從密度板的熱壓工藝入手, 對(duì)比分析了常用的幾種板坯預(yù)熱系統(tǒng), 介紹了落料箱式板坯預(yù)熱的新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其特點(diǎn), 并對(duì)常用的板坯預(yù)熱系統(tǒng)適用性進(jìn)行了介紹。

在密度板生產(chǎn)過程中, 鋪裝預(yù)壓成型的板坯輸送到熱壓機(jī)中, 依次完成高壓、高壓卸壓、低壓補(bǔ)壓、中壓保壓、卸壓一系列時(shí)間段的熱壓工藝過程, 利用高溫和高壓, 使板坯內(nèi)部水分蒸發(fā)、膠黏劑固化、板坯密實(shí), 使原料中各成分發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化, 壓制成符合質(zhì)量要求的成品板。熱壓工藝對(duì)密度板質(zhì)量及產(chǎn)量有著重要影響, 國內(nèi)外眾多廠家對(duì)密度板的熱壓工藝都進(jìn)行了大量深入地研究, 推動(dòng)著熱壓工藝技術(shù)不斷成熟。筆者結(jié)合自己多年的開發(fā)與生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn), 以熱壓工藝相關(guān)聯(lián)的板坯預(yù)熱作為切入點(diǎn), 對(duì)影響熱壓工藝的板坯預(yù)熱方式進(jìn)行分析。

1 密度板熱壓工藝

目前, 生產(chǎn)密度板的熱壓工藝設(shè)備主要有多層熱壓機(jī)和連續(xù)平壓熱壓機(jī), 兩種設(shè)備熱壓工藝特點(diǎn)大致如下。

1.1 多層熱壓機(jī)

多層熱壓機(jī)的熱壓方式是間歇式的, 當(dāng)板坯由裝板機(jī)裝進(jìn)多層熱壓機(jī)后, 通過熱壓板的加壓、加熱壓制成型。多層熱壓機(jī)的熱壓工藝過程通常分為快速閉合段、高壓段、低壓補(bǔ)壓段、中壓保壓段和卸壓段, 熱壓工藝曲線如圖1所示。1) 快速閉合段t1:板坯處于受熱不受壓狀態(tài), 影響成品板表面的預(yù)固化層厚度;2) 高壓段t2:壓縮板坯并排氣, 影響板表面的硬化層厚度;3) 低壓補(bǔ)壓段t3:板坯芯層加熱, 改善板的性能;4) 中壓補(bǔ)壓段t4:板坯芯層加熱到位, 膠黏劑固化, 控制板坯厚度;5) 卸壓段t5:板坯成型, 熱壓完成。

圖1 多層熱壓機(jī)熱壓工藝曲線

1.2 連續(xù)平壓熱壓機(jī)

連續(xù)平壓熱壓機(jī)的熱壓方式是由上下鋼帶夾持板坯連續(xù)通過熱壓板, 在熱壓板不同區(qū)間的不同壓力和不同溫度作用下, 完成熱壓過程。其顯著優(yōu)點(diǎn)是減少了成品板表面預(yù)固化層厚度, 改善了板的斷面密度分布, 產(chǎn)量大, 成品板質(zhì)量好。連續(xù)平壓熱壓機(jī)的熱壓工藝過程通常分為快速閉合段 (高壓區(qū)a) 、張開段 (低壓區(qū)b) 、定厚段 (二次加壓區(qū)c) , 熱壓曲線如圖2所示。1) 高壓區(qū), 成品板表層的高密度層在此形成, 通過調(diào)整壓力來保證板坯表層高密度層厚度和表層密度峰值, 影響板的板面質(zhì)量及靜曲強(qiáng)度等力學(xué)性能。一般在生產(chǎn)薄板時(shí), 速度快, 高壓區(qū)的跨度要適當(dāng)放長。2) 低壓區(qū), 此階段水蒸氣向芯層和兩側(cè)流動(dòng), 芯層溫度達(dá)到膠黏劑的固化要求, 纖維之間各種結(jié)合力形成, 使板坯芯層具有一定強(qiáng)度;低壓區(qū)的壓力設(shè)定要適當(dāng), 保證成品板內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度等力學(xué)性能。3) 二次加壓區(qū), 此階段壓力加大, 克服板坯的厚度變化, 控制厚度均勻, 較終將板坯壓至要求的厚度規(guī)格。二次加壓區(qū)的起點(diǎn)選擇很關(guān)鍵, 它與膠黏劑的固化度、含水率等因素有關(guān)。

