聚丙烯挤压造粒机切刀磨损严重原因及改进措施

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　　【摘要】本文针对中煤陕西公司化工分公司30万吨聚丙烯挤压机W&P挤压机ZSK-350在高速挡高熔融指数开车时出现的问题和从DCS获得的挤压机开车数据，分析影响挤压机切刀磨损的主要因素，包括挤压造粒系统工艺、聚合工艺模式及产品牌号等，提出可行的开车方法，延长切刀的使用寿命，减少停车次数为目标，探讨了影响切刀使用寿命的因素，提出了相应的解决方案，并用于指导生产，有效将切刀使用寿命延长了近60天，保证了造粒外观质量，降低了切刀备件费用，确保挤压机长周期运行，大幅度提高了经济效益。
　　【关键词】切刀磨损 使用寿命 开车参数
　　一、引言
　　中煤陕西公司化工分公司聚丙烯装置采用美国Grece公司气相流化床的unipol工艺专利生产技术，设计规模为30万吨/年，即聚丙烯本色粒料37.5t/h;配套的挤压机使用采用德国科倍隆下属W&P公司生产的ZSK350型双螺杆啮齿型、同向旋转式挤压造粒机，单线切割树脂生成颗粒技术，设计最大负荷为49t/h，切刀数为36把。挤压机切刀从试车开始，磨损量大，更换切刀频繁，出现不合格颗粒，每次更换切刀时必须停挤压机。不仅产生了废料，消耗了备件，而且增加了装置维修成本。对挤压机切刀磨损量进行了分析，提出了相应的解决方案，并用于指导生产。
　　二、造粒过程概述
　　（一）工艺流程简介
　　粉末状的聚丙稀和添加剂在混炼机中混合、熔融，在螺杆输送作用下，分流进入模板的多个通道，通过模孔以线状进入水下切粒室，此时熔融的聚丙稀被45到65的℃的颗粒水冷却，并被贴合在模板上的高速旋转切刀切成颗粒，冷却成型后输送至离心干燥器，脱水后的粒子进入粒料振动筛，对颗粒进行筛选，分离大颗粒、正常颗粒和小颗粒料，即完成造粒的过程。
　　（二）切粒机的工作原理
　　气相法聚丙稀采用“接触式”切粒方式，即切刀与模板始终保持接触，其动力来源于液压油系统，油压作用于切刀轴上，对切刀产生向前的推力，切刀运行过程中的磨损量通过液压油压力得到补偿，切刀在水下切粒室内高速旋转，从模板挤出的高温熔融聚丙烯被切成Ф3.4-5.0mm，长度2.5±0.5mm的圆柱体颗粒，经60°C颗粒水冷却后输送至后处理系统。
　　三、切刀的力学分析
　　当切粒机正常运行时，在轴向作用力的作用下，使得切刀与模板在运行过程中形成一组作用力和反作用力。这些作用在切刀轴上的力很多，并且很复杂，取代表性轴向力进行分析。
　　①进刀压力，仪表显示，可通过调整液压油设定压力，来直接改变刀压;油压过高，切刀与模板作用力偏大，切刀磨损加快;过低时切刀与模板间隙过大，造成切粒不规则。②切刀在热水中旋转产生的前进力;③切刀轴受温度影响热胀冷缩时对切刀产生的力;退刀压力;热水对切刀向后的力，摩擦产生的向后的作用力、树脂挤出时向后的力。
　　四、影响切刀使用寿命的因素及改进措施
　　（一）切粒工艺因素及改进措施
　　切粒机进刀油压或退刀油压波动较大，切刀磨损会加劇。切粒机扭矩在一定程度上能实时反映切粒状况对切刀磨损的影响。扭矩偏大时，切刀与模板接触受力大，或者转速较高摩擦次数增大，导致单位时间内磨损量增加。
　　改进措施：开车前将切刀及模板涂抹硅油，在开车过程中，为避免垫刀料及开车失败，将进刀油压提到非平均值，保持切刀压差在4bar以上，开车正常后进刀油压降低0.01bar，直到压差保持在2-3bar，此时切刀转速设定480转随着刀速增加，进到压力增加（相当于油压增大），切刀摩擦次数增加，切刀磨损加快。另外，当切刀外缘线速度超过26m/s时，转速将直接影响扭矩，磨损加快。切刀磨损量由进刀量衡量，当进刀量达到2mm时就需要更换切刀，以免进一步加剧模板和切刀的损伤，严重影响产品质量，甚至发生断刀、缠刀、灌肠等事故。
　　较硬的物料也是影响较大因素。而切粒水温直接影响物料硬度，较低温度物料过硬，过硬的物料与切刀摩擦，导致切刀磨损、切刀钝化;水温过高，物料冷却差，容易导致拖尾或粘连料，并且可能粘附于切刀上，造成断刀、缠刀、灌肠等事故。模板、熔融泵及筒体温度在一定程度上也会影响粒料冷却硬度和熔流指数，进而影响切刀的磨损。
　　（二）PP聚合因素及改进措施
　　同牌号PP产品，熔融指数在一定区间波动，波动较大时将会影响切刀寿命。聚合工艺不稳定，有如下原因，三剂配比问题、丙烯、氢气等纯度不高等，均会导致粉料均匀性及稳定性造成影响，不利于切粒。避免熔融指数偏差过大的牌号切换，减少过渡料。
　　（三）产品牌号因素及改进措施
　　同牌号产品可通过综合调整切粒水温、模板温度及筒体温度，找到三者的最佳组合，使物料在最佳切粒硬度。对于不同的PP产品，熔融指数越低，物料越硬，切刀磨损越严重。生产应根据经验摸索机型最佳参数。
　　切换产品牌号，会产生过渡料，随之挤压机整体工艺参数变化，过渡料熔融指数不稳定，硬度也不确定，导致切刀受力不均，波动频繁，导致切刀磨损严重。切牌号时，挤压机工艺参数应按照“看熔融指数变化，看粒型，微调整温度”，使物料在最合适切粒硬度，保证颗粒外形良好。
　　（四）其他因素及改进措施
　　机械原因如刀盘平面度：平面度应保持小于0.02mm，超过会导致切刀磨损不均，粒型不规整;切粒带平面度：平面度不在3道以内，切刀磨损不一致，粒子拖尾;切刀材质：切刀过硬容易断刀，模板磨损加剧，切刀过软，切刀磨损加剧，寿命缩短;模板磨损加剧;模板垂直度：切刀接触不均匀及不平行，易断刀，切粒外观质量差，碎屑多。
　　由于颗粒冷却水水循环使用，上游添加剂含弱酸，长时间积累颗粒水显酸性，颗粒水室、模板及切刀会腐蚀，缩短了切刀寿命。应定期水质做样，保证PH值在8-9之间，PH小于8应打开脱盐水补水阀，溢流置换存水，直到PH大于8。
　　五、预期结论或成果
　　挤压造粒机切粒系统是核心部分，切粒的影响着挤出造粒系统的稳定性。通过以上因素分析及改进方案，通整挤压机相关工艺参数、优化操作，可以有效延长切刀使用寿命，保证粒型外观质量，提高了挤压机的挤压造粒质量，延长了挤压机的稳定运行周期。
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