挤压造粒机组模板切刀配合关系分析

赵国军

摘 要：对挤压造粒机组模板、切刀结构原理、故障实例等几个方面进行详细的论述。

关键词：模板;切刀;寿命;故障原因

挤压造粒机组是目前聚烯烃树脂生产重要的大型设备，是否能长周期高负荷平稳运行直接影响企业整体效益。挤压造粒机组的模板与切刀能否良好运行，直接影响机组长周期平稳运行，下面就如何延长模板和切刀使用寿命，避免模板切刀非正常磨损，结合故障案例谈谈自己的看法。

1.颗粒成型原理

高温熔融态塑料树脂被齿轮泵加压后通过模板孔，会被挤压成粉条状熔融树脂，切刀紧挨着模板表面高速切割旋转，粉条状熔融树脂则被不断切成规则的塑料颗粒。为了避免高温熔融态的塑料颗粒互相发生粘连，该切粒过程通常在水中完成，所以该类型造粒系统通常也被称指为水下造粒系统。被切成的塑料颗粒，随同颗粒冷却水被输送到下游设备，进行一系列脱水、干燥、筛分，最终成为合格产品被用来制造各种塑料制品。

2.模板结构原理

模板安装在模板座上，模板座的中心部分带有圆锥形夹套，迫使熔融树脂以管层状的流动方式均匀通过模板，模板内部设有加热通道，通常采用蒸汽或热油加热。模板座通过一个带法兰的中间接筒连接到换网器的下游侧，模板被连接在模板座的另一端，模板上有钻孔和加热通道，模板上有许多循环蒸汽的进、出喷嘴，为了有效地加热，供应到模板的蒸汽被分配到模板的每个内部加热通道。模板是不锈钢材料的，在面向切刀的表面堆焊约3mm的碳化钛层，正常每运行2年，模板表面需要研磨一次。通常可以可磨3次，寿命8年，模板喷嘴孔径3.5mm，孔数约4180个。

3.切刀工作原理

切刀通过螺栓安装在切刀盘上，切刀盘固定在可以前后移动的刀轴上，使得正常运行时切刀始终挨着模板高速旋转，从而将熔融树脂切成颗粒状。切刀本体为不锈钢材质，刀刃一般采用复合型碳化钛或者高密度陶瓷材料，刀刃寿命仅有2mm，切刀安装在刀盘上，其高低偏差在0.03mm内。切刀的使用寿命与其生产的牌号、与模板的平行度、切刀与模板的接触压力有很大关系，根据其不同的生产工况，通常其寿命在15天到6个月不等。

4.切刀与模板的配合关系

切刀进刀压力、后退压力、切刀转速等是否匹配直接影响颗粒外观，切刀与模板接触力过大，会缩短切刀和模板的寿命，从而直接影响机组长周期运行，并导致生产成本的增加;切刀与模板接触力过小会导致颗粒出现拖尾料、垫刀、退刀等恶性事故的发生，导致机组停车严重耽误正常生产。实践证明，生产不同牌号树脂，不同的负荷下，所对应的切刀进刀压力不同，必须要不断调整，才能满足正常生产要求。

4.1硬度和锋利程度

切刀硬度必须和模板硬度匹配。切刀材料过硬会导致模板被过度磨损，使用寿命缩短。切刀硬度过低又会引起切粒刀的过度磨损，使用寿命降低，并会造成产品中的不规则颗粒多、粉尘多等问题。切刀的锋利程度对颗粒的形状影响很大，切刀锋利，则颗粒的断面平滑，反之则粗糙。

4.2切刀与模板的接触力

切刀与模板的接触力是否恰当与否直接关系到产品颗粒是否合格，切刀与模板的使用寿命等问题。正常情况下切刀与模板的接触力F （ n ）主要受仪表风驱动气缸推力F1和切刀高速旋转产生的对模板的推力F2 ，一旦设定了F1 和切粒机转速n ，也就决定了切刀对模板接触压力F （ n ） 的大小， 无论切刀的磨损情况如何， 刀具一直保持对模板的这一压力。若F （ n ） 过大，将造成刀具和模板之间的异常磨损。相反， 若F （ n ） 不足，就会造成切刀靠不上去，产生片料和尾巴料，甚至缠刀停车。开车时通过不同转速下测试寻找到不同转速下的最佳接触压力，从而减少了模板与切刀的异常磨损，保证了颗粒产品粒子晶莹、饱满，无棱角和碎块。

