沈仲衡,丁忠建,卜獻鴻,李 帆,段春穩(wěn)
(1.四川省絲綢工程技術研究中心 四川成都 610031;2.海安縣蘇豪制絲有限公司 江蘇海安 226600)
煮繭工序是繅絲企業(yè)非常關鍵的一個環(huán)節(jié),煮繭質量的高低,直接影響到繅絲工序的產(chǎn)量、質量、消耗;直接影響到繅絲工序操作工人勞動強度的大小;也直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟效益,所以歷來受到行業(yè)的高度重視。
現(xiàn)代煮繭工藝及設備的研究,經(jīng)過不斷地改進,到20世紀50、60年代,以104籠為基本機型的長籠式煮繭機[1]為制絲企業(yè)的主要機型。隨著上世紀八十年代自動繅絲機在我國的迅速普及,長籠式煮繭機已經(jīng)不能很好地滿足自動繅絲的工藝要求。經(jīng)過不斷探索,“機外真空滲透+長籠式煮繭機”的組合逐漸成為現(xiàn)代制絲企業(yè)的主力機型。
不同地區(qū)、不同季別、不同莊口的蠶繭,會存在較大的繭質差異,即使經(jīng)過精選的同莊原料,也存在著繭形大小不同、繭層厚薄不勻、結構松緊不一、烘炕老嫩不勻、抗煮力強弱不同的粒間差異,同時因為多種影響因素,也存在著明顯的粒內差異。因此,要均勻煮熟繭層,就是要盡量消除蠶繭的粒間及粒內的煮繭差異。理想的煮繭處理方式是:在煮繭過程中,對一部分繭層厚、結構緊密、烘炕較老、絲膠膨潤溶解困難、抗煮力強的蠶繭(或蠶繭的某些部位)提高處理強度;而對另一些繭層較薄、結構疏松、烘炕較嫩、絲膠較易膨潤溶解、抗煮力弱的蠶繭(或蠶繭的某些部位)就要降低處理強度,常規(guī)煮繭是無法實現(xiàn)。
工藝技術路線是:先將蠶繭放入真空滲透設備中,完成真空滲透吸水,再將吸水后的蠶繭加入長籠煮繭機,完成吐水、煮熟、調整、保護、出繭。
由于蠶繭真空滲透時,吸水十分充分,繭腔基本沒有氣泡,所以,在吐水時段,單純依靠蒸汽升溫吐水是非常困難的。通過蒸煮室的觀察鏡可以看到:蠶繭在蒸煮室前段基本沒有吐水,在蒸煮室后段才能看到部分繭腔吐水。實際上,在蒸煮過程中,蠶繭是處于一邊吐水一邊升溫煮熟的狀態(tài)中,直到進入調整部,都不能吐盡繭腔吸水。從蒸煮時間方面分析,繭籠在蒸煮區(qū)的運行時間為100~160秒之間,在蒸煮室前半段,蠶繭處于初始升溫吐水階段,蠶繭蒸煮作用很??;主要在蒸煮室后半段,有效蒸煮時間在50~80秒之間,繭腔吐水還沒結束,繭籠已進入調整部。因此,蠶繭在蒸煮室的蒸煮是很不充分的。
從蠶繭受熱情況來看,蠶繭在受熱吐水過程中,蠶繭下部位先吐完水,受蒸汽作用強;繭層疏松的蠶繭(或蠶繭的某些部位)吐水快,受蒸汽作用強;而這些先吐完水的蠶繭(或某些部位)可能恰恰是需要降低蒸煮處理強度的;此外,烘炕不勻的蠶繭也需要不同的處理強度。這就會出現(xiàn)以下選擇:一種是蒸煮段只滿足易煮熟蠶繭(或某些部位)的蒸煮條件,其余蠶繭(或某些部位)就會偏生;另一種是蒸煮段滿足不易煮熟蠶繭(或某些部位)的蒸煮條件,其余蠶繭(或某些部位)就會偏熟。長籠式煮繭機因結構及工藝技術的限制,無法兼顧不同的處理強度,因此,蠶繭的煮熟程度是很不均勻的。
從上述分析及生產(chǎn)實踐可以確定:“機外真空滲透+長籠式煮繭機”的組合工藝,對蠶繭的蒸煮處理是既不充分,也不均勻。
