造紙機(jī)的最新技術(shù)及發(fā)展方向

造紙工業(yè)是資本密集型行業(yè)。造紙機(jī)是其中投資最大的設(shè)備，其電力和蒸汽消耗（包括打漿和調(diào)料）超過制漿工段，也是最大的，而且還決定生產(chǎn)效率和最終產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，人們不斷進(jìn)行造紙機(jī)技術(shù)的研究開發(fā)?！　?

　　1、造紙機(jī)的車速和幅寬　　

　　從歷史上來看，造紙機(jī)車速每年增加2.5%。如果照此發(fā)展，到2000年，薄頁紙機(jī)車速將達(dá)到2450m/min，新聞紙機(jī)車速將達(dá)到1800m/min，高級(jí)紙機(jī)車速將達(dá)到1525m/min。對(duì)于掛面紙板機(jī)，現(xiàn)在抄造定量42磅（204.8g/m2）的最高車速為760m/min，如果抄更低量的，車速可達(dá)1000m/min，甚至是1100m/min?！　?/p>

　　雖然預(yù)測(cè)紙機(jī)的車速會(huì)進(jìn)一步提高，但從經(jīng)濟(jì)角度看，其抄寬已達(dá)到了界限。這是由于輥的撓度與輥的長度4次方成正比，隨著抄寬的增大，為了降低撓度，紙幅輥、案輥、毛布輥的直徑必須大大增加，使設(shè)備投資過大。　　

　　據(jù)Beloit公司的Skaugen先生預(yù)測(cè)，下世紀(jì)新聞紙機(jī)網(wǎng)寬為10.8m，紙幅寬為9.78m。另外，高級(jí)紙、中檔低定量涂布紙及板紙機(jī)的幅寬都約為10m。同樣，有報(bào)告指出，印刷用紙紙機(jī)在車速一定的情況下，當(dāng)幅寬在其極限10m以內(nèi)時(shí)，設(shè)備投資額與年生產(chǎn)能力（t）的比值隨幅寬增加而降低?！　?/p>

　　2、流漿箱　　

　　流漿箱最初為敞開式的，隨后出現(xiàn)了封閉加壓整流輥式流漿箱，此后，又發(fā)展成能在流漿箱內(nèi)產(chǎn)生無數(shù)微小的湍流、防止纖維絮聚的液壓（hydraulic）型（或湍流型）流漿箱。近年來，為了適應(yīng)廢紙利用，又開發(fā)出了多層流漿箱，也就是在流漿箱內(nèi)按纖維種類分層，噴出上網(wǎng)，制造出具有多層的紙。例如，用二次纖維作芯層，一次纖維作面層，使紙的折度和平滑度達(dá)到最佳，減少了紙粉的產(chǎn)生，改善了紙的外觀，使雜質(zhì)對(duì)紙幅運(yùn)行性的影響降到最低?！　?/p>

　　多層流漿箱也可以使全部使用一次纖維的紙的質(zhì)量達(dá)到最佳，如用于薄頁紙的生產(chǎn)，可以制造出具有優(yōu)良柔軟度的紙。多層流漿箱也可以用于板紙，包括在使用部分廢紙的掛面紙板機(jī)中采用。人們均希望將其用于印刷紙。　　

　　紙的發(fā)布（定量、水分的橫幅分布）的控制可以說是最重要的控制。多年來，一直是通過調(diào)整流漿箱的堰唇開度來實(shí)現(xiàn)的。但這不僅僅是改變流量，還存在著改變纖維方向性的問題?！　?/p>

　　最近，開發(fā)出了調(diào)整橫幅方向漿料濃度來控制分布的濃度調(diào)整型流漿箱，正逐步趨于實(shí)用化。常見的是指導(dǎo)總管來的漿料（濃度較高）送到集管后，集管分出的許多細(xì)管送入流漿箱，另外還有一個(gè)細(xì)的集管，用于稀的漿料和白水輸送，它上面的許多細(xì)管分別與濃漿料集管上的細(xì)管相連，即通過添加低濃度的漿料和白水來調(diào)節(jié)濃漿料的濃度。與以前的調(diào)整方式相比，減小了橫幅方向的定量變動(dòng)，控制的范圍也增大的，適應(yīng)工藝條件變動(dòng)后時(shí)間縮短。但是，這種方式的設(shè)備復(fù)雜，投資也大，僅限于質(zhì)量要求非常嚴(yán)格的紙種。　　

