Факторы, влияющие на процесс дефибрирования

Качеcтво балансов и их загрузка.Правильность выбора условий дефибрирования применительно к качеству балансов чрезвычайно важна и основывается большей частью на многолетнем производственном опыте.

Изменение влажности, сильная сучковатость или ороговение, резкие изменения в объемной массе, в соотношении весенней и летней древесины влияют на качественные показатели ДМ и должны учитываться при выборе режима дефибрирования.

Наиболее пригодна для производства ДДМ выдержанная древесина с влажностью 40 – 42 % (не менее 30 – 35 %, т.е. выше критической точки насыщения клеточных оболочек). На предприятиях при переходе с выдержанного зимнего баланса влажностью 38 – 43 % на сплавной (прямо с воды) влажностью 48 – 53 % (в весенне-летний период) для получения доброкачественной, хорошо разработанной массы приходится изменять весь режим дефибрирования. В переходный период приходится снижать производительность дефибреров на 10 – 15 %, что ведет к росту удельного расхода энергии на дефибрирование. Необходимость снижения нагрузки на дефибреры объясняется сравнительно легким отделением от влажной древесины пучков волокон, обусловливающим получение более грубой массы. Для получения ДМ требуемого качества без снижения производительности дефибрера в весенне-летний период режим дефибрирования изменяется следующим образом: глубина насечки камня уменьшается на 0,1 – 0,2 мм по сравнению с глубиной насечки в зимний период; применяются камни меньшей средней зернистости; для насечки камня используются спиральные шарошки повышенного номера (№9 или 10). Для сохранения производительности на неизменном уровне дефибрирование ведут при несколько повышенном удельном давлении древесины на камень.

При дефибрировании баланса небольшой влажности (ниже 25 – 30 %) следует применять камни повышенной средней зернистости и более крупные шарошки для насечки; при этом нагрузка на дефибрер должна быть снижена.

Для дефибрирования сухого баланса более пригодны кварцево-цементные камни, чем керамические, а для влажного баланса одинаково пригодны и те, и другие камни.

Сучковатый баланс второго сорта вызывает увеличение удельного расхода энергии на 20 – 35% и соответственно уменьшение производительности дефибрера, понижение прочности массы, быстрое затупление и неравномерный износ камня.

Большое влияние на качество ДМ оказывает соотношение весенней и летней древесины. У весенней древесины волокна имеют тонкие стенки, они легче подвергаются фибриллированию при дефибрировании и выработанная из такой ДМ бумага имеет повышенную массу, высокую прочность и гладкую поверхность, тогда как из массы, полученной при дефибрировании древесины с преобладанием летних волокон, бумага получается грубая и рыхлая.

На постоянство качества ДМ, а также производительность дефибрера существенное влияние оказывает правильная загрузка балансов в шахту (прессовую коробку) дефибрера. Балансы должны укладываться параллельно оси камня. К цепям дефибрера не следует укладывать короткомерные балансы и балансы, имеющие кривизну. Укладка балансов должна быть плотной, чтобы при продвижении вниз бревна не вызывали заклиниваний.

Нельзя допускать уменьшение высоты загруженных в шахту бревен ниже установленного уровня (ниже 0,5 м от пола второго этажа). При механической загрузке дефибрера в случае низко опущенного уровня в шахте загружаемые бревна могут ложиться неправильно и вызывать заклинивание, снижение производительности и ухудшение качества массы.

Окружная скорость дефибрерного камня. Окружная скорость дефибрерного камня является важным фактором, влияющим на работу дефибрера. При постоянном давлении древесины на камень увеличение окружной скорости ведет к повышению потребляемой мощности и производительности дефибрера. У дефибреров производительностью 40 – 45 т/сут окружная скорость камня принимается не ниже 23,5 м/с. Современной тенденцией, позволяющей повысить производительность дефибреров, является увеличение окружной скорости до 30 – 50 м/с. Повышенные окружные скорости применяются при безванном дефибрировании, позволяющем существенно повысить производительность дефибрера без снижения качества массы. Так как число оборотов электродвигателя у современных постоянно, окружная скорость в процессе работы несколько снижается за счет уменьшения диаметра камня в результате его износа. С уменьшением диаметра камня снижается производительность дефибрера. Для обеспечения постоянства производительности может быть увеличена нагрузка на камень за счет повышения удельного давления или увеличения насечки.

Удельное давление на поверхности дефибрерного камня.Удельное давление древесины на поверхности камня находится в пределах от 6·10⁴ (в дефибрерах старого типа) до 36·10⁴ Па (в современных). Между удельным давлением, нагрузкой двигателя и скоростью подачи балансов (производительностью) существует прямая взаимосвязь. С увеличением скорости подачи балансов без изменения поверхности камня удельное давление и нагрузка возрастают. Степень помола массы и разрывная длина с повышением нагрузки снижаются, содержание мелкого волокна уменьшается, а грубого – возрастает. Повышение удельного давления влияет на свойства массы аналогично увеличению насечки камня, поэтому для получения качественной древесной массы при большем удельном давлении снижают глубину насечки и применяют шарошки более высоких номеров.

