轮胎蒸汽／氮气硫化理论分析及数学模型的建立
轮胎生产硫化氮气系统课件
变压吸附的原理
吸附量
任何一种吸附剂对于同一 被吸附气体来说，在吸附 平衡的情况下，温度愈低， 压力愈高，吸附量愈大， 如果温度不变，在加压的 情况下吸附，用减压或常 压解吸的方法，称为变压 吸附。
吸附压力
经过研磨、氧化、成型、碳化并经过特殊的孔型处理工艺加工而成 的，表面和内部布满微孔的柱形颗粒状吸附剂。碳分子筛孔径分布 图如下：
硫化蒸汽原单位的变化 原单位：蒸汽(吨)／轮胎生产重量(吨) (T/T), 使用T/B硫化机33台, P/C硫化机100台生产轮胎4500T/M时的实际成绩
1.以前的热水硫化
2.改进后的热水硫化 （热水回收,保温,缩 短硫化时间等）
3.P/C轮胎氮气硫化
硫化蒸汽消耗量 Kt/M
10.800
单位轮胎的蒸汽消
5、氮气硫化危险小，蒸汽使用高压热水，危险性较高。 6、提高硫化机胶囊的寿命
氮气纯度为99.9%时 ，胶囊 寿命仅为原来的80% 氮气纯度99.99%，胶囊寿命是原来的120% 氮气纯度99.999%时，胶囊寿命是原来的150%
二、氮气硫化的缺限：
• 氮气分子较小，对机台密封结构和密封材料的性能启，否则容 易造成泄漏。
耗量 t/t
2.4
比较成本 100
8.550
1.9
79
5.850
1.3
54
2、生产效率的改进
充氮硫化与热水硫化相比，定型、硫化机和模后向胶囊内充入高 温蒸汽和高压气体，蒸汽的高温热量和隔热压缩使得温度上升，硫化速 度变快，硫化时间被缩短。
大胎每条平均可节省4min，小胎约2min。
氮气硫化周期比过热水硫化周期缩短了5-15%（以小胎计），生产效率 提高了3.2%-10%。
轮胎生产硫化氮气系统
2.4
比较成本 100
8.550
1.9
79
5.850
1.3
54
2、生产效率的改进
充氮硫化与热水硫化相比，定型、硫化机和模后向胶囊内充入高 温蒸汽和高压气体，蒸汽的高温热量和隔热压缩使得温度上升，硫
化速度变快，硫化时间被缩短。
大胎每条平均可节省4min，小胎约2min。
氮气硫化周期比过热水硫化周期缩短了5-15%（以小胎计），生产效率 提高了3.2%-10%。
5、氮气硫化危险小，蒸汽使用高压热水，危险性较高。 6、提高硫化机胶囊的寿命
氮气纯度为99.9%时 ，胶囊 寿命仅为原来的80% 氮气纯度99.99%，胶囊寿命是原来的120% 氮气纯度99.999%时，胶囊寿命是原来的150%
二、氮气硫化的缺限：
•
氮气分子较小，对机台密封结构和密封材料的性能启，否则容
易造成泄漏。
•
较难确定泄漏点, 而且排凝使上下胎侧温差大。
二、充氮硫化工艺
用14—15kgf/cm2 蒸汽充入胶囊后，保持2—3分钟，充入压力为 21kgf/cm2的常温N2，并一直保持到硫化结束 。
常温氮气压缩蒸汽过程中,产生大量的热量,使能量得到有效 的利用，从而加快硫化速度，硫化时间被缩短。
轮胎生产硫化氮气系统
一、氮气硫化的优点
1、节约能源，减少蒸汽消耗量
氮气硫化能够显著节约能源，降低蒸汽消耗量。
在轮胎生产中80%~90% 的蒸汽都消耗在硫化机硫化轮胎（内部 + 外部），而其中被轮胎吸收的实际热量仅有4%，96%的热量 都以其他方式损失掉了。
使用氮气+蒸汽硫化，较大幅度降低蒸汽的消耗 •小胎平均节约8.8%，平均用量由30Kg下降到28Kg。 • 大胎平均节省约40%，平均用量由145Kg下降到85Kg。
关于氮气硫化工艺在全钢子午线轮胎生产中的应用
关于氮气硫化工艺在全钢子午线轮胎生产中的应用作者：谢意来源：《科学导报·学术》2020年第61期【摘要】在我国现阶段的发展中，轮胎在汽车行业的发展中发挥着重要的作用，在极大程度上影响着汽车的质量以及寿命，影响着人们的生命安全以及财产安全，就现阶段的轮胎发展状况来看全钢子午线轮胎发挥着重要的作用，所以相关企业在实际的发展中非常重视全钢子午线轮胎的生产，为了提升轮胎的生产质量，相关企业开始使用氮气硫化工艺，从而提升轮胎的质量。
本文在此基础上主要探讨了在全钢子午线轮胎生产中，使用氮气硫化工艺与过热水硫化工艺存在的不同，并对其在进行氮气硫化过程中存在的问题进行了解决，希望能够提升轮胎的生产质量。
【关键词】半钢子午线轮胎;氮气硫化;过热水硫化一、氮气硫化工艺与过热水硫化工艺的对比（一）二者的定型介质存在着不同工作人员在实际的工作过程中，应该在硫化合模之前就对已经安装了胎胚的胶囊进行低气压的充入，这样能够在极大程度上促进胎胚的定型。
之所以要对胎胚进行定型主要有以下几点目的：（1）保障胎胚在实际的运行过程中能够正好落在下钢圈上，这样能够在极大程度上提升轮胎的均匀性;（2）能够在极大程度上促进胶囊在轮胎中得到充分的舒展，有效的避免胶囊出现胎里窝气。
（3）保障胎胚的外部形状得到充分的扩张，从而向着模型的内缘曲线不断地靠近。
