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(上)橡胶行业节能技术和设备介绍 来源:中国化工信息网 2007年8月3日
0 前言
橡胶行业是国民经济中消耗能源较大的行业之一，一个年产100万套轮胎的传统轮胎企业每小时消耗蒸汽约40 t，消耗电量约7000 kW·h。目前轮胎企业用机械式轮胎硫化机硫化1100R20子午胎时，根据轮胎硫化机采取节能措施情况，每硫化一条轮胎可消耗蒸汽约110-180 kg。因此，减少能耗，节约能源，降低生产成本，一直是橡胶企业所关心的问题。研究开发节能型橡胶加工设备及利用节能技术改造设备，提高设备使用性能，是目前降低橡胶行业能耗的主要措施之一。
由于我国国民经济整体生产水平比较落后，属国际上能源消耗大国，也是能源浪费大国。为此中央提出在“十一五”期间降低能耗20%。橡胶行业响应中央号召，为实现中央降耗目标而努力，多年来开发了不少行之有效的降耗节能设备和节能新措施，为橡胶行业的节能降耗工作作出了贡献。
为便于了解行业节能技术情况，根据个人水平将有关资料收集汇总如下，供同行参考。
1 炼胶设备节能措施
炼胶是橡胶加工中消耗电能最多的一道工序，一台F270密炼机的装机功率达1000-1500 kW，因此做好炼胶设备的节能工作极为重要，在设计新机型和提高使用效率方面，出现了许多好经验。 1.1 提高密炼机转子转速和压砣压力
提高密炼机转子转速和压砣压力可以提高生产效率，节约电能。当采用过去压砣对物料压力≤0.2 MPa，转子转速20 r/min的250 L低压低速密炼机炼胶时，每千克混炼胶能耗高达0.25-0.35 kW·h；而当采用压砣对物料压力≥0.45 MPa，转子转速40r/min的270L高压快速密炼机炼胶时，每千克混炼胶耗能0.1173 kW·h。因此，每加工1000 kg混炼胶，至少比老式密炼机要少消耗100 kW·h电能。国内过去大量生产的低压低速密炼机如果不进行改造，就应该淘汰，推广采用高效节能密炼机，以减少电能消耗。 1.2 利用智能密炼机控制系统节能
青岛高校软控和浙江大学共同开发的两栖智能密炼机上辅机系列利用统计学理论、人工智能和专家系统，解决混炼质量的波动。智能密炼软体由混炼生产过程延模、门尼预报与排胶控制、炼胶工艺优化和混炼专家系统组成。密炼机安装使用该系统后，在正常工作和混炼规程不变，原材料质量稳定条件下，同种胶料门尼值波动±2(M100H4)实现的概率在95%以上，±3(M100H4)实现的概率在97%以上，±5(M100H4)实现的概率在99%以上，炭黑分散度提高1个等级以上，混炼时间和能耗分别减少约7%和11%左右。
华南理工大学MLJ-300型密炼机微机智能控制系统用于F270密炼机时，可提高炼胶效率20%，并提高胶料合格率。
1.3 变速混炼工艺节能
将密炼机混炼工艺调整到最佳点，充分利用输入的能量同样可以节能。山东威海三角轮胎公司有3台GK400、5台GK255密炼机，其中4台为串轴式ZZ2转子直流无级调速密炼机，在智能控制仪自动控制下进行变速混炼，在排胶温度、门尼黏度相当的情况下，可以提高综合效率22%左右，节能8%。变速混炼对硫化胶的物理机械性能和硫化性能基本没有影响。因此，采用直流电机变速混炼工艺混炼胶料时，胶料质量稳定，效率高，节能。
1.4 采用新型转子提高混炼效率
