Матрицы — основной рабочий орган пресса. Их производство связано с использованием сложного оборудования.
Поскольку стоимость матриц высокая, на комбикормовых заводах уделяют большое внимание их сохранности и правильной эксплуатации.
В настоящее время производится более 400 различных типов и размеров матриц. Как уже указывалось, отверстия могут быть от 2,4 до 19 мм в диаметре. Отверстия делают круглыми, квадратными, продолговатыми или какой-либо другой формы.
Матрицы изготовляют из разных материалов. Главные требования к материалам — высокая износоустойчивость и упругость. Хорошей износоустойчивостью обладают матрицы из нержавеющей стали.
Получение гранул правильной формы при помощи непрерывного пропуска продукта через перфорированные матрицы в современных прессах достигается благодаря давлению валков и трению муки о металлические стенки отверстий матриц. Чем длиннее эти отверстия, тем продолжительнее воздействие трения и тем тверже получаются гранулы.
Между диаметром гранул и длиной отверстий матрицы, называемой длиной прессования, существует определенное соотношение, при котором получается установленная прочность гранул. Чем больше диаметр гранул, тем толще должна быть матрица. Толщина матриц изменяется от 12,7 до 127 мм с интервалом 12,7 мм.
Живое сечение отверстий в матрице оказывает большое влияние на производительность пресса. Чем меньше живое сечение, тем меньше производительность. Малые отверстия в матрицах раззенковывают, чтобы облегчить вход продукта в отверстия.
Мощность матрицы зависит от ее толщины, которая должна быть в 10 раз больше диаметра отверстий. При изготовлении матриц толщиной менее 50,8 мм применяют цековку отверстий. Цековка заключается в том, что сверлом диаметром немного больше диаметра отверстия рассверливают верхние кромки отверстий. Иногда делают фаски на отверстиях. Так, матрицы толщиной 50,8 мм могут иметь отверстия размером 4,8X38,1 мм с конусным углублением 12,7 мм. При этом эффективная длина образования гранул составляет 38,1 мм. Отверстия для прессования гранул диаметром от 2,4 до 4,8 мм имеют малую раззенковку у впуска. Отверстия для гранул диаметром 9,5 мм и выше не только раззенковывают, но и обрабатывают на конус до половины, а в некоторых случаях и больше.
Многие машиностроительные фирмы отдают предпочтение матрицам с цилиндрическими отверстиями вследствие того, что их проще сверлить; более толстая матрица долговечнее и надежнее в работе. Цилиндрические отверстия слегка раззенковывают. что дает возможность свободно подавать мучнистый комбикорм и уменьшить площадь между отверстиями. Все же для специальных комбикормов используют толстые матрицы с конусообразными отверстиями. Путем увеличения размера угла развертки и глубины конуса изменяют степень сжатия продукта.
В любом случае необходимо найти оптимальные условия работы, при которых спрессованный продукт будет сохранять приданный ему объем и форму и не раскалываться. При недостаточной толщине матрицы, вышедшая из ее отверстия гранула, сразу же разбухает и разрушается. У крупных гранул в этом случае, а также при слишком большом угле конусной развертки появляются трещины. Эластичность продукта способствует его разбуханию после выхода из матрицы.
Раскалывание некоторых гранул по окружности свидетельствует о том, что продукт недостаточно сжимается или недостаточное время выдерживается в матрице под давлением.
Обычные комбикорма производят на стандартных матрицах. Для этих матриц существуют различные способы увеличения для уменьшения давления. На заводе матрицы проверяют на прессе и, если при этом получаются слишком твердые или мягкие гранулы, матрицу соответствующим образом приспосабливают для выпуска нормального продукта. В первом случае придают отверстиям слегка коническую форму посредством развертки снаружи, а во втором — сообщают незначительную конусность входу отверстий.
На матрицы наносят технические характеристики, помогающие правильно их заменять при изготовлении другого комбикорма.
Существует прямая зависимость между производительностью пресса и диаметром внутренних отверстий матрицы, количеством отверстий по, длине окружности матрицы и ее шириной, а также (что особенно важно) качеством шлифовки внутренней поверхности отверстий.
