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傳統造紙機的前世今生【造紙機的發展史】

日期:2017/5/6 8:30:08 访问量:

   人類最早的紙出現在中國,公元105年,蔡倫在總結前人經驗的基礎上發明了造紙方法,蔡倫用植物纖維爲原料,通過浸泡、揉攘、切碎、舂搗、抄紙、晾曬等工序做出紙張。

  中國造紙術後來向東傳到朝鮮和日本,向西經過西亞傳至非洲,然後在十二世紀經西班牙進入歐洲。
  一千多年間,雖然在造紙原料的使用和紙的花色品種上不斷有發展和進步,但是造紙的三個主要環節——成形、壓水和幹燥始終停留在手工的階段。手工撈紙,自然晾曬,不僅費事費力,而且産量很低。
  直到十九世紀有了造紙機,造紙才脫離手工業,成爲機器大工業,讓生産規模迅速擴大,紙張産量快速增長。
  在造紙機的历史上,有三件大事,即发明造紙機、发明夹网纸机和自动化控制,对造紙機的发展起到了重大推动作用。
  发明造紙機
  1789年,法国发生大革命,这场革命推翻了法国封建专制制度,促进了法国资本主义的发展。这时,法国人路易斯.罗伯特(Louis Robert)想到了用机器代替手工制纸,从而在1798年发明了世界上第一台造紙機,并于次年获得法国专利。
  這台紙機甚爲簡單,用木料做漿桶和機架,使用了由兩個輥子拉伸轉動的環形無端銅網。造紙時紙漿從漿桶中被帶上旋轉的銅網上,紙漿中的水通過銅網流回漿桶中,濕紙頁經過小輥壓水成爲半幹的紙頁,從機後卷取下來。銅網長27英尺(8.2米),寬48英寸(1.2米),一分鍾能造約9米長的紙,一天可做約270千克紙。
  罗伯特的雇主圣莱热.迪渡(Saint-Léger Didot)随后把这项技术带去英国,经过约翰.甘布(John Gamble)和布莱恩.唐金(Bryan Donkin)的改进,成为如图2所示的造紙機,最终英国兄弟俩亨利.佛德尼亚(Henry Fourdrinier)和西利.佛德尼亚(Sealy Fourdriner)在1808年获得全部相关专利。从那以后,这种使用一张长网的造紙機就被称为fourdrinier machine。
  1809年英国人约翰.迪金森(John Dickinson)发明了圆网纸机(图3),用包以铜丝网的圆桶在纸浆中旋转抄纸,称为cylinder machine。
  此时,纸机只具有抄纸和压水功能,尚无干燥能力。直到1820年发明烘缸尤其是1872年发明用虹吸管排除冷凝水的蒸汽烘缸以后,造紙機才开始形成现代造紙機的雏形。从那时起,长网和圆网成形一直是造紙機的基本机型。
  十九世纪,欧洲处于工业革命,在创新机器的热潮中,造紙機的各个部分不断发展,不断被完善。
  1825年發明水印輥;
  1826年發明吸水箱,用來加強長網紙機的脫水能力;
  1828年發明壓輥;
  1836年將吸移箱用于長網紙機;
  1838年發明成形板;
  1843年發明上光烘缸;
  1859年發明卷紙機;
  1863年發明五輥超級壓光機。
  除了不斷完善以外,紙機的機型也開始出現變化,多長網、多圓網和組合式紙機獲得發展。
  1862年美国人詹姆斯.哈珀(James Harper)发明长圆网结合的纸机,称为“哈巴纸机”(Harperm achine);
  1863年美国人约翰.琼斯(John Jones)发明多圆网纸机;
  1884年瑞士埃舍(图1) 世界第一台造紙機(图2) 唐金改进的造紙機纸辊压辊定边装置浆槽铜网毛毯压辊尔.维斯公司(Escher Wyss)发明使用两个长网生产双层纸的纸机;
  1934年在長網上引入第二個流漿箱,從而可以取代圓網紙機生産雙層紙;
  1965年日本發明超級圓網紙機(Ultraformer),後在此基礎上于1967年改進出短網紙機。
  夾網紙機