硫化工艺在实际的应用过程中，主要是使用低压氮气进行定型工作，在实际的定型工作中氮气是不存在液体与气体之间相互转化的，所以在进行定型过程中氮气的压力一直都处于一个平稳的状态，专业使得该工艺能够在极大程度上提升轮胎的均匀性。
但是过热水硫化工艺在应用过程中，一般都是使用饱和蒸汽对轮胎进行定型的，需要注意的是其在定性过程中压力是非常不稳定的，其中主要表现在过热水硫化工艺在进行定型过程中，定型的压力表指针会来回摆动，并不会在一个数值停稳。
之所以会出现这种现象主要是因为工作人员在对胶囊中充入饱和蒸汽的时候温度比较低，使得饱和蒸汽在这一过程中由气体转变成为了液体，从而导致其不稳定。
轮胎蒸汽／氮气硫化过程数学模型的求解与数值计算
４ ２
轮
胎 工
业
２０ 年 第 ２ 卷 ０７ ７
轮 胎蒸 汽／ 氮气 硫 化 过 程数 学模 型 的 求解 与数 值计 算
王 英 双 汪 传 生。 ，
（． 中 科 技大 学 能 源 与动 力 工 程学 院 ， 北 武 汉 １华 湖 ４ ０ ７ ；． 岛科 技 大学 机 电 工 程学 院 ， 东 青 岛 ３ ０ ４２ 青 山 ２ ６４ ） ６０ ２
变化。
是 其 中有 效 的方 法 之一 。蒸 汽／ 氮气 硫化 与传 统 硫 化相 比优点 突出 ， 济效益显 著 ， 在硫化 时胶 经 但
（ ） 入蒸 汽和 氮气 的动 能 与其 热 力学 能 相 ３充
囊 内存 在 ３种 不 同介 质 ， 即蒸 汽 、 氮气 和冷 凝 水 ，
热源（ 化介质） 硫 的温 度 随 着 硫 化 过 程 而 不 断 下 降 ， 轮胎硫化 效果 的影响 至关重要 ， 对 必须建 立多
摘 要 ： 据 轮胎 蒸 汽 ／ 气硫 化 工 艺 特 点建 立 数 学 模 型 ， 分析 模 型 求 解 中存 在 的 难 点 。 利用 蒸 汽 图 （ ）对 饱 和 根 氮 并 表 ，
水 和于 饱 和 蒸 汽 的各 种 热 力学 参 数 采 用 最 小二 乘 法 拟 合 四 次 曲线 ， 求 解 轮 胎蒸 汽 ／ 气 硫化 数 学 模 型 指 出 了一 条 新 为 氮
元 系非稳 态热平 衡方程 。本 文介绍求 解多元 系非 稳 态热平 衡方程 的数值 计算方 法 。 １ 轮胎蒸 汽／ 氮气硫 化的数 学模型
比很 小 ， 以忽略不 计 ， 此过程 中位能 的变化也 可 在
可忽 略不计 。
（） ４ 整个 硫 化 过程 中 ， 假设 胶囊 体 积不 变 ， 混 合气 体所做 功为零 。
半钢子午线轮胎全氮气硫化工艺研究
308 轮 胎 工 业2024年第44卷半钢子午线轮胎全氮气硫化工艺研究吕国勤，夏代杰（山东昊华轮胎有限公司，山东寿光262700）摘要：对蒸汽/氮气硫化工艺与全氮气硫化工艺进行对比，并对205/55R16 91V半钢子午线轮胎采用两种硫化工艺进行硫化测温和分析。
结果表明，相对蒸汽/氮气硫化工艺，采用全氮气硫化工艺轮胎的上下模温差较低，硫化时间缩短，各部位硫化程度符合要求，成品轮胎性能提高，单胎硫化能耗成本降低40%。
关键词：半钢子午线轮胎；全氮气硫化工艺；蒸汽/氮气硫化工艺；工艺优化；低碳节能中图分类号：TQ336.1；TQ330.6＋7 文章编号：1006-8171（2024）05-0308-04文献标志码：A DOI：10.12135/j.issn.1006-8171.2024.05.0308构建基于低碳经济的轮胎产业可以减少能源消耗、降低轮胎生产成本，低碳技术开发与创新也必将提升轮胎企业的竞争力。
硫化工序使用大量蒸汽能源，使轮胎胶料在硫化介质提供的温度、压力下发生复杂的化学反应，由线型结构变成体型网状结构，进而获得优良的物理性能。
传统硫化工序使用过热水或蒸汽硫化工艺，近几十年来蒸汽/氮气硫化工艺以较低的蒸汽消耗量、优异的能源利用率得到大面积应用。
随着设备的创新升级，电加热硫化机带来一种更加节能的全氮气硫化工艺。
本工作通过对205/55R16 91V半钢子午线轮胎采用蒸汽/氮气硫化工艺与全氮气硫化工艺进行硫化测温和对比分析，探索使用更加高效的全氮气硫化工艺，达到低碳节能的目的[1-4]。
1 蒸汽/氮气与全氮气硫化工艺的主要区别半钢子午线轮胎一般要求硫化结束时介质温度高于150 ℃，硫化介质中含有的热量对轮胎生产可利用价值较低，而同等条件下蒸汽的热焓远大于氮气，造成蒸汽/氮气硫化工艺在硫化程序结束时排放气体的余热较高，这也成为全氮气硫化工艺节能的主要原因。
1.1 工艺步骤蒸汽/氮气硫化工艺首先使用1.4～1.8 MPa高压蒸汽提供热量，若干分钟后切换通入2.2～2.8 MPa高压氮气，利用充氮硫化绝热压缩减小温度下降，最后空排、氮气回收、抽真空至硫化程序结束。
等效硫化在轮胎蒸汽氮气硫化中的应用
等效硫化在轮胎蒸汽／氮气硫化中的应用张春丰１，汪传生１，何树植２，钟宜虎３（１． 青岛科技大学机电工程学院，山东 青岛 ２６６０４２；２． 北京合众创业技术有限责任公司，北京 １０００１１；３． 无锡远东轮胎有限公司，江苏 无锡 ２１４０２３）摘要：采用ＷＬ－ＩＶ型硫化测温仪，对轮胎硫化过程中的各部位的硫化温度进行测定。
