纸页成形工序和设备优化方案

在纸料制备系统完成后，纸料在进入纸机抄造前，还需要对纸料进行上网前的处理，其处理过程主要由供浆系统完成。从制浆车间送来纸浆进入造纸车间开始，直至到纸机网部成型湿纸幅为止，纸料都是以纤维悬浮液的状态存在的。通常情况下，纸料是由纤维、水、化学品、辅料和填料等物质组成的固、液、气三相共存的分散体系。纸料的组成和性质直接影响到纸机的运行与成纸的物理化学特性。

（一）供浆系统和纸料流送

1.供浆系统

供浆系统是指在纸料的制备系统后至抄造前，对纸料进行的一系列处理过程。供浆系统的流程和设备，因纸料的种类、纸张的品种、生产规模和设备等不同而有所差异，但是基本过程是相近的。 供浆系统主要由纸料的调量和稀释、纸料的净化和筛选、纸料的脱气、消除压力脉冲和纸浆输送等部分组成。其主要作用主要是确保为造纸机流浆箱供应稳定的纤维量，除去纸料中的杂质和气体，使得供应纸料中各种组成的配比达到稳定，确保供应纸料的浓度、温度、酸碱度等工艺条件达到稳定，同时可根据实际需要调节供应纸机的纸料量。

供浆系统工艺流程的选择对纸机的产品质量和运行的连续性、稳定性有很大的影响，其中，由高位箱向流浆箱供浆的流程和由泵向流浆箱供浆的流程是供浆系统通常采用的两种工艺流程。供浆系统的工艺流程选用主要与纸机设备、生产纸产品等相互匹配，当使用纸机车速较高时，如果选用由高位箱供浆的工艺流程，高位箱就要安装在很高的位置上，使得操作和管理不方便，并且对造纸车间厂房建设要求就相应高出一般情况，故而选用泵向流浆箱直接供浆比较合适。因此，随着近代纸机的发展，在中高速纸机上一般选用由泵向流浆箱供浆流程。用泵供浆的特点主要是其能够适应大范围工作车速的供浆需要，同时能够方便进行供浆调节和操作，通常用泵供浆是采用全封闭式供浆系统。

2.纸料流送

纸浆流送是机械化抄纸特有的流程，是现代连续化造纸的基础，在传统的手工造纸术中是不需要纸浆流送。纸浆流送与纸页成形两者具有密不可分的关系，纸页成形的前提是有良好的纸浆流送，而纸浆流送质量又体现出纸页成形的优劣。

纸浆流送是指通过流送设备（流浆箱）将纸料以适当的方式送到成形器（纸机）的网部的一系列过程。纸料的流送是由纸机的流浆箱来完成的，流浆箱被称为纸机的“心脏”，是纸机最重要的部分之一，其主要作用一是确保沿纸机横向均匀稳定的分布纸料，即使得流量均布、压力均布、浓度均布和纤维定向的可控性和均匀性，并以最适当的角度将纸料流喷射上网，送到成形部最合适的位置（即确保纸幅的横向定量分布）；二是能够有效的分散纤维，使得上网纸料流中的纤维、纤维碎片和非纤维填加物质等造纸化学品的分布均匀，防止絮凝；三是提供和保持喷浆稳定，确保稳定的上网纸料流的浆速与网速关系相协调（即确保纸幅的纵向定量分布）。

纸机流浆箱的箱体结构可分为敞开型和压力型（包括气垫式和水力式），通常主要由布浆装置、整流装置、上网装置等三个基本单位组成。布浆装置即布浆器，传统的布浆器一般由布浆总管和布浆元件块组成，其中，布浆总管通常是矩形锥管或者圆锥管，布浆元件块还包括相应的整流消能装置，现代纸机布浆装置与传统不同，其流浆箱的布浆装置增设了稀释水浓度控制系统。布浆装置的主要作用是沿着纸机横幅全宽提供压力、流量、速度和上网固体物质量（绝干）均匀一致的网纸料流。整流装置即布浆整流元件，它是流浆箱的核心组成部分，常见的布浆元件主要分为多管、孔板、管束和阶梯扩散布浆器，其中，阶梯扩散布浆器是一种兼布浆和整流双重功能的原件。布浆元件的主要作用是使纸料在流送过程中产生高强微湍流。上网装置即堰板，常见的有喷浆式、垂直式、结合式三种堰板结构，其主要作用是按照工艺要求，使纸料流以适当的角度喷射到成形部最合适的位置，并控制纸料上网的速度，使之与纸机车速变化和工艺要求相适应。

