從密度板的熱壓工藝入手, 對比分析了常用的幾種板坯預熱系統, 介紹了落料箱式板坯預熱的新結構設計及其特點, 并對常用的板坯預熱系統適用性進行了介紹。

在密度板生產過程中, 鋪裝預壓成型的板坯輸送到熱壓機中, 依次完成高壓、高壓卸壓、低壓補壓、中壓保壓、卸壓一系列時間段的熱壓工藝過程, 利用高溫和高壓, 使板坯內部水分蒸發、膠黏劑固化、板坯密實, 使原料中各成分發生一系列的物理化學變化, 壓制成符合質量要求的成品板。熱壓工藝對密度板質量及產量有著重要影響, 國內外眾多廠家對密度板的熱壓工藝都進行了大量深入地研究, 推動著熱壓工藝技術不斷成熟。筆者結合自己多年的開發與生產經驗, 以熱壓工藝相關聯的板坯預熱作為切入點, 對影響熱壓工藝的板坯預熱方式進行分析。

1 密度板熱壓工藝

目前, 生產密度板的熱壓工藝設備主要有多層熱壓機和連續平壓熱壓機, 兩種設備熱壓工藝特點大致如下。

1.1 多層熱壓機

多層熱壓機的熱壓方式是間歇式的, 當板坯由裝板機裝進多層熱壓機后, 通過熱壓板的加壓、加熱壓制成型。多層熱壓機的熱壓工藝過程通常分為快速閉合段、高壓段、低壓補壓段、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, 影響成品板表面的預固化層厚度;2) 高壓段t2:壓縮板坯并排氣, 影響板表面的硬化層厚度;3) 低壓補壓段t3:板坯芯層加熱, 改善板的性能;4) 中壓補壓段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 多層熱壓機熱壓工藝曲線

1.2 連續平壓熱壓機

連續平壓熱壓機的熱壓方式是由上下鋼帶夾持板坯連續通過熱壓板, 在熱壓板不同區間的不同壓力和不同溫度作用下, 完成熱壓過程。其顯著優點是減少了成品板表面預固化層厚度, 改善了板的斷面密度分布, 產量大, 成品板質量好。連續平壓熱壓機的熱壓工藝過程通常分為快速閉合段 (高壓區a) 、張開段 (低壓區b) 、定厚段 (二次加壓區c) , 熱壓曲線如圖2所示。1) 高壓區, 成品板表層的高密度層在此形成, 通過調整壓力來保證板坯表層高密度層厚度和表層密度峰值, 影響板的板面質量及靜曲強度等力學性能。一般在生產薄板時, 速度快, 高壓區的跨度要適當放長。2) 低壓區, 此階段水蒸氣向芯層和兩側流動, 芯層溫度達到膠黏劑的固化要求, 纖維之間各種結合力形成, 使板坯芯層具有一定強度;低壓區的壓力設定要適當, 保證成品板內結合強度等力學性能。3) 二次加壓區, 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格。二次加壓區的起點選擇很關鍵, 它與膠黏劑的固化度、含水率等因素有關。

圖2 連續平壓熱壓機的熱壓工藝曲線

2 板坯預熱方式分析

通過對密度板熱壓工藝的分析, 不管是多層熱壓機還是連續平壓熱壓機, 板坯的成型工藝是一樣的, 只是執行方式不同, 并且影響板坯質量的幾個因素也一樣, 主要有壓力、溫度、時間、含水率、膠黏劑等。由于低含水率板坯的導熱系數低, 為了保證板坯芯層的膠黏劑能夠達到良好的固化溫度, 工藝曲線中的低壓區要延長, 即生產時不得不采用較長的熱壓時間, 時間越長能源的消耗越多, 生產能力降低越多, 生產成本就越高。為了降低能耗、減少熱壓時間, 國內外進行了大量的板坯預熱方式研究, 目前主要有以下幾種方式。

2.1 噴蒸式板坯預熱系統

圖3是噴蒸式板坯預熱系統示意圖, 成型運輸機皮帶進入鋪裝機前, 先經過水噴蒸器, 利用噴水到皮帶表面的方法來提高板坯下表面含水率;鋪裝好的板坯經過均平、預壓、裁邊后再經過蒸汽噴蒸器, 板坯上表面的纖維經過濕熱蒸汽的濕潤后, 表層含水率和溫度有所增加, 之后進入熱壓機時, 高溫高壓時產生蒸汽沖擊效應, 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間縮短;而且表層含水率提高, 有利于成品板靜曲強度的提高。這種方式主要是加濕效果好, 板面質量好, 但預熱效果不明顯;熱壓周期有一定的縮短, 提高了生產效率。這種設備投資較小, 占地不大, 不影響生產線長度。

