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传统造纸机的前世今生【造纸机的发展史】

日期:2017/5/6 8:30:08 访问量:

   人类最早的纸出现在中国,公元105年,蔡伦在总结前人经验的基础上发明了造纸方法,蔡伦用植物纤维为原料,通过浸泡、揉攘、切碎、舂捣、抄纸、晾晒等工序做出纸张。

  中国造纸术后来向东传到朝鲜和日本,向西经过西亚传至非洲,然后在十二世纪经西班牙进入欧洲。
  一千多年间,虽然在造纸原料的使用和纸的花色品种上不断有发展和进步,但是造纸的三个主要环节——成形、压水和干燥始终停留在手工的阶段。手工捞纸,自然晾晒,不仅费事费力,而且产量很低。
  直到十九世纪有了造纸机,造纸才脱离手工业,成为机器大工业,让生产规模迅速扩大,纸张产量快速增长。
  在造纸机的历史上,有三件大事,即发明造纸机、发明夹网纸机和自动化控制,对造纸机的发展起到了重大推动作用。
  发明造纸机
  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纸机,并于次年获得法国专利。
  这台纸机甚为简单,用木料做浆桶和机架,使用了由两个辊子拉伸转动的环形无端铜网。造纸时纸浆从浆桶中被带上旋转的铜网上,纸浆中的水通过铜网流回浆桶中,湿纸页经过小辊压水成为半干的纸页,从机后卷取下来。铜网长27英尺(8.2米),宽48英寸(1.2米),一分钟能造约9米长的纸,一天可做约270千克纸。
  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所示的造纸机,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纸机就被称为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,造纸机才开始形成现代造纸机的雏形。从那时起,长网和圆网成形一直是造纸机的基本机型。
  十九世纪,欧洲处于工业革命,在创新机器的热潮中,造纸机的各个部分不断发展,不断被完善。
  1825年发明水印辊;
  1826年发明吸水箱,用来加强长网纸机的脱水能力;
  1828年发明压辊;
  1836年将吸移箱用于长网纸机;
  1838年发明成形板;
  1843年发明上光烘缸;
  1859年发明卷纸机;
  1863年发明五辊超级压光机。
  除了不断完善以外,纸机的机型也开始出现变化,多长网、多圆网和组合式纸机获得发展。
  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) 世界第一台造纸机(图2) 唐金改进的造纸机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年在长网上引入第二个流浆箱,从而可以取代圆网纸机生产双层纸;
  1965年日本发明超级圆网纸机(Ultraformer),后在此基础上于1967年改进出短网纸机。
  夹网纸机
  长网和圆网成形器都是单面脱水,人类很快就意识到双面脱水是消除纸张两面差和提高纸机车速及产量的一个重要途径。
  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。夹网纸机出现是造纸机的一个重大变化,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。
  纸机自动化控制
  造纸机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,用于造纸机的控制。
  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,其应用是造纸机控制的一次飞跃,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,保证了造纸机在高速、宽幅条件能够生产出质量更好的纸张。
  造纸机的显著变化
  从发明造纸机开始,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,造纸机其它两部分——压榨部和干燥部的变化相对较小。
  纸机压榨部的变化主要表现在压榨辊上,最早是平压辊,后来有了真空压辊、沟纹压辊、盲孔压辊、可控中高压辊及宽压区压榨。美国贝洛伊特公司发明了靴式压榨,1989年首次应用。
  纸机干燥部的变化包括双排缸改为单排缸、袋式通风、单毯改干网,密闭气罩等,但主体始终还是蒸汽烘缸干燥。
  在已有造纸技术上,提高纸机生产能力的最好方法就是发展大型高速纸机。因此,纸机不断加宽,车速愈来愈高,纸机速度和宽度成为纸机进步的重要指标。
  200多年来,纸机车速的变化达到1000米/分钟用了100多年的时间,达到2000米/分钟只用了30多年,纸机提速的行动不断加快。
  1897年采用真空伏辊;
  1945年采用压力流浆箱;
  1953年采用真空引纸;
  1958年引入可控中高辊;
  1962年采用案板,加强网部脱水;
  1967年用塑料成形网替代铜网;
  1981年采用宽压区压榨;
  1986年发明夹网纸机。
  这些发明和应用直接促进了纸机的提速。
  在纸机宽度方面,1830年纸机抄宽仅1.25米,
  1887年纸机的网宽达到2.84米,
  1897年达到4.1米,
  1919年达到5.9米,
  1958年达到8.7米,
  1998年达到10.5米,
  2010年达到11.8米。
  造纸机在中国
  造纸机在法、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,这是全美第一台造纸机;接着在1827年美国又从英国进口了第一台长网纸机。1872年造纸机再往西传到了日本。
  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,直到造纸机发明86年后的1884年,中国第一台造纸机才在上海机器造纸局建成投产。这是一台英制1930毫米长网多缸造纸机,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。
  除了上海和广东,其它各省均在二十世纪才陆续开始使用机器造纸。在历史上,有两次大量进口纸机的时期。第一次是在机器造纸之初,如表2所示,我国各省的第一台纸机几乎都购自国外。
  第二次进口纸机的高峰是改革开放之后。为了配合造纸工业的快速发展,我国引进了数百条纸机生产线,以提高产品质量和企业的市场竞争力。中国因此一跃成为装备最先进的国家,纸机规模、产量和车速屡创世界纪录。
  太阳纸业31#机开机图片
  今天,造纸机运行速度越来越快,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。
  说实在的,图片真感受不到现场那种震撼,有时想想,在制造业里边,除了炼钢与某些机械制造外,还找不出如此庞大的整体机械设备。
  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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