ВЛИЯНИЕ раскроя балансовой древесины
НА КАЧЕСТВО ЩЕПЫ
, ,
(ПетрГУ, г. Петрозаводск, РФ)
The influence of pulp wood sawing on chips quality.
Постановка проблемы. Для производства качественной целлюлозы необходимо рассматривать технологические процессы древесно-подготовительного цикла в комплексе. Данный комплексный процесс начинается с раскроя круглых лесоматериалов на слешерных установках для получения балансов стандартных размеров и заканчивается переработкой балансов на щепу и её сортировкой по критерию крупности частиц. Промежуточными стадиями являются очистка балансов от коры в установках барабанного типа и транспортировка очищенных от коры балансов от корообдирочного барабана до устройства для загрузки балансов в рубительную машину.
Наблюдения за этими этапами древесно-подготовительного цикла, измерения и сбор данных проводились на одном из целлюлозно-бумажных комбинатов.
На первом этапе обработки древесины – раскрое лесоматериалов на слешерных установках – фактором, влияющим на качество щепы, является соотношение балансов стандартного размера, длина которых составляет 2-3 м, и короткомеров, длина которых меньше стандартного размера.
При существующей на предприятии расстановке пил на слешерной установке, процесс образования короткомеров неизбежен.
Таким образом, чтобы уменьшить массовую долю некондиционных отрезков после раскроя, необходимо либо изменить расстояние между пилами, либо осуществлять предварительную сортировку древесины, не допускающую образование короткомеров, либо организовать отдельную линию по обработке нестандартных балансов.
На следующем подготовительном этапе – транспортировке пиленой древесины в корообдирочный барабан – для отбраковки короткомеров предусмотрены провалочные окна на рольгангах. Однако при наблюдении за этим процессом выяснилось, что в провалочные окна попадают не все некондиционные отрезки. А значит часть короткомеров попадает в корообдирочный барабан, что, очевидно, приводит к нерациональным затратам времени, энергии и других ресурсов на их обработку, при том, что окорка является дорогостоящей и трудоемкой операцией в подготовке древесного сырья. На рисунке 1 показаны короткомеры, прошедшие обработку в корообдирочном барабане совместно со стандартными балансами.
Рисунок 1 – Некондиционные отрезки бревен, миновавшие провалочные окна и обработанные в корообдирочном барабане
Требования к качеству окорки лесоматериалов определяются технологическим назначением щепы. Поскольку речь идет о сырье для варки целлюлозы, то учитывается, что кора, содержащая большое количество окрашивающих элементов, усложняет и, соответственно, удорожает технологический процесс варки и ухудшает качество продукции [8]. Поэтому требуется высокое качество окорки в установках барабанного типа, которое может достигаться установкой механических интенсификаторов, увеличением продолжительности окорки и частоты вращения барабана [1],[9], что, в свою очередь, приводит к внешним и внутренним повреждениям балансов. В работах [4], [9] обращается внимание на необходимость такого подбора конструктивных и технологических параметров корообдирочных барабанов, которые позволят если не полностью исключить, то уменьшить возможность появления как избыточно больших сил при соударениях балансов друг с другом и с корпусом барабана, так и сил, недостаточных для разрушения коры и, следовательно, для очистки баланса. Избыточно большие силы контактного взаимодействия приводят к «размочаливанию» торцов балансов и к другим повреждениям [9]. Исследования, краткий обзор которых приведен в [5], показывают, что в корообдирочном барабане древесина сортиментов длиной 0,8 м и менее, в зависимости от диаметра баланса, влажности и температуры древесины, возраста, породы и других факторов, повреждается в существенно большей степени, чем древесина балансов, длина которых равна 1,2 м и более.
Вопросы оптимизации длины балансов, поступающих на переработку в рубительную машину, затронутые в статье [5], являются актуальными, если принять во внимание известные по литературе результаты исследований закономерностей распределения скрытых и видимых повреждений балансов при сжатии вдоль волокон [2] и влияние этих повреждений на качество целлюлозы и бумажного полотна [7].
Переработка короткомерных балансов на рубительной машине приводит к увеличению доли некондиционной (крупной) щепы, так как короткомеры разрушаются преимущественно не в результате среза поперек волокон, а путем скалывания вдоль волокон. Это обусловлено конструктивными особенностями питающего патрона рубительной машины [2], рассчитанного на обработку балансов длиной более 1м.
Такая закономерность подтверждается и исследованиями по качеству технологической щепы, полученной на одной из рубительных машин Кондопожского ЦБК.
Задачи исследования:
1. Проанализировать состав древесного сырья в виде очищенных от коры балансов, поступающих на рубительную машину.
2. Проверить экспериментально в промышленных условиях влияние качества исходного сырья на фракционный состав щепы, получаемой на рубительной машине.
