用最簡單的方法升級磨漿機(jī)

蔣小軍嚴(yán)　震蔣思蒙（.南通華嚴(yán)鑄造有限公司 磨片研究中心， 江蘇 南通 226403；2.南京工程學(xué)院， 江蘇 南京 267）

用最簡單的方法升級磨漿機(jī)

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（1.南通華嚴(yán)鑄造有限公司 磨片研究中心， 江蘇 南通 226403；2.南京工程學(xué)院， 江蘇 南京 211167）

闡述了打漿設(shè)備的發(fā)展歷程和分類。南通華嚴(yán)磨片研究中心整合對于磨漿機(jī)結(jié)構(gòu)和打漿機(jī)理的研究，通過所列四個磨漿機(jī)升級案例，倡導(dǎo)化繁為簡的打漿優(yōu)化理念，提出最簡單的磨漿機(jī)升級方法即優(yōu)化磨片。

打漿設(shè)備磨漿機(jī)優(yōu)化磨片升級磨漿機(jī)打漿電耗

近10年來，中國的制漿造紙業(yè)快速發(fā)展，新投產(chǎn)的造紙項目比比皆是，老項目改造升級也很多，市場競爭和技術(shù)競爭也愈來愈激烈。紙廠需要不斷地投入，去改進(jìn)紙機(jī)、升級打漿設(shè)備和改善成紙質(zhì)量，并且降低生產(chǎn)成本，使效益最大化。目前紙廠常用的打漿設(shè)備種類很多，常規(guī)大產(chǎn)能紙廠的打漿設(shè)備基本是較新型的磨漿機(jī)。一般來講，特種紙廠壽命較長，加之原料差異大、紙種多、產(chǎn)能小，使用的打漿設(shè)備也就更加多元化，有原始的石臼，有老式的槽式打漿機(jī)、Jordan、Claflin和SDR磨漿機(jī)，也有新型的DDR和Conflo磨漿機(jī)。其中大多還是較早期的磨漿機(jī)，往往很多特種紙廠因生產(chǎn)紙種和原料介質(zhì)的多變，在現(xiàn)有磨漿機(jī)不能滿足原料、產(chǎn)量或質(zhì)量的需求時，就面臨磨漿機(jī)選型和升級的抉擇，時常困擾于選用什么樣的磨漿機(jī)？如何升級磨漿機(jī)？

南通華嚴(yán)磨片研究中心專注研究各種磨漿機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計與打漿機(jī)理，致力于磨片材質(zhì)和齒形的研究與開發(fā)，通過磨漿元件優(yōu)化來改善成紙質(zhì)量、提高打漿效率、節(jié)省磨漿時間、延長磨片使用壽命等方面的長期實踐，為國內(nèi)外眾多制漿造紙企業(yè)提供了行之有效的磨片齒型優(yōu)化方案和磨漿系統(tǒng)輔助控制解決方法。磨片研究中心在為各種磨漿機(jī)提供磨片同時，提供優(yōu)化磨漿工藝相關(guān)的診斷和技術(shù)跟蹤，也總結(jié)了大量磨漿機(jī)選型和升級方面的經(jīng)驗。本文從打漿設(shè)備的發(fā)展和分類入手，簡述結(jié)構(gòu)原理、應(yīng)用分析和認(rèn)知誤區(qū)，通過幾則磨漿機(jī)升級案例，介紹優(yōu)化磨片來升級磨漿機(jī)的簡單辦法。

1　打漿設(shè)備的發(fā)展和分類

1.1打漿設(shè)備的發(fā)展

中國人發(fā)明的造紙術(shù)傳遍全球，集千百年人類之智慧使打漿技術(shù)和裝備得到較快發(fā)展。近年富陽泗洲和江西華林兩處造紙作坊遺址的發(fā)掘和研究表明，不晚于宋代，我國就已經(jīng)把利用水力驅(qū)動的“水碓”應(yīng)用到造紙作坊的舂搗打漿工段，解放了人力并提高了紙漿制備效率。12世紀(jì)，西班牙開始使用水力搗漿機(jī)；17世紀(jì)末，荷蘭人發(fā)明了可間歇分解碎布和打漿的槽式打漿機(jī)，在橢圓形槽內(nèi)安裝著水平的飛刀輥和底刀；此后的伏特式（Voith）、尼牙加拉式(Niagara)打漿機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與它是一樣的。為了提高打漿效率，增加刀片與原料纖維的接觸面積，并使打漿過程由間歇式改為連續(xù)化，人們又發(fā)明了圓柱精漿機(jī)。19世紀(jì)，英國人Jordan發(fā)明了小錐度磨漿機(jī)（見圖1），把動刀輥與底刀由水平式變成傾斜式。其后，革新家改變了刀片的斜度，出現(xiàn)了大錐度Claflin型（見圖2）磨漿機(jī)和中錐度Conflo 型磨漿機(jī)。1920年，1臺原本用于磨碎糧食的盤磨機(jī)作了濕磨改進(jìn)，首先用于了絕緣紙板的纖維制備。1930年左右，歐美造紙工廠逐漸開始普及單圓盤磨(disc refiner)。與荷蘭式打漿機(jī)、圓柱磨漿機(jī)、錐形磨漿機(jī)相比，圓盤磨漿機(jī)的刀盤與軸垂直，定盤、動盤磨牙間以平面接觸，故磨漿效率較高，因此具備同等磨漿能力時所需設(shè)備體積也較小[1]。

