聚丙烯擠壓造粒機(jī)切刀磨損嚴(yán)重原因及改進(jìn)措施

王磊

【摘要】本文針對(duì)中煤陜西公司化工分公司30萬(wàn)噸聚丙烯擠壓機(jī)W&P擠壓機(jī)ZSK-350在高速擋高熔融指數(shù)開(kāi)車(chē)時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題和從DCS獲得的擠壓機(jī)開(kāi)車(chē)數(shù)據(jù)，分析影響擠壓機(jī)切刀磨損的主要因素，包括擠壓造粒系統(tǒng)工藝、聚合工藝模式及產(chǎn)品牌號(hào)等，提出可行的開(kāi)車(chē)方法，延長(zhǎng)切刀的使用壽命，減少停車(chē)次數(shù)為目標(biāo)，探討了影響切刀使用壽命的因素，提出了相應(yīng)的解決方案，并用于指導(dǎo)生產(chǎn)，有效將切刀使用壽命延長(zhǎng)了近60天，保證了造粒外觀質(zhì)量，降低了切刀備件費(fèi)用，確保擠壓機(jī)長(zhǎng)周期運(yùn)行，大幅度提高了經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】切刀磨損 使用壽命 開(kāi)車(chē)參數(shù)

一、引言

中煤陜西公司化工分公司聚丙烯裝置采用美國(guó)Grece公司氣相流化床的unipol工藝專利生產(chǎn)技術(shù)，設(shè)計(jì)規(guī)模為30萬(wàn)噸/年，即聚丙烯本色粒料37.5t/h;配套的擠壓機(jī)使用采用德國(guó)科倍隆下屬W&P公司生產(chǎn)的ZSK350型雙螺桿嚙齒型、同向旋轉(zhuǎn)式擠壓造粒機(jī)，單線切割樹(shù)脂生成顆粒技術(shù)，設(shè)計(jì)最大負(fù)荷為49t/h，切刀數(shù)為36把。擠壓機(jī)切刀從試車(chē)開(kāi)始，磨損量大，更換切刀頻繁，出現(xiàn)不合格顆粒，每次更換切刀時(shí)必須停擠壓機(jī)。不僅產(chǎn)生了廢料，消耗了備件，而且增加了裝置維修成本。對(duì)擠壓機(jī)切刀磨損量進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的解決方案，并用于指導(dǎo)生產(chǎn)。

二、造粒過(guò)程概述

（一）工藝流程簡(jiǎn)介

粉末狀的聚丙稀和添加劑在混煉機(jī)中混合、熔融，在螺桿輸送作用下，分流進(jìn)入模板的多個(gè)通道，通過(guò)模孔以線狀進(jìn)入水下切粒室，此時(shí)熔融的聚丙稀被45到65的℃的顆粒水冷卻，并被貼合在模板上的高速旋轉(zhuǎn)切刀切成顆粒，冷卻成型后輸送至離心干燥器，脫水后的粒子進(jìn)入粒料振動(dòng)篩，對(duì)顆粒進(jìn)行篩選，分離大顆粒、正常顆粒和小顆粒料，即完成造粒的過(guò)程。

（二）切粒機(jī)的工作原理

氣相法聚丙稀采用“接觸式”切粒方式，即切刀與模板始終保持接觸，其動(dòng)力來(lái)源于液壓油系統(tǒng)，油壓作用于切刀軸上，對(duì)切刀產(chǎn)生向前的推力，切刀運(yùn)行過(guò)程中的磨損量通過(guò)液壓油壓力得到補(bǔ)償，切刀在水下切粒室內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，從模板擠出的高溫熔融聚丙烯被切成Ф3.4-5.0mm，長(zhǎng)度2.5±0.5mm的圓柱體顆粒，經(jīng)60°C顆粒水冷卻后輸送至后處理系統(tǒng)。

三、切刀的力學(xué)分析

當(dāng)切粒機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，在軸向作用力的作用下，使得切刀與模板在運(yùn)行過(guò)程中形成一組作用力和反作用力。這些作用在切刀軸上的力很多，并且很復(fù)雜，取代表性軸向力進(jìn)行分析。

①進(jìn)刀壓力，儀表顯示，可通過(guò)調(diào)整液壓油設(shè)定壓力，來(lái)直接改變刀壓;油壓過(guò)高，切刀與模板作用力偏大，切刀磨損加快;過(guò)低時(shí)切刀與模板間隙過(guò)大，造成切粒不規(guī)則。②切刀在熱水中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的前進(jìn)力;③切刀軸受溫度影響熱脹冷縮時(shí)對(duì)切刀產(chǎn)生的力;退刀壓力;熱水對(duì)切刀向后的力，摩擦產(chǎn)生的向后的作用力、樹(shù)脂擠出時(shí)向后的力。

四、影響切刀使用壽命的因素及改進(jìn)措施

（一）切粒工藝因素及改進(jìn)措施

切粒機(jī)進(jìn)刀油壓或退刀油壓波動(dòng)較大，切刀磨損會(huì)加劇。切粒機(jī)扭矩在一定程度上能實(shí)時(shí)反映切粒狀況對(duì)切刀磨損的影響。扭矩偏大時(shí)，切刀與模板接觸受力大，或者轉(zhuǎn)速較高摩擦次數(shù)增大，導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)磨損量增加。