  長網和圓網成形器都是單面脫水,人類很快就意識到雙面脫水是消除紙張兩面差和提高紙機車速及産量的一個重要途徑。
  1951年英国沃姆斯利公司(Walmsley)和圣安娜纸板厂(St Anne’s Board)合作研制成功Inverformer顶网成形器。其中第三台安装在澳大利亚造纸公司(AustralianPaper Manufacturers)位于昆士兰州的皮特里纸厂(Petrie Mill, Queensland)。美国贝洛伊特.沃姆斯利公司(Beloit Walmsley)通过与澳大利亚造纸公司合作,在这台纸机的基础上于1972年发明Bel-Bond顶网纸机。
  同年,加拿大统一纸业公司(Consolidated Paper)的戴维.韦伯斯特(David Webster)对纸浆喷入两张汇聚网子的脱水情况进行了试验。
  其后,美国布莱克.克劳森公司(Black Claws on)研制出实用的立式夹网成形器,加拿大国际纸业公司(Canadian International Paper)购买了这种成形器,装在旗下三河纸厂(Trois Riveries, Quebec)的一台旧新闻纸机上,1968年投产。1969年全球第一台水平式夹网成形器在加拿大魁北克北岸造纸厂(Quebec North Shore Paper)投产,车速达到870米/分,这种成形器在一年后被改为立式夹网形式。
  与此同时,薄页纸机也朝着夹网方向发展,美国金佰利.克拉克公司(Kimberly-Clark)开发出新月型成形器(Crescent former),1969年申报专利。因为薄页纸生产的特点,新月型成形器由成形网和毛毯包裹在大直径成形辊上形成夹网形式。这种成形器脱水能力大,纸浆在压榨毛毯上直接成形,网毯之间不再需要传递装置。1989年克拉克公司的专利到期,其它制造商相继仿制,新月型纸机从此获得广泛使用,成为现代生产薄页纸的主力纸机。
  1999年11月全球第一台双夹网纸机在位于美国俄克拉何马州罗顿市(Lawton, Oklahoma)的共和纸板公司(Republic Paperboard)建成投产,生产石膏板面纸。这台纸机由德国福伊特.苏尔寿造纸技术公司(Voith Sulzer Paper Technology)提供,采用了两台DuoFormer成形器。
  夹网成形的脱水能力大,设备紧凑,动力消耗低。它没有浆料自由面,所以不会限制车速,取得了长网和圆网成形器所达不到的车速,如今车速已达到2000米/分。夹网纸机出现是造紙機的一个重大变化,如今它已成为生产文化用纸、新闻纸和生活用纸的标准纸机,并开始应用于包装用纸的生产。
  在开发夹网成形器的过程中 ,英国沃姆斯利(Walmsley),美国贝洛伊特(Beloit)、布莱克.克劳森(Black Clawson)和瑞典K.M.W.公司是最早的开发制造商,紧随其后的是福伊特(Voith)、苏尔寿(Sulzer)和维美德(Valmet)等公司,它们主要的夹网成形器见表1。
  圆网纸机难以提高幅宽和车速,因此逐渐被长网和夹网纸机所取代。如今美卓的“Opti Concept”和福伊特的“OnePlatform”是世界最先进纸机的代表。
  紙機自動化控制
  造紙機的另一个重要变化是自动控制。二十世纪七十年代,大规模集成电路取得突破性发展,微处理器得到广泛应用,在此基础上,美国通用汽车公司(General Motors)于1968年发明了可编程逻辑控制器(PLC),美国霍尼韦尔公司(Honeywell)于1975年12月推出了第一套集散控制系统(DCS)TDC 2000。1978年维美德(Valmet)公司推出DCS控制系统Damatic,后改名为Metso DNA,用于造紙機的控制。
  DCS以微机为核心,对生产过程进行分散控制和集中管理,从而将纸机生产各部分的控制联系在一起,组成一套完整的自动化控制系统,其应用是造紙機控制的一次飞跃,为纸机向大型化和高速化创造了条件。