Кроме того, существует зависимость между внутренней конфигурацией отверстий матрицы и составом рецепта комбикорма. Это значит, что для получения гранул одного и того же конечного диаметра (например, 4,8 мм), но разных по составу, должны применяться разные конфигурации внутренних отверстий матрицы. Так, при вводе в комбикорм 3% жира необходимая толщина матрицы увеличивается (увеличивается путь прессования), и входная часть отверстия должна иметь форму суживающегося конуса, который затем переходит в цилиндр.
В связи с этим важно знать способность каждого ингредиента, входящего в состав комбикорма, оказывать воздействие на внутреннюю поверхность отверстий матрицы, а также способность ингредиента абсорбировать мелассу.
Производительность пресса зависит и от других параметров: давления пара, его температуры и т. д.
Наряду с матрицами на процесс прессования большое влияние оказывают и валки. Их изготовляют из специальной закаленной стали. На поверхности валков имеются рифли для уменьшения скольжения и для захвата мучнистого комбикорма.
Если поверхность валков изнашивается от трения, возникающего при соприкосновении с комбикормом и матрицей, валки протачивают и на них вновь нарезают рифли. В некоторых прессах («Мастер», «Сеньчьюри» и др.) заменяют изношенные гильзы. Обычно на комбикормовых заводах заменяют сразу матрицу и валки комплектно. Изношенные валки не ставят к новой матрице и наоборот, так как поверхность изношенных валков испортит поверхность повой матрицы. Матрица вместе с валками составляет единый узел, они работают совместно и требуют правильной установки.
Зазор между валками и матрицей определяет степень сжатия. При нормальном близком расположении валков от поверхности матрицы получаются гранулы требуемой твердости. Если зазор между валками и матрицей увеличен, происходит предварительное сжатие слоя мучнистого комбикорма, которое повышает давление в отверстиях матрицы, и гранулы получаются повышенной твердости. В таких случаях матрицы могут даже полностью забиваться продуктом, и тогда работа пресса приостанавливается совсем.
Производство гранул разделяется на два этапа: первый — образование предварительно сжатого слоя муки; второй — продавливание продукта в отверстия матрицы и сжатие его благодаря трению в отверстиях. Если валки касаются поверхности матрицы, то в этом случае не будет предварительного сжатия продукта и из матрицы будут выходить мягкие гранулы или даже совсем не спрессованный продукт.
Более толстый слой предварительно сжатого мучнистого комбикорма способствует образованию «смазки» между металлом валка и матрицы, уменьшающей износ матрицы и валков. Очень малый зазор между валками и матрицей дает тонкий твердый слой продукта, не обеспечивающий необходимой защиты от износа. В толстом слое муки поглощаются тангенциальные силы, появляющиеся в результате движения валка по матрице и стремящиеся загнуть острые концы отверстий матрицы, забивая или повреждая поверхность матрицы кусочками металла. Толстый слой муки, предупреждающий преждевременный износ и поломку матрицы, следует применять для обеспечения безаварийной работы пресса.
Поскольку изменения зазоров между валками и матрицами ведут к изменению степени давления, можно производить твердые или мягкие гранулы по одному и тому же рецепту комбикорма или, наоборот, для каждого рецепта можно подобрать соответствующее давление. Другими словами, производство, выпускающее много разновидностей гранулированного комбикорма по одной рецептуре, может обойтись одной и той же матрицей. Больше того, самая экономичная работа достигается на прессе при изменении зазора между валками и матрицей, что дает возможность избежать излишней твердости гранул и опасности закупорки матрицы.
Ввиду того, что трение в отверстиях матрицы — важный фактор получения необходимого давления и твердости гранул, новая матрица с шероховатыми отверстиями, даже при тщательной ее обработке на заводе или при кратковременной приработке на кормовой муке с добавлением жира или специальной смеси, дает очень твердые гранулы, а пресс имеет низкую производительность. Избыточное давление, создаваемое повышенным трением в отверстиях новой матрицы, можно компенсировать зазором между матрицей и валком. В этих случаях допускается работа с валками, близко расположенными к матрице, что дает возможность получить мягкие гранулы.