При работе дефибрера удельное давление нужно подбирать так, чтобы мощность двигателя использовалась полностью.

Вид рабочей поверхности дефибрерного камня. Процесс дефибрирования зависит от формы и размеров абразивных зерен, распределения их на поверхности камня, свойств камня, характера обработки его поверхности – насечки.

Размеры абразивных зерен определяют зернистость дефибрерного камня. Под зернистостью понимается средний размер (диаметр) преобладающей фракции абразивных зерен, выраженный в миллиметрах. Кварцево-цементные камни различают по зернистости следующим образом: мелкозернистые (0,25 – 0,35 мм), среднезернистые (0,4 – 0,5 мм), крупнозернистые (0,6 – 1,2 мм). Керамические камни относят к крупнозернистым с зернистостью 0,3 мм и выше, к среднезернистым – 0,25 мм и к мелкозернистым – 0,2 мм. Зернистость камней подбирается в зависимости от вида ДМ с учетом длины дуги истирания и удельного давления, применяемого при дефибрировании. Крупнозернистые камни при прочих равных условиях дают более садкую массу, чем средне- и мелкозернистые. Камни с меньшей зернистостью применяются для получения массы с высокой степенью помола.

В процессе работы поверхность камня подвергается обработке – насечке специальным инструментом (шарошкой). В результате насечки на поверхности камня образуются спирально расположенные канавки. С увеличением глубины канавок эффективная поверхность дефибрирования снижается и возрастает удельное давление. В результате влияния кромок канавок усиливается режущее действие камня, а в массе увеличивается содержание пучков волокон и щепочек, снижаются степень помола и механическая прочность массы, снижается удельный расход энергии, а производительность дефибрера возрастает.

Большое влияние на производительность дефибреров и качество ДМ оказывает продолжительность работы камня от момента насечки. В первый период, после насечки, качество массы снижается, так как камень оказывает в основном режущее воздействие. Температура в зоне дефибрирования падает. В ДМ преобладают короткие, жесткие обрубленные волокна. Прочность отливок из такой массы низкая.

Во второй период режущее действие камня постепенно сменяется размолом. Температура в зоне дефибрирования повышается. Волокна становятся более длинными и гибкими. Третий период характеризуется увеличением степени помола в сочетании с повышением прочности отливок.

В заключительный четвертый период резко повышается жирность массы, что свидетельствует о необходимости новой насечки камня. Производительность дефибрера после насечки имеет максимальное значение, а затем уменьшается с течением времени работы от насечки камня.

Такие изменения в качестве ДМ в интервалах между насечками не позволяют производить насечку одновременно на нескольких дефибрерах. По этой же причине легче регулировать качество массы, когда в работе находится большое количество дефибреров.

В зависимости от твердости кварцево-цементных камней и от глубины насечки интервал между насечками составляет 8 – 24 часа.

Керамические камни обычно насекают один раз в 5 – 7 суток, а иногда и реже.

Наибольшая глубина погружения камня в массу, высокое давление оборотной воды в спрысках и низкая смолистость древесины увеличивают интервал между насечками.

Температура и концентрация массы в ванне, температура оборотной воды.Температура и концентрация массы в ванне, температура оборотной воды взаимосвязаны с температурой в зоне дефибрирования. Увеличение концентрации массы в ванне при постоянной температуре оборотной воды приводит к повышению температуры в зоне дефибрирования. При повышении концентрации массы в ванне должна быть обеспечена хорошая очистка поверхности камня, так как возрастает унос волокна из ванны на повторное дефибрирование и в результате увеличивается содержание мелочи, снижается производительность дефибрера и повышается удельный расход энергии. Вместе с тем повышение температуры в зоне дефибрирования способствует пластификации лигнина, а, следовательно (при хорошей очистке поверхности камня), улучшению качества массы, повышению производительности дефибрера и уменьшению расхода энергии. При постоянной концентрации массы в ванне температуру в зоне дефибрирования можно повысить за счет увеличения температуры оборотной воды. Этот способ является наиболее целесообразным, так как повышение температуры за счет концентрации осложняет процесс очистки камня.

При холодном дефибрировании температура оборотной воды не превышает 30 ºС, температура массы в ванне дефибрера 35 – 40 ºС, а концентрация массы 3,5 – 4,0 %. Холодное дефибрирование обычно применяется при производстве бурой ДМ, где требуется постоянное обновление оборотной воды из-за накопления в ней органических кислот.

При производстве ДДМ этот способ дефибрирования, не применяется, так как масса получается коротковолокнистая, с большим содержанием рубленных волокон, низкой прочности.