　　3、網(wǎng)部--夾網(wǎng)型將占統(tǒng)治地位　　

　　現(xiàn)在世界上有幾千臺(tái)單長網(wǎng)造紙機(jī)，許多專家預(yù)測(cè)，在幾十年內(nèi)，它們將迅速成為歷史產(chǎn)物。目前使用的混合型（hydridfomer也稱為預(yù)網(wǎng)造紙機(jī)），也會(huì)很快繼單長網(wǎng)造紙機(jī)之后落后于時(shí)代，夾網(wǎng)紙機(jī)將在21世紀(jì)占主導(dǎo)地位。　　

　　普通單長網(wǎng)和混合型造紙機(jī)具有自由漿料表面，因此，存在不穩(wěn)定的問題，車速越高就越明顯，當(dāng)車速達(dá)到1200-1300m/min時(shí)，定量波動(dòng)已相當(dāng)大，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。夾網(wǎng)紙機(jī)沒有自由漿料面，所以，不存在車速界限問題。此外，它的脫水能力大，設(shè)備緊湊，網(wǎng)部長度幾乎減小了一半，有占地少的優(yōu)點(diǎn)，網(wǎng)部的動(dòng)力消耗約減少10%?，F(xiàn)在夾網(wǎng)紙機(jī)已成為新聞紙和薄頁紙的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，預(yù)計(jì)將來也會(huì)普遍用于其它紙種。由于使用夾網(wǎng)紙機(jī)，使新聞紙、低定量涂布紙，超壓紙的紙機(jī)車速有可能提高到1500m/min以上，網(wǎng)部對(duì)進(jìn)一步提高車速不存在任何影響。夾網(wǎng)紙機(jī)被開發(fā)后的長時(shí)間內(nèi)，僅限于抄造新聞紙和薄頁，用于抄造高級(jí)印刷紙和箱板紙?jiān)堉皇窃谧罱懦蔀榭赡?，但發(fā)展十分迅速，這似乎說明上述的預(yù)測(cè)是正確的，但也有人認(rèn)為，單長網(wǎng)紙機(jī)和混合型長網(wǎng)紙機(jī)在某些特定紙種上，還是有存在的必要。例如用于抄造紙板的雙層抄紙機(jī)和在單長網(wǎng)紙機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行。包括夾崗型在內(nèi)各種組合的造紙機(jī)。　　

　　4、壓榨部-靴形壓榨　　

　　4.1靴形壓榨的發(fā)展　　

　　人們對(duì)壓榨部抱有很大希望的是靴形壓榨技術(shù)。1980年，美國的一家公司最先采用了靴形壓榨技術(shù)，最初是敝開式的，此后很大時(shí)間內(nèi)，僅在箱板原紙上得到了廣泛應(yīng)用。八十年代末開始，在松厚度高的紙容器用板紙中也開始采用。94年，在新聞紙中也得到了就用，隨后是用于高級(jí)印刷紙。敝開式的容易出現(xiàn)漏油和臟污的現(xiàn)象。此后開發(fā)了封閉式的，現(xiàn)在正在向封閉式的轉(zhuǎn)變。　　

　　4.2靴形壓榨的優(yōu)點(diǎn)　　

　　靴化壓榨的優(yōu)點(diǎn)，第一是脫水能力大。以前的輥式壓榨中，壓區(qū)窄（20-50mm），作用于紙的峰形壓力過高，容易出現(xiàn)紙幅壓潰，所以必須控制低的加壓負(fù)荷。　　

　　靴形壓榨的壓區(qū)寬度較寬（210-310mm）可以避免高的峰壓，同時(shí)，可以加大負(fù)荷，強(qiáng)化脫水。因此，紙的壓榨出口水分比輥工壓榨約降低5%，可以了省20%的干燥蒸汽?！　?/p>

　　靴形壓榨的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是增加紙的強(qiáng)度。紙的水分每減少1%，濕紙幅的抗張強(qiáng)度提高7%，所以，靴形壓榨可以改善紙機(jī)的運(yùn)行性，提高紙機(jī)的效率。另外，對(duì)箱板紙?jiān)垼诓粨p傷紙幅的情況下，可以提高紙的密度，使環(huán)壓強(qiáng)度、耐破度等諸多強(qiáng)度特性得到改善提高。　　