（二）纸页成形过程

纸页的成形泛指纸和纸板的抄造。从造纸工艺过程来看，纸页成形过程是一个纸料在网上留着和滤水的过程，其目的是通过合理控制纸料在网上的留着和滤水工艺，使上网的纸料成形具有优良匀度和物理性能的湿纸幅。一般情况，纸和纸板成形的工艺过程基本相同，其主要差异在于纸一般是单层，而纸板则是多层成形，但是，目前也有某些特殊用途和功能的纸用多层成形抄造。纸页的成形方法分为两大类，分别是湿法和干法，传统和主流的纸页成形方法都是湿法，其工艺过程是以水为介质。

一般情况下，纸的抄造主要由纸料上网的前处理与供浆、纸浆流送与纸页成形、湿纸页的压榨脱水、湿纸页的干燥（包括前干燥、后干燥）、纸页的压光和卷取等工艺过程组成，对于生产表面性能和印刷适性优良的高档纸，可以在抄造过程中增加纸页表面处理，进行表面施胶或机内涂布等。在抄造过程中，抄造工艺的主要过程和设备及各个部分的主要作用见图3-34所示。

图3-34　纸页抄造的主要过程及设备

（三）纸 机

现代造纸工艺的纸页成形是在纸机上完成的。纸机按网部不同一般可分为长网纸机、圆网纸机和夹网纸机等。

1.长网纸机

长网纸机一般由网部、压榨部、干燥部、压光及卷起部等基本单元组成，一种长网造纸机的基本组成示意图见图3-35。长网纸机是一种广泛使用的纸机类型，一般车速在 600～800m/min范围内，可以抄造绝大多数的纸张品种。但是，长网纸机的缺点是网部都是向下单面脱水，脱水效率低，并且车速受到限制，其生产的纸页两面不可避免存在差异性，从而影响纸的许多特性，如卷曲性、纸面平滑度、印刷性能等。长网纸机曾经是纸机的主流机型，特别在20世纪70年代以后，逐步发展成为加装顶网的顶网成型器，使其抄造性能大大提升，车速超过1100m/min。

图3-35　一种长网造纸机的基本组成示意图

长网纸机又可以分为湿部和干部，其中，湿部包括浆料流送部（流浆箱）、网案部（成形网、成形脱水原件）、压榨部，干部包括干燥部、压光、卷取等。浆料流送部主要是流浆箱，网案部主要是成形网、成形脱水原件，成形脱水原件通常有胸辊、案辊、成形板、真空吸水箱、伏辊等，压榨部主要有压榨辊、毛毯等。干燥部主要是烘缸等干燥元件和通风系统等，压光主要是压光机，卷取主要是卷纸机。一种长网造纸机的结构示意图如图3-36所示。

图3-36　一种长网造纸机的结构示意图(www.xing528.com)

1—浆流分布器；2—流浆箱；3—胸辊；4—案辊；5—真空吸水箱；6—伏辊；7—压榨毛毯；8—压榨辊；9—毛毯洗涤器；10—通风罩；11—干燥帆布；12—烘缸；13—通风系统；14—冷缸；15—纸幅；16—纸卷；17—水力碎纸机；18—通风道；19—伏辊损纸池；20—网下白水池；21—混合泵

长网纸机的网部由长网案组成，其有一个水平的或近似水平的供纸料脱水的网面，网的下面装配有适应不同要求的各种脱水元件。纸料从流浆箱堰板的喷浆口以一定的速度和角度喷射到成形的长网案上，然后纸料受到网下脱元件的作用，脱去大部分水，而纸料纤维等经过滤留着在网案上形成湿纸幅。一般情况下，长网纸机的网部纸料脱水和纸页成形分为上网段、成形脱水段、高压差脱水段三个阶段。经过这三个阶段脱水后，视不同的纸料，湿纸页干度可以达到12%～22%。此时，湿纸页已经具备了一定的湿纸幅强度，可以引入到压榨部。

2.圆网纸机

圆网纸机的网部由圆网笼组成，纸料悬浮液在圆网笼内外水位差的作用下过滤成形为湿纸幅。圆网纸机是一种传统机型，适应性广，可以抄造从薄页纸到纸板等多种产品，并具有结构简单、占地面积小、动力消耗低和投资小等特点。但由于其结构的限制，存在车速低、生产规模小、产品质量受限等问题，目前不宜用于生产量大的主流纸品，一般仅用于车速低和生产量小的特种纸等生产抄造。一种双网双缸的圆网造纸机（ZV型双圆网双缸造纸机）示意图如图3-37所示。

图3-37　ZV型双圆网双缸造纸机示意图

1—回头辊；2—伏辊；3—下毛毯；4—导辊；5—毛毯真空箱；6—上毛毯；7—第一烘缸；8—纸页；9—第二烘缸；10—压光辊；11—干毯；12—三辊压光机；13—圆筒卷纸机；14—纸卷；15—压榨下辊；16—压榨上辊；17—托辊；18—毛毯挤水辊；19—打毯辊；20—活动弧形板网槽；21—网笼

