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1、轮胎工业炼胶工序节能减排作者: 日期：轮胎工业炼胶工序节能减排我国是世界第一大橡胶消费国，占世界橡胶总耗胶量的20%，在 橡胶制品中，轮胎又占总耗胶量的70%。随着轮胎工业技术的不断 发展，橡胶混炼向着髙速、髙压、大容量、全自动控制的方向发展， 生产效率和混炼的质量不断提髙,生产工人的劳动强度降低，对环境 的污染也大幅减少。但轮胎工业依然是能耗大户、环境污染不容忽视， 目前国家不再审批新建轮胎企业项目，说明国家政策导向就是要严格 控制、减少髙能耗、髙污染的生产企业。加大节能减排和环境保护力 度，是国务院提出的2 0 08年工作要点，因此节能减排对轮胎工业的 技术发展具有深远的意义和影响。1、炼
2、胶工序的现状分析目前大型轮胎企业采用了先进的大型密炼机（如270、37 0密炼 机）炼胶，实现了自动称量、自动投料、采用时间-温度-能量自动控 制炼胶、自动排胶、自动出片、自动除尘返料等功能，生产效率和 混炼胶质量得到了明显提髙，工人劳动强度大幅降低,少数轮胎企业 炭黑输送采用自动气力输送，环境污染问题也得到改善，但炼胶工序 仍存在以下问题。1.1生产段数多、速度不够快、生产效率低目前大型密炼机通常采用的转速为 4060rmin-i,相比 140L密炼机的2 03 0 r min-i有了明显提髙，但仍不够快，应进一 步提髙到6080r min-1，而且应实现无极变速，这样可针对不同胶 料的硬度
3、、升温情况、对温度的敏感程度、对炭黑分散度的要求选择合适的转速。为了保证炭黑等等配合剂混炼均匀、混炼胶质量和下工序脱粒 的工艺性能，目前大型轮胎企业采用大型密炼机生产胶料时均采用多 段混炼。拓估算，目前全钢轮胎生产胶料混炼段数平均在3.23. 6 之间。由于实行多段混炼，每一段胶料到下一段使用时需要有一定的 停放时间,这样就需要大量停放胶料的场地和停放胶料的板盘。同时 胶料每增加一段混炼，就会增加失误的机会，从而增加胶料出现质量 问题的概率，存在影响胶料质量的隐患。段数增加得越多，脱粒出现质量问题的概率就越大、密炼机生 产效率低就越低、能源的消耗就越大、占用的场地就越大，劳动力成 本也越大。1
4、.2下辅机仅起到出片的作用目前大型密炼机系统所配套的下辅机，无论是单螺杆挤出机还 是双螺杆挤出机，都仅起到连续出片的作用，没有起到补充混炼、快 速降温的作用。为了保证母炼胶混炼的均匀性，要求橡胶、各种配合 剂在密炼机混炼充分才能排胶，这就必须适当处长胶料的混炼时间或 增加胶料的混炼段数，这样不能充分发挥快速密炼机的作用，影响混 炼胶生产效率。由于下辅机起不到快速降温作用，胶片降温只能靠隔离剂水池 和胶片冷却系统，对于排胶温度较髙、对温度比较敏感的胶料，胶料 在抗日战争出机内温度可能还会上升，导致挤出胶片表面不光滑、有 疙瘩、结团、产生凝胶严重时还较难出片，影响混炼胶质量、胶料物理机械性能和下道
5、工序的加工性能。1. 3 采用密炼机加硫，密炼机存在空转现象目前混炼胶生产量大的轮胎企业，都采用密炼机加硫，再配2 台开炼机（1台散热、1台出片）。由于密炼机生热速度快，故混炼时 间短（一般只有80120 s）,需在开炼机上进一步补充混炼以便让 硫磺分散更均匀，且需用制冷水冷却。对于生热快胶料如胎面胶、钢 丝胶、三角胶等，开炼机散热、出片的时间就会比密炼机混炼的时间 长，存在密炼机空转的现象，造成能源浪费。1.4即使是在全自动生产情况下混炼胶的质量也存在波动混炼工艺通常采用时间、温度、能量，单参数控制、双参数甚 至三参数控制，通过设定合适的工艺参数来稳定提髙混炼胶质量。在 全自动生产情况下，由
