SR-3020减压煮茧机的技术原理及生产应用

2018-09-19沈仲衡丁忠建卜献鸿段春稳

江苏丝绸 2018年4期

沈仲衡，丁忠建，卜献鸿，李帆，段春稳

（1.四川省丝绸工程技术研究中心四川成都 610031；2.海安县苏豪制丝有限公司江苏海安 226600）

煮茧工序是缫丝企业非常关键的一个环节，煮茧质量的高低，直接影响到缫丝工序的产量、质量、消耗；直接影响到缫丝工序操作工人劳动强度的大小；也直接影响到企业的经济效益，所以历来受到行业的高度重视。

现代煮茧工艺及设备的研究，经过不断地改进，到20世纪50、60年代，以104笼为基本机型的长笼式煮茧机［1］为制丝企业的主要机型。随着上世纪八十年代自动缫丝机在我国的迅速普及，长笼式煮茧机已经不能很好地满足自动缫丝的工艺要求。经过不断探索，“机外真空渗透+长笼式煮茧机”的组合逐渐成为现代制丝企业的主力机型。

1 机外真空渗透+长笼式煮茧机组合机型的工艺技术分析

1.1 蚕茧原料的现状

不同地区、不同季别、不同庄口的蚕茧，会存在较大的茧质差异，即使经过精选的同庄原料，也存在着茧形大小不同、茧层厚薄不匀、结构松紧不一、烘炕老嫩不匀、抗煮力强弱不同的粒间差异，同时因为多种影响因素，也存在着明显的粒内差异。因此，要均匀煮熟茧层，就是要尽量消除蚕茧的粒间及粒内的煮茧差异。理想的煮茧处理方式是：在煮茧过程中，对一部分茧层厚、结构紧密、烘炕较老、丝胶膨润溶解困难、抗煮力强的蚕茧（或蚕茧的某些部位）提高处理强度；而对另一些茧层较薄、结构疏松、烘炕较嫩、丝胶较易膨润溶解、抗煮力弱的蚕茧（或蚕茧的某些部位）就要降低处理强度，常规煮茧是无法实现。

1.2 机外真空渗透+长笼式煮茧机的组合在生产中的现状

工艺技术路线是：先将蚕茧放入真空渗透设备中，完成真空渗透吸水，再将吸水后的蚕茧加入长笼煮茧机，完成吐水、煮熟、调整、保护、出茧。

由于蚕茧真空渗透时，吸水十分充分，茧腔基本没有气泡，所以，在吐水时段，单纯依靠蒸汽升温吐水是非常困难的。通过蒸煮室的观察镜可以看到：蚕茧在蒸煮室前段基本没有吐水，在蒸煮室后段才能看到部分茧腔吐水。实际上，在蒸煮过程中，蚕茧是处于一边吐水一边升温煮熟的状态中，直到进入调整部，都不能吐尽茧腔吸水。从蒸煮时间方面分析，茧笼在蒸煮区的运行时间为100～160秒之间，在蒸煮室前半段，蚕茧处于初始升温吐水阶段，蚕茧蒸煮作用很小；主要在蒸煮室后半段，有效蒸煮时间在50～80秒之间，茧腔吐水还没结束，茧笼已进入调整部。因此，蚕茧在蒸煮室的蒸煮是很不充分的。

从蚕茧受热情况来看，蚕茧在受热吐水过程中，蚕茧下部位先吐完水，受蒸汽作用强；茧层疏松的蚕茧（或蚕茧的某些部位）吐水快，受蒸汽作用强；而这些先吐完水的蚕茧（或某些部位）可能恰恰是需要降低蒸煮处理强度的；此外，烘炕不匀的蚕茧也需要不同的处理强度。这就会出现以下选择：一种是蒸煮段只满足易煮熟蚕茧（或某些部位）的蒸煮条件，其余蚕茧（或某些部位）就会偏生；另一种是蒸煮段满足不易煮熟蚕茧（或某些部位）的蒸煮条件，其余蚕茧（或某些部位）就会偏熟。长笼式煮茧机因结构及工艺技术的限制，无法兼顾不同的处理强度，因此，蚕茧的煮熟程度是很不均匀的。

