国产QH型混合机混合均匀度影响因素分析20120720.doc

8国产QH型混合机混合均匀度影响因素分析 王红武 吴 军（吴江南玻浮法玻璃有限公司 吴江市 215200）摘要：作者通过在生产中对玻璃配合料均匀度的跟踪、调试和总结，从混合原理入手分析了国产QH型混合机在混合玻璃配合料时均匀度不稳定的主要影响因素，并提出了几条相应控制措施，为玻璃生产技术人员提供指导和借鉴。关键词：混合原理 均方差 QH型混合机 料铲 物理特性1 引言我公司在建厂之初引进了三台混合机，一台进口爱立许混合机，两台无锡远方QH型混合机。自投产调试以来国产混合机混合均匀度时常不达标（我司要求配合料均方差在0.3以下），直到使用九个月以后才逐渐步入正常。而进口爱立许混合机在使用之初就能够达到要求。在国产混合机混合均匀度方面，我们进行了不少有益探索和尝试，同时也从混合机的混合机理入手，对影响混合机混合质量的因素进行了分析，总结出来供大家分享。2 混合及混合过程分析21 混合混合就是在外力作用下，各种物料互相掺合，使之在任何容积里每一种组份的微粒均匀分布。混合是玻璃配料过程中最重要的程序之一，也是保证配合料均匀度的关键。22 混合过程分析在大多数的混合过程中，主要包括以下五种方式：(1)剪切混合：在物料中彼此形成剪切面，使物料发生混合作用。(2)对流混合：许多成团的物料颗粒从混合机的一处移向另一处作相对流动。(3)扩散混合：混合物料的颗粒，以单个粒子为单元向四周移动，类似气体、液体中的分子扩散过程。它是无规则的运动，特别是微粒物料在振动下或成流化状态时，扩散作用极为明显。(4)冲击混合：在物料与壁壳碰击作用下，造成单个颗粒分散。(5)粉碎混合：物料颗粒变形和搓碎。五种混合方式在每一混合过程中同时存在，但起主要作用的是前三者。以玻璃配料混合机为例，混合过程可分为三个阶段。首先原料颗粒成团地由混合机的一部位呈层状向另一个部位渗透滑移，产生对流混合。其次，不同原料颗粒越过新形成的分界面逐渐离散进行扩散混合。最后在自重和离心力的作用下，形状、大小和密度近似的原料颗粒将集聚于混合机内的不同部位，称为颗粒集聚。前两种作用是有利于混合的，后者则是一种有碍于颗粒均匀分布的分离作用。这三个阶段在混合时间内是同时发生的，但在不同的混合时间内，所起的作用的程度不同。3 影响混合质量的因素3.1 混合质量的评定把各种组分的混合物完全混合均匀，这好象是要把各种组分的每一个分子均匀地镶嵌成有规律的结构体，也就是说在混合物的任何一个部位截取一个很小容积的样品，应该按比例地包容每一个组分。实际上这种理想的完全混合状态是达不到的、也是不存的。处在混合物整体中不同部位的各个小容积中所含组分的比例不可能绝对相等，而往往都是与规定的标准量有一定的差异。因此，对混合均匀度的评定只能是基于统计分析方法的基础上。在多组分混合时，这是一个多变量的概率系统，在数学运算中显得过于复杂。所以在实践中不采用这种系统。而是把多组分的混合简化为两种组分的混合。一是准备作为定量统计的组分，称为“检测组分”；而其它所有的组分都看成一个均匀的同一组分，称为“基本组分”。以“检测组分”的分布情况来代表所有组分的混合情况。这样就可以用概率和统计的方法来解决这个具体的评定问题。在玻璃配合料中，我公司是把纯碱作为“检测组分”，而把除纯碱外的混合料作为“基本组分”。我公司是取一副配合料的20个样品，计算其纯碱含率的统计平均方差标准差，来表示配合料的均匀度的。标准差计算公式： 假设有一组数值X1,X2,X3,.Xn（皆为实数），其平均值为，公式如图1 图1标准差也被称为标准偏差，或者实验标准差，公式如图2。 图2简单来说，标准差是一组数据平均值分散程度的一种度量。一个较大的标准差，代表大部分数值和其平均值之间差异较大；一个较小的标准差，代表这些数值较接近平均值。 如是总体，标准差公式根号内除以n 如是样本，标准差公式根号内除以（n-1) 因为我们大量接触的是样本，所以普遍使用根号内除以（n-1)3.2 影响混合质量的因素混合过程实际上是由对流、扩散、剪切等混合作用与分离作用同时并存的一个过程，凡是影响这些作用的因素都将影响混合过程的质量。在玻璃配料过程中，对混合质量影响较大的因素有以下几方面：(1) 混合组分的物理特性对混合效果有影响的物料组分的物理特性主要有：物料的密度、粒度、颗粒表面的粗糙程度、物料水分、散落性、结团的情况和团粒的组分等。