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压榨辊辊面失效的危害与控制方法

放大字体  缩小字体    发布日期:2010-07-23   来源:中国包装网   责编:中国包装网   浏览次数:906   版权与免责声明
  压榨方式有普通平辊压榨、真空压榨、沟纹压榨、盲孔压榨等。压榨部工作负荷比较重,工况恶劣。生产过程中出现出纸困难、横向厚度不一、压榨断纸、筋道和卷烟纸的罗纹深度过浅等问题时,可能是压榨辊辊面失效所致。围绕压榨辊辊面故障产生的原因采取防范措施以提高企业的经济效益具有重要意义。

  1 压榨辊辊面失效的原因

  适当提高沟纹压榨的线压力,可以提高纸页脱水效果,但过大提高线压力会造成胶制辊沟纹变形和磨损,反而影响脱水效果。为减小变形和提高脱水效果,可适当提高胶辊的表面硬度。

  山东济宁纸板厂以进口本色木浆和美国废瓦楞纸箱为原料生产A级牛皮箱纸板的圆网多缸造纸机工作车速120m/min,压榨部由复合压榨和一道正压组成。复压上辊辊体材质为铸铁,外包胶。单室真空压榨辊辊体材质ZQAL9-4,包胶硬度要求大于肖氏90°,表面开孔率15%;复压下辊辊体材质铸铁,包胶硬度要求大于肖氏90°,表面车沟纹口。试生产不久,真空压榨辊胶层脱落,重新包胶投料后,由于辊面硬度低(只有肖氏82°),导致纸页在压区内变形大,在真空抽吸作用下,纸页出现影痕。同时孔眼被磨损扩大,又发生脱胶事故。

  在较高压力和高速运行的压榨部,刮刀会损坏压榨辊面,尤其是用高负荷的钢质刮刀更易损坏辊面。在较大型的高速纸机上花岗岩压榨辊辊面磨损严重,很快出现凹坑、瓦楞或磨出圆环。花岗岩的磨损通常与使用瓷土填料有关,可通过采用良好的喷淋和刮刀片来减轻磨损。金属辊壳,尤其是真空辊受到应力和/或腐蚀后容易开裂。辊面尤其容易发生破损或脱胶,压榨部的振动会导致辊面脱胶。

  某长网纸机压榨部第二压区两道大辊由于辊子的中高不合适和中高中点的不对中,除造成纸张水分不均、松厚度不一致等纸病,并且加剧胶辊覆面的损坏。压榨下辊的中高明显不足,形成局部过载,是造成胶辊操作侧损坏的主要原因。

  压榨部用硬质合成橡胶辊硬度高,在高线压力作用下具有较好的脱水效果。但是,此种包覆辊在高速纸机抄造中辊面发生中高早期磨损、辊体与橡胶层之间容易剥离等。其原因是:在纸机高速化和压区的高线压力使用条件下,硬质合成橡胶的机械损耗、损伤和磨损;由于压辊的高速旋转,反复的加压和回弹,使橡胶包覆层的内部产生压缩热,且不易放出,由发热而导致材质的劣化,甚至烧损。

  北京造纸一厂某机台生产复印纸时,由于加添滑石粉量过大,导致压榨胶辊的使用寿命不到3个月。

  广州造纸股份有限公司某台新闻纸机,其压榨部采用四辊三压区,从下至上依次是沟纹辊、真空压榨辊、陶瓷辊和靴辊。其中,SymZs可控中高沟纹辊表面的沟纹由涂有WC的不锈钢丝缠绕而成;真空压榨辊是聚氨酯辊面,与钢丝缠绕的沟纹辊配合不易造成毛布损伤;陶瓷辊表面附有很薄的陶瓷涂层,有利于纸页剥离。操作时,陶瓷辊配的双刮刀闭合和辊子转动时必须打开喷淋水,否则会造成陶瓷涂层的损坏,不利于纸页剥离。

  2 压榨辊辊面失效的防范措施

  2.1 改进压榨部的工艺控制

  山东昌华造纸机械有限公司真空压榨辊上应用的双刮刀可以增加辊子表面清洁度,减轻刮刀对辊面的磨损,从而延长辊子的使用寿命。压榨上辊、下辊、中心辊表面一般由坚硬的花岗岩、陶瓷或人工合成材料覆盖可以选择硬压辊双刮刀。例如,3750/1000文化纸机压榨石辊双刮刀,由于生产过程中刮刀始终紧贴在压辊坚硬表面上摩擦,使用时间过长刮刀刃的前端和背面积聚脏物,有可能对辊面造成磨损和划伤。因为第一刮刀刮除的纤维、脏物较多,所以将第一刮刀设计成能沿压辊表面作横向往复运动的活动刮刀,刮刀与辊面之间产生横向剪切力,可防止脏物积聚,保证刮刀和辊面的清洁。第二刮刀为固定刮刀。