从上述分析及生产实践可以确定：“机外真空渗透+长笼式煮茧机”的组合工艺，对蚕茧的蒸煮处理是既不充分，也不均匀。

为了弥补长笼煮茧机煮熟程度的不充分、不均匀，日本在20世纪70年代，上对长笼式煮茧机进行了多种技术改进，最终用于生产的是V型煮茧机［2］。为补充煮熟，将调整部改为V型槽，以提高调整段前部温度，降低调整段后部温度。国内曾于20世纪80年代从日本引进了这种V型煮茧机，以后也有厂家仿制或改进了这种V型煮茧机。根据对多家使用V型煮茧机的厂家的现场调查，V型煮茧机对提高煮茧质量并没有多少作用，究其原因，还是因为在蒸煮段不能充分、均匀地煮熟茧层，难以在调整段完全弥补。多数用户认为：V型煮茧机只对很少原料有作用，大多情况下，反而增加了万米吊糙，增大了缫折。因此，不少用户都不再使用V型煮茧机。

由于“机外真空渗透+长笼式煮茧机”的组合工艺不能很好地满足自动缫丝的工艺要求，部分地区、部分厂家，处于降低缫折、减轻煮茧工序劳动强度等方面的考虑，不再使用“机外真空渗透+长笼式煮茧机”的组合式煮茧机，原料茧只经过真空渗透后，就直接供给自动缫丝机。特别是对于鲜茧缫丝，更是只用真空渗透处理后，直接缫丝。

2 对单纯进行“机外真空渗透”的“不煮茧”工艺技术的分析

2.1 干茧缫丝

由于真空渗透温度相对较低，时间较短，加之前述蚕茧存在的粒间、粒内的茧质差异，因此只经过真空渗透的干茧，丝胶膨润是很不充分、很不均匀的，只能在缫丝机车头进行补充煮熟，而缫丝机车头的煮熟条件比长笼式煮茧机有很大的差距，因此必然造成蚕茧煮熟很不充分、很不均匀的结果，如此，对解舒造成不良影响，增加了缫丝工序车头工、挡车工等操作工的劳动强度，同时影响生丝的抱合、清洁、洁净等质量，严重降低了生丝的品质，降低了企业的经济效益。

2.2 鲜茧缫丝

由于鲜茧没有经过烘炕，茧丝离解相对容易，因此，单纯采用真空渗透处理后的鲜茧，在缫丝现场没有出现大的问题。但是，只经过真空渗透的鲜茧，丝胶膨润还是不充分、不均匀的，对生丝质量的最大影响是抱合较差，生丝品质下降，影响了企业的经济效益。而且因为丝胶膨润程度的不充分、不均匀，也需要在缫丝机车头进行不充分、不均匀的“煮熟”，造成生丝含胶量的明显差异。特别是在生丝浸泡后抱合成绩急剧下降。从表1可以看出，在没有经过泡丝之前，抱合成绩没有明显差别，但经过经纬浸泡后，抱合成绩急剧下降，在织造过程中，会导致一根生丝分成多股茧丝，断头率增加等病疵；在染色过程中，会产生色不均病疵，给织造、印染工序带来很大困难［3］

表1 江苏、四川、广西某厂生丝浸泡前后抱合检测成绩

3 减压煮茧新技术

3.1 现有煮茧技术的困境

多年来，业界对煮茧技术的追求，就是充分、均匀煮熟茧层。在工艺技术方面，首要解决的难题就是：在蚕茧蒸煮前，尽量让茧层充分吸水、茧腔吐水充分，茧腔不含水（或少含水）。而现有的煮茧技术是无法解决这一难题的。

