第三节 打浆设备
打浆设备可分为间歇式和连续式两大类。间歇式打浆设备主要包括荷兰式、改良荷兰式、伏特式等类型的打浆机。它们的特点是：适应性强，能处理各种不同性质的浆料，并可通过改变打浆条件而获得不同质量要求的纸料，特别适合于棉、麻等长纤维原料打半浆。间歇式打浆设备还可进行洗涤、施胶、加填、染色、混合纸料等。但打浆机的占地面积大，间歇生产，产量低、劳动强度大；动力消耗大、成浆纤维均整性差。目前，间歇式打浆机在纸厂中的应用已经非常少见。
连续式打浆设备主要有圆柱磨浆机、锥形磨浆机和盘磨机等。连续式打浆设备与间歇式打浆设备比较起来具有下列优点：结构简单，制造容易，维修方便；占地面积小，生产能力大；动力消耗低，打浆效率高，且质量均匀稳定；容易实现自动控制，因此操作较简便，劳动强度低。
一、打浆机
打浆机发明于18世纪，并经不断地改进和完善一直使用到20世纪。虽然经过很多改进，但其基本结构没有变化，即主要由浆槽（包括山形部）、底刀、飞刀辊及升降调压装置、罩盖及洗鼓等部分组成。打浆机的结构原理示意如图1-13所示。
图1-13 槽式打浆机结构原理示意图
1—浆槽 2—底刀 3—飞刀 4—洗刀 5—隔墙 6—放浆口 7—排污口 8—山形部
打浆机工作原理：由于飞刀辊不停地转动及浆槽本身有一定的坡度，使受处理的浆料在图1-13所示的浆槽内沿箭头的方向循环运动。当浆料经过飞刀辊与底刀之间的间隙时，受到飞刀与底刀的机械作用，逐步处理成合乎要求的纸料。在打浆过程中，飞刀辊与底刀之间的间隙及压力可以调节。打好的成浆经池底的放浆阀由浆泵送走。沉积的砂粒等杂质由排污口排出。当浆料需要洗涤时，可放下洗鼓，开启喷水管。
如前所述，打浆机的种类很多，但按其作用来分，基本上有两种类型：一种是主要用于切断纤维的半浆机，另一种是主要用于分丝帚化纤维的成浆机。
各种打浆机的不同之处在于：浆槽的形状及隔墙两边循环沟的宽度；浆槽底部的坡度；山形部的形状及位置；底刀的位置；飞刀辊的调节机构等。打浆机的改进和完善也是从以上几个方面加以考虑，力图达到打浆均匀，质量及产量易控制，节省动力等目的。
二、连续打浆设备
（一）锥形磨浆机和类型
如图1-14所示，锥形磨浆机主要由锥形刀辊和套在外边的定子外壳及间隙调节机构构成。通常浆料从外壳的小端送入，由大端排出。进刀与退刀是借助于间隙调节机构使转辊与外壳做轴向相对移动来实现的。
1.普通锥形磨浆机（低速锥形磨浆机）
刀辊线速度为8～11m/s，刀辊圆锥角小于22°，刀片厚度一般为6～10mm。这种锥形磨浆机对纤维的切断作用很强，适合于游离状打浆之用，例如书写纸、印刷纸纸料的制备。
2.高速锥形磨浆机
刀辊线速度为11～20m/s，大端的线速度也有高达30m/s的；圆锥角为22°～24°；刀片的厚度为6～12mm。这种锥形磨浆机对纤维的分丝、帚化、细纤维化能力较强，适于中等黏状纸料的打浆，例如电缆纸纸料的制备。
图1-14 锥形磨浆机结构图
1—浆料进口 2—刀壳（定子）3—刀辊（转子）4—主轴 5—浆料出口 6—调节手轮
3.水化锥形磨浆机
刀辊的线速度高达18～30m/s，刀辊的圆锥角为26°左右，刀片厚度为8～12mm。这种锥形磨浆机对纤维细纤维化的作用最强，而对纤维的切断作用最小，适合于黏状打浆，例如卷烟纸纸料的制备（图1-15）。