  在压榨部中心辊和单压区顶辊位置,中心辊双刮刀的DST形式保持架利用空气管的柔软性,使刮刀片前端均匀地接触辊面,能很好地抑制辊面的磨伤。

  固定式刮刀装置在使用初期,可有效地洁净辊面,不会造成辊面的损伤、划伤,但使用时间过长,刮刀刃的前端和背面积聚脏物,有可能对辊面造成磨损和划伤。吉林造纸集团公司#10机压榨部的压榨中心辊刮刀以前为固定式刮刀,每隔3个月左右就得因刮刀的磨损对辊子进行更换维修,更换为摆动式刮刀后克服了固定刮刀装置的缺陷,但是沟纹压辊不能采用摆动式刮刀。

  山东鲁南纸业集团的化装板原纸生产线长网纸机,采用上辊为石辊的三道普通压榨,带锯片刀片的刮刀通过两端支架安放在石辊上。生产初期,由于带锯片磨损,在石辊上接触压力不一致,结果就在石辊面上划出沟痕,使被磨掉的石粒粉末被纸面黏上,纸面就出现黑线。由固定式刮刀改为移动刮刀;带锯片改为新型高密度板制作的硬度高、耐磨性好和使用寿命长的EP刀片。改进后,纸面黑线消失;石辊修磨次数减少为每3个月1次;磨辊费用每年减少3万多元。

  牡丹江恒丰纸业股份有限责任公司2362高档卷烟纸纸机,其纸边的剥离方式为利用第一道压榨上辊的游动刮刀将纸边刮掉,易使刮刀边部漏料,少许漏料经过一段时间的积累易使刮刀边部产生微小的变形,导致纸页断头的产生,同时变形的刮刀对压纹上辊的破坏作用极大。为此,该公司研制的一套纸页剥离装置使纸边在进入一压上辊刮刀之前即被剥下,有效减小游动刮刀的变形量,使纸页断头率显著的下降,使压榨上辊的磨辊周期由5次/年减少为1次/年。

  宜宾造纸机械厂设计了生产A级卷烟纸的湿压螺纹卷烟纸机,进螺纹压榨设有一根镀铬引纸辊,其传动由上辊带动;出螺纹压榨设有一根包胶活动弧形引纸辊,其传动由主传动变频电机带动,进入总传动控制系统;此处设置一个光电断纸检测开关;上、下辊均设有传动点,开车时,上、下辊由其电机分别带动运行,首先进入上、下辊的速度控制,当上、下辊速度误差在一个给定的很小范围内且有纸页通过压区时,上辊才能实施加压动作。而当上、下辊速差超过给定值时或当纸页断纸时,上辊迅速抬起,防止压榨辊的磨损,延长使用期限。

  助滤剂的使用除了可以提高湿纸页强度,从而允许使用滤水性能差的浆料如草浆等、减轻压榨部的压力节省电耗和降低干燥部的蒸汽消耗以外,还可以减少对压榨辊的磨损。例如,使用草浆生产胶版印刷纸时,可以采用MP101阳离子型水溶性PAM助留助滤剂,加入量为2~3kg/t纸。

  大辊径压榨又称宽压区压榨、高冲量压榨,是高定量、高车速的纸机或纸板机设计中常采用的一种压榨形式,用于瓦楞纸机、箱纸板机、涂布白纸板机等。和普通压榨相比,其压榨辊直径一般在1000mm以上,两辊间形成较宽的压区,延长了纸幅在压区的停留时间,达到普通压榨的一倍。由于压区较宽,线压虽高,但比压小,纸页也不会压溃。线压范围为200~350kN/m。由于大辊径压榨线压大,负荷高,在纸机运转过程中两辊间产生大量的摩擦热,所以大压榨辊常常需要进行冷却,使金属与橡胶面的温度保持低于70℃,以避免覆面层损坏。一般原则是压辊的操作压力超过70kN/m时就应该冷却,冷却方式通常采用辊体内水冷却。

  压榨上辊与下辊偏心距的作用主要是有利于接触辊排水和纸页预热。牡丹江恒丰纸业股份有限公司2540mm长网单缸纸机原设计偏心距为215mm,在生产过程中发生脱胶事故。后经改造托臂、调整偏心距为230mm,效果较理想。

