作作刘长恩，教授，任教于东北林业大学。　提生要：东北阔叶材经蒸球化学预处理后，采用无刀式磨浆设备动态挤压磨解，当得率在74.5%～84.4%时，用作底浆，可生产A级箱纸板。动态挤压磨浆的特殊机理，使纤维长度得到充分保留；纤维细胞初生壁在动态挤压下局部剥落，纤维变得柔软；动态挤压的揉搓作用，使纤维变形、分丝；浆料易于打浆，成纸强度高。关键词：阔叶材；双螺旋辊式磨浆机；动态挤压；磨浆；磺化化机浆生生伊伦造纸厂地处小兴安岭腹地，当地有大量阔叶材资源未能得到充分利用。该厂90年代扩建后形成年产2万吨浆的生产能力，但是，原有化学浆生产线污染大，无法启动；原有高得率浆生产线分别为蒸球预煮盘磨机（φ915mm，配置动力260kW）磨浆与横管连续蒸煮系统热磨机（BW119/15，配置动力710kW）磨浆，都存在电耗大，运行效益低的问题。因此，一直未能正常运行。生生佳木斯纸业集团80年代后期引进年产8.5万吨箱纸板生产线。当时，由于投资的限制,未能同时引进与之配套的高得率浆生产线，到目前为止还无法正常运行，处境十分困难。该厂2001年将原金山屯林业造纸厂租赁经营，组建了伊伦造纸厂，准备生产高得率浆，作箱纸板的底浆。为此，先启动伊伦造纸厂部分生产设备，探讨高得率浆生产线的工艺条件，考察生产设备，积累经验。生生鉴于大量的理论研究和生产实践[1，2]，已经证明磺化化机浆得率高，强度好，滤水速度快，生产过程产生的污染负荷低；刘长恩等前期曾做过的SCMP生产试验，还表明双螺旋辊式磨浆机适于高得率浆的磨解。因此，该厂选择磺化化机浆生产工艺，以双螺旋辊式磨浆机为生产线的主体设备，采用动态挤压法磨解生产磺化化机浆。　1生生产流程和设备1.1生生产流程生生结合伊伦造纸厂原有生产流程，在满足生产要求条件下，尽量简化生产环节,充分利用原有设备。具体流程见图1。1.2生化学预处理生生生产过程中，使木素产生一定程度的磺化、润胀、软化，这是磺化化机浆赖以获得强度的重要条件[3，4]。为此,采用现有蒸球对木片进行化学预处理（蒸煮）。该厂现有5台25m3蒸球，考虑纸机能力，生产中只用2台，形成日产30t磺化化机浆生产线。生生原料为产自小兴安岭的东北混合阔叶材：桦木、杨木各占30%，其余为柞木、色木等硬杂木。木片质量低，合格率仅为55.6%,大片率高达15.1%,树皮含量9.5%，木片水分33%。图1 SCMP生产流程1-皮带运输机 2-木片仓 3-皮带运输机 4-蒸球 5-斜筛6-活底料仓 7-喂料装置 8-双螺旋辊式磨浆机 9-贮浆池10-高位箱 11-CX型离心筛 12-缓冲池 13-锥形除渣器14-圆网浓缩机 15-成浆池 16-废液收集槽 17-渣浆池18-φ350mm盘磨机生生由于生产准备时间短，亚硫酸钠溶解槽、贮存和计量槽未能投入使用。装球时，亚硫酸钠未经溶解，直接以粉末状和木片、烧碱、水（回用废液）同时加入。装锅量：4300kg/球生生蒸煮曲线：生生生生一次升温：60min，0～0.3MPa生生生生小放汽：20min，0.3～0MPa生生生生二次升温：45min，0～0.65MPa生生生生保温：60min，0.65MPa生生生生大放汽：30min，0.6～0MPa生生生生蒸煮全程：215min表１　化学药品用量和液比浆样号工艺条件Na2SO3NaOH液比#1#2#3#41712884333.871∶2.51∶2.51∶2.51∶3.0生生预处理的料片在蒸球大放汽后，倒入球下池。生生为降低生产成本、减少污染负荷，在液比不变条件下，其蒸煮化学药品用量由#1、#２、#３逐渐降低,废液pH7.5～８。