图1-15 锥形磨浆机刀辊（刀片分两组排列）
4.大锥度锥形磨浆机
这种锥形磨浆机与其他类型锥形磨浆机比较，转子的锥度较大（60°），因而辊体较短，结构紧凑；刀辊大、小端的直径差很大，因而浆料通过刀辊与底刀的间隙时可获得比较大的加速度。大锥度锥形磨浆机对纤维主要起分丝帚化作用。
5.内循环锥形磨浆机
如图1-16所示，内循环锥形磨浆机的刀辊具有一个锥形空腔，浆料用泵以大于170kPa的压力送入进浆室1，经刀辊的锥形空腔2后由大径端叶轮3的作用，使浆料压力升高到220kPa左右，然后从刀辊的大径端向小径端反流，从而使浆料受到打浆作用。另一方面从小径端到大径端有离心压力的作用，这种反压力延长了浆料在刀片间的打浆作用时间，故有良好的打浆性能。内循环磨浆机可以使部分浆料在机内循环，使其以最大的通过量和负荷运转。生产能力和打浆度可以通过控制循环量进行调节，故有较大的适应范围。这种磨浆机转速为750r/min，对纤维的切断作用小，帚化分丝性能好。
图1-16 内循环锥形磨浆机工作原理示意图
1—进浆室 2—刀辊空腔的锥形通道 3—刀辊大径端叶轮 4—出浆室 5—收集管 6—循环浆料调节阀
（二）圆柱磨浆机
圆柱磨浆机是由一个圆柱形刀辊和沿刀辊圆柱而分布的四把定子刀组成。它的工作原理如图1-17所示。要处理的浆料通过进口5到达刀辊与定子之间的间隙，然后从出口6排出。电动机与刀辊直接连接，带动刀辊高速转动。加压介质对四把定刀进行加压，使要处理的浆料在一定的压力下进行磨浆。
图1-17 圆柱磨浆机工作原理示意图
1—刀辊 2—定子 3—加压介质进口 4—电动机 5—浆料进口 6—浆料出口
（三）盘磨机
盘磨机是目前使用最为广泛的一种连续打浆设备。它除了用于化学浆、半化学浆的打浆处理外，也可用于磨制化学机械浆和机械浆，还可以取代锥形磨浆机和圆柱磨浆机，作为纸机前的纸料精整设备。另外，高浓盘磨机能够在15%～30%的浓度下进行高浓打浆，能有效地提高磨浆质量。用盘磨机打浆能够连续、均一、稳定地保证打浆质量，具有占地小、效率高、电耗低的特点，适于各种规模的纸厂使用。
1.盘磨机的类型与结构
现在常用的盘磨机，按磨盘装配情况可分为双盘单动盘磨机（一个转盘，一个定盘构成一个磨区）、双盘双动盘磨机（两个转盘，而转向相反，构成一个磨区）和三盘单动盘磨机（中间一个转盘，两侧各一个定盘，构成两个磨区，也称双磨区盘磨机或简称三盘磨机）。我国现有的盘磨机主要类型规格如表1-6所列。
表1-6 我国现有盘磨机主要类型规格
图1-18为ϕ300双盘单动盘磨机（表1-7中ZDP8型）的结构。它是由壳体、磨盘及间隙调节机构等几个部分组成。浆料由定盘中心进入两磨盘之间进行磨浆，然后由出浆口排出。磨盘间隙的调节采用手动的蜗轮机构调节定盘的方式。也有用手动的蜗轮机构调节转盘的方式，还有一些是用油压机构来调节的。
图1-19为ϕ450三盘磨机（ZDP11）的结构。这种三盘磨机有两个固定圆盘，分别装在移动座和机壳上。在两个固定盘的中间有一个可沿轴向移动的转动盘，两个带磨纹的齿盘分别固定在转动盘的两侧，每一转动盘上的齿盘与固定盘上的齿盘形成一个磨浆区。由于在磨室内装有两对齿盘而构成双磨浆区，因此有时也称它为“双盘磨机”。为了避免与传统的双盘磨（双回转盘磨机）相混淆，故把它称为三盘磨机。浆料由设在移动座和机壳上的两个进浆管进入两个磨区，磨浆后汇合由顶部出浆口排出。