圖2 連續(xù)平壓熱壓機(jī)的熱壓工藝曲線

2 板坯預(yù)熱方式分析

通過對(duì)密度板熱壓工藝的分析, 不管是多層熱壓機(jī)還是連續(xù)平壓熱壓機(jī), 板坯的成型工藝是一樣的, 只是執(zhí)行方式不同, 并且影響板坯質(zhì)量的幾個(gè)因素也一樣, 主要有壓力、溫度、時(shí)間、含水率、膠黏劑等。由于低含水率板坯的導(dǎo)熱系數(shù)低, 為了保證板坯芯層的膠黏劑能夠達(dá)到良好的固化溫度, 工藝曲線中的低壓區(qū)要延長, 即生產(chǎn)時(shí)不得不采用較長的熱壓時(shí)間, 時(shí)間越長能源的消耗越多, 生產(chǎn)能力降低越多, 生產(chǎn)成本就越高。為了降低能耗、減少熱壓時(shí)間, 國內(nèi)外進(jìn)行了大量的板坯預(yù)熱方式研究, 目前主要有以下幾種方式。

2.1 噴蒸式板坯預(yù)熱系統(tǒng)

圖3是噴蒸式板坯預(yù)熱系統(tǒng)示意圖, 成型運(yùn)輸機(jī)皮帶進(jìn)入鋪裝機(jī)前, 先經(jīng)過水噴蒸器, 利用噴水到皮帶表面的方法來提高板坯下表面含水率;鋪裝好的板坯經(jīng)過均平、預(yù)壓、裁邊后再經(jīng)過蒸汽噴蒸器, 板坯上表面的纖維經(jīng)過濕熱蒸汽的濕潤后, 表層含水率和溫度有所增加, 之后進(jìn)入熱壓機(jī)時(shí), 高溫高壓時(shí)產(chǎn)生蒸汽沖擊效應(yīng), 表層水分變成蒸汽向芯層穿透, 這樣表層溫度與芯層溫度上升的時(shí)間縮短;而且表層含水率提高, 有利于成品板靜曲強(qiáng)度的提高。這種方式主要是加濕效果好, 板面質(zhì)量好, 但預(yù)熱效果不明顯;熱壓周期有一定的縮短, 提高了生產(chǎn)效率。這種設(shè)備投資較小, 占地不大, 不影響生產(chǎn)線長度。

圖3 噴蒸式板坯預(yù)熱系統(tǒng)示意圖

1.成型運(yùn)輸機(jī)2.水噴蒸器3.鋪裝機(jī)4.預(yù)壓機(jī)5.板坯6.蒸汽噴蒸器

2.2 皮帶機(jī)式板坯預(yù)熱系統(tǒng)

圖4是皮帶機(jī)式板坯預(yù)熱系統(tǒng)示意圖, 該系統(tǒng)主要有預(yù)熱板、網(wǎng)孔帶、網(wǎng)帶驅(qū)動(dòng)、分風(fēng)室、油調(diào)節(jié)閥、熱油泵、進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)、換熱器、流量調(diào)節(jié)閥、混合室、除塵器等組成。板坯在進(jìn)熱壓機(jī)之前, 經(jīng)過皮帶機(jī)式板坯預(yù)熱系統(tǒng)的預(yù)熱板加熱, 同時(shí)從分風(fēng)室送來的濕熱蒸汽通過預(yù)熱板的眾多通風(fēng)孔吹入, 穿過網(wǎng)孔帶吹向板坯, 給板坯加熱, 之后透過板坯的熱蒸汽從回收管道經(jīng)除塵器排放。這種預(yù)熱方式板坯表芯層溫度提高, 熱壓因子和生產(chǎn)效率提高顯著。不過這種方式對(duì)汽熱控制要求較高, 參數(shù)設(shè)置不合適對(duì)板面質(zhì)量有較大影響, 而且能耗也高, 設(shè)備投資較大, 成型運(yùn)輸線占地更長。

圖4 皮帶機(jī)式板坯預(yù)熱系統(tǒng)示意圖

1.板坯2.預(yù)熱板3.網(wǎng)孔帶4.網(wǎng)帶驅(qū)動(dòng)5.分風(fēng)室6.油調(diào)節(jié)閥7.熱油泵8.進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)9.換熱器10.流量調(diào)節(jié)閥11.混合器12.除塵器

2.3 微波箱式板坯預(yù)熱系統(tǒng)

圖5 微波箱式板坯預(yù)熱系統(tǒng)示意圖

1.皮帶運(yùn)輸機(jī)2.板坯3.微波抑制器4.微波加熱系統(tǒng)5.加熱箱體6.排濕排熱系統(tǒng)

圖5是微波箱式板坯預(yù)熱示意圖, 該系統(tǒng)主要有微波加熱系統(tǒng)、微波抑制器、加熱箱體、排濕排熱系統(tǒng)等組成。該系統(tǒng)布置在鋪裝預(yù)壓之后, 板坯通過運(yùn)輸機(jī)進(jìn)入微波箱的加熱箱體時(shí), 經(jīng)微波加熱達(dá)到需要的溫度。這種預(yù)熱方式的板坯溫度高, 熱壓周期縮短, 提高了生產(chǎn)效率[3], 熱利用率高, 能耗低;但該方式的纖維含水率對(duì)微波加熱影響很敏感, 控制不當(dāng)時(shí)存在預(yù)熱溫度不均勻、溫度很標(biāo)等缺陷, 控制要求高且投資大, 目前國內(nèi)密度板行業(yè)幾乎沒有應(yīng)用。