Методика и результаты экспериментального исследования. Эксперимент проводился в древесно-подготовительном цехе ЦБК в августе-сентябре.
Щепа отбиралась с рубительной машины, имеющей следующие технические характеристики: максимальный диаметр балансов – 625 мм; длина балансов – 1-3 м (3м максимальная длина); технологическая (нормальная) щепа – 20 мм (допускается мм); диаметр ножевого диска на рубительной машине - Æ2500 мм; количество ножей на диске – 15 штук; частота вращения диска – 365 мин-1; мощность двигателя – 630 кВт. Машина предназначена для переработки балансов температурой от 1 до 400С и относительной влажностью не более 80%.
Сырьем для производства щепы служили еловые балансы, причем встречались различные части ствола диаметром от 5 до 50 см. На рубительную машину балансы поступали непосредственно после корообдирочного барабана длиной от 10 см до 2,5м, с температурой » 30-40 0С и влажностью древесины » 70%.
Фракционный анализ производился согласно ГОСТ «Щепа технологическая. Технические условия». Для анализа щепа отбиралась в ёмкость на выходе из циклона. Выполнено 136 измерений.
Результаты эксперимента показали, что массовая доля коры не превышала 0,2%, а массовая доля гнили – не более 1,7%.
При этом визуально определялась доля короткомеров в общей массе балансов, поступающих на рубительную машину. Эта доля составила от 38 до 68%.
Далее определялись массовые доли кондиционной и некондиционной (крупной) щепы, получаемой с рубительной машины, в зависимости от доли короткомеров в общем массиве балансов.
В результате обработки полученных экспериментальных данных получены следующие зависимости:
где y1 – массовая доля кондиционной щепы, %; y2 – массовая доля некондиционной (крупной) щепы, %; х – массовая доля короткомеров в массиве балансов, %.
Обсуждение результатов эксперимента. Согласно экспериментальным данным наибольшее количество технологической щепы получается из балансов длиной от 1,2 до 2,5 м. При добавлении к ним короткомеров уменьшается выход технологической щепы, но и увеличивается выход крупной некондиционной щепы.
Как показал анализ проблемы, подтвержденный опытом эксплуатации, торцы балансов разрушаются под воздействием ударных нагрузок в корообдирочном барабане. Это приводит к образованию мелких фракций при измельчении этих частей балансов в рубительной машине. Тогда при увеличении доли короткомеров в сырье, поступающем в рубительную машину, доля мелких фракций также должна увеличиваться. Эта зависимость подтвердилась и в ходе проведенного эксперимента:
; 
где y3 – массовая доля остатков на ситах с отверстиями диаметром 5 мм, %; y4 - массовая доля остатков на поддоне, %; х – массовая доля короткомеров в массиве балансов, %.
Представленные выше результаты согласуются с независимо полученными в производственных условиях экспериментальными данными [3].
Таким образом, в рассмотренном случае целям ресурсосбережения и повышения качества продукции отвечает исключение из технологического процесса переработки на щепу в дисковой рубительной машине короткомеров. Тем самым достигаются:
1. Повышение массовой доли кондиционной щепы.
2. Уменьшение массовой доли крупной некондиционной щепы, требующей повторной переработки.
Литература
1. Бойков процессов очистки древесины от коры. - Л.: ЛГУ, 1980. 152 с.
2. , Рубительные машины: монография // М.: Лесная промышленность, 19с.
3. , , Гусев рациональных режимов переработки отходов раскряжевки и крупной фракции щепы // Научно-методическое обеспечение лесного комплекса Карелии: Тезисы докладов научно-практ. конф. докторантов и аспирантов лесоинженерного факультета ПетрГУ. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 1999. С. 16–17.
4. , , Мурашкин эффективности механической окорки лесоматериалов. Монография. СПб.: ЛТА, 20с.
5. Девятникова задач по совершенствованию технологии и оборудования древесно-подготовительного цикла для производства целлюлозы // Материалы пятой международной научно-практической Интернет-конференции «Леса России в XXI веке». - СПб.: ЛТА, 2010.- С. 151-158.
6. Козин для производства технологической щепы // Целлюлоза, бумага, картон. 2005, № 1. С. 68–69.
7. Комаров и разрушение целлюлозно-бумажных материалов (монография) // Киров: Издательство «Вятка». 20с.
8. , , Трефилова окорка древесины в барабанах на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности. (Обзор). – М.: ВНИПИЭИлеспром, 1976. – 53 с. (Бумага и целлюлоза).
9. Никонова конструктивно-технологических параметров корообдирочных барабанов с применением численного моделирования динамического взаимодействия балансов // Автореф. дисс. … канд. техн. наук. Петрозаводск, 20с.