图1-18 蜗轮机构调节定盘的单盘磨机
1—连接定盘可移动的进料管 2—手轮与蜗轮杆 3—定盘 4—转盘 5—前轴承 6—主轴 7—后轴承 8—联轴器
由于三盘磨机相当于两台单盘磨机合在一起，生产能力大，单位电耗低，设备费用低，结构紧凑、占地少，因而近年来的使用越来越多。
图1-19 三盘单动磨盘机结构图
1—联轴器 2—滑动轴承 3—转轴 4—进浆浆管 5—水压密封圈 6—磨盘室 7—出浆口 8—手轮 9—限位装置 10—可移动机座 11—机壳 12—机壳固定磨盘 13—转动磨盘 14—机座固定磨盘
2.磨盘间隙和压力调节机构
目前盘磨机间隙和压力调节机构主要有手动机械调节机构、电动—机械调节机构和油压系统调节机构。
（1）手动机械调节机构
图1-20为手动机械调节机构。它的调节原理是，当转动调节手轮2时，蜗杆跟着转动，并带动蜗轮4转动；蜗轮通过内孔的梯形螺纹与螺旋推力筒5连接。由于蜗轮只能在原位置上转动，因此推力螺旋在蜗轮转动时就作轴向移动。推力螺旋没有螺纹部分则作为传动侧后轴承6的轴承座，并与机身滑配合；传动侧轴承通过轴套与主轴联接。当螺旋推力筒5作轴向移动时，转动的主轴也随之作轴向移动，因而实现了盘磨机在运转过程中调节转盘与定盘之间间隙的目的。调节量的大小可以通过手轮处的指针和刻度盘表示出来。这种调节机构结构比较简单，容易制作，但精确度不够，通常只适用于小型盘磨机。
图1-20 蜗杆蜗轮间隙调节机构
1—前轴承 2—调节手轮 3—蜗杆 4—蜗轮 5—螺旋推力筒 6—后轴承 7—导向平键 8—机盖 9—底座 10—轴端联接转动磨盘
（2）电动—机械调节机构
图1-21所示的为ϕ450三盘磨机（ZDP11）上采用的电动—机械调节机构。其中1是调节手轮，2是蜗轮箱。它由调节电动机3传动蜗轮箱4内的蜗杆蜗轮，最后使中心孔为螺孔的蜗轮5转动，结果螺杆6作轴向移动。螺杆6与磨盘移动座（见图1-21）连接在一起，因而螺杆6的轴向移动也就是移动座的轴向位移。移动座位置的变动也就是固着在移动座上的固定磨盘位置的变动。由于其中一个磨区磨浆间隙的变化便引起了两个磨区之间产生了一个压力差。在这个压力差的作用下，中间的转盘便沿着压力差的正值方向作微小的轴向位移，从而达到同时调节两个磨区间隙的目的。
图1-21 ϕ450三盘磨机（ZDP11）磨盘间隙调节机构
电动—机械调节的操作过程是，将螺钉7拧松，移动插板8，推进活动轴9，把插板8插入活动轴9的环槽内，拧紧螺钉7，于是形成了如图1-21中的位置，便可开动调节电动机3。当电动机顺时针转动时为进刀，反之为退刀。
有时当调节电动机传动失灵，或者需要手动操作磨盘进退时，则先将螺钉7拧松，移动插板8，拨出活动轴9，使之与蜗杆10脱离。此时，电动传动不起作用，电动蜗杆蜗轮调节就变成手动蜗杆蜗轮调节了。顺时针转动手轮为进刀，反之为退刀。
（3）油压系统调节机构
