王磊

【摘要】本文針對中煤陜西公司化工分公司30萬噸聚丙烯擠壓機W&P擠壓機ZSK-350在高速擋高熔融指數(shù)開車時出現(xiàn)的問題和從DCS獲得的擠壓機開車數(shù)據(jù)，分析影響擠壓機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)品牌號等，提出可行的開車方法，延長切刀的使用壽命，減少停車次數(shù)為目標，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了近60天，保證了造粒外觀質(zhì)量，降低了切刀備件費用，確保擠壓機長周期運行，大幅度提高了經(jīng)濟效益。

【關(guān)鍵詞】切刀磨損 使用壽命 開車參數(shù)

一、引言

中煤陜西公司化工分公司聚丙烯裝置采用美國Grece公司氣相流化床的unipol工藝專利生產(chǎn)技術(shù)，設(shè)計規(guī)模為30萬噸/年，即聚丙烯本色粒料37.5t/h;配套的擠壓機使用采用德國科倍隆下屬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，單線切割樹脂生成顆粒技術(shù)，設(shè)計最大負荷為49t/h，切刀數(shù)為36把。擠壓機切刀從試車開始，磨損量大，更換切刀頻繁，出現(xiàn)不合格顆粒，每次更換切刀時必須停擠壓機。不僅產(chǎn)生了廢料，消耗了備件，而且增加了裝置維修成本。對擠壓機切刀磨損量進行了分析，提出了相應(yīng)的解決方案，并用于指導(dǎo)生產(chǎn)。

二、造粒過程概述

（一）工藝流程簡介

粉末狀的聚丙稀和添加劑在混煉機中混合、熔融，在螺桿輸送作用下，分流進入模板的多個通道，通過模孔以線狀進入水下切粒室，此時熔融的聚丙稀被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，脫水后的粒子進入粒料振動篩，對顆粒進行篩選，分離大顆粒、正常顆粒和小顆粒料，即完成造粒的過程。

（二）切粒機的工作原理

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，其動力來源于液壓油系統(tǒng)，油壓作用于切刀軸上，對切刀產(chǎn)生向前的推力，切刀運行過程中的磨損量通過液壓油壓力得到補償，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

當切粒機正常運行時，在軸向作用力的作用下，使得切刀與模板在運行過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，取代表性軸向力進行分析。

①進刀壓力，儀表顯示，可通過調(diào)整液壓油設(shè)定壓力，來直接改變刀壓;油壓過高，切刀與模板作用力偏大，切刀磨損加快;過低時切刀與模板間隙過大，造成切粒不規(guī)則。②切刀在熱水中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的前進力;③切刀軸受溫度影響熱脹冷縮時對切刀產(chǎn)生的力;退刀壓力;熱水對切刀向后的力，摩擦產(chǎn)生的向后的作用力、樹脂擠出時向后的力。

四、影響切刀使用壽命的因素及改進措施

（一）切粒工藝因素及改進措施

切粒機進刀油壓或退刀油壓波動較大，切刀磨損會加劇。切粒機扭矩在一定程度上能實時反映切粒狀況對切刀磨損的影響。扭矩偏大時，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)致單位時間內(nèi)磨損量增加。

改進措施：開車前將切刀及模板涂抹硅油，在開車過程中，為避免墊刀料及開車失敗，將進刀油壓提到非平均值，保持切刀壓差在4bar以上，開車正常后進刀油壓降低0.01bar，直到壓差保持在2-3bar，此時切刀轉(zhuǎn)速設(shè)定480轉(zhuǎn)隨著刀速增加，進到壓力增加（相當于油壓增大），切刀摩擦次數(shù)增加，切刀磨損加快。另外，當切刀外緣線速度超過26m/s時，轉(zhuǎn)速將直接影響扭矩，磨損加快。切刀磨損量由進刀量衡量，當進刀量達到2mm時就需要更換切刀，以免進一步加劇模板和切刀的損傷，嚴重影響產(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，較低溫度物料過硬，過硬的物料與切刀摩擦，導(dǎo)致切刀磨損、切刀鈍化;水溫過高，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影響粒料冷卻硬度和熔流指數(shù)，進而影響切刀的磨損。

（二）PP聚合因素及改進措施

同牌號PP產(chǎn)品，熔融指數(shù)在一定區(qū)間波動，波動較大時將會影響切刀壽命。聚合工藝不穩(wěn)定，有如下原因，三劑配比問題、丙烯、氫氣等純度不高等，均會導(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)偏差過大的牌號切換，減少過渡料。

（三）產(chǎn)品牌號因素及改進措施

同牌號產(chǎn)品可通過綜合調(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，切刀磨損越嚴重。生產(chǎn)應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗摸索機型最佳參數(shù)。

切換產(chǎn)品牌號，會產(chǎn)生過渡料，隨之擠壓機整體工藝參數(shù)變化，過渡料熔融指數(shù)不穩(wěn)定，硬度也不確定，導(dǎo)致切刀受力不均，波動頻繁，導(dǎo)致切刀磨損嚴重。切牌號時，擠壓機工藝參數(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）其他因素及改進措施

機械原因如刀盤平面度：平面度應(yīng)保持小于0.02mm，超過會導(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)：切刀過硬容易斷刀，模板磨損加劇，切刀過軟，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，長時間積累顆粒水顯酸性，顆粒水室、模板及切刀會腐蝕，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)打開脫鹽水補水閥，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。通過以上因素分析及改進方案，通整擠壓機相關(guān)工藝參數(shù)、優(yōu)化操作，可以有效延長切刀使用壽命，保證粒型外觀質(zhì)量，提高了擠壓機的擠壓造粒質(zhì)量，延長了擠壓機的穩(wěn)定運行周期。