  2.2 陶瓷辊

  2000年,华泰集团从德国HAINDL公司购进年产16万吨的二手新闻纸机,在HAINDL运行期间,常因中心石辊表面性能差造成纸页在压区内出现运行障碍,制约车速的进一步提高。华泰集团将中心石辊换成陶瓷辊后,因压榨部原因造成的纸机不正常次数降低接近一半;出压榨部纸页干度提高,纸页的表面更加细腻,两面性趋向降低;由于压榨部配有蒸汽喷箱,换用陶瓷辊后,克服了石辊加热不良造成的裂纹问题。

  Voith公司推出的大型高速纸机用GR压榨辊陶瓷包覆层,Valmet公司开发了Valrok系列中心压榨辊陶瓷包覆层。陶瓷辊具有承受更高压榨负荷的能力,能减小辊子振动,研磨后辊子使用寿命延长,抗腐蚀且包覆层不会脱落,运行过程中辊表面特性不会改变,能与蒸汽箱配合使用等优点。用作复合压榨中心辊的花岗石表面由于花岗石的受拉和受压的极限强度有很大的差别,石辊通常采用预应力结构,花岗石辊体靠两端的螺母和垫圈紧压在钢制芯轴上,压应力不能过大或过小,否则辊体端面会破损或松动。内部温度升高,会使辊面产生裂纹,严重时轴芯脱落,造成重大事故。目前造纸厂正大量使用磨损作用更大的填料,也加剧了辊子的磨损。直接在钢制辊体喷涂陶瓷包覆层分为两层,底层为防腐蚀的绝缘层,面层为陶瓷层。喷涂工艺是钢辊体研磨修补清洗后,采用特殊喷枪将涂料形成一层非常致密的、防腐蚀的绝缘层,绝缘层厚度大约为0.76mm,它增强了陶瓷层的黏接性,同时也可防止钢辊壳体生锈。陶瓷包覆层的绝缘底层形成后,陶瓷层的形成是采用等离子喷雾喷涂方法用陶瓷涂料形成一种孔隙率高(5%~6%)的多孔涂层,它可产生极佳的纸幅剥离效果,涂层厚度一般为1.52mm。陶瓷辊包覆层与花岗石辊相比,研磨后辊子使用寿命长。陶瓷包覆层厚度可达2.54mm,使其有足够余量的可磨层进行多次研磨。陶瓷包覆层适用于普通压榨辊、复合压榨中心辊、可控中高辊和宽压区压榨辊。

  2.3 可控挠度辊

  可控挠度辊对辊壳表面进行高硬度特殊处理,以减少辊面磨损,提高可控挠度辊的寿命。广州造纸股份有限公司于1991年在纸机技术改造中,引进芬兰VALMET公司的具有可控中高的沟纹压榨辊。该辊的中高可以根据生产操作上的需要,随时加以调控,能在所有负载下,保持均匀分布的压区负荷,因此在压榨段能均匀脱水。使用可控中高辊,按规定一年磨一次,不是磨中高,而是磨平辊面,恢复辊子原有良好性能,辊子使用的周期长,研磨工作量小。

  浙江民丰本科特有限公司卷烟纸生产线#18机湿压罗纹压榨使用的可控中高辊(外径460mm)和罗纹辊(外径705mm)后,纸页上形成的罗纹清晰,有立体感,并且罗纹的深浅可以通过控制液压油的压力来调节。该可控中高辊辊面包有一层约20mm厚的橡胶复合材料作为胶层材料,使辊子的重磨周期可以达到5~6d。但是,该辊磨削加工时,禁止加工或碰伤辊体上作为基准面的胶面没有覆盖的部分。

  2.4 胶辊

  佛山华丰纸业有限公司一台1575mm长圆网多缸纸机,生产350~500g/m2涂布灰底白纸板。改造前生产车速40~55m/min;压榨部由三道普通压榨组成,上辊是石辊,直径450mm,辊面容易出现小凹孔,下辊是胶辊,直径400mm,加压提升机构是膜片式。对压榨部和干燥部改造后,车速75m/min;压榨部还是用三道普通压榨,上辊改为胶辊,直径改为600mm,下辊仍为胶辊,直径改为550mm,把加压提升机构的加压臂加长,加压支点升高。改造后,压榨部的压区宽度增加了1倍。

