低温渗氮处理技术在筛鼓上的应用研究

赵 黎

(山东水利职业学院,山东日照,276826)



·低温渗氮·

低温渗氮处理技术在筛鼓上的应用研究

赵 黎

(山东水利职业学院,山东日照,276826)

从筛鼓的工作原理及多年造纸企业使用的实际情况出发,分析了现有国产筛鼓存在的不足,提出低温渗氮(NC-S)处理技术在筛鼓上的应用,采用NC-S处理技术,增强了筛鼓的耐磨性、耐蚀性,提高了筛鼓的使用寿命,为企业节省资金。

新型筛鼓；耐磨性；低温渗氮

(E-mail: hezezhaoli@163.com)

1 筛鼓使用现状分析

压力式筛浆机简称压力筛,是目前制浆造纸企业使用的较先进的浆料筛选设备。作为压力筛的核心部件——筛鼓,其功能是除去浆料中粗纤维束、泡沫、胶质物、塑料、淀粉、节子、树皮以及砂粒、石屑、金属颗粒、煤渣等杂质,提高浆料的质量,是保证纸张质量的一个重要环节；同时用于保护后续设备不受损害[1]。因此,利用压力筛除去浆料中所含的各种杂质,在提高浆料的质量方面,起着至关重要的作用。通过对国内大部分制浆造纸企业的考察、调研得知,筛鼓是典型的易损件,现在国产筛鼓的使用寿命平均在2～3个月,与同型号国外筛鼓相比,使用寿命较短。为了降低企业的生产成本,提高筛鼓的使用寿命,国内研究人员采取了多种方法,试图攻克这个难题,但效果一直不理想。借鉴国外先进技术，本课题组开发了不锈钢低温离子渗氮技术,对筛鼓进行低温离子渗氮处理,经过处理后的筛鼓,表面硬度提高,耐磨性、耐蚀性增强,大大提高了使用寿命,使用效果很好,为企业节省了大量的资金,深受用户的好评。

2 筛鼓的工作原理

压力筛主要由筛鼓、转子、传动装置、排渣口及外壳等组成。浆料以一定的压力沿切线方向从顶部侧面进浆口流入筛鼓内部,进行自上而下的移动,在筛鼓内外压差以及旋转旋翼的推动力作用下,良浆通过筛孔[2-3]。其工作原理如图1所示。

转子上一般有4块叶片,叶片呈流线型,其形状与飞机的机翼相似,俗称旋翼。旋翼与筛鼓的间隙很小,一般为0.75～1.00 mm。当旋翼旋转时,旋翼的前端与筛鼓间的距离随着旋翼的运动而逐渐减小,使旋翼前端附近的浆料压力增大,使合格纤维能迅速通过筛孔向外流。当旋翼继续转动时,旋翼末端与筛鼓间的距离逐渐增大,在这一区域出现局部负压。当负压使筛鼓内外浆料压力相等时,浆料停止通过筛孔；当负压继续增加,筛鼓外的良浆即通过筛孔返回筛鼓内,起着冲刷黏附在筛孔上的浆团和粗大纤维的作用。当浆料离开旋翼尾部,负压逐渐消失,良浆又依靠压力差及另一个旋翼的推动,再次向外流动,开始下一个循环。这样不断循环,完成筛选工作。在这个筛选过程中,未通过筛孔的粗渣则留在筛鼓内,由转子的轴向推力、粗渣的重力和浆流的惯性使之推向下方,杂质将不断地自上而下逐渐聚集在筛鼓的下端,并随着浆料的旋转不断与筛鼓产生摩擦,从而导致筛鼓磨损严重,粗渣在向下流送的同时被浓缩并逐步移到排渣口集中排出。

图1 旋翼筛的工作原理

图2 NC-S处理棒条(AISI 304)的剖面图

图3 NC-S处理棒条(AISI 304)的不锈钢王水腐蚀金相照片

从压力筛的工作原理可以看出,压力筛筛鼓易磨损。由于浆料中还含有很多化学物质,对筛鼓也有严重的腐蚀作用,这两种情况造成筛鼓易损,寿命短。

目前,筛鼓的表面处理方法采用的是酸洗,然后镀铬。这样虽然能提高筛鼓的耐磨性和耐腐蚀性,由于镀层与筛鼓机体结合力差,镀层很快就会磨损掉,起不到长期保护作用，再加上镀铬对环境污染严重,这种方法必将被取代。

