轮胎生产硫化氮气系统
轮胎蒸汽／氮气硫化理论分析及数学模型的建立
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 。
轮胎硫化电气控制系统设计与制作
1 绪论近年来，随着我国汽车工业的发展，与之处于同一产业链的轮胎工业也得到了相应的提高，但综观我国汽车轮胎配套的子午化率与国外发达国家还是有一定的差距，存在这种差距的原因有很多，其中最关键的原因之一就是生产设备的跟不上。
在现代科学技术的许多领域中，自动控制技术起这愈来愈重要的作用，自动化水平也越来越高。
轮胎硫化过程是轮胎制造过程中的一道重要工序，其硫化效果是影响轮胎质量的关键因数之一。
随着我国制轮胎行业规模的不断发展，轮胎呈现出种类数目不断增多与剂型不断丰富的局面。
尤其是轮胎硫化质量的不断提高，对轮胎硫化技术提出了更高的要求，特别是对轮胎硫化机提出了更新更高的要求。
在当前各种多功能全自动硫化机逐渐进入各轮胎制造企业的情况下，人们有必要对国产轮胎硫化机的应用现状及发展作进一步探讨。
1.1 我国轮胎硫化机的发展历程我国早期的轮胎硫化硫化工序主要是采用手工硫化，后来随着科学技术的发展，人们逐渐采用机械化硫化。
我国最早使用的硫化机主要是从国外进口的，20 世纪70 年代中期，制轮胎厂就曾经进口过意大利硫化的全自动硫化机，但由于当时我国硫化材料的质量及硫化制作工艺等都达不到机器硫化的要求，使得全自动硫化机一直无法正常使用。
所以，全自动硫化机在我国的应用一直无法得到广泛的推进，以致我国轮胎硫化在很长的一段时间内不得不放弃自动硫化机而采用手工操作，使硫化硫化效率极端低下。
20 世纪80 年代后，相关技术水平获得了飞速发展，轮胎硫化材料的质量及硫化制作工艺等方面的技术有了明显的进步，全自动硫化机开始得到了应用与推广。
也正是此时，轮胎硫化机改变了国外产品一统天下的局面，国产轮胎硫化机开始面市并获得了广泛的应用。
汽车轮胎的硫化从50年代起推广应用了胶囊定型硫化机。
硫化室内径在65"以下的轮胎,即全部乘用车轮胎和轻型、中型卡车轮胎的硫化基本上都采用双模定型硫化机。
65"以上的则采用单模定型硫化机或硫化罐。
轮胎加工中氮气的循环纯化系统设计
轮胎加工中氮气的循环纯化系统设计王保志，聂宗瑶（安徽城市管理职业学院，安徽 合肥 230601）摘要：为了降低轮胎制造加工中所需氮气的价格，设计了一套氮气循环纯化系统。
该系统利用专用管道把动力中心供出的硫化氮气在完成硫化后排出的气体连接到动力中心，运用PID 控制技术手段实现全自动净化、纯化、增压后循环利用。
实现氮气用于硫化及定型的使用成本从0.47 元/m 3降至0.171 元/m 3。
关键词：汽车轮胎；氮气；循环回收；纯化；PID中图分类号：TP271+.4 文献标志码：A 文章编号：1671-0436（2021）01-0022-05收稿日期：2020-07-24基金项目：安徽高校自然科学研究项目（KJ2016A012）；安徽省高等学校省级质量工程项目（2016jyxm0040）作者简介：王保志（1978— ），男，安徽界首人，讲师，主要研究方向为计算机科学、信息化系统。
第 34 卷第 1 期2021 年 2 月常州工学院学报Journal of Changzhou Institute of TechnologyV ol. 34 No. 1Feb.2021doi:10.3969/j.issn.1671-0436.2021.01.006在资源保护意识整体增强，环保科技得到重视的情况下，轮胎制造企业为了满足时代需求，改变了已有的定型以及加工形式。
在车用轮胎行业中，制造企业全面使用和推广氮气硫化、氮气定型和氮气充胎的工艺，在极大地提高轮胎品质的同时降低了加工成本[1]。
在此背景下，研究氮气的循环回用技术，对汽车轮胎加工行业具有缩减成本、提高环保和加强安全三重意义。
