全球盒用紙板的生產(chǎn)目前總計(jì)大約達(dá)到4200萬(wàn)噸/年，在歐洲和美國(guó)的增長(zhǎng)率大約是每年2％~2.5％，亞洲的生產(chǎn)目前總計(jì)大約達(dá)到1000萬(wàn)噸/年，以每年8％~10％的速度增長(zhǎng)。中國(guó)盒用紙板的生產(chǎn)去年上升了大約20％，約350萬(wàn)噸/年。
由這些增長(zhǎng)率數(shù)據(jù)可以得知，投資于中國(guó)的新設(shè)備很明顯將會(huì)上升，而歐洲的生產(chǎn)需求則主要通過(guò)設(shè)備重組或優(yōu)化設(shè)備來(lái)滿足。
傳統(tǒng)盒用紙板生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)理念
在歐洲，盒用紙板主要是通過(guò)帶有Yankee干燥器的多層長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)來(lái)生產(chǎn)的，如圖1所示。在涂布前，使用硬質(zhì)輥壓光技術(shù)來(lái)確保在低壓力下得到精確的卡規(guī)控制。根據(jù)最終產(chǎn)品平滑度和光澤度的要求，考慮是否需要在經(jīng)過(guò)雙重和多重涂布之后進(jìn)行軟質(zhì)輥壓光工序。
15年來(lái)，歐洲仍沒(méi)有安裝新的紙板生產(chǎn)設(shè)備，除了NipcoFlex滑軋印刷機(jī)技術(shù)，它成功地將紙板產(chǎn)量提高了10％~15％。
15年來(lái)，亞洲的生產(chǎn)能力一直在明顯提高。歐洲與亞洲盒用紙板生產(chǎn)設(shè)備的主要區(qū)別在于壓光技術(shù)，如圖2所示。為了簡(jiǎn)化操作操作，在亞洲使用的紙板生產(chǎn)設(shè)備，都沒(méi)有采用Yankee干燥器，而是通常先在一個(gè)加熱過(guò)的硬質(zhì)輥壓光機(jī)上對(duì)盒用紙板進(jìn)行預(yù)處理。各種盒用紙板在涂布了之后都需要通過(guò)軟質(zhì)輥壓光技術(shù)進(jìn)行處理。
歐洲和亞洲之間的這些設(shè)計(jì)理念之間的區(qū)別本質(zhì)上會(huì)反映在最終產(chǎn)品的質(zhì)量上。歐洲采用帶有Yankee干燥器的機(jī)器，他們生產(chǎn)的盒用紙板，其單位體積的平滑度極高，這是用硬質(zhì)輥壓光或軟質(zhì)輥壓光都無(wú)法達(dá)到的。換句話說(shuō)，亞洲盒用紙板的平滑度只與歐洲那些松厚度更小的紙板相當(dāng)，因?yàn)樗钠交仁峭ㄟ^(guò)更強(qiáng)的壓光壓力和更厚的涂布達(dá)到的，而這兩項(xiàng)都會(huì)對(duì)紙板松厚度產(chǎn)生負(fù)面影響。
Yankee干燥器
如圖3所示，Yankee干燥器是一個(gè)直徑 達(dá)7000mm的蒸汽預(yù)熱鑄件鐵滾筒，它的安裝占了干燥組件總長(zhǎng)度的60%。具有高表面濕度的紙板用Yankee干燥器進(jìn)行壓印。理想的情況是：進(jìn)入印刷機(jī)的紙板的濕度要在63%~67%之間，這樣卷筒紙就能粘附到滾筒上，同時(shí)完成干燥和壓平處理。此外必須調(diào)整好蒸汽壓和操作速度，這樣紙板就能在刮墨刀到達(dá)之前立即離開滾筒，順利地傳遞到下一個(gè)干燥部分。
在Yankee滾筒施加的適當(dāng)壓力和較長(zhǎng)的停留時(shí)間作用下，紙板表面被軟化，同時(shí)借助平滑的滾筒表面，紙板在適當(dāng)壓力下被壓平。
Yankee干燥器有不少缺點(diǎn)，尤其反映在生產(chǎn)能力上：
1.由于生產(chǎn)過(guò)程中的干燥度定義得非常精確，Yankee干燥器的蒸汽壓就必須隨著操作速度的增加而增加，或者選擇安裝更大的滾筒。