4.3切刀与模板的垂直度

切粒机安装在可以移动的小车上，小车沿2 条平行的轨道移动。挤压机停车时，放空水室中的水后，可以打开水室，将切粒机沿着轨道后退，以便检查切刀和模板。因此在换切刀和开停挤压机过程中，要特别注意刀轴和模板的垂直度，如果垂直度不符合要求，切刀在运行过程中与模板不能均匀的接触，便会造成切刀整体异常磨损，甚至发生断刀事故。从切粒机的结构看，影响刀轴和模板垂直度的因素有： ①安装时刀刃和刀盘的平面度。②切粒机刀盘和模板的垂直度。

值得说明的是由于造粒机组停车后水室排出的水中仍有颗粒存在，以及开挤压机时要从模板向地面排料，将会导致滑轨上不可避免会有颗粒等杂物。若不及时清理，当切粒机闭合时，将会影响模板与刀轴的垂直度，最终影响切刀面与模板面的平行度。根据以上影响因素特别制定了安装时的检修标准和操作时的操作规程，即每次启动挤压机移动切粒机前，必须检查切粒机轨道，清理轨道上的所有杂物。换刀盘前也必须清理轨道，并反复调节好刀刃和刀盘的平面度，要求高度差小于0.02 mm。

5.故障案例分析

故障1 神华包头PE装置的挤压造粒机组由日本制钢所（Japan Steel Work）设计制造，挤压造粒机的型号为CIM460，整台机组的布置呈L型。机组的外形尺寸为：总长约21.5m，总宽约10m。该机的能力保证值为：最小22725Kg/h（18.18万吨/年），正常37875Kg/h（30.3万吨/年），最大41662Kg/h（33.3万吨/年）。某次停车检修后重新开车，发现所生产颗粒大小不均匀，导致产品不合格，果断停车检查，发现其中有一把切刀断裂。

事故原因分析：发生该类断刀事件，通常原因有如下几个方面：①维修工人装配切刀时候个别刀偏差较大，导致该切刀高于其余切刀，切刀运行中前进的压力将会集中在该刀上，高速旋转过程中造成该刀不堪重负而发生断裂;②刀具本身质量不合格存在隐性裂纹;③树脂中含有类似金属等个别杂物，导致该刀瞬间与硬物接触，从而发生断裂。重新更换新切刀后开车，产品回复正常，颗粒合格。

故障2 神华包头PP装置的挤压造粒机组由德国WP（Coperion）设计制造，挤压造粒机的型号为ZSK380，整台机组直线型布置。本机的能力保证值为：最小26513Kg/h（21.21万吨/年），正常37875Kg/h（30.3万吨/年），最大45450Kg/h（36.36万吨/年）。某次正常开车发现所生产颗粒偶尔拖有小尾巴，伴随着生产时间的增加，拖尾料也在不断增加，最终导致产品不合格。果断停车检查，发现模板表面腐蚀严重，有很多小凹坑。

事故原因分析：模板表面出现坑洼不平，将会导致模板孔的止口不够锋利，与切刀接触时有细小缝隙，从而导致拖尾料增加。通常模板表面出现坑洼状原因有如下几个方面：①模板长期工作在高温状态，并且与脱盐水接触，脱盐水PH值呈酸性，高温状态下导致模板抗腐蚀能力下降，最终导致模板腐蚀;②通过模板的树脂呈酸性，与高温模板接触导致发生腐蚀。③模板表面材质制作工艺存在瑕疵，存在内部应力，模板升温等过程中造成表皮脱落，形成如图所示坑洼装。重新更换新模板，开车后产品回复正常，颗粒合格。

故障3神华包头PE装置的挤压造粒机组某次停车检修后发现模板表面存在细微裂纹。

事故原因分析：发生该类模板表面產生裂纹，通常原因有如下几个方面：①模板升温速度过快导致模板表面与内部温差过大，产生内部应力导致出现裂纹;②与模板接触的脱盐水温度过低，高温的模板接触到低温的脱盐水，产生内部应力导致裂纹出现。③模板内部加热通道局部堵塞，导致内部加热不均匀导致应力增加，产生裂纹。该模板被送至专业模板维修厂家，进行换面处理后正常备用。

6.结语

挤压造粒机组是目前聚烯烃树脂生产中重要的大型设备，其中切刀和模板又属于该套机组的核心部件，该部件能否良好运行，直接影响机组长周期平稳运行，影响到企业的整体效益。只有提高维护技能，熟悉工艺流程，精心巡检，小心维护，及时总结经验，才能延长模板和切刀的使用寿命，使得设备安、稳、长、满、优运行，取得整个装置的长周期运行，才能为企业创造最大效益。

参考文献：

[1]《德国WP》.挤压造粒机组维修操作手册

[2]《日本JSW》.挤压造粒机组装配手册