用最简单的方法升级磨浆机

蒋小军严　震蒋思蒙（.南通华严铸造有限公司 磨片研究中心， 江苏 南通 226403；2.南京工程学院， 江苏 南京 267）

用最简单的方法升级磨浆机

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（1.南通华严铸造有限公司 磨片研究中心， 江苏 南通 226403；2.南京工程学院， 江苏 南京 211167）

阐述了打浆设备的发展历程和分类。南通华严磨片研究中心整合对于磨浆机结构和打浆机理的研究，通过所列四个磨浆机升级案例，倡导化繁为简的打浆优化理念，提出最简单的磨浆机升级方法即优化磨片。

打浆设备磨浆机优化磨片升级磨浆机打浆电耗

近10年来，中国的制浆造纸业快速发展，新投产的造纸项目比比皆是，老项目改造升级也很多，市场竞争和技术竞争也愈来愈激烈。纸厂需要不断地投入，去改进纸机、升级打浆设备和改善成纸质量，并且降低生产成本，使效益最大化。目前纸厂常用的打浆设备种类很多，常规大产能纸厂的打浆设备基本是较新型的磨浆机。一般来讲，特种纸厂寿命较长，加之原料差异大、纸种多、产能小，使用的打浆设备也就更加多元化，有原始的石臼，有老式的槽式打浆机、Jordan、Claflin和SDR磨浆机，也有新型的DDR和Conflo磨浆机。其中大多还是较早期的磨浆机，往往很多特种纸厂因生产纸种和原料介质的多变，在现有磨浆机不能满足原料、产量或质量的需求时，就面临磨浆机选型和升级的抉择，时常困扰于选用什么样的磨浆机？如何升级磨浆机？

南通华严磨片研究中心专注研究各种磨浆机的结构设计与打浆机理，致力于磨片材质和齿形的研究与开发，通过磨浆元件优化来改善成纸质量、提高打浆效率、节省磨浆时间、延长磨片使用寿命等方面的长期实践，为国内外众多制浆造纸企业提供了行之有效的磨片齿型优化方案和磨浆系统辅助控制解决方法。磨片研究中心在为各种磨浆机提供磨片同时，提供优化磨浆工艺相关的诊断和技术跟踪，也总结了大量磨浆机选型和升级方面的经验。本文从打浆设备的发展和分类入手，简述结构原理、应用分析和认知误区，通过几则磨浆机升级案例，介绍优化磨片来升级磨浆机的简单办法。

1　打浆设备的发展和分类

1.1打浆设备的发展

中国人发明的造纸术传遍全球，集千百年人类之智慧使打浆技术和装备得到较快发展。近年富阳泗洲和江西华林两处造纸作坊遗址的发掘和研究表明，不晚于宋代，我国就已经把利用水力驱动的“水碓”应用到造纸作坊的舂捣打浆工段，解放了人力并提高了纸浆制备效率。12世纪，西班牙开始使用水力捣浆机；17世纪末，荷兰人发明了可间歇分解碎布和打浆的槽式打浆机，在椭圆形槽内安装着水平的飞刀辊和底刀；此后的伏特式（Voith）、尼牙加拉式(Niagara)打浆机的基本结构与它是一样的。为了提高打浆效率，增加刀片与原料纤维的接触面积，并使打浆过程由间歇式改为连续化，人们又发明了圆柱精浆机。19世纪，英国人Jordan发明了小锥度磨浆机（见图1），把动刀辊与底刀由水平式变成倾斜式。其后，革新家改变了刀片的斜度，出现了大锥度Claflin型（见图2）磨浆机和中锥度Conflo 型磨浆机。1920年，1台原本用于磨碎粮食的盘磨机作了湿磨改进，首先用于了绝缘纸板的纤维制备。1930年左右，欧美造纸工厂逐渐开始普及单圆盘磨(disc refiner)。与荷兰式打浆机、圆柱磨浆机、锥形磨浆机相比，圆盘磨浆机的刀盘与轴垂直，定盘、动盘磨牙间以平面接触，故磨浆效率较高，因此具备同等磨浆能力时所需设备体积也较小[1]。

图1：Jordan 型小锥度磨浆机

图2：Claflin型大锥度磨浆机

我国在20世纪50年代后期才开始使用盘磨机打浆，1966年只用5个月时间就成功自主研制单盘磨，1966年又成功开发400型双盘磨并获得良好使用效果。因文革冲击使即将推广的双盘磨遭受泯默。10年后在轻工业部统筹下，上海轻机二厂根据B.C公司样机试制成功450型双盘磨[2]，逐步在国内推广，并且出口到国外。此后，我国造纸工业化进程加速，双盘磨逐渐向大型化发展，磨片齿纹呈现多元化格局，双盘磨成为连续打浆设备中应用最广泛的磨浆机。