圖3 噴蒸式板坯預熱系統示意圖

1.成型運輸機2.水噴蒸器3.鋪裝機4.預壓機5.板坯6.蒸汽噴蒸器

2.2 皮帶機式板坯預熱系統

圖4是皮帶機式板坯預熱系統示意圖, 該系統主要有預熱板、網孔帶、網帶驅動、分風室、油調節閥、熱油泵、進風風機、換熱器、流量調節閥、混合室、除塵器等組成。板坯在進熱壓機之前, 經過皮帶機式板坯預熱系統的預熱板加熱, 同時從分風室送來的濕熱蒸汽通過預熱板的眾多通風孔吹入, 穿過網孔帶吹向板坯, 給板坯加熱, 之后透過板坯的熱蒸汽從回收管道經除塵器排放。這種預熱方式板坯表芯層溫度提高, 熱壓因子和生產效率提高顯著。不過這種方式對汽熱控制要求較高, 參數設置不合適對板面質量有較大影響, 而且能耗也高, 設備投資較大, 成型運輸線占地更長。

圖4 皮帶機式板坯預熱系統示意圖

1.板坯2.預熱板3.網孔帶4.網帶驅動5.分風室6.油調節閥7.熱油泵8.進風風機9.換熱器10.流量調節閥11.混合器12.除塵器

2.3 微波箱式板坯預熱系統

圖5 微波箱式板坯預熱系統示意圖

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

圖5是微波箱式板坯預熱示意圖, 該系統主要有微波加熱系統、微波抑制器、加熱箱體、排濕排熱系統等組成。該系統布置在鋪裝預壓之后, 板坯通過運輸機進入微波箱的加熱箱體時, 經微波加熱達到需要的溫度。這種預熱方式的板坯溫度高, 熱壓周期縮短, 提高了生產效率[3], 熱利用率高, 能耗低;但該方式的纖維含水率對微波加熱影響很敏感, 控制不當時存在預熱溫度不均勻、溫度很標等缺陷, 控制要求高且投資大, 目前國內密度板行業幾乎沒有應用。

3 板坯預熱系統的新結構設計

通過吸收國內外成熟經驗, 為更好地適應用戶生產需要, 筆者提出了板坯預熱系統的一種新構思, 在此稱為落料箱式板坯預熱系統, 如圖6所示。

圖6 落料箱式板坯預熱系統示意圖

1.纖維計量倉2.落料箱3.鋪裝輥組4.均平輥5.板坯6.成型運輸機7.熱油泵8.流量調節閥9.油調節閥10.進風風機11.換熱器12.混合器13.預熱管

該系統主要有熱油泵、換熱器、調節閥、進風風機、混合器、預熱管等組成。該系統布置在鋪裝機的落料箱處, 當計量倉中的纖維經打散輥拋散進入進落料箱時, 預熱管噴出熱蒸汽和高溫熱風兩者混合的濕熱蒸汽, 吹向下落的纖維, 給纖維預熱, 預熱后的纖維進入鋪裝預壓, 進而進入熱壓機中。

落料箱式板坯預熱系統的主要特點:1) 板坯芯層溫度提高明顯, 且芯層溫度高于表層溫度, 板坯達到膠黏劑固化溫度的時間大大縮短, 即熱壓工藝曲線中的低壓段或低壓區時間縮短, 二次加壓區的起點提前, 通過試驗與用戶應用, 能提高熱壓因子約10%~20%, 生產效率提高顯著, 尤其是生產中厚板及冬天生產時效果更顯著;2) 纖維加熱直接而均勻, 易于控制;3) 調節濕熱蒸汽的比值, 控制纖維溫度和含水率, 方便快捷地控制含水率對熱壓工藝的影響;4) 該系統布置在鋪裝落料箱中, 氣流與纖維團對沖, 利于纖維的拋散, 改善鋪裝效果。但是, 這種預熱系統也存在不足, 由于纖維加熱較早, 在板坯運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熱系統, 其中某一生產階段前后數據對照, 見表1。

表1 預熱前后數據對照表

4 結語

板坯預熱有利于熱壓工藝的完善和生產效率的提高, 在生產中得到廣泛應用。預熱與熱壓工藝密不可分, 密度板生產企業如何選擇預熱方式, 需要根據自身設備情況進行合適配置。通過上述分析可知, 不同板坯預熱方式其效果稍有差別。噴蒸式預熱方式, 在連續平壓生產線上應用較多, 德國Siempelkamp公司、國內上海人造板機器廠有限公司都有配套設備。皮帶機式預熱方式, 其明顯的預熱效果, 對偏北方的用戶吸引力大, 敦化亞聯機械制造有限公司和中國福馬機械集團有限公司都有配套設備。微波箱式預熱方式, 發展潛力大, 但現有技術還不是很成熟, 對用戶吸引力不大, 目前國內人造板行業幾乎沒有具體應用。而落料箱式預熱方式, 結構簡潔, 操作方便, 布置容易, 效果明顯, 投資也少, 在連續平壓機生產線和多層壓機生產線上都可應用, 特別是對于國內大量沒有配備預熱的生產線改造項目, 尤其適合, 中國福馬機械集團有限公司已能提供配套設備。