9.3. Отлив древесноволокнистого ковра

9.3.1. Машины для отлива ковра. Древесноволокнистая масса поступает на отлив с концентрацией в пределах 0,9–1,8% и должна быть более низкой при тонком помоле волокна. Отлив и формирование ковра из древесноволокнистой массы происхо­дит в результате последовательного проведения операций: истечения массы на формующую сетку, свободной фильтрации воды через сетку, отсоса воды вакуумной установкой и дополнительного механического отжима. При истечении массы на сетку свободная вода фильтруется, уходя в оборотную систему, а взвешенные волокна оседают на сетке.

Вследствие развитой внешней поверхности волокон, полу­ченной при размоле, создаются условия большей степени их сцепления и переплетения. Эта связь усиливается в процессе вакуумного отсоса и механического отжима воды из полотна. Относительную влажность, полотна доводят до 68–72%. В та­ком состоянии полотно становится транспортабельным, а кроме того, максимальное удаление воды снижает расход пара и со­кращает время на последующую сушку плит. Особенно это важно при производстве мягких плит, так как сушат их не в прессах, а сушильных камерах.

Отлив массы и формирование полотна выполняют на отлив­ных машинах периодического или непрерывного действия. Машинами периодического действия называют такие, у которых древесноволокнистая масса подается к отливному ящику периодически. Получаемое в этом случае влажное древесноволок­нистое полотно имеет определенный размер, соответствующий длине отливного ящика. Эти машины малопроизводительны. Они установлены на целлюлозно-бумажных предприятиях в ли­ниях по утилизации отходов производительностью до 10 т/сут. Отливные машины непрерывного действия характеризуются непрерывной подачей древесноволокнистой массы на движу­щуюся, сетку. Сформированную бесконечную древесноволокни­стую ленту-ковер разрезают по длине на отдельные полотна – заготовки. Одновременно обрезают боковые кромки. Машины непрерывного действия по конструкции подразделяют на круглосеточные и плоскосеточные.

Основной узел круглосеточной машины – барабан большого диаметра и длиной, соответствующей ширине изготовляемого древесноволокнистого ковра. Поверхность барабана представляет собой колосниковую решетку с опорной сеткой, имеющей круп­ные отверстия. Внутренняя часть барабана разделена на ячейки. На опорной сетке лежит рабочая формующая сетка. Участок поверхности барабана, на котором формируют ковер, вакуумиуют. Диаметр барабана –1600–4270 мм, длина – 3050–5490 мм, площадь рабочей поверхности – 15,3–73,4 м2. Окруж­ная скорость сетки вакуумформующего барабана около 8 м/мин, разрежение – до 0,03 МПа. Максимальной производительности достигают при диаметре барабана 1600–2000 мм.

Предварительно обезво­женный вакуумом древесно­волокнистый ковер подвер­гают дальнейшему обезво­живанию механическим пу­тем – давлением несколь­ких пар валов, обтянутых сетками. Отжимные валы обеспечивают линейное дав­ление 100–180 Н/см. При этом относительная влаж­ность ковра составляет около 80%. С такой влаж­ностью ковер сходит с ва­куумформующего бара­бана и роликовым конвей­ером направляется на об­резку и дополнительное обезвоживание в вальцовом прессе. Дополнительным обезвоживанием влажность сырого полотна может быть доведена до 60%.Произво­дительность круглосеточ­ной машины достигает 42000 м² полотен в сутки.

Преимущество круглосеточных машин – простая конструкция, сравнительно небольшая потребная про­изводственная площадь и довольно низкие капиталь­ные затраты. Недостатком этих машин является то, что получаемое влажное полотно с наружной стороны длиннее, чем с внутренней, и при выпрямлении струк­тура нижней части плиты нарушается.

Кроме описанных отлив­ных машин, в производстве древесноволокнистых плит применяют машины других конструкций. Это продольно-круглосеточная ма­шина Ф. Фарни, из­готовленная фирмой «Фойт», машина кон­струкции Т. Хильбома и др. Однако наиболь­шее распространение получили плоскосеточ­ные машины.

Современные плос­косеточные отливные машины высокопро­изводительны и удоб­ны в эксплуатации. Являясь составной частью автоматизи­рованной технологиче­ской линии, они обес­печивают непрерыв­ное производство и по­дачу влажных полотен на следующую опера­цию–прессование или сушку. Основные узлы плоскосеточной отлив­ной машины: напуск­ной ящик, регистровая и отсасывающая ча­сти, форпресс, прессо­вая часть и пилы фор­матной резки. Схема плоскосеточной отлив­ной машины показана на рис. 9.12.