  在纸张质量检测和控制方面,从最初的定量和水分检测开始,逐渐发展出QCS系统。DCS、QCS等系统的应用极大地扩展了纸机的操作和生产条件,保证了造紙機在高速、宽幅条件能够生产出质量更好的纸张。
  造紙機的显著变化
  从发明造紙機开始,纸浆在网上脱水成形的方式始终未变,只是早期是黄铜网,后来改用青铜网,目前多用聚酯网。
  纸机成形部的变化主要体现在形式上,从长网和圆网,再到夹网,从单网到多网,从水平脱水到垂直脱水,变化多样。与成形部相比,造紙機其它两部分——压榨部和干燥部的变化相对较小。
  紙機壓榨部的變化主要表現在壓榨輥上,最早是平壓輥,後來有了真空壓輥、溝紋壓輥、盲孔壓輥、可控中高壓輥及寬壓區壓榨。美國貝洛伊特公司發明了靴式壓榨,1989年首次應用。
  紙機幹燥部的變化包括雙排缸改爲單排缸、袋式通風、單毯改幹網,密閉氣罩等,但主體始終還是蒸汽烘缸幹燥。
  在已有造紙技術上,提高紙機生産能力的最好方法就是發展大型高速紙機。因此,紙機不斷加寬,車速愈來愈高,紙機速度和寬度成爲紙機進步的重要指標。
  200多年來,紙機車速的變化達到1000米/分鍾用了100多年的時間,達到2000米/分鍾只用了30多年,紙機提速的行動不斷加快。
  1897年采用真空伏輥;
  1945年采用壓力流漿箱;
  1953年采用真空引紙;
  1958年引入可控中高輥;
  1962年采用案板,加強網部脫水;
  1967年用塑料成形網替代銅網;
  1981年采用寬壓區壓榨;
  1986年發明夾網紙機。
  這些發明和應用直接促進了紙機的提速。
  在紙機寬度方面,1830年紙機抄寬僅1.25米,
  1887年紙機的網寬達到2.84米,
  1897年達到4.1米,
  1919年達到5.9米,
  1958年達到8.7米,
  1998年達到10.5米,
  2010年達到11.8米。
  造紙機在中国
  造紙機在法、英两国发明后,首先在欧洲流传,然后向西到了美国,1817年美国人汤姆斯.吉尔平(Thomas Gilpin)在美国特拉华州建设了一台圆网纸机,这是全美第一台造紙機;接着在1827年美国又从英国进口了第一台长网纸机。1872年造紙機再往西传到了日本。
  中国是造纸术的发明地,手工抄纸上千年,却无人发明机器造纸,直到造紙機发明86年后的1884年,中国第一台造紙機才在上海机器造纸局建成投产。这是一台英制1930毫米长网多缸造紙機,日产2吨。与此同时,广东商人在广东南海县建立了宏远堂造纸公司,从英国购进2286毫米长网纸机一台,1890年投产。
  除了上海和廣東,其它各省均在二十世紀才陸續開始使用機器造紙。在曆史上,有兩次大量進口紙機的時期。第一次是在機器造紙之初,如表2所示,我國各省的第一台紙機幾乎都購自國外。
  第二次進口紙機的高峰是改革開放之後。爲了配合造紙工業的快速發展,我國引進了數百條紙機生産線,以提高産品質量和企業的市場競爭力。中國因此一躍成爲裝備最先進的國家,紙機規模、産量和車速屢創世界紀錄。
  太陽紙業31#機開機圖片
  今天,造紙機运行速度越来越快,控制水平也越来越高,一般认为的高速纸机运行速度最少为1500m/min,最快为2000m/min左右,最快的实验纸机甚至速度达到3000m/min(相当于汽车每小时近200公里的速度),控制系统有人形容不亚于波音飞机的水平。想要看的世界上最先进纸机就在国内,下边与小编一起来看看吧。
  說實在的,圖片真感受不到現場那種震撼,有時想想,在制造業裏邊,除了煉鋼與某些機械制造外,還找不出如此龐大的整體機械設備。
  如果你有想去现场看看的冲动,come on,小编带你去看看什么是现代化的造纸工业。

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