Шнековый экструдер, также называемый шнековым прессом, применяется для непрерывного формования предварительно подготовленной смеси или шихты в брикеты преимущественно круглого сечения.

Оборудование может работать автономно или входить в состав технологической линии. Перед экструзией сырьё при необходимости измельчают, смешивают со связующим, увлажняют, подсушивают или подвергают механоактивации. После формования брикеты охлаждают, выдерживают или направляют на сушку.

Надёжно подобрать оборудование только по названию сырья невозможно. Даже материалы одного вида могут заметно отличаться по способности к формованию. Поэтому перед проектированием промышленного экструдера мы проводим испытания сырья заказчика.

Исполнение промышленного экструдера подбирается с учётом свойств материала, влажности и фракционного состава, рецептуры шихты, требуемой производительности, диаметра брикета и условий его дальнейшего использования.

Шнековая экструзия используется в проектах, где необходимо непрерывно уплотнять подготовленный мелкофракционный материал и продавливать его через формующий канал.

Оборудование позволяет:

• получать брикеты из подготовленной однокомпонентной или многокомпонентной шихты;
• перерабатывать мелкофракционное сырьё и производственные отходы;
• формовать непрерывный стержень с последующим разделением на брикеты;
• подбирать состав смеси, влажность и режим прессования;
• проверять технологию до изготовления промышленной линии;
• организовывать непрерывное брикетирование с заданной производительностью.

В зависимости от конструкции фильеры экструзионный принцип может применяться и для получения продукта меньшего диаметра. Оборудование для экструзионного гранулирования рассматривается отдельно - Экструдер для гранулирования

Шнековый экструдер применяется для брикетирования различных мелкофракционных и предварительно подготовленных материалов, в том числе:

• каменных и бурых углей;
• угольных и антрацитовых шламов;
• угольных отсевов;
• коксовой и полукоксовой мелочи;
• древесно-угольной мелочи;
• флотоконцентратов;
• торфа;
• известняковой пыли;
• иловых осадков;
• влажных органических материалов;
• многокомпонентных шихт из основного сырья, связующих и функциональных добавок.

Возможность брикетирования зависит не только от вида сырья. На результат влияют влажность, гранулометрический состав, пластичность, количество мелких частиц, состав связующего, равномерность смешивания и способность сформованного продукта сохранять форму.
Поэтому применимость шнековой экструзии подтверждается испытаниями конкретного материала.

Во время испытаний оценивают:

• исходную и рабочую влажность;
• размер и распределение частиц;
• поведение материала при смешивании;
• необходимость применения связующего;
• влияние механоактивации;
• способность шихты перемещаться шнеком;
• устойчивость формования;
• качество поверхности брикета;
• прочность сразу после выхода из фильеры;
• прочность после охлаждения, сушки или вылеживания;
• подходящий диаметр брикета;
• возможную производительность промышленного оборудования.

По результатам определяется, подходит ли для задачи обычный шнековый экструдер, какая подготовка требуется сырью, какая конструкция шнека и фильеры предпочтительна и какое дополнительное оборудование должно входить в линию.

Если обычной шнековой схемы недостаточно, по итогам испытаний может быть предложен шнекотолкающий экструдер, валковый пресс или другой способ формования.

Для стабильной работы экструдера сырьё должно поступать в виде однородной подготовленной шихты.

В зависимости от материала подготовка может включать:

• дробление или измельчение;
• контроль гранулометрического состава;
• удаление посторонних включений;
• корректировку влажности;
• внесение связующего;
• смешивание нескольких компонентов;
• механоактивацию;
• выдержку подготовленной смеси;
• равномерную подачу в экструдер.

В сырье не должно быть металлических предметов, камней и других недробимых включений. Они могут повредить шнек, рабочий корпус или фильеру.

Особенно важна однородность шихты. Неравномерное распределение влаги или связующего приводит к колебаниям нагрузки, нестабильному выходу материала и снижению прочности брикета.

Рабочая влажность определяется по результатам испытаний.

Для отдельных составов на основе каменного угля применялся диапазон около 18–25%. Для бурых углей возможна влажность 32–45%. При изготовлении древесно-угольных брикетов со связующим влажность подготовленной шихты может достигать примерно 40%.

Эти значения приведены как примеры реализованных режимов и не являются универсальными требованиями.

Оптимальная влажность зависит от свойств сырья, содержания мелких частиц, состава связующего, пластичности смеси, диаметра фильеры и требований к готовому брикету.

Для части угольных смесей основной размер частиц составляет до 3 мм.

Допускается присутствие частиц размером до 6 мм в количестве не более 15%. Если исходное сырьё содержит более крупные фрагменты, требуется предварительное измельчение.

Для других материалов допустимая фракция может отличаться.

Подготовленная шихта равномерно поступает в загрузочную зону. При работе экструдера в составе линии регулируемую подачу обычно обеспечивает отдельный конвейер, дозатор или другой подающий узел.