Рис. 9.12. Схема плоскосеточной отливной машины:

1 – напускной ящик; 2 – регистровая и отсасывающая части; 3 – форпресс; 4 – трамбовка массы; 5 – наливной ящик для облагораживающей массы; 6 – выравнивающий валик; 7 –ротабельт; 8 – пилы продольной резки; 9 – пила поперечной резки; 10 – конвейер влажных полотен; I, II, III – прессы

Напускной ящик служит для приема древесноволокнистой массы и равномерного налива ее на движу­щуюся сетку. Напуск­ной ящик снабжен приводной горизон­тальной мешалкой и резиновым фартуком в месте слива массы.

Регистровая и отсасы­вающая части – это участок интенсивного удаления воды и формования волокнистого ковра. Регистровые валики с диаметром порядка 100 мм, являясь опорой движу­щейся сетки, способствуют свободному стеканию воды.

В отса­сывающей части обезвоживание происходит под воздействием вакуума. Для этого под сеткой, на которой формируется ковер, установлены три отсасывающих устройства – ротабельта.

Ротабельт представляет собой трехсекционный металличе­ский ящик, верхняя часть которого покрыта нержавеющими стальными пластинками с отверстиями. На одной торцовой сто­роне ящика предусмотрены три регулировочных вентиля, а на другой – три соединительные трубы с вентилями, служащие для подключения ящика через гибкие шланги к вакуум-насосу.

Сетка отливной машины перемещается по поверхности отсасы­вающего ящика при помощи бесконечной резиновой перфори­рованной ленты, движущейся вместе с сеткой. Лента передви­гается вокруг отсасывающего ящика по направляющим перед­нему и заднему роликам и имеет отверстия удлиненной формы в направлении перпендикулярном движению сетки. Поскольку необходимо совпадение отверстий в отсасывающем ящике и ре­зиновой ленте, удлиненная форма отверстий позволяет некото­рое перемещение ленты к одному или другому краю при наладке. Необходимое положение ленты устанавливают регулировочным устройством. Болты регулировочного устройства выведены на торцы отсасывающего ящика. Ротабельт оборудован спрыскными трубами для обмыва резиновой ленты. При пуске отлив­ной машины сетка скользит по резиновой ленте, а сама лента не вращается до тех пор, пока над ротабельтом не будет дре­весноволокнистого ковра. Под действием вакуума ковер прижи­мает сетку к резиновой ленте, что приводит последнюю в дви­жение. Очень важно, чтобы ротабельт был установлен точно под прямым углом к направлению движения сетки без перекоса ленты. Вода, отсасываемая вакуумной установкой, попадает через ресивер в бассейн оборотной воды.

Современные отливные машины с широкой сеткой (рис. 9.13) оборудованы ротабельтами с самостоятельным приводом от электродвигателя постоянного тока с регулируемой частотой вращения в пределах 500–1500 мин^-1.

Рис. 9.13. Отливная машина XB 2200/M

В последнее время со­зданы новые конструкции отсасывающих ящиков – вирабельты, которые создают более глубокий вакуум. Резиновые перфори­рованные ленты заменяют специальными перфорированными пластинками, устанавливаемыми на поверхности отсасывающего ящика.

Форпресс предназначен для подпрессовки ковра. Он состоит из трех-четырех пар валов диаметром 300 мм. Валы с ролико­выми подшипниками в опорах смонтированы на поддерживаю­щих приспособлениях. Нижние валы установлены неподвижно, верхние перемещаются в вертикальном направлении. Давление верхних валов на ковер осуществляется от гидропривода. За форпрессом устанавливают две-три пары прессовых валов диа­метром 700 мм. Верхний вал первой пары охвачен верхней сет­кой прессовой части. Нижний вал первой пары является при­водным для нижней длинной сетки и называется гауч-валом. Прессовые валы снабжены гидравлическим прижимом и осуще­ствляют линейное давление до 1500 Н/см. Валы форпресса и прессовые валы имеют смещение в осях. Верхние смещены по отношению к нижним валам против хода движения ковра в пре­делах 60–100 мм, что предотвращает раздавливание ковра.

Узел форматной резки состоит из двух параллельно располо­женных пил (дисков) для обрезки кромок ковра и одной круг­лой поперечной пилы для разрезки его на отдельные полотна – влажные плиты. Ковер режут поперек по ходу его движения, поэтому направляющая пилы поперечной резки расположена под углом к направлению движения ковра. Плоскосеточные от­ливные машины выпускаются различными фирмами Европы и США и принципиально мало отличаются друг от друга.

