流浆箱技术的发展

流浆箱技术的发展在纸张的生产中，流浆箱是造成纸张纤维组织结构优劣的最重要设备之一，承担着实现纸张性质的均匀性和可控性的任务。它直接影响纸张的纵横性能比(crossmachinedirectionprofile)、抗张或裂断长、孔隙(porosity)、成形和留着。未来造纸的发展目标（继续提高纸机车速、效率和纸张质量）对现有流浆箱的改进提出了一系列要求。流浆箱的运行性能与造纸机车速和效率密切相关，同时，还应与纸张的纤维组织结构的好坏（纸张定量分布的均匀性和纤维定向）结合一起来考虑改善流浆箱性能。在高车速下还应对机械加工方面提出更高的要求。流浆箱的发展是由造纸机车速不断提高推动的,从翻浆闸板式流浆箱,敞开式匀浆辊流浆箱,气垫匀浆辊流浆箱发展到当今水力式流浆箱都是为了适应纸机车速增加的要求。所以在选择流浆箱时,也要根据造纸机的速度要求进行。流浆箱的结构形式很多,但从功能划分,都是由三大部分组成,即布浆器、匀浆装置、喷浆装置。流浆箱设计也是围绕这三部分进行。目前流浆箱大致可分为二大类:（１）匀浆辊流浆箱（敞开式、气垫式）。（２）水力式流浆箱（满流式、半水力式）。以上两大类流浆箱在解决布浆、匀浆、喷浆这三个问题都围绕着流速这个主题展开[1]。匀浆辊流浆箱的适应性匀浆辊流浆箱以转动的孔辊作为匀浆元件，匀浆机理是浆流进出孔辊的孔眼,受到收缩和扩散,使浆流产生湍动，浆料得以分散。虽然这种湍动尺寸比较大,能量比较低,但与长网部的脱水元件产生的搅动匹配,成形效果还不错,因而被中、低速纸机广泛采用。气垫式匀浆辊流浆箱是为了适应较高速度及较大的速度范围发展起来的。在密闭的箱体内通入压缩空气,使箱内的静压力由恒定的浆位高度（高度一般与匀浆辊直径相近）和可调的气垫压力合成。调节气垫压力,即可调节喷浆速度。由于浆位高度比较低,浆流通过匀浆辊孔眼的流速比较快,堰池浆流速度在0.27～0.45m/s。气垫式匀浆辊流浆箱宜用于车速180～450m/min的造纸机。水力式流浆箱的适应性水力式流浆箱是随着高速夹网纸机发展起来的。由于夹网成型器的成形面很短、也就是说纸幅成形时间很短,浆流一经喷射上网,成形基本“固定”,因此要求浆流在流浆箱内必须均匀分布。常采用高效紧凑横向布浆均匀的单侧进浆的锥形总管和固定的匀浆装置。高速浆流通过固定元件的截面变化或几何尺寸改变而产生高强度微湍动,使浆料悬浮体得以分散。水力式流浆箱内浆流纵向稳定,没有横流,所以可通过调节布浆孔管的浆料浓度来调节纸页的横幅定量,取得比用微调杆局部改变唇口开度更佳的效果。这一点是匀浆辊流浆箱无法做到的。水力式流浆箱的喷浆速度由变速浆泵的动压头控制,可以适应很高的车速。因为固定匀浆元件的匀浆作用必须靠高流速产生(约1.5m/s),所以要求车速不宜低于300m/min。也因为采用固定的匀浆元件,其几何尺寸都按特定的范围设计,宜用于车速变化小、品种比较单一的造纸机。为了扩大水力式流浆箱的使用范围和克服水力式流浆箱对来浆脉动的敏感性,发展了半水力式流浆箱（见图２）。它具有水力式和气垫式流浆箱的优点,适用车速范围为300～1000m/min，可以应用于长网纸机。1多点稀释水调节技术在纸张的和产中，横向绝干定量的均匀度是纸张质量最重要的指标。流浆箱应具有稳定的浆流性质，纸张定量分布稳定，一般都采用了强化白水稀释的方法控制横向定量分布，实现了优良的横向绝干定量分布的均匀性。一般是通过多点稀释调节而实现的。稀释水可与流浆箱的多排分支管中的每一支管的浆流做到充分理想的混合。稀释水的最佳用量可降低分布性能对外部干扰的敏感性，如留着率的可变性，并能保证在最大范围内安全运转。多排反管和为平衡箱体而精心设计的装置，可保证使浓度调节成平滑的高斯型定量分布曲线，从而达到理想的控制效果。最经济的稀释用水是造纸白水。同时希望湿部有稳定的留着率。