　　靴形壓榨還可以制造比輥式壓榨松厚度高的紙。如果采用靴形壓榨，可以在降低定量要求使用廉價(jià)的纖維原料情況下制造出與輥式壓榨挺度相同的紙，還可以提高車速和節(jié)省蒸汽等?！　?/p>

　　靴形壓榨與輥式壓榨相比，電耗小，有報(bào)告指出，在實(shí)際生產(chǎn)中，壓榨部的電耗減少13%，設(shè)備緊湊，還有可能減少占地，這也是它的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)?！　?/p>

　　5、干燥部　　

　　5.1單層烘缸　　

　　隨著車速提高愿望的增強(qiáng)，干燥部的開放引紙部分越來越不適應(yīng)，為了解決這個(gè)問題，進(jìn)行了各種各樣的研究。一種方法是使用單層毛毯，首先是在紙的水分高，強(qiáng)度差的干燥部前一段采用了這項(xiàng)技術(shù)，然而，這樣一來，兩層烘缸中的一半就失去了作用，隨著高速化的發(fā)展，出現(xiàn)了干燥部越來越長的問題。進(jìn)入九十年代，特別是對(duì)于高速紙機(jī)，開始采用單缸，在兩個(gè)烘缺之間設(shè)有真空轉(zhuǎn)向里輥，這輥要盡可能做成大徑的，以增大紙的烘缸上的包角，提高干燥效率。紙運(yùn)行的全過程都貼著毛毯，減少了斷頭?！　?/p>

　　這種干燥方式的更大優(yōu)點(diǎn)是提高了紙的質(zhì)量。如果干燥部有開放引紙部分，紙幅會(huì)在橫幅方向收縮，越靠近兩邊，收縮越大。因此，為了抄造橫幅方向發(fā)布一致的紙，必須減少流漿箱兩端流出的漿量，這會(huì)導(dǎo)致斷頭增加，纖維的方向性變差。如果把紙箱一直牢牢貼附于毛毯，就不會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象，減少褶子提高尺寸穩(wěn)定性。　　

　　5.2縮短干燥部長度的挑戰(zhàn)--熱風(fēng)罩的研究　　

　　為了縮短干燥部進(jìn)行了各種研究，最有可能實(shí)用的是高速薄頁紙機(jī)使用的具有高速吹人高濕空氣的干燥方式，即所謂的揚(yáng)克罩?！　?/p>

　　這是溫度達(dá)300℃的高溫空氣以60-100m/sec的高速吹向紙面,熱風(fēng)經(jīng)過紙，過入大徑的真空吸輥，其干燥能力是通常烘缸（單位面積蒸發(fā)量20-40kg/m2/h）?！　?/p>

　　根據(jù)試驗(yàn)型設(shè)備的結(jié)果，只要不將紙過長時(shí)間置于高溫中，高溫對(duì)紙質(zhì)量沒有影響。　　

　　另外，從下面兩點(diǎn)可以看出，能量利用效率等同于或高于普通的烘缸干燥。　　　

　　(1)熱風(fēng)罩是密閉循環(huán)系統(tǒng)，所需空氣量比烘缸干燥少得多，因?yàn)橐愿鼭窀叩臏囟扰欧?，有利于熱回收。　?/p>

　　(2)因?yàn)椴恍韬芏嗟暮娓捉M電機(jī)和換氣，所以動(dòng)力設(shè)備的功率消耗幾乎不變。       

　　由于采用這種熱風(fēng)罩干燥，以2000m/min的速度抄造45g/m2的新聞紙的紙機(jī)，其長度從79m縮短為50m，約縮短40%?，F(xiàn)在紙機(jī)如改造成這種方式，可以提高干燥能力。前半部分是單層烘缸，后半部分是雙層烘缸的現(xiàn)有造紙機(jī)，如果僅將后半部改造成這種方式，干燥能力提高25%，如果僅改造前半部分，干燥能力也提高25%。      

