高效金属加工液加热搅拌反应釜的设计

冷 菊，李 亮

（清远市互联网融合发展促进中心，广东 清远 511518）

0 引言

金属加工液主要是金属加工用的液体，主要起润滑和冷却作用，兼有防锈清洗等作用，一般的金属加工液包括切削液、切削油、乳化液、冲压油、淬火剂、高温油、极压切削液、磨削液、防锈油、清洗剂、发黑剂、拉深油等[1-3]。金属加工液在使用时需要反应釜进行加热和搅拌[4]。

反应釜是一种物理或化学反应的容器，通过对容器的结构设计与参数配置，实现工艺要求的加热、蒸发、冷却及低高速的混配功能。反应釜广泛应用于石油、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品，用来完成硫化、硝化、氢化、烃化、聚合、缩合等工艺过程，例如反应器、反应锅、分解锅、聚合釜等；材质一般有碳锰钢、不锈钢、锆、镍基（哈氏、蒙乃尔、因康镍）合金及其他复合材料。但现有的金属加工液反应釜存在以下问题[5-7]：无法对金属加工液均匀加热，反应釜内部反应液最大温差可达8～10 ℃，导致部分需要进行加热的金属加工液无法更好地进行反应混合，工作时间长、效率低、消耗更多的人工成本；现有的反应釜在对金属加工液的搅拌效果较差，使得无法更好地进行搅拌。

为了解决反应釜对金属加工液搅拌和加热不均匀导致效率低的问题，本文设计了一种高效金属加工液加热搅拌反应釜。

1 反应釜设计

1.1 反应釜结构特征

所设计的高效金属加工液加热搅拌反应釜如图1 和图2 所示，反应釜主要结构包括机体、电机、搅拌装置、金属柱、第一锥齿轮、连接棒、扇叶以及第二锥齿轮等。各结构的特征在于以下几点。

图1 反应釜结构

图2 搅拌装置的连接结构

1）金属柱固定连接在内胆内壁，这样可以使金属柱保持稳固状态。金属柱上固定连接有两个第一锥齿轮和金属管。第一锥齿轮活动连接有第二锥齿轮，第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合传动。第二锥齿轮与连接棒固定连接，连接棒贯穿金属管并与金属管转动连接，位于金属管外部的连接棒一端与扇叶固定连接。

2）机体的顶部和底部分别固定连接有进油口和出油口，进油口用来添加导热油，出油口用来排出导热油；机体外壁底部固定连接有支撑腿，其中支撑腿使反应釜在工作时能够稳定的站立在地面上。机体内壁固定连接有隔热层，防止了加热装置对人的烫伤。

3）加热装置包括电热丝、导热油和加热器，加热器和电热丝固定连接，加热器开启后使电热丝加热提升温度，使电热丝固定连接在内胆上。

4）导热油填充在内胆和隔热层之间，电热丝让导热油温度提高传递给内胆热能，从而达到了对金属加工液均匀加热的效果；内胆两端分别贯穿机体固定连接有进液口和出液口，进液口用来倒入所需加热搅拌的金属加工液，出液口用来排出完成加热搅拌的金属加工液。

1.2 设计原理

本文设计的高效反应釜可实现对金属加工液进行均匀的加热和充分搅拌的效果。

高效加热搅拌反应釜的加热器设计在机体上，加热器与电热丝固定连接，电热丝铺设在内胆上，机体内壁固定连接有隔热层。电热丝其作用在于通过导热油将热能传递给内胆，内胆用于盛装反应材料金属加工液，隔热层即可防止热量的损失，也能防止加热装置对人的烫伤。出液口用来排出完成加热搅拌的金属加工液，出油口用来排出导热油。

高效加热搅拌反应釜的搅拌装置包括金属柱、第一锥齿轮、连接棒、扇叶和对称设置的第二锥齿轮，金属柱上套设有金属管，金属管与电机的输出端连接，第二锥齿轮与连接棒固定连接，连接棒贯穿金属管并与金属管转动连接，位于金属管外部的连接棒一端与扇叶固定连接，第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合传动。金属柱起支撑搅拌装置的作用；金属管的作用在于电机与搅拌装置的传动，并通过第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合传动带动扇叶；上部和底部两组扇叶用于对金属液进行搅拌。整个搅拌装置通过上部和底部两组扇叶的搅拌作用对金属加工液进行搅拌，以确保金属液的均匀性。

高效加热搅拌反应釜对金属加工液均匀加热的工作原理为：首先，从进液口倒入金属加工液，开启电机，电机带动金属管转动，带动扇叶在内胆内搅拌金属加工液。接着从进油口倒入导热油，开启加热器，让电热丝升温加热导热油，从而达到对金属加工液进行均匀加热的目的。工作完成后从出液口和出油口分别排出金属加工液和导热油。

高效加热搅拌反应釜对金属加工液充分搅拌工作原理为：电机带动金属管旋转，从而带动扇叶绕着金属管进行旋转，并且金属管内套设有固定在内胆内部的金属柱，金属柱上固定连接的第一锥齿轮与扇叶通过连接棒固定连接的第二锥齿轮啮合，这样金属管在转动的同时带动扇叶绕着连接棒进行旋转，从而能够对反应釜内部的金属加工液进行充分搅拌。

2 应用效果

2.1 加热温度

为测试高效反应釜内部受热均匀性情况，分别测试金属加工液的底部、中部以及上部反应温度，测试开始时间为反应温度达到设置温度后至反应结束，详细结果如表1 所示。从表1 中可以看出，高效反应釜内部金属加工液最大相差温度为4.6 ℃，反应液受热均匀性明显优于普通反应釜。

表1 受热均匀性测试

2.2 搅拌效果

为测试反应釜对金属加工液搅拌效果，分别测试金属加工液的底部、中部以及上部的40 ℃下的运动黏度，详细结果如表2 所示。从表2 中可以看出，高效反应釜内部金属加工液不同部位的运动黏度最大差值为2.1 mm/s2，而普通反应釜不同部位的运动黏度最大差值为5.5 mm/s2，说明所设计的高效反应釜其搅拌效果明显优于普通反应釜。

表2 搅拌效果测试

3 结语

本文设计的高效金属加工液加热搅拌反应釜，采用电机带动金属管旋转，金属管在转动的同时带动扇叶绕着连接棒进行旋转，能够对反应釜内部的金属加工液进行充分搅拌，采用电热丝铺设在内胆上，并在内胆和隔热层之间填充导热油，这样电热丝加热导热油后，导热油对金属加工液起到了均匀加热的效果，从而可实现对金属加工液进行均匀加热和充分搅拌，提高了工作效率，降低了人工成本。