对轮胎蒸汽／氮气硫化过程的等效硫化问题进行了分析研究，提出了相应的硫化条件。
关键词：蒸汽／氮气硫化；等效硫化；测温中图分类号：TQ330.67 文献标识码：B 文章编号：1009-797X(2004)08-0036-04作者简介：张春丰，青岛科技大学２００１级在读硕士研究生。
收稿日期：２００４－０５－１４为了在竞争激烈的轮胎市场上获得成功，世界各地的轮胎厂都在努力保持最大的技术和经济优势同时，尽可能保持最低的生产成本。
许多轮胎公司十分关注的一个领域就是将轮胎蒸汽和过热水硫化改为蒸汽／氮气为介质的硫化。
蒸汽／氮气硫化与蒸汽和过热水硫化相比有许多优点［１］，但新介质的采用需要制定新的硫化工艺。
硫化工艺条件的制定，除应考虑硫化的三要素即压力、温度、时间外，还要保证轮胎在硫化结束时各部位胶料均能获得最佳的硫化程度。
要满足各部位胶料均能获得最佳硫化程度，一般是先对轮胎各部位在蒸汽／氮气硫化过程中的实际硫化温度进行测定，再将各部位胶料经受的热传导过程转换为半成品等温硫化下的等效硫化时间［２］，以便求得各部位的实际硫化程度，再分别与其用胶的半成品正硫化状态进行比较，根据轮胎硫化的整体匹配状态，最后确定其硫化工艺条件。
本文主要通过实验测定轮胎在蒸汽／氮气硫化过程中温度－时间的关系并与过热水硫化进行比较，从而探讨轮胎蒸汽／氮气硫化的优、缺点，并确定蒸汽／氮气硫化的工艺条件。
１ 实验１．１ 被测轮胎北京轮胎厂生产的６．５０Ｒ１６Ｃ子午线轮胎（蒸汽／氮气硫化用轮胎）和６．５０Ｒ１６Ｃｚ子午线轮胎（过热水硫化用轮胎）。
全钢工程机械子午线轮胎氮气硫化工艺的探讨
全钢工程机械子午线轮胎氮气硫化工艺的探讨引言：工程机械子午线轮胎是工程机械重要的部件之一，其性能的优劣直接影响到工程机械的使用效果和安全保障。
而轮胎的硫化工艺则是制造高品质轮胎的核心环节之一、然而，传统的硫化工艺使用空气作为气体源进行硫化过程，可能会造成轮胎内部高温、氧气和湿气的存在，从而降低轮胎的使用寿命。
针对这个问题，一些工程机械轮胎生产商开始尝试使用氮气作为硫化过程中的气体源，以期提高轮胎的性能。
本文将对全钢工程机械子午线轮胎的氮气硫化工艺进行详细探讨。
一、传统空气硫化工艺存在的问题：1.高温：传统空气硫化工艺中的氧气会造成硫化过程中的高温，这会导致轮胎内部胶料和帘线的老化，降低轮胎的使用寿命。
2.湿气：硫化过程中空气中也会含有湿气，湿气会使轮胎胶料中的硫化剂受潮，降低硫化效果，影响轮胎的品质。
3.氧气：空气中的氧气会导致胶料和帘线的氧化，使得轮胎失去弹性，容易开裂。
二、氮气硫化工艺的优势：1.降低温度：氮气硫化工艺中使用的氮气可以有效降低硫化过程中轮胎内部的温度，减少胶料和帘线的老化程度，延长轮胎的使用寿命。
2.去除湿气：氮气的干燥特性可以有效去除硫化过程中轮胎内部的湿气，保证硫化剂的效果，提高轮胎的品质。
3.去除氧气：氮气中不含氧气，可以防止轮胎胶料和帘线的氧化，保持轮胎的弹性，减少开裂的风险。
三、氮气硫化工艺的应用：在实际生产中，氮气硫化工艺已经被一些工程机械轮胎生产商广泛应用。
1.硬件设备投入：需要向生产线中引入氮气供给系统，以及相应的氮气储存设备。
2.工艺优化：针对硫化工艺的各个环节进行优化，确保氮气的纯度和稳定供给，使得硫化过程更加稳定可靠。
3.测试验证：在实际生产中，需要对使用氮气硫化工艺的轮胎进行性能测试和使用寿命验证，确保工艺的有效性和稳定性。
结论：氮气硫化工艺对于全钢工程机械子午线轮胎的制造具有重要意义，通过降低硫化过程中的温度、去除湿气和氧气，可以提高轮胎的使用寿命和品质。
轮胎定型硫化机的三维模型设计
轮胎定型硫化机的三维模型设计摘要：应用Pro/E等CAD/CAE软件建立轮胎定型硫化机模型，并对模型进行有限元结构分析、运动仿真及优化设计。
通过高效的设计手段，对加快新产品设计的速度和提高产品质量具有重要意义。
关键词：轮胎定型硫化机；三维模型；优化设计；可视化引言新开发某规格的轮胎定型硫化机属于大型橡胶机械装备，由于结构复杂，需要10多个设计人员共同参与设计。
传统的二维图设计方式，已经不适应企业在市场竞争中的发展形势。
借助不断发展的CAD/CAE计算机辅助设计的优势。
通过多人协同建立轮胎定型硫化机结构三维模型，并对模型的有限元分析、运动和干涉检查等，探索轮胎定型硫化机可视化和优化设计的方法。
一、轮胎定型硫化机组轮胎定型硫化机组，或称多模具轮胎硫化系统，是在定型硫化机基础上发展起来的，它具有定型硫化机的全部功能，并在结构上进行了改进，一个硫化机组具有数个硫化工位，一套或者两套的公用开合模和装卸机构，每个硫化工位各带有一套中心机构、胎模和锁合机构，从而达到在相同的生产能力情况下，充分利用公用机构，显著减少机组的钢材用量、机电配套产品、机械加工及装配工作量、占地面积的目的。