2.Yankee干燥器的預(yù)干燥部分必須保持不均勻受熱，以保證可利用的干燥能力沒(méi)有完全用完。生產(chǎn)量增加了，就需要有一個(gè)更長(zhǎng)的預(yù)熱過(guò)程來(lái)確保紙板背面也能得到充分的干燥。另一個(gè)局限是需要校正平整度，因?yàn)轭A(yù)熱部分主要干燥紙板背面, 而紙板的表層是通過(guò)Yankee干燥器進(jìn)行干燥的。
3.生產(chǎn)量增加時(shí)，Yankee干燥器上當(dāng)前的干燥量就偏離了理想值，那么紙板的平滑度就會(huì)遭到破壞，只能在以后通過(guò)犧牲紙板的松厚度來(lái)彌補(bǔ)。
這些問(wèn)題可以通過(guò)使用三層干燥組，或重新安裝Yankee干燥器，或用一個(gè)更大的干燥組進(jìn)行替換。根據(jù)要增加的產(chǎn)量的多少，可以考慮同時(shí)采用三種方式。
不過(guò)每種解決方法都是既耗錢又耗時(shí)，當(dāng)然也不能簡(jiǎn)化高速運(yùn)裝時(shí)紙盒設(shè)備的操作。
綜上所述， Yankee干燥器對(duì)紙盒質(zhì)量有保障，但在設(shè)備操作易用性和效率方面卻存在不足，特別是當(dāng)輸出產(chǎn)量增加時(shí)。
這就是Voith研制NipcoFlex壓光技術(shù)的原因。通過(guò)使用滑軋印刷技術(shù)，能解決Yankee干燥器的基本限制，同時(shí)又能保證產(chǎn)品質(zhì)量。
NipcoFlex壓光機(jī)組
NipcoFlex壓光機(jī)組的設(shè)計(jì)是依據(jù)了NipcoFlex印刷機(jī)的基本原理和基本元素，而且在過(guò)去的20個(gè)年頭里，在300多個(gè)Voith紙張，紙板，棉紙印刷機(jī)上得到了證明。
通過(guò)在熱備用輥的周向加載印刷機(jī)滑軋這一技術(shù)，能夠延長(zhǎng)停留時(shí)間，降低生產(chǎn)線的負(fù)載。與使用Yankee干燥器相同的是，它也是采用濕度和溫度梯度來(lái)達(dá)到最佳值。
而NipcoFlex壓光機(jī)組的一個(gè)特殊的優(yōu)勢(shì)在于，它不會(huì)因操作速度的加快而受影響，因?yàn)閴汗廨伒闹荛L(zhǎng)是可以調(diào)節(jié)的，以此確保所需的停留時(shí)間。
圖4給出了一個(gè)典型NipcoFlex壓光機(jī)組的排列示意圖。帶有軟性表層的 NipcoFlex滾筒和剛性滑軋都位于卷筒紙板下面，位于紙板上面的是帶有金屬表面的加熱Flexitherm滾筒。
NipcoFlex壓光機(jī)組對(duì)預(yù)壓光還是涂布之后的后壓光都是適用的，其盒用紙板操作參數(shù)如下所示。
和Yankee干燥器相比，NipcoFlex壓光機(jī)組安裝在干燥組件的末端，涂布生產(chǎn)線之前，用來(lái)進(jìn)行預(yù)壓光。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)和在StoraEnso Baienfurt公司的BM3紙板機(jī)上的首次安裝證實(shí)，NipcoFlex壓光機(jī)組在產(chǎn)品質(zhì)量方面與Yankee干燥器相比有過(guò)之而無(wú)不及。
從圖5的對(duì)比測(cè)試可以看出， 能在Yankee干燥器和NipcoFlex壓光機(jī)上進(jìn)行預(yù)壓光的典型紙板參數(shù)。對(duì)于未經(jīng)加工的和已加工完成的紙板，用NipcoFlex壓光機(jī)所得到的紙板微觀平滑度（PPS S-10）不亞于Yankee干燥器加工所得到的，而且紙板的松厚度即使在操作速度提高40%時(shí)仍然增大了4%。
NipcoFlex壓光機(jī)組的這些優(yōu)點(diǎn)能夠應(yīng)付更大生產(chǎn)量時(shí)的需求。
使用NipcoFlex壓光機(jī)組而非軟質(zhì)輥壓光機(jī)進(jìn)行壓光，然后再涂布得到的紙板，和經(jīng)過(guò)預(yù)壓光處理的紙板效果相似。