圆网纸机通常可以分为传统式圆网纸机和新型圆网纸机两大类，不同类型的圆网纸机的主要特点在于其网部不同。传统式圆网纸机的圆网部由网笼、网槽和伏辊三部分组成。纸页的成形主要纸料悬浮液依靠圆网内外的水位差所产生的过滤作用，使纤维在脱水过程中被吸附在网面上形成湿纸幅，圆网造纸机活动弧形板式的示意图如图3-38所示。之后，形成的湿纸页在网笼上继续脱水并带入伏辊，经伏辊加压脱水后干度可达到8%～10%。

图3-38　圆网造纸机活动弧形板式的示意图

1—伏辊；2—网笼；3—毛毯；4—流浆箱；5—活动弧型板；6—唇板；7—定向弧型板；8—白水槽

3.夹网纸机

夹网纸机是20世纪60年代末研发的一类新型成型设备，目前经改良的新型夹网纸机的工作车速已超过2000m/min。夹网纸机的网部一般由两张成形网夹持而成。纸料悬浮液经流浆箱喷射到两网夹区之间，进行两面强制脱水，并迅速形成湿纸幅。夹网纸机的主要优点是运行效率高，成形质量好，结构紧凑和占地面积小等，所以，在现代造纸工业中得到广泛应用。一种立式夹网造纸机基本结构示意图如3-39所示。

图3-39　一种立式夹网造纸机基本结构示意图

1—烘缸；2—压榨部；3—真空引纸辊；4—前网；5—胸辊；6—流浆箱；7—浆流分布器；8—后网；9—压网器（挡水板）；10—真空吸水箱；11—伏辊

夹网纸机的成形器是最为常用的设备，夹网成形器是在两张成形网间完成全部成形过程的成形器，根据其脱水原理，可分为辊式夹网成形器、脱水板式夹网成形器、辊/脱水板结合式夹网成形器三种形式。辊式夹网成形器因网面没有刮板，无摩擦，网子的使用寿命长，动力消耗低，并且其在成形过程中纤维的留着率最高，但是其成形质量较其他成形器差。脱水板式夹网成形器网子易磨损，动力消耗大，其成形过程的纤维留着率最低，但是成纸质量好。辊/脱水板结合式夹网成形器结合了其他两种成形器的优点，兼顾了纸页的成形质量和纸料的留着率，动力消耗亦比较合适。

（四）成形部纸料的脱水

纸机的网部又称成形部，纸页成形过程是一个纸料在纸机网上留着和滤水的过程，从而形成湿纸幅。因此，成形部（网部）是纸机的重要组成部分，其主要的任务是使纸料尽量保留在网上，较多地脱除水分并形成全幅结构均匀的湿纸幅。此时，湿纸幅在经过网部脱水后，已具有了一定的物理强度，以便将湿纸幅传递到压榨部。

纸料在成形部（网部）的脱水和纸页成形是一对矛盾的统一体，两者同时存在又不可分割。纸料在脱水过程中形成纸页，纸页在成形过程中也不断地脱水，而脱水与成形又相互制约。在纸料脱水与纸页成形过程中，一方面纸页成形既需要脱除大量的水分，但是也不能脱水太快，如果脱水太急或太快，那么纸料纤维在网上来不及均匀分布就已经成形，这样就难以形成良好质量的纸页；而另一方面，如果脱水太过缓慢，则会引起已经分散的纤维重新絮聚，影响纸页的质量，并且在出伏辊时还达不到纸页所需的干度和湿强度，从而影响造纸生产。因此，在纸机成形部纸料的脱水过程中，要根据纸浆配料和生产纸种不同要求和不同生产条件进行权衡，使脱水和成形相互协调和统一，在得到良好纸页成形的前提下，尽量满足脱水要求。

通常纸料中所含的水分主要以两种形式存在，即“自由水”和“结合水”。自由水是指充满于纸料纤维或非纤维添加物质的空隙中的水，它可以流动并能传递液压，因而自由水能在重力和机械力的作用下脱出。而结合水是指其与纤维内外表面的羟基紧密的吸附在一起，这种水分不能传递液压，在重力的作用下也不能流动，因而网部无法将其脱出，只能在干燥部随着纸页受热时将其蒸发。

成形部（网部）是纸料脱水的最集中的部分，在一般的成形工艺中，通常纸料的上网浓度为0.1%～1.2%，出伏辊时纸页的干度为15%～20%，而成纸的干度为92%～95%。即1kg绝干纸料上网时携带水分1000～83kg，出伏辊时的水分只剩下5～7kg，而成纸中只含水分0.05～0.08kg。因此，与后续的压榨部和干燥部相比，网部的脱水量很大，占纸机总脱水量的80%～90%，成形部（网部）脱水的特点是脱水量大而集中。