1 轮胎加工中氮气的作用氮气的物理特性十分稳定，是一种不可燃的无毒害气体且化学性质不活泼。
因此，氮气被作为一种常用的保护气体，普遍应用于冶金、化工、食品、医药、电子、磁材、热处理、轮胎、航空等行业。
采用过热水（即过饱和蒸汽充装的高温高压水汽混合液）对轮胎进行硫化和定型是传统轮胎加工工艺的主要方式之一，充氮硫化和定型是当前轮胎加工工艺的主要方式。
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。
轮胎氮气硫化PSA制氮机分子筛粉化现象浅析
２ 分 子筛 粉化对 设 备及 工艺 的影 响
氦气硫化工艺程序非常简单 ，一般包括以
下几 步 ：
（ ）胎坯放人模具 ； １ （ ）用低 压 （． ３～ ． Ｍ ａ 蒸汽 或氮 ２ ００ ０ ３ Ｐ ） 气充人胶囊 ，使轮胎准确地定型到与模具一致
压 吸附法 。变压 吸附装 置是一 种新 型的制 氮设
净化后流入空气储罐 ，然后在变压 吸附法 Ｐ Ａ Ｓ 系统 中由碳分 子筛 （ Ｍ ） 附后产 出氮 气。 ＣＳ吸 Ｐ Ａ系统 由两个 吸 附塔组成 ，各 吸 附塔通 过 并 Ｓ 列组合 ，经历 吸附、转换 充压 和再生三个 过 程 ，交替循环工作 ，以达到连续产氮和提高氮 气 回收率等 目的。开启左进气 阀时，洁净的压 缩空气由左吸附塔 的人 口端经过其 内的碳分子
．
图 １ 轮胎 氮气硫化 Ｐ Ａ供氮系统 Ｓ
筛 （ Ｍ ） 出 口端 顺 向流 动，０ 、Ｃ 和 ＣＳ 向 Ｏ Ｈ ０等气体组分被快 速 吸附，产 品氦气和氩 ： 气则在吸附塔的出口端得到富集并经产气阀流 人氮气缓 冲罐。经过 一段 时 间后，碳分 子筛 （Ｍ ） Ｃ Ｓ 吸附饱 和，这 时 自动 关 闭左 进气 阀、 产气 阀，左吸附塔停止吸附 ，打开排气 阀将左 吸附塔内的气体逆流放空 ，使压力迅速下降至
加 ，而且 中间完全 冷却仅是 理想 状态 。对 于压
缩比之值较小 、工况条件不苛刻 的情况，一般 不采用分级压缩设计。 （ ）对于排气温度限制严格 的工况 （ ３ 如 制冷领域 、 军事 领域等 ） ，分级压缩 可以降低 排气 温 度 ，而 且分级 压缩设 计可 以减小 气缸 直
径 ，使 结构较 紧凑 ，阻力 比较小 。因此 ，从 节 省功率 的角度 考虑 ，也可采 用分 级压缩 。
轮胎硫化机氮气硫化温度场分布改造
文编号：WSJ—首届金蓝领培训（维修钳工）技师论文轮胎硫化机氮气硫化温度场分布改造作者：江洪洋三角轮胎股份有限公司评审组意见：（签章）轮胎硫化机氮气硫化温度场分布改造[摘要]本文介绍国外氮气轮胎硫化工艺在国内引进过程中存在的问题并针对硫化机部分存在问题进行研究、改进提高轮胎氮气硫化工艺的质量。
[关键词]橡胶轮胎、氮气硫化、硫化机、缸盖、温度场一、氮气系统在轮胎硫化工艺中的流程（附图）：氮气轮胎硫化工艺目前属于国际先进工艺，该工艺具有节能、环保的特点，使用该工艺生产的产品性能稳定质量好，我公司在2004年6月引进该系统，工艺流程如下：由空压机房的数台空压机提供的洁净、干燥的压缩空气，压力0.9Mpa,输送到缓冲罐稳定之后进行进一步的三级过滤，然后输送到制氮机，通过制氮机利用PSA分子筛置换反应，将空气中的氧气去除，这样就得到99.9%较高纯度的氮气，氮气进入氮气储罐，通过增压机将氮气增压至2.4Mpa-2.8MPa 后,供硫化机使用，硫化回收氮气通过过滤器将杂质去除，进入回收储罐将部分水分离，分离后氮气经过进一步冷却、水分离、再冷却后供硫化机定型使用。
二、硫化机在使用过程中存在的问题：因氮气硫化工艺在国内应用尚属首次，部分工艺参数尚在摸索中，我们在跟踪氮气硫化生产的轮胎时发现，轮胎的上胎肩位置有开裂问题，进一步检查发现上胎肩位置存在过硫，下胎肩硫化程度不够，造成严重的质量隐患，经过多次对比检查，上下胎肩硫化差异高达50%，因此，该问题成为制约轮胎质量的关键因素。