圖1：Jordan 型小錐度磨漿機(jī)

圖2：Claflin型大錐度磨漿機(jī)

我國在20世紀(jì)50年代后期才開始使用盤磨機(jī)打漿，1966年只用5個月時間就成功自主研制單盤磨，1966年又成功開發(fā)400型雙盤磨并獲得良好使用效果。因文革沖擊使即將推廣的雙盤磨遭受泯默。10年后在輕工業(yè)部統(tǒng)籌下，上海輕機(jī)二廠根據(jù)B.C公司樣機(jī)試制成功450型雙盤磨[2]，逐步在國內(nèi)推廣，并且出口到國外。此后，我國造紙工業(yè)化進(jìn)程加速，雙盤磨逐漸向大型化發(fā)展，磨片齒紋呈現(xiàn)多元化格局，雙盤磨成為連續(xù)打漿設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的磨漿機(jī)。

1.2打漿設(shè)備的分類

目前特種紙工廠使用的打漿設(shè)備最為多元化，其中磨漿機(jī)的應(yīng)用最廣泛。從結(jié)構(gòu)形式分為單圓盤磨漿機(jī)、雙圓盤磨漿機(jī)、單錐形磨漿機(jī)、雙錐形磨漿機(jī)、單圓柱磨漿機(jī)、雙圓柱磨漿機(jī)（見表1）。從磨漿濃度分為低濃磨漿機(jī)、中濃磨漿機(jī)和高濃磨漿機(jī)。上述無論哪種磨漿機(jī)，都是由固定磨片與轉(zhuǎn)動磨片回轉(zhuǎn)作用形成磨區(qū)來處理不同的介質(zhì)；所不同的是，給定的設(shè)備處理給定的紙漿原料介質(zhì)，通過調(diào)節(jié)變換運(yùn)行功率、流量、壓力、漿料濃度及調(diào)換不同齒形的磨片，以達(dá)到所需工藝指標(biāo)。

表1：打（磨）漿設(shè)備一覽表

2　磨漿機(jī)選型的爭議和誤區(qū)

很多特種紙廠在磨漿機(jī)選型或確定升級方案時，因為對打漿機(jī)理存在不全面的考量，導(dǎo)致確定了錯誤的方案。決策人在聽取多方意見進(jìn)行論證以獲得最可靠的方案時，卻往往得到完全不同的建議，往往有些建議具有片面性，最終難以避免勞民傷財?shù)慕Y(jié)果。羅列以下幾個片面性的、互相矛盾的磨漿機(jī)選型的爭議焦點(diǎn):

（1）切斷力的爭議。有資料表明錐形磨漿機(jī)切斷力較強(qiáng)，也有文獻(xiàn)指出雙盤磨切斷力較強(qiáng)。

（2） 帚化效果的爭議。有文獻(xiàn)闡述錐形磨漿機(jī)帚化效果好，也有資料證實雙盤磨帚化效果好。

（3）疏解效果的爭議。有資料指出疏解機(jī)疏解效果好，也有實踐證明磨漿機(jī)疏解效果好。

（4）效率和能耗的爭議。縱觀圓柱磨、錐形磨、雙盤磨眾多供應(yīng)商和用戶的報告，關(guān)于效率與能耗的爭議數(shù)十年未間斷。

（5）濃度的爭議。介紹中濃磨漿機(jī)比低濃磨漿機(jī)打漿更加節(jié)能的資料很多，同時闡述低濃打漿優(yōu)勢的文獻(xiàn)也比比皆是。

（6）其他爭議。此外還有磨漿機(jī)串聯(lián)數(shù)量的爭議，磨漿機(jī)直徑大小和功率的爭議等等。

不難看出，上述某些打漿理念存在嚴(yán)重的矛盾，因忽略了最重要的磨片材質(zhì)、齒型結(jié)構(gòu)和打漿機(jī)理，忽略了原料介質(zhì)、工藝要求、系統(tǒng)條件、操作控制和全壽命周期成本等，往往導(dǎo)致了不妥當(dāng)?shù)哪{機(jī)升級決策，很多項目中新升級磨漿機(jī)并沒有達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

