超高压水射流粉碎废旧轮胎制取精细胶粉理论基础研究

胶粉制作是废旧轮胎橡胶资源化回收利用的主导方向。利用超高压水射流粉碎橡胶可以充分利用射流的冷态加工、粉碎去除与钢丝层自动分离的技术优势，能够有效解决传统机械粉碎无法兼顾胶粉质量与生产成本的问题。本项目以水射流粉碎特性和胶粉物性为切入点，提出了超高压水射流精细粉碎废旧轮胎的完整工艺；研究了轮胎橡胶在超高压水射流高速冲击作用下的受力状态与典型失效模式，建立了基于应变能失效准则的橡胶本构模型；系统分析了射流粉碎产生胶粉的理化性质与结构变化，探究了射流参数对胶粉性质的影响规律，并对射流精细粉碎工艺参数进行了多重响应优化；基于橡胶在射流冲击下的失效模式与胶粉脱硫程度，揭示了水射流精细粉碎中的力化学脱硫效应及其机理；对比研究了射流粉碎胶粉在工程材料改性中的表现，全面评估了射流粉碎胶粉的再利用性能。研究成果为超高压水射流精细粉碎在胶粉制作领域的应用奠定理论基础，为废旧轮胎的资源化环保回收提供技术支撑。 2100433B

伴随汽车工业的飞速发展，中国囤积的废旧轮胎数量日益增多。废旧轮胎被称为黑色污染，其妥善治理技术已成为一个世界难题。将废旧轮胎制成胶粉是废旧轮胎绿色回收利用的主导方向，目前胶粉工业面临的主要难题是如何兼顾胶粉质量与生产成本的问题。相比传统粉碎方式，水射流粉碎可以很好的解决这一难题，但是对于水射流粉碎废旧轮胎的机理与关键技术研究还很缺乏。本项目以废旧轮胎的回收利用为研究对象，以超高压水射流粉碎废旧轮胎制取精细胶粉为主线，以水射流粉碎特性和胶粉物性为切入点，以提出基于水射流技术的环保节能精细胶粉制取理论与关键技术为目标，系统研究水射流回收废旧轮胎制取胶粉过程中的粉碎机理，分析水射流作用下轮胎橡胶-钢丝体系的分离机制，提出超高压水射流粉碎废旧轮胎与制取胶粉一体化的技术原理，为超高压水射流技术在精细胶粉制作领域的应用奠定基础，为废旧轮胎的绿色环保回收提供理论与技术支撑。

《高压水射流超细粉碎理论与技术》系统地介绍了高压水射流超细粉碎的理论、技术与实际应用，包括水射流粉碎技术的现状、湍射流结构红外热成像实验、自激振动磨料水射流超细粉碎的原理、自激振动磨料射流喷头的结构设计、水射流粉碎系统与工艺、自振式水射流粉碎机结构参数的实验优化方法，以及水射流超细、超微粉碎技术在制备永磁铁氧体超细粉体、珠光云母粉和精细水煤浆等方面的应用。自激振动射流是水射流超细粉碎的关键技术，其中亥姆霍兹谐振器是用于产生射流自激振动的基础性元件，书中介绍了其谐振频率、自激振动模型的理论分析方法，以期为水射流粉碎机的设计提供理论参考。

《高压水射流超细粉碎理论与技术》可作为高等院校选矿、材料、流体力学等专业研究生和高年级本科生的参考教材，也可供从事超细及超微粉体制备技术、选矿技术和高压水射流技术等研究的科研人员参加。

