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本文作者：楊樹忠作者單位：天津造紙廠有限公司研發中心

圓網造紙機從發明到現在經過了不斷的改進和發展，1808年英國人迪克音遜（Dickinson)發明了圓網造紙機，最初用于生產單層紙，到1817年經過不斷改造，增加了蒸汽加熱回轉型烘缸。美國在1817年從英國購入圓網紙機并安裝在惠靈頓的造紙廠。圓網造紙機是當今世界上長網、圓網、夾網三大造紙機類型之一。我國在1918年從日本購進第一臺帶有4個圓網成形器和20個烘缸的圓網造紙機用于生產板紙并安裝在蘇州的華盛紙廠。據80年代統計，日本的圓網造紙機占總機臺的38.8%，美國是31%；國際上雖然由于更先進的成形器的出現，圓網成形器似乎已經過時，但一家荷蘭的紙廠在1989年還是建成了所有9個成形位置都采用圓網成形器的紙機，大約在同時英國一家紙廠也安裝了類似的紙機。到1994年，我國的圓網造紙機約占總臺數的80%，其總體水平主要是紙機門幅窄，車速低，紙頁成形質量不高?，F在我國生產衛生紙的企業除幾家引進新月形成形器外，絕大多數廠家仍然以圓網造紙機為主；國內大部分的箱板紙廠也在使用圓網造紙機生產，但和國外先進的紙機相比還存在著很大的差別。為此，國內有條件的紙廠正在以長網造紙機取代圓網造紙機，但是圓網造紙機也有結構緊湊、占地面積小、造價和動力消耗低等優點，因此，在今后較長的歷史時期內，圓網造紙機與長網造紙機將長期共存，關鍵在于我們應積極行動，改造現有的圓網造紙機，研究出適合我國國情和原料特點的圓網造紙機改造方案。圓網造紙機的濕部成形器是圓網造紙機的關鍵部件，現就有關圓網造紙機濕部成形器的結構特點及其改造方法論述如下。

1老式圓網造紙機濕部成形的特點和適用性

我國現存還沒有改造的圓網造紙機，大部分是老式的圓網造紙機，圓網籠的大部分置于牛角道型漿槽內，濕部成形的特點是利用圓網籠內外的水位不同而產生壓力差，漿料被吸附在網籠表面，當水排出后，隨著網籠的轉動，網面上的漿料開始形成紙層。漿料與網籠內的白水液位差越大，漿料與網面的吸附作用也越大，紙層也相應地加厚。如果液位差減小則吸附力就差，這時紙層也就減薄。圓網造紙機網籠的紙層成形過程基本上是一個過濾過程，網籠表面漿料中的白水排出流速與漿料的性質有關，也與液位的大小有關，運行中大量的白水從網籠兩邊排出，并不斷地通過白水泵返回混合槽進行循環使用。網面的紙層，隨著網籠的無端轉動，利用軟膠面伏輥被轉移到不斷運行著的毛毯上。老式圓網成形器，最典型的是逆流型和順流型。逆流型的上漿與網籠運行方向是相反的，故紙頁在最高濃度處開始成形，雖然可形成較厚的漿層，但這種成形存在著嚴重的缺陷和不足。因為網籠逆著漿流方向旋轉，部分沉淀纖維連續地從網籠上被沖刷掉，形成“斑點狀”的凝集纖維束造成紙頁勻度差。這種紙機還因纖維成形具有獨特的沉淀方式而帶有方向性。在結構上，存在著網槽間的漿道深度大，漿流速度低，湍動強度低尺度大的特征，而且是不可控制的；因此在纖維高度絮凝的情況下形成纖維不良的紙層，加之成形弧太長，對已部分成形的紙層的強烈洗刷作用，使橫幅定量分布不勻。這種成形器也有它的優點，由于逆流上漿，濕紙層疏松、表面常有豎立的細小纖維，有利于層間結合，更適合于生產板紙的中間層紙福，同時也有廣泛的原料適應性，一次掛漿可以達到100g/m2以上。順流型的上漿與網籠運行方向是一致的。上漿是在網籠下部的回轉側直接與網面接觸。這一上漿方式在開始時，網面的吸附量很大。以后，隨著吸附量的減少，漿料就開始處于易掉狀態。當網籠再次進入漿料白水槽時，漿料又一次貫通網籠達到再次上漿。在結構上，網槽的弧形底部和網籠表面構成一個牛角道形的漿槽。牛角道的大小和形狀對紙的質量影響很大。順流型成形比逆流型成形有更好的勻度。但是，改進勻度與減少方向性是以降低紙層定量為代價而得到的，順流式成形器最適合用于生產在定量約50g/m2以下的紙頁。在多圓網造紙機上生產箱板紙時，最典型的用法是面層和襯層使用順流型成形器以提供外觀，芯層和底層則使用逆流型成形器以提供所需的厚度。

