CN1003529B - 亚铵棉柴高强瓦楞原纸制浆工艺及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用棉柴生产高强瓦楞原纸的制浆工艺，涉及亚铵法制浆。本发明由于在备料、蒸煮、磨浆、细磨等过程采用了特有的关键设备和选用了适当的工艺参数。使棉柴工业化制浆成为实现。

Description

亚铵棉柴高强瓦楞原纸制桨工艺及其设备

本发明是关于以棉柴为原料制半化学浆，特别是高强度瓦楞原纸浆的工艺及其关键设备，涉及亚铵法制浆。

纸和纸板是当前世界上最主要的包装材料之一，其中尤以箱板纸和瓦楞纸的用量最大。世界各主要造纸国家所用原料的90%是木材纤维，而我国木材资源较缺乏，包装纸多以稻草、麦草为原料。由于草类纤维较短，制成的纸板物理强度较差，难以达到高强瓦楞纸的质量要求，在使用上受到一定限制。我国是世界上主要产棉国之一，有丰富的棉柴资源，棉柴纤维组织紧密，其秆芯纤维较短、韧皮部纤维较长，正好长短纤维配合，可以作为抄制包装纸板特别是高强度瓦楞纸板的原料，因而开发棉柴制浆工艺，既有利于棉柴资源的综合利用，又为包装纸板提供了新的丰富的原料来源，对我国造纸工业的发展是具有重大意义的。

从1926年开始，苏联、印度等国家即进行过棉柴制浆工艺的研究，但至今仍处于试验阶段，均未正式投入生产。国内于一九五六年起也开始了棉柴制浆研究工作，后因各种原因进展不快。进入八十年代以后，随着我国经济的发展，棉柴制浆工艺试验又陆续开展起来，特别是河北、河南、山东、山西四省的若干造纸厂均开展过该项试验工作。目前开展的棉柴制浆试验大体可分为碱法和亚铵法两类。碱法蒸煮虽有利于药液的渗透，但由于棉柴含果胶质多，在洗浆时产生大量泡沫，后处理困难，耗碱量较大，成本较高，另外制浆过程中散发的臭气对大气污染和制浆废液的污染问题不好解决，因而受到限制。亚铵法制浆工艺蒸煮废液可直接用作肥料，有利于解决污染问题，但现有的亚铵法制浆工艺和设备，不能适应棉柴制浆，采用已知亚铵工艺蒸煮后的浆料不变形，有些还呈棉秆原状，纤维束多，达不到纤维的分离点，往往在贮浆池中造成漂浮，难于提浆、输送，给后续工序带来很大困难，因而虽先后开展过若干试验，但终因工艺与相应的关键设备没有解决，至今尚无任何厂家正常生产。

本发明的目的就是针对棉柴制浆过程中备料、蒸煮、疏解、打浆各工序的关键问题，提出新的工艺条件和相应的生产设备，以实现棉柴制浆的工业化生产的目的。

本发明采用的工艺流程如下：备料（棉柴入场→切断→堆垛→分丝→除尘）→蒸煮（装球→升温加压→保温→喷放→卸盖倒料）→磨浆（疏解→粗磨→筛选）→洗浆→细磨（双盘磨→打浆帚化）→成浆。

棉柴原料进入货场后，即用切草机切成一定长度的碎段，随后堆垛贮存备用。待用料时破垛取出已切断的棉柴进行分丝处理。本发明选用转盘式分丝机对棉柴分丝，使棉柴杆破碎为数瓣，形成比火柴杆略大的木棒，棉柴皮则被梳打成麻状或絮状物。分丝后的棉柴还要被送入辊式除尘器中除去尘土和杂质等。然后就可进行蒸煮。

蒸煮工序是将经分丝、除尘后的原料装入蒸球，边进料，边泵入蒸煮药液（经加温后的按比例配好的水与亚铵的混合液）。装料完毕后，将蒸球盖盖上，并留适当的缝隙以泵入一定量的氨水作缓冲剂，然后盖紧。空转一段时间后，通入蒸汽，在一定压力和温度下进行蒸煮。蒸煮完毕后，打开放料阀门，利用蒸球内的压力将浆料喷出，喷不净的部分，打开球盖倒出并泵入喷放池。

由于棉柴木质部纤维束较紧密，经蒸煮后的棉柴仍不变形，必须进行一定的处理。使粗纤维束疏解。本发明的疏解处理是在液压联动疏解机中进行的。疏解后的浆料再送入小盘磨中进行粗磨，以得到较为均匀的半料浆。

