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造纸机的最新技术及发展方向

时间:2021-07-05 来源网站:深圳化工机械网

造纸机的最新技术及发展方向

造纸工业是资本密集型行业。造纸机是其中投资最大的设备,其电力和蒸汽消耗(包括打浆和调料)超过制浆工段,也是最大的,而且还决定生产效率和最终产品的质量,因此,人们不断进行造纸机技术的研究开发。

1、造纸机的车速和幅宽

从历史上来看,造纸机车速每年增加2.5%。如果照此发展,到2000年,薄页纸机车速将达到2450m/min,新闻纸机车速将达到1800m/min,高级纸机车速将达到1525m/min。对于挂面纸板机,现在抄造定量42磅(204.8g/m2)的最高车速为760m/min,如果抄更低量的,车速可达1000m/min,甚至是1100m/min。

虽然预测纸机的车速会进一步提高,但从经济角度看,其抄宽已达到了界限。这是由于辊的挠度与辊的长度4次方成正比,随着抄宽的增大,为了降低挠度,纸幅辊、案辊、毛布辊的直径必须大大增加,使设备投资过大。

据Beloit公司的Skaugen先生预测,下世纪新闻纸机网宽为10.8m,纸幅宽为9.78m。另外,高级纸、中档低定量涂布纸及板纸机的幅宽都约为10m。同样,有报告指出,印刷用纸纸机在车速一定的情况下,当幅宽在其极限10m以内时,设备投资额与年生产能力(t)的比值随幅宽增加而降低。

2、流浆箱

流浆箱最初为敞开式的,随后出现了封闭加压整流辊式流浆箱,此后,又发展成能在流浆箱内产生无数微小的湍流、防止纤维絮聚的液压(hydraulic)型(或湍流型)流浆箱。近年来,为了适应废纸利用,又开发出了多层流浆箱,也就是在流浆箱内按纤维种类分层,喷出上网,制造出具有多层的纸。例如,用二次纤维作芯层,一次纤维作面层,使纸的折度和平滑度达到最佳,减少了纸粉的产生,改善了纸的外观,使杂质对纸幅运行性的影响降到最低。

多层流浆箱也可以使全部使用一次纤维的纸的质量达到最佳,如用于薄页纸的生产,可以制造出具有优良柔软度的纸。多层流浆箱也可以用于板纸,包括在使用部分废纸的挂面纸板机中采用。人们均希望将其用于印刷纸。

纸的发布(定量、水分的横幅分布)的控制可以说是最重要的控制。多年来,一直是通过调整流浆箱的堰唇开度来实现的。但这不仅仅是改变流量,还存在着改变纤维方向性的问题。

最近,开发出了调整横幅方向浆料浓度来控制分布的浓度调整型流浆箱,正逐步趋于实用化。常见的是指导总管来的浆料(浓度较高)送到集管后,集管分出的许多细管送入流浆箱,另外还有一个细的集管,用于稀的浆料和白水输送,它上面的许多细管分别与浓浆料集管上的细管相连,即通过添加低浓度的浆料和白水来调节浓浆料的浓度。与以前的调整方式相比,减小了横幅方向的定量变动,控制的范围也增大的,适应工艺条件变动后时间缩短。但是,这种方式的设备复杂,投资也大,仅限于质量要求非常严格的纸种。

3、网部--夹网型将占统治地位

现在世界上有几千台单长网造纸机,许多专家预测,在几十年内,它们将迅速成为历史产物。目前使用的混合型(hydridfomer也称为预网造纸机),也会很快继单长网造纸机之后落后于时代,夹网纸机将在21世纪占主导地位。

普通单长网和混合型造纸机具有自由浆料表面,因此,存在不稳定的问题,车速越高就越明显,当车速达到1200-1300m/min时,定量波动已相当大,影响产品的质量。夹网纸机没有自由浆料面,所以,不存在车速界限问题。此外,它的脱水能力大,设备紧凑,网部长度几乎减小了一半,有占地少的优点,网部的动力消耗约减少10%。现在夹网纸机已成为新闻纸和薄页纸的标准设备,预计将来也会普遍用于其它纸种。由于使用夹网纸机,使新闻纸、低定量涂布纸,超压纸的纸机车速有可能提高到1500m/min以上,网部对进一步提高车速不存在任何影响。夹网纸机被开发后的长时间内,仅限于抄造新闻纸和薄页,用于抄造高级印刷纸和箱板纸原纸只是在最近才成为可能,但发展十分迅速,这似乎说明上述的预测是正确的,但也有人认为, 单长网纸机和混合型长网纸机在某些特定纸种上,还是有存在的必要。例如用于抄造纸板的双层抄纸机和在单长网纸机基础上进行。包括夹岗型在内各种组合的造纸机。

4、压榨部-靴形压榨

4.1靴形压榨的发展

人们对压榨部抱有很大希望的是靴形压榨技术。1980年,美国的一家公司最先采用了靴形压榨技术,最初是敝开式的,此后很大时间内,仅在箱板原纸上得到了广泛应用。八十年代末开始,在松厚度高的纸容器用板纸中也开始采用。94年,在新闻纸中也得到了就用,随后是用于高级印刷纸。敝开式的容易出现漏油和脏污的现象。此后开发了封闭式的,现在正在向封闭式的转变。

4.2靴形压榨的优点

靴化压榨的优点,第一是脱水能力大。以前的辊式压榨中,压区窄(20~50mm),作用于纸的峰形压力过高,容易出现纸幅压溃,所以必须控制低的加压负荷。

靴形压榨的压区宽度较宽(210-310mm)可以避免高的峰压,同时,可以加大负荷,强化脱水。因此,纸的压榨出口水分比辊工压榨约降低5%,可以了省20%的干燥蒸汽。