图1-22是盘磨机的一种简单液压装置，图中表示磨盘合拢时的油路方向。它的工作原理如下：当油泵电动机5开动之后，便有油液从吸油管10进入油泵6，并从压油管11将液压油送往液压系统。当操纵杆1处于图中位置时，油液便进入操纵阀（换向阀）的下部而通过油管12送往油缸9的左腔，推动油缸活塞右移，使磨盘靠拢。这时，油缸右腔及密封处由油管13回油至油箱7中。系统的油压大小由调压阀（安全溢流阀）3调节。
图1-22 盘磨机简单的液压装置
在盘磨机正常操作的情况下，由油管11来的压力油经调压阀到滤油器8，油液得以滤清。而当操纵杆往上摆动至一定位置时，油液则通往油缸的右腔，油缸活塞左移，磨盘分离。
油压系统调节机构的操作方便，调压范围较大，精确度较高，便于实现集中控制和自动调节。它适合于各类盘磨机使用，但造价较高。
3.磨盘的齿形
磨盘的齿形，关系到盘磨的泵送特性及磨浆的效果。它主要包括齿宽、齿沟宽及深度、磨齿交角、挡坝等。齿形的设计应根据原料的种类、制浆方法、成浆的质量和生产能力等综合进行考虑。
磨盘的齿形分疏解型和帚化型。疏解型常用正锯齿形和斜锯齿形，帚化型常用平齿型和圆弧齿形。如图1-23所示。齿形结构很多，一般认为，主要用于纤维的疏解作用而打浆作用较轻的，采用齿宽、齿沟宽和深度都较小的齿形；以帚化为主的，采用较大的齿宽；以切断作用为主的，采用较小的齿宽。对浓度较高的浆料，采用较小的齿宽和浅的齿沟，以减少浆料在齿沟中沉积和堵塞。
图1-23 金属磨盘的齿形
齿沟深度h影响到纸浆的流送。深度小，送浆阻力大，会减少纸浆的通过量。沟宽t与齿的大小有关。按产量、质量和齿形的不同要求，h常在2～8mm之间，t可取4～10mm。
磨齿与磨盘半径之间的夹角，称磨纹倾角，一般是15°～20°，也有7.5°～30°的。倾角的方向和大小对浆料的泵送作用有较大的影响。当倾角方向与盘磨的转动方向相反时，“泵出”作用增强，如图1-24（a）所示。反之，齿纹倾角方向与磨盘的转动方向相同时，磨齿对浆料起着“拉入”作用，如图1-24（b）所示。“泵出”作用使浆料在磨齿上的停留时间缩短，有利于产量增加，但打浆作用降低。“拉入”作用使浆料在磨齿上的停留时间增加，则有利于打浆作用的提高，产量降低。另外，转盘与定盘的齿纹通常是交叉排列的，交叉角越大，刀口啮合对纤维的剪切作用越大。当齿纹相互平行时，如图1-25（a）所示，切断作用最强。反之，当转盘与定盘的齿纹相互垂直时，如图1-25（b）所示，纤维的切断作用最小，而摩擦作用增强，对纤维的撕裂和帚化的作用最大，生产能力却随之下降。
图1-24 磨纹对浆料“拉入”与“泵出”作用示意图
（a）“拉入”作用（b）“泵出”作用
图1-25 转盘与定盘上磨纹的相互位置
（a）磨纹相平行（b）磨纹相垂直
图1-26 磨盘上封闭圈的布置形式
为了延长浆料在磨盘内的停留时间，防止浆料顺齿沟直通周边而排出，在磨盘上设有挡坝（或称封闭圈），它能有效地防止浆料“短路”，消除生浆片或纤维束，提高打浆的均匀性。挡坝有多种形式，如弧形封闭圈，周边封闭圈，多层同心圆封闭圈，凹袋式挡坝，条状宽边封闭圈和粒状宽边封闭圈等，如图1-26（a）～（f）所示。在国产ϕ450以下的中小型盘磨机上，采用弧形封闭圈的效果较好。
4.磨齿的材质
①灰口铸铁：中小纸厂使用较多。它具有制造加工容易的优点，但耐磨性差，一般使用寿命只有7～20d。