改進(jìn)措施：開(kāi)車(chē)前將切刀及模板涂抹硅油，在開(kāi)車(chē)過(guò)程中，為避免墊刀料及開(kāi)車(chē)失敗，將進(jìn)刀油壓提到非平均值，保持切刀壓差在4bar以上，開(kāi)車(chē)正常后進(jìn)刀油壓降低0.01bar，直到壓差保持在2-3bar，此時(shí)切刀轉(zhuǎn)速設(shè)定480轉(zhuǎn)隨著刀速增加，進(jìn)到壓力增加（相當(dāng)于油壓增大），切刀摩擦次數(shù)增加，切刀磨損加快。另外，當(dāng)切刀外緣線速度超過(guò)26m/s時(shí)，轉(zhuǎn)速將直接影響扭矩，磨損加快。切刀磨損量由進(jìn)刀量衡量，當(dāng)進(jìn)刀量達(dá)到2mm時(shí)就需要更換切刀，以免進(jìn)一步加劇模板和切刀的損傷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至發(fā)生斷刀、纏刀、灌腸等事故。

較硬的物料也是影響較大因素。而切粒水溫直接影響物料硬度，較低溫度物料過(guò)硬，過(guò)硬的物料與切刀摩擦，導(dǎo)致切刀磨損、切刀鈍化;水溫過(guò)高，物料冷卻差，容易導(dǎo)致拖尾或粘連料，并且可能粘附于切刀上，造成斷刀、纏刀、灌腸等事故。模板、熔融泵及筒體溫度在一定程度上也會(huì)影響粒料冷卻硬度和熔流指數(shù)，進(jìn)而影響切刀的磨損。

（二）PP聚合因素及改進(jìn)措施

同牌號(hào)PP產(chǎn)品，熔融指數(shù)在一定區(qū)間波動(dòng)，波動(dòng)較大時(shí)將會(huì)影響切刀壽命。聚合工藝不穩(wěn)定，有如下原因，三劑配比問(wèn)題、丙烯、氫氣等純度不高等，均會(huì)導(dǎo)致粉料均勻性及穩(wěn)定性造成影響，不利于切粒。避免熔融指數(shù)偏差過(guò)大的牌號(hào)切換，減少過(guò)渡料。

（三）產(chǎn)品牌號(hào)因素及改進(jìn)措施

同牌號(hào)產(chǎn)品可通過(guò)綜合調(diào)整切粒水溫、模板溫度及筒體溫度，找到三者的最佳組合，使物料在最佳切粒硬度。對(duì)于不同的PP產(chǎn)品，熔融指數(shù)越低，物料越硬，切刀磨損越嚴(yán)重。生產(chǎn)應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)摸索機(jī)型最佳參數(shù)。

切換產(chǎn)品牌號(hào)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)渡料，隨之?dāng)D壓機(jī)整體工藝參數(shù)變化，過(guò)渡料熔融指數(shù)不穩(wěn)定，硬度也不確定，導(dǎo)致切刀受力不均，波動(dòng)頻繁，導(dǎo)致切刀磨損嚴(yán)重。切牌號(hào)時(shí)，擠壓機(jī)工藝參數(shù)應(yīng)按照“看熔融指數(shù)變化，看粒型，微調(diào)整溫度”，使物料在最合適切粒硬度，保證顆粒外形良好。

（四）其他因素及改進(jìn)措施

機(jī)械原因如刀盤(pán)平面度：平面度應(yīng)保持小于0.02mm，超過(guò)會(huì)導(dǎo)致切刀磨損不均，粒型不規(guī)整;切粒帶平面度：平面度不在3道以內(nèi)，切刀磨損不一致，粒子拖尾;切刀材質(zhì)：切刀過(guò)硬容易斷刀，模板磨損加劇，切刀過(guò)軟，切刀磨損加劇，壽命縮短;模板磨損加劇;模板垂直度：切刀接觸不均勻及不平行，易斷刀，切粒外觀質(zhì)量差，碎屑多。

由于顆粒冷卻水水循環(huán)使用，上游添加劑含弱酸，長(zhǎng)時(shí)間積累顆粒水顯酸性，顆粒水室、模板及切刀會(huì)腐蝕，縮短了切刀壽命。應(yīng)定期水質(zhì)做樣，保證PH值在8-9之間，PH小于8應(yīng)打開(kāi)脫鹽水補(bǔ)水閥，溢流置換存水，直到PH大于8。

五、預(yù)期結(jié)論或成果

擠壓造粒機(jī)切粒系統(tǒng)是核心部分，切粒的影響著擠出造粒系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過(guò)以上因素分析及改進(jìn)方案，通整擠壓機(jī)相關(guān)工藝參數(shù)、優(yōu)化操作，可以有效延長(zhǎng)切刀使用壽命，保證粒型外觀質(zhì)量，提高了擠壓機(jī)的擠壓造粒質(zhì)量，延長(zhǎng)了擠壓機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行周期。