树脂切粒机切刀延长使用周期研究

何澎

摘要：某石化公司低密度聚乙烯使用的挤压造粒机为LCM450H型，由KOBE公司生产，是聚乙烯行业使用的较大的挤压造粒机。该机的切粒机部分，切刀为易损部件。切刀使用程度与产品质量和生产成本有密切关系。本文重点从切刀的操作参数调整出发，避免切刀非正常磨损，介绍了切粒机切刀延长使用寿命的影响因素和方法。

关键词：聚乙烯；切粒机；切刀；

挤压造粒机是聚乙烯装置生产的重要关键设备，通过该机组对树脂进行混炼、挤压、造粒等过程将树脂粉料制成粒料，以方便运输和下游加工。挤压造粒机运行时间长短不止影响本身长周期，而且影响聚合反应的稳定性。某石化烯烃厂45万吨/年低密聚乙烯装置引进美国 Univation 公司气相流化床技术。装置使用的切粒机组为日本KOBE公司生产的LCM450H型挤压机，该机组是目前行业使用的较大挤压造粒机组，设计操作时间为8000小时/年。
   1 切粒机情况说明

低密度聚乙烯装置使用的切粒机为水下切粒机，使用热油系统为模板加热，模板表面硬化措施为碳化钛镀层，模板为加热通道类型，其他主要规格情况如下：

切刀数量：24把；
转速：100~400 rpm；
电机功率：300 kW；

模板孔数：6300个；

模板孔径：3.5mm。
2 切刀情况说明

24把切刀通过紧固螺栓固定在切刀盘面上，切刀盘安装的刀轴可以前后移动，切刀盘面通过刀轴自动风压加压系统，使刀盘面一直贴合模板。切刀与模板保持实时摩擦，为了避免模板较大磨损，切粒机切刀本体采用不锈钢材质，刀刃则采用材质较软的复合型碳化钛材料，切刀刀刃最大允许磨损量一般为2-3mm。切刀的使用寿命受到装置生产的树脂牌号、切粒机模板的平整度、切刀与模板的风压控制压力和相关操作参数给定有关系，根据不同的使用情况，切刀的使用寿命一般在6到12个月左右。
   3 影响切刀使用寿命的参数分析
   3.1进退刀风压的调整

该切粒机切刀加压系统依靠进刀风压和退刀风压共同作用，使切刀保持靠近模板状态，并处于合适压力下，从而达到贴近切粒的作用。进退刀风压的作用将会影响颗粒的形状和刀具的使用寿命[1]。所以，液压油的输入置压力需要认真给定并有效控制。一般情况下，压力过大会缩短切粒机模板和刀具的寿命。但是压力过低的情况又会造成树脂颗粒形状不合格，出现切割不够稳定，甚至造成缠刀、断刀而导致的挤压机停车。最适合的设置条件受到刀具数量、颗粒水温度、切刀转速和树脂特性影响。

研究表明，切刀与模板相互接触受力F主要考虑仪表风推动力F1和切刀旋转产生的推力F2作用，它们之间存在以下关系：

F=F1+F2

在实际运行过程中，进刀推动力F1与切刀转速存在以下调整关系，如图1：

图1 进刀推动力F1与切刀转速的关系图

3.2切刀材料影响

切刀硬度需要和模板硬度相适应，切刀材质的硬度超过模板材质，将会在贴合切割过程中造成模板损坏，而切刀作为具有使用周期可以定期更换的部件，可以在合理的范围内损耗；但是，如果切刀的硬度太小又会导致切刀磨损量提前出线而切割出不规则颗粒并产生很多树脂粉末。切刀刀刃的锋利程度对树脂颗粒的形状同样具有很大影响，切刀刀刃锋利切出的树脂颗粒形状规则，不会出现过多碎屑，反之树脂颗粒将形状不规则，并带有拖尾，出现碎屑料，严重者会缠刀、断刀造成挤压机停车。为了保证树脂产品粒子形状均匀、规则、无拖尾、碎屑，必须选择材料合适的切刀和有效的热处理工艺，一般情况下，切刀材质选用Cr12MOV号钢材，硬质合金材料及特殊合金钢。

4树脂颗粒重量计算与切刀磨损控制

在实际生产过程中，对树脂颗粒不只是外形的要求，还需要对单个颗粒的重量进行控制，过小的切割会导致碎屑增多，同时影响颗粒振动筛的下料，过大的颗粒则很难保证外形的规整性，同时容易对切刀切割产生不利影响。一般讲树脂颗粒控制在28-30mg。单个颗粒的重量受产量、切刀转速、模孔数量和切刀数量的影响。单个颗粒的计算公式如下：

W=(Q×106)/V×N×S×60

其中：W-单个粒子重量，mg；

Q-生产负荷，t；

V-切粒机转速，rpm；

N-模孔数量，个；

S-切粒机切刀数，把；

由以上公式可知，在粒子满足下游加工需求的前提下，增大单个粒子重量可以减少切刀转速，而由于切刀切粒过程是切刀刀盘面与硬度较高的模板接触，所以降低切刀转速可以减少切刀的摩擦损耗，从而对延长切刀使用寿命有利。根据生产经验又总结出不同粒子大小情况下，切刀转速与产量的关系如图2。

图2 不同粒子重量下的负荷与切刀转速关系

5操作控制对切刀寿命的影响

需要注意的是，尽管切刀盘面与模板时刻保持接触，但是过大的压力会造成切刀的磨损增大。在机组开车初期，为了避免由于金属热膨胀时间而导致的刀轴抖动，造成过大挤压或者由于贴合紧密程度不够而造成的树脂挂刀、缠刀以及更加严重的断刀问题，需要保持刀轴自由活动一段时间而适应热膨胀，一旦热膨胀完成需要及时对刀轴进行锁定，以免进刀风压大幅度推进刀轴前进，导致的切刀磨损问题。

6结论

切粒机组作为树脂挤压造粒机的重要组成部分，在操作和控制过程中都需要研究相关参数并严格控制，避免由于操作失误导致的切刀长时间磨损。在保证粒子形状和重量的情况下，可以降低切刀转速来降低磨损量。切刀由进退刀风压共同作用，应保证合理的风压控制，避免过分接触导致的磨损。对模板和切刀的材料要进行合理的选材，避免短期更换导致的停车。

参考文献：

[1]王刚，刘峰.挤压机常见切粒故障分析及处理[J].石化技术.2011(2).