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南通华严铸造有限公司 (编号 16953) http://www.nthuayan.cn/
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优化打浆磨片 改善阔叶木纤维品质
作者:王奇峰 黄所新 蒋小军
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造纸机械展厅
磨浆机, 压光机, 分丝机, 挤浆机, 洗浆机, ...
摘 要:以银鸽特纸公司生产无碳复写原纸的打浆实践为基础,介绍与南通华严磨片研究中心共同探索,通过对进口双盘磨浆机磨片的齿形、材质及速生阔叶木纤维进行研究与优化来提高打浆效率和质量,延长了磨片的全周期使用寿命,介绍了优化磨片齿形来改善阔叶木浆和成纸品质,同步降低损耗成本的思路与实践过程。
关键词:打浆磨片;湿重;齿形优化;分丝帚化;打浆单耗

在使用双圆盘磨用于处理速生阔叶木浆的打浆过程中,如何有效保留短纤维阔叶木浆的湿重,提高纤维间结合强度和成纸的物理强度,常常困扰着打浆工段。磨片是磨浆机打浆时,对纤维原料直接进行多重作用的核心元件,磨片对影响打浆的质量具有关键作用。本文对优化磨片齿形改善阔叶木浆打浆的实践情况作简要介绍,仅供行业内的交流与参考。

银鸽特种纸公司采用进口针叶木浆和部分国产速生阔叶木浆生产无碳复写原纸,2007年引进奥地利Andritz和日本Aikawa双圆盘磨浆机处理阔叶木浆,随机配备26寸进口原装磨片,两种磨浆机均具有较高的打浆效率,试机期间原配进口磨片的齿形经过多次调整,未能满足打浆度与湿重等工艺指标。为此,我们从2007年底开始对如何改善磨浆指标,提高成纸品质并同步降低打浆电耗、减少磨片损耗成本,开始进行研究、优化实践工作。2008年在替代进口磨片的齿形与材料的研究,以适应打浆工艺变化的需求,取得了可喜的成绩,2009年我们又针对优化打浆工艺和提高阔叶木浆质量和成纸品质,进行了不懈探索。

1、针对浆种优化打浆磨片

实践中发现,阔叶木浆比针叶木浆有打浆度时才能取得好的物理强度,速生阔叶木浆的纤维较短,一般为0.8-1.0毫米,纤维较粗,长宽比小,其细胞壁较厚,细胞腔小,壁腔比大,纤维不易压溃变形,如打浆处理不好将影响成纸的物理强度指标。使用阔叶木浆的优点是成纸匀度好,松厚变较好。生产中既要提高其打浆度,又要尽量避免过多地切断纤维,因此需要设计一种新的适宜短纤维打浆的磨片。鉴于浆料在磨区受力的复杂性和多变性,我们充分研究盘磨机打浆机理,将“比刀缘负荷” 及“比表面负荷”两种理论有机结合,应用到磨片设计中。我们采用现代化计算软件和Mastercam三维设计制作系统,让磨片的计算和设计过程变得直观、便捷。(见图1)

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2、磨片齿形优化过程

根据不同阔叶木浆种的特性和银鸽特种纸工艺线的特点,我们进行了两次对磨片齿形优化。磨齿的宽窄,沟槽深度,和倾角分布,粗磨区的锥度,破碎区以及精磨区的分区比率和斜度大小是齿形设计的关键。我们先后对引进的多种国外磨片进行使用比较,在不同的工艺条件下进行缜密地分析,研究优化参数。并对奥地利Andritz、日本Aikawa和南通华严等厂家的磨片齿形进行比对,确保开发银鸽特纸生产线磨片齿形优化有多种选择和可比性,先后设计了多种优化后的磨片齿形图纸,从优化打浆强度人手,设计了适合具体工艺指标的磨片齿形。

2.1齿沟宽比

打浆作用是通过磨齿对纤维的反复冲击、挤压、释放的过程中发生的。相对来讲,磨片齿数越多、齿边长度越长,纤维在单位时间内受挤压、释放的次数就越多,但齿表面积的作用力也不容忽视,基于此,我们引入“有效缘角载荷”理论并融入了“有效表面载荷”概念。两台进口26型双盘磨串联打浆过程中,鉴于原进口磨片齿窄沟宽,打浆过程中纤维切断过多,而帚化率不足,我们经过计算将齿沟宽比作了合理调整。(见表1)

