バイオマスは鉱物エネルギーに比べて灰、窒素、硫黄などの有害物質が少ないため、埋蔵量が多く、炭素活性が良く、発火しやすく、揮発性成分が高いという特徴を持っています。したがって、バイオマスは非常に理想的なエネルギー燃料であり、燃焼変換、利用に非常に適しています。バイオマス燃焼後の残灰にはリン、カルシウム、カリウム、マグネシウムなど植物に必要な栄養分が豊富に含まれているため、肥料として畑に戻すことができます。バイオマス エネルギーの膨大な資源埋蔵量と再生可能特有の利点を考慮すると、バイオマス エネルギーは現在、世界各国で国家新エネルギー開発の重要な選択肢とみなされています。中国国家発展改革委員会は、「第12次5ヵ年計画における作物わらの総合利用に関する実施計画」の中で、わらの総合利用率を2013年までに75％に達し、2013年までに80％を超えるよう努力すると明記している。 2015年。
バイオマスエネルギーをいかに高品質でクリーンで利便性の高いエネルギーに変換するかが喫緊の課題となっています。バイオマス高密度化技術は、バイオマスエネルギー焼却の効率を向上させ、輸送を容易にする効果的な方法の 1 つです。現在、国内外の市場では、スパイラル押出造粒機、ピストンスタンピング造粒機、フラットモールド造粒機、リングモールド造粒機の4種類の高密度成形装置が一般的です。中でもリングモールドペレットマシンは、運転中に加熱が不要、原料含水率の要求範囲が広い（10％～30％）、一台の生産量が大きく、圧縮密度が高く、成形性が良いなどの特徴から広く使用されています。形成効果。しかし、これらのタイプのペレットマシンには一般に、金型が摩耗しやすい、耐用年数が短い、メンテナンス費用が高い、交換が不便であるなどの欠点があります。以上のようなリングモールドペレットマシンの欠点に対し、筆者は成形型の構造を新たに改良設計し、長寿命でメンテナンスコストが低く、メンテナンスが容易なセット式成形型を設計した。一方、この記事では、成形金型の加工プロセスにおける機械的解析を実施しました。
1. リングモールド造粒機の成形型構造の改良設計
1.1 押出成形プロセスの概要:リングダイペレットマシンは、リングダイの位置により縦型と横型の2種類に分けられます。運動の形式に応じて、固定リング型を備えたアクティブ プレス ローラーと従動リング モールドを備えたアクティブ プレス ローラーの 2 つの異なる運動形式に分けることができます。この改良された設計は主に、動作形式としてアクティブ加圧ローラーと固定リングモールドを備えたリングモールド粒子マシンを目的としています。主に搬送機構とリングモールド粒子機構の2つの部分から構成されます。リングモールドと加圧ローラーはリングモールドペレットマシンの 2 つのコアコンポーネントであり、リングモールドの周囲に多数の成形型穴が分散されており、加圧ローラーはリングモールドの内側に取り付けられています。加圧ローラーはトランスミッションスピンドルに接続され、リングモールドは固定ブラケットに取り付けられます。スピンドルが回転すると、加圧ローラーが回転します。動作原理：まず、搬送機構により、粉砕されたバイオマス材料が一定の粒径（3～5mm）に圧縮チャンバーに輸送されます。次に、モーターが主軸を駆動して加圧ローラーを回転させ、加圧ローラーが一定の速度で移動して加圧ローラーとリング型の間に材料を均一に分散させ、リング型を圧縮して材料と摩擦させます。 、加圧ローラーと素材、素材と素材。絞り摩擦の過程で、素材中のセルロースとヘミセルロースが結合します。同時に、圧搾の摩擦によって発生する熱により、リグニンが軟化して天然の結合剤となり、セルロース、ヘミセルロース、その他の成分がより強固に結合します。バイオマス材料の継続的な充填に伴い、成形型の穴内で圧縮と摩擦を受ける材料の量は増加し続けています。同時に、バイオマス間の絞り力は増加し続け、成形穴内でバイオマスは継続的に緻密化して形成されます。押出圧力が摩擦力よりも大きい場合、バイオマスはリング型の周囲の成形穴から連続的に押し出され、約1g/cm3の成形密度を有するバイオマス成形燃料が形成されます。
1.2 成形型の摩耗:ペレットマシンの単一マシンの生産量は大きく、比較的高度な自動化と原材料への高い適応性を備えています。さまざまなバイオマス原料の処理に広く使用でき、バイオマス高密度成形燃料の大規模生産に適しており、将来のバイオマス高密度成形燃料工業化の開発要件を満たします。したがって、リングモールドペレットマシンは広く使用されています。処理されたバイオマス材料には少量の砂やその他の非バイオマス不純物が存在する可能性があるため、ペレット製造機のリング型に重大な磨耗を引き起こす可能性が非常に高くなります。リング金型の寿命は生産能力に基づいて計算されます。現在、中国におけるリング金型の耐用年数はわずか100～1000トンです。
