Вулканизация в магнитоожиженном слое частиц ферромагнетика

Применение теплоносителя в виде ферромагнитных частиц, ожиженных магнитным полем, дает ряд преимуществ относительно известных спосо­бов вулканизации в расплаве нитрит-нитратных солей металлов и в псевдоожиженном слое зернистого материала (а. с. СССР 306023, 1971; 469612, 1975). Ожижения ферромагнитных частиц можно достаточно эффективно достичь воздействием на частицы металла переменного магнитного поля. При протекании по обмотке магнитопроводов трехфазного синусоидаль­ного электрического тока промышленной частоты, как в статоре линейного электродвигателя, возникает бегущее магнитное поле. Частицы ферро­магнетика, размещенные над плоскостью магнитной системы такого линей­ного статора электрического двигателя, ожижаются под влиянием бегущих магнитных волн. В бегущей магнитной волне на ферромагнитные частицы действуют две составляющие электромагнитной силы: вертикальная и гори­зонтальная. Вертикальная сила поднимает вверх ферромагнитные частицы, сила горизонтальная одновременно перемещает ферромагнитные частицы вдоль плоской магнитной системы. Изменением фронта бегущей волны можно изменять высоту ожижения ферромагнитных частиц. Если магнит­ные системы смонтировать плоскостями, обращенными друг к другу, то при образовании ими двух магнитных волн разных частот эти магнитные волны при сложении формируют квазитурбулентный поток, способный увлекать за собой частицы ферромагнетика. Направление перемещения квазитурбулентного потока и его скорость регулируются соотношением частот бегущих магнитных волн: f1 — частота бегущей волны нижней магнитной системы, f₂ — частота бегущей магнитной волны верхней магнит­ной системы. При частоте колебаний магнитной волны f1 >f2 квазитурбупентный поток перемещается в направлении бегущей магнитной волны f1.

Для практических целей линейные статоры электрических двигателей размещают один над другим с обращенными друг к другу плоскостями и замкнутыми каждый на себя, что обеспечивает непрерывное перемещение ферромагнитных частиц в замкнутом контуре.

На рис. 21 приведена схема ожижения частиц ферромагнетика в зам­кнутом контуре. Между магнитными плоскостями линейных электри­ческих двигателей заключена реакционная зона, в которой установлена рабочая камера с ферромагнитными частицами. В камере бегущие магнит­ные волны перемещают ферромагнитный порошок, непрерывно увлекая (транспортируя) заготовку изделия. Скорость перемещения частиц ферро­магнетика должна поддерживаться несколько выше скорости перемеще­ния вулканизуемой заготовки изделия (на 30-40%), что обеспечивает постоянный приток теплоты к изделию и бездеформационное перемещение его. Изделие как бы "плывет" в нагретой среде магнитоожиженных частиц. Скорость перемещения ферромагнитных частиц в разработанном устрой­стве вулканизатора при скорости бегущей волны в среднем 5 м/с выбрана в одном и другом направлениях от 0 до 40 м/мин и может поддерживаться на любом заданном уровне изменением соотношений частот бегущих маг­нитных волн и значением магнитной индукции этих волн. Суммарное усилие воздействия ферромагнитного порошка на изделие зависит от скорости перемещения ферромагнитных частиц, обусловленной индукцией магнитного поля, массовой концентрацией частиц, разностью частот магнит­ных волн, и при необходимости может быть задано в интервале от 0 до 1 Н на 1 м длины установки.

Нагрев частиц для вулканизации заготовок резиновых изделий осуще­ствляют тремя путями. Во-первых, частицы нагреваются за счет теплоты, выделяемой электрическими обмотками магнитной системы, выполнен­ными из провода с жаропрочной изоляцией; температуру обмоток уста­навливают 160° С. Во-вторых, сами частицы в переменном магнитном поле нагреваются вследствие потерь при перемагничивании и за счет ин­дукционных токов. В-третьих, на боковинах рабочей камеры смонтиро­ваны добавочные нагреватели для повышения температуры частиц ферро­магнетика на 40-90°С. Кроме того, рабочая камера устройства выполнена из нержавеющей стали, и от наводимых токов в переменном магнитном поле в ней также выделяется теплота.

По схеме, изображенной на рис. 21, шприцуемый профиль из червяч­ного пресса поступает в вулканизатор, где нагревается и транспортиру­ется слоем частиц, затем в отборочное и приемное устройства.

Вулканизация в слое ферромагнетика, ожиженного магнитным полем, обеспечивает одновременно процесс нагрева при достаточно высоком коэф­фициенте теплопередачи и бездеформационное перемещение профиля ква­зитурбулентным слоем ферромагнитных частиц. Вулканизацию сложных профилей резиновых изделий ведут в линейных частях устройства, при этом оно работает как сдвоенный вулканизатор. Линия непрерывного про­изводства длинномерных резиновых изделий с вулканизатором длиной 12 м (рабочая длина реакционной камеры такого вулканизатора по зам­кнутому контуру составляет 24 м) имеет производительность 120 кг/ч. Расход электроэнергии 2 кВт/ч на 1 м длины рабочей камеры. Сечение ра­бочей камеры 70x60 мм (ширина 70, высота 60 мм).

В интервале 160—300° С можно поддерживать любое значение темпе­ратуры ферромагнитных частиц по всей длине вулканизатора. Выход вул­канизатора на рабочий режим составляет 30 мин.

Вулканизуемое изделие по всей длине вулканизатора просматрива­ется через продольную щель в рабочей камере, и при необходимости через эту щель изделие может быть изъято из устройства.

В качестве ферромагнитных частиц могут быть использованы частицы размером от 50 до 100 мкм, являющиеся отходами абразивного произ­водства и получаемые в результате магнитной сепарации абразивных шли­фовальных порошков. Материал ферромагнетика должен быть магнито- мягким и химически стойким относительно резиновых смесей.

При вулканизации частицы ферромагнетика практически не выно­сятся изделием, поскольку магнитное поле удерживает их в рабочей ка­мере. Для предотвращения прилипания частиц к изделию или заготовку предварительно талькируют перед подачей в вулканизатор или добавляют тальк непосредственно в рабочую камеру вулканизатора. При этом одно­временно улучшается скольжение изделия в магнитоожиженном слое фер­ромагнитных частиц.

Коэффициент теплоотдачи имеет тенденцию возрастать с уменьшением размера частиц и увеличением напряженности магнитного поля. Коэффи­циент теплоотдачи магнитоожиженного слоя ферромагнетика не уступает коэффициенту теплоотдачи псевдоожиженного слоя зернистого материала.

Для вулканизации резиновых изделий непрерывным процессом можно рекомендовать все фракции частиц от 50 до 100 мкм.

Вулканизация мелкопрофильных заготовок пористых резиновых изде­лий осуществляется при температуре ферромагнетика в пределах 200*- 300°С в течение 1-2,5 мин (а. с. СССР 306023, 1971).

По сравнению с вулканизацией в псевдоожиженном слое зернистого материала, ожижаемого воздухом, вулканизация в магнитоожиженном слое частиц ферромагнетика имеет следующие преимущества: снижается оки­сление резиновой смеси в потоке воздуха, практически отсутствует унос частиц и меньше энергозатраты.

В. И. Клочков

В. П. Рыжков

©Издательство "Химия" , 1984