3.2 减压煮茧的技术突破

四川省丝绸科学研究院经过多年研究、攻关，通过改变蒸汽能量传递方法，解决了茧腔吐水难题，实现了茧腔不含水（或少含水）。在专门研制的密封容器中，通过真空渗透，让蚕茧充分吸水，然后通过排水、在吐水过程中，采用“真空+蒸汽”方式，向蚕茧四周均匀吐水，达到了保留茧层含水，控制茧腔含水的效果，向蚕茧四周均匀吐水，实现了业界同仁多年的梦想，是煮茧工艺的重大技术突破，为均匀煮熟茧层提供了技术保障。

3.3 减压煮茧工艺技术分析

煮茧的目的，就是采用适当的技术手段，使茧层丝胶适度膨润、溶解，达到缫丝时茧丝能顺利离解、减少糙类、提高清洁、洁净，并形成抱合良好的生丝。煮茧技术的关键，就是使不同性状的茧丝丝胶都能达到符合要求的膨润、溶解状态。

3.3.1减压煮茧工艺技术路线

减压煮茧工艺技术路线与目前普遍应用的“机外真空渗透+长笼式煮茧机”组合技术路线相似，也有五个主要环节：真空渗透吸水—茧腔吐水—茧层煮熟—调整吸水—保护出茧。关键是二者技术手段不同，处理效果显著不同。

3.3.2减压煮茧关键技术

一是在完成减压（真空）吸水后，进行茧腔减压吐水，实现茧层含水、茧腔不含水（或少含水）的状态，这与长笼式煮茧机的蒸汽吐水有显著的区别。减压吐水的优点是：可以控制在需要的温度条件下完成茧腔吐水，可以控制蚕茧的吐水程度（控制茧层含水率），一般吐水温度在50-70℃，而长笼煮茧机的吐水温度达到95-100℃［4］。因此，减压吐水可以避免单纯高温蒸汽吐水造成部分蚕茧、部分部位，特别是蚕茧外层丝胶过度膨润、溶失的困境，从而为蚕茧均匀煮熟提供良好的茧层含水条件；

二是在蒸煮时，始终在负圧状态下对含水茧层进行双向蒸汽蒸煮，由于在蒸煮时，减压煮茧机内部处于负压状态，从而确保蒸汽能迅速扩散，迅速渗透到茧层的各个部位，有利均匀煮熟茧层。

特别之处，减压煮茧机可根据原料性能，设置合适的蒸煮时间、控制茧层适当的含水率，设置合适的最高蒸煮温度，以达到茧层丝胶需要的膨润、溶解的最佳温湿度。由于在蒸煮后期只有茧层含水，没有茧腔含水，即使有稍微过度的蒸煮（相对于常规煮茧概念），可能出现茧层部分丝胶过度膨润，但不会出现丝胶过度溶失。稍微过度的蒸煮，有利于使抗煮性强的丝胶得到较好的膨润，从而提高解舒、提高洁净成绩。因此，减压煮茧可以比常规煮茧机煮熟更充分。

3.3.3提高了对原料的适应性

减压煮茧机应用正常的煮茧工艺，可以比较充分、比较均匀地煮熟蚕茧。大量生产数据证实，减压煮茧机比常规的“机外真空渗透（不煮茧）”及“机外真空渗透+长笼式煮茧机”组合有更好的工艺性能，通常可以提高解舒率2～3%、减小缫折3～8kg、减少万米吊糙0.2～1.0次，提高洁净0.3-0.8分，效果显著。

对于茧质特性开差较大、比较抗煮的原料，适当降低茧层含水率，适当增加蒸煮强度，有的工厂甚至使用了101-102℃的高温蒸煮，使常规煮茧难以膨润的丝胶，也得到很好的处理，提高了洁净成绩。稍微过度的蒸煮，可能会导致抗煮性弱的丝胶过度膨润，减压煮茧技术可以在蒸煮结束后，通过减压降温处理，适当降低蚕茧温度，使过度膨润的丝胶适当凝固。还可以调节蒸煮后的吸水温度，在负压状态下吸水，水温可以在35～60℃范围内调节，不会产生瘪茧。通过这样的技术手段来控制茧层丝胶的膨润、溶解程度，从而使蚕茧达到合适的煮熟程度。对于茧质特性开差较大、不太抗煮的原料，可适当增加茧层含水率，适当降低蒸煮强度，控制蚕茧达到合适的煮熟程度。