典型圓網造紙機的圓網濕部成形，在結構上存在著提高產量與質量的矛盾，這種矛盾主要表現在以下幾點：（1）網籠的脫水區短，漿料打漿度略有提高就會使濕紙層濾水困難，導致網籠表面紙層水分過大，在伏輥處極易發生壓花現象。（2）漿料上網，纖維呈定向排列，成紙的縱橫強度比大。尤其在漿料流速慢于網速時，這種纖維定向性更加明顯，同時嚴重影響紙張的勻度。（3）圓網造紙機在成形時，有洗刷和選分的特性。洗刷和選分的結果：無論順流式還是逆流式網槽，入口端的平均纖維長度較短打漿度較高、而出口端纖維平均長度較長打漿度低。因此，順流式成形器抄出的紙幅，網面細小纖維較多，毛毯面粗大纖維較多。逆流式成形器抄出的紙幅與順流式正好相反，網面粗大的纖維較多而毛毯面細小的纖維較多。洗刷和選分現象是造成圓網機抄造的紙張有明顯兩面差的原因之一。（4）因離心力的作用，車速稍有提高網籠及伏輥處就會出現甩漿現象，因此，限制了車速的提高。老式圓網成形器其速度和成紙質量都受到限制，國內一般車速只有50~80m/min，質量定格在中低檔。國內老式圓網造紙機大部分以生產瓦楞原紙、箱板紙、水果包裝紙和衛生紙為主。與長網造紙機相比圓網造紙機仍存在著勻度不均、橫幅定量不均、縱橫強度比過大等多種紙病，所以高檔文化用紙類多由長網造紙機來生產。

2圓網造紙機的改造

為提高圓網造紙機的成紙質量，我國早在五十年代針對老式的圓網造紙機成形器就進行了改造。天津造紙廠經過15次改造的圓網濕部成形器被稱為“一五式圓網成形器”，它的最大特點是上網開始點在圓網的最下點，即在圓網內外壓力差最小處開始上網，因而能減少紙頁成形過程的選分作用，其缺點主要是由于一五式為水平方向上網，水平唇布下方常有泡沫積聚現象出現，影響正常上漿。營口造紙廠經改造后的成形器就是著名的“（?。┗顒踊⌒伟宄尚纹鳌薄Ｋ且环N變形的順流式圓網成形器，其特點是將固定弧形底部改為活動的可調節的弧形板，由定向弧和定速弧兩部分組成，而流漿箱部分則與順流式圓網槽基本相似。根據定速弧成形弧面的長短分為長弧面和短弧面兩種。長弧面角度為50~60度，運行時，洗刷作用大，紙面較粗糙。短弧面角度一般為35~45度，上漿壓力大，選分作用強烈，紙頁兩面差較大。一五式和活動弧形板式圓網成形器運行速度與順流式和逆流式圓網成形器相當，也是50~80m/min。隨著造紙技術的不斷進步和發展，最近10年我國在圓網造紙機的改造上主要是采用壓力噴漿成形器、壓力成形器和改良活動弧形板式成形器改造老式的低速圓網成形器。國內老式圓網成形器的改造目標主要是改善紙張的勻度和質量、縮小縱橫強度差、提高車速。