三、针对以上问题，我们成立攻关小组，从硫化机硫化罐的结构原理进行原因查找，分析如下：首先介绍一下轮胎的硫化过程（如下图）胎胚成型后装入硫化罐，胎胚的内部装有胶囊，在胶囊内通入高温、高压蒸汽，通过胶囊传热将胎胚内部升温硫化；胎胚的外部是花纹块，花纹块外的锅罩也通入高温蒸汽，热量通过花纹块传递到胎胚的外面；如此使整个胎胚均匀升温硫化。
现在，问题主要集中在上下胎肩靠近胶囊的一侧，经过对该部位进行测温仪检测，上胎肩位置温度较高，温度差能够达到40℃，该系统设计的初衷是为热水硫化设计，与现在使用的氮气硫化工艺区别在于使用的介质不同，现将氮气硫化工艺介绍一下：硫化开始后，从缸盖的喷射口喷出高温蒸汽，分别以8 °和15°喷射角斜向上喷出，喷出蒸汽经过胶囊阻挡换热后，冷凝水回流，延冷凝水回收口流回，5-10分钟后，充入高压氮气进行保温保压，蒸汽、冷凝水排切断。
轮胎硫化机工作原理
轮胎硫化机工作原理轮胎硫化机是一种用于轮胎生产过程中的重要设备，它的工作原理对于轮胎的质量和性能具有重要影响。
轮胎硫化机主要通过热风对轮胎进行硫化处理，使得轮胎胶料中的硫化剂和促进剂发生化学反应，从而使轮胎具有良好的弹性和耐磨性。
下面我们将详细介绍轮胎硫化机的工作原理。
首先，轮胎硫化机的工作原理基于硫化反应。
在轮胎生产过程中，轮胎胶料中添加了硫化剂和促进剂，通过加热硫化机内的热风，使得轮胎胶料中的硫化剂和促进剂发生化学反应，从而使得轮胎胶料发生交联反应，形成三维网状结构，使得轮胎具有良好的弹性和耐磨性。
其次，轮胎硫化机的工作原理还涉及到温度和压力的控制。
在硫化过程中，轮胎硫化机会对轮胎进行加热处理，同时施加一定的压力，以确保硫化反应能够充分进行。
通过控制硫化机内的温度和压力，可以使得硫化反应在最佳的条件下进行，从而保证轮胎的质量和性能。
另外，轮胎硫化机还需要对轮胎进行均匀的硫化处理。
在硫化机内，轮胎会被放置在硫化模具内，通过旋转或者移动硫化模具，使得热风能够均匀地对轮胎进行硫化处理，从而确保轮胎的硫化质量均匀一致。
总的来说，轮胎硫化机的工作原理主要包括硫化反应、温度和压力控制以及均匀硫化处理。
通过这些工作原理的实施，轮胎硫化机能够确保轮胎在生产过程中获得良好的硫化效果，从而保证轮胎的质量和性能。
在实际应用中，轮胎硫化机的工作原理需要与硫化机的结构和控制系统相结合，通过合理的操作和维护，确保硫化机能够稳定可靠地工作，从而生产出高质量的轮胎产品。
总之，轮胎硫化机的工作原理对于轮胎的质量和性能具有重要影响，了解和掌握轮胎硫化机的工作原理，对于轮胎生产过程具有重要意义。
希望本文的介绍能够帮助大家更加深入地了解轮胎硫化机的工作原理，为轮胎生产提供参考和指导。
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。
轮胎的氮气硫化工艺
轮胎的氮气硫化工艺Mathur A N著 涂学忠摘译 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尽可能建立最大的技术和经济优势,同时保持最低的生产成本。
许多轮胎公司十分关注的一个领域是将轮胎的蒸汽和过热水硫化改为以氮气为介质的硫化。
随着轮胎厂对这项技术的许多优点越来越熟悉,他们开始评价能否在其轮胎硫化中使用氮气。
目前,已有70多家轮胎厂使用氮气硫化,而且越来越多的工厂正在试验或评价氮气的应用。
已不再限于几家大公司掌握氮气硫化技术诀窍,世界各地已有越来越多的中、小型企业开始应用这一技术。
几乎所有新建厂和新建流水线都采用氮气作为硫化介质。
采用氮气硫化工艺最主要的优点是可降低生产成本。
过热水硫化需要大量高压热水不断地在厂内循环,与之相比,氮气硫化仅需要少量密闭的气体向胶囊提供高压。
另外,使用氮气清洁、安全和简便。
1 背景传统上使用高压蒸汽有效地硫化轮胎。
但是,优质子午线轮胎具有使用高强力带束层的更为复杂的叠层结构,随着这种轮胎的出现,越来越需要在更高的压力下进行硫化,而这种压力是单用蒸汽硫化无法达到的。
