涂布機刮刀改進研究與運用

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本文作者：吳霞明作者單位：民豐特種紙股份有限公司

氣刀涂布機的基本原理是給原紙涂上過量的涂料，然后讓氣刀將過剩的涂料吹去，氣刀主要用于平整涂層。氣刀涂布靠風機的風力來控制涂布量，要求涂料的固含量低，易于吹落，因此能耗較高；紙張烘干時要求的溫度高而時間長，導致耗煤量大。由于它是一種隨形涂布機，涂層只附著于原紙的表面，而對紙的平整度無改善作用。如果上料時，涂料過剩的話，則會使涂層產生嚴重的花紋痕跡；同時，它的結構不緊湊，氣刀容易受到干涂料的堵塞，以致引起涂層的痕跡，即紙面產生風刀印，影響紙張的表面涂料的均勻性和平整性。我廠的涂布機也是傳統老式的氣刀涂布，雖產于20世紀90年代，但是合資方印尼自行設計組裝引進的一臺機器。安裝運行后，機器結構不合理、能耗高、噪音大等缺陷日益突出，如一般的氣刀涂布機有一套排氣和回收系統（分離槽）和涂料循環系統，設有擋板的料氣分離槽，將大量的空氣從回流的涂料中分逸出來，而且它的氣壓是可調的。而現有的設備沒有料氣分離系統，生產過程中吹落的涂料形成大量霧狀物四處噴濺，還會在料槽內產生大量的機械泡沫，既影響生產又造成涂料的流失，對環境的污染也很大，容易吸入體內對人體健康不利。另外由于它的風壓是不可調的，對控制涂布量極為不利，直接影響到產品質量。多年來，曾多次試圖對其進行技術改造，以提高和改善其性能。但由于該設備是整機進口、機電一體，一旦改造，就涉及到整個電腦控制系統重新設計，稍有不慎會造成整機癱瘓。借被列為市科技計劃項目的契機，我們決定把涂布頭的技術改造作為重點，進行氣刀改刮刀的嘗試，經過不斷的努力，終于取得了明顯成效。

1技術改造中的主要內容和技術關鍵

在涂布機氣刀改造為刮刀過程中，主要解決以下5個技術難點：

1.1涂布刮刀上料系統的改造

由上料輥和涂料盤組成刮刀涂布的原理較為簡單，就是通過上料輥將過量的涂料涂覆在紙幅上，然后用刮刀將多余的涂料刮去，避免漏涂和噴濺，保證上料的均勻性、一致性，為紙幅的表面帶來均勻的涂布效果，多余的涂料返回涂料收集盤循環使用。但是如果涂料過多，則形成浪費；有些涂料顆粒較大，也會影響涂布的均勻性。因此整個上料系統的合理設計是日后正常使用的關鍵之一，所以首先確定上料系統的改造方案。通過現場觀察研究，在涂料進刮刀前的部位自行設計安裝了一根飾面輥，以對進刮刀前的涂料進行修飾，同時增加了對回料收集后雙道過篩系統，有效地避免了大顆粒涂料，使得涂布更加均勻。

1.2刮刀形狀要求的確定

刮刀的幾何形狀是非常重要的。刮刀磨損程度對于涂布質量的控制是非常重要的，這就需要確定刮刀的刃口角度、刮刀的厚度和寬度及刮刀的硬度。而各廠家生產的品種不一、涂料的性質不一和上料的多少不一，對刮刀的選擇有很多不確定性。另外由于機器幅寬為1880mm，國內同一檔次的設備都為窄幅門機器，即幅寬在1000mm左右，這給刮刀選擇增加了很大的難度。而國產的1880mm寬的刮刀在使用過程容易變形，產生撓度；且它的剛性不夠，如涂料中混入小顆粒，極易使刀口產生小裂口而造成涂布不均勻。通過反復實驗，最終確定了刀片的技術參數，分兩步走，刀片選擇了進口的，而相應配套的部件自行設計，國內采購，使得成本大大降低，通過實際操作、反復調整，運行效果良好。

1.3背輥的選型

關鍵是確定輥筒的直徑和硬度。它是隨工藝條件的要求而變化的，硬度要適當，輥面直徑大小要合理；包覆材料的受壓伸縮率要一致，同時光潔度要精細等，還要求在刮刀的恒定壓力下，背輥與刮刀接觸部位略有變形。而涂布頭空間十分有限，這對輥子直徑大小的選擇帶來了限制，同時也限制了輥面硬度的選擇。大量實際經驗的積累和反復多次實地試運行，為最終選擇合適的背輥創造了條件。

1.4涂料循環系統的改造

在實踐中發現，改成刮刀后雖然機械泡沫減少很多，但由于固含量由3%提高到了7.0%，從而使涂料黏度大大提高，一旦產生泡沫就很難消除，尤其是像聚乙烯醇那樣的高黏度涂料。所以還必須對原來的送料系統進行改造。采取增加高位桶及高位桶溢流的方式，盡可能避免機械泡沫的產生；同時將料槽進行分層處理，使得刮刀下來的余料和料槽中新鮮涂料進行分離以徹底消除泡沫，余料重新回收消泡以后再使用。另外，對整個輸送管道進行系統的改造，如將原有的齒輪泵改用往復泵，既增強了泵的揚程又減少泡沫的產生等，另外增加一個加熱保溫裝置，以確保冬天生產時涂料溫度的恒定，有利于泡沫的消除，實際效果比較理想。