　　以新聞紙機(jī)為例，66年最高車速914m/min，造紙機(jī)全長110m，此后30年，最高車速增加了一倍。由于干燥部效率的提高，造紙機(jī)的全長幾乎沒有變化。預(yù)計(jì)到2000年，新聞紙機(jī)的車速將達(dá)2010m/min，那時(shí)的造紙機(jī)全長由于引人熱風(fēng)罩，預(yù)計(jì)只剩下現(xiàn)在的一半54m。   　

　　干燥部變化不會(huì)太大，在將來的高速紙機(jī)上，干燥部最重要的是其運(yùn)行性能。傳統(tǒng)的紙機(jī)壓榨部到干燥部的傳遞通常是開式引紙，烘缸與烘缸之間紙頁往往也是開式引紙，而且紙頁在烘缸之間是懸空的，只有在與烘缸接觸部分才由缸毯支撐。這樣在紙機(jī)快速運(yùn)行時(shí)很容易發(fā)生斷頭。新式紙機(jī)在干燥部分用一整張缸毯來傳送紙頁，紙頁在整個(gè)干燥部都有缸毯來支撐住，不再需要靠紙的幅的張力來維持紙頁的穩(wěn)定性，這就提高了紙機(jī)的運(yùn)行性能，使紙機(jī)發(fā)生斷頭的機(jī)會(huì)大大減少，而且紙張的質(zhì)量也會(huì)有所提高，目前國外已有幾臺(tái)紙機(jī)，采用這一技術(shù)。      

　　隨著車速的不斷提高，干燥用的烘缸數(shù)量勢(shì)必增加，這就增加了投資及操作費(fèi)用，并使紙機(jī)變得更加龐大，為了解決這一問題Beloit公司又開發(fā)了一種新的技術(shù)，即采用吹過熱空氣的方法來干燥紙頁。在機(jī)罩里面熱空氣以很高的速度迎著紙頁運(yùn)行方向吹，機(jī)罩則位于一個(gè)大直徑的真空輥上，紙頁經(jīng)這一段干燥后再進(jìn)入烘缸干燥。預(yù)計(jì)利用熱空氣和烘缸干燥相結(jié)合的干燥技術(shù)將成為新一代造紙機(jī)干燥技術(shù)的主流?！　?/p>

　　6、壓光　　

　　軟輥壓光機(jī)的開發(fā)和應(yīng)用是80年代造紙技術(shù)的一大發(fā)展，西德Kuster公司率先開發(fā)成功，從而實(shí)現(xiàn)了造紙業(yè)采用機(jī)內(nèi)軟壓光達(dá)到高速飾作用的愿望?！　?/p>

　　軟輥壓光可以使紙頁在達(dá)到很高的平滑度、光澤度、亮度等性能的同時(shí)保留高的松厚度、挺度、不透明度和強(qiáng)度。世界上目前已有好幾百臺(tái)軟輥壓光機(jī)投入運(yùn)行，并大多用在機(jī)內(nèi)進(jìn)行壓光整飾且使用效果很好，它被廣泛用于新聞紙、印刷紙、字典紙、牛皮紙、濾紙、無碳復(fù)寫紙、高級(jí)文件紙等紙種的壓光。目前有好幾家造紙機(jī)械公司都在生產(chǎn)軟輥壓光機(jī)，如：Kleinewefers、Valmt、NB、Allibe、H&Escher、Wyss等?！　?/p>

　　7、復(fù)卷　　

　　復(fù)卷機(jī)或機(jī)外涂布機(jī)的速度對(duì)于造紙機(jī)的生產(chǎn)效率來說也是非常重要的部分，在復(fù)卷機(jī)中主要解決的問題是如何減少斷頭、減少邊上的缺陷和表面刮傷并提高復(fù)卷速度，不要讓它制約機(jī)車速的提高?！　?/p>

　　總的來說，21世紀(jì)新一代的造紙機(jī)應(yīng)該是高速、大型化的并且運(yùn)行性能良好、成紙質(zhì)量高的紙機(jī)。紙頁將是分層成型，并具有良好的外觀和性能，壓榨部出口干度可以達(dá)到55%或更高此。干燥部將會(huì)在長度上縮短，紙頁在干燥部全部有缸毯支撐將是提高紙機(jī)運(yùn)行性和紙的質(zhì)量。高溫、軟輥壓光技術(shù)將改善紙的適印性、提高光澤度和減少掉毛。