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6.1轮胎橡胶行业硫化机疏水问题
发布时间:2016-11-10 17:02:21

一、硫化工艺

1、硫化是轮胎生产过程除检测外的最后的工序,是将成型的胎胚变成轮胎成品,对于橡胶制品,硫化是胶料在一定条件下,橡胶大分子由线型结构转变为网状结构的交联过程。通常将胎胚放在一个具有一定轮廓和带有花纹的模型内,一方面让蒸汽通过模型,一方面过热水进入水胎或胶囊内,使外胎内外同时受热硫化。硫化方法有冷硫化、室温硫化和热硫化三种。大多数橡胶制品采用热硫化。

2、目前硫化方式是根据硫化内温的介质的不同来区分,不论那种方式外温(或称热板温度、模温)都是通入一定压力的蒸汽,只是温度有高有低罢了。
热水硫化:由蒸汽将水加热并形成过热状态。
蒸汽硫化:由蒸汽形成饱和状态,即饱和蒸汽作为内温介质。通常也称高温硫化。
氮气硫化:蒸汽硫化的后期,通过氮气的保压完成硫化过程。是目前先进的硫化技术,符合环保的要求。

变温硫化:蒸汽硫化的后期,通过过热水作为内温介质保压完成硫化过程 

轮胎生产的过程中,轮胎在模型内部进行硫化时的压力和温度的变化直接影响轮胎的质量,这就要求在轮胎进行硫化时,严格按照工艺规定的温度进行控制和监控,而PLC正是当前硫化机的首选控制器。

二、硫化设备说明

热硫化的设备主要有硫化罐、平板硫化机等。

子午胎硫化采用双模定型硫化机

现代硫化机的基本要求:高质,高产,可靠长寿,高质---保证硫化质量,降低次品率;高产---在尽可能短的时间内完成硫化过程;可靠长寿---故障率低,使用寿命长,年维修用度少。 

而现行硫化机面临的问题主要有:

1、高温高湿带来的可靠性不足:1)造成控制器运行不稳定,多故障,增加次品率及维护;2)缩短了使用寿命,增加备件用度。硫化环境的高温高湿,加上腐蚀性(含硫)气体,导致一些PLC电子元器件线路腐蚀和阀门腐蚀,造成停车故障。 

2、温度控制不良:1)温度检测分辨率不够使实际温度超过或低于工艺要求造成过硫或欠硫。2)温度控制响应慢导致升温时间过长,延长了硫化时间;3)硫化机外温升温时易超调、不稳定,外温发生扰动时温度控制器调整慢、易超调。

温度、压力、时间被称为硫化的三要素, 其中尤以温度控制为关键且较复杂。衡量温控好坏主要看恒温特性和追从特性(实时性)。恒温特性:硫化过程通常要求热板和胶囊保持170℃左右的高温,误差要求在±2℃内。温度过高会“烤糊”轮胎, 温度过低则会发生欠硫。假如使用温控精度不足, 会造成实际温度超过范围而不被控制, 从而影响轮胎质量。追从特性:硫化过程需要在启动加热和发生温度偏差时能以最短时间达到170℃的恒温状态。温控性能不足会使响应变慢, 延长升温时间, 同时在温度出现扰动时不

因此,硫化机使用的蒸汽压力一般为7~8barg,对应的饱和温度为170-175℃,所以需要使用减压阀和气动控制阀。为了确保温度稳定,必须使用疏水阀及时将冷凝水排放干净。能及时调整造成轮胎质量不稳定。

三、如何保证硫化机上下模的温度一致?

从上述介绍可知,硫化机上下模(上下热板)的温差一定要低于±2,但事实上,绝大部分的橡胶厂普遍出现一个共同的问题:

1、 硫化机上下模的温度总是不一致,都存在不同程度的温差,温差大于±2℃;

2、 有时温度也升不到所需的硫化温度,这将直接导致橡胶制品的硫化质量不合格,即“欠硫”现象。

3、 能源损耗过大。

A、首先需了解硫化机的结构及蒸汽室的布局

1)平板硫化机:从模具数量上来说,又分为单模、双模、四模硫化机,每套模具分为上下模,其中以双模硫化机使用最广泛。采用热板式蒸汽室,蒸汽直接接入上下模热板内部的许多小通道进行加热。

2)立式硫化机:一般来说,上模采用蒸汽夹套加热,下模则是在热板内部的蒸汽室直接通入蒸汽进行加热。

3)对于带有胶囊定型机构的立式硫化机,则还需要抽真空,这对系统也提出了更高的要求。

4)蒸汽室布局:有些工厂上下模以并联方式设计,即单独采用进汽口;有些则上下模以串联方式设计,即采用一个进汽口,先经过上模,再经过下模;至于冷凝水,目前大部分工厂都是上下模具共用一个疏水阀来疏水(群组疏水),而且还有很多工厂是采用热动力疏水阀来疏水的。