為了彌補長籠煮繭機煮熟程度的不充分、不均勻,日本在20世紀70年代,上對長籠式煮繭機進行了多種技術改進,最終用于生產(chǎn)的是V型煮繭機[2]。為補充煮熟,將調整部改為V型槽,以提高調整段前部溫度,降低調整段后部溫度。國內曾于20世紀80年代從日本引進了這種V型煮繭機,以后也有廠家仿制或改進了這種V型煮繭機。根據(jù)對多家使用V型煮繭機的廠家的現(xiàn)場調查,V型煮繭機對提高煮繭質量并沒有多少作用,究其原因,還是因為在蒸煮段不能充分、均勻地煮熟繭層,難以在調整段完全彌補。多數(shù)用戶認為:V型煮繭機只對很少原料有作用,大多情況下,反而增加了萬米吊糙,增大了繅折。因此,不少用戶都不再使用V型煮繭機。
由于“機外真空滲透+長籠式煮繭機”的組合工藝不能很好地滿足自動繅絲的工藝要求,部分地區(qū)、部分廠家,處于降低繅折、減輕煮繭工序勞動強度等方面的考慮,不再使用“機外真空滲透+長籠式煮繭機”的組合式煮繭機,原料繭只經(jīng)過真空滲透后,就直接供給自動繅絲機。特別是對于鮮繭繅絲,更是只用真空滲透處理后,直接繅絲。
由于真空滲透溫度相對較低,時間較短,加之前述蠶繭存在的粒間、粒內的繭質差異,因此只經(jīng)過真空滲透的干繭,絲膠膨潤是很不充分、很不均勻的,只能在繅絲機車頭進行補充煮熟,而繅絲機車頭的煮熟條件比長籠式煮繭機有很大的差距,因此必然造成蠶繭煮熟很不充分、很不均勻的結果,如此,對解舒造成不良影響,增加了繅絲工序車頭工、擋車工等操作工的勞動強度,同時影響生絲的抱合、清潔、潔凈等質量,嚴重降低了生絲的品質,降低了企業(yè)的經(jīng)濟效益。
由于鮮繭沒有經(jīng)過烘炕,繭絲離解相對容易,因此,單純采用真空滲透處理后的鮮繭,在繅絲現(xiàn)場沒有出現(xiàn)大的問題。但是,只經(jīng)過真空滲透的鮮繭,絲膠膨潤還是不充分、不均勻的,對生絲質量的最大影響是抱合較差,生絲品質下降,影響了企業(yè)的經(jīng)濟效益。而且因為絲膠膨潤程度的不充分、不均勻,也需要在繅絲機車頭進行不充分、不均勻的“煮熟”,造成生絲含膠量的明顯差異。特別是在生絲浸泡后抱合成績急劇下降。從表1可以看出,在沒有經(jīng)過泡絲之前,抱合成績沒有明顯差別,但經(jīng)過經(jīng)緯浸泡后,抱合成績急劇下降,在織造過程中,會導致一根生絲分成多股繭絲,斷頭率增加等病疵;在染色過程中,會產(chǎn)生色不均病疵,給織造、印染工序帶來很大困難[3]
表1 江蘇、四川、廣西某廠生絲浸泡前后抱合檢測成績
多年來,業(yè)界對煮繭技術的追求,就是充分、均勻煮熟繭層。在工藝技術方面,首要解決的難題就是:在蠶繭蒸煮前,盡量讓繭層充分吸水、繭腔吐水充分,繭腔不含水(或少含水)。而現(xiàn)有的煮繭技術是無法解決這一難題的。
四川省絲綢科學研究院經(jīng)過多年研究、攻關,通過改變蒸汽能量傳遞方法,解決了繭腔吐水難題,實現(xiàn)了繭腔不含水(或少含水)。在專門研制的密封容器中,通過真空滲透,讓蠶繭充分吸水,然后通過排水、在吐水過程中,采用“真空+蒸汽”方式,向蠶繭四周均勻吐水,達到了保留繭層含水,控制繭腔含水的效果,向蠶繭四周均勻吐水,實現(xiàn)了業(yè)界同仁多年的夢想,是煮繭工藝的重大技術突破,為均勻煮熟繭層提供了技術保障。
煮繭的目的,就是采用適當?shù)募夹g手段,使繭層絲膠適度膨潤、溶解,達到繅絲時繭絲能順利離解、減少糙類、提高清潔、潔凈,并形成抱合良好的生絲。煮繭技術的關鍵,就是使不同性狀的繭絲絲膠都能達到符合要求的膨潤、溶解狀態(tài)。
3.3.1減壓煮繭工藝技術路線
