全鋼胎面生產線加裝冷卻線小循環（加酸）對胎面基部膠黏性的影響

舒航剛，顧建，趙曉光

(杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州 310018)

我公司是一家專門生產全鋼子午線輪胎工廠，目前年產530萬套全鋼子午線輪胎。生產工序包含煉膠、擠出、壓延、成型、硫化、成品檢驗等。擠出工序主要有二復合胎面生產線、三復合胎側生產線以及單輥筒墊膠生產線等生產設備。其中全鋼二復合胎面生產線以200/250擠出機為主，該生產線平均班產2 000條胎面（8 h），生產線主要由250塑化機、開煉機、250上輔機、200下輔機、聯動線、冷卻線、裁刀部位和自動拾取組成。其中生產線的冷卻線長度約150 m，冷卻水為動力管道的常溫冷卻水，夏季水溫在38 ℃左右，溫度偏高，冷卻效果差，且PH呈弱堿性（7.5~8），覆皮黏性相對較差。為解決此工藝問題，決定在全鋼胎面生產線的冷卻線上進行小循環（加酸）改造，改造現場圖見圖1。

圖1 全鋼胎面生產線的冷卻線進行小循環（加酸）改造現場安裝圖

1 改進前狀況

1.1 冷卻水效果

冷卻段全長150 m，使用水冷，主要靠噴淋冷卻，深水槽中水循環使用，回流至大水槽中，與其他生產線共用，再回流至冷卻線深水槽，夏季水溫高達38℃以上，冷卻效果較差，胎面在噴淋過程中不能充分冷卻，收縮大，尺寸穩定性差，拾取溫度最高達到48℃，定長后長短不一現象明顯，且定長后存放4 h尺寸收縮嚴重，胎面返回膠料較多，使得胎面膠料的工藝性能和使用性能下降，影響輪胎的磨耗、外觀質量以及使用壽命。

1.2 水質酸堿性

大循環水的PH為中性，PH值為7，在對膠料冷卻的過程中，由于膠料中的不飽和鍵或填充料對氫離子的吸收，使得冷卻循環水呈弱堿性，PH值在7.5~8，且堿性會緩慢增強。循環水在一直重復利用的過程渾濁度提高，且膠料中會有微量固體微小顆粒析出，導致胎面在冷卻風干后表面會形成一層灰色水膜，影響胎面外觀質量及工藝性能。

1.3 換水過程

由于水質在使用過程變差，在水槽壁上回形成水垢，需要經常清理，清理后水的渾濁度變高，噴淋頭會經常堵塞，且處理噴淋頭堵塞過程復雜，比較悶熱，存在安全隱患。每次凈水換水的水量較大，需要停機時間長，造成產能上的浪費，費時費力。

2 小循環（加酸）工藝改造

小循環（加酸）工藝改造流程，如圖2所示。

圖2 小循環工藝改造流程圖

2.1 增加多介質過濾器

多介質過濾器是反滲透系統的重要預處理裝置，它可以過濾掉原水中的微小顆粒、懸浮物、少量膠體、少量有機物等雜質，從而保證預處理出水污染指數≤4，濁度≤2。在緩沖水箱出口增加一個多介質過濾器，其特點是能夠非常有效的去除原水中的微量顆粒雜質和懸浮物。且具有獨特的均勻布水方式和時間控制反洗周期，使過濾效果能夠達到最佳，過濾器底部布水裝置采用弓形板，內裝填料為精選石英砂和卵石墊層，卵石墊層高度為200 mm，石英砂濾層高度300 mm，以保證良好的過濾效果，慮出雜物，凈水、污水分口排出，凈水處理濁度降低，減少噴淋頭堵塞現象，同時也提升胎面的外觀質量。

2.2 增加板式換熱器

由于冷卻水溫偏高，導致胎面的拾取溫度居高不下，為滿足工藝需求，在經過過濾器的循環水的出口處安裝一個板式換熱器，板式換熱器具有傳熱系數高、結構緊湊、占地面積小、操作靈活等特點。換熱器主要由傳熱板片進行熱交換，傳熱板四角開有角孔，各個角孔鑲貼密封墊片，設備閉合時密封墊片將多個傳熱板組合成迷宮式介質通道，角孔之間密切相連，循環水在相鄰迷宮式介質同道中逆向流動，形成小流量的湍流。由于傳熱片特殊的結構，裝配后在較低的流速下（Re=200）就能激起強烈的湍流，因而擴大了流體邊界層的破壞程度，強化了傳熱過程。板式換熱器工作壓力一般為1.0~1.6 MPa，工作溫度一般低于160 ℃。用于水蒸汽加熱或冷凝時，一般在板式換熱器上附加減溫管式換熱器，來降溫保護板式換熱器的墊片，并增加蒸汽處理量。經過熱對流、傳導進行充分的熱交換。使得冷卻水溫下降到30 ℃以下，提高冷卻效果，使胎面拾取溫度降低。換熱器進出水的管道上設有壓力表用來監控換熱器的工作狀態，確定清洗時間。

