ОСОБЕННОСТИ  СИЛОВОГО  ВОЗДЕЙСТВИЯ  НОЖЕВОЙ  ГАРНИТУРЫ  НА  ПРОЦЕСС  РАЗМОЛА  ВОЛОКНИСТЫХ  ПОЛУФАБРИКАТОВ

Леончук  Мария  Александровна

магистрант  1  курса,  кафедра  Машины  и  аппараты  промышленных  технологий  СибГТУ,  г.  Красноярск

Ларионова  Александра  Игоревна

аспирант  1  курса,  кафедра  Машины  и  аппараты  промышленных  технологий  СибГТУ,  г.  Красноярск

E-mail:  aleksakai@mail.ru

Алашкевич  Юрий  Давыдович

научный  руководитель,  д-р  техн.  наук,  профессор  СибГТУ,  г.  Красноярск

Кожухов  Виктор  Анатольевич

научный  руководитель,  старший  преподаватель  кафедра  Машины  и  аппараты  промышленных  технологий,  г.  Красноярск

Размол  является  одним  из  важнейших  процессов  бумажного  производства,  позволяющего  в  широком  интервале  значений  изменять  многие  свойства  бумаги.  Производится  размол  волокон  в  машинах  непрерывного  действия  (в  конических,  цилиндрических  и  дисковых  мельницах).

Первые  технологии  производства  бумаги  были  разработаны  более  четырех  тысяч  лет  назад  в  Китае.  В  первых  кустарных  мастерских  волокнистые  материалы  разбивали  в  ступах.  За  счет  того,  что  обработка  волокна  происходила  между  тупым  пестом  и  дном  ступы,  не  происходило  укорачивания,  а  лишь  разделение  волокон,  получаемая  масса  была  хорошего  качества,  фибриллированная,  длинноволокнистая,  но  производительность  ступы  оставляла  желать  лучшего.  Позже,  в  1670  г.  появились  роллы,  основной  принцип  которых  заключался  в  ножевом  размоле  бумажной  массы.  Но  при  этом  качество  размола  волокнистой  массы  значительно  снизилось  [1].

Дисковые  мельницы  являются  одним  из  наиболее  распространённых  видов  размалывающего  оборудованием  благодаря  ряду  преимуществ:

·     высокой  производительности;

·     возможность  размола  волокнистых  полуфабрикатов  высокой  концентрации;

·     получение  бумаги  и  картона  с  высокими  механическими  характеристиками  благодаря  широкому  спектру  возможностей  регулирования  технологических  параметров;

·     возможность  приложения  большой  единичной  мощности  на  единицу  поверхности  размалывающей  гарнитуры;

·     удобство  в  эксплуатации  и  техническом  обслуживании.

Размалывающее  действие  в  дисковых  мельницах  осуществляется  в  зазоре  между  подвижными  частями  ротора  и  неподвижными  частями  статора.  Основным  рабочим  органом  машин  мельницы  является  размалывающая  гарнитура  [2].

Размалывающая  гарнитура  —  рабочий  орган  дисковой  мельницы,  осуществляющий  непосредственное  воздействие  на  волокна  в  процессе  их  обработки.  Рабочая  поверхность  гарнитуры  характеризуется  числом  и  размерами  ножей  и  канавок  и  их  расположением  на  поверхности  [3].

Подавляющее  большинство  ножевых  гарнитур  дисковых  мельниц  обычно  изготавливают  в  виде  сегментов  из  чугуна,  стали  или  алмазной  крошки. 

В  зависимости  от  вида  обрабатываемого  материала  и  назначения  массы  диски  и  сегменты  выпускают  с  различной  формой  расположения  ножей  и  ячеек.  Большое  влияние  на  процесс  размола  и  качество  массы  оказывает  геометрия  ножей. 

Рисунок  1.  Типы  сегментов  ножевых  дисков

Размалывающие  поверхности  отдельных  сегментов  (рисунок  1)  имеют  сложный  рисунок  и  несколько  участков  размола.  Имеются  диски  или  сегменты  к  ним  с  радиальным  положением  ножей  (с  контрольным  периферическим  кольцом  и  без  него),  в  «елочку»  и  др.  По  литературным  данным,  при  размоле  на  дисках  с  расположением  ножей  в  «елочку»  расход  энергии  меньше,  чем  при  размоле  на  дисках  с  радиальным  расположением,  но  качество  массы  хуже  [2].

