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.

Материалы одного вида могут заметно отличаться по своим свойствам и способности к формованию и брикетированию. 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 самых 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 и прочих.

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 и качество получаемых брикетов подтверждается испытаниями конкретного материала.

Предварительные испытания — рекомендуемый этап подбора промышленного шнекового экструдера.

Даже уголь одной марки может существенно отличаться по своим характеристикам. Такие же различия встречаются у торфа, шламов, флотоконцентратов, иловых осадков и смешанных, комбинированных шихт.

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.

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

Если классической шнековой экструзии недостаточно для качественного получения изделия, по итогам испытаний может быть предложен шнекотолкающий экструдер (повышенного давления и надежности в работе), валковый пресс или другой способ формования.

В зависимости от материала подготовка может включать:

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

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

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

Рабочая влажность определяется по результатам испытаний.

Для отдельных составов на основе каменного угля оптимальный диапазон влажности 16–25%. Для бурых углей - 32–45%. При изготовлении древесно-угольных брикетов со связующим влажность подготовленной шихты может находиться в диапазоне 30–45%.

Эти значения приведены как примеры реализованных технологических режимов прессования 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% (при формовании гранулы диаметром не менее 25-30 мм). 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 под собственным весом либо калибруется отдельным 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 до 85–90 °C. Брикет может быть горячим, а при повышенной влажности после выхода из фильеры происходит 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 с учетом ТЗ (технического задания).

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

Основные элементы оборудования:

• несущая рама;
• мотор-редуктор;
• 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 фильеры возможно формирование брикета разной формы.

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

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

Ориентировочно могут рассматриваться следующие исполнения:

• до 1 т/ч — для относительно небольших производственных задач;
• 3–5 т/ч — наиболее востребованный диапазон;
• до 15–20 т/ч — для промышленных линий.

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

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.

Уточненные характеристики фиксируются после испытаний материала и согласования технического задания.

Предварительный состав поставки промышленного шнекового экструдера:

• экструдер в сборе;
• мотор-редуктор;
• шкаф управления;
• рабочий шнек;
• ЗИП (шнек и фильера по согласованию)

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.

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 (резки) 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 → 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.

Экструзионная технологическая линия подходит не для все видов материала.

По результатам испытаний может выясниться, что для формования требуется более высокое давление.

В таких случаях предлагается:

• шнекотолкающий экструдер;
• валковый пресс;
• механический пресс;
• дополнительная подготовка, механоактивация сырья;
• изменение состава шихты;
• предварительное снижение влажности;
• прочие технологические решения.

В шнекотолкающем экструдере дополнительное воздействие на материал создаётся толкающим узлом. Такое конструктивное исполнение применяется для достижения большей стабильности работы с повышенным давлением на прессуемый материал.

Выбор типа оборудования определяется по результатам испытаний.

При выходе горячего брикета из фильеры происходит частичное испарение поверхностной влаги.

Для механического снижения исходной влажности материалов возможно применение оборудования, оснащенного специальной системой механического вытеснения влаги. Возможность их использования определяется после испытаний конкретного влажного материала.

Для рассмотрения задачи желательно предоставить:

• наименование материала и его характеристики;
• текущую влажность;
• гранулометрический состав;
• химический или технический анализ при наличии;
• фотографии сырья;
• объём накопления, требуемая производительность оборудования;
• предполагаемый диаметр брикета;
• назначение готового продукта;
• требования к прочности и прочие показатели;
• условия транспортировки и хранения;
• информацию об имеющемся оборудовании;
• техническое задание, если оно разработано.

Для первичных лабораторных испытаний обычно требуется ориентировочно от 100 до 250 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?
Гарантированно нет. Даже материалы одного вида могут отличаться по влажности, фракции, составу и брикетируемости. Перед изготовлением промышленного оборудования рекомендуется провести исследование конкретного сырья с получением образцов для дальнейшей проверки и согласования.

Для каких материалов применяется шнековый экструдер?
Оборудование используется для широкого спектра различных материалов, в том числе: угольных шламов, отсевов, полукоксовой мелочи, коксовой пыли УСТК, торфа, флотоконцентратов, известняковой пыли, иловых осадков, древесно-угольного и другого сырья. Возможность формования подтверждается предварительными 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. При необходимости возможна оперативная замена фильеры с заданным диаметром.

Какую производительность можно получить?
Наиболее востребованы экструдеры производительностью 3–5 т/ч.
Возможно изготовление оборудование 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 рекомендуемым 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. Согласование 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 и прочее.

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