物料粒子表面的粗糙度、物料水分、散落性等因素影响了物料的流动性能。物料的流动性能对混合状态的影响大于粒径、密度等的影响。物料的这些因素对混合效果的影响可归结为一条规律：物料的流动性好，易于混合，但是混合最终的均匀程度不高，且混合产品易于自动分级；物料的流动性差，所需混合时间长，消耗混合能量大，但最终的混合产物均匀且稳定。这些物理特性差异越小，混合效果越好，混合后越不易再度分离。此外某组分在混合物中所占的比例越小，即稀释的比例越大，越不容易混合。为了减少混合后的再度分离，可以接近完成时添加粘性的液体成分，如水、增稠剂等，以降低其散落性从而减少分离作用。(2) 混合机机型的影响由于对流混合是将物料成团地从料堆的一处移到另一处的作用。因此可以很快地达到粗略、团块状的混合，并在此基础上，可以有较多的表面进行细致的、颗粒间的混合。因此，以对流作用为主的混合机的混合速度必然较快。而且，各组分的物理机械性质对混合效果的影响比以扩散作用为主的机型小。以扩散为主的机型，如滚筒混合机等，混合作用较慢，要求混合时间较长，物料物理性质(粒度、粒形、比重及表面粗糙度等)的差异对混合效果的影响较大，但颗粒间的混合可进行得比较细致。混合机的结构和制造质量对混合质量有很大的影响。如卧式混合机内外环带、外角不合理，物料向一端集积，影响混合时间和混合均匀度；结构不合理，可能造成物料死角；撑杆、环带、轴等焊接质量差，出现凹凸不平，容易挂料等。(3) 混合机的转速多种试验证明：批量混合机的混合速度及最终混合均匀程度与混合机的转速有关。以同一混合机，进行不同的转速的试验所得的混合曲线如图3【1】所示。在某些转速时，混合速度较快，可以较快地达到动态平衡，其中混合速度最快的混合机转速，称它为最快混合的适宜转速。如图3中n4，当转速为n4时，用以表示混合均匀度Cv值最早出现上下波动，即最快达到动态平衡。同时，当试验另一些转速时，可以达到较高地混合均匀程度，Cv值可以达到较低，如图3的n1。这时的转速即称为最佳混合精度适宜转速。图3 转速与混合均匀度的关系图根据这些试验结果，对同一台混合机，当混合要求不同时，所选用的适宜转速也各不相同。在制造混合机时，所选用的转速不仅考虑混合所能达到的最佳均匀度，而且要考虑混合机的生产能力。 (4) 填充系数对混合效果的影响混合机内装入的物料容积V物与混合机容积V 机的比值称为“填充系数”(或装入率)，即填充系数=V物V 机。填充系数的大小影响混合的精度及速度。不论对于哪种类型的混合机，适宜的装料是混合机正常工作并得到预期效果的前提条件。若装料过多，一方面会使混合机超负荷工作，更重要的是会影响机内物料的混合过程，进而造成混合质量下降；装料过少，则不能充分发挥混合机的效率，也会影响混合质量【2】。所以无论哪种混合机都要以适宜的装料来保证机器正常的工作，并使混合后的配合料满足质量要求。 (5)操作的影响操作过程也会对混合效果产生影响，例如进料的顺序，应把配比量大的组分先进入机内或大部分进入机内后再将少量及微量组分置于上面，即置于易分散之处，否则微量组分团聚在一处不易迅速分散，影响进一步的混合。在玻璃配料中，将硅砂置于放料顺序的首位就是基于这一考虑。而如何控制放料同步也就是所有物料同时全部进入混合机，就是我们在生产中要考虑的问题。4 国产QH型混合机与进口爱立许混合机混合均匀度对比我们截取了2011年10月2012年3月之间的配合料均方差数据，来对比说明国产QH型混合机与进口爱立许混合机使用情况的差异：混合机型号国产QH型进口爱立许额定容量（L）525060007000混合方式圆筒、涡桨转动、立式圆筒、两个转子、底盘转动对流，扩散，剪切对流，扩散，剪切，冲击，粉碎铲片/转子陶瓷内衬，比较光滑耐磨合金内衬，比较粗糙底板内衬PE板，比较光滑耐磨合金，比较粗糙填充系数（L/L）0.8450.7380.887混合时间（s）干混80，湿混130干混80，湿混130均方差（0.3）取样次数365852最大值0.580.630.28最小值0.190.170.16合格次数172552合格率47%43%100%从上表可以看出，在混合时间固定时，无论是填充系数比较接近（如QH5250），还是相差较大（QH6000），国产QH型混合机混合效果与进口爱立许混合机相比，都相差甚远。而两者在结构、混合方式、内衬材料和表面粗糙度方面也截然不同。