減壓煮繭工藝技術路線與目前普遍應用的“機外真空滲透+長籠式煮繭機”組合技術路線相似,也有五個主要環(huán)節(jié):真空滲透吸水—繭腔吐水—繭層煮熟—調整吸水—保護出繭。關鍵是二者技術手段不同,處理效果顯著不同。
3.3.2減壓煮繭關鍵技術
一是在完成減壓(真空)吸水后,進行繭腔減壓吐水,實現(xiàn)繭層含水、繭腔不含水(或少含水)的狀態(tài),這與長籠式煮繭機的蒸汽吐水有顯著的區(qū)別。減壓吐水的優(yōu)點是:可以控制在需要的溫度條件下完成繭腔吐水,可以控制蠶繭的吐水程度(控制繭層含水率),一般吐水溫度在50-70℃,而長籠煮繭機的吐水溫度達到95-100℃[4]。因此,減壓吐水可以避免單純高溫蒸汽吐水造成部分蠶繭、部分部位,特別是蠶繭外層絲膠過度膨潤、溶失的困境,從而為蠶繭均勻煮熟提供良好的繭層含水條件;
二是在蒸煮時,始終在負圧狀態(tài)下對含水繭層進行雙向蒸汽蒸煮,由于在蒸煮時,減壓煮繭機內部處于負壓狀態(tài),從而確保蒸汽能迅速擴散,迅速滲透到繭層的各個部位,有利均勻煮熟繭層。
特別之處,減壓煮繭機可根據(jù)原料性能,設置合適的蒸煮時間、控制繭層適當?shù)暮?,設置合適的最高蒸煮溫度,以達到繭層絲膠需要的膨潤、溶解的最佳溫濕度。由于在蒸煮后期只有繭層含水,沒有繭腔含水,即使有稍微過度的蒸煮(相對于常規(guī)煮繭概念),可能出現(xiàn)繭層部分絲膠過度膨潤,但不會出現(xiàn)絲膠過度溶失。稍微過度的蒸煮,有利于使抗煮性強的絲膠得到較好的膨潤,從而提高解舒、提高潔凈成績。因此,減壓煮繭可以比常規(guī)煮繭機煮熟更充分。
3.3.3提高了對原料的適應性
減壓煮繭機應用正常的煮繭工藝,可以比較充分、比較均勻地煮熟蠶繭。大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)證實,減壓煮繭機比常規(guī)的“機外真空滲透(不煮繭)”及“機外真空滲透+長籠式煮繭機”組合有更好的工藝性能,通??梢蕴岣呓馐媛?~3%、減小繅折3~8kg、減少萬米吊糙0.2~1.0次,提高潔凈0.3-0.8分,效果顯著。
對于繭質特性開差較大、比較抗煮的原料,適當降低繭層含水率,適當增加蒸煮強度,有的工廠甚至使用了101-102℃的高溫蒸煮,使常規(guī)煮繭難以膨潤的絲膠,也得到很好的處理,提高了潔凈成績。稍微過度的蒸煮,可能會導致抗煮性弱的絲膠過度膨潤,減壓煮繭技術可以在蒸煮結束后,通過減壓降溫處理,適當降低蠶繭溫度,使過度膨潤的絲膠適當凝固。還可以調節(jié)蒸煮后的吸水溫度,在負壓狀態(tài)下吸水,水溫可以在35~60℃范圍內調節(jié),不會產(chǎn)生癟繭。通過這樣的技術手段來控制繭層絲膠的膨潤、溶解程度,從而使蠶繭達到合適的煮熟程度。對于繭質特性開差較大、不太抗煮的原料,可適當增加繭層含水率,適當降低蒸煮強度,控制蠶繭達到合適的煮熟程度。
因此,減壓煮繭技術可以較好的兼顧不同性狀的繭絲對蒸煮的要求,確保各部位蠶繭煮熟更加充分、更加均勻。
減壓煮繭機是四川省絲綢科學研究院歷經(jīng)十余年的研究成果。從1994年~2006年,在完成小試、中試的基礎上,開始生產(chǎn)應用,通過繅絲企業(yè)較長時間的生產(chǎn)應用,在提高解舒、降低繅折、減少萬米吊糙方面都有較好的體現(xiàn),證實了減壓煮繭技術的先進性、實用性。稍顯不足的是潔凈成績基本持平,沒有明顯的效果。
