氯磺化聚乙烯橡膠雙螺桿擠出機螺桿材料優(yōu)化

畢學(xué)文 魯長鎖 張欣欣

（1.中國石油吉林石化電石廠 吉林吉林 2.中國石油吉林石化丙烯晴廠 吉林吉林）

吉林石化氯磺化聚乙烯橡膠裝置采用濕法凝聚技術(shù)進行工藝生產(chǎn)，2011年進行了技術(shù)改造，使用同向雙螺桿擠出機進行產(chǎn)品生產(chǎn)。擠出機使用過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中夾帶有黑色金屬，通過檢修發(fā)現(xiàn)螺紋元件腐蝕磨損嚴(yán)重，初步分析原因為氯離子對氮化鋼材料的螺紋元件產(chǎn)生了腐蝕。為了解決腐蝕問題，采用多種材料在鹽酸溶液下浸泡試驗，試驗結(jié)果表明316L、哈氏合金耐腐蝕性較好，考慮經(jīng)濟實用性，通過重新調(diào)整螺紋元件的材料組合順序，并對調(diào)整后的材質(zhì)組合應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，新的螺桿軸使用后，產(chǎn)品質(zhì)量得到了很好的改善。

一、擠出機結(jié)構(gòu)及腐蝕磨損位置介紹

擠出機由11節(jié)筒體組成，5～11節(jié)筒體上裝有電加熱板，正常生產(chǎn)時加熱溫度控制在80～200℃，筒體和螺桿材料使用的是38CrMoALA氮化鋼，螺桿由芯軸和螺紋元件組成，螺紋元件表面經(jīng)過氮化處理，氮化層0.3 mm，硬度950～1000 HV。通過檢修對設(shè)備解體后發(fā)現(xiàn)螺桿軸在3、4節(jié)筒體處磨損嚴(yán)重，8節(jié)筒體位置螺紋元件的螺楞損壞，5～11節(jié)筒體處均有不同程度的腐蝕，1、2節(jié)筒體處螺桿軸較好。

圖1 同向雙螺桿擠出機結(jié)構(gòu)、材料分布圖

二、損壞原因分析

1.3、4節(jié)筒體磨損分析

主要是由于3、4節(jié)筒體需要將濕膠中的大部分水分排除，脫水的控制是通過調(diào)整螺桿與筒體下側(cè)的脫水擋料塊的間隙來實現(xiàn)的，間隙過大螺桿不能對膠達到有效擠壓水分脫不出來，間隙過小導(dǎo)致螺桿磨損嚴(yán)重。

2.8節(jié)筒體處位置螺紋元件的螺楞損壞分析

8節(jié)筒體位于真空排氣之前，為了達到有效的真空度，第八節(jié)筒體位置設(shè)置了一個反向螺紋元件用于增加螺桿內(nèi)膠料的密實程度，同時該處會聚集大量氣體，當(dāng)溫度過高時膠料中的酸性氣體造成該處螺桿嚴(yán)重腐蝕。

3.5～11節(jié)筒體處腐蝕原因分析

由于這7節(jié)筒體具有加熱器，氯磺化聚乙烯膠料中含有氯、硫、氯化氫、三氯甲烷和四氯化碳，這些氣體經(jīng)過加熱后會導(dǎo)致整個螺桿和筒體處于酸性環(huán)境下，而38CrMoALA氮化鋼不耐酸性腐蝕。

三、螺桿材料優(yōu)化方案

為解決螺桿的腐蝕問題，做了一組實驗。實驗材料：氮化鋼、404C、316L、哈氏合金 C-276、1%鹽酸、5%鹽酸。實驗方法：每種材料的試樣分別取兩塊，分為A、B兩組。記錄各試樣的初始尺寸后，將A組試樣同時浸泡入含有1%濃度的鹽酸溶液中，將B組試樣同時浸泡入含有5%濃度的鹽酸溶液中，實驗時間120 h。實驗溫度常溫。實驗結(jié)果見表1、表2。

表1 合金在1%鹽酸中腐蝕對比 g

表2 合金在5%鹽酸中腐蝕對比 g

實驗后試塊的照片見圖2～圖5。

通過對比重量損失及照片可以看出氮化鋼和440C在不同濃度的鹽酸下均有著較為嚴(yán)重的腐蝕，表面均失去金屬光澤并出現(xiàn)因腐蝕引起的凹凸不平，其中以440C腐蝕更為嚴(yán)重。316L在1%濃度下表現(xiàn)出良好地耐蝕性，并無明顯腐蝕痕跡，但在5%濃度下腐蝕較嚴(yán)重表面失去金屬光澤，但表面并沒有明顯因腐蝕引起的凹凸不平。哈氏合金C-276在任何濃度的鹽酸下均表現(xiàn)出良好地耐蝕性，均沒有出現(xiàn)明顯的腐蝕痕跡。

結(jié)合實驗結(jié)果從經(jīng)濟實用角度考慮，螺桿材料應(yīng)由多種材料組合而成，1、2節(jié)筒體位置材料不變?nèi)允褂玫?8CrMoALA，3～7，9～11節(jié)筒體位置螺桿材料選用316L；8節(jié)筒體位置為螺桿材料選用 NS333（牌號：中國 0Cr15Ni60Mo16W5Fe5，美國：Hastelloy C）(a/b/c/d/e，共5件）；具體螺桿材料組合詳見圖1。

圖2 氮化鋼在1%、5%鹽酸腐蝕后組織圖片

圖3 440C 在1%、5%鹽酸腐蝕后組織圖片

圖4 316L在1%、5%鹽酸腐蝕后組織圖片

圖5 哈氏合金C-276在1%、5%鹽酸腐蝕后組織圖片

四、結(jié)論

改造后的設(shè)備已平穩(wěn)運行了半年時間，預(yù)計使用壽命兩年，比原有氮化鋼材料的螺桿軸使用壽命提高了4倍。通過使用優(yōu)化材料后的螺桿軸，擠出機整體運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，產(chǎn)品中沒有出現(xiàn)夾帶黑色金屬的問題，產(chǎn)品的外觀、顏色均有明顯提高。