经蒸煮、磨浆后的浆料中，含有大量的黑液和从棉柴中溶解出的有机物质，以及未疏解的粗大纤维束。本发明是选用振框式跳筛粗选后，用水平带式真空洗浆机进行脱黑液洗涤，实践证明，只要选择并控制适当的工艺条件，该洗浆机完全可以用于滤水性较好的亚铵棉柴半化学浆的洗浆。

由于棉杆纤维较短，为了避免打浆时纤维再被切断，在本发明中选用了双盘磨与桩式打浆机串联使用，对棉柴成浆纤维进一步处理，使纤维充分润胀，分丝帚化，以提高纸浆疏解和抄造性能，从而可保证纸浆质量。

本发明棉杆浆的制浆工艺如下：

一、备料：

1.棉柴原料为水份不大于18%的全棉柴。

2.用切草机将棉柴原料切断成长约20～40毫米的碎段，经过切断时，水份一般可散失1%以上。

3.用转盘式分丝机将棉柴碎段分丝成规格为1～4毫米粗的杆棒。分丝合格率大于90%。分丝后的棉杆水份可降低1.5%。

4.在辊式除尘器中除尘，除尘损失17%左右。

二、蒸煮：

1.装球：

a、棉杆：长20～40毫米，粗1～4毫米的棒（绝干净料）

b、药品用量（以100%纯度对绝干原料计）：蒸煮液亚铵用量5～12%，最佳为7～10%;缓冲剂氨水用量2～5%，最佳范围为2～3%。

c、液比（原料与水的重量比）：1比（2.0～3.5），水的预热温度为70～85℃。

d、蒸煮曲线

装球上盖： 1∶00-1∶20小时

空运转： 0∶20-0∶30

通汽升温： 1∶30-/0-7kg/cm²

保温： 1∶30/7kg/cm²

喷放倒料： 0∶20-0∶30

蒸煮全过程：4∶40-5∶20小时

e、粗浆质量：卡伯值为95～100，黑液中残留亚铵含量为7～9克/升，黑液的pH值不低于7.5。

三、磨浆

1.疏解是在液压联动疏解机中进行，其操作时的工艺条件为：

进浆浓度： 3.0～3.5%

叩解度： 18～20°SR

纤维湿重： 6.0～7.5克

浆料通过量：不低于1000公斤/小时（绝干）

2.粗磨是在φ330小盘磨中进行，其工艺条件为：

进料浓度： 3.0～3.5%

出口叩解度：20～25°SR

纤维湿重： 4.0～4.5克

浆料通过量：不低于500公斤/小时（绝干）

3.筛选在振框式跳筛中进行，筛孔为φ6毫米，被筛出的粗纤维束再放回喷放池，以求再磨。

四、洗涤在水平带式真空洗浆机中，其工艺条件为：

进口浓度：2～3%

出口浓度：10～14%

出口浆残亚铵含量：0.03～0.05克/升

车速： 10～11米/分钟

真空度： 不低于100毫米汞柱

浆料通量：不低于650公斤/小时

黑液提取率：96%以上

稀释因子： 3.4

五、细磨

将双盘磨与打浆机串联使用，双盘磨选用规格φ450毫米，打浆机选用自制桩式打浆机，打浆机的筛孔孔径为2～3.5毫米。

细磨打浆工艺条件为：

进浆浓度：3.0～4.0%

成浆叩解度：28～30°SR

纤维湿重：3.0～3.5克

成浆pH值：5.0～5.5

按照以上所述的工艺条件制成的棉柴半化学纸浆，能够满足抄制高强瓦楞原纸的要求。该制浆工艺的实施工艺流程及选用的设备如以上，其具体实施的工艺条件和参数如表1所示：（接下页）

如上所述的用棉杆亚铵法制浆工艺。在备料、疏解、磨浆和细磨等关键工序选用和设计专用于棉杆制浆的设备，从而可以实现棉杆制浆的工业化生产。

对于备料工序来讲，由于棉柴组织紧密，采用现有的粉碎、压馈等方式，不是粉碎损失太大，就是影响后续蒸煮的喷放，给后续工序的正常进行带来困难。本发明的特征之一就是提供了棉杆备料专用的转盘式分丝机。

按照本发明的工艺和实施该工艺的棉杆备料用分丝机，采用带分丝刀刀的转子与带分丝板的定子组装而成。工作时，转子可以在动力装置的带动下。在定子内腔中转动。定子上有供棉柴段棉杆棒通过的进口和出口。由于分丝刀与分丝板之间留有一定大小的工作间隙，从进口进来的棉柴段通过时，在飞速转动的转子盘上的分丝刀和分丝板的相对运动下，受到碰撞、挤压、撕裂、切削等综合作用，而分离成若干细棒，经出料风机的抽吸由出口排出。