1 绪论

1.1 水射流超细粉碎技术

1.1.1 水射流技术的发展概况

1.1.2 磨料射流

1.1.3 脉冲射流

1.1.4 空化射流

1.2 超细粉碎技术

1.3 高压水射流超细粉碎技术

参考文献

2 湍射流结构的红外热成像

2.1 射流的结构

2.2 射流的理论解

2.3 红外探测

2.4 力-热耦合原理

2.5 射流涡旋场的红外辐射规律

2.6 射流分段结构的红外辐射规律

参考文献

3 自振式水射流粉碎机

3.1 自激振动磨料射流

3.1.1 基本思想

3.1.2 自激振动磨料引射原理

3.2 粉碎用自激振动喷头

3.3 自振式水射流粉碎机

3.4 粉碎机理

3.4.1 冲击作用

3.4..2 空化作用

3.4.3 水楔作用

3.5 粉碎机参数的单因素试验

3.5.1 试验条件

3.5.2 产率与振荡腔直径的关系

3.5.3 产率与振荡腔长度的关系

3.5.4 放大器直径对产率的影响

3.5.5 产率与放大器长度的关系

3.5.6 产率与靶距的关系

3.6 给料粒度与产率的关系

3.7 粉碎机的性能对比试验

3.8 粉碎机的性能评价

参考文献

4 粉碎机参数优化

4.1 试验方案

4.2 方差分析

4.3 各因素水平与平均产率的关系

4.3.1 平均产率与放大器直径的关系

4.3.2 平均产率与振荡腔直径的关系

4.3.3 平均产率与振荡腔长度的关系

4.3.4 平均产率与放大器长度的关系

4.3.5 平均产率与靶距的关系

4.4 对交互作用的分析

4.5 粉碎机最优方案

参考文献

5 水射流粉碎铁鳞和云母

5.1 水射流粉碎铁鳞

5.1.1 永磁铁氧体的原料

5.1.2 永磁铁氧体粉碎工艺

5.1.3 水射流粉碎铁鳞试验

5.1.4 结果与讨论

5.2 水射流粉碎云母

5.2.1 云母粉制备现状

5.2.2 工艺及设备

5.2.3 水射流压力与产品粒度的关系

5.2.4 水射流制备珠光云母粉

参考文献

6 水射流粉碎制备超细水煤浆

6.1 引言

6.2 煤样与试验系统

6.2.1 煤样

6.2.2 试验系统与工艺流程

6.3 水射流粉碎机

6.4 水力旋流器

6.5 水射流粉碎后的粒度分布

6.6 水射流粉碎并水力分级结果分析

6.6.1 大同原煤

6.6.2 赵各庄原煤

6.6.3 范各庄原煤

6.7 粉碎能耗

6.8 浮选效果分析

6.9 扫描电镜分析

6.10 水射流纳米粉碎技术

6.10.1 研究现状

6.10.2 制备超微水煤浆实验

参考文献

7 自激振动频率的研究

7.1 自激振荡的原理

7.2 圆管内的非恒定流动

7.2.1 非恒定流动连续性方程

7.2.2 非恒定流动运动方程

7.2.3 非恒定流动方程的线性化

7.2.4 非恒流基本方程的频域形式

7.3 非恒定管流基本方程的解

7.3.1 流体阻抗

7.3.2 用阻抗表示的非恒定管流基本方程的解

7.4 亥姆霍兹谐振器的固有频率

7.4.1 谐振器的频率特性

7.4.2 谐振器固有频率的表达式

7.5 自振射流亥姆霍兹谐振器的数学模型

7.5.1 斯特劳哈尔数与谐振器固有频率

7.5.2 基于水声学的亥姆霍兹谐振器的数学模型

7.5.3 基于分离涡环假设的谐振器模型

7.6 理论模型应用的要点

参考文献

粉碎设备理论假设一

被粉碎的物料受自身重力或外力作用，由进料口进入粉碎机后，经高速旋转的离心盘的作用，沿径向分布并获得离心动力，离开园盘后又高速飞向齿圈板，这样，物料与齿圈板、物料与物料之间不断地相互碰撞及摩擦，物料也就不断地被粉碎直至达到一定的细度，最后经筛网板被出粉碎机外，成为所需的产品。

粉碎设备理论假设二

粉碎方法用机械粉碎固体物料的主要方法有5种，即挤压、弯曲、劈裂、研磨和冲击前4种都是使用静力，最后1种则应用动能。在绝大多数粉碎机械中，物料常在两种以上粉碎方法的综合作用下被粉碎，例如粉碎机械，在旋回破碎机中，主要应用挤压、劈裂和弯曲；在球磨机中，主要应用冲击和研磨。粉碎方法是根据物料的物理特性、料块的大小和所要求的细化程度来选择的。对于坚硬物料，应采用挤压、弯曲和劈裂；对于脆性物料，应采用冲击和劈裂；料块较大时，应采用劈裂和弯曲；料块较小或排料粒度要求很小时，则应采用冲击和研磨。粉碎方法如果选择不当，就会出现粉碎困难或过度粉碎现象，两者都会增大粉碎过程中的能量消耗。

粉碎设备理论假设三

能量消耗和粉碎理论工、农业生产中的大量粉碎工作消耗的能量很大，但在粉碎作业中，输入粉碎机械中的能量的绝大部分都转化为热而由粉碎机械、循环空气和被粉碎的物料等所吸收，直接用于物料粉碎上的却为量极小：在破碎机械中，一般不超过10%；在粉磨机械中，则常不足1%。因此，为了减少能耗，就必须选取适当的粉碎机械、采用正确的操作方法、规定最佳的粉碎比和单位时间内的产量。在正常的工作条件下，不同细化范围的能耗水平大致如下：①碎到100毫米3～4千瓦小时/吨；②碎成100～10毫米5～6千瓦小时/吨；③碎成10～0.125毫米20～30千瓦小时/吨；④碎到0.125毫米100～1000千瓦小时/吨。以一般水泥厂为例，破碎机械的耗电量约占全厂总耗电量的10%，而其粉磨机械的耗电量则占60%左右。因此，在粉碎过程中就必须采取降低过度粉碎的措施，以达到节能的目的。

粉碎理论主要是研究粉碎过程中能耗与细化程度之间的关系。由于粉碎作业是涉及多种因素的极其复杂的过程，在粉碎理论方面尚无公认的统一结论，而只有3种比较重要的假说。分别是：德国的里特林格尔于1867年提出的面积假说，认为固体物料粉碎时，能耗与新产生的表面积成正比；德国的基克于1885年提出的体积假说，认为将几何形状相似的同类物料破碎成几何形状也相似的产品时，能耗与被破碎的料块的体积或重量成正比；美国的邦德和中国的王仁东于1952年提出的裂缝假说。

这三种假说在实用中都有其局限性，面积假说较适用于排料粒度为0.01～1毫米的粉磨作业，体积假说较适用于排料粒度大于10毫米的粗碎和中碎作业，而裂缝假说则介于两者之间，适用于从中碎到粗粉磨作业的比较广泛的范围内。