B、 原因分析:这是因为疏水阀堵水,冷凝水排放不及时,设备内有积水,导致硫化机换热慢、升温不正常。而这里疏水阀堵水主要是由于系统内产生了“蒸汽绑”造成的。因为上下模的换热效率不可能完全相同,而且蒸汽中本身有一定的含水量,被夹带的冷凝水首先进入下模,一方面使下模的换热效率降低,一方面这些水又汽化成蒸汽,这样有可能管道内出现“一股水加一股蒸汽”的现象,不停的出现此现象,这时蒸汽就被锁闭在通往疏水阀的管路中。尽管蒸汽在设备内已开始形成冷凝水,但只有当疏水阀内的蒸汽冷却冷凝后,疏水阀才会再次打开。与设备内用于加热其他介质的蒸汽冷凝速度相比,被锁闭的蒸汽的冷凝速度要慢得多,造成设备中充满冷凝水,这些冷凝水只能等到被锁闭的蒸汽冷凝后才能排放。由于被锁闭的蒸汽占据了管路且无法通过疏水阀,设备中的冷凝水又缺乏足够的重力作用,导致冷凝水只能在设备内继续积聚,而无法通过疏水阀进行排放,这种现象称为蒸汽绑。一旦产生蒸汽绑,冷凝水无法及时排出,导致硫化机内积水,这就造成了下模的温度比上模温度低,有时温差达3℃以上,若更严重一点,可能还出现模具不热,达不到工艺要求的温度等问题。

产生“蒸汽绑”的原因有3个:疏水阀选型错误,蒸汽管线设计不合理,蒸汽中含水过多。

C、 解决办法

1) 选用能破除“蒸汽绑”的专用疏水阀,如way’s带有破除“蒸汽绑”装置的B系列自由浮球疏水阀,型号WY42FB/WY80FB/BFT45F(法兰连接),WY42SB(螺纹连接)。一旦产生蒸汽绑,破汽绑装置马上自动打开,将被锁闭蒸汽及时排除。

2) 在硫化机前端使用汽水分离器SP25,先将蒸汽的干度提高,去除蒸汽中的绝大部分水分和管线中的冷凝水,得到高品质的干饱和蒸汽。

建议上下模具单独进汽、单独疏水,不要采取“群组疏水”的方式,这会导致其中一个模具可能会积水。


附注:典型硫化机蒸汽系统图

附图1:(常见并联模具系统图,不推荐)                       附图2:(最佳并联模具系统图,推荐)


附图3:(常见串联模具系统图,不推荐)                      附图4:(最佳串联模具系统图,推荐)


四、如何保证硫化机上下模内的压力和温度准确?

      1、 蒸汽压力控制:因为饱和蒸汽的压力与温度是一一对应的,若压力不稳定,则蒸汽温度忽高忽低,无法满足硫化机加热所需的设计温度。硫化工艺的饱和蒸汽压力一般为4-8barg,硫化机模具(热板)需要加热到较高温度(140~170℃)。

解决方法:建议选用way’s先导式减压阀,型号DPR16或PR16,可确保蒸汽压力非常稳定,相应的蒸汽温度也就稳定了,也就可以保证硫化机模具的温度稳定。

2、温度和时间控制:使用气动控制阀可以实现温度和时间的过程控制,以前很多工厂都是使用手动阀门手动调节的,现在越来越多的客户会选择自动控制。建议选用way’s波纹管密封气动控制阀,型号PCV3000-B,等百分比自动调节;或选用way’s气动波纹管截止阀,型号S16FGBH-P,自动开关控制。

综上所述,通过这几个方面的改善,可以确保模具温度正常,且上下模的温差可控制在1-2℃以内。硫化质量也自然达到最佳状态。

五、对阀门的要求

硫化工序占全部蒸汽消耗量的80%,同时对硫化机的温度控制精度和压力都提出了严格规定。因此,选用一款高精度的波纹管密封气动控制阀是非常必要的,否则将导致轮胎“欠硫”的质量问题。另外此工序中,若疏水阀选配不合理或直排乏气,将造成设计蒸汽消耗量的30%被浪费,同时也无法准确掌握硫化的温度和时间,因此,选用高品质的自由浮球疏水阀将可以节约大量的蒸汽,并确保产品的品质。若减压阀不能精确稳定控制压力,将造成定型压力和作用时间与硫化机合模时间、高度配合不当,导致外胎定型质量不过关。还有模型预热也是通过减压阀调节压力来控制模型温度的,因此,必须选用一款能稳定控制压力的先导式减压阀,而且,这里截止阀也是绝对不允许泄漏的。

硫化机蒸汽阀门安装图:





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