Современные отливные машины имеют устройства, позволяющие наливать на поверхность плиты облагораживающий покровный слой и набрызгивать различные составы на ковер.

Новым конструктивным решением отличается шведская машина марки KMW, которая имеет производительность до 175 т/сут за счет улучшенной системы отсасывания и обезвожи­вания. Машина снабжена новым напускным ящиком, не­сколькими отсасывающими ящиками, расположенными сразу после напуска массы вместо регистровых валиков, и ленточно-плитным прессом. Отсасывающие ящики имеют воз­можность создать высокое вакуумирование величиной 9,8– 39,2 кН/м2, в результате чего значительно возрастает скорость обезвоживания древесноволокнистого ковра. Оригинальным кон­структивным решением является применение ленточно-плитного пресса, который установлен в конце машины. Предварительно обезвоженный древесноволокнистый ковер по­дается с помощью нижней и верхней сеток между двумя пер­форированными плитами. Верхней плитой можно регулировать просвет между сетками и угол обжима ковра. Преимущество такой установки состоит в постепенном возрастании давления на ковер, что благоприятно сказывается на структуре форми­руемых плит. Все сетки имеют самостоятельные приводы от электродвигателей постоянного тока, обеспечивающих бессту­пенчатое, регулирование. Управление двигателями автоматизи­ровано.

Отлив и формирование плит на плоскосеточных машинах. Основные условия образования древесноволокнистого полотна: равномерное распределение массы по всей ширине и толщине полотна, хорошее смешение различных фракций волокна, получение беспорядочной ориентации волокон, максимальное сокращение потерь мелких волокон и введенных в массу химических продуктов, достижение необходимой влажности ковра.

Для равномерного распределения массы и хорошего смеше­ния необходимы тщательное хранение и организованная транс­портировка массы к напускному ящику отливной машины. Каждая, частица волокнистой массы, находясь во взвешенном состоянии в суспензии, совершает движение. Оно происходит, во-первых, под действием силы тяжести (частица опускается), а во-вторых, в зависимости от своей формы она поддается вращению. Образуя сложные движения, частицы волокон и во­локна сталкиваются друг с другом, сцепляются и создают усло­вия для хлопьеобразования. Вместе с тем в быстро движу­щейся суспензии образование хлопьев сопровождается разры­вами и устанавливается динамическое равновесие. Учитывая этот факт, необходимо создавать такие условия, чтобы истече­ние суспензии в трубопроводах и в напускном ящике не нару­шалось механическими препятствиями на пути потока. Следует избегать углов, искривлений, неровностей внутренних поверхно­стей массопроводов.

Равномерность разлива массы по всей ширине сетки, а также регулирование скорости подаваемой массы осуществляют при помощи напускного ящика, расположенного непосредственно пе­ред сеточным столом. Напускное устройство преобразует струю массы, выходящую из трубопровода, в широкий равномерный поток, наливаемый на движущуюся сетку. Этот поток не дол­жен иметь завихрений и перекрестных струй. Большое значение для плавного налива массы имеет угол, под которым струя вы­текает на сетку. Необходимо, чтобы этот угол был близким к нулю, а соприкосновение потока массы с сеткой происходило за вертикальной осевой линией грудного вала.

Скорость истечения древесноволокнистой массы должна быть несколько меньше скорости сетки. Наиболее оптимальной счи­тают скорость на 5–10% меньшую, чем скорость сетки. При более низкой скорости большее число волокон занимает про­дольную ориентацию, при увеличении скорости возрастает по­перечная ориентация волокон.

При выливании массы на сеточный стол происходит первая стадия обезвоживания под воздействием силы тяжести. В этот момент начинает формоваться ковер. Правильно подобранная концентрация массы в зависимости от длины волокон и харак­тера размола создает условия структурного соединения их между собой. Если концентрация слишком низкая, волокна осаждаются по отдельности, не создавая достаточной связи, больше подвергаясь направленной ориентации.

Интенсивное обезвоживание происходит по всей ширине регистровой части, имеющей подъем 2,5–3°. Регистровые ва­лики, поддерживая сетку от провисания, вращаются в направ­лении от нее; это способствует удалению воды из волокнистой массы. Эффект засасывания тем больше, чем меньше диаметр валиков. Засасывающее действие возрастает приблизительно пропорционально квадрату числа, оборотов валика. Эффект за­сасывания возрастает во второй части сеточного стола, где удаление воды на свободных участках между регистровыми ва­ликами почти не происходит из-за того, что поверхностное натя­жение воды под сеткой становится значительным и противодей­ствует силе тяжести воды. Вода стекает по поверхности валика в сторону его вращения. Всасывание в зоне между поверхностью валика и сеткой происходит в результате сил сцепления воды с поверхностью регистрового валика и кинетической энергии вращения валика.