自20世纪70年代开始推出的硫化机组（或称为多模具轮胎硫化系统），由于受到当时的设备精度、仪表控制、工艺条件、操作维护等诸多问题约束而未能成功推广使用，至今仍未能被轮胎生产企业所接受。
然而随着计算机技术、设备加工及总体控制技术的发展，能源和土地资源问题的进一步尖锐化，曾被冷落一时的硫化机组又重新引起了人们的重视。
二、模型平台的建立2.1 确定设计结构、技术参数首先根据轮胎定型硫化机设计项目的机型结构、技术参数和技术要求等要素，在原有产品基础上，初步确定开发产品的设计结构，并分解成主传动、机械手、底座、硫化室、中心机构、脱模机构、卸胎机构、后充气、管路等部件，并将各部件分工到各位设计人员进行协同设计。
2.2 创建模型平台我中心的计算机系统是由SWITH将数十台计算机连接成局域网。
轮胎氮气硫化的方法
目前，采用如图1所示的带胶囊的硫化设备，用气体作为加热和加压介质硫化汽车轮胎等橡胶制品的方法得到了应用。
将生胎(图中所示制品为汽车轮胎b)放到模具a中，胶囊c采用充气定型，轮胎b的形状同模具a内部形状一致后，关闭模具a。
接着，蒸气作为加热介质从供汽口e吹入，从蒸汽室中心较低位置水平方向进入f，轮胎被加热、加压。
供汽口e 位于硫化设备中心，与供汽通道d互通。
当轮胎b温度达到预定温度时或经过预定时间后，停止供应蒸汽，通入氮气或类似惰性气体作为加压媒介，直到加热工序结束，气体压力不得低于所供蒸汽压力。
可从同一个供汽口e水平方向供气，也可从另一个供气口水平方向供气，后者专门用于加压媒介，与供蒸汽口e在同一高度，与通道d互通，或与另一供应通道互通，使气体进入胶囊内腔f，因而轮胎b的温度可以保持在预定温度。
在上面的工艺设备中，蒸气从蒸汽室中心下部位置沿水平方向吹入，蒸汽冷凝水积聚在轮胎b底部表面较低段排不出去，阻碍了底部胎侧加热。
内部压力增高减少了蒸汽流入量，因而削弱了内部蒸汽流。
内部蒸汽流速降到几乎为零时，湿蒸汽形成水滴向下滴，同时保持过热状态的其他蒸汽由于相对较小的比重向上升高，在轮胎b的垂直方向就形成了温差。
此外，由于温度比蒸汽低一些的加压气体(惰性气体)，同蒸汽一样，从位于轮胎内下部的喷嘴水平吹向轮胎较低区段，气体对着吹的部位(如下部胎圈部分等)被冷却到较低温度。
在停止通入加压气体而造成内部压力升高的情况下，由于加压气体比蒸汽比重大，容易沉积于轮胎内部空间f底部，而象底部胎侧和胎圈部位与低温加压气体相接触的底部区段，其温度必然会降低。
另一方面，剩余蒸汽积聚在内部空间f上部，并经绝热压缩，虽然只是很短的时间，但因加压气体是在高压下通入的，因此尽管加压气体温度较低，蒸汽温度仍然升高，上部胎侧被加热到很高温度。
因此，在轮胎内部空间f形成了主要由蒸汽组成的上层g，主要由加压气体组成的中层h，以及由蒸汽冷凝水组成的最底层i。
轮胎硫化研究概况
轮胎硫化研究概况摘要:介绍了轮胎硫化过程反应原理。
综述实验法和有限元技术应用于轮胎硫化研究,详细描述了两种方法的应用案例,对比两种方法的优势和不足。
研究中应该将它们结合起来,这对进行科学化和数字化轮胎设计以及改进轮胎硫化工艺和指导橡胶配方设计具有非常重要的实际意义。
关键词:轮胎硫化综述轮胎硫化是轮胎生产过程中的最后一道工序,也是重要工序之一,对轮胎的质量、对生产效率、对节约能源有重要的影响。
因此了解轮胎硫化原理,研究轮胎硫化过程是十分必要的。
1 轮胎硫化原理硫化是具有一定塑性和黏性的胶料在一定外部条件下通过化学因素或物理因素的作用重新转化为软质弹性软质弹性橡胶制品或硬质韧性橡胶制品,从而获得使用性能的工艺过程。
在这个硫化过程,线性橡胶分子交联成为网状结构的大分子,使橡胶制品获得满足使用要求的物理机械性能,即为交联反应。
2 国内外轮胎硫化研究方法对轮胎硫化研究主要采用实验法和有限元分析两种手段。
实验法一般是采取硫化测温方法,获取轮胎关键部位的内部温度场,然后利用温度值计算出关键部位的硫化程度,此种方法发展至今已经有了专门的硫化测温仪,即可以通过测得的温度数据,自动完成计算硫化程度场的功能。
硫化仿真是利用计算机技术对硫化过程整个轮胎进行数值模拟。
主要目的是为了使轮胎各部位均达到理想性能。
轮胎硫化仿真通过有限元技术,获得整个轮胎的硫化温度场,并根据温度场信息计算出硫化程度场或者直接根据硫化动力学模型计算出硫化程度场,生成温度场云图和硫化程度场云图,因此有限元法具有全局性和直观性。
下面主要从实验法和有限元分析两个方面进行阐述。
2.1 实验法在轮胎硫化过程中,胶料的物理机械热性能影响因素较多,且变化规律较为复杂。
为此学者们开始探索各种因素的影响规律。
谭德征[1]采用实验法获取轮胎关键部位的温度场分布,并计算出硫化程度,以此来确定轮胎硫化时间,在此基础上对轮胎各个部件的胶料配方调整后,使得整个轮胎在硫化过程中基本同时达到正硫化,从而获得最优的硫化效果。
轮胎定型硫化机氮气硫化喷头角度设计与实验