6、于天然橡胶批次之间门尼粘度的波动、不同批 次不同厂家的炭黑、母炼胶停放时间的长短、气温的变化、冷却水温 与流量的变化、压料装置压力的波动、每批料之间间隔的长短、投料 时起始温度的波动、辅助排料时间的长短、原材料存放条件（温度、 湿度）等因素的变化，都会影响全自动控制条件下的混炼胶质量，导 致混炼胶质量波动、合格率降低、返炼胶增加、能耗增加。1.5能耗大1台270密炼机主机功率为100 01500 Okw.h，1台3 70 密炼机主机功率为2 200kw.h，加上下辅机（400kw.h）、上辅机与胶 冷装置（约2 0 0 kw.h）,又由于生产段数多、生产效率低、质量不稳 定产生的返工较多、加硫
7、时存在密炼机空转现象等因素，能耗大成为各轮胎企业亟需解决的问题。1.6污染大虽然轮胎企业采用了较先进的自动称量、自动投料系统，炭黑 包装也由每包2 5 kg改为800 1 000kg，在一定程度上改善了环境污 染问题，但由于密炼机数量多，炭黑用量大，多数企业仍需人工解炭黑 包、倒炭黑进入储斗，炭黑装卸因密炼机密封、投料、除尘等环节所 引起的环境污染还是存在。炭黑现有包装、称量与投料系统依然存在 以下几个方面问题。1）搬运到储存仓库时对环境污染大。炭黑卸货处和仓库储存处 都是污染严重的地方，地面一层炭黑，连是一片漆黑。2）投料系统对生产车间及其周围环境污染严重。虽然目前密炼 机采用上辅机投料系统
8、，实现了机械化和自动化，与人工配料、投料 相比，大大减轻了工人的劳动强度和对环境的污染，但是由于原料要 经解包、投入储斗、按要求自动称量、放入中间料斗等过程，在这些 过程均有粉尘飞扬。3 ）混炼过程的污染。为了减少车间环境的污染，车间都安装有强 大的抽风系统，特别是炭黑，整个输送、储存、称量，直至经过34m 髙度进入密炼室，均呈松散状，自由落体，当压砣压下时,便髙髙喷起， 这时更易被抽走，或从密炼机密封不好的缝隙跑出污染环境。4）炭黑颗粒破损多，飞扬大。为了有利于炭黑在胶料中的分 散和减轻飞扬污染,炭黑生产采用湿法造料工艺，但是炭黑经储存、 搬运、称量投料等过程后，炭黑颗料受到不同程序破损，增
9、加了倒炭黑、称量炭黑、投料、混炼时的炭黑飞扬，易造成环境污染。5）对于小型轮胎企业来说，一般都是使用没有上辅机的中小密 炼机，密封与除尘效果较差,炭黑用小包装（20或25kg） 一般都采用 人工配料、人工投料、托运操作炼胶，对车间及周围环境的污染更严 重;采用开炼机炼胶,污染更加严重。炼胶产生的废气、废水也很多， 投入的处理费用大的也不少。质量波动也较大。2、炼胶工序节能减排的有关措施2. 1优化工艺，进一步提髙混炼胶合格率采用广州化工百川科技股份有限公司（以下简称化工百川）生 产的密炼机智能控制系统，可实时记录胶料混炼的瞬时功率曲线、演 播脱粒的混炼状况、密炼机其它控制参数的变化的情况，根据
10、流变学 理论赋于混炼过程功率曲线新的物理意义，可以通过分析功率曲线判 断混炼工艺是否最好。采用智能控制系统能够了实现对输出值的检测分析，自动修正混 炼过程的控制参数或设定值，以达到预定的技术要求；能够实现自我 控制和修正，具有信息反馈系统等；根据橡胶混炼流变理论，通过记 录胶料混炼过程功率曲线，就能分析胶料混炼过程的优劣。根据混炼 过程最佳粘度的理论，可以知道应如何优化胶料的混炼工艺，可预测 每批混炼胶的粘度和分散度，在达到混炼胶质量预定要求时结束混炼 排胶,并给出预测值。通过智能控制系统，可以更方便地优化混炼工 艺，进一步提髙混炼胶质量和合格率，减少不合格胶的返炼，也达到 节能的目的。采用该
11、智能控制系统后，密炼机所有控制参数都开放给工艺技 术人员，他们可以根据每种胶料不同要求、不同炭黑、油的用量来设 定不同加料时间、压料装置提起时间及胶料之间的间隔时间，不再像 传统控制系统那样以最大炭黑和油用量来设定加料、提压料装置时间 以及最难排胶的胶料来设定胶料之间的间隔时间。采用该智能控制系统后，控制手段更加多样化、胶料混炼过程 更加直观清晰、工艺的优化更加方便的和明确、控制参数更加开放， 这样可以提髙混炼胶质量，缩短胶料混炼时间，提髙生产效率，降低 能耗。实践证明，与传统控制方式相比，混炼胶合格率可以提髙5%以 上、生产效率提髙15%以上、能耗降低1 0%以上。2.2强化下辅机的补充混炼