这导致了许多轮胎转而采用过热水硫化。
高压水使轮胎可以在所需高压下硫化,无需相应提高温度。
但是,由于需要较多能量和添置经常要维修的泵、加热器等设备,采用过热水会显著提高生产成本。
轮胎工业后来进行的研究开发导致了将放热气体应用于轮胎硫化工艺。
这一工艺使用蒸汽和放热气体或惰性气体。
这种混合体系在经济上是合理的,但有以下缺点:机械设备易出故障、维修费用高、使用条件有局限性、可能污染环境和设备及管道易被腐蚀。
后来对这种用气体硫化的工艺进行了改进,使用氮气替代放热气体获得了富有成效的结果。
采用在高压下储存的氮气,取消了若干机械设备,提供了一种无氧、无毒、无腐蚀和无反应活性的硫化介质。
它操作成本低,而且使用安全。
2 氮气硫化体系由于氮气具有前面所述的种种优点,世界各地的轮胎公司正在转向或考虑采用这种使用蒸汽和高压氮气的体系。
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
氮气硫化工艺在半钢子午线轮胎生产中的应用
第２期
高 勇等 ． 氮气硫化工艺在半钢子午线轮胎生产中的应用
１ ０ ９
点埋线测温 ， 实际 测 温 点 分 布 在 轮 胎 的 同 一 断 面 上， 并呈对 称 分 布 。 关 键 埋 线 测 温 点 分 布 如 图 １ 所示 。
并在胶囊内循环 ， 降低胶囊上下 面的冷凝水吹起 ， 模表面的温差 。 调整后胶囊上下模最大温差控制 在５ ℃， 喷嘴改造后胶囊上下模表面的温度 －时间 （ ） 所示 。 曲线如图 ２ ｂ
２］ 。 调整中心机构喷 囊下胎侧部位的冷凝水移去 ［
３ ． ２ ． ２ 氮气硫化工艺优化对比试验 采用氮气硫化 工 艺 后 ， 通过一段时间对耗氮 量的统计发现 ， 单胎耗氮量偏大 。 为了节能降耗 ， 进一步控制生产成本 ， 并建立自己的技术优势 ， 对 氮气排凝时间进 行 了 优 化 ， 不仅保证胶囊的上下 模温差控制在工 艺 范 围 内 ， 而且还降低了轮胎的 单胎能耗 。 Ａ 和Ｂ两种硫化工艺胶囊上下模表面的温 度 －时间曲线如图 ３ 所示 。 图３ 中 第 Ⅰ 区 域 是 通 入 蒸 汽 时 间， 两种工艺 相比 ， 温度无明显差异 ， 这是由于在蒸汽进时工艺 Ａ 与工艺 Ｂ 是相同的 。 图３ 中 第 Ⅱ 区 域 是 轮 胎 的 正 硫 化 时 间， 在正 硫化过程中 ， 工艺 Ｂ 比 工 艺 Ａ 的 温 度 整 体 偏 高 ， 且胶囊上下模的 温 差 几 乎 是 一 致 的 ， 这是由于原
硫化是橡胶的线型大分子链发生交联形成网 状结构的过程 ， 是轮胎制造的重要工序也是最后 直接影响到成品轮胎的质量 。 目前 ， 国 一道工序 ， 内半钢子午线轮胎生产企业采用的硫化方式有过 热水硫化和 氮 气 硫 化 。 随 着 自 然 资 源 的 紧 缺 ， 氮 气硫化越来 越 受 到 轮 胎 企 业 的 青 睐 。 据 介 绍
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。
氮气硫化工艺在半钢子午线轮胎生产中应用
| Q c | = 0. 001 弧度 , [ fc ] = 0. 15cm, 所以 主轴满足了刚度条件。 4 结论 成型机成型鼓的折鼓形式由惯性折鼓改为动 力折鼓, 减小了成型鼓折鼓时主副连杆相对转动 造成的强烈冲击 , 成型鼓不易损坏。实践证明 , 采 用惯性折鼓形式的成型机成型鼓大约每月需更换 一次 , 而采用动力折鼓形式的成型机成型鼓则约 每半年更换一次, 可见采用动力折鼓形式的成型 机不仅大大地减小了机头的损坏, 减小了维修量 和工人的劳动强度, 节约了费用, 还使成型质量得 到了很大提高。改进后, 由于主受力部件 主 轴加长, 为了保证成型机工作时, 主轴不会因受到 机头与胎胚的作用而变形 , 甚至因弯曲导致破坏, 对主轴进行了刚度和强度校核。结论是 : 成型机 成型鼓的折鼓形式由惯性折鼓改为动力折鼓完全 可以以保证工作精度和安全性。 参考文献 : 略