Скорость обезвоживания древесноволокнистого ковра на ре­гистровой части сеточного стола снижается по мере повышения сухости ковра. На последних валиках волокнистый слой уплот­нен настолько, что возникшие капиллярные силы удерживают воду и дальнейшее обезвоживание становится возможным только отсасыванием. Исследования показывают, что скорость обезвоживания волокнистого ковра прямо пропорциональна действующему напору и обратно пропорциональна толщине слоя массы на сетке, вязкости воды и удельному сопротивлению фильтрации самой массы.

Действующий напор массы в регистровой части имеет не­большую величину, состоящую из напора массы над сеткой и усилия засасывания. Величина напора значительно возрастает при создании вакуума под сеткой.

На скорость обезвоживания сильно влияет вязкость воды, которая зависит от температуры (оптимальная температура от­ливаемой массы составляет 40–50 °С (табл. 9.2).

Таблица 9.2

Зависимость вязкости воды от температуры

Температура, °С	0	10	20	30	40	50
Вязкость воды, сантипуазы	1,79	1,3	1,0	0,8	0,65	0,55

Окончание таблицы 9.2

Температура, °С	60	70	80	90	100
Вязкость воды, сантипуазы	0,47	0,4	0,35	0,31	0,28

Удельное сопротивление фильтрации массы характеризуется удельной поверхностью волокон, которая, в свою очередь, опре­деляется качеством размола массы.

Сопротивление фильтрации возрастает с увеличением поверхности волокон. Зависимость между скоростью обезвоживания и степенью размола массы подтверждается многочисленными опытами. На рис. 9.14 приведен график такой зависимости при отливе образцов плит с различ­ной концентрацией отлива.

Удаление воды под воздействием вакуума на отсасывающих ящиках происходит следующим образом. При создании вакуума под сеткой ковер сжимается, а отжатая вода собирается в ячей­ках сетки, повисая в виде капель или сплошной пленки. В этот период воздух через ковер практически не проходит. После окончания интенсивного сжатия ковра, когда изменение тол­щины становится незначительным, воздух начинает фильтро­ваться через ковер, преодолевая силами давления воздушных струй силу натяжения и трение воды в порах ковра, а также воды, находящейся под сеткой. Продолжительное прохождение воздуха через массу практически не изменяет достигнутой влаж­ности ковра. Если снизить величину вакуума, происходит обрат­ная деформация ковра, сопровождающаяся частичным увели­чением пор и впитыванием воды. Поэтому вакуум по мере про­движения сетки от одного отсасывающего ящика к другому следует повышать.

Рис. 9.14. Зависимость времени обезвоживания слоя массы

от степени ее размола при концентрации отлива:

1 – 0,75; 2 – 1,5; 3 – 2; 4 – 2,5

Дальнейшее обезвоживание волокнистого ковра происходит под воздействием обжима его валами прессовой части. Учиты­вая большую упругость ковра после прохождения им отсасываю­щей части, его заклинивают верхней сеткой, постепенно сбли­жающейся с нижней. Верхняя сетка воздействует на ковер на участке между валками, предотвращая его раздавливание. Пер­вый вал форпресса служит для сдавливания материала без отжима воды, а второй и последующие – для обезвоживания. Валы прессов расположены друг над другом не по одной оси. Ось верхнего вала смещена в направлении обратном движению ковра. Это дает возможность постепенного усиления давления на ковер. Максимальное давление будет действовать по линии, находящейся в плоскости, соединяющей оси валов. Смещение оси вала должно быть тем большим, чем толще волокнистый ковер. Линейное давление, осуществляемое прессовыми валами, у каждого последующего пресса должно увеличиваться, так как с повышением сухости ковра обезвоживание становится все более затруднительным.

Все операции по формирова­нию древесноволокнистого ковра следует производить с постепенно нарастающей нагрузкой. Уста­новлено, что форсированный ре­жим обезвоживания на любой стадии процесса вызывает раз­рушение волокнистой структуры ковра, снижение его механиче­ских свойств при отсутствии ка­ких-либо внешних видимых при­знаков. При свободной фильтра­ции и отсосе воды в короткий промежуток времени чрезмерно большой перепад давления на границе действия нагрузки вызывает разрушения связей. При интенсивном обезвоживании под действием большого фильтраци­онного напора происходит относи­тельный сдвиг волокон (рис. 9.14).

