挤压造粒机出现垫刀料的原因及处理措施

方镇子

(中国石油广西石化公司，广西 钦州 535000)

挤压造粒机是聚丙烯装置的核心机组之一，作用是将聚丙烯粉末转换为成品粒料。在机组停车后重新开车时，经常出现缠刀料和垫刀料，致使机组开车困难。机组频繁启停，一方面会加速机组部件的磨损和老化，降低使用寿命，另一方面，机组在开车时会产生大量的落地料，增加了生产成本。为此，笔者针对机组开车过程中出现垫刀料的原因进行了简要分析，并提出了相应的解决措施。

1 挤压造粒机组介绍

挤压造粒机组由主电机、齿轮箱、筒体、节流阀、开车阀、熔融泵、换网器、水下切粒机、干燥器、振动筛等组成。聚丙烯粉末依靠自身重力下到挤压造粒机筒体，在双螺杆的作用下混合、挤压，变成熔融的流体，通过节流阀控制在筒体内的停留时间，再用熔融泵增压，经换网器过滤后从模板挤出，在高速旋转的切粒机和颗粒水的作用下，切成聚丙烯颗粒，经颗粒水输送到干燥、分级设备，再由空气压缩机输送到包装工段，完成包装。

2 出现垫刀料的原因

2.1 刀压的设定

水下切粒机刀轴的进刀和退刀，在液压油泵的驱动下进行。在切粒机的运转过程中，刀轴的进刀由外给的辅助液压油提供一定的压力，油压的大小，是切刀与模板能否正常贴合的重要保证。

如图1所示，当刀压设定值较低时，造粒机的刀片与模板的接触只在刀尖位置，局部与模板间存在较大的间隙。物料从模板处挤出，在冷却水的作用下迅速冷却，因存在间隙，切刀无法正常接触并切削物料，极易产生垫刀料。

图1 刀片与模板的示意图

如图2所示，当刀压设定过高时，切刀与模板面的接触只在内侧，刀尖与模板间为非正常接触，存在一定的间隙，在切削过程中产生的结果与低刀压下的切削结果相似。同时，压力设定过高，刀刃内部区域有形成裂纹和锯齿状缺口的危险，会加快切刀与模板造粒带的磨损。此外，由于切粒是在水下切粒室中进行，刀轴进刀除了受到物料挤压的反向压力外，还受到颗粒水的反压作用，两者共同影响刀压的设定。

图2 模板与压力分布的示意图

2.2 物料性能

①停车期间，由于后工段无法正常生产，反应器需要注入一定量的一氧化碳以杀死催化剂的活性，并会中断给电子体的注入。由于是短时间停车，反应器处于流化循环状态，一氧化碳的定量注入，物料在反应器里长时间的循环摩擦，以及外加给电子体的中断，可能会使物料的性质如物料的黏度、等规度等发生变化。实验表明，物料的黏度越大，造粒机刀片的刀刃必须越锋利，否则在切粒时不易成型。

②产品牌号本身的物性也是影响机组开车效果的因素之一。每种牌号的物性如熔融指数、等规度、拉伸性能等，存在一定的差异，这些差异必然引起造粒机工况的改变。比如低熔指聚合物的流动性差，开车时的负荷相对较低，可能会因其流速过低而堵塞模孔，造成模孔出料不畅，或者在模板表面形成一层薄膜，在切粒过程中产生垫刀。

2.3 模板与刀轴的垂直度偏差大

刀轴与模板的垂直度偏差大，会导致切刀与模板的接触不均匀，造成刀轴与模板偏磨。造成刀轴与模板的垂直度偏差大的原因，主要有模板与刀轴在安装时的找正偏差、模板制造偏差以及温度等。在生产过程中，长时间的偏磨使得模板表面的磨损不均，模板表面与切刀面之间各点的间隙不一致，严重影响切刀与模板的贴合度。此外，模板面的磨损，使得刀盘与模板之间形成的小腔空间变小，黏连的颗粒缠在切刀上，无法被颗粒水带走，造成缠刀。

2.4 刀轴振动产生偏移

1）严重的偏磨不仅造成模板面的磨损不均，也会造成刀轴振动；2）刀轮与刀轴配合使用的金属橡胶套筒因长时间的运行老化而产生裂痕，使得刀轮在高速旋转、颗粒水以及树脂压力的作用下，产生了偏心位移；3）刀轴组件中的轴承因长期运行而产生磨损，造成刀轴振动。刀轴振动使得切刀产生了前后位移，物料在挤出时会垫在切刀与模板之间，造成垫刀。

2.5 “三同时”的影响

理论上的“三同时”即同时进刀、同时进水、同时进料，但在实际生产过程中，受到诸多因素的影响，往往做不到理论上的“三同时”。1）物料和切刀先到达，颗粒水延后，此时会产生垫刀。物料从模板中挤出后，由于颗粒水未能及时进行冷却，高速旋转的切刀不能将熔融的物料进行切割，造成缠刀。2）水和物料同时到达，切刀延后，此时也会产生垫刀。在进刀过程中，物料挤压产生的反向压力增大，使得切刀与模板不能完全贴合，模板与切刀的匹配达不到最佳的效果，在短时间的运转过程中也会产生垫刀料。3）切刀与水同时到达，物料延后，此时会造成模板过快冷却，模孔堵塞率增加，也会影响开车效果。

2.6 其他因素

其他因素主要有模板制造材质的选择、合模时模板的洁净程度等。模板用250℃的高温热油加热后，在切粒室中经55℃左右的颗粒水冷却，温度变化较大，对模板材质的热胀冷缩性能要求很高。若热胀性能较差，易造成模板变形，影响切刀与模板的贴合。另外，在合模时，由于造粒小车完成合模锁紧需要一定的时间，而模板处有连续不断的熔融物料挤出，造成物料比水先到的情况，若颗粒水无法及时地将黏连的物料带走，则极易导致垫刀的发生。

3 解决措施

1）开车时，适当提高进刀压和切刀转速。高的进刀压能够避免刀轴在进刀时发生后退，同时高的切刀转速也较容易将黏连的物料从切刀上甩开，避免垫刀。

2）开车之前，要先对物料特性进行化验分析，同时在拉料和冲模过程中注意物料黏性的变化。物料黏性较大时，要适当降低筒体温度、出料段的温度、模头温度以及颗粒水温度。

3）开车时，要注意检查模板与刀轴的垂直度，垂直度偏差较大时要及时进行调整。同时要检查切刀和模板的磨损程度，如果磨损严重，要更换切刀和模板。

4）开车时要调整“三同时”的时间，以确保刀、水、物料同时到达。

5）针对不同的产品牌号及物性，开车前要设定合适的操作参数，包括筒体温度、出料段温度、模板温度、颗粒水温度、进刀压、刀速、开车负荷等。

6）定期对机组进行检查、评估，更换机组的易损部件，做预知性的维护和检修。

4 结论

综合以上分析，挤压造粒机在开车过程中产生垫刀料的原因，主要有刀压设定、物性变化、模板与刀轴的垂直度偏差、刀轴振动、“三同时”、模板材料等。挤压造粒机组是聚烯烃装置最关键的设备之一，为了保证装置的平稳运行，需要在工作中不断地摸索和总结，从而确保机组在最佳工作状态下运行。