Долговечность матриц бывает различной. Неправильная консистенция комбикормов, абразивность продукта и недостаток натуральных масел — основные факторы, влияющие на долговечность матриц. Абразивные ингредиенты вызывают царапины вдоль стенок отверстий матрицы. Изменение скорости прохода продукта через матрицу указывает на чрезмерный износ ее поверхности. Малая долговечность матрицы может быть также вызвана коррозией, которая чаще всего возникает при смешивании различных ингредиентов. При определенных атмосферных условиях освобождаются свободные жирные кислоты, разъедающие стенки матрицы. Наиболее агрессивные смеси продуктов — рисовые отруби и овсяная мука, глютен и животные жиры. Ликвидировать коррозию можно путем удаления агрессивного ингредиента из смеси или изготовлением матрицы из нержавеющей стали.
Матрицы хранят на специальных стендах. Во время остановки пресса для смены матрицы очищают ее отверстия, а затем опять заполняют мягким, не забивающим отверстия продуктом, например пшеничными отрубями или жирной кормовой смесью. Так как продукты не твердеют в отверстиях, матрицы впоследствии легко очищаются и вполне удовлетворительно работают даже после нескольких недель хранения. Наилучшим методом очистки и повторного заполнения отверстий матриц является уменьшение подачи продуктов в матрицу наполовину и одновременное добавление в пресс жирной смеси или пшеничных отрубей.
Перед пуском пресса внутреннюю поверхность отверстий новой матрицы полируют, вводя в пресс смесь маслянистой кормовой муки. Такая приработка матрицы необходима для обеспечения равномерного прессования гранул, максимальной производительности и наименьшего расхода энергии. Лучшим средством для полировки служит льняная мука. Можно применять также мучную смесь с льняным маслом или рыбьим жиром в пропорции 1 кг жира на 10 кг муки.
После того как установлено, что все отверстия пропускают продукт одинаково, увеличивают скорость добавлением шлифующих материалов, например твердых комбикормовых гранул. Матрицы для мелких гранул требуют большей приработки по сравнению с матрицами для крупных гранул, а стальные — большей приработки, чем бронзовые. Однодневная приработка стальных матриц для гранул не является чрезмерной. После пуска в работу пресс в течение нескольких дней еще не дает максимальной производительности. Перед пуском пресса проводят следующие подготовительные работы:
- проверяют наличие достаточного количества комбикорма в накопительном закроме;
- измеряют температуру подогретой мелассы, которая должна быть в пределах 35—40° С; измеряют давление пара;
- проверяют, выпущена ли вода из паровой трубы.
В процессе пуска выполняют такие операции:
- следят за тем, чтобы кормовая мука поступала в пресс после тщательного ее пропаривания;
- приводят в действие электрический магнит, установленный перед прессом;
- включают подачу комбикорма из накопительного закрома; устанавливают малую подачу на храповом механизме питания (у некоторых машин раньше должен быть наполнен смесительный бак);
- регулируют количество подаваемого пара; включают и регулируют подачу мелассы или рыбьего жира.
После получения комбикорма удовлетворительного качества проваренный или пропаренный с добавлением жира комбикорм направляют в гранулирующую или брикетирующую секцию пресса.
Во время работы нужно следить за амперметром электродвигателя пресса и постепенно увеличивать питание, насколько позволяет состояние матриц. Количество пара и питание пресса регулируют в зависимости от расхода энергии, качества гранул и производительности.
Высокой износоустойчивостью обладают матрицы из нержавеющей стали. Фирма «Ричард Сайзер» сообщает, что матрица из нержавеющей стали с отверстиями диаметром 12,7 мм позволяет вырабатывать до 20 тыс. т комбикормов, в то время как обыкновенная стальная закаленная матрица — только 10—11 тыс. т, и при работе в неблагоприятных условиях — не более 4—5 тыс. т. Применение матриц из нержавеющей стали дает также следующие преимущества:
- производительность увеличивается на 35—50%; матрицы не забиваются комбикормом;
- полная производительность достигается в течение 30 мин с момента пуска:
- полная производительность обеспечивается в течение всего срока службы матрицы;
- стоимость матрицы на 1 т комбикорма снижается на 50—70%.