蔣小軍嚴　震蔣思蒙（.南通華嚴鑄造有限公司 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

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（1.南通華嚴鑄造有限公司 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。南通華嚴磨片研究中心整合對于磨漿機結(jié)構(gòu)和打漿機理的研究，通過所列四個磨漿機升級案例，倡導(dǎo)化繁為簡的打漿優(yōu)化理念，提出最簡單的磨漿機升級方法即優(yōu)化磨片。

打漿設(shè)備磨漿機優(yōu)化磨片升級磨漿機打漿電耗

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，去改進紙機、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。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、Jordan、Claflin和SDR磨漿機，也有新型的DDR和Conflo磨漿機。其中大多還是較早期的磨漿機，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)有磨漿機不能滿足原料、產(chǎn)量或質(zhì)量的需求時，就面臨磨漿機選型和升級的抉擇，時常困擾于選用什么樣的磨漿機？如何升級磨漿機？

南通華嚴磨片研究中心專注研究各種磨漿機的結(jié)構(gòu)設(shè)計與打漿機理，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)用分析和認知誤區(qū)，通過幾則磨漿機升級案例，介紹優(yōu)化磨片來升級磨漿機的簡單辦法。

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，西班牙開始使用水力搗漿機；17世紀末，荷蘭人發(fā)明了可間歇分解碎布和打漿的槽式打漿機，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。19世紀，英國人Jordan發(fā)明了小錐度磨漿機（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）磨漿機和中錐度Conflo 型磨漿機。1920年，1臺原本用于磨碎糧食的盤磨機作了濕磨改進，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、圓柱磨漿機、錐形磨漿機相比，圓盤磨漿機的刀盤與軸垂直，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

圖2：Claflin型大錐度磨漿機

我國在20世紀50年代后期才開始使用盤磨機打漿，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，上海輕機二廠根據(jù)B.C公司樣機試制成功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。

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，其中磨漿機的應(yīng)用最廣泛。從結(jié)構(gòu)形式分為單圓盤磨漿機、雙圓盤磨漿機、單錐形磨漿機、雙錐形磨漿機、單圓柱磨漿機、雙圓柱磨漿機（見表1）。從磨漿濃度分為低濃磨漿機、中濃磨漿機和高濃磨漿機。上述無論哪種磨漿機，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)變換運行功率、流量、壓力、漿料濃度及調(diào)換不同齒形的磨片，以達到所需工藝指標。

表1：打（磨）漿設(shè)備一覽表

2　磨漿機選型的爭議和誤區(qū)

很多特種紙廠在磨漿機選型或確定升級方案時，因為對打漿機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、互相矛盾的磨漿機選型的爭議焦點:

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

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

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

（4）效率和能耗的爭議?？v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。介紹中濃磨漿機比低濃磨漿機打漿更加節(jié)能的資料很多，同時闡述低濃打漿優(yōu)勢的文獻也比比皆是。

（6）其他爭議。此外還有磨漿機串聯(lián)數(shù)量的爭議，磨漿機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{機升級決策，很多項目中新升級磨漿機并沒有達到預(yù)期的目標。

3　優(yōu)化磨片升級磨漿機

對于磨漿機的型號，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，磨片是磨漿機最核心的元件，磨片是決定磨漿機效率的關(guān)鍵因素。南通華嚴磨片研究中心分析了眾多紙廠成功的和失敗的磨漿機升級案例，得出的結(jié)論是:除非現(xiàn)有磨漿機存在嚴重缺陷性故障，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，大多可先通過優(yōu)化磨片來升級磨漿機。

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，以下介紹四個磨漿機升級案例，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，無法達到給定的切斷效果，需長時間循環(huán)打漿才能使?jié)裰剡_標，但是打漿度過高，紙漿濾水速度慢，嚴重影響了生產(chǎn)的穩(wěn)定性和成紙的品質(zhì)。該特紙公司已經(jīng)做好用錐形磨漿機替換這3臺盤磨的最壞打算，經(jīng)南通華嚴磨片研究中心遠程診斷打漿情況后，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，一次性達到打漿度和濕重指標。

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。華嚴磨片研究中心進行了分析和計算，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度

江河紙業(yè)某無碳原紙生產(chǎn)線，紙機提速后用漿量劇增，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口原裝磨片，僅需開1臺盤磨即可達到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)打漿以達到既定的打漿度和濕重指標，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(250 kW·h)，僅開2臺Φ600 mm雙盤磨漿機即可一次成漿，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、紙機穩(wěn)定性有了進一步提升；從節(jié)能角度來觀察效果很明顯，額定功率250 kW，按照最低運行負載60%計算，每天打漿16 h，運行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，只有最合適的磨漿機。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，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)能的新型磨漿機能夠得到更廣泛的應(yīng)用。

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

［2］張仲元.雙圓盤磨漿機的變革及發(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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JIANG Xiaojun1YAN Zhen1JIANG Simeng1、2
（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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