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2.2齿高

在磨浆过程中,磨齿要承受冲击摩擦荷重,出于机械强度以及使用寿命的考虑,一般把齿高限制在齿宽的 1~2倍。齿高过高,浆料纤维在齿槽与齿面上不易交换,纤维受不到打浆而直接流走的倾向增强。齿高适中,齿槽与齿面纤维则易于交换,纤维被打浆的倾向增强。但齿高过低,使用寿命短不太经济。我们两次优化的磨片齿形均选择7mm齿高。(见表1)

2.3齿倾角度

齿倾角度是指刀齿与半径的夹角,倾角度对盘磨的泵送作用影响较大,齿角度增大时,在一定规格的圆环上刀齿相应增长,打浆作用增强,有抑制切断的倾向。为抑制短纤维打浆的切断作用,我们分两次优化了倾角度(见表1),并有效改善了打浆质量,同步增大了通过量,有力地提高生产效率,降低了打浆电耗。(见图3和图4)

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2.4齿档坝

双盘磨动盘磨片高速旋转所产生的离心力和供浆系统外加的压力,易使浆料未经充分打浆就从盘齿的沟槽中甩出,造成打浆不均匀。为了延长浆料在盘磨里的停留时间,提高打浆度,通常在盘齿的沟槽内设挡坝(见图2),特别是低浓打浆下更为重要,但磨片沟槽封闭之后会影响磨浆的效率,因此又在第二次优化中采用了泵出力强、流量大的弧形齿加弧形半封闭浆档的设计理念。(见图3)

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2.5磨片材质

烟草薄片和草浆等短纤维打浆中有厂家采用表面粗糙的砂轮磨片,磨齿表面的粗粒可以很好的提高纤维帚化率。鉴于要尽量保持阔叶木浆纤维的湿重,并提高分丝帚化效果,我们共同开发优化新齿形,削弱切断力,并确认使用了南通华严铸造有限公司表面带粗粒的多元合金材料,打浆过程中的摩擦力促进了纤维的分丝起毛和结合力,多元合金磨片经过特殊处理杜绝了断齿、不耐磨等制约生产的问题,大幅度提高了磨片使用寿命(见表2),减少了停机更换磨片的几率,为保证造纸各工段的正常运行奠定了良好基础,并降低了易损件支出成本。

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3、优化前后比较

优化前使用的26寸进口磨片,生产过程中,为了达到对成浆打浆度的要求,必须加大磨浆功率,造成磨浆作用过度,大量的纤维切断,基本无分丝帚化作用,成浆品质差。(见表3)磨浆间隙波动也大,增加了磨片直接碰撞的可能性,减少了磨片的使用寿命。

2007年银鸽特纸开始与南通华严磨片研究中心合作进行磨片齿型的优化。针对上述问题,经双方多次现场技术交流,分析具体工况条件和工艺要求,论证了磨片改型的方案,设计并研制了采用多元合金材质的新型齿形磨片。(见图3和图4)

打浆工段是造纸企业的耗电主体,通过对磨片齿形和材质的优化,降低了打浆电流和电耗,纤维由原来过度切断、基本无分丝帚化变为切断减少、纤维表面起毛现象增加,在不耗费更多电耗来提高打浆度的前提下,纤维分丝帚化得到进一步加强。(见表3)

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4、小结

通过对速生阔叶木浆纤维组织的研究,打浆机理的分析,及对磨片齿形的实质性调整和效果的确认,充分证实了比刀缘负荷理论非孤立性及其与比磨浆能量(SRE)的相关性,对提高短纤维浆种的湿重和帚化率进行了案例分析,也对进口双盘磨磨片实现国产化提供了理论依据,并将磨浆元件的优化理论应用到实际生产,在降低动力消耗的同时,提高了阔叶木浆纤维质量、打浆效率、磨片寿命和成纸物理指标。

作者单位:
1、王奇峰 黄所新 漯河银鸽特种纸有限公司,河南漯河,462000;
2、蒋小军 南通华严磨片研究中心,江苏南通,226403(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (2/11/2010)
南通华严铸造有限公司联系方式:
网址: http://www.nthuayan.cn/ 电话:86-0513-84830097
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