擠壓造粒機組模板切刀配合關系分析

趙國軍

摘?要：對擠壓造粒機組模板、切刀結構原理、故障實例等幾個方面進行詳細的論述。

關鍵詞：模板;切刀;壽命;故障原因

擠壓造粒機組是目前聚烯烴樹脂生產重要的大型設備，是否能長周期高負荷平穩(wěn)運行直接影響企業(yè)整體效益。擠壓造粒機組的模板與切刀能否良好運行，直接影響機組長周期平穩(wěn)運行，下面就如何延長模板和切刀使用壽命，避免模板切刀非正常磨損，結合故障案例談談自己的看法。

1.顆粒成型原理

高溫熔融態(tài)塑料樹脂被齒輪泵加壓后通過模板孔，會被擠壓成粉條狀熔融樹脂，切刀緊挨著模板表面高速切割旋轉，粉條狀熔融樹脂則被不斷切成規(guī)則的塑料顆粒。為了避免高溫熔融態(tài)的塑料顆?；ハ喟l(fā)生粘連，該切粒過程通常在水中完成，所以該類型造粒系統(tǒng)通常也被稱指為水下造粒系統(tǒng)。被切成的塑料顆粒，隨同顆粒冷卻水被輸送到下游設備，進行一系列脫水、干燥、篩分，最終成為合格產品被用來制造各種塑料制品。

2.模板結構原理

模板安裝在模板座上，模板座的中心部分帶有圓錐形夾套，迫使熔融樹脂以管層狀的流動方式均勻通過模板，模板內部設有加熱通道，通常采用蒸汽或熱油加熱。模板座通過一個帶法蘭的中間接筒連接到換網器的下游側，模板被連接在模板座的另一端，模板上有鉆孔和加熱通道，模板上有許多循環(huán)蒸汽的進、出噴嘴，為了有效地加熱，供應到模板的蒸汽被分配到模板的每個內部加熱通道。模板是不銹鋼材料的，在面向切刀的表面堆焊約3mm的碳化鈦層，正常每運行2年，模板表面需要研磨一次。通常可以可磨3次，壽命8年，模板噴嘴孔徑3.5mm，孔數(shù)約4180個。

3.切刀工作原理

切刀通過螺栓安裝在切刀盤上，切刀盤固定在可以前后移動的刀軸上，使得正常運行時切刀始終挨著模板高速旋轉，從而將熔融樹脂切成顆粒狀。切刀本體為不銹鋼材質，刀刃一般采用復合型碳化鈦或者高密度陶瓷材料，刀刃壽命僅有2mm，切刀安裝在刀盤上，其高低偏差在0.03mm內。切刀的使用壽命與其生產的牌號、與模板的平行度、切刀與模板的接觸壓力有很大關系，根據其不同的生產工況，通常其壽命在15天到6個月不等。

4.切刀與模板的配合關系

切刀進刀壓力、后退壓力、切刀轉速等是否匹配直接影響顆粒外觀，切刀與模板接觸力過大，會縮短切刀和模板的壽命，從而直接影響機組長周期運行，并導致生產成本的增加;切刀與模板接觸力過小會導致顆粒出現(xiàn)拖尾料、墊刀、退刀等惡性事故的發(fā)生，導致機組停車嚴重耽誤正常生產。實踐證明，生產不同牌號樹脂，不同的負荷下，所對應的切刀進刀壓力不同，必須要不斷調整，才能滿足正常生產要求。

4.1硬度和鋒利程度

切刀硬度必須和模板硬度匹配。切刀材料過硬會導致模板被過度磨損，使用壽命縮短。切刀硬度過低又會引起切粒刀的過度磨損，使用壽命降低，并會造成產品中的不規(guī)則顆粒多、粉塵多等問題。切刀的鋒利程度對顆粒的形狀影響很大，切刀鋒利，則顆粒的斷面平滑，反之則粗糙。

4.2切刀與模板的接觸力

切刀與模板的接觸力是否恰當與否直接關系到產品顆粒是否合格，切刀與模板的使用壽命等問題。正常情況下切刀與模板的接觸力F?（?n?）主要受儀表風驅動氣缸推力F1和切刀高速旋轉產生的對模板的推力F2?，一旦設定了F1?和切粒機轉速n?，也就決定了切刀對模板接觸壓力F?（?n?）?的大小，?無論切刀的磨損情況如何，?刀具一直保持對模板的這一壓力。若F?（?n?）?過大，將造成刀具和模板之間的異常磨損。相反，?若F?（?n?）?不足，就會造成切刀靠不上去，產生片料和尾巴料，甚至纏刀停車。開車時通過不同轉速下測試尋找到不同轉速下的最佳接觸壓力，從而減少了模板與切刀的異常磨損，保證了顆粒產品粒子晶瑩、飽滿，無棱角和碎塊。