稀释控制的优点，包括高定量控制能力和较窄的频带密度，同时，又能精确和完全独立地控制纤维定向。同时由于采用了稀释控制，使横向定量测定和影象精确测绘的重要性增强。通过稀释控制横向纸张定量的方法，可获得波动幅度窄而又理想的定量分布曲线，并且这一控制过程不受运行参数的影响。稀释水控制与传统的唇板调节方法不同，即不受纤维定向分布的影响。通过多点稀释调节，能在最佳稀释水用量下运转，即用最少量的稀释水，满足全部调节能力的需要。稀释水可与流浆箱的浆流做到充分理想的混合。稀释水的最佳用量可降低分布性能对外部干扰的敏感性，如留着率的可变性，并能保证在最大的范围内安全运转。多排支管和为平衡箱体而精心设计的装置，可保证浓度调节成平滑的高斯型定量分布曲线，从而达到理想的控制效果。2分层成形技术通过优质分层(stratifiedformingtechnique)可降低生产成本。在印刷纸生产中，采用分层添加技术可提供一个全新的技术方向，使造纸工作者在纸张厚度方向上能选择纸添加剂的最佳功能位置。也能最有效地利用原料。现在，二层和多层成形已成为新安装高产量纸机的标准配置[3]。它最初是由Andritz和VoithSulzer提出的。在一定程度上，可以在不同的层中采用不同的压力和速度以为不同的浆料。这种新型的流浆箱在车速超过2000m/min[3]的纸机上应用成功。这是通过在流浆箱内的分层导向叶片把浆流分隔开而实现的。层间是否会混合的关键点，是在导向叶片的最后的分离点处。通过导向叶片的几何形状尤其是尖端形状的设计可控制层间混合，保证优良的均匀一致的分层和各层的分离。另一个重要因素是导向叶片的长度。最好的效果是将导向叶片延伸到唇板开口处。导向叶片的机械性质也是其优良特性所必须的，诸如尺寸的精确度和挺度。导向叶片的材质是碳纤维复合材料。基于些分层技术生产的流浆箱有atwo-layerstratifiedheadboxjet和a3-layerstratifiedheadboxjet。有关流浆箱混合强度的分析可参见论文[4-5],研究中提出了一种研究方法，以定量研究流浆箱的混合情况。流浆箱模型包括二(三)个独立的header，间以活动的分配板(dividesheet)，板的伸出情况可分为二种：negativesheetstickout(insidetheheadbox)，positivesheetstickout(outsidetheheadbox)。箱内每一层由二个短板隔出通道。研究中，上层加入盐水，下层加入清水。按时间测定不同的纸机纵横向位置的各Z向位置的电导率，混合特性可以用电导率的变化定量确定。这种方法与针叶浆和阔叶浆在0.2%浆浓下的情况，有良好的一致性。3流浆箱的横向浆流分布选择最佳的进浆总管形状，一是依靠最佳计算方法算出流浆箱浆流模型的形状，二是根据浆流分布均匀度的测量和最佳计算方法所花费的费用影响两个因素来确定的。OptiFlo流浆箱是具有两个管束的流浆箱。这样，浆流分布对操作参数的敏感性可降低到最低限度。4流浆箱控制的发展OptiFlo流浆箱纤维定向控制已实现自动化，其中包括调节供料口和在可能时应用唇板调节，从而赋予充分良好的控制纤维定向的性能。通过采用抗磨损的涂布技术并结合新的表面抛光方法，使唇板部位保持持久不变的高精密度，唇板部位的均匀和稳定以及热负荷的稳定是十分必要的[6]。5流浆箱的未来发展趋势在高速纸机上，流浆箱内存在压降。压降的作用是在使浆料的流速与纸机速度一致，但同时伴有压力损失现象，产生湍流。随着纸机速度的不断提高，流浆箱的湍箱以后必会增加，这将提高浆料浓度，高压力使流浆箱必须配有某种补偿系统以保证上网浆流的稳定。长网结构影响流浆的性能，且约束了纸机的速度。夹网成形器的成形部件因其本身的特性和调节方式而对流浆箱的设计有特殊要求。因此未来流浆箱的发展趋势是流浆箱和成形器成为一体[7]。