3 低温渗氮(NC-S)处理技术及特点

筛鼓是用不锈钢制做的,不锈钢存在严重的不足：一是不锈钢硬度低,抗摩擦磨损和抗冲蚀磨损的能力差。二是不锈钢耐点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀能力差。

以上因素严重制约了不锈钢的应用和生产设备的安全性。在不锈钢零件生产制造过程中,硬度和耐蚀性此消彼长,这是不锈钢制造领域一个公认的技术难题。

英国伯明翰大学的 Bell开发了不锈钢低温离子渗氮技术,获得了含氮膨胀奥氏体相,显著提高了不锈钢表面硬度和耐蚀性,引起了广泛的研究和探讨。 经过20多年的应用研究,该技术在欧美日等国家已经成功地应用于高端产品的工业化生产上,如核燃料控制棒、高压卡套、人体植入不锈钢关节等。

借鉴国外先进技术,本课题组开发了不锈钢NC-S处理技术,其特点如下。

(1)不锈钢表面硬度提高到1000 HV以上,耐磨性提高4倍以上。

(2)提高了不锈钢的耐蚀性。

(3)NC-S处理层冶金结合。NC-S处理层是N、C和金属活性原子固溶到基体晶格间隙中,与基体是共格关系,不存镀层结合界面。

(4)零件无畸变。NC-S处理温度低,零件无畸变,满足了精密零件尺寸精度要求。降低了化学热处理的能耗,实现了工件零畸变热处理。NC-S处理不受不锈钢材质限制,均可以获得表面NC-S处理层,不锈钢的硬度提高5倍以上,耐氯离子、硫离子腐蚀显著提高。

4 筛鼓棒条处理后的一些参数比较

对构成筛鼓的主要材料棒条(AISI 304)做了NC-S处理,处理前后其硬度和耐蚀性的比较,见图2和图3。

从对筛鼓棒条处理的情况来看,经NC-S处理后,筛鼓动棒条处理的硬度和耐蚀性得到很大的提高。筛鼓通过NC-S处理,直接代替了酸洗和镀铬两道工艺,减少了环境污染,降低了处理成本。

5 使用效果

筛鼓通过低温渗氮(NC-S)处理后,在山东日照华泰纸业进行了生产试验,筛鼓使用寿命大约为8个月左右,比原来的提高了3～4倍,企业使用成本大大降低。这项新的技术,在制浆造纸机械设备领域大力推广,必将给企业带来很好的经济效益和社会效益,具有非常广阔的发展前景。

[1] TANG Chang-song, XU Ken. Quality Inspection of Pressure Screen Cylinder[J]. China Pulp & Paper, 2010, 29(9): 50. 唐昌松, 徐 恳. 压力筛棒条式筛鼓的质量检测[J]. 中国造纸, 2010, 29(9)： 50.

[2] Chen Kefu Pulp and Paper and Equipment[M]. Beijing: China Light Industry Press, 2011. 陈克复. 制浆造纸与设备[M]. 北京： 中国轻工业出版社, 2011.

(责任编辑：马 忻)

The Application Study of NC-S Processing Technology in Screen Drum Treatment

ZHAO Li

(Shandong Water Vocational College, Rizhao, Shandong Province, 276826)

Based on the screen drum’s working principle and years mills operation experiences the shortcoming of existing screen drum were analyzed, a kind of advanced screen drum surface treatment method NC-S processing technology which could enhance the wear resistance, corrosion resistance of the screen drum, improve service life, save money for the enterprise was recommended.

screw durm treatmant; wear resistance; NC-S

赵黎先生,硕士,副教授；主要从事制浆造纸设备及制浆工艺的研究和开发工作。

2014- 12- 19(修改稿)

TS 744

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0254- 508X(2015)05- 0074- 03