本发明的分丝机结构的进一步描述可结合附图加以说明：图一为体现本分丝机发明原理的一个局部横截面图;图二是分丝机转子盘结构示意图，截面部分是为了更好地表示其结构。在图一和图二中：（1）是排料装置;（2）为分丝机外壳，外壳（2）上有进料口（3）和出料口（4）。在外壳（2）内腔壁上分别装有顶分丝板（5）和侧分丝板（6），分丝板（5）和（6）的表面都具有搓板状的肋条。转子由转盘（7）、盘轴（8）、分丝刀（9）、刀胎（10）、刀胎挡板（11）组成。为了使原料能顺利地进入分丝机工作室，在转子盘靠近进料口（3）的转盘（7）侧面上装有拨料叶片（12），拨料叶片（12）能与转盘（7）一起在盘轴（8）的带动下转动。

当分丝机工作时，切后的棉柴段由进料口（3）进入机内后，在拨料叶片（12）转动的拨动下，使棉柴产生一定的离心力，从而进入分丝机的工作室。在转子盘分丝刀片（9）或刀胎（10）和分丝板（5）或（6）的相对运动下，使在工作室中的物料受到切削、挤压、搓擦等综合作用，而被分成若干细棒或麻絮状物。然后被排料装置抽吸作用由出料口（4）排出。

如附图中所示，所说的分丝刀片（9）是用螺钉（13）嵌在刀胎（10）上的，在一个转子盘上可视情况安装2至6块这样的分丝刀。为了使分丝机分出的棉柴棒具有一定的规格，可以调节分丝刀与分丝板之间的距离来达到。

采用本发明的分丝机处理过的棉柴其粗为1～4毫米，其分丝合格率应不低于90%。

本发明的另一个关键就是在疏解中采用了特有的液压联动疏解机，从而解决了由于棉柴蒸煮后不变形、纤维不分离、浆料漂浮、不均匀所造成的疏解磨浆设备堵塞的难题。

本疏解机采用双盘相对组装。一个齿盘可以回转，另一个齿盘则固定不动，或两个齿盘分别向相反方向转动。两个齿盘都装在机壳之内，在机壳上设有供浆料流进流出的开口。驱动装置可使疏解机中的一个或二个齿盘转动。两个齿盘相对面上都布满矩形齿条和条形槽沟。将一个转动盘的主轴和一个液压系统相联接，可以保证转动齿盘在运动中可以作轴向位移，而自动调整两个齿盘间的距离。

本疏解机的结构可通过附图三和附图四加以说明。图三是疏解机的剖面示意图;图四是图三的B-B方向视图。

在图三和图四中，（22）为疏解机的机壳，（23）为进料口，（24）为出料口。（25）为固定磨盘并由固定螺钉（26）将其固定在机壳（22）上。（27）为转动磨盘;（28）为转动磨盘（27）的主轴，（29）为转动磨盘的锁紧背母。锁紧背母（29）扣在转动磨盘（27）的主轴（28）外，将转盘（27）与通用液压系统相联接。在固定磨盘（25）和转磨盘（27）上分别装有磨齿相对的磨片（30）和（31），（30）和（31）之间形成工作间隙（32）。为了将疏解过的浆料送出工作间隙，在转盘（27）的外周上装有清料装置（33）。

本发明的结构形式如图三和图四所示，利用转盘（27）和定盘（25）的配合运动，从而使蒸煮后棉柴浆料中的纤维束进一步分解。当浆料中有硬物或大纤维束时，转动磨盘（27）可由于其本身的力沿轴向向后推动，因有液压系统的调节，而不致使疏解机堵塞，液压系统可将转盘（27）推回原位，并能继续保持磨盘转动。从而可达到疏解棉杆浆的作用。

采用本发明疏解机疏解浆料，可以使进浆浓度大，易进料，半浆流程流畅，是本发明工艺的关键设备。

为了弥补由于棉杆结构的特点而给制浆工艺带来的缺陷，保证成品纸张的质量，对浓缩洗浆双盘磨浆后的成浆进行打浆帚化处理是本发明的又一关键问题。本发明提供了打浆帚化用的桩式打浆机，图五为桩式打浆机的剖面示意图。

该打浆机由外壳（41）、转子（42）、定子（43）、筛板（44）、清浆刀（45）、主轴（46）等部分组成，转子（42）和定子（43）的两相对工作面上分别相对交错嵌有圆柱形或方形桩棒（49），刮刀（45）安装在转子（42）的外边沿，筛板（44）安装在接近外壳（41）的圆周部分，筛板（44）上均匀分布有若干筛孔。