從2007年1月~2017年7月,在此期間,應用廠家已推廣到全國11個省市,經(jīng)過長期、大量的生產(chǎn)應用,對工藝技術路線及設備性能不斷優(yōu)化完善,完成了減壓煮繭機工藝技術路線及設備的定型。
4.2.1工藝路線方面
滲透工藝:早期的滲透工藝是一次滲透,后來針對不同地區(qū)、不同季別的原料,開發(fā)了二次滲透工藝,擴大了滲透工藝對不同原料的適應性,用戶可以根據(jù)原料特性,自主選用一次滲透或二次滲透;
吐水工藝:早期的吐水工藝是單純的負壓吐水,吐水時間長,繭層含水量不易掌控。經(jīng)過多次試驗,采用“減壓(真空)+定向蒸汽升溫”技術,可以大大縮短吐水時間,還可較好的調控繭層含水量和吐水溫度,提高了吐水質量。特別明顯的事例是:江蘇海安縣蘇豪制絲有限公司在長期的生產(chǎn)應用中總結出:通過控制吐水時間、吐水溫度,可以較好的控制繭層含水率,從而為充分、均勻煮熟繭層提供良好的技術支持。由于控制好了繭層含水率,該公司在2014年全年生產(chǎn)中,潔凈成績明顯提高,全年生絲質量達到5A以上,大部分達到了6A級,為全面提高減壓煮繭機的工藝性能做出了突出的貢獻。
蒸煮工藝:早期的蒸煮工藝采用傳統(tǒng)長籠煮繭機的升溫方法,通過控制蒸汽壓力、蒸煮時間,來控制煮熟程度。后來發(fā)現(xiàn)很多工廠蒸汽壓力不穩(wěn)定,造成煮熟程度差異較大。經(jīng)過自控程序改進,可以既控制蒸煮時間,又控制蒸煮溫度,明顯提高了蒸煮質量。新的蒸煮工藝,不論蒸煮時蒸汽壓力大小,只要達到設定的蒸煮溫度,程序就自動轉入下一個處理時段,較好的穩(wěn)定了煮熟程度,提高了煮繭質量。大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明,在蒸煮時段,蒸汽壓力過大(例如超過0.4Mpa)或過小(例如小于0.1Mpa),都會對煮熟程度造成影響,經(jīng)驗數(shù)據(jù)是:蒸汽壓力在0.20~0.30 Mpa之間,煮繭質量最穩(wěn)定。
調整吸水工藝:早期的調整工藝比較單一,基本上采用傳統(tǒng)的逐步降溫法。后來根據(jù)生產(chǎn)需要,多次改進,新的調整工藝可以根據(jù)原料特性,設定多種調整路線,對降溫速度、桶湯濃度、緒絲量大小、出繭溫度都有相應的工藝技術,可以更好的實現(xiàn)調整目的。
提高工藝路線的適應性:早期的煮繭工藝路線比較單一,經(jīng)過長期、大量的生產(chǎn)應用,針對不同地區(qū)、不同季別的原料,開發(fā)了相應的煮繭工藝。用戶可以根據(jù)原料性能,設計更好的工藝路線。例如:通過選取不同的工藝參數(shù),可以實現(xiàn)重點以提高解舒為主、以降低繅折為主、以提高潔凈成績?yōu)橹鳌⒁詼p少萬米吊糙為主的目標。也可以統(tǒng)籌兼顧,設計更好的工藝路線,更好的提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。
工藝路線優(yōu)化:經(jīng)過對前期多種工藝路線的反復優(yōu)化、融合,最終確定了優(yōu)化的減壓煮繭工藝,即“20170923減壓煮繭工藝”(簡稱“2017工藝”),并在不同地區(qū)的企業(yè)進行試驗、推廣應用,效果顯著。該工藝程序包含了適應不同原料的煮繭方法。生產(chǎn)應用證明:新工藝路線工藝參數(shù)設置更全面,通過選取不同的參數(shù)組合,能實現(xiàn)不同的工藝路線,因此能更全面適應不同地區(qū)、不同季別的原料。2017工藝給用戶建議各個工藝參數(shù)的優(yōu)選范圍,使用戶可以結合原料特性,較快的選出較好的工藝路線,獲得較好的煮繭質量。