Угол  скрещивания  ножей  гарнитуры  ротора  и  статора  является  параметром,  с  помощью  которого  можно  варьировать  соотношение  фибрилирующего  и  укорачивающего  воздействия  на  волокнистый  материал.

Для  увеличения  внешней  удельной  поверхности  волокна  и  прочности  межволоконных  связей  следует  создавать  нагрузки,  работающие  на  растяжение  волокон,  и  уменьшать  режущее  воздействие  ножевой  гарнитуры.

Наибольший  эффект  воздействия  на  флокулярную  массу  происходит  при  движении  волокнистой  массы  в  стесненном  межножевом  пространстве  ножевых  размалывающих  машин.  При  этом  силовые  воздействия  могут  развиваться  по  двум  направлениям:  во-первых,  путем  резания  флокена  острыми  кромками  скрещивающихся  ножей,  когда  основная  часть  волокон  не  попадает  в  межножевой  зазор,  и,  во-вторых,  путем  вязко-пластичной  деформации  флокена  между  рабочими  поверхностями  ножей  [3].

С  целью  совершенствования  процесса  размола  и  повышения  работоспособности  гарнитур  проводятся  научные  исследования  по  разработке  новых,  более  совершенных  рисунков,  позволяющих  поднять  производительность  дисковых  мельниц  и  качество  готового  полуфабриката.

В  связи  с  этим  на  кафедре  МАПТ  Сибирского  государственного  технологического  университета  была  спроектирована  и  изготовлена  гарнитура  с  ударным  воздействием  на  волокно  [5]  (рисунок  2)  в  процессе  размола  волокнистой  массы.

Рисунок  2.  Ножевая  гарнитура  для  размола  волокнистых  полуфабрикатов  с  ударным  эффектом

Эта  гарнитура  позволяет  свести  к  минимуму  рубящий  эффект,  что  достигается  геометрией  построения  рисунка  гарнитуры.

При  ударном  воздействии  на  волокно,  оно  стремиться  разрушиться  по  более  слабым  связям,  иначе  говоря,  разрушение  волокна  осуществляется  в  первую  очередь,  в  продольном  направлении,  то  есть  волокно  фибрилируется,  что  обеспечивает  более  прочные  водородные  связи  в  бумажном  листе  [4].

Из  литературных  источников  известно,  что  при  обработке  волокнистых  материалов  в  ступе,  преобладает  процесс  фибриллирования  и  отсутствует  рубка  волокна.  Реализовать  этот  принцип  в  дисковых  размольных  машинах  можно  путем  использования  ножевых  размалывающих  гарнитур  с  радиальным  расположением  ножей.

В  ножевых  размольных  аппаратах  процент  измельченного  волокна  и  волокна  подверженного  ударным  воздействиям  может  изменяться  за  счет  технологических  факторов  процесса  размола:  продолжительность  размола,  тип  волокнистой  суспензии,  концентрация  волокнистой  массы,  удельное  давление  со  стороны  режущих  кромок  размалывающих  гарнитур,  расстояние  между  ножами  ротора  и  статора.

Важнейшим  технологическим  параметром  влияющим  на  качество  помола  в  ножевых  размольных  установок,  так  же,  является  характер  распределения  усилий,  как  на  кромках  ножей,  так  и  на  рабочих  поверхностях  ножей  при  скрещивании  ножей  ротора  с  ножами  статора.

В  работе  приводится  сравнение  традиционной  восьми  секторной  ножевой  гарнитуре  с  углом  перекрещивания  ножей  45°  с  гарнитурой  с  ударным  воздействием  для  подтверждения  сделанных  предположений.

При  сравнении  этих  гарнитур,  более  высокая  производительность  у  традиционной  гарнитуры,  это  объясняется  наличием  у  нее  рубящего  эффекта  при  скрещивании  ножей.