2.1改善勻度的措施

紙張生產的質量及其市場的適應性，往往跟勻度有關。勻度不僅影響產品的外觀質量，而且還可影響其物理和光學性能。生產實踐表明抄出勻度好的紙張注意以下兩點是很重要的。（1）上網前纖維分散要好，減少絮凝，無橫流和大的渦流。（2）上網的纖維要均勻的成形，這一點在現代的長網造紙機上是很好的，但是對于圓網機而言，旋轉網籠的表面纖維層存在有洗刷和選分的特性，纖維在圓網籠上均勻的成形還無法和長網成形相比。因此，目前主要是借鑒長網造紙機上漿的成熟技術來改善圓網造紙機濕部紙頁成形的勻度和質量。老式圓網成形器，大都使用單管布漿和最簡單的隔板做整流元件，其特點是結構簡單、制造容易、操作維修方便，但漿料產生的湍流尺度較大，整流效果差，容易產生纖維絮聚物。從理論上講，為了更好地分散漿料懸浮液中的纖維絮聚物，湍動必須作用于每根單纖維，其湍動規模必須小于纖維的長度，也就是2毫米以下。這種規格的湍動，能夠由漿料懸浮液穿過一個與它所要求的湍動規模相同的通道產生，也就是漿料穿過一個2毫米的縫隙就能夠產生一個規模為2毫米的細微規模的湍動，但是現實生產中這種縫隙易被纖維堵塞，所以實現起來很困難。為了達到“纖維規格”的湍動，科研人員做了很多研究和測試工作，從發展上看，第一個代替隔板的是勻漿輥，而后是各種高效的布漿器和整流元件。通過設計良好的“湍動發生”元件可以做到增加漿料的湍動水平和湍動范圍，高效的布漿器和整流元件能夠產生高強度的微湍流，從而有利于分散漿料中的纖維絮聚物。這些高效的“湍流發生”元件在國內外的長網造紙機上得到了廣泛的應用，而今圓網造紙機也在逐步地應用，近10年來長網造紙機上的一些提高勻度和質量的成熟技術在圓網機上的應用情況有如下幾項。

（1）目前在改造后100m/min以上車速的圓網造紙機上，絕大多數都在使用錐管布漿器。早在60年代，在美國弗尼吉亞州的弗尼吉亞制漿造紙廠的實驗室中進行了一項重要的研究工作。研究結果是制造出了一個錐形多管布漿器，該錐形管從紙機的一側傾向另一側，并以許多細長的小徑支管把漿料送進流漿箱。這個帶漿料回流的錐形多管布漿器，解決了以前管道進漿不能均布于紙頁全幅的難題。尤其是在高車速的條件下多管布漿器的使用已是目前所有新興流漿箱的共同特征。多管布漿器的設計要點是：①過度管長度推薦6～8倍的管徑，流速在1.8～2.6m/s的范圍之內。②錐管部分的設計參數國內外普遍采用拜鈉斯方程及其修正直線法選定。③總管進口設計速度為2.6～3.1m/s。④支管和總管的加速比應大于1.5～3。⑤回流量通常按5%～10%考慮。

（2）我國在圓網造紙機濕部成形器的改造中，勻漿輥是第一個引進圓網造紙機上的整流元件，配合應用多管布漿器比隔板有較好的整流效果。最近幾年，國內對老式圓網機的改造中約60%以上使用了勻漿輥整流元件，比改造前的紙張勻度提高很多。勻漿輥的整流依靠漿流進出孔輥的孔眼，受到收縮和擴散，使漿流產生湍動，漿料得以分散。但是勻漿輥在實際運行中也存在湍動尺度較大的問題，對整流效果有一定的影響，會使紙面產生漿道子，而且勻漿輥兩端漿料流動不穩定，造成流漿箱邊緣流動波動。漿料通過旋轉的勻漿輥會產生一定的波動，經過一段距離才會消失，影響勻漿輥波動的原因很多，馬爾當（Mardon）等人進行了這方面的研究工作。他們提出了一個在勻漿輥流漿箱上確定波動長度的公式，這個公式在國內外得到了廣泛的應用。勻漿輥的波動長度是勻漿輥結構設計的關鍵，該公式表示如下。設計時，從勻漿輥到圓網網面的距離L要恰到好處。距離過長漿流湍動消失，漿料在上網后會形成大的漿團，使網上濕紙成形勻度惡化；L距離過短，漿流湍動波動仍較大時就上網，會把較大的波動帶到網面上而使濕紙頁產生漿道子，造成質量不良的紙張。實際的L距離要考慮到圓網紙機的車速、流量、漿種和紙種對L長度的影響，設計時一定要經過必要的修正后才能最后確定下來。