1.2打浆设备的分类

目前特种纸工厂使用的打浆设备最为多元化，其中磨浆机的应用最广泛。从结构形式分为单圆盘磨浆机、双圆盘磨浆机、单锥形磨浆机、双锥形磨浆机、单圆柱磨浆机、双圆柱磨浆机（见表1）。从磨浆浓度分为低浓磨浆机、中浓磨浆机和高浓磨浆机。上述无论哪种磨浆机，都是由固定磨片与转动磨片回转作用形成磨区来处理不同的介质；所不同的是，给定的设备处理给定的纸浆原料介质，通过调节变换运行功率、流量、压力、浆料浓度及调换不同齿形的磨片，以达到所需工艺指标。

表1：打（磨）浆设备一览表

2　磨浆机选型的争议和误区

很多特种纸厂在磨浆机选型或确定升级方案时，因为对打浆机理存在不全面的考量，导致确定了错误的方案。决策人在听取多方意见进行论证以获得最可靠的方案时，却往往得到完全不同的建议，往往有些建议具有片面性，最终难以避免劳民伤财的结果。罗列以下几个片面性的、互相矛盾的磨浆机选型的争议焦点:

（1）切断力的争议。有资料表明锥形磨浆机切断力较强，也有文献指出双盘磨切断力较强。

（2） 帚化效果的争议。有文献阐述锥形磨浆机帚化效果好，也有资料证实双盘磨帚化效果好。

（3）疏解效果的争议。有资料指出疏解机疏解效果好，也有实践证明磨浆机疏解效果好。

（4）效率和能耗的争议。纵观圆柱磨、锥形磨、双盘磨众多供应商和用户的报告，关于效率与能耗的争议数十年未间断。

（5）浓度的争议。介绍中浓磨浆机比低浓磨浆机打浆更加节能的资料很多，同时阐述低浓打浆优势的文献也比比皆是。

（6）其他争议。此外还有磨浆机串联数量的争议，磨浆机直径大小和功率的争议等等。

不难看出，上述某些打浆理念存在严重的矛盾，因忽略了最重要的磨片材质、齿型结构和打浆机理，忽略了原料介质、工艺要求、系统条件、操作控制和全寿命周期成本等，往往导致了不妥当的磨浆机升级决策，很多项目中新升级磨浆机并没有达到预期的目标。

3　优化磨片升级磨浆机

对于磨浆机的型号，国际通行方法是根据磨片工作区直径的近似值来标识，如Φ450 mm

18 in）、Φ508 mm（20 in）、Φ660 mm（26 in）、Φ1 220 mm（48 in）等；对于磨浆机的结构形式的区分，一般也是以磨片工作区的形状来判断，如圆盘磨、锥形磨、圆柱磨等。由此可见，磨片是磨浆机最核心的元件，磨片是决定磨浆机效率的关键因素。南通华严磨片研究中心分析了众多纸厂成功的和失败的磨浆机升级案例，得出的结论是:除非现有磨浆机存在严重缺陷性故障，或打浆能力与用浆量差距太大，则往往不必立即更新的磨浆机，大多可先通过优化磨片来升级磨浆机。

为了在业界倡导化繁为简的打浆优化理念，应采用最简单的办法升级磨浆机，以下介绍四个磨浆机升级案例，列举四种系列磨片优化打浆的情况。

3.1案例一：Cut fin切割鳍磨片提高切断力

某特种纸公司新生产线配套3台Φ600 mm双盘磨，处理100%针叶木浆，因对于成纸匀度要求较高，湿重需控制在6 g以下，无法达到给定的切断效果，需长时间循环打浆才能使湿重达标，但是打浆度过高，纸浆滤水速度慢，严重影响了生产的稳定性和成纸的品质。该特纸公司已经做好用锥形磨浆机替换这3台盘磨的最坏打算，经南通华严磨片研究中心远程诊断打浆情况后，快速给出了磨片优化方案。该生产线3台双盘磨改用Cut fin切割鳍磨片后，提高了对纤维的横向切断力，无需循环打浆，一次性达到打浆度和湿重指标。