Продолжительность  размола  на  гарнитуре  с  ударным  эффектом  требуется  затратить  несколько  больше  чем  на  традиционной  гарнитуре,  это  можно  объяснить  наибольшим  преобладанием  фибриллирующего  воздействия  над  рубящим  (рисунок  3).

Рисунок  3.  Зависимость  длины  волокна  от  степени  помола:  1  —  традиционная  гарнитура,  концентрация  волокнистой  массы  1  %;  2  —  ударная  гарнитура,  концентрация  волокнистой  массы  1  %

На  рисунке  3  представлена  зависимость  длины  волокна  от  степени  помола  для  гарнитуры  с  ударным  эффектом  и  для  традиционной  гарнитуры  с  углом  скрещивания  ножей  45°.  При  изучении  зависимостей  видно,  что  качественные  показатели  имеют  одинаковый  характер,  однако  количественные  показатели  длинны  волокна  существенно  отличаются,  что  говорит  о  фибриллирующем  воздействии  ударной  гарнитуры  на  обрабатываемую  суспензию.

Более  высокие  физико-механические  показатели  готовых  отливок,  при  применении  гарнитуры  с  ударным  эффектом,  в  сравнении  с  использованием  традиционной  гарнитуры  (с  углом  скрещивания  ножей  45°),  как  указывалось  ранее,  объясняется  эффектом  размола,  который  обеспечивает  более  фибриллированную,  а,  следовательно,  более  длинноволокнистую  массу  [4].

Выводы: 

1.  Эффект  ударного  воздействия  который  был  положительным  при  размоле  волокнистой  суспензии  в  ступе  удалось  воплотить  в  конструкцию  высокоскоростной  размольной  установки,  что  позволит  повысить  качество  размола  волокнистой  суспензии  (ударный  эффект  песта  в  ступе)  и  увеличить  производительность  размола  (использование  высокоскоростной  современной  размольной  установки).

2.  Исследованиями  подтверждается  повышение  физико-механических  характеристик  готовых  отливок  при  применении  гарнитуры  с  ударным  эффектом  в  сравнении  с  традиционной  гарнитурой  иприменяемой  в  размольных  аппаратах.

Список  литературы:

1.Алашкевич  Ю.Д.,  Барановский  В.П.,  Мицкевич  Ф.И.  Машины  для  получения  и  размола  волокнистой  массы:  Учебное  пособие  /  Красноярск:  ЮГУ,  1980.  —  131  с.

2.Алашкевич  Ю.Д.,  Решетова  Н.С.,  Гудовский  В.П.  Теория  и  конструкция  машин  и  оборудования  отрасли.  Часть  2:  учебное  пособие  для  студентов  специальностей  170404  (150405),  260304  (240406)  и  030528  (050501)  очной,  заочной  и  очной  сокращенной  форм  обучения.  Красноярск:  СибГТУ,  2006.  —  298  с.

3.Алащкевич  Ю.Д.,  Ковалев  В.И.,  Набиева  А.А.  Влияние  рисунка  гарнитуры  на  процесс  размола  волокнистых  полуфабрикатов:  Монография  в  2-х  частях.  Часть  1.  Красноярск:  СибГТУ,  2010.  —  168  с.

4.Кожухов  В.А.,  Алашкевич  Ю.Д.,  Карбышев  М.А.  Размол  волокнистых  полуфабрикатов  с  использованием  гарнитуры  с  ударным  эффектом  //  Журнал  «Химия  растительного  сырья»,  Барнаул,  №  3,  2012  —  с.  219—222

5.Пат.  2307883.  Российская  Федерация,  МПК⁵¹  D21D1/30,  B02C  7/12.  Размалывающая  гарнитура  для  дисковой  мельницы  [Текст]/  Алашкевич  Ю.Д.,  Ковалев  В.И.,  Кожухов  В.А.;  заявитель  и  патентообладатель:  Сибир.  госуд.  технолог.  ун-т  №  2006121632/12.  ;  заявл.  19.06.2006;  опубл.  10.10.2007,  Бюл.  №  28.  —  5  с.