NipcoFlex壓光技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是一致的壓力分布，這就保證了更一致的光澤度和微觀平滑度。這也從總體上提高了紙板的印刷適性（凹印或膠?。?，比帶Yankee干燥器的設(shè)備所生產(chǎn)的紙板的印刷適性要高。
將NipcoFlex壓光機(jī)組應(yīng)用于新的機(jī)器設(shè)計(jì)理念中
怎么才能充分利用NipcoFlex壓光機(jī)組對(duì)紙板進(jìn)行預(yù)壓光處理，從而提高Yankee干燥設(shè)備的產(chǎn)量？
NipcoFlex壓光機(jī)組的潛能在帶有Yankee干燥器的紙盒機(jī)器上最明顯，該機(jī)器帶有雙層預(yù)干燥和后干燥機(jī)組，以最大的能力運(yùn)作。從下面的例子中，我們能估計(jì)出每一種可能的應(yīng)用，其產(chǎn)量增加的潛能有多少。為了便于比較，設(shè)備的整個(gè)長(zhǎng)度與目前的干燥組件的長(zhǎng)度一樣長(zhǎng)。
選項(xiàng)1.1
這是最簡(jiǎn)單的選項(xiàng)，即在后干燥部分的末端安裝NipcoFlex壓光機(jī)，把Yankee干燥器當(dāng)作普通的干燥滾筒來(lái)操作，如圖6所示。由于紙板頂層和底層是統(tǒng)一加熱，產(chǎn)能因而增加了。
除了要對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念中的蒸汽和冷凝系統(tǒng)作些許的修改外，在干燥部分不需要做其他的變化了。
選項(xiàng)1.2
不同于選項(xiàng)1.1，該選項(xiàng)中，我們可以拆除掉Yankee干燥器，取而代之的是另外一組雙層干燥機(jī)組，有效的干燥空間增大了，相應(yīng)的干燥能力也增加了。這一解決方案的一個(gè)更大的優(yōu)點(diǎn)就是，它也簡(jiǎn)化了紙張輸送的過(guò)程。
選項(xiàng)2.1
提高產(chǎn)能的另一種方法是將雙層干燥機(jī)組換成三層干燥組，如圖7所示，它最大化地利用了廠房的長(zhǎng)度，能將干燥長(zhǎng)度最大擴(kuò)大50%。這種理念可以用在操作速度高達(dá)800m/min的機(jī)器上。
為了能有效地利用三層干燥機(jī)組來(lái)提高產(chǎn)能，通常要將Yankee干燥滾筒換成一個(gè)更大的。Voith最近在Aanekoski的BM1紙板機(jī)器上成功實(shí)現(xiàn)了這一方法。
在很多情況下使用NipcoFlex壓光機(jī)更方便實(shí)惠，這也避免了預(yù)干燥部分不均勻的加熱，提高了設(shè)備的干燥能力。這也已經(jīng)在StoraEnso Baienfurt的BM3機(jī)器中取得了肯定。
然而三層干燥機(jī)組比起傳統(tǒng)的干燥機(jī)組，特別是在紙板破裂的情況下操作更困難,而且安裝干燥網(wǎng)也要花費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間。
選項(xiàng)2.2
在三層干燥部分，可以用干燥滾筒來(lái)替代Yankee干燥器，從而能明顯提高設(shè)備的干燥能力。
選項(xiàng)3
選項(xiàng)3的產(chǎn)能提高潛力主要是從理論上推出的，因?yàn)閅ankee干燥器的尺寸受到制造能力的制約，而且產(chǎn)品質(zhì)量不是在所有情況下都能達(dá)到理想值。
圖8總結(jié)了基本克重為250gsm的紙板在500m/min的運(yùn)轉(zhuǎn)速度下，通過(guò)選項(xiàng)1和2所能增加的產(chǎn)能的比例。從圖中可以看出NipcoFlex壓光機(jī)對(duì)于增加產(chǎn)能的如下潛力:
——使用Yankee 干燥器的雙層干燥部分 產(chǎn)能增加為0%
——使用Yankee滾筒和NipcoFlex壓光機(jī)組（選項(xiàng)1.1）的雙層干燥部分 產(chǎn)能增加為5％
——使用NipcoFlex壓光機(jī)組，同時(shí)用另外一個(gè)雙層干燥部分替代Yankee干燥器（選項(xiàng)1.2） 產(chǎn)能增加為10%-15%