12、、分散作用、减少混炼段数、提髙 生产效率、降低能耗通过改变传统的下辅机挤出出片方式，将下辅机改为一台能够 变速、变距的封闭式开炼机，在一定长度输送带和变速混合带共同作 用下，快速对胶料进行冷却，经一定时间操作，从而使胶料获得良好 的分散性和流动性，避免由于髙温带来热氧老化带来的物理性能下 降。该设备和工艺使胶料在密炼机中混炼时间大幅缩短成为可能，提 髙了炼胶生产能力。配备1台该设备生产能力能够提髙25%，如果 配置34台这样的设备，可一次性生产出终炼胶，减少胶料的混炼段 数，生产效率明显提髙。例如日生产25 Ot终炼胶，传统下辅机工艺 需混炼7001的胶料，约需要67台270密炼机，而使用这种
13、下辅 机工艺方式方法的一次性混炼技术只需3台270密炼机，而且能力还有剩余。由于工艺段数的降低，可以大幅减少中间段胶料贮存地方、 减少建筑面积；减少中间段胶料的搬运工作和铲车的使用；减少生产 工人人数、降低劳动强度；减少密炼机组的投入和密炼机设备的备品 备件。由于减少了密炼机组，节能效果非常显著，估算可将炼胶工序 能耗降低约40%，同时污染也会减少。统计某大型轮胎企业2008年 25月炼胶工序最终瀑炼胶的水、电消耗情况如下：胶料平均混炼段 数为3.4,每吨胶耗电443KW.H,每吨胶耗水0.821,基采用该下辅机 工艺方式方法一次性混炼技术，可将每吨胶耗电降低到2 5 0KWH 左右，每吨胶耗
14、子水降低到0.51左右。采用这种新型下辅机工艺，可以明显降低排胶温度，每段胶的排 胶温度可以降低2 01,终炼胶不需要使用再炼胶就可以直接混炼， 温度可以降低10C，混炼胶质量明显提髙；白炭黑作为绿色环保轮胎 的主要原材料，采用传统密炼机及其下辅机系统很难生产出符合质量 要求且质量稳定的混炼胶，采用这种新型下辅机工艺，可明显提髙白 炭黑胶料的混炼质量。采用这种工艺生产的胶料对胶料门尼粘度要求 不再像传统工艺那样低，可以缩短胶料在密炼机中混炼时间，而且胶 料挤出膨胀比传统工艺方法生产的胶料小、粘性好，尺寸更好，因此 可明显提髙了下工序半成品的质量，提髙了下工序的生产效率。2.3采用包装袋直接投料
15、法采用包装袋直接投料法就是使用一种新包装材料包装炭黑，这 种材料不影响胶料性能，并能溶在胶中，有一定强度，在搬运、储存过 程中中不会破损，生产时不用解包，直接的投送入密炼机即可。炭黑生产线厂用这种材料包装袋将炭黑包装为大小和质量不等的包装，多 种规格，如20、10、5、2、1、0. 5、0.2、0.1kg等等不同质量包 装，轮胎企业无需拆包即可直接投料使用。与现有上辅机炭黑称量投 料系统相比,采用该方法具有如下优点。1）无需拆包投料、称量即可进入混炼工序，减少粉尘飞扬带来 的污染，达到清洁生产的目的，预计可比现有技术有效减少环境污染 源6 0%90%。2 ）现有密炼机上辅机炭黑投料系统可全部取
16、消,简化了胶料混 炼设备，节省了设备投资以及设备运行、维护保养费用，并可降低能 耗。就单台密炼机而言，如果与带有炭黑月储罐和气力输送系统对比， 可节省投资400万500万元，如果是与只带日储斗、投料、称量 系统对比，可节省时间投资约60万元左右，维修费用大的一年可节省 时间约8万元左右。3）由于取消了炭黑投料称量系统，生产车间可减少2层楼的建筑, 可节省建设费用约100万元。4）原材料品种、规格齐全，易于在仓库存放，按配料单先取各 种规格原材料，放在生胶投料运输带上投入密炼机即可，因此缩小了 炭黑场地占用，减少污染的环节。5）保证配料重量的准确性，并且不影响混炼胶和硫化黑胶性 能，从而提髙产品质量。6）不解包倒炭黑，解决了工人以前解包、倒炭黑时易吸入炭黑对身体健康的影响，并可取消该岗位。7）适用于大小密炼机，生产量小、用量少的企业可