  天津飞龙橡胶制品有限公司研制的新型纸机胶辊在线压力为160~180kN/m,线速度为500~600m/min条件下使用6个月以上,未出现裂纹和突椤的问题,生产近300根,创产值320万元。其制造工艺是由挤出机挤出胶条,缠卷成型,不仅使胶料密实性好、强力高,而且挤出胶条与胶条之间黏接性好,不存在气泡、脱层、接口等缺陷。采用硬质胶黏合法与金属芯黏合,硬质胶配方为:天然胶100、硫黄35、氧化铁15、陶土30、轻钙70、促进剂1。面胶配方采取天然橡胶与顺丁橡胶的并用,并在配方中使用性能更优异的防老剂,具体组分为:天然胶70、顺丁胶30、氧化锌8、硬脂酸2、促进剂1、防老剂2、增黏树脂3、炭黑65、填充剂30、软化剂8、硫黄8.5。

  沟纹辊压区平面易变形、沟顶平面易于损坏、沟槽易堵塞等;而盲孔辊辊面不易损坏,孔也不易堵塞。通常盲孔辊(辊体材质为高级优质铸铁,耐热耐磨耐高线压的特种胶胶面厚度20mm)一年磨一次,每次磨削量约为2mm,沟纹辊每年磨两次,每次磨削量约为2.5~3.5mm。同样包胶层的沟纹辊寿命比盲孔辊的短。造纸压榨辊(沟纹辊)采用胶辊时,其表面橡胶的硬度为80~90°,通过采用不同的橡胶配方制造,可以得到不同硬度的胶辊。橡胶材质可以是耐水性、耐化学药品性和耐磨性更好的SBR、BR、NBR和PUR。例如,压榨胶辊常用的聚己内酯综合性能优越,耐低温性能及耐水解性能好。

  美国一家生产尿布包覆用卫生纸的纸厂纸机净纸宽3.3m,工作车速914m/min。该厂直径600mm、水冷、盲孔、线压力为450pli(78.8kN/m)的压榨辊辊面包覆胶面的硬化或软化度高达10P&J。若被软化,则中高在30~40d内就会磨损。此纸厂改用新的辊面包覆Press GatorTM ZL运行200d,还没有研磨;不仅由于压辊在压区的均匀接触而得到改善,而且还可保持相当长的时间;起皱刮刀研磨周期延长;胶面的研磨次数从6次降为4次,寿命延长了一半。由于质量非常可靠,纸厂计划将胶面厚度从19.1mm增加到22.2mm。

  某大型纸厂在一台工作车速为500m/min、工作线压80kN/m、抄造52g/m2胶印书刊纸的3150mm长网纸机的四辊三压区复合压榨上的真空辊采用不锈钢辊壳,包覆合成橡胶,真空度为0.04MPa,保持稳定,没有发生过波动或不稳。该真空压榨辊的规格为φ905mm×3710mm,辊壳采用1Cr18Ni9Ti钢板圈焊。不锈钢的弹性模量E及屈服强度σs均比10-2铸锡青铜大。也就是说,不锈钢与铜制的在同样条件下制成一只辊壳,前者的刚性比后者好得多,于是有可能把不锈钢辊壳制作得薄一些。辊壳壁厚比铜制的薄,不仅对加工有利,更重要的是脱水吸力大,水在孔中停留时间缩短,挂浆堵塞孔眼的概率减少。与辊壳内壁贴合的密封条材料采用超高分子聚乙烯,通常可用3个月,加了石墨填料之后可用半年左右。包胶层厚度为25mm,合成橡胶。有一家纸厂的真空压榨辊体采用10-2铸锡青铜,因线压大,辊子弯曲严重,经常发生辊体与轴头连接的螺栓断裂,自从辊体改用镍铬不锈钢之后,刚性好了,几年用下来,螺栓也不断了。φ905mm×3710mm不锈钢真空压榨辊比铜制真空压榨辊的纸幅干度提高3%,不会脱胶,辊内壁不会形成沟槽,有效地延长辊筒的使用寿命。福伊特造纸的聚氨酯包胶真空压榨辊AquaFlow和SolarFlow应用WebNet连结技术,由于聚合体在三维方向的相互连结,功能层与辊壳的黏结大大地提高,使辊子更耐高温、抗机械冲击和化学腐蚀,允许更深的沟纹,达到更有效的压区脱水,没有必要增加盲孔的设计,不再需要使用真空吸水箱进行毛布清洁。

  3 存在的问题和建议

  对压榨辊体失效采用在线监诊以延长辊体寿命的系统也有报道。但是自动化监控系统本身的可靠性也需要提高。为了使压榨辊更安全的运行,需要从压榨辊本身的性能改进入手。提高压榨辊的辊壳与胶层的结合强度以及改善胶层的耐磨性能,都是值得考虑的问题。压榨辊的制造工艺对其寿命有重要的影响。辊壳材料的加工可以是铸造,或者不锈钢板卷焊而成。可控中高辊的制造存在不过关的问题,可以选择刚性好、压区宽的大辊径压榨盲孔辊。
 

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