2.3 增加PH調節裝置

胎面基部膠黏合料在堿性環境中黏性減弱，12R 22.5規格中基部膠膠片的平均黏性在17左右，成型貼合時黏合不牢，輔鼓旋轉的時候容易將胎面甩出，存在安全隱患。成型貼合不密實容易造成內部窩氣，硫化后空氣未能排出，形成冠泡，影響輪胎使用性能，輪胎在使用過程中會出現脫層現象，甚至有炸胎的可能。在緩沖水箱中增加一個PH調節裝置，使得循環水的PH值在6左右。其工作原理為往循環水中加入CO2氣體，在水中形成碳酸（H2CO3），碳酸能電離出大量H+，從而使得水中H+的濃度遠大于HO-，循環水的PH值下降。化學原理如下：

2.4 自動反沖洗功能

大循環換水清洗步驟麻煩，換水清洗一次需要停機至少2 h以上，浪費較多的產能。在緩沖水箱和多介質過濾器間增加一個反洗水泵，通過反洗水泵對多介質過濾器進行反沖洗。當運行中的過濾器進出口壓差達到一定值時，則提示人工退出運行進行反沖洗。反洗膨脹高度：300 mm；水反洗強度： 12 L/m2.s，氣洗壓力： 0.3 MPa；氣洗強度 ：12 L/m2.s。可以減少換水清洗的時間，提高產能。

2.5 操作方法說明

觸摸屏可顯示所示設備的工作狀態，緩沖水箱進水口為用電磁閥控制，屏顯參數設置中可以選擇水箱液位，液位點高時停止進水，液位點低開啟進水，生產線循環泵設有兩臺循環水泵，為1#和2#循環水泵。1#和2#循環水泵獨立運行，運行方式為一用一備，故障時減少損失，同時在換水清洗時減少停機時間。在觸摸屏上有冷卻線循環反沖洗壓力差值設定，壓力差值有壓力表顯示，在達到壓力差值時自動反沖洗。緩沖水箱外側安裝有PH顯示界面，PH上限設置，通過增減CO2的流量調節PH，同時有槽罐CO2量的顯示，提示槽罐更換。

3 水溫下降及黏性測試對比

冷卻線大循環水改為小循環水通過60 m2的熱交換器與冷凍水進行熱交換后，水溫下降明顯：反沖洗間隔時間設定：12 h；反沖洗運行時間設定：3 min；PH值上限值：6.70；PH值下限值：6.50；液位上限值：1.00 m；液位下限值：0.80 m。

冷卻水溫對比如表1所示。

表1 冷卻水溫度對比表

改造前平均水溫38.4 ℃，改造后水溫下降到28.6℃，明顯降低了噴淋水溫，增加了熱交換效果。對胎面的冷卻更加充分。使得12R22.5規格胎面拾取溫度明顯下降，如表2所示。

表2 12R22.5規格拾取溫度對比表

改造前就12R22.5規格胎面的平均拾取溫度為42.7 ℃，噴淋水溫下降10 ℃左右的前提下，下降至35.8 ℃。大大提高了胎面在冷卻線上的收縮，定長后胎面的尺寸穩定性明顯提升。

PH調節裝置改造使得冷卻線水槽中水的PH值由原來的7.5~8變為6.5左右。基部膠黏性有較大提升，詳細數據如表3所示。

表3 胎面基部膠黏性測試記錄表

增加PH調節裝置，通過CO2氣體對循環水PH值調節后，胎面基部膠黏性值由16.54提高至28.15，基部膠黏性提升35%，提升幅度大。

4 改造及運行費用及隱性好處

（1）設備改造費用42萬元。

（2）二氧化碳年使用費用：0.7萬元/月×12月=8.4萬元，電能耗：15 kW/h×22 h×0.56元/度×360天=6.6萬元，冷凍水費用：因冷卻水來自大循環，費用無法估算，年費用約15萬元。

（3）胎面拾取溫度下降7 ℃，胎面在冷卻線上得到充分冷卻，提高胎面的均一性，定長后收縮變小，使得輪胎的動不平衡因素降低，提高輪胎的均動性能。成型在輥壓時胎面溫度下降，輥壓時膠料的形變量減少，輪胎斷面的溝底膠得到保障，提高輪胎的使用性能和安全系數。

5 結語

使用小循環噴淋水溫下降6 ℃左右，胎面的合格率增加，輪胎的性能得到提升。胎面基部膠在弱酸性條件下黏合力大大提高。從生產角度看生產線停機時間減少，也提高了產能。公司將對壓出線進行統一改造實現全小循環冷卻，控制PH值，保障壓出制品的質量和產能，從而提升生產效率，提高輪胎的綜合性能。