Вращающийся шнек перемещает материал вдоль рабочего корпуса к фильере. По мере продвижения шихта дополнительно перемешивается, уплотняется и создаёт необходимое давление перед формующим каналом.

Затем материал продавливается через фильеру и выходит в виде непрерывного стержня. После выхода стержень разделяется на брикеты требуемой длины отдельным режущим или разделительным устройством.

Конструкция шнека, рабочей части и фильеры подбирается с учётом материала, требуемого диаметра продукта и производительности.

После выхода оборудования на рабочий режим вследствие трения и уплотнения нагреваются фильера, прилегающие элементы рабочей зоны и сам формуемый брикет.

Для отдельных материалов температура продукта на выходе может достигать ориентировочно 85–90 °C. Брикет может быть горячим, а при повышенной влажности после выхода из фильеры возможно испарение части влаги и образование пара.

Фактическая температура зависит от состава шихты, влажности, конструкции шнека, геометрии фильеры, производительности и сопротивления формующего канала.

Сразу после выхода из экструдера брикет обычно ещё не обладает окончательной прочностью.

В зависимости от технологии после формования происходят:

• охлаждение;
• испарение части поверхностной влаги;
• стабилизация или затвердевание связующего;
• естественное вылеживание;
• дальнейшая сушка.

Прочность сырого брикета и продукта после сушки или вылеживания может заметно различаться. Поэтому способ последующей обработки определяют ещё во время испытаний сырья.

После набора требуемых характеристик брикеты направляют на хранение, упаковку, транспортировку или дальнейшее использование.

Основные элементы оборудования:

• несущая рама;
• электродвигатель;
• редуктор и привод;
• загрузочная горловина;
• рабочий корпус;
• шнек;
• фильера;
• шкаф управления;
• защитные и соединительные элементы.

Для регулирования частоты вращения и настройки рабочего режима может применяться частотный преобразователь.

Система дозированной подачи сырья и устройство разделения непрерывного стержня не являются частью базовой конструкции экструдера. В составе линии они устанавливаются как отдельное оборудование.

Фильера формирует поперечное сечение выходящего продукта.

В качестве базового варианта используется круглый брикет. В зависимости от конструкции фильера может иметь одно или несколько формующих отверстий разного диаметра.

Для промышленного оборудования рассматриваются круглые брикеты диаметром до 50 мм. Конкретный размер подбирается с учётом свойств материала, требуемой прочности, производительности, условий сушки, транспортировки и дальнейшего использования.

При необходимости возможно изготовление другого сечения, однако такое исполнение требует отдельной разработки и испытаний.

Производительность промышленного шнекового экструдера зависит от свойств шихты и конструкции оборудования.

Ориентировочно могут рассматриваться следующие исполнения:

• от 1 т/ч — для относительно небольших производственных задач;
• 3–5 т/ч — один из наиболее востребованных диапазонов;
• до 15–20 т/ч — подтверждённая достигнутая производительность изготовленного промышленного оборудования.

На фактическую производительность влияют плотность и пластичность шихты, влажность, фракционный состав, конструкция шнека, диаметр и количество отверстий фильеры, мощность привода и стабильность подачи.

Для получения более высокой суммарной производительности в составе линии можно установить несколько экструдеров параллельно. Такая схема позволяет распределить поток подготовленной шихты и сохранить возможность частичной работы линии во время обслуживания одного из агрегатов.

Параллельная установка рассчитывается с учётом возможностей участков подготовки, подачи и последующей обработки продукта.

Точные характеристики фиксируются после испытаний материала и согласования технического задания.

Предварительный состав поставки промышленного шнекового экструдера:

• экструдер в сборе;
• электродвигатель;
• редуктор и привод;
• шкаф управления;
• рабочий шнек;
• один запасной шнек;
• одна фильера согласованного исполнения.

Окончательный состав поставки фиксируется в техническом задании, спецификации и договоре.

Отдельно могут поставляться сменные фильеры, дополнительные шнеки, витки шнека, формующие элементы и другие запасные части.

Экструдер является главным формующим агрегатом, но подготовка сырья, его подача и последующая обработка выполняются отдельными участками линии.

В зависимости от задачи в линию могут входить:

• дробильное оборудование;
• бункеры-накопители;
• дозирующие и подающие конвейеры;
• смесители;
• механоактиваторы;
• оборудование для увлажнения или внесения связующего;
• шнековый экструдер;
• устройство разделения непрерывного стержня;
• сушильная камера;
• транспортное оборудование;
• участок хранения или упаковки.

Пример технологической последовательности:

Приём сырья → измельчение → корректировка влажности → дозирование → смешивание → механоактивация при необходимости → подача в экструдер → формование → разделение стержня → сушка или вылеживание → охлаждение → хранение или отгрузка.

Если у заказчика уже есть оборудование для подготовки, подачи и последующей обработки материала, экструдер может использоваться как отдельный агрегат.