（3）理論上孔板具有與勻漿輥類似的整流效果，它使漿流加速，能產生相當大的壓力降并使漿流產生強湍動，但在生產中發現孔板作為漿料的均布元件效果很好，而作為整流元件時則發現在兩塊孔板間產生橫向流動的現象，有時還出現掛漿問題。因而一般流漿箱比較廣泛使用旋轉的勻漿輥而不使用孔板作為整流元件。

（4）階梯擴散器在改造后的較高速度圓網造紙機上正在逐步使用。這些整流元件能夠產生強度高且尺度小的微湍流，能夠非常好地分散漿料中的纖維絮聚物，整流效果是顯著的。而且這些整流元件都是非旋轉機構，使得流漿箱沒有轉動部分，可以縮小流漿箱的體積且維修制造也方便。事實上階梯擴散器還可以當做均布元件，而且效率也較高。為達到高強度和微尺寸的湍流，階梯擴散器設計的關鍵參數是各階梯段的內部漿流流速和結構尺寸，階梯擴散器階的大小決定了湍動規模的大小，而湍動的強度則與紙料的流速和通過階梯時的壓力降有關，壓力降越大，湍動越大、湍動強度也越大；因此階梯的結構尺寸和紙料通過階梯的流速就決定了均布元件性能和分散纖維的效果?，F在最新式的階梯擴散器的內部漿料流速為：錐管內流速3.5m/s；第一段階梯漿流速度是13.5m/s；第二段階梯漿流速度是6.5m/s；第三段階梯漿流速度是3.5m/s。

2.2提高車速的改造

圓網造紙機整臺設備的速度受限于濕部成形器，這與長網造紙機不同，長網造紙機整臺機的車速是由壓榨和烘干部的能力決定的。運行時普通圓網造紙機抄紙車速受圓網網籠離心力的限制，當圓網網籠上產生的離心力與濕紙頁在網上的重力相等時，稱為圓網造紙機的臨界速度，即圓網造紙機的最大車速?？捎孟铝泄奖硎?。為了直觀地看到網籠直徑和液面高度對臨界速度的影響，我們把上述公式做成表1。分析表1我們看到：ф1000直徑的網籠速度隨液面的變化幅度是85～118m/min；ф1250直徑的網籠速度隨液面的變化幅度是99～142m/min；ф1500直徑的網籠速度隨液面的變化幅度是119～157m/min；ф1800直徑的網籠速度隨液面的變化幅度是140～173m/min；ф2000直徑的網籠速度隨液面的變化幅度是151～183m/min。網籠直徑從ф1000增到ф2000，極限車速從118m/min增加到183m/min。但是，這只是理論上的可能性，而實際上老式的圓網造紙機的運行車速要比這個理論車速低很多。

順流式和活動弧形板式圓網造紙機，在提高網籠的轉速時，紙的勻度會變得很差，主要原因是網速提上去了而漿速上不去，造成嚴重的漿料沖刷，致使形成的濕紙頁勻度不良和縱橫強度差。老的翻漿板圓網槽是用漿位來控制漿速，對于順流式和活動弧形板式圓網槽其漿速和液位的關系見表2。從表2可以看出以調節漿位的方式來提高漿速是有限的。目前國內改造的圓網造紙機，為了提高上網漿速，已經應用了壓力噴漿式成形器和漿泵進漿的改良活動弧形板式成形器（改良活動弧形板式成形器只是在壓力噴漿式成形器的前端唇板處增加了溢流并加寬了弧形板和網籠間的寬度）。目的是提高漿速和增加成形區的濕紙干度，與普通的圓網造紙機相比，車速可明顯提高，一般可以達到100~120m/min，抄紙車速可以更接近于圓網造紙機的臨界車速。有文獻報道，壓力噴漿圓網成形器的漿料是直沖網面的，漿易堵塞在網籠的內外網之間，難清洗，也影響漿料上網的勻度，紙幅上不時出現一條條的“水痕”、“透明點”等紙病，影響紙的外觀質量；且壓力噴漿出口離網面只有0.5~1mm，外網易磨損，網的使用壽命只有10~20天，頻繁換外網，影響生產和產量。