工艺有 传统 的过 热水硫 化和 当下逐 渐普及 的 氮气 硫 化工 艺 。氮气 硫 化 工艺 的硫 化 过程 为 ：在 轮 胎 胎坯安 装定 型完 毕 、硫 化 机合 模 后 首先 向轮 胎 胎 坯型腔 胶 囊 内持续 通 入 压力 约 为 １．６ ＭＰａ的高 压蒸汽 一段 时 问 ，与轮胎 外部 热源 （通常 为蒸 汽热 板 ）一 同提供 轮胎 硫化所 需 的热能 ，适宜 的温度 和 轮胎各 部 分 受 热 均 匀 是 保 证 轮 胎 质 量 的 重 要 前 提 。一 段 时间后 ，切断 高压蒸 汽 ，向胎坯胶 囊 型腔 内通入 压 力 约 为 ２．８ ＭＰａ的氮 气 以保 证 轮 胎 型 腔 的形 状 ，利 用高 压蒸 汽的余 热持 续硫化 ，直 到完 成整个 硫化 过 程 。与 过热 水 硫 化 工艺 相 比 ，氮 气 硫化 的介质 主要 呈 气 态 ，气态 的蒸 汽 在遇 到相 对 低温 的胎坯 型腔 后会在 轮胎胎 坯型 腔下 胎侧处 迅 速产生 冷凝 水 ，而 高温 的气态 蒸 汽 会 弥 漫在 轮 胎 胎坯 型腔上 胎侧 处 ，最 终 导致 轮 胎 胎 坯上 下 胎 侧 温度不 同 ，下胎侧 温度 总是低 于上 胎侧 温度 ，温差 可达 ２０℃ 左右 ，工 艺控 制要 求 在 ５℃ 以内 ，否 则 将造成 轮胎 上下 胎侧在 同一 时 间段 的硫 化进 程不 同，整 体受 热不均 ，影 响轮胎 硫化质 量 。
４ 结语 在 进行 氮 气 硫 化 工 艺 改 造 的 过 程 中 困难 较
多 ，在 国 内外 各厂 家技术 保护 较为 严格 ，且没 有经 验可借 鉴 的情况下 ，本试 验组通过提 出改变蒸 汽进
轮胎-硫化基础知识分析
T90＝ML＋（MH-ML）×90％
硫化基础知识
硫化条件的选取和确定
一般来讲，测定出正硫化时间后，并不等于找到了具体产品的最 适宜硫化条件，还必须考虑以下因素： 产品的厚度、胶料的导热系数、制品材料中其它材料对导热的影响、 模型尺寸、模型材料、产品具体形状、硫化介质（油、蒸汽、水、 气、射线） 硫化三要素：时间、温度、压力 1、硫化压力 （1）施加硫化压力的目的：通过水胎或胶囊传递热量，达到内外硫 化的目的；使胶料易于流动和充满模腔；提高胶料的致密性；提 高硫化橡胶的物理机械性能；提高胶料与骨架材料的粘合性能。 但不是越大越好，还应考虑生产成本和设备的承受能力。 （2）硫化压力的选取：随胶料配方、可塑性、产品结构不同而不同， 在工艺上遵循：塑性大压力小，产品厚、层数多、结构复杂压力 大。 2、硫化时间：交联反应完成的时间；与温度有相应的关系。
硫化基础知识
5、气密层气泡、脱层 （1）成型中超定型压力低或组合压辊压力小、组合滚压 各段压力及轨迹设置有问题； （2）半成品部件不粘、喷霜； （3）垫胶定位偏歪，胎体与带束层之间产生孔隙 （4）内衬层胶料含水过多，硫化时形成气泡。 （5）内衬层压延时贴合不实，层间存在气泡。 （6） 成型时有水或胶浆未干。 （7） 胎坯气泡未按标准修理。 （8）胶囊砂眼造成轻微漏水、汽。
硫化基础知识
4、硫化工号： 放置：空白处，无商标、字体、凤线处，左单，右双。 5、模具清理：保证轮胎外观质量。 （ 1 ）模具和花纹清理原则：模具每生产 1000 条轮胎清模， 一般每月清洗一次。 （2）气孔通透：花纹块或侧板每连续2个气孔堵塞，必须 进行通透处理。
硫化基础知识
6、硫化胶囊 （1）存放时要保证其自然状态。 （2）要经常检查胶囊，如发现出现胶囊裂口、局 部薄或损伤的要及时更换。 （3）更换胶囊进行预热，时间不少于15分钟。 注意：胶囊脱模剂滴落在下侧板上必须擦净。 7、硫化延时 （ 1 ）季节转换：每年 6 月 1 日 —9 月 30 日使用外温 143度硫化（比正常低2度），考虑后硫化）。
轮胎生产硫化氮气系统
PSA 膜分法
膜分法与PSA的比较
• 相同产氮量时，变压吸附法比膜分法制氮能耗减少 10%左右，设备投资 减少10%左右，纯化耗氢量及触媒减少40%。 • 变压吸附法，年维修量虽然比膜分法略大，从投产后第三年起，每年添加 0.2%的活性炭，约1万元，而膜分法使用 5年时，膜效率下降 15—20%左右， 更换膜组费用约为30万元。 •从国内使用情况统计，变压吸附法市场占有率约为95%，而膜分法仅为5%， 说明变压吸附法制氮更为成熟可靠。
快速回流升压专项技术 该项技术利用ZSGP管道式气动阀双流向特性，在吸附塔转 入吸附期的瞬间，快速回流大量的产品氮气快速升压，使吸附剂在最短的时间内达到 最佳吸附压力，大大地提高了吸附剂的利用率。
PSA技术的优越性
• 气动阀门，双向流通性，具良好的密封性能，快速的启闭速度， 响应时间0.3秒, 易损件寿命长达100万次以上。 • 特殊的分子筛，可使氮气纯度一次达到99.999%，不需要附加的 纯化装置（纯化装置的工艺比较复杂，运行成也较高。 • 产品纯度可以随流量的变化进行调节； • 在低压和常压下工作，安全节能； • 设备简单，维护简便 • 微机控制，全自动无人操作。
b.
c.