Обычная шнековая схема подходит не для каждого материала.

По результатам испытаний может выясниться, что шихте требуется более высокое давление, она плохо перемещается шнеком, имеет недостаточную пластичность или создаёт нестабильное сопротивление в фильере.

В таких случаях рассматриваются:

• шнекотолкающий экструдер;
• валковый пресс;
• дополнительная подготовка или механоактивация сырья;
• изменение состава шихты;
• предварительное снижение влажности;
• другая технологическая схема.

В шнекотолкающем экструдере дополнительное воздействие на материал создаётся толкающим узлом. Такое оборудование применяется, когда возможностей обычной шнековой схемы недостаточно.

Выбор типа пресса выполняется по результатам испытаний.

При выходе горячего брикета из фильеры может происходить испарение части поверхностной влаги.

Однако промышленный шнековый экструдер для брикетирования не следует рассматривать как универсальное обезвоживающее оборудование.

Для механического снижения влажности применяются отдельные исполнения экструзионного оборудования. Возможность их использования определяется после испытаний конкретного влажного материала.

Для рассмотрения задачи желательно предоставить:

• наименование и происхождение материала;
• описание процесса, в котором он образуется;
• текущую влажность;
• гранулометрический состав;
• химический или технический анализ при наличии;
• фотографии сырья;
• объём накопления или переработки;
• требуемую производительность;
• предполагаемый диаметр брикета;
• назначение готового продукта;
• требования к прочности;
• условия транспортировки и хранения;
• информацию об имеющемся оборудовании;
• техническое задание, если оно разработано.

Для первичных лабораторных испытаний обычно требуется ориентировочно 100–150 кг материала.

Объём сырья для опытно-промышленной проверки определяется отдельно и может составлять несколько тонн.

Шнековый экструдер и шнековый пресс — это одно оборудование?
В контексте непрерывного брикетирования оба названия могут использоваться для одного типа оборудования. Термин «шнековый экструдер» точнее описывает принцип его работы.

Можно ли подобрать экструдер только по названию сырья?
Нет. Даже материалы одного вида могут отличаться по влажности, фракции, составу и брикетируемости. Перед изготовлением промышленного оборудования необходимо испытать конкретное сырьё заказчика.

Для каких материалов применяется шнековый экструдер?
Оборудование используется для угольных шламов и отсевов, коксовой и полукоксовой мелочи, торфа, флотоконцентратов, известняковой пыли, иловых осадков, древесно-угольного и другого подготовленного сырья. Возможность формования подтверждается испытаниями.

Какая влажность требуется для брикетирования?
Единого значения нет. Рабочая влажность зависит от сырья, состава шихты, связующего и требований к готовому продукту.

Какая фракция должна быть у материала?
Для части угольных смесей основная фракция составляет до 3 мм. Допускаются частицы до 6 мм в количестве не более 15%. Для другого сырья требования могут отличаться.

Обязательно ли применять связующее?
Не всегда. Необходимость, вид и количество связующего определяются свойствами материала и требованиями к брикету.

Нужна ли сушка после формования?
Это зависит от влажности, связующего и необходимой прочности. В некоторых технологиях брикеты проходят сушку, в других — естественное вылеживание.

Можно ли изменить диаметр брикета?
Да. Диаметр определяется конструкцией фильеры. Для промышленного оборудования рассматриваются круглые брикеты диаметром до 50 мм.

Какую производительность можно получить?
Возможны исполнения от 1 т/ч. Часто востребованы экструдеры производительностью 3–5 т/ч. Подтверждена работа изготовленного оборудования с производительностью до 15–20 т/ч.
Для большей суммарной производительности несколько экструдеров могут устанавливаться параллельно.

Что не входит в базовую конструкцию экструдера?
Подающий конвейер, дозатор и устройство разделения непрерывного стержня являются отдельным оборудованием линии. Их исполнение подбирается под производительность и технологическую схему.

Можно ли провести испытания до заказа?
Да. Испытания конкретного сырья являются обязательным этапом перед подбором и изготовлением промышленного экструдера.

От испытаний до запуска оборудования
Работа начинается с изучения материала и производственной задачи.
Основные этапы:

1. Получение исходных данных.
2. Анализ характеристик сырья.
3. Лабораторные испытания.
4. Подбор влажности, связующего и подготовки шихты.
5. Определение способа формования.
6. Опытно-промышленная проверка при необходимости.
7. Подготовка технического задания.
8. Проектирование и изготовление оборудования.
9. Заводская настройка и испытания.
10. Отгрузка, шеф-монтаж и сопровождение запуска.

Такой порядок позволяет заранее оценить брикетируемость материала и снизить риск неправильного подбора промышленного оборудования.

Для предварительной оценки направьте описание сырья, данные о влажности и фракционном составе, требуемую производительность, предполагаемый размер брикета и требования к готовому продукту.

После изучения исходных данных мы определим порядок испытаний и предварительно оценим возможность применения шнекового экструдера.