不同结构的转子对混炼效率、混炼质量具有重要影响。目前有一种以分布混炼功能为主设计的凸棱功能型NST转子，可使胶料在混炼室内快速轴向变换，增强混炼功能。F270密炼机使用NST转子后，可以提高混炼均匀性，如以合成胶为主及以天然胶为主的胎面混炼胶的ODR值标准偏差分别降低28%和69%左右，生产能力分别提高14%和10%左右。
另一种新结构6WI型转子具有6条凸棱、3条长棱、3条短棱，在3条长棱的前、中、后部位交替开有缺口，使胶料流动复杂化，可减少炼焦时间12%，增加填充量1.2%，提高生产效率13%。 2 高效节能新设备
2.1 销钉机筒冷喂料挤出机作热炼供胶
橡胶挤出机从普通热喂料挤出机和冷喂料挤出机发展到销钉机筒冷喂料挤出机是橡胶挤出机发展史上的一项重大成就。由于销钉机筒冷喂料挤出机具有节能、产量高、胶温低、总体投资省等诸多优点，目前已在许多挤出生产工艺中取代了热喂料挤出机和一般冷喂料挤出机，并取代开炼机热炼焦料用作压延机供
胶方向推广应用。
根据山东泰山轮胎公司改造Φ610×1730压延机供胶系统的经验，当用2台Φ150×12D销钉机筒冷喂料挤出机加一台Φ560开炼机取代5台Φ560开炼机时，每班可减少5名操作人员，每班可节电800 kW·h，年可节约人工费和电费40余万元。
传统的钢丝帘布压延机供胶系统用4台Φ660×2130开炼机供胶。2003年青岛黄海橡胶集团和安徽合肥佳通公司采用内蒙古富特橡塑机械公司的销钉冷喂料挤出机取代开炼机作为钢丝压延机的供胶系统。该系统由混炼胶片供料系统和2台Φ200销钉冷喂料挤出机等组成，必要时可另加1台Φ660×2130开炼机出片供胶。2种不同供料方式的对比数据如表1所示。
表1 用销钉冷喂料挤出机和开炼机向钢丝压延机供胶时的比较
项目 台数 合计总功率/kW Φ200销钉冷喂料挤出机 Φ660×2130开炼机 2 4 280 1120 7240×3400×2160 560 单台设备功率/kW 280 单机外形尺寸/mm 5800×1600×1820 2台销钉冷喂料挤出机可由1人操作，而4台开炼机则要6-8人操作，占地面积大，投资费用高出
30%-40%。二者相比，采用销钉冷喂料挤出机可减少装机功率560 kW，若添加1台开炼机，仍可减少装机功率280 kW。
根据德国Berstorfs公司资料，用2台Φ200销钉冷喂料挤出机取代4台Φ660×2130开炼机向Φ700×1800S型四辊纤维帘布压延机供胶时，得出了可节能40%和减少占地面积75%的结论。
由此可以看出，用销钉冷喂料挤出机取代开炼机向压延机供胶具有明显节能的优点，但目前国内由于存在工艺方面的分歧，推广使用有限，应予研究解决。
2.2 高效工程胎胎面挤出缠绕成型机
在成型工程轮胎时采用传统方式贴合胎面时是一项繁重而复杂的操作，不但劳动强度大，效率低，且贴合质量差。采用工程胎胎面计算机仿型挤出缠绕生产线挤出缠贴胎面节能高效。以山东泰山轮胎公司为例，在成型23.5-25工程胎时，若用整条胎面贴合成型，每班4人成型7-8条胎，而用仿型挤出缠绕成型胎面时，每班3人成型，12-14条胎，劳动效率提高1倍以上，能耗少，人员少，产品合格率提高2.5%，降低了产品生产成本。
2.3 高效六角形钢丝挤出缠绕生产线