最大回收率（N2/AIR）%
填充密度
知名碳分子筛生产厂商：日本岩谷、武田，德国卡波（Carbon Tech)
碳分子筛装填技术
分子筛的装填技术还影响气体分布，氮气回收率。
专门的技术将碳分子筛装入钢制吸附塔，否则极易粉化并导致失效。
旋风式气体分布器，使吸附塔进气平缓，对分子筛冲击力小，以免分子筛 的粉化。同时使气流分布均匀，死空间减少，进一步提高分子筛的利用率。 在使用一段时间后，分子筛之间的空隙在减小，慢慢下沉，如果没有“压 紧装置”吸附塔上部有可能出现明显空间。当压缩空气进入吸附塔下部时， 分子筛就会在短时间内发生快速的位移，导致分子筛互相碰撞、摩擦并且 与吸附塔发生碰撞，这样就极易使分子筛粉化失效。
轮胎蒸汽硫化排凝工艺分析
面温 度 会 较 低 。冷 凝 水 上 表 面 与 蒸 汽 进 行 热 交
换 ， 表 面 与 胶 囊 发 生 热 交 换 ， 论 上 在 垂 直 方 向 下 理
上存 在温度 梯度 ， 虑 到蒸 汽 与 水 的 热交 换 速 度 考
远大 于水 与胶囊 的热 交 换 速 度 ， 冷凝 水 与蒸 汽 的
２ 对 比试 验
２ １ 硫 化 程 序 ．
原有 硫化程 序 为 ：
（ 州徐轮 橡胶 有 限公 司 李 徐
伟 孙 文 明）
（ ） 压 蒸 汽 进 ， 凝 １ ０ｓ １内 排 ２ ；
（） ２ 内压蒸 汽进 １ ； ５Ｓ
轮 胎 蒸 汽 硫 化 排 凝 工 艺 分 析
中 图分 类 号 ： Ｑ３ ０ ４ 。 ； Ｔ ３ ． 叶７ ＴＱ３ Ｏ ６ ３ ． ７ 文 献 标 识 码 ： Ｂ
和使 胶囊 上下 内表 面温 度趋 于一致 。本 工作 通过
理论 分 析 ， 合 试 验 数 据 ， 出 对 排 凝 工 序 的看 结 提 法 ， 供业 内人 士参 考 。 仅
１ 理 论 分 析
８ ｇ 内压 蒸 汽 消 耗 量 按 每 条 轮 胎 ４ ｇ估 计 ， ５ｋ ， Ｏｋ
１ ２ 和 所示 。 由图 １可 以看 出 ， 用 排凝 的硫化 过 采
态 ， 许冷凝 水 积 存 在 胶囊 型腔 下 部 。根 据 硫 化 少
需 要 的蒸汽量 可 以计算 出 ， 不 排凝 ， 若 冷却 水至 多 约 占胶囊 容积 的 ２ 。只要 压 力得 到 控 制 ， ５ 冷凝 水 的存 在不 改 变 定 型 胶 囊 中 的蒸 汽 处 于 饱 和状 态 。由于热量 传 递 的 原 因 ， 型胶 囊 上 方 没 有 冷 定 凝 水 的 区域 ， 囊 内 表 面 也 有 一 层 水 膜 ， 就 是 胶 也
轮胎微波硫化圆柱谐振腔的设计及数值模拟研究
１ 谐振 腔 尺寸 理论 计算 １．１ 设 计 原 理
对于 圆柱形谐振 腔 ，其谐 振频率 的计算公 式 如 下 ：
＝ｃ、／／‘ ／￣ｍｎ Ｊ ２＋（ ） （１）
式 中 ， 为 谐振 腔 的谐振 频率 ； 为圆柱 形谐 振腔半 径 ；，为 圆柱形 谐 振腔 的高 度 ；ｍ，，ｚ，Ｐ为 模式 标号 ， 取值 为正 整数 （Ｏ，１，２，３，４…），每 一种组 合称 为一 种 工作模 式 ，其 组合 数 称为模 式 数 ； 为ｍ阶贝 塞 尔 函数 的导 函数 第ｎ个 根 植 。 以上参 数 均 采 用 国 际单位 制 。
第 ６期
李 涛 等 ．轮 胎 微 波 硫 化 圆 柱谐 振 腔 的设 计 及 数 值模 拟 研 究 Nhomakorabea６１９
轮 胎 微 波硫 化 圆柱 谐 振 腔 的 设 计 及 数 值 模 拟研 究
李 涛 ，孙 斌 ，陈海龙 ，张茂 东，胡冰涛 ，李庆领
（青 岛 科技 大 学 机 电工 程学 院 ，山东 青 岛 ２６６０６１）
国 内 外 学 者 对 谐 振 腔 腔 体 设 计 进 行 了 相 关 研 究 。 巨汉 基 等 对 影 响微 波 炉性 能 的各 个 因素 进 行 了仿 真研 究 。Ｗ＿Ｃｈａ—ｌｌｍ等 利 用 数 值 和 试 验 方 法对 比研究 了样 品位 置 、尺 寸 和微 波 功 率 对 加 热 效率 的影 响 。孙 鹏 等 利 用有 限元分 析 软 件 仿 真 了馈 口位 置 、样 品大小 、样 品位 置 和多馈 口激 励 时 对 微 波 利 用 率 的影 响。 Ｈｕａｎｇ等 运 用 实 验辅 助 理论 的方 法分 析 了规则 矩形 谐振 腔 的场 均 匀 性 问 题 。Ｖ．Ｓｅｂｅｒａ等 通 过 有 限 元 法 模 拟 模 式 搅 拌器 对 多模 腔 内微 波 加热 均匀 性 的影 响。杨 继 孔 引对 高功 率矩 形 微 波反 应 器加 热 效率 和均 匀 性 仿 真进 行 了研 究 。曹 湘琪 等 。。对 圆柱 形 微 波 加 热 器 的效 率 和 均匀 性 仿 真进 行 了研究 ，并 利 用 ＨＦＳＳ软件 仿 真 圆柱 形微 波 加热 器 馈 口位 置 和 长 度 、内筒 半 径 和 高度 以及 负载 厚 度 对微 波 吸热 效
轮胎 电硫化 蒸汽硫化