5 国产QH型混合机均方差的调整自2011年7月投产调试至2012年3月均方差稳定在标准范围（0.3以下）以来，国产QH型混合机的调试共经历了以下三个阶段：（1） 混合机投产调试从2011年7月份投产开始至10月份确定混合时间为止，主要是混合时间、电子称的排料延时和混合系数（填充系数*配合料容重）的调试。表中1#混合机为QH5250，2#混合机为QH6000。从右侧表中混合机均方差调试过程我们可以看出，虽然混合时间、混合系数 （填充系数*配合料容重）设置不合适时，混合机的混合均匀度不达标，但是也有达标的时候。这说明，影响国产QH型混合机均方差的最关键因素还不是混合时间、填充系数。只有当混合时间、填充系数严重超出某种范围时，才会真正影响混合均匀度。调试过程中，混合系数（填充系数*配合料容重）始终在0.81.1kg/L之间，干混在60110s之间，湿混在90160s之间还不足以导致混合均匀度完全不达标。我们为了节省配料时间，最后将混合时间定在干混80s，湿混130s。（2） 配合料水分和温度因素的排除在2011年10月到2012年2月期间，我们主要对配合料的温度和水分加强了控制，使配合料水分稳定在4.0%左右，配合料温度稳定在37以上。但是这些仍然没有使国产混合机的混合均匀度稳定下来，均方差时常会超过0.3。这期间更换过两次混合机外铲片，每天清理混合机时进行预检，只有在更换铲片之后均方差会稳定在0.3以下几天。这说明，配合料温度和水分还不是影响配合料均匀度的主要因素。国产QH型混合机铲片的磨损以及铲片与筒壁、底板的间隙角度，对配合料的均匀度才有极大影响。（3） 更换混合机内衬与底板我司国产混合机均方真正稳定在0.3以下，是在2012年3月底4月初，我们更换了混合机底板之后，将PE板内衬底板更换为钢板。从2012年3月12日起到6月12日，1#混合机配合料取样55次，仅有6次均方差取样不合格；2#混合机14次取样全部合格。6 影响国产QH型混合机混合均匀度主要因素影响混合质量的因素主要从混合组分的物理特性、混合机机型、混合机转速、充满系数、混合时间、操作等几个方面考虑：（1） 混合组分的物理特性：对于玻璃配合料而言，在原料进厂之初就严格规定了原料的颗粒度，且原料本身的特性就决定了其流动性，所以混合组分的物理特性可以认为是固定不变的。我们在配料系统设计之初就已经充分考虑了这一点，在放料顺序和时间上，把用量最多的硅砂放在最底层最先排放，把用量最小不易分散的小料放在最后排放，同时为了保证配合料的水分我们还根据需要适当加水，这一切都从物料的物理特性角度改善了混合质量。可以说，这已经不能成为影响混合均匀度的主要因素。（2） 混合机机型：国产QH型混合机与进口爱立许混合机，无论是混合方式还是结构上，都存在本质的区别。国产混合机没有充分考虑各种影响混合的因素，因此对外部条件要求比较高。另外，从我们使用过程看，由于材质和搅拌方式的不同，国产混合机的料铲极易磨损，普通钢板制作的料铲最多用一个月。另外，由于结构的关系，时间久了搅拌臂也容易因磨损或者受力疲劳而变形。这些因素都会导致料铲与筒壁、底板之间的角度和缝隙产生变化，影响原料上下、内外翻滚，影响原料的对流和扩散。铲片在运动过程中，底部的铲片与底板、外铲片与外筒壁、内铲片与内筒壁之间都会产生剪切作用。当铲片磨损、角度发生变化，会影响到混合机的剪切混合。此外，筒壁的光滑程度也会影响到剪切混合的效果，表面越粗糙剪切力越大，剪切混合效果越好。所以，进口混合机的底板和转子表面都做了特殊处理，表面都有类似裂纹的凹坑存在。国产混合机最初为光滑的PE板底板，更换为粗糙的铁板后效果明显好转。如果不考虑磨损给原料中的铁含量带来影响的话，使用普通铁板做底板反而更有利于改善剪切混合效果，因为容易磨损就意味着表面更容易变得粗糙。否则，就必须像进口爱立许混合机那样做表面特殊处理，以使底板和转子表面既粗糙又耐磨。（3） 混合机转速：混合机转速在出厂时，就已经按设计规定好了的，一般不需更改。而且，国产混合机传动系统又是轴传动和齿轮传动，不存在像皮带那样因为磨损打滑导致转速存在偏差的问题。因此，混合机转速对配合料均匀度的影响可以不予考虑。（4） 填充系数：应该说，混合机的填充系数对混合机的混合均匀度是有一定影响的。而且，传统的料方调整方法是单个原料进行变动进而造成料方总量的变动，导致调料方时填充系数跟着变动，是一个不确定因素。因此，在调料方时尽量保持填充系数不变是我们改善混合质量的一个很重要的途径。（5） 混合时间：对于混合机来说，混合时间是