因此，减压煮茧技术可以较好的兼顾不同性状的茧丝对蒸煮的要求，确保各部位蚕茧煮熟更加充分、更加均匀。

4 减压煮茧机的生产应用

4.1 初始应用阶段

减压煮茧机是四川省丝绸科学研究院历经十余年的研究成果。从1994年～2006年，在完成小试、中试的基础上，开始生产应用，通过缫丝企业较长时间的生产应用，在提高解舒、降低缫折、减少万米吊糙方面都有较好的体现，证实了减压煮茧技术的先进性、实用性。稍显不足的是洁净成绩基本持平，没有明显的效果。

4.2 工艺技术路线及生产设备的成熟定型阶段

从2007年1月～2017年7月，在此期间，应用厂家已推广到全国11个省市，经过长期、大量的生产应用，对工艺技术路线及设备性能不断优化完善，完成了减压煮茧机工艺技术路线及设备的定型。

4.2.1工艺路线方面

渗透工艺：早期的渗透工艺是一次渗透，后来针对不同地区、不同季别的原料，开发了二次渗透工艺，扩大了渗透工艺对不同原料的适应性，用户可以根据原料特性，自主选用一次渗透或二次渗透；

吐水工艺：早期的吐水工艺是单纯的负压吐水，吐水时间长，茧层含水量不易掌控。经过多次试验，采用“减压（真空）+定向蒸汽升温”技术，可以大大缩短吐水时间，还可较好的调控茧层含水量和吐水温度，提高了吐水质量。特别明显的事例是：江苏海安县苏豪制丝有限公司在长期的生产应用中总结出：通过控制吐水时间、吐水温度，可以较好的控制茧层含水率，从而为充分、均匀煮熟茧层提供良好的技术支持。由于控制好了茧层含水率，该公司在2014年全年生产中，洁净成绩明显提高，全年生丝质量达到5A以上，大部分达到了6A级，为全面提高减压煮茧机的工艺性能做出了突出的贡献。

蒸煮工艺：早期的蒸煮工艺采用传统长笼煮茧机的升温方法，通过控制蒸汽压力、蒸煮时间，来控制煮熟程度。后来发现很多工厂蒸汽压力不稳定，造成煮熟程度差异较大。经过自控程序改进，可以既控制蒸煮时间，又控制蒸煮温度，明显提高了蒸煮质量。新的蒸煮工艺，不论蒸煮时蒸汽压力大小，只要达到设定的蒸煮温度，程序就自动转入下一个处理时段，较好的稳定了煮熟程度，提高了煮茧质量。大量的生产数据表明，在蒸煮时段，蒸汽压力过大（例如超过0.4Mpa）或过小（例如小于0.1Mpa），都会对煮熟程度造成影响，经验数据是：蒸汽压力在0.20～0.30 Mpa之间，煮茧质量最稳定。

调整吸水工艺：早期的调整工艺比较单一，基本上采用传统的逐步降温法。后来根据生产需要，多次改进，新的调整工艺可以根据原料特性，设定多种调整路线，对降温速度、桶汤浓度、绪丝量大小、出茧温度都有相应的工艺技术，可以更好的实现调整目的。

提高工艺路线的适应性：早期的煮茧工艺路线比较单一，经过长期、大量的生产应用，针对不同地区、不同季别的原料，开发了相应的煮茧工艺。用户可以根据原料性能，设计更好的工艺路线。例如：通过选取不同的工艺参数，可以实现重点以提高解舒为主、以降低缫折为主、以提高洁净成绩为主、以减少万米吊糙为主的目标。也可以统筹兼顾，设计更好的工艺路线，更好的提高企业的经济效益。