轮胎电硫化蒸汽硫化1.引言1.1 概述概述部分主要介绍轮胎制造工艺中的电硫化技术和蒸汽硫化技术。
轮胎作为汽车的重要零部件之一，在其制造过程中，需要进行硫化处理以提高其性能和使用寿命。
传统的硫化方法主要有蒸汽硫化和电硫化两种。
蒸汽硫化是利用高温和硫化剂的化学反应，将轮胎胶料中的硫与橡胶分子交联，使其具有强度和弹性。
而电硫化则是利用电流通过轮胎胶料中的硫化剂，直接在轮胎表面形成交联结构。
在轮胎制造工艺中，硫化是一个关键的环节。
它不仅可以使轮胎具备优异的抗磨损、耐高温、耐疲劳等性能，还可以提高轮胎的粘附力和处理性能。
蒸汽硫化是传统的硫化方法，在制程过程中，轮胎会被放入硫化罐中，在高温高压的环境下进行硫化处理。
这种方法成本较低，但在硫化过程中，轮胎会受到极高的压力和温度，可能导致轮胎出现内部应力和疲劳裂纹，使其寿命受到限制。
相对而言，电硫化技术是一种新型的硫化方法。
其主要原理是通过电流作用，将硫化剂直接引入轮胎表面，实现硫化反应。
相比于蒸汽硫化，电硫化具有智能控制、温度均匀、硫化时间短等优点。
在电硫化过程中，由于轮胎不需要嵌入硫化罐中，内部应力和疲劳裂纹的问题得以减轻，从而提高了轮胎的使用寿命。
总而言之，轮胎制造工艺中的硫化过程对于轮胎的性能和寿命具有重要影响。
传统的蒸汽硫化方法存在一些局限性，而电硫化技术则作为一种新兴的硫化方法，具有许多优势。
随着新技术的发展和应用，相信电硫化技术在轮胎制造工艺中将有着更广阔的应用前景。
1.2 文章结构本文将围绕轮胎制造工艺以及电硫化技术展开详细论述。
文章分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分将简要概述轮胎与制造工艺的背景，并介绍电硫化技术的意义和应用。
接下来的段落将说明本文的结构，并明确本文的目的。
正文部分将分为两个子部分：轮胎制造工艺和电硫化技术。
首先，我们将详细介绍传统轮胎制造的工艺流程，包括原材料的选择、胶料的制备、胎体的成型以及硫化等关键步骤。
然后，我们将重点解析电硫化技术，包括其原理、应用场景以及相对于传统蒸汽硫化技术的优势和不足之处。
轮胎生产硫化氮气系统
不合格氮气
压缩空气
空气净化 装置
空气储罐
氮 气 储 罐
除尘过滤器
氧氮分离装置
工艺缓冲罐
氮气检测装置
制氮工艺特点
采用双均压阀设置 使阀门动作频率一致，从而保证易损件更换周期的一致性，便于 维护。该项技术同时也为以后工艺上的改进提供了便利。
▪不等势均压工艺RL—VI流程, 工艺采用中下不等势均压工艺，回收了吸附末期仍置 留于吸附塔中上部的高纯氮气，大大地提高了氮气回收率，从而使得能耗较国内同类 产品降低了20%以上。
耗量 t/t
2.4
比较成本 100
8.550
1.9
79
5.850
1.3
54
2、生产效率的改进
充氮硫化与热水硫化相比，定型、硫化机和模后向胶囊内充入高 温蒸汽和高压气体，蒸汽的高温热量和隔热压缩使得温度上升，硫化速 度变快，硫化时间被缩短。
大胎每条平均可节省4min，小胎约2min。
氮气硫化周期比过热水硫化周期缩短了5-15%（以小胎计），生产效率 提高了3.2%-10%。
设备用途：
硫化氮气经过氮气回收系统回收，将硫化排放的氮气与蒸汽的混合气体回收。经 系统回收处理后的氮气，一部分可用于轮胎定型，其余部分经氮气压缩机增压后 进入系统重新用于硫化。
氮气回收系统技术参数：
回收率： 75% 以上 露点： ≤ —45℃ 噪音：≤ 80分贝
缓
冲
回收储罐
净化系统
罐
粗过滤
硫化
氮气
知名碳分子筛生产厂商：日本岩谷、武田，德国卡波（Carbon Tech)
碳分子筛装填技术
分子筛的装填技术还影响气体分布，氮气回收率。
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剧， 如何 合理 高 效地 利 用 能 源 成 为 当今 世 界 上许
多企 业 追求 的 目标 ， 胎 生 产行 业 也 不 例 外 。硫 轮 化是 轮胎 生产 过 程 中的 一个 关 键 环 节 ， 化 过程 硫 中消 耗 的 能 量 占 整 个 生 产 过 程 所 需 能 量 的 ８ ［ 。因此 ， Ｏ １ ］ 轮胎 生 产 公 司都 在 探 索新 的硫 化 方法 ， 以尽 可能 利 用 较 少 的 能量 和 时 间 生产 出高 质量 的轮 胎 。 计 算机 技 术及数 值计 算方 法 的发展使 人们 可 以对 轮胎硫 化过 程所 需能 量进行 数 值计算 分析 和
同一状 态 。
型， 确定 合理 的 边 界 条件 ， 轮胎 蒸 汽／ 气硫 化 为 氮
进一 步模 拟分 析打 下基 础 。 １ 蒸汽／ 氮气 硫化 的理 论分 析
１ １ 硫 化 工 艺 特 点 ．
在轮 胎蒸 汽／ 气硫 化过 程 中 ， 氮 系统 中硫化 介
质 的质 量是 不 断 变化 的 ， 个 硫 化 过 程 可 以大 致 整 分为 ３个 阶段 。第 １阶段 是 定型 硫 化起 始 阶段 ，