用戶在掌握了減壓煮繭的基本原理后,可以進行優(yōu)選工藝參數(shù),做好生產(chǎn)記錄,經(jīng)過適當積累經(jīng)驗,就能較快的掌握工藝參數(shù)的優(yōu)選技巧,提高生產(chǎn)效率。
由于減壓煮繭機的全部工藝參數(shù)都已實現(xiàn)了數(shù)字化管理,所以工藝參數(shù)的優(yōu)選比較方便快捷。特別是,如果已有之前的工藝記錄,可將以前的參數(shù)作為參考,只需將主要的參數(shù)(通常5~8個)進行改動,新的工藝就確定了。如果效果不滿意,可以對主要參數(shù)再改動(按優(yōu)選法優(yōu)選參數(shù)),很快就能找到較好的工藝路線。
4.2.2 機械設備及自動控制方面
機械方面:
在初始應用階段,考慮到設備應該滿足多種工藝路線的要求,因此對小試設備及中試設備根據(jù)不同工藝路線的要求,進行了反復的修改,確定了設備的基本結構及配置。在推廣應用階段,經(jīng)過多家工廠長期生產(chǎn)應用,對設備的加工工藝、結構、材質進行了多次優(yōu)化。在加工工藝方面,最大程度提高標準化加工水平,提高機械化加工水平,提高模具化裝配水平。在設備結構方面,盡量提高結構的多功能性,提高結構的穩(wěn)定可靠性。在材質方面,初始階段只在關鍵結構使用優(yōu)質的材料,后期,在主要結構使用優(yōu)質材料,現(xiàn)在,主機全部使用優(yōu)質材料。經(jīng)過一系列改進,減壓煮繭機的機械性能有了很大提升,設備運轉平穩(wěn)、可靠,保養(yǎng)、維修方便,維護工時減少,維護零部件費用大幅下降。據(jù)四川某工廠對近5年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計,在同等生產(chǎn)規(guī)模,減壓煮繭機的設備維修費用減少50%以上,日常的維護保養(yǎng)也比長籠煮繭機輕松,因此受到用戶的一致好評。
圖1 減壓煮繭機生產(chǎn)裝配線
自動控制方面:
針對傳統(tǒng)煮繭工序多、工藝參數(shù)不穩(wěn)定、手動操作多、人工控制不準確的落后現(xiàn)狀,在減壓煮繭機上應用PLC控制技術,設計編寫了減壓煮繭機自控程序;通過對目標參數(shù)設定、采集、比對,按照時序控制原則進行自動控制,實現(xiàn)了自動化煮繭。減壓煮繭機自控程序自動化程度高、運行穩(wěn)定、工藝參數(shù)控制準確、工藝參數(shù)修改方便、實現(xiàn)了數(shù)字化管理,每一個工藝參數(shù)都可以精確設置,為優(yōu)化煮繭工藝提供了方便、快捷、準確的技術手段。
圖2 減壓煮繭機控制箱
以近十年的工廠生產(chǎn)應用數(shù)據(jù)證實,減壓煮繭機的性能明顯優(yōu)于“機外真空滲透+長籠煮繭機”,目前已經(jīng)有11個省市(江蘇、浙江、山東、安徽、陜西、江西、廣東、廣西、四川、重慶、云南)的數(shù)十家工廠在使用減壓煮繭機,產(chǎn)生的經(jīng)濟效益與社會效益都十分明顯。