主要技术经济指标
单机生产能力 / ( t 产品质量 主要原料消耗定额 / ( kg 电力消耗 / k W 人工 / m h t-1 t- 1 ) h t- 1 t- 1 ) a-1 ) 300, 500, 800, 1000, 1500 符合 H G 2 -1493 -83 1005( 对 1000t 140( 对 1000t 8( 对 1000t 600( 对 1000t a-1 ) a-1 ) a-1 ) a-1 )
| fc | = V 1 =
= ( - 0. 02) + ( - 0. 003) 由式 ( 11) 得 : | Q c | = V'= V'1垂 + V'1水平 而根据要求 Q c< [ Q c ] [ f c] > | f c|
2 2
0. 02cm
V'1垂 = - 0. 0007 弧度, V'1水平 = - 0. 0002 弧度 0. 0007 弧度
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工作原理
变压吸附设备主要由A、B吸附塔、控制系统组成。当缩空气（压力为0.7～1MPa）从下至 上通过A塔时，氧气、二氧化碳和水分被碳分子筛所吸附，而氮气则被通过并从塔顶流出。 当A塔内分子筛吸附饱和时便切换到B塔进行上述吸附过程并同时对A塔分子筛进行再生。 所谓再生，即将吸附塔内气体排至大气从而使压力迅速降低至常压，使分子筛吸附的氧气、
3、轮胎质量提高明显（与蒸汽硫化比较）
定型温度，压力是否正常是影响轮胎质量的主要原因，定型是轮胎质关 键解决点。
❖ 氮气定型压力比蒸汽压力低 ❖ 氮气定型——生胎膨胀比用蒸汽定型时要稳定 。 ❖ 轮胎平衡得到提高，轮胎均匀性RFV，LVF数值得以改善20-30％ 。
注：由于氮气容易泄漏，这对硫化机的密封结构和密封件材料有较高的 要求，否则会增加温压波动事故胎的比率。
轮胎规格：：165/70 SR 13
I II
曲线I： 氮气硫化 ，氮气定型
曲线II：热水硫化 ，蒸汽定型
RFV：轮胎负重旋转时，轮胎旋转轴半径方向力变化大小（kg）
LFV：轮胎负重旋转时，轮胎旋转轴横方向力变化大小（kg）
4、设备投入少
❖ 水管数量减少，水管尺寸变小 。
使用管路零件少 ❖ 热水站需要保温设备，氮气无需保温措施。 ❖ 使用管路零件少，口径小。 ❖ 控制计量少， 硫化管路简单。
PSA制氮设备的功能
•阀门切换由可编程序控制器自动控制； •氮气纯度、流量监测； •不合格氮气声光报警； •不合格氮气长时报警自动停机功能； • 冷干机、过滤器自动排污。 • 对系统参数进行检测和修改；
中空纤维膜制氮系统
原理：薄膜具有对某些气体组分有选择性，渗透和扩散的特性 以达到气体分离和纯化的目的。
二氧化碳和水分从分子筛内释放出来的过程。
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。
▪回氮冲洗专项技术（反吹）：在吸附塔解吸过程中，回流约10%左右的产品氮气对 分子筛进行冲洗，以和其彻底解吸（相当于创造了一个真空脱附环境）。
▪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。
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
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
PSA PSA+ 回收
￥3,000,000.00 ￥3,400,000.00
￥5,034,000.00 ￥3,987,000.00 ￥1420,000.00 ￥1,16,000.00