传统的子午胎六角形钢丝圈挤出缠绕生产线一次只能缠卷成型1个六角形钢丝圈，效率较低。天津赛象和上海康旭公司在吸取引进技术的基础上生产了可同时缠卷成型2个六角形钢丝圈的双工位六角形钢丝圈挤出缠卷生产线，生产效率提高了70%。2006年年初，无锡第一橡塑有限公司与普利司通合作，生产了可以同时成型6个钢丝圈的6工位六角形钢丝圈挤出缠卷生产线，其生产效率至少是单工位的4倍。轮胎企业在达到相同产量条件下，高效生产线可节约设备投资，减少占地面积，节能。6工位生产线目前仅用于普利司通惠州工厂。
2.4 子午胎高效多鼓成型机
为提高子午胎成型效率，子午胎一次法成型机从两鼓机发展到三鼓机和四鼓机。天津赛象、桂林橡机、北京航空制造工程所、青岛高校软控和沈阳蓝英等企业的三鼓成型机的台班产量可从两鼓机的50-60条胎提高到120条胎，但价格是两鼓机的1.7-2倍。四鼓机的成形效率为130条胎左右。国产全钢载重子午胎四鼓成型机由于观点和技术等原因，发展迟缓，目前国内轮胎企业使用的主要从VMI公司进口的四鼓机。 VMI公司的轿车子午胎四鼓成型机35 s即可成型1条单层帘布、冠包侧结构的轿车胎，台班产量可达到700多条胎。
2.5 新型高效内胎接头机
绍兴精诚橡塑机械公司在生产传统内胎接头机的基础上开发了新型LNJ-D320内胎接头机，改进了切割方式和模口结构。机器切刀从前向后呈水平切割，切割后切刀下降，内胎胎体进行对接，在对接过程中切刀复位，节省了切割和接头的时间，保证切割面新鲜，提高接头强度。经过改进的模口使内胎胎坯在模口内有一定的舒展空间，保证足够的接头压力。新型接头机可使产品合格率达到99.2%以上，班产量从普通接头机的400条左右提高到6-00条，生产效率提高了50%。
2.6 纸塑再生利用平板机
由于纸塑包装材料的大量应用，给环保工作提出了如何再生利用废纸塑材料的问题。上海迪胜橡塑机
械有限公司研究成功了可将废纸塑生产成取代木材的包装、家具及装潢用材料的成套生产设备，其中10-15层、800-1600t的油压热平板机和冷压机是关键设备。该设备的研发成功，可推进废纸塑包装材料的回收利用，有利于环保和节能。 (下)橡胶行业节能技术和设备介绍 来源:中国化工信息网 2007年8月3日
3 轮胎硫化系统的节能
硫化轮胎是轮胎生产过程中消耗蒸汽能源的主要工序。轮胎硫化机蒸汽能源的消耗受硫化机结构及硫化工艺的制约，且轮胎硫化机是定型产品，因此硫化机本身的节能潜力有限，但硫化机在轮胎企业的使用中，通过不断摸索，积累了不少节能经验。 3.1 新硫化工艺
3.1.1 氮气硫化
所谓氮气硫化是蒸汽加氮气硫化，蒸汽加热提供热能，氮气保压节能。因此，氮气硫化高效节能，降低生产成本，提高胶囊使用寿命，减少设备维护修理费用。
采用氮气硫化轿车子午胎时，先用0.13-0.3 MPa蒸汽定型，而后充入1.4-1.8 MPa高压蒸汽提供热量进行硫化，数分钟后充入2-2.5 MPa高压氮气，在正硫化期间保持压力至硫化结束。北京首创轮胎公司20台硫化机采用氮气硫化1年以来，多产轮胎16万条，新增产值3400万元。
四川川橡公司在子午胎充氮硫化的基础上，在轻载斜交胎的硫化中也使用了氮气硫化，但根据子午胎与斜交胎胎圈宽度和冠厚的差异，需调整硫化工艺参数。采用该工艺硫化7.50-1616PR轻载斜交胎时，在不回收氮气的情况下，硫化每条胎至少可以节约1.79元。
氮气硫化技术日趋成熟，桂林橡机厂和北京合众创业技术公司等可提供适用氮气硫化的轮胎硫化机和供氮系统，并可提供老机改造服务。目前，氮气硫化虽具有节能等诸多优点，但主要用于胎体较薄的轿车子午胎的硫化。在载重子午胎硫化中如何推广使用尚需继续摸索和研究。 3.1.2 等压变温硫化工艺