当洗涤后的成浆经进料口（47）进入机内后，由于转子（42）和定子（43）的相对运动，浆料即在桩棒之间被搅打帚化，使其纤维束继续进行分化而又不至于破坏纤维的长度，被帚化后的浆料由于受离心力的作用被抛向外壳周围部分的筛板（44）上，通过筛板后由出口（48）放出，即为合格成浆。不能通过筛板（44）的粗纤维部分则被清浆刀（45）刮下，重新回到机内被搅打帚化，直至浆料合格为止。打浆帚化有利于提高浆料的叩解度，保持纤维长度，提高抄造性能，保证成纸质量。

本发明工艺采用的打浆机其筛孔直径为2-3.5毫米，进浆浓度为3～4%，出浆叩解度28-30°SR，纤维湿重3～3.5。

本发明所提供的桩式打浆机与原有设备中的双盘磨串联使用，可以得到理想的合格纸浆。

本发明所述的棉柴制半化学浆工艺由于在备料、蒸煮、磨浆疏解、细磨打浆等工序分别提出了合理的工艺条件并确定和设计了与之配套的工业生产专用设备，因而能够在工业化中进行实施，并制得了合格的全棉柴高强度瓦楞纸，其外观细腻松厚，纤维组织均匀，经测试。各项物理理指标如表2所述：

指标对比		棉杆	日本样品	瑞典样品
					定量（克）		134	125±4%	127±5%
紧度（克／立方厘米）		0.63
					环压强度（公斤）	纵	26.0	20	20
横	25.5	15	15
				耐破度（公斤／平方厘米）		2.5	2.6	3.5
施胶度（毫米）		1.75
				裂断长（m）	纵	4800	4300	6700
横	2530		2600

从表2中可以看出，采用本发明生产的全棉杆浆成纸强度可以达到牛皮瓦楞原纸的质量指标。

Claims (14)

1、棉柴高强瓦楞原纸制浆水艺，包括备料、蒸煮、磨浆、洗涤、细磨过程，其特征在于：

1.1备料时，应对切断的棉柴进行分丝处理，分丝处理是在转盘式棉柴分丝机中进行。

1.2棉柴蒸煮采用中性亚硫酸铵为蒸煮液，以氨水为缓冲剂;其配方组成（以100%纯度绝干原料计）;中性亚硫酸铵7～10%，氨水2～3%;蒸煮的工艺条件为：

（1）液比：1/（2.0～3.5）

（2）水的预热温度：75～85℃

（3）蒸煮压力：6.8～7.5公斤/平方厘米。

（4）蒸煮全程时间：4.5～6.0小时。

1.3蒸煮后的粗浆，在粗磨前需先进行疏解处理，使纤维束分离;

1.4对细磨后的成浆，还需要进行分丝帚化处理。

2、按照权利要求1所述的制浆工艺采用的分丝机。主要由定子和转子组成。其特征是在2、1组成定子的外壳（2）内腔壁上装有带搓板状肋条的顶分丝板（5）和侧分丝板（6）;2、2在组成转子的转盘（7）外周上均匀嵌有二至六块条状分丝刀（9），在转盘（7）的靠进料口（3）面装有拨料叶片（12），该拨料叶片（12）能随转盘（7）一起转动。

3、按照权利要求1所述的制浆工艺，其特征在于粗浆疏解是在液压联动双磨盘疏解机中进行，疏解工艺参数分别是3、1进浆浓度3.0～3.5%;3、2叩解度为18～20°SR;3、3纤维湿重为6.0～7.5克。

4、按照权利要求3所述的制浆工艺采用的疏解机，其特征在于该疏解机是由机壳（22）、转动磨盘（27）、固定磨盘（25）、转盘轴（28）、清料装置（33）、液压系统组成。转动磨盘（27）和固定磨盘（25）的两个相对面上都分别布满矩形齿条或者条形槽沟，转动磨盘（27）的转盘轴（28）和液压系统相联接，可保证转动磨盘（27）在运行中可以自动作轴向位移，调节两磨盘之间的距离。

5、按照权利要求1所述的制浆工艺，其特征在于所说的分丝帚化处理是在桩式打浆机中进行，其打浆的工艺参数分别是5.1进浆浓度为3～4%;5.2叩解度为28～30°SR;5.3纤维湿重为3.0～3.5克;5.4筛孔为2～3.5毫米。

6、按照权利要求5所述的制浆工艺采用的桩式打浆机，其特征在于该打浆机由转子（42）、定子（43）、外壳（41）、筛板（44）、清浆刀（45）、主轴（46）组成、转子（42）和定子（43）的两个相对工作面上分别嵌有交错排列的柱形桩棒清浆刀（45）是安装在转子（42）的外沿上，可以在运行时将未能通过筛孔的粗纤维由筛板（44）上刮下，并重新在工作室中打浆。

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