为提高蒸煮后期蒸煮液pH值，减轻蒸煮后期蒸煮液的腐蚀，#４试样液比加大到１∶３，NaOH量稍有增加，此时废液pH10。化学药品用量见表1。1.3磨料片洗涤生生料片经无假底球下池泵送至斜筛，滤去废液；进入活底料仓的料片，由仓底螺旋输送机经喂料器进入双螺旋辊式磨浆机。在磨浆机内磨解料片过程中，脱除废液、加水洗涤。全部废液集中于贮槽，澄清后用于蒸煮配药和补液。1.4磨磨浆1.4.1磨设备工作原理磨磨双螺旋辊式磨浆机的工作原理如图2[5]。磨磨双螺旋辊式磨浆机是一种无刀式磨浆设备。它的主要工作部分是螺旋辊和封闭螺旋辊的机筒。根据工艺要求，螺旋辊被设置成三个串联的工作段。物料在正向推送过程中，正螺旋套对纤维物料产生定向(纤维轴向)挤压和输送作用；反螺旋套在反向推送挤压时，也有这种定向作用。因此，在高压磨浆区内纤维轴向受到较大的动态挤压力，图2磨双螺旋辊式磨浆机工作示意图对纤维产生揉搓作用。磨解细化了的物料，由反螺旋套螺棱上开的斜槽挤出，进入下一个浆料磨解段。通过斜槽个数和几何参数的变化，可以控制磨浆效果。磨磨盘磨机多段磨浆工艺中，随段数增加，盘间隙减少，切断纤维作用强化，从而导致主要受纤维长度影响的撕裂指数有所下降[6]。但是，双螺旋辊式磨浆机在高浓动态挤压下，虽然也是多段磨浆，但它可以控制切断作用，保留纤维长度。磨磨上机壳设2个进液口，下机壳设3个排液口。在高压磨浆区前，靠螺腔内的高压排出废液，在高压磨浆区后由进液口进水，以洗涤浆料。SM100型双螺旋辊式磨浆机可以完成一次脱除浓废液，两次洗涤浆料。该设备还可根据浆料的得率或硬度，调解磨浆组件，以达到磨解质量要求。1.4.2磨磨浆设备特征磨磨SM100Ⅰ型双螺旋辊式磨浆机，三段磨解，配置动力110kW，生产能力20～30t/d(高得率浆)。1.4.3磨磨浆工艺条件磨磨进浆浓度：＞15%磨磨磨浆浓度：25%～35%磨磨磨浆温度：进料：室温（18～20℃）；磨磨磨浆温度：磨浆区：90～110℃磨磨磨浆电流：120～180A磨磨磨后浆料打浆度：11～13°SR磨磨磨后浆料纤维湿重：6～10g1.5磨浆料筛选磨磨浆料磨解洗涤后进入浆池。贮存和输送过程中浆料被消潜。此后经CX筛（筛孔φ3.0mm）筛选，良浆经锥形除渣器净化、圆网浓缩机浓缩后送抄纸车间打浆工段；筛渣送φ350mm盘磨机再磨后，回到CX筛系统。1.6磨打浆与抄纸磨磨纸机抄造所用底浆（磺化化机浆），经3台φ450mm盘磨机串联打浆，打浆度由11～13°SR提高到19～20°SR；面浆采用本色硫酸盐木浆，经盘磨机磨浆后打浆度24～26°SR。磨磨该厂采用1600mm圆网纸机抄造牛皮箱纸板；面浆占18%～20%。　2目结果与讨论2.1磨浆得率和硬度(见表2)表2　浆料得率、硬度及出口浆料浓度浆样号得率%硬度卡伯值出口浆料浓度 %#1#2#3#474.579.384.482.610911613412031.240.530.634.6表3磨磨浆电流和能耗 浆样号磨浆电流A能耗kWh/t#1#2#3#4120～130130～140160～180140～16063.7～68.468.4～73.684.1～94.773.6～84.1磨磨由表2可知，随化学药品用量的降低，浆得率和硬度提高。磨解后出口浆料浓度无规律性变化。这是因为影响出口浆料浓度的主要因素为磨浆组件、磨浆条件等。2.2磨磨浆能耗磨磨生产实践表明，盘磨机生产磺化化机浆磨浆电耗一般为1000～1300kWh/t[7]。伊伦造纸厂原有高得率浆生产系统使用φ915mm盘磨机进行磨浆（动力130kW×2台）,磨浆能耗为416kWh/t。采用双螺旋辊式磨浆机，实际生产中的电流和能耗见表3。