由桂林橡机厂提出的等压变温硫化工艺与上述氮气硫化具有异曲同工之处，其工艺是在轮胎用定型蒸汽定型后，在1min内缓慢充入1.4-1.6 MPa高压蒸汽，保持若干分钟后充入一次过热水，将热水与高温蒸汽混合，热水循环若干分钟，内温和内压达到过热水的温度和压力，开始硫化。此时关闭热水回水阀，热水停止循环，轮胎逐渐达到正硫化，保压至硫化结束。关闭热水循环后，内温渐降。由于在轮胎硫化过程中大量减少过热水循环运用时间，通过节约热水而节约热能和电能，降低生产成本。用该工艺硫化10.00R20轮胎时，消耗过热水由原来5.25 m/锅降为2.5m/锅，电能消耗仅为原来的30%。此外，由于调整了硫化工艺，从而可提高产品硫化质量。据统计，行驶里程可提高5%-10%，生产能力提高10%-15%。该工艺在上海载重轮胎厂等单位推广使用。 3.2 B型轮胎硫化机改用真空泵抽真空
通常B型轮胎硫化机的胶囊用0.8-0.9 MPa、200℃过热蒸汽通过喷射器抽真空，根据河南风神轮胎公司对Φ1613(63.5″)硫化机的测定，每台硫化机用于抽真空的蒸汽消耗量约为0.03 t/h，36台硫化机共消耗1.08 t/h，年抽真空耗汽量达9000多吨。每吨蒸汽按55元计算，年耗蒸汽费用50多万元。为节约蒸汽，公司对该车间硫化机胶囊蒸汽抽真空系统进行了改造，在热水除氧站增设1套由1台37 kW水环式真空泵(一台备用)，1台3 m3真空罐和1台自吸式真空罐排水泵组成的抽真空系统，以取代原胶囊蒸汽喷射抽真空系统。新的抽真空系统可将表压抽至0.4-0.7 MPa，将胶囊中抽除的汽、水送至真空罐经排水泵送到锅炉除氧器。项目改造费用27.5万元，年需电费10万元。改造后每台硫化机日耗蒸汽从110.35 t减至73.46 t，36台硫化机年节约蒸汽16000 t，计88万元。减去10万元电费，年降成本78万元。 3.3 改造硫化机外压蒸汽冷凝水外派方式和冷汽利用
目前轮胎硫化机外压蒸汽冷凝水排放有针形阀排放、传统输水器排放、节流孔板排放和PLC定时排放等多种方式。根据重庆佳通轮胎公司资料，该公司63.5″老硫化机用阿姆斯壮疏水器排放冷凝水，一些65″新硫化机用有无节流孔板由PLC无定时(常通)排放冷凝水。根据公司的计算和实测，利用有孔板无定时排放冷凝水比无孔板定时排放冷凝水更浪费蒸汽。当无孔板作常通排放时，浪费蒸汽更多。通过摸索确定排放时间，最后统一为AV 3#电磁阀排12 s停5 s的程序，满足工艺要求。通过对公司B区18台硫化机冷凝水排放系统的统一改造，可节约约30%的蒸汽。
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根据广州华南橡胶轮胎公司的经验，在生产规模扩大后，将数量庞大的轮胎硫化机群外排冷汽用作溴化锂吸收式制冷机的能源。该公司大胎硫化机外温蒸汽排放量为8-10 t/h，压力0.3-0.35 MPa，用于单效溴化锂制冷机。小胎硫化机外温蒸汽排放量为6-8 t/h，压力0.6-0.7 MPa，用于双效溴化锂制冷机。制冷机的冷凝水回收利用。2台溴化锂制冷机每年可节电535万kW·h，节约电费约300万元，改造投资回收期约为1.5年。
3.4 新型节能轮胎硫化设备 3.4.1 电动螺旋式轮胎硫化机