При горячем густом (70 – 75º С, концентрация более 2,5%) и горячем жидком (70 – 75 ºС, концентрация менее 2,5%) дефибрировании получается длинноволокнистая масса с хорошо разработанными волокнами. Самые лучшие результаты дефибрирования, с точки зрения качества массы, производительности и удельных затрат энергии, достигаются при горячем жидком дефибрировании. Температура оборотной воды при этом 55 – 65 ºС.

Существует ошибочное мнение, что жидкое дефибрирование должно обеспечить получение массы высокого качества и из сухого баланса. Однако при дефибрировании действие воды, содержащейся в самой древесине (внутренняя влага), значительно отличается от действия той воды, которая перебрасывается вместе с волокнами из ванны в зону дефибрирования (внешняя вода). Последняя также способствует процессу пластификации волокон, но основная ее роль заключается в создании в зоне дефибрирования такой концентрации массы (8 – 10%), чтобы вторичный процесс размола (рафинирования) волокон протекал в оптимальных условиях.

Глубина погружения камня в массу. Дефибрирование древесины осуществляют двумя способами: с погружением камня в массу и без погружения (безванный способ). При работе по первому способу глубина погружения значительно влияет на качество массы, производительность и удельный расход энергии. С увеличением глубины погружения камня повышается количество массы, рециркулирующей в зону дефибрирования, что ведет к увеличению содержания мелочи в массе, степени помола и разрывной длины. При этом производительность дефибрера снижается, а удельный расход энергии возрастает.

Концентрация массы в ванне и глубина погружения камня взаимосвязаны. При недостаточной глубине погружения концентрация в зоне дефибрирования может резко возрасти, и в результате произойдет подгар древесины. При понижении концентрации массы глубина погружения камня обычно уменьшается, так как излишнее поступление жидкости в зону дефибрирования может снизить температуру, в результате чего снизится качество массы. На практике глубина погружения подбирается экспериментально в зависимости от конкретных условий дефибрирования. При дефибрировании с погружением камня давление в спрысках должно быть не менее 25·10⁴ Па.

Для того чтобы глубина погружения камня в массу по мере его износа оставалась постоянной, необходимо систематически поднимать высоту порога в ванне дефибрера на величину износа рабочего слоя камня. Для этого целесообразно иметь заранее составленную для каждого дефибрера таблицу, в которой была бы приведена рассчитанная высота порога от какой либо точки (края ванны, фундаментной плиты и т.д.) в зависимости от радиуса камня.

Более совершенным является способ дефибрирования без погружения камня в массу. При безванном дефибрировании эффективная очистка камня обеспечивается повышенным давлением в спрысках до 100·10⁴ Па. В этом случае температура спрысковой воды для поддержания необходимой температуры в зоне дефибрирования должно быть выше, чем в предыдущем случае, т.е. порядка 70 ºС.

Безванное дефибрирование

Безванное дефибрирование (без погружения камня в массу) получает все более широкое развитие в последние годы.

Основное преимущество данного способа заключается в мень­шем числе трудноконтролируемых факторов, влияющих на дефибри­рование; отсутствует влияние таких факторов, как глубина погру­жения камня в массу, температура и концентрация массы и ее количество, перебрасываемое из ванны в зону дефибрирования. Так какокружная скорость камня, длина и площадь истирания для каждого данного типа дефибрера изменяются в небольших и постоян­ных пределах, то при безванном дефибрировании остаются только контролируемые факторы - обработка поверхности камня и удель­ное давление. Это облегчает контроль за процессом дефибрирова­ния и обеспечивает получение однородной массы, что улучшает условия работы бумагоделательных машин. Но отсутствие повтор­ного рафинирования волокна из-за устранения переброса массы в зону дефибрирования требует более точного регулирования нагрузки (удельного давления) дефибрера и более тщательной и точной обработки поверхности камня для получения массы требуемого качества.

Для очистки поверхности камня в случае безванного дефибрирования применяется вода повышенного давления 40÷45·10⁴ Па, за рубежом 60÷70·10⁴ Па. В некоторых случаях устанавливается дополнительный спрыск ближе к зоне дефибрирования.

Кроме указанных, базванное дефибрирование имеет еще целый ряд достоинств:

· отсутствие затрат энергии на преодоление сопротивления ванны, что уменьшает расход энергии;

· возможность работать на больших окружных скоростях (считают, что окружную скорость можно довести до 50 м/с);

· увеличение производительности из-за отсутствия переброса массы камнем повторно в зону дефибрирования;

· уменьшение перетирания массы, улучшающееее фракционный состав, что благоприятно сказывается на работе бумагоделатель­ных машин,

· увеличение интервала между насечками камня (30 суток и более);

· увеличение срока службы камня.

По данным Камского ЦБК, с переходом на безванное дефибрирование производительность дефибреров увеличена на 3 – 4 т/сут., на 10 % снижен расход энергии, показатели качества ДМ повышены на 5 – 10 %.