在經(jīng)濟效益方面,由于解舒提高、繅折降低、萬米吊糙減少、潔凈提高以及蒸汽用量大幅減少,給繅絲企業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟效益。根據(jù)多家企業(yè)的生產(chǎn)數(shù)據(jù),應用減壓煮繭技術,提高生產(chǎn)效率,減小繅折,提高潔凈成績,噸絲增加效益0.8-1.8萬元。在社會效益方面,由于大幅減少了蒸汽及水的用量,減少了廢氣、廢水排放量,為企業(yè)節(jié)能減排作出了十分明顯的貢獻。而且由于自動化程度提高,日常的維護保養(yǎng)比較輕松、方便,減輕了工人勞動強度,受到操作工人的歡迎。
表2 永川絲廠2010年11、12月減壓煮繭繅折對比成績 單位:kg
1、清潔成績對比,單位:分
表3 內江松林絲廠2011年3~8月份生產(chǎn)成績對比
2、潔凈成績對比,單位:分
生產(chǎn)日期及潔凈成績煮繭類型減壓煮繭長籠煮繭繅絲機臺1、2 3~8結論成績對比4月92.61 92.75-0.14 5月92.46 92.32+0.14 6月93.07 92.90+0.17 7月92.94 92.49+0.45 8月93.17 92.64+0.53有提高
3、繅折成績對比,單位:kg
繅折成績對比分析:
1、3月份1~8組都用“機外真空滲透+長籠式煮繭機”,1、2組的平均繅折比3~8組的平均繅折大1.28kg;
2、4月份1、2組從4月9日開始使用減壓煮繭機,統(tǒng)計成績有8天為“機外真空滲透+長籠式煮繭機”成績,9天為減壓煮繭機成績。3~8組仍使用“機外真空滲透+長籠式煮繭機”,1、2組的平均繅折比3~8組的平均繅折小1.35kg;
3、5、6、7、8月份1、2組使用減壓煮繭機,3~8組使用“機外真空滲透+長籠式煮繭機”,1、2組的平均繅折比3~8組的平均繅折小4.70kg;
由以上統(tǒng)計對比分析,可得出如下結論:應用減壓煮繭機后,清潔成績略有提高,潔凈成績有提高,繅折可減小4~5kg。
2011年8月以后,該企業(yè)淘汰原有的“真空滲透+長籠煮繭機”設備,全部換用4臺減壓煮繭機。
表4 廣東信達繭絲綢股份有限公司新舊機煮繭試樣成績對比表
結論:在10個工作日用同莊原料試樣,將10天成績平均計算為上表成績。應用減壓煮繭機可以提高解舒,降低繅折,減少萬米吊。
該公司技術人員特別說明:繅折的大幅降低,是因為索理緒效率提高,緒絲量減少,蛹襯率降低。十天的檢測結果,平均一繭絲長增加了50-100米。此后,該公司淘汰了原有的“真空滲透+長籠煮繭機”生產(chǎn)線,全部換為減壓煮繭機。
表5 山東郯城某企業(yè)鮮繭煮繭對比
備注:1、經(jīng)過減壓煮繭,幾乎沒有癟繭,直接真空滲透的老設備有5-8%的癟繭;
2、解舒率顯著提高:提高9.1%;
3、原料繅折:從適煮的工藝5與工藝1相比,鮮繭的繅折降低5.19kg,干繭折合(烘折2.2)2.35kg;
4、實際生產(chǎn)萬米吊糙: 20/22春繭萬米吊糙:1.83秋繭27/29萬米吊糙:3.06,效果顯著,檔車工反應良好;絲片上的雪糙減少明顯。
目前該企業(yè)生產(chǎn)的生絲,可以滿足有梭織機經(jīng)線生絲質量要求。
減壓煮繭技術為繅絲企業(yè)提供了一個全新的技術進步手段,經(jīng)過大量工廠應用實踐證明,減壓煮繭技術有顯著的經(jīng)濟、社會效益,隨著減壓煮繭機的不斷推廣應用,工廠的技術水平將不斷提高,必將創(chuàng)造更好的經(jīng)濟效益和社會效益。減壓煮繭技術一定會為制絲行業(yè)的進步和發(fā)展作出更大的貢獻。參考文獻:
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