生产能力为20～30t/d时，能耗为63.7～94.7kWh/t。可见能耗比盘磨机大幅度降低,磨浆能耗仅为盘磨机能耗的五分之一左右。按吨浆节电200kWh、0.5元/kWh、日产25t计算，一年可以节电费85万元。磨磨按生产要求，为获得良好的纤维分离和纸浆强度，应当将化学预处理后的木片带热磨解。但由于采用球下倒料，加水后泵送料仓，当料片进入磨浆机时，已经降到室温，属于冷磨。如能采用喷放入仓后直接进磨浆机,就能实现带热磨解,浆的强度会更高，磨浆电流和能耗会进一步降低。2.3磨箱纸板质量指标磨磨生产实践（表4）表明，当得率为84.4%时纸板强度仍能达到A级箱纸板的指标。表4 箱纸板质量指标检测表指标名称检 测 批 次国家标准#1#2#3#4定量 g/m2紧度 g/cm3耐破指数 kPa·m2/g环压指数 N·m2/g耐折度 次吸水性 g/m2（正/反）水分 %2750.882.8811.717231/428.42450.792.8211.114831/4410.42410.732.7711.58532/479.52340.762.8011.99533/458.7250±12不小于0.72不小于2.75不小于9.7不小于80不大于35/506～102.4磨浆料的显微图片磨磨从纸板强度检测资料知，磺化化机浆强度较高。这除了木材磺化后纤维表面增加亲水基和木材变得柔软磨解时切断作用减少，有利于形成强度外，还和双螺旋辊式磨浆机磨浆时充分保留纤维长度，并使之形态发生变化，利于帚化分丝有关。为了了解动态挤压磨浆对纸浆强度的影响，在电子显微镜下观察了磺化化机浆纤维形态，发现在动态挤压揉搓后，大量纤维发生变形、扭曲，进而纤维细胞初生壁剥离，露出富含纤维层（图3）。此后，打浆时纤维易于帚化分丝形成纸页强度。×200×800图3 磺化化机浆显微图片　3磨结结论3.1磨蒸球化学预处理的阔叶材经过动态挤压法生产的磺化化机浆,当得率在74.5%～84.4%时，用作箱纸板底浆,可以生产A级箱纸板。3.2磨以双螺旋辊式磨浆机磨解化学预处理后的阔叶材,生产的磺化化机浆具有高强度的原因，除了和磺化处理有关外，主要还是由于磨解设备形成的高强度动态挤压，造成纤维细胞初生壁剥离，进而内部细纤维化，为打浆后形成强度创造了条件。3.3磨双螺旋辊式磨浆机磨解得率在74.5%～84.4%的磺化化机浆，磨浆能耗仅为63.7～94.7kWh/t浆。3.4磨现有蒸煮设备(蒸球)的企业,经简单改造后可形成高得率、高强度浆生产线。3.5磨双螺旋辊式磨浆机磨解过程中,可进行浆料洗涤,废液回用,有利于环保。□　　主要参考文献[1]杨伯钧.有关化机浆机理论述的介绍.中国造纸，1998，（2）：57～64[2]罗松年等.CTMP制浆工艺及其应用的发展概况（上）.国外造纸，1989，（8）：3～8[3]Gordon Broderick,etc.The fiber characteristics and hand sheet properties of a high-yield pulp.Tappi Journal,1996,79(1):161～169[4]Gordon Broderick,etc.Fiber development in chemmechanical pulp refining.Tappi Journal,1996,79(4):193～200[5]刘长恩等.辊式多功能磨浆机结构及其磨浆机理.中华纸业,2000，（10）：25～28[6]万金泉等.磨浆对化机浆特性的影响.纸和造纸，1994，（4）：41～42[7]刘新春.磺化化学机械浆生产实践.中华纸业，1998，（3）：49～50