3 板坯預(yù)熱系統(tǒng)的新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過吸收國內(nèi)外成熟經(jīng)驗(yàn), 為更好地適應(yīng)用戶生產(chǎn)需要, 筆者提出了板坯預(yù)熱系統(tǒng)的一種新構(gòu)思, 在此稱為落料箱式板坯預(yù)熱系統(tǒng), 如圖6所示。

圖6 落料箱式板坯預(yù)熱系統(tǒng)示意圖

1.纖維計(jì)量倉2.落料箱3.鋪裝輥組4.均平輥5.板坯6.成型運(yùn)輸機(jī)7.熱油泵8.流量調(diào)節(jié)閥9.油調(diào)節(jié)閥10.進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)11.換熱器12.混合器13.預(yù)熱管

該系統(tǒng)主要有熱油泵、換熱器、調(diào)節(jié)閥、進(jìn)風(fēng)風(fēng)機(jī)、混合器、預(yù)熱管等組成。該系統(tǒng)布置在鋪裝機(jī)的落料箱處, 當(dāng)計(jì)量倉中的纖維經(jīng)打散輥拋散進(jìn)入進(jìn)落料箱時(shí), 預(yù)熱管噴出熱蒸汽和高溫?zé)犸L(fēng)兩者混合的濕熱蒸汽, 吹向下落的纖維, 給纖維預(yù)熱, 預(yù)熱后的纖維進(jìn)入鋪裝預(yù)壓, 進(jìn)而進(jìn)入熱壓機(jī)中。

落料箱式板坯預(yù)熱系統(tǒng)的主要特點(diǎn):1) 板坯芯層溫度提高明顯, 且芯層溫度高于表層溫度, 板坯達(dá)到膠黏劑固化溫度的時(shí)間大大縮短, 即熱壓工藝曲線中的低壓段或低壓區(qū)時(shí)間縮短, 二次加壓區(qū)的起點(diǎn)提前, 通過試驗(yàn)與用戶應(yīng)用, 能提高熱壓因子約10%~20%, 生產(chǎn)效率提高顯著, 尤其是生產(chǎn)中厚板及冬天生產(chǎn)時(shí)效果更顯著;2) 纖維加熱直接而均勻, 易于控制;3) 調(diào)節(jié)濕熱蒸汽的比值, 控制纖維溫度和含水率, 方便快捷地控制含水率對(duì)熱壓工藝的影響;4) 該系統(tǒng)布置在鋪裝落料箱中, 氣流與纖維團(tuán)對(duì)沖, 利于纖維的拋散, 改善鋪裝效果。但是, 這種預(yù)熱系統(tǒng)也存在不足, 由于纖維加熱較早, 在板坯運(yùn)輸過程中有熱量損失, 能耗增加。

某密度板廠采用落料箱式板坯預(yù)熱系統(tǒng), 其中某一生產(chǎn)階段前后數(shù)據(jù)對(duì)照, 見表1。

表1 預(yù)熱前后數(shù)據(jù)對(duì)照表

4 結(jié)語

板坯預(yù)熱有利于熱壓工藝的完善和生產(chǎn)效率的提高, 在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。預(yù)熱與熱壓工藝密不可分, 密度板生產(chǎn)企業(yè)如何選擇預(yù)熱方式, 需要根據(jù)自身設(shè)備情況進(jìn)行合適配置。通過上述分析可知, 不同板坯預(yù)熱方式其效果稍有差別。噴蒸式預(yù)熱方式, 在連續(xù)平壓生產(chǎn)線上應(yīng)用較多, 德國Siempelkamp公司、國內(nèi)上海人造板機(jī)器廠有限公司都有配套設(shè)備。皮帶機(jī)式預(yù)熱方式, 其明顯的預(yù)熱效果, 對(duì)偏北方的用戶吸引力大, 敦化亞聯(lián)機(jī)械制造有限公司和中國福馬機(jī)械集團(tuán)有限公司都有配套設(shè)備。微波箱式預(yù)熱方式, 發(fā)展?jié)摿Υ? 但現(xiàn)有技術(shù)還不是很成熟, 對(duì)用戶吸引力不大, 目前國內(nèi)人造板行業(yè)幾乎沒有具體應(yīng)用。而落料箱式預(yù)熱方式, 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔, 操作方便, 布置容易, 效果明顯, 投資也少, 在連續(xù)平壓機(jī)生產(chǎn)線和多層壓機(jī)生產(chǎn)線上都可應(yīng)用, 特別是對(duì)于國內(nèi)大量沒有配備預(yù)熱的生產(chǎn)線改造項(xiàng)目, 尤其適合, 中國福馬機(jī)械集團(tuán)有限公司已能提供配套設(shè)備。