——使用Yankee干燥器的三層干燥部分（選項(xiàng)3） 產(chǎn)能增加為35％
——使用Yankee干燥器和NipcoFlex壓光機(jī)的三層干燥部分（選項(xiàng)2.1） 產(chǎn)能增加為40％
——使用NipcoFlex壓光機(jī)，同時(shí)用另外一個(gè)三層干燥部分替代Yankee干燥器（選項(xiàng)2.2） 產(chǎn)能增加為60％-65%。
使用NipcoFlex壓光機(jī)不僅能明顯提高干燥能力，還能改善產(chǎn)品的質(zhì)量。NipcoFlex壓光機(jī)用于預(yù)壓光時(shí)，可以改善紙板的平滑度和松厚度。加工后的紙板更平更挺，印刷適性更好。NipcoFlex壓光機(jī)不僅改善了產(chǎn)品的這些品質(zhì)，而且能夠很好的保持住。
要對(duì)現(xiàn)有的不帶Yankee干燥器的一些紙板生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行改造，又是不同的情況。要提高產(chǎn)能，只能通過(guò)延長(zhǎng)干燥長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)，而無(wú)需考慮是采用NipcoFlex的壓光機(jī)還是其他方式來(lái)進(jìn)行預(yù)壓光。
使用不帶Yankee干燥器的設(shè)備所生產(chǎn)的紙板比帶Yankee干燥器所生產(chǎn)的紙板，其松厚度要小5％，用NipcoFlex壓光機(jī)替代一般的硬質(zhì)輥壓光機(jī)，可以增加大約10％的紙板松厚度，也可以改善產(chǎn)品的質(zhì)量。這種不帶Yankee干燥器的設(shè)備的節(jié)約性能主要體現(xiàn)在對(duì)原材料的節(jié)省上，而帶Yankee干燥器的設(shè)備，它的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在增加的生產(chǎn)能力上。
有了NipcoFlex壓光機(jī)，現(xiàn)代紙板生產(chǎn)設(shè)備就不再存在質(zhì)量問(wèn)題。如圖9所示的設(shè)備可用于生產(chǎn)一級(jí)紙盒的設(shè)備，生產(chǎn)速度高達(dá)800m/min，它在涂布設(shè)備前加了一個(gè)NipcoFlex壓光機(jī)。
摘要與結(jié)論
全球的紙板消耗量正在穩(wěn)步增長(zhǎng)，盡管每年的增長(zhǎng)速率只有2%～3％。歐洲市場(chǎng)對(duì)于新型紙板生產(chǎn)設(shè)備的需求幾乎停止，而中國(guó)市場(chǎng)紙板消耗量卻以每年8～10％的速率增長(zhǎng)。然而，現(xiàn)在廣泛使用的帶有Yankee干燥機(jī)的紙板生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)了生產(chǎn)能力局限性的問(wèn)題。
NipcoFlex壓光技術(shù)，保證了紙板的松厚度，而且在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的前提下提高了生產(chǎn)速度，同時(shí)降低了原料消耗。上面提到的那些設(shè)備改造選項(xiàng)能在不擴(kuò)展干燥部分，不降低產(chǎn)品質(zhì)量的情況下將產(chǎn)能提高10％～60％。
在亞洲新安裝的設(shè)備，都采用了硬質(zhì)輥壓光機(jī)進(jìn)行預(yù)壓光，采用NipcoFlex壓光機(jī)，節(jié)省了原料。由于生產(chǎn)出來(lái)的紙板的松厚度提高了將近10％，因此原料的消耗相應(yīng)減少了，從而提高了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。
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