1.5電氣技術參數設置

整個電氣自動化控制系統參數的重新設置和調整，是確保機器正常運行的關鍵。它涉及到整個電腦控制系統重新設計，稍有不慎會造成整機癱瘓。經過反復試驗論證克服了沒有電氣圖紙的困難，完成對上料輥系統的改造。由于涉及多個品種的生產，必須給上料輥單獨設置變頻電機，根據紙種調整上料輥轉速，以取得更好的上料效果。通過對原有的車速、上料輥轉速的測算，選取了適宜的齒輪箱和配套電機，改裝了上料系統，取得了良好的效果。同時對原有的齒輪、同步帶也完成了改造，使之相互配套。由于上料系統改裝，使得張力系統也必須做出相應的調整。張力的細小變化都將給紙張質量帶來很大的影響，因此它的調整必須耐心，只能逐步試驗，通過反復的調試，以獲得最佳值。最終通過在張力輥上增加輔助外掛物的方法，取得了成功，完成了對張力系統的調整。

2實施步驟

(1）自行研究、設計出初步草案。(2）尋找合格的生產設備廠商，按公司提供的草案進行可行性分析，對設計圖紙進行改進。(3）聘請國內同行專家，對方案再次進行修改認證，以確認其實施中的可操作性，去相關廠家進行現場參觀考察。(4）確定設計方案，進行相關設備的采購、委托制作和加工。會同設備制造廠商進行刮刀、背輥的安裝、調試；張力自動控制系統的安裝；料槽（回料系統）的制作和安裝；進行涂料循環系統的改造和管道安裝；電氣自動控制系統等技術參數的重新設置和調試。(5）設備改造完成后進行整機空運轉，不斷進行調試直至試運行正常，建立工藝技術操作規程和技術文件，按標準化作業。(6）操作培訓。由于涂布機刮刀的操作方法和氣刀是完全不同的，所以必須對員工進行理論和操作技能培訓，提高員工對新設備性能的認識，掌握操作技能，才能保證改造徹底成功，進行實物試車直至正常生產。

3生產技術工藝參數

3.1生產工藝流程（圖1）

3.2工藝參數的確定

以生產離型原紙為例，改造前后的工藝參數如表1。

3.3改造前后烘干加熱流程對比

改造前、后的烘干加熱流程及參數見圖2、圖3。

4實施運行效果

通過涂布機刮刀改造節能新技術的開發應用，解決了投產以來設備能耗高、生產效率低、噪音大、粉塵污染環境和影響職工身心等困擾企業發展的問題，大大提高了機器運行效率，經濟效益和社會效益顯著。主要有：

(1）節約了水、電、煤等各項能源消耗，提高了機器運行效率。車速：由于涂料的固含量從原來3%提高至7%，使車速從原來的120m/min提高到150m/min，提高機器運行效率25%；電耗：原有30kW的風機停用，以及65kW鍋爐的引風機、鼓風機實際工作時間從原來的18h/d縮短到8h/d，電耗可大大降低；煤耗：65kW鍋爐的引風機、鼓風機實際工作時間從原來的18h/d縮短到8h/d，也使得煤耗大大降低；水耗：鍋爐用水降低了三分之二。另外，由于改用刮刀后，涂料的機械泡沫基本消失，機器洗車次數減少，減少了涂布機洗車用水。

(2）生產環境大幅度改善和涂料的節約。用氣刀生產各種涂布紙，如果是生產無碳復寫紙，除了涂料飛濺造成浪費外，更麻煩的是生產現場到處是粉塵，影響員工的身心健康和車間環境的清潔；在生產乳化型食品級硅油紙時，如用氣刀生產，使涂料在風壓的作用下提前固化析出，造成大量的涂料浪費，同時空氣中彌漫著大量細小的硅油顆粒，雖然涂料無毒無害，但人長時間吸入，明顯感到喉部不舒服，同時連續生產時間長的話，涂料固化速度加快，只能停機洗車，浪費很大，限制了該產品的開發試制；如果生產離型原紙，大量的風流吹出，使得涂料聚乙烯醇容易結皮和產生大量的泡沫，尤其是冬天，結皮現象更嚴重，除了聚乙烯醇浪費外，生產上容易產生黏料、黏邊、破洞等質量問題。實施改造，改用刮刀后，很快解決硅油在生產過程中的固化問題、聚乙烯醇的泡沫和結皮等問題，成品率提高，經濟效益明顯。

(3）改善了紙張外觀性能，提高了紙面的平滑度、光澤度等技術指標，提升了產品檔次，實現了產品升級換代。總之，涂布機刮刀改造節能新技術的開發應用項目是成功的，具有較好的使用價值和一定的獨創性，取得了較好的經濟效益和社會效益。