リングモールドの破損は、主に以下の 4 つの現象によって発生します。 ① リングモールドを一定期間稼働させると、成形型穴の内壁が磨耗して口径が増大し、生成される成形燃料が大きく変形します。② リング型の成形ダイス穴の送り傾斜が摩耗し、ダイス穴に押し込まれるバイオマス材料の量が減少し、押出圧力が低下し、成形ダイス穴が詰まりやすくなり、リング金型の破損 (図 2)。③内壁材の変更後、排出量が大幅に減少します（図3）。
④ リングモールドの内穴が摩耗すると、隣り合うモールドピースＬ間の肉厚が薄くなり、リングモールドの構造強度が低下する。最も危険な部分に亀裂が発生しやすく、亀裂が拡大し続けるとリングモールド破壊という現象が発生します。リング金型が摩耗しやすく寿命が短い主な原因は、成形リング金型の無理な構造（リング金型と成形金型の穴が一体化している）にあります。両者を一体化した構造では、リング金型の数個の成形穴が磨耗して動作不能になった場合、リング金型全体を交換しなければならない場合があり、交換作業が不便になるだけでなく、しかし、同時に多大な経済的無駄を引き起こし、メンテナンスコストも増加します。
1.3 成形型の構造改善設計ペレットマシンのリングモールドの長寿命化、摩耗の軽減、交換の容易化、メンテナンスコストの削減を図るには、リングモールドの構造を新たに改良設計する必要があります。設計には埋め込み成形金型が使用されており、改良された圧縮チャンバー構造を図 4 に示します。図 5 に改良された成形金型の断面図を示します。
この改良された設計は主に、アクティブ加圧ローラーと固定リングモールドの運動形式を備えたリングモールド粒子製造機を目的としています。下リング金型は本体に固定されており、2つの加圧ローラーは連結板を介して主軸に連結されています。下リング型に成形型を埋め込み（締り嵌め）、下リング型に上リング型をボルトで固定して成形型に締め付けます。同時に、加圧ローラーが転がりリング型に沿って半径方向に移動した後、成形型が力で跳ね返るのを防ぐために、成形型を上側リング型と下側リング型にそれぞれ皿ネジで固定しています。穴に入る材料の抵抗を減らし、金型の穴に入りやすくするため。設計された成形型の供給孔の円錐角は６０°〜１２０°である。
成形金型の改良された構造設計は、多サイクルと長寿命の特徴を備えています。パーティクルマシンが一定期間作動すると、摩擦損失により成形型の開口部が大きくなり、不動態化されます。磨耗した成形型を取り外して拡張すると、他の仕様の成形粒子の製造に使用できます。これにより、金型の再利用が実現し、メンテナンスや交換のコストを節約できます。
造粒機の耐用年数を延ばし、生産コストを削減するために、加圧ローラーには65Mnなどの耐摩耗性に優れた高炭素高マンガン鋼が採用されています。成形金型は合金浸炭鋼またはCr、Mn、Tiなどを含む低炭素ニッケルクロム合金で作る必要があります。圧縮室の改良により、成形時に上下のリング金型が受ける摩擦力が減少しました。成形金型に比べて稼動量が比較的少なくて済みます。したがって、圧縮室の材質としては、45鋼などの一般的な炭素鋼を使用することができます。従来の一体型成形リング金型と比較して、高価な合金鋼の使用を削減できるため、生産コストを削減できます。
2. 成形金型の加工プロセス中のリングモールドペレットマシンの成形金型の機械的分析。
成形工程中、成形金型内に発生する高圧高温環境により、素材中のリグニンは完全に軟化します。押出圧力が増加していない場合、材料は可塑化を受けます。可塑化後の材料の流動性が良いため、長さをdに設定できます。成形型を圧力容器とみなして、成形型にかかる応力を単純化します。
上記の機械計算解析により、成形型内の任意の点の圧力を求めるには、成形型内のその点の周方向ひずみを決定する必要があると結論付けることができます。そして、その場所の摩擦力と圧力を計算することができます。
3. 結論
本稿ではリングモールドペレタイザーの成形型の新たな構造改良設計を提案する。埋め込み成形金型を使用すると、金型の摩耗を効果的に軽減し、金型のサイクル寿命を延長し、交換とメンテナンスを容易にし、生産コストを削減できます。同時に、成形金型の加工プロセス中の機械的分析が行われ、将来のさらなる研究のための理論的基礎が提供されました。
投稿日時: 2024 年 2 月 22 日