3　優(yōu)化磨片升級磨漿機(jī)

對于磨漿機(jī)的型號，國際通行方法是根據(jù)磨片工作區(qū)直徑的近似值來標(biāo)識，如Φ450 mm

18 in）、Φ508 mm（20 in）、Φ660 mm（26 in）、Φ1 220 mm（48 in）等；對于磨漿機(jī)的結(jié)構(gòu)形式的區(qū)分，一般也是以磨片工作區(qū)的形狀來判斷，如圓盤磨、錐形磨、圓柱磨等。由此可見，磨片是磨漿機(jī)最核心的元件，磨片是決定磨漿機(jī)效率的關(guān)鍵因素。南通華嚴(yán)磨片研究中心分析了眾多紙廠成功的和失敗的磨漿機(jī)升級案例，得出的結(jié)論是:除非現(xiàn)有磨漿機(jī)存在嚴(yán)重缺陷性故障，或打漿能力與用漿量差距太大，則往往不必立即更新的磨漿機(jī)，大多可先通過優(yōu)化磨片來升級磨漿機(jī)。

為了在業(yè)界倡導(dǎo)化繁為簡的打漿優(yōu)化理念，應(yīng)采用最簡單的辦法升級磨漿機(jī)，以下介紹四個磨漿機(jī)升級案例，列舉四種系列磨片優(yōu)化打漿的情況。

3.1案例一：Cut fin切割鰭磨片提高切斷力

某特種紙公司新生產(chǎn)線配套3臺Φ600 mm雙盤磨，處理100%針葉木漿，因?qū)τ诔杉垊蚨纫筝^高，濕重需控制在6 g以下，無法達(dá)到給定的切斷效果，需長時間循環(huán)打漿才能使?jié)裰剡_(dá)標(biāo)，但是打漿度過高，紙漿濾水速度慢，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的穩(wěn)定性和成紙的品質(zhì)。該特紙公司已經(jīng)做好用錐形磨漿機(jī)替換這3臺盤磨的最壞打算，經(jīng)南通華嚴(yán)磨片研究中心遠(yuǎn)程診斷打漿情況后，快速給出了磨片優(yōu)化方案。該生產(chǎn)線3臺雙盤磨改用Cut fin切割鰭磨片后，提高了對纖維的橫向切斷力，無需循環(huán)打漿，一次性達(dá)到打漿度和濕重指標(biāo)。

3.2案例二：Ease fin疏解鰭磨片提高通過量

某紙板公司打漿線采用1臺NBR02（Φ600 mm）錐形磨漿機(jī)加3臺Φ660 mm雙盤磨。錐形磨片多次打壞，盤磨磨片鋸齒狀磨損很嚴(yán)重，產(chǎn)能無法滿足用漿量的需求，質(zhì)疑設(shè)備供應(yīng)商選型過小。華嚴(yán)磨片研究中心進(jìn)行了分析和計算，給出建議暫時不用改設(shè)備，優(yōu)化磨片有助于緩解打漿能力不足的壓力。該用戶采納建議，錐形磨漿機(jī)改用雙金屬磨片杜絕了打齒現(xiàn)象，盤磨改用Ease fin疏解鰭多元合金磨片大幅度提高了打漿通過量，滿足了生產(chǎn)需要。

3.3案例三：Soft fin軟鰭磨片提高抗張強(qiáng)度

江河紙業(yè)某無碳原紙生產(chǎn)線，紙機(jī)提速后用漿量劇增，原用多臺Φ450 mm雙盤磨無法滿足供漿需求，改用2臺進(jìn)口Φ965 mm雙盤磨處理闊葉木漿，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電耗較高。與南通華嚴(yán)共同研究磨片優(yōu)化方案，最后確定使用Soft fn軟鰭多元合金磨片替代了進(jìn)口原裝磨片，僅需開1臺盤磨即可達(dá)到37oSR，無斷齒及鋸齒波浪形磨損，比磨漿能耗SRE(每t絕干纖維消耗的能量)降低60~80 kW·h/t，大幅降低了打漿電耗，原紙抗張指數(shù)提高10 N·m/g[3]。

