氯磺化聚乙烯橡膠雙螺桿擠出機螺桿材料優化

畢學文 魯長鎖 張欣欣

（1.中國石油吉林石化電石廠 吉林吉林 2.中國石油吉林石化丙烯晴廠 吉林吉林）

吉林石化氯磺化聚乙烯橡膠裝置采用濕法凝聚技術進行工藝生產，2011年進行了技術改造，使用同向雙螺桿擠出機進行產品生產。擠出機使用過程中經常發現產品中夾帶有黑色金屬，通過檢修發現螺紋元件腐蝕磨損嚴重，初步分析原因為氯離子對氮化鋼材料的螺紋元件產生了腐蝕。為了解決腐蝕問題，采用多種材料在鹽酸溶液下浸泡試驗，試驗結果表明316L、哈氏合金耐腐蝕性較好，考慮經濟實用性，通過重新調整螺紋元件的材料組合順序，并對調整后的材質組合應用于實際生產中，新的螺桿軸使用后，產品質量得到了很好的改善。

一、擠出機結構及腐蝕磨損位置介紹

擠出機由11節筒體組成，5～11節筒體上裝有電加熱板，正常生產時加熱溫度控制在80～200℃，筒體和螺桿材料使用的是38CrMoALA氮化鋼，螺桿由芯軸和螺紋元件組成，螺紋元件表面經過氮化處理，氮化層0.3 mm，硬度950～1000 HV。通過檢修對設備解體后發現螺桿軸在3、4節筒體處磨損嚴重，8節筒體位置螺紋元件的螺楞損壞，5～11節筒體處均有不同程度的腐蝕，1、2節筒體處螺桿軸較好。

圖1 同向雙螺桿擠出機結構、材料分布圖

二、損壞原因分析

1.3、4節筒體磨損分析

主要是由于3、4節筒體需要將濕膠中的大部分水分排除，脫水的控制是通過調整螺桿與筒體下側的脫水擋料塊的間隙來實現的，間隙過大螺桿不能對膠達到有效擠壓水分脫不出來，間隙過小導致螺桿磨損嚴重。

2.8節筒體處位置螺紋元件的螺楞損壞分析

8節筒體位于真空排氣之前，為了達到有效的真空度，第八節筒體位置設置了一個反向螺紋元件用于增加螺桿內膠料的密實程度，同時該處會聚集大量氣體，當溫度過高時膠料中的酸性氣體造成該處螺桿嚴重腐蝕。

3.5～11節筒體處腐蝕原因分析

由于這7節筒體具有加熱器，氯磺化聚乙烯膠料中含有氯、硫、氯化氫、三氯甲烷和四氯化碳，這些氣體經過加熱后會導致整個螺桿和筒體處于酸性環境下，而38CrMoALA氮化鋼不耐酸性腐蝕。

三、螺桿材料優化方案

為解決螺桿的腐蝕問題，做了一組實驗。實驗材料：氮化鋼、404C、316L、哈氏合金 C-276、1%鹽酸、5%鹽酸。實驗方法：每種材料的試樣分別取兩塊，分為A、B兩組。記錄各試樣的初始尺寸后，將A組試樣同時浸泡入含有1%濃度的鹽酸溶液中，將B組試樣同時浸泡入含有5%濃度的鹽酸溶液中，實驗時間120 h。實驗溫度常溫。實驗結果見表1、表2。

表1 合金在1%鹽酸中腐蝕對比 g

表2 合金在5%鹽酸中腐蝕對比 g

實驗后試塊的照片見圖2～圖5。

通過對比重量損失及照片可以看出氮化鋼和440C在不同濃度的鹽酸下均有著較為嚴重的腐蝕，表面均失去金屬光澤并出現因腐蝕引起的凹凸不平，其中以440C腐蝕更為嚴重。316L在1%濃度下表現出良好地耐蝕性，并無明顯腐蝕痕跡，但在5%濃度下腐蝕較嚴重表面失去金屬光澤，但表面并沒有明顯因腐蝕引起的凹凸不平。哈氏合金C-276在任何濃度的鹽酸下均表現出良好地耐蝕性，均沒有出現明顯的腐蝕痕跡。

結合實驗結果從經濟實用角度考慮，螺桿材料應由多種材料組合而成，1、2節筒體位置材料不變仍使用氮化鋼38CrMoALA，3～7，9～11節筒體位置螺桿材料選用316L；8節筒體位置為螺桿材料選用 NS333（牌號：中國 0Cr15Ni60Mo16W5Fe5，美國：Hastelloy C）(a/b/c/d/e，共5件）；具體螺桿材料組合詳見圖1。

圖2 氮化鋼在1%、5%鹽酸腐蝕后組織圖片

圖3 440C 在1%、5%鹽酸腐蝕后組織圖片

圖4 316L在1%、5%鹽酸腐蝕后組織圖片

圖5 哈氏合金C-276在1%、5%鹽酸腐蝕后組織圖片

四、結論

改造后的設備已平穩運行了半年時間，預計使用壽命兩年，比原有氮化鋼材料的螺桿軸使用壽命提高了4倍。通過使用優化材料后的螺桿軸，擠出機整體運轉平穩，產品中沒有出現夾帶黑色金屬的問題，產品的外觀、顏色均有明顯提高。