￥1.16 ￥0.847 ￥0.326 ￥0.2663
￥0.928 ￥0.6676 ￥0.2607 ￥0.213
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。
本氮气制造系统属常温空分领域，以空气为原料，利用变压吸附 原理(PSA)，获取符合技术指标要求的产品氮气。氮气回收系统， 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。
1、氮气制取
1 PSA简介
变压吸附（ PSA -Pressure Swing Adsorption）1960年，
PSA与膜 分法产气
量比较
65.0% 60.0% 55.0% 50.0% 45.0% 40.0% 35.0% 30.0% 25.0% 20.0%
95% 96% 97% 98% 99% 99.50%
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%。
回流有旁通管路。
极大降低轮胎生产的成本
生产500万套轿车胎，每条胎所需氮气0.8M3min，液氮消耗量5000吨/年，若以1元 /公斤计，设液氮设备投入成本为100万, 液氮成本为￥5000,000.00RMB.
设备投资
年运营成本
氮气的单位 成本
每条胎的用 氮成本
液氮
￥400,000.00
液氮＋回收 ￥2,400,000.00
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。
• 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。
2 氮气回收及增压系统
制氮系统 低压罐
增压系统
排冷凝水
氮气统纯度检测
回收系统功能
☆ 低纯度的回收氮气报警，实现低纯度氮气自动停机，同时加大氮气的制氮量 ☆ 系统实现优先使用氮气回收的功能； ☆ 实现制氮系统和氮气回收的自动远程控制，系统实现触摸屏统一显示控制参数； ☆ 实现氮气的回流，补充氮气增压机的吸口的气源，稳定增压泵气源的压力，
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%。
空气中油、水对分子筛的影响
由于空气中不可避免含有一定油蒸汽，如果不经严格除油，油蒸汽极易 被碳分子筛所吸附，并且难以脱附。堵塞分子筛微孔，导致分子筛“中毒 失效” 。所以在压缩空气进入吸附塔前设置严格除油装置（高效除油器） 是保证分子筛使用寿命必不可少的一环。水对分子筛来讲虽然不是致命 的，但会使分子筛吸附“负荷”增加，即影响其吸附O2、CO2之能力。因 此压缩空气干燥除水，是提高分子筛吸附能力和稳定不可忽视的问题。
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。
Skarstrom提出PSA专利，并用PSA技术实现从空气中分离出氧，
并于60年代投入工业生产。它现在当今世界的现场供气方面具有
不可替代的地位 。
吸附剂是PSA制氮设备的核心部分。一般地，PSA制氮设备选择的是碳分子筛 它吸附空气中的氧气、二氧化碳、水分等，而氮气不能被吸附。
碳分子筛有几个重要性能指标： a. 最大产氮量（NM3/H） b. 最大回收率（N2/AIR）% c. 填充密度
碳分子筛 （CMS）
N2
4.3Å
N2
3-6mm
N2
3.0Å
4Å
N2
3.9Å
N2
O2
2.8Å
Magnified
2.2-2.3mm
碳分2
O2
碳分子筛对氧和氮的分离作用主要基于这两种气体在碳分子筛表 面上的扩散速率不同， O2分子动力学直径较小，扩散较快，较多进入 分子筛固相（微孔），N2分子动力学直径较大，扩散较慢，进入分子 筛固相也较少，氧的临界直径为2.8A0(1A0=10-10m)，这样气相中可得 到氮的富集成份。