中圈 分 类 号 ： Ｑ３ ０ １ ； ６ ．４ Ｔ ３ ． ３ Ｕ４ ３３ １ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章编 号 ：０ ０８ ０ ２ ０ ） ３０ ７ —３ １０ —９ Ｘ（０ ７ Ｏ— １２０
随 着工业 技 术 的飞速 发展 以及 能源 紧缺 的加
第 ２阶段 是充入 氮 气 阶段 ， ３阶段 是 充 气 过程 第 结束 后 的硫化 阶段 。由此 可 看 出轮 胎 蒸 汽／ 氮气
当大 。
和蒸 汽 的汽化潜 热 提 供 ， 硫 化所 需 压 力 由饱 和 而 蒸汽 和氮气 提供 。
１ ２ 胶囊 热力 系统的 描述 ．
本 工作 主要 对 轮胎 蒸 汽／ 气 硫 化 过 程 中胶 氮
囊 内温 度及压 力 变 化情 况 进 行 分 析 ， 立 数学 模 建
根据蒸 汽／ 气硫 化过程 的实 际情况 ， 氮 可将 胶 囊 热 力 系统 视 为变 质 量 开 口系统 ［ ］ 因此 提 出 ２ ， 以下两 点假设 。 （） １ 微元 硫化 介 质 进 入 系统 之 前 所 发生 的 变 化 与所研 究 的变质量 热力 系统 无关 。 （ ） 元硫 化介 质从 进入 系统 的瞬时 起 ， ２微 即属 于 系统 的一部 分 ， 与 系统的状 态变 化 。 参 所研 究的 是蒸汽 及氮 气充 入时 的热力状 态 以 及充 入 系统后 二者 热 力 状 态 的变 化 情 况 ， 二者 而 在充 入前所 经 历 的 过程 均 不 考 虑 。这 样 ， 每充 入 微元 硫化介 质 ， 系统 均 可 在 新 的外 界 条 件 下 达 到 相应 的平衡 状 态 ， 此时 系统 也是 均匀 的 ， 元硫化 微 介 质充 入后 即与 系 统 原来 的工 质 达 到平 衡 ， 于 处
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第 ３期
王英双等． 胎蒸汽／ 轮 氮气 硫 化 理论 分 析 及 数 学 模 型 的建 立
１３ ７
对于 变质 量系 统［ ， 了能量 的相互 作用 外 ， ４除 ］
ｕ—— 流 入单 位质 量物质 的 内能 ；
还有 质量 的相 互作 用 ， 以用 ４个 状 态 参 数 来描 可
摘 要 ： 用 变 质 量 系 统 热 力 学理 论 分析 轮胎 蒸 汽 ／ 气 硫 化 过 程 。根 据质 量 守 恒 和 能 量 守 恒定 律对 胶 囊 系 统 进 行 应 氮 热 力 学 分 析 ， 一 定 的 假 设 条 件 下建 立 描 述 胶 囊 热 力 系 统 状 态 的数 学 模 型 ， 根 据 不 同 的 边 界 条 件 ， 到各 阶 段 的 数 在 并 得 学 模 型 ， 轮 胎 蒸 汽 ／ 气 硫 化模 拟 分析 打下 基 础 。 为 氮 关 键 词 ： 胎 ｝ 汽 ／ 气 硫 化 ； 质 量 系 统 ； 学 模 型 轮 蒸 氮 变 数
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１２ ７
橡
胶
ห้องสมุดไป่ตู้
工
业
２０ 第 Ｓ ０ ７年 ４卷
轮 胎 蒸 汽／ 气 硫 化 理 论分 析 及 数 学 模 型 的建 立 氮
王 英 双 ， 传 生 汪
（． 中 科 技 大 学 能 源 与动 力 工 程 学 院 ， 北 武 汉 １华 湖 ４ ０ ７ ｝． 岛科 技 大学 机 电 工 程 学 院 ， ３０４２青 山东 青 岛 ２ ６４ ） ６０ ２
（） １ 在硫 化 开始 到停 止充 入氮 气为 止 ， 系统 中
硫 化介 质 的质量 一 直 在 变化 ， 系统 热 力 过程 属 于 变 质量 热力过 程 。
（） ２ 在蒸 汽／ 氮气 硫 化 工 艺 中 ， 汽 和 氮 气 的 蒸 混 合气 体存在 于 胶囊 之 中 ， 合 气 体在 硫 化 之 初 混
按不 同顺 序依 次 充入 胶 囊 ， 因此胶 囊 及 其 内部气
体 可以视 为是 一个独 立 的热力学 系统 。
（） ３ 轮胎在 硫 化过 程 中所 需 的热 量 主 要 由饱
模 拟其 能源 消 耗过 程 ， 由 于轮 胎 硫化 过 程 是 随 但
时 间 变 化 的 动 态 过 程 ， 此 ， 拟 分 析 难 度 相 因 模
基 金 项 目 ： 家 “ 五 ” 点 科 技 攻 关 项 目 子 项 目 （ Ｚ ｌ２ 一 国 十 重 Ｚ Ｏ一０
Ｏ 一 ３Ｏ ３ Ｏ 一 ２）
作 者 简 介 ： 英 双 （ ９ ５）女 ， 宁 鞍 山 人 ， 中科 技 大 学 讲 王 】 ７一 ， 辽 华 师 ， 士 ， 要 从 事 高 分 子 机械 及 加工 工 艺 研 究 博 主 ＊通 讯 联 系 人
述， 即系 统 的总容 积 、 质量 、 总 压力 以及 温度 ， ４ 这