3.2案例二：Ease fin疏解鳍磨片提高通过量

某纸板公司打浆线采用1台NBR02（Φ600 mm）锥形磨浆机加3台Φ660 mm双盘磨。锥形磨片多次打坏，盘磨磨片锯齿状磨损很严重，产能无法满足用浆量的需求，质疑设备供应商选型过小。华严磨片研究中心进行了分析和计算，给出建议暂时不用改设备，优化磨片有助于缓解打浆能力不足的压力。该用户采纳建议，锥形磨浆机改用双金属磨片杜绝了打齿现象，盘磨改用Ease fin疏解鳍多元合金磨片大幅度提高了打浆通过量，满足了生产需要。

3.3案例三：Soft fin软鳍磨片提高抗张强度

江河纸业某无碳原纸生产线，纸机提速后用浆量剧增，原用多台Φ450 mm双盘磨无法满足供浆需求，改用2台进口Φ965 mm双盘磨处理阔叶木浆，结果发现电耗较高。与南通华严共同研究磨片优化方案，最后确定使用Soft fn软鳍多元合金磨片替代了进口原装磨片，仅需开1台盘磨即可达到37oSR，无断齿及锯齿波浪形磨损，比磨浆能耗SRE(每t绝干纤维消耗的能量)降低60~80 kW·h/t，大幅降低了打浆电耗，原纸抗张指数提高10 N·m/g[3]。

3.4案例四：Broom fin扫帚鳍磨片降低能耗

冠军纸业某轻型纸车间针叶木浆打浆线，原用1台锥形磨浆机加2台Φ600 mm双盘磨串联打浆。因为原来磨片经常出现断齿及锯齿状、波浪形剧烈磨损（见图3），难以一次成浆，需长时间循环打浆以达到既定的打浆度和湿重指标，导致打浆电耗高，且影响打浆匀度、打浆效率和稳定性。南通华严根据该生产线具体情况，充分考虑用浆量、打浆时间、设备动力配置及管线分布等方面因素，配给Broomfn扫帚鳍多元合金磨片安装于2台Φ600 mm双盘磨，关停锥形磨浆机(250 kW·h)，仅开2台Φ600 mm双盘磨浆机即可一次成浆，节省了大量电耗成本（见表2）；磨片整个使用周期磨损均匀、平整，打浆稳定，未出现意外断齿（见图4） 。

图3　原锥形磨片和D、G型磨片容易损坏、磨损不均匀

表2　针叶木浆打浆优化前后参数对比

图4　Broom fin扫帚鳍多元合金磨片降低了打浆能耗，磨损均匀、平整无断齿

以上表格数据对比可见，优化磨片后磨浆机打浆能力得到升级，循环打浆改为一次成浆后，该生产线轻型纸成纸指标、纸机稳定性有了进一步提升；从节能角度来观察效果很明显，额定功率250 kW，按照最低运行负载60%计算，每天打浆16 h，运行300 d计算，峰、平、谷平均电价0.5元/kWh统计，全年至少可节省36万元电耗成本[4]。

4　结束语

纵观打浆设备的发展历程和分类，磨浆机的变革主要来自于磨片这个核心元件的变革，没有最好的磨浆机，只有最合适的磨浆机。通过四个案例的简述，可以看到优化磨片是最简单的磨浆机升级方案，取得了良好的效果。大多数老生产线，可以先根据现有设备系统和工艺指标，通过优化磨片这一途径，来改善磨浆质量，降低磨浆电耗，提高磨浆效率。这是最便捷的办法，不存在设备投资风险。当然，笔者无意夸大优化磨片的好处，也无意阻碍打浆设备的发展，希望高效节能的新型磨浆机能够得到更广泛的应用。

［1］张辉，李忠正.盘式磨浆机技术研究进展与趋势［J］.中国造纸，2007，26（10）：41.

［2］张仲元.双圆盘磨浆机的变革及发展情况［J］.上海造纸，1987：183.

［3］蒋小军， 任红锐， 尚庆武，等. Soft fin软鳍磨片降低磨浆能耗 提高原纸抗张指数［C］.//第二届中国造纸装备发展论坛报告和论文专集， 高唐：中国造纸装备发展论坛组委会秘书处，2013：168.

［4］蒋小军，张迅，高峰，等.优化磨片一次成浆降低电耗提高成纸品质［J］.中国造纸学报，2014，29（增刊）：362.

蒋小军高级工程师主要从事磨浆机理的研究和磨片设计、研发、应用指导。

通讯地址：江苏省南通市如东县岔河镇白石路8号，

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

With the Most Simple Way to Upgrade Refiners

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）

The development history and classification Refining equipment， Nantong Huayan Refiner plates research center for Integration For Refiners structure and Refining mechanism studies， advocate simplify Refining Optimization concept， Proposed easiest Refiners upgrade methods.

Refining equipment； Refiners； Refiner plates optimization； upgrade refiners； Refining power consumption