4.3切刀與模板的垂直度

切粒機安裝在可以移動的小車上，小車沿2?條平行的軌道移動。擠壓機停車時，放空水室中的水后，可以打開水室，將切粒機沿著軌道后退，以便檢查切刀和模板。因此在換切刀和開停擠壓機過程中，要特別注意刀軸和模板的垂直度，如果垂直度不符合要求，切刀在運行過程中與模板不能均勻的接觸，便會造成切刀整體異常磨損，甚至發(fā)生斷刀事故。從切粒機的結構看，影響刀軸和模板垂直度的因素有：?①安裝時刀刃和刀盤的平面度。②切粒機刀盤和模板的垂直度。

值得說明的是由于造粒機組停車后水室排出的水中仍有顆粒存在，以及開擠壓機時要從模板向地面排料，將會導致滑軌上不可避免會有顆粒等雜物。若不及時清理，當切粒機閉合時，將會影響模板與刀軸的垂直度，最終影響切刀面與模板面的平行度。根據以上影響因素特別制定了安裝時的檢修標準和操作時的操作規(guī)程，即每次啟動擠壓機移動切粒機前，必須檢查切粒機軌道，清理軌道上的所有雜物。換刀盤前也必須清理軌道，并反復調節(jié)好刀刃和刀盤的平面度，要求高度差小于0.02?mm。

5.故障案例分析

故障1?神華包頭PE裝置的擠壓造粒機組由日本制鋼所（Japan?Steel?Work）設計制造，擠壓造粒機的型號為CIM460，整臺機組的布置呈L型。機組的外形尺寸為：總長約21.5m，總寬約10m。該機的能力保證值為：最小22725Kg/h（18.18萬噸/年），正常37875Kg/h（30.3萬噸/年），最大41662Kg/h（33.3萬噸/年）。某次停車檢修后重新開車，發(fā)現(xiàn)所生產顆粒大小不均勻，導致產品不合格，果斷停車檢查，發(fā)現(xiàn)其中有一把切刀斷裂。

事故原因分析：發(fā)生該類斷刀事件，通常原因有如下幾個方面：①維修工人裝配切刀時候個別刀偏差較大，導致該切刀高于其余切刀，切刀運行中前進的壓力將會集中在該刀上，高速旋轉過程中造成該刀不堪重負而發(fā)生斷裂;②刀具本身質量不合格存在隱性裂紋;③樹脂中含有類似金屬等個別雜物，導致該刀瞬間與硬物接觸，從而發(fā)生斷裂。重新更換新切刀后開車，產品回復正常，顆粒合格。

故障2?神華包頭PP裝置的擠壓造粒機組由德國WP（Coperion）設計制造，擠壓造粒機的型號為ZSK380，整臺機組直線型布置。本機的能力保證值為：最小26513Kg/h（21.21萬噸/年），正常37875Kg/h（30.3萬噸/年），最大45450Kg/h（36.36萬噸/年）。某次正常開車發(fā)現(xiàn)所生產顆粒偶爾拖有小尾巴，伴隨著生產時間的增加，拖尾料也在不斷增加，最終導致產品不合格。果斷停車檢查，發(fā)現(xiàn)模板表面腐蝕嚴重，有很多小凹坑。

事故原因分析：模板表面出現(xiàn)坑洼不平，將會導致模板孔的止口不夠鋒利，與切刀接觸時有細小縫隙，從而導致拖尾料增加。通常模板表面出現(xiàn)坑洼狀原因有如下幾個方面：①模板長期工作在高溫狀態(tài)，并且與脫鹽水接觸，脫鹽水PH值呈酸性，高溫狀態(tài)下導致模板抗腐蝕能力下降，最終導致模板腐蝕;②通過模板的樹脂呈酸性，與高溫模板接觸導致發(fā)生腐蝕。③模板表面材質制作工藝存在瑕疵，存在內部應力，模板升溫等過程中造成表皮脫落，形成如圖所示坑洼裝。重新更換新模板，開車后產品回復正常，顆粒合格。

故障3神華包頭PE裝置的擠壓造粒機組某次停車檢修后發(fā)現(xiàn)模板表面存在細微裂紋。

事故原因分析：發(fā)生該類模板表面產生裂紋，通常原因有如下幾個方面：①模板升溫速度過快導致模板表面與內部溫差過大，產生內部應力導致出現(xiàn)裂紋;②與模板接觸的脫鹽水溫度過低，高溫的模板接觸到低溫的脫鹽水，產生內部應力導致裂紋出現(xiàn)。③模板內部加熱通道局部堵塞，導致內部加熱不均勻導致應力增加，產生裂紋。該模板被送至專業(yè)模板維修廠家，進行換面處理后正常備用。

6.結語

擠壓造粒機組是目前聚烯烴樹脂生產中重要的大型設備，其中切刀和模板又屬于該套機組的核心部件，該部件能否良好運行，直接影響機組長周期平穩(wěn)運行，影響到企業(yè)的整體效益。只有提高維護技能，熟悉工藝流程，精心巡檢，小心維護，及時總結經驗，才能延長模板和切刀的使用壽命，使得設備安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運行，取得整個裝置的長周期運行，才能為企業(yè)創(chuàng)造最大效益。

參考文獻：

[1]《德國WP》.擠壓造粒機組維修操作手冊

[2]《日本JSW》.擠壓造粒機組裝配手冊