②白口铸铁或冷激铸铁：白口铸铁和冷激铸铁的使用寿命可达到30～60d，冷激铸铁加工容易，目前使用较多。
③齿面堆焊碳化钨：为了进一步提高磨齿的耐磨性，将灰口铸铁磨齿经初步加工之后在齿面上堆焊2～3mm的碳化钨，经自然冷却，然后在磨床上磨削平整。堆焊碳化钨的磨盘可以使用60～90d。
④砂轮磨盘：这是用碳化硅砂轮经人工刻上齿纹，然后用环氧树脂黏固于背盘上，即可使用。它的使用寿命有60d左右。砂轮磨盘对纤维的切断作用小而分丝帚化效果好，适合于草类浆的打浆，在降低电耗方面也有一定的效果。
⑤其他磨齿材质：近年来发展了许多新的磨齿材质，如耐磨不锈钢材料，其使用寿命可高达300多天。另一种是弹性模数接近纤维的塑料磨盘。使用塑料磨盘处理浆料，可减少对纤维的切断，提高成纸的强度和柔韧性，磨浆时噪声较小。
5.高浓磨浆机
高浓盘磨机是由普通盘磨机发展而来，因高浓磨浆的浆料浓度在20%以上，浆料缺乏流动性，并在高温高压条件下工作，所以高浓盘磨机的结构具有如下一些特点。
（1）高浓磨浆机必须配备有良好的加料器和喂料螺旋
图1-27示出了一种高浓盘磨机结构图。高浓浆料的流动性很差，只有连续、均匀和定量地加料和喂料，才能保证磨浆负荷稳定，最后达到稳定产量和质量的目的。因此，从浓缩设备来的高浓浆料由加料螺旋连续、均匀和定量地把高浓浆料推向磨区磨浆。
图1-27 高浓盘磨机结构图
1—仪表屏（包括磨盘间隙指示器）2—调节磨盘间隙的液压缸 3—轴承（有单独的润滑系统）4—主轴 5—不锈钢壳体 6—转盘 7—磨片 8—磨盘间隙 9—二段磨区间稀释和冷却水进口 10—第一磨区的磨盘间隙控制点 11—喂料螺旋
（2）设置有蒸汽排出通道
在高浓度下磨浆，因浆料含水少，不能充分吸收磨浆时所产生的大量热量，因而产生大量蒸汽，这些蒸汽在磨浆区造成的压力，会使盘磨机负荷波动，一部分蒸汽由进料口反喷，影响正常的加料。因此，螺旋喂料器对着进料口的地方，必须有让蒸汽迅速散逸的排汽通道，有的采用空心旋转轴，让蒸汽从轴孔排出；有的采用高速旋转的带式螺旋，由离心力的作用，纸浆被甩到螺旋叶的边缘而被推入磨盘中，蒸汽则从转轴周围的空隙排出。
（3）磨盘的齿面之间应有较大的配合梯度
设置较大的磨盘梯度是为了使浆料能顺利进入和蒸汽迅速逸出。磨盘的齿纹一般采用窄齿和浅齿槽。由于高浓磨浆磨盘之间有很厚的纤维层，磨盘的间隙较大，对齿型形状精度要求不高。
（4）高浓盘磨机的排料口
排料口设在正下方，磨后的浆料垂直落下而被送走，以解决浆料流动性差排放困难的问题。
思考题
1.什么叫打浆？打浆过程中，纤维发生了哪些变化？
2.打浆过程中，纤维发生的变化相互之间有什么关系？
3.成纸时纤维结合力形成过程是怎样的？
4.影响纤维结合力的因素有哪些？它们是怎样影响的？
5.衡量打浆质量的指标有哪些？这些指标反映纤维发生了什么变化？
6.打浆度的测量步骤是怎样的？
7.打浆对成纸质量指标的影响是怎样的？
8.打浆方式有哪些？不同的打浆方式各适合造什么纸？
9.打浆比压是怎样影响打浆的？生产中是怎样判断比压的大小的？
10.低浓打浆和高浓打浆的主要区别。高浓打浆特性是怎样的？
11.打浆设备的种类有哪些？连续打浆设备的优点有哪些？
12.影响打浆的因素有哪些？
13.简述盘磨机的基本结构。
14.高浓盘磨机有哪些特点？