高效金屬加工液加熱攪拌反應釜的設計

冷 菊，李 亮

（清遠市互聯網融合發展促進中心，廣東 清遠 511518）

0 引言

金屬加工液主要是金屬加工用的液體，主要起潤滑和冷卻作用，兼有防銹清洗等作用，一般的金屬加工液包括切削液、切削油、乳化液、沖壓油、淬火劑、高溫油、極壓切削液、磨削液、防銹油、清洗劑、發黑劑、拉深油等[1-3]。金屬加工液在使用時需要反應釜進行加熱和攪拌[4]。

反應釜是一種物理或化學反應的容器，通過對容器的結構設計與參數配置，實現工藝要求的加熱、蒸發、冷卻及低高速的混配功能。反應釜廣泛應用于石油、化工、橡膠、農藥、染料、醫藥、食品，用來完成硫化、硝化、氫化、烴化、聚合、縮合等工藝過程，例如反應器、反應鍋、分解鍋、聚合釜等；材質一般有碳錳鋼、不銹鋼、鋯、鎳基（哈氏、蒙乃爾、因康鎳）合金及其他復合材料。但現有的金屬加工液反應釜存在以下問題[5-7]：無法對金屬加工液均勻加熱，反應釜內部反應液最大溫差可達8～10 ℃，導致部分需要進行加熱的金屬加工液無法更好地進行反應混合，工作時間長、效率低、消耗更多的人工成本；現有的反應釜在對金屬加工液的攪拌效果較差，使得無法更好地進行攪拌。

為了解決反應釜對金屬加工液攪拌和加熱不均勻導致效率低的問題，本文設計了一種高效金屬加工液加熱攪拌反應釜。

1 反應釜設計

1.1 反應釜結構特征

所設計的高效金屬加工液加熱攪拌反應釜如圖1 和圖2 所示，反應釜主要結構包括機體、電機、攪拌裝置、金屬柱、第一錐齒輪、連接棒、扇葉以及第二錐齒輪等。各結構的特征在于以下幾點。

圖1 反應釜結構

圖2 攪拌裝置的連接結構

1）金屬柱固定連接在內膽內壁，這樣可以使金屬柱保持穩固狀態。金屬柱上固定連接有兩個第一錐齒輪和金屬管。第一錐齒輪活動連接有第二錐齒輪，第一錐齒輪和第二錐齒輪嚙合傳動。第二錐齒輪與連接棒固定連接，連接棒貫穿金屬管并與金屬管轉動連接，位于金屬管外部的連接棒一端與扇葉固定連接。

2）機體的頂部和底部分別固定連接有進油口和出油口，進油口用來添加導熱油，出油口用來排出導熱油；機體外壁底部固定連接有支撐腿，其中支撐腿使反應釜在工作時能夠穩定的站立在地面上。機體內壁固定連接有隔熱層，防止了加熱裝置對人的燙傷。

3）加熱裝置包括電熱絲、導熱油和加熱器，加熱器和電熱絲固定連接，加熱器開啟后使電熱絲加熱提升溫度，使電熱絲固定連接在內膽上。

4）導熱油填充在內膽和隔熱層之間，電熱絲讓導熱油溫度提高傳遞給內膽熱能，從而達到了對金屬加工液均勻加熱的效果；內膽兩端分別貫穿機體固定連接有進液口和出液口，進液口用來倒入所需加熱攪拌的金屬加工液，出液口用來排出完成加熱攪拌的金屬加工液。

1.2 設計原理

本文設計的高效反應釜可實現對金屬加工液進行均勻的加熱和充分攪拌的效果。

高效加熱攪拌反應釜的加熱器設計在機體上，加熱器與電熱絲固定連接，電熱絲鋪設在內膽上，機體內壁固定連接有隔熱層。電熱絲其作用在于通過導熱油將熱能傳遞給內膽，內膽用于盛裝反應材料金屬加工液，隔熱層即可防止熱量的損失，也能防止加熱裝置對人的燙傷。出液口用來排出完成加熱攪拌的金屬加工液，出油口用來排出導熱油。

高效加熱攪拌反應釜的攪拌裝置包括金屬柱、第一錐齒輪、連接棒、扇葉和對稱設置的第二錐齒輪，金屬柱上套設有金屬管，金屬管與電機的輸出端連接，第二錐齒輪與連接棒固定連接，連接棒貫穿金屬管并與金屬管轉動連接，位于金屬管外部的連接棒一端與扇葉固定連接，第一錐齒輪和第二錐齒輪嚙合傳動。金屬柱起支撐攪拌裝置的作用；金屬管的作用在于電機與攪拌裝置的傳動，并通過第一錐齒輪和第二錐齒輪嚙合傳動帶動扇葉；上部和底部兩組扇葉用于對金屬液進行攪拌。整個攪拌裝置通過上部和底部兩組扇葉的攪拌作用對金屬加工液進行攪拌，以確保金屬液的均勻性。

高效加熱攪拌反應釜對金屬加工液均勻加熱的工作原理為：首先，從進液口倒入金屬加工液，開啟電機，電機帶動金屬管轉動，帶動扇葉在內膽內攪拌金屬加工液。接著從進油口倒入導熱油，開啟加熱器，讓電熱絲升溫加熱導熱油，從而達到對金屬加工液進行均勻加熱的目的。工作完成后從出液口和出油口分別排出金屬加工液和導熱油。

高效加熱攪拌反應釜對金屬加工液充分攪拌工作原理為：電機帶動金屬管旋轉，從而帶動扇葉繞著金屬管進行旋轉，并且金屬管內套設有固定在內膽內部的金屬柱，金屬柱上固定連接的第一錐齒輪與扇葉通過連接棒固定連接的第二錐齒輪嚙合，這樣金屬管在轉動的同時帶動扇葉繞著連接棒進行旋轉，從而能夠對反應釜內部的金屬加工液進行充分攪拌。

2 應用效果

2.1 加熱溫度

為測試高效反應釜內部受熱均勻性情況，分別測試金屬加工液的底部、中部以及上部反應溫度，測試開始時間為反應溫度達到設置溫度后至反應結束，詳細結果如表1 所示。從表1 中可以看出，高效反應釜內部金屬加工液最大相差溫度為4.6 ℃，反應液受熱均勻性明顯優于普通反應釜。

表1 受熱均勻性測試

2.2 攪拌效果

為測試反應釜對金屬加工液攪拌效果，分別測試金屬加工液的底部、中部以及上部的40 ℃下的運動黏度，詳細結果如表2 所示。從表2 中可以看出，高效反應釜內部金屬加工液不同部位的運動黏度最大差值為2.1 mm/s2，而普通反應釜不同部位的運動黏度最大差值為5.5 mm/s2，說明所設計的高效反應釜其攪拌效果明顯優于普通反應釜。

表2 攪拌效果測試

3 結語

本文設計的高效金屬加工液加熱攪拌反應釜，采用電機帶動金屬管旋轉，金屬管在轉動的同時帶動扇葉繞著連接棒進行旋轉，能夠對反應釜內部的金屬加工液進行充分攪拌，采用電熱絲鋪設在內膽上，并在內膽和隔熱層之間填充導熱油，這樣電熱絲加熱導熱油后，導熱油對金屬加工液起到了均勻加熱的效果，從而可實現對金屬加工液進行均勻加熱和充分攪拌，提高了工作效率，降低了人工成本。