢丝骨架后再将一只废轮胎置入机器可再重复以上的过程。

此时胶粉已被切割破碎下来后混在作为机器主体的水槽3中了，这时通过利用作为后续处理设备的浊流泵将水和胶粉一起吸出经同时作为后续处理设备的过滤、烘干、分筛装置便可取得不同目数、干净的胶粉。而所述的过滤、烘干、分筛装置均可采用现有技术加以实现。

Claims (8)

1、一种基于水射流技术的利用废旧轮胎制备橡胶粉的装置，包括废旧轮胎橡胶粉碎分离机，其特征是所述的废旧轮胎橡胶粉碎分离机主要包括高压水发生装置、旋转水刀喷头、废旧轮胎支架、水槽，所述的高压水发生装置的输出与旋转水刀喷头的输入端相连，旋转水刀喷头安装在置于水槽上方的摆动或直线运动装置上，安装有废旧轮胎的废旧轮胎支架支承在旋转水刀喷头下方的水槽中，该废旧轮胎支架连接有驱动其转动的驱动机构，所述的水槽通过排水口或水泵与后续处理设备相连。

2、根据权利要求1所述的基于水射流技术的利用废旧轮胎制备橡胶粉的装置，其特征是所述的旋转水刀喷头为多喷嘴旋转水刀喷头，每个摆动装置上至少安装有2个旋转水刀喷头。

3、根据权利要求1所述的基于水射流技术的利用废旧轮胎制备橡胶粉的装置，其特征是所述的摆动装置包括支架、导轨及驱动机构组成，所述的导轨呈圆弧形，其上设有从动齿轮，导轨安装在支架的下部，驱动机构安装在支架的上部，其输出轴与主动齿轮或齿条相连，该主动齿轮或齿条与导轨上的从动齿轮相啮合。

4根据权利要求1所述的基于水射流技术的利用废旧轮胎制备橡胶粉的装置，其特征是所述的摆动装置包括支架、导轨及驱动机构组成，所述的导轨呈直线形，其上设有从动齿条，导轨安装在支架的下部，驱动机构安装在支架的上部，其输出轴与主动齿轮相连，该主动齿轮与导轨上的从动齿条相啮合。

5、根据权利要求1所述的基于水射流技术的利用废旧轮胎制备橡胶粉的装置，其特征是所述的废旧轮胎支架由转轴和与转轴垂直的能伸缩的支撑杆组成，转轴与驱动其转动的驱动装置活动相连，支撑杆的外端与废轮胎的内壁相抵。

6、根据权利要求1所述的基于水射流技术的利用废旧轮胎制备橡胶粉的装置，其特征是所述的废旧轮胎垂直安装在水槽中。

7、根据权利要求1所述的基于水射流技术的利用废旧轮胎制备橡胶粉的装置，其特征是所述的水切割头旋转运动的转速范围为1-6000转/分。

8、根据权利要求6所述的基于水射流技术的利用废旧轮胎制备橡胶粉的装置，其特征是所述的水切割头旋转运动的转速范围为1000-6000转/分。

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