3.4案例四：Broom fin掃帚鰭磨片降低能耗

冠軍紙業(yè)某輕型紙車間針葉木漿打漿線，原用1臺錐形磨漿機(jī)加2臺Φ600 mm雙盤磨串聯(lián)打漿。因為原來磨片經(jīng)常出現(xiàn)斷齒及鋸齒狀、波浪形劇烈磨損（見圖3），難以一次成漿，需長時間循環(huán)打漿以達(dá)到既定的打漿度和濕重指標(biāo)，導(dǎo)致打漿電耗高，且影響打漿勻度、打漿效率和穩(wěn)定性。南通華嚴(yán)根據(jù)該生產(chǎn)線具體情況，充分考慮用漿量、打漿時間、設(shè)備動力配置及管線分布等方面因素，配給Broomfn掃帚鰭多元合金磨片安裝于2臺Φ600 mm雙盤磨，關(guān)停錐形磨漿機(jī)(250 kW·h)，僅開2臺Φ600 mm雙盤磨漿機(jī)即可一次成漿，節(jié)省了大量電耗成本（見表2）；磨片整個使用周期磨損均勻、平整，打漿穩(wěn)定，未出現(xiàn)意外斷齒（見圖4） 。

圖3　原錐形磨片和D、G型磨片容易損壞、磨損不均勻

表2　針葉木漿打漿優(yōu)化前后參數(shù)對比

圖4　Broom fin掃帚鰭多元合金磨片降低了打漿能耗，磨損均勻、平整無斷齒

以上表格數(shù)據(jù)對比可見，優(yōu)化磨片后磨漿機(jī)打漿能力得到升級，循環(huán)打漿改為一次成漿后，該生產(chǎn)線輕型紙成紙指標(biāo)、紙機(jī)穩(wěn)定性有了進(jìn)一步提升；從節(jié)能角度來觀察效果很明顯，額定功率250 kW，按照最低運(yùn)行負(fù)載60%計算，每天打漿16 h，運(yùn)行300 d計算，峰、平、谷平均電價0.5元/kWh統(tǒng)計，全年至少可節(jié)省36萬元電耗成本[4]。

4　結(jié)束語

縱觀打漿設(shè)備的發(fā)展歷程和分類，磨漿機(jī)的變革主要來自于磨片這個核心元件的變革，沒有最好的磨漿機(jī)，只有最合適的磨漿機(jī)。通過四個案例的簡述，可以看到優(yōu)化磨片是最簡單的磨漿機(jī)升級方案，取得了良好的效果。大多數(shù)老生產(chǎn)線，可以先根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備系統(tǒng)和工藝指標(biāo)，通過優(yōu)化磨片這一途徑，來改善磨漿質(zhì)量，降低磨漿電耗，提高磨漿效率。這是最便捷的辦法，不存在設(shè)備投資風(fēng)險。當(dāng)然，筆者無意夸大優(yōu)化磨片的好處，也無意阻礙打漿設(shè)備的發(fā)展，希望高效節(jié)能的新型磨漿機(jī)能夠得到更廣泛的應(yīng)用。

［1］張輝，李忠正.盤式磨漿機(jī)技術(shù)研究進(jìn)展與趨勢［J］.中國造紙，2007，26（10）：41.

［2］張仲元.雙圓盤磨漿機(jī)的變革及發(fā)展情況［J］.上海造紙，1987：183.

［3］蔣小軍， 任紅銳， 尚慶武，等. Soft fin軟鰭磨片降低磨漿能耗 提高原紙抗張指數(shù)［C］.//第二屆中國造紙裝備發(fā)展論壇報告和論文專集， 高唐：中國造紙裝備發(fā)展論壇組委會秘書處，2013：168.

［4］蔣小軍，張迅，高峰，等.優(yōu)化磨片一次成漿降低電耗提高成紙品質(zhì)［J］.中國造紙學(xué)報，2014，29（增刊）：362.

蔣小軍高級工程師主要從事磨漿機(jī)理的研究和磨片設(shè)計、研發(fā)、應(yīng)用指導(dǎo)。

通訊地址：江蘇省南通市如東縣岔河鎮(zhèn)白石路8號，

電話：13222131116，E-mail：jindongzhiye@163.com

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（1. Nantong Huayan Casting Co.， Ltd. Refining Plate Research Center， Nantong 226403， Jiangsu，China；2.Nanjing Institute of Technology，Nanjing 211167， Jiangsu，China）

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