工艺路线优化：经过对前期多种工艺路线的反复优化、融合，最终确定了优化的减压煮茧工艺，即“20170923减压煮茧工艺”（简称“2017工艺”），并在不同地区的企业进行试验、推广应用，效果显著。该工艺程序包含了适应不同原料的煮茧方法。生产应用证明：新工艺路线工艺参数设置更全面，通过选取不同的参数组合，能实现不同的工艺路线，因此能更全面适应不同地区、不同季别的原料。2017工艺给用户建议各个工艺参数的优选范围，使用户可以结合原料特性，较快的选出较好的工艺路线，获得较好的煮茧质量。

用户在掌握了减压煮茧的基本原理后，可以进行优选工艺参数，做好生产记录，经过适当积累经验，就能较快的掌握工艺参数的优选技巧，提高生产效率。

由于减压煮茧机的全部工艺参数都已实现了数字化管理，所以工艺参数的优选比较方便快捷。特别是，如果已有之前的工艺记录，可将以前的参数作为参考，只需将主要的参数（通常5～8个）进行改动，新的工艺就确定了。如果效果不满意，可以对主要参数再改动（按优选法优选参数），很快就能找到较好的工艺路线。

4.2.2 机械设备及自动控制方面

机械方面：

在初始应用阶段，考虑到设备应该满足多种工艺路线的要求，因此对小试设备及中试设备根据不同工艺路线的要求，进行了反复的修改，确定了设备的基本结构及配置。在推广应用阶段，经过多家工厂长期生产应用，对设备的加工工艺、结构、材质进行了多次优化。在加工工艺方面，最大程度提高标准化加工水平，提高机械化加工水平，提高模具化装配水平。在设备结构方面，尽量提高结构的多功能性，提高结构的稳定可靠性。在材质方面，初始阶段只在关键结构使用优质的材料，后期，在主要结构使用优质材料，现在，主机全部使用优质材料。经过一系列改进，减压煮茧机的机械性能有了很大提升，设备运转平稳、可靠，保养、维修方便，维护工时减少，维护零部件费用大幅下降。据四川某工厂对近5年的数据统计，在同等生产规模，减压煮茧机的设备维修费用减少50%以上，日常的维护保养也比长笼煮茧机轻松，因此受到用户的一致好评。

图1 减压煮茧机生产装配线

自动控制方面：

针对传统煮茧工序多、工艺参数不稳定、手动操作多、人工控制不准确的落后现状,在减压煮茧机上应用PLC控制技术,设计编写了减压煮茧机自控程序;通过对目标参数设定、采集、比对,按照时序控制原则进行自动控制,实现了自动化煮茧。减压煮茧机自控程序自动化程度高、运行稳定、工艺参数控制准确、工艺参数修改方便、实现了数字化管理，每一个工艺参数都可以精确设置，为优化煮茧工艺提供了方便、快捷、准确的技术手段。

图2 减压煮茧机控制箱

4.3 减压煮茧机的推广应用

以近十年的工厂生产应用数据证实，减压煮茧机的性能明显优于“机外真空渗透+长笼煮茧机”，目前已经有11个省市（江苏、浙江、山东、安徽、陕西、江西、广东、广西、四川、重庆、云南）的数十家工厂在使用减压煮茧机，产生的经济效益与社会效益都十分明显。

在经济效益方面，由于解舒提高、缫折降低、万米吊糙减少、洁净提高以及蒸汽用量大幅减少，给缫丝企业带来明显的经济效益。根据多家企业的生产数据，应用减压煮茧技术，提高生产效率，减小缫折，提高洁净成绩，吨丝增加效益0.8-1.8万元。在社会效益方面，由于大幅减少了蒸汽及水的用量，减少了废气、废水排放量，为企业节能减排作出了十分明显的贡献。而且由于自动化程度提高，日常的维护保养比较轻松、方便，减轻了工人劳动强度，受到操作工人的欢迎。