Нарушение структуры наблюдается также при чрезмерном давлении валковыми прессами на влаж­ный ковер. Исследованиями установлена необходимость рав­номерного прироста нагрузки на ковер от 0,012 до 0,5 МПа и более. Для современных отливных машин величину вакуума в отсасывающих устройствах рекомендуют от 0,012–0,015 до 0,030– 0,035 МПа с постепенным его наращиванием, а линейное давление валов прессовой части машины должно составлять от 300 до 1200–1500 Н/см. Но даже в этом случае не обеспечи­вается плавность нагружения, оно носит ступенчатый характер. Поэтому изменение нагрузки в процессе обезвоживания пред­располагает к разрушению структуры ковра.

Древесноволокнистая масса представляет структурирован­ную систему, обладающую упруго-вязкими свойствами. Нару­шенная структурная сетка ковра может частично самопроизвольно восстанавливаться. Чем меньше концентрация массы, тем больше способность к восстановлению структуры. На основе теории адгезии и прилипания полимеров в воде предложен механизм взаимодей­ствия древесных волокон и обоснован процесс структурообра­зования. В основу положено наличие структурных коагуляционных связей между волокнами, которые возникают в момент структурообразования в суспензии. Это взаимодействие приво­дит к оптимальному с энергетической точки зрения выбору поло­жения волокон в системе, соответствующего наименьшему значе­нию свободной поверхностной энергии. Прочность структурной сетки возрастает с увеличением плотности ковра за счет умень­шения расстояния между волокнами, роста числа контактов. Обезвоживание сопровождается вытеснением воды воздухом. По мере развития коагуляционных связей сопротивление си­стемы обезвоживанию возрастает. Процесс обезвоживания, та­ким образом, можно рассматривать как процесс упрочнения ранее созданной структурной сетки древесноволокнистого ковра.

Производительность (кг/ч) отливной машины непрерывного действия рассчитывают по формуле

П_ч = 60mbvk_и, (9.3)

где т – расчетная масса 1 м² готовой плиты, кг; b – ширина готовой плиты, м; v – скорость движущейся сетки, м/мин, v=f(M, S), M – характеристика древесноволокнистой массы (степень размола, концентрация и т. д.), S – толщина изготов­ляемой плиты (ковра); k_u – коэффициент использования ма­шины (0,9–0,95).

9.3.2. Возврат волокна в производство. В цехах древесноволокнистых плит, работающих по мокрому способу, эта операция имеет важное технологическое и экономическое значение. Вместе со сбрасываемой водой уходят и волокна, содержание которых в сточной воде составляет около 1600 мг/л. Извлечение из сбрасываемой воды древесных волокон позволяет максимально использовать сырье и оборотные воды, что снижает расход сырья и свежей воды на единицу выпускаемых плит. Кроме того, уменьшение содержания волокнистых веществ в сточной воде создает благоприятные условия для последующей обра­ботки ее на очистных сооружениях. Для возврата волокна в производство используются технологические фильтры.

B нашей стране на заводах, изготовляющих древесноволок­нистые плиты, установлены фильтры польского производства. Принцип действия их основан на фильтрации воды через непре­рывно движущуюся сетку, на цилиндрическую поверхность ко­торой предварительно нанесен фильтрующий слой из волокни­стой массы (первичный слой). Этот слой вместе с уловленным волокном, содержащимся в поступающей на фильтрацию воде, удаляется с сетки в виде скопа. Для первичного слоя может использоваться волокно от первичного или вторичного размола или волокнистая масса со скопа.

Фильтр состоит из ванны, в которой вращается большой по­лый барабан с открытой ребристой поверхностью. На барабан надевается металлическая сетка в виде непрерывного полотна. Сетка дополнительно надевается на малый барабан с ребри­стой поверхностью, где образуется фильтрующий слой, а также еще на один вал, предназначенный для частичного обезвожива­ния скопа перед удалением его шабером. Скоп сбрасывается по наклонному щитку в приямок, откуда направляется в производ­ство или частично в специальную емкость для разбавления и ис­пользования в качестве первичного слоя. Отфильтрованная вода через нижнее боковое отверстие в торцовой стенке большого ба­рабана направляется в бассейн оборотной воды, а излишки сбрасываются в канализацию. Опыт показал малую эффектив­ность этих фильтров.