青岛科技大学一改传统轮胎硫化机的结构形式，提出了电动螺旋式轮胎硫化机设计方案，通过42″工业中式样机后开发了63.5″电动螺旋轮胎硫化机，经生产考核满足生产要求。硫化的子午胎经山东橡胶轮胎质量检验测试中心检验测试，各项指标符合要求。电动螺旋轮胎硫化机的钢材消耗和生产成本分别比曲柄连杆式硫化机降低65%和35%，比液压硫化机降低25%和65%。机器运转平稳，对中度高，维护检验方便。
3.4.2 轮胎硫化机组
轮胎硫化机组具有许多技术经济优越性，原苏联BIIM-2-200硫化机组与55″，轮胎硫化机相比，设备投资减少24.5%，节约钢材66.2%，减少占地面积40%，电机总功率减少80%，操作人员减少50%，节能50%。目前，上海精元机械公司正在开发63.5″轮胎硫化机组，若能投产成功，将为轮胎硫化闯出一条书能新路子。
3.4.3 节能轮胎硫化机
目前轮胎硫化机外温加热有热板加热和蒸锅加热2种形式，而设计良好的热板加热的轮胎硫化机，在开模时可减少热能损耗。因此，轮胎硫化机有向采用热板加热的方向发展的趋势。最近桂林橡机厂为普利司通生产的117″大型轮胎硫化机也采用了热板加热的形式，打破了热板加热只适用于小胎硫化机的传统观念。据介绍，采用热板加热可节约热能50%。此外，在硫化轿车子年胎时，建议采用液压硫化机，在提高轮胎硫化机质量的同时，也可节约、提效10%以上。 3.5 热电联产
橡胶工厂将每吨生胶制成成品轮胎，需消耗电能1400-2200 kW·h，消耗蒸汽4-12 t。对于规模相当的轮胎企业经分析，可以采用热电联产技术节能。
热电联产是热能梯形利用技术，将锅炉产生的高压蒸汽通过汽轮发电机发电，发电后的蒸汽变成适合硫化轮胎所需的低压蒸汽供轮胎硫化机使用。
目前已有部分轮胎企业采用了热电联产技术，安徽佳通轮胎公司在5年前安装了1台6000 kW背压式发电机组和1台6 000 kW抽汽凝汽式发电机机组，每天发电17.5万kW·h，按当时情况每天可减少7万元生产成本，全年减少2450万元左有，而发电机投资仅为2000万元，可见效益明显，节约能源。目前，南京、青岛等地产热电联产汽轮机可供选用。
根据轮胎硫化机供汽锅炉供汽量的变化，河南风神轮胎公司对1台20 t/h链条锅炉的控制系统进行了改造。改造方案采用了上、下位机控制模式，通过工业以太网相连。鼓风量、引风量、给煤量通过变频器控制。燃烧控制系统分为鼓风控制、蒸汽压力控制、炉膛负压控制3个部分。锅炉机组控制系统经过改造后，年节电节煤费用约50万元，若全部改造节能更可观。
采用变频器控制给煤机、炉排电机速度可有效提高燃烧性能而节能。 4 高效节能力车胎设备
我国是一个力车胎生产大国，2005年生产自行车外胎5亿条，内胎约6亿条，摩托车外胎1亿条，摩托车内胎1.2亿条。因此，研究生产高效节能力车胎设备满足市场需要具有重要意义。近些年来，无锡第一橡塑机械有限公司等单位做了大量工作，开发了一套高效节能型换代力车胎设备，其中主要是成型和内胎生产设备。
4.1 力车胎(摩托车胎)弹簧反包成型机
这种成型机利用设在成型鼓左右两侧的弹簧反包机构可在2-3 s时间内交叉完成帘布反包操作，速度快，帘布反包平整无褶皱，成型质量好，劳动强度低。当成型26×1.95车胎时，台班产量可达800条。成型2层帘布摩托车胎时台班产量约达500条。 4.2 丁基内胎接头机
经过改进设计的丁基内胎接头机采用水平走刀切割方式和新型模口结构，增大接头压力，从而可提高接头强度30%-50%，一次可接头4条自行车内胎，与一次接头2条自行车内胎的机器相比，提高效率1