從目前國內的圓網機改造實踐上看，這種圓網機的改造，要想使抄速超過200m/min還是有困難的。因此必須依靠外加壓力Λp來增加濕紙頁的向心力，以抵消轉動所產生的離心力。有外加壓力的臨界車速用下列公式表示。外加壓力ΛP和臨界車速的關系如表3至表7所示。分析表3至表7可以看出：外加壓力的圓網液位對車速的影響很小，幾乎可以忽略不計。提高網籠的直徑對提高車速也是有限的，而外加壓力ΛP的大小對提高圓網造紙機的臨界成形車速影響最顯著，增加ΛP值是提高圓網造紙機臨界車速的最有力的措施。因此我國近幾年來制造的衛生紙機大部分都使用了真空網籠來提高車速，整臺造紙機實際運行車速可達到500m/min。改造后的生產箱板紙的圓網造紙機大部分也用上了壓氣圓網成形器（壓力成形），這種成形器是一種用外部加壓式代替真空的圓網濕部成形方式，它在圓網的上旋邊，由貼在網上的濕紙頁、網槽內的紙料液面、網槽兩邊的側板和后板以及毛毯形成一封閉小室；由鼓風機送入空氣使小室的壓力保持40～50mm水柱，最高可達100mm水柱，除此之外和普通圓網造紙機成形器的區別就是使用了多管布漿器和勻漿輥以提高漿料速度。壓力圓網比真空圓網簡單而且易操作，車速運行在200～300m/min之間的圓網造紙機可生產出質量良好的紙張。

以上引用的計算臨界車速的公式是在忽略了濕紙頁對網籠的黏附力的條件下計算的網籠速度，如果在考慮到濕紙頁黏附力的條件下，理論上網籠速度應該會超過我們上面的臨界速度，但是要想在現實當中真正超過這個臨界車速是有附加條件的。首先一點是網籠在以上計算臨界車速的條件下運行，濕紙在網籠的脫水段將無法脫水，水跟著網籠轉，部分水在經過伏輥時被甩到網籠與伏輥的外三角處；其二是不經過脫水的濕紙層經過伏輥時濕紙頁會被嚴重壓花。因此，在權衡了濕紙層黏附力和濕紙層脫水的狀況下，筆者認為引用這個公式計算臨界車速是合理的。但是臨界車速計算的數據只表明網籠的速度，而濕紙頁能否被正常地引到毛毯上，其毛毯的選型及伏輥的結構設計是很關鍵的。因此不要把網籠能達到的速度和正常濕紙頁能否被成功地引上毛毯的速度相混淆，這一點在圓網機改造時應該特別引起重視。

3結語

我國目前改造的以生產書寫紙和高檔衛生紙為主的圓網造紙機，其進漿裝置基本上由多管布漿器、階梯擴散器、唇板裝置組成。多管布漿器由不銹鋼板焊接而成，內壁須經過拋光處理。唇板的構造被設計成：上唇板可作整體開度調節，也可分別進行微調，保證了橫幅定量差的調節精度。微調裝置采用差動螺桿結構，調節靈活方便。即使正在運行中的圓網造紙機，也能夠容易地改變間隔，調節流速。剛性突唇由不銹鋼整體模壓為弧形，內表面作拋光處理，作為弧形罩蓋與網籠共同成形上漿。網籠結構在生產高檔衛生紙的圓網機上以真空網籠為主同時使用階梯擴散器作為整流元件。生產書寫紙的圓網成形器多采用直徑ф1800mm片狀網籠，其整流元件多用階梯擴散器或勻漿輥。噴漿式、改良活動弧形板式和壓氣成形圓網成形器則多用于箱紙板的生產中，布漿整流元件主要以多管布漿器加用勻漿輥為主。