靴形压榨的第二个优点是增加纸的强度。纸的水分每减少1%,湿纸幅的抗张强度提高7%,所以,靴形压榨可以改善纸机的运行性,提高纸机的效率。另外,对箱板纸原纸,在不损伤纸幅的情况下,可以提高纸的密度,使环压强度、耐破度等诸多强度特性得到改善提高。

靴形压榨还可以制造比辊式压榨松厚度高的纸。如果采用靴形压榨,可以在降低定量要求使用廉价的纤维原料情况下制造出与辊式压榨挺度相同的纸,还可以提高车速和节省蒸汽等。

靴形压榨与辊式压榨相比,电耗小,有报告指出,在实际生产中,压榨部的电耗减少13%,设备紧凑,还有可能减少占地,这也是它的一个优点。

5、干燥部

5.1单层烘缸

随着车速提高愿望的增强,干燥部的开放引纸部分越来越不适应,为了解决这个问题,进行了各种各样的研究。一种方法是使用单层毛毯,首先是在纸的水分高,强度差的干燥部前一段采用了这项技术,然而,这样一来,两层烘缸中的一半就失去了作用,随着高速化的发展,出现了干燥部越来越长的问题。进入九十年代,特别是对于高速纸机,开始采用单缸,在两个烘缺之间设有真空转向里辊,这辊要尽可能做成大径的,以增大纸的烘缸上的包角,提高干燥效率。纸运行的全过程都贴着毛毯,减少了断头。

这种干燥方式的更大优点是提高了纸的质量。如果干燥部有开放引纸部分,纸幅会在横幅方向收缩,越靠近两边,收缩越大。因此,为了抄造横幅方向发布一致的纸,必须减少流浆箱两端流出的浆量,这会导致断头增加,纤维的方向性变差。如果把纸箱一直牢牢贴附于毛毯,就不会出现上述现象,减少褶子提高尺寸稳定性。

5.2 缩短干燥部长度的挑战--热风罩的研究

为了缩短干燥部进行了各种研究,最有可能实用的是高速薄页纸机使用的具有高速吹人高湿空气的干燥方式,即所谓的扬克罩。

这是温度达300℃的高温空气以60-100m/sec的高速吹向纸面,热风经过纸,过入大径的真空吸辊,其干燥能力是通常烘缸(单位面积蒸发量20-40kg/m2/h)。

根据试验型设备的结果,只要不将纸过长时间置于高温中,高温对纸质量没有影响。

另外,从下面两点可以看出,能量利用效率等同于或高于普通的烘缸干燥。

(1)热风罩是密闭循环系统,所需空气量比烘缸干燥少得多,因为以更湿更高的温度排放,有利于热回收。

(2)因为不需很多的烘缸组电机和换气,所以动力设备的功率消耗几乎不变。

由于采用这种热风罩干燥,以2000m/min的速度抄造45g/m2的新闻纸的纸机,其长度从79m缩短为50m,约缩短40%。现在纸机如改造成这种方式,可以提高干燥能力。前半部分是单层烘缸,后半部分是双层烘缸的现有造纸机,如果仅将后半部改造成这种方式,干燥能力提高25%,如果仅改造前半部分,干燥能力也提高25%。

以新闻纸机为例,66年最高车速914m/min,造纸机全长110m,此后30年,最高车速增加了一倍。由于干燥部效率的提高,造纸机的全长几乎没有变化。预计到2000年,新闻纸机的车速将达2010m/min,那时的造纸机全长由于引人热风罩,预计只剩下现在的一半54m。

干燥部变化不会太大,在将来的高速纸机上,干燥部最重要的是其运行性能。传统的纸机压榨部到干燥部的传递通常是开式引纸,烘缸与烘缸之间纸页往往也是开式引纸,而且纸页在烘缸之间是悬空的,只有在与烘缸接触部分才由缸毯支撑。这样在纸机快速运行时很容易发生断头。新式纸机在干燥部分用一整张缸毯来传送纸页,纸页在整个干燥部都有缸毯来支撑住,不再需要靠纸的幅的张力来维持纸页的稳定性,这就提高了纸机的运行性能,使纸机发生断头的机会大大减少,而且纸张的质量也会有所提高,目前国外已有几台纸机,采用这一技术。

随着车速的不断提高,干燥用的烘缸数量势必增加,这就增加了投资及操作费用,并使纸机变得更加庞大,为了解决这一问题Beloit公司又开发了一种新的技术,即采用吹过热空气的方法来干燥纸页。在机罩里面热空气以很高的速度迎着纸页运行方向吹,机罩则位于一个大直径的真空辊上,纸页经这一段干燥后再进入烘缸干燥。预计利用热空气和烘缸干燥相结合的干燥技术将成为新一代造纸机干燥技术的主流。

6、压光

软辊压光机的开发和应用是80年代造纸技术的一大发展,西德K uster公司率先开发成功,从而实现了造纸业采用机内软压光达到高速饰作用的愿望。

软辊压光可以使纸页在达到很高的平滑度、光泽度、亮度等性能的同时保留高的松厚度、挺度、不透明度和强度。世界上目前已有好几百台软辊压光机投入运行,并大多用在机内进行压光整饰且使用效果很好,它被广泛用于新闻纸、印刷纸、字典纸、牛皮纸、滤纸、无碳复写纸、高级文件纸等纸种的压光。目前有好几家造纸机械公司都在生产软辊压光机,如:Kleinewefers、Valmt、NB、Allibe、H & Escher、Wyss等。

7、复

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