涂布机刮刀改进研究与运用

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本文作者：吴霞明作者单位：民丰特种纸股份有限公司

气刀涂布机的基本原理是给原纸涂上过量的涂料，然后让气刀将过剩的涂料吹去，气刀主要用于平整涂层。气刀涂布靠风机的风力来控制涂布量，要求涂料的固含量低，易于吹落，因此能耗较高；纸张烘干时要求的温度高而时间长，导致耗煤量大。由于它是一种随形涂布机，涂层只附着于原纸的表面，而对纸的平整度无改善作用。如果上料时，涂料过剩的话，则会使涂层产生严重的花纹痕迹；同时，它的结构不紧凑，气刀容易受到干涂料的堵塞，以致引起涂层的痕迹，即纸面产生风刀印，影响纸张的表面涂料的均匀性和平整性。我厂的涂布机也是传统老式的气刀涂布，虽产于20世纪90年代，但是合资方印尼自行设计组装引进的一台机器。安装运行后，机器结构不合理、能耗高、噪音大等缺陷日益突出，如一般的气刀涂布机有一套排气和回收系统（分离槽）和涂料循环系统，设有挡板的料气分离槽，将大量的空气从回流的涂料中分逸出来，而且它的气压是可调的。而现有的设备没有料气分离系统，生产过程中吹落的涂料形成大量雾状物四处喷溅，还会在料槽内产生大量的机械泡沫，既影响生产又造成涂料的流失，对环境的污染也很大，容易吸入体内对人体健康不利。另外由于它的风压是不可调的，对控制涂布量极为不利，直接影响到产品质量。多年来，曾多次试图对其进行技术改造，以提高和改善其性能。但由于该设备是整机进口、机电一体，一旦改造，就涉及到整个电脑控制系统重新设计，稍有不慎会造成整机瘫痪。借被列为市科技计划项目的契机，我们决定把涂布头的技术改造作为重点，进行气刀改刮刀的尝试，经过不断的努力，终于取得了明显成效。

1技术改造中的主要内容和技术关键

在涂布机气刀改造为刮刀过程中，主要解决以下5个技术难点：

1.1涂布刮刀上料系统的改造

由上料辊和涂料盘组成刮刀涂布的原理较为简单，就是通过上料辊将过量的涂料涂覆在纸幅上，然后用刮刀将多余的涂料刮去，避免漏涂和喷溅，保证上料的均匀性、一致性，为纸幅的表面带来均匀的涂布效果，多余的涂料返回涂料收集盘循环使用。但是如果涂料过多，则形成浪费；有些涂料颗粒较大，也会影响涂布的均匀性。因此整个上料系统的合理设计是日后正常使用的关键之一，所以首先确定上料系统的改造方案。通过现场观察研究，在涂料进刮刀前的部位自行设计安装了一根饰面辊，以对进刮刀前的涂料进行修饰，同时增加了对回料收集后双道过筛系统，有效地避免了大颗粒涂料，使得涂布更加均匀。

1.2刮刀形状要求的确定

刮刀的几何形状是非常重要的。刮刀磨损程度对于涂布质量的控制是非常重要的，这就需要确定刮刀的刃口角度、刮刀的厚度和宽度及刮刀的硬度。而各厂家生产的品种不一、涂料的性质不一和上料的多少不一，对刮刀的选择有很多不确定性。另外由于机器幅宽为1880mm，国内同一档次的设备都为窄幅门机器，即幅宽在1000mm左右，这给刮刀选择增加了很大的难度。而国产的1880mm宽的刮刀在使用过程容易变形，产生挠度；且它的刚性不够，如涂料中混入小颗粒，极易使刀口产生小裂口而造成涂布不均匀。通过反复实验，最终确定了刀片的技术参数，分两步走，刀片选择了进口的，而相应配套的部件自行设计，国内采购，使得成本大大降低，通过实际操作、反复调整，运行效果良好。

1.3背辊的选型

关键是确定辊筒的直径和硬度。它是随工艺条件的要求而变化的，硬度要适当，辊面直径大小要合理；包覆材料的受压伸缩率要一致，同时光洁度要精细等，还要求在刮刀的恒定压力下，背辊与刮刀接触部位略有变形。而涂布头空间十分有限，这对辊子直径大小的选择带来了限制，同时也限制了辊面硬度的选择。大量实际经验的积累和反复多次实地试运行，为最终选择合适的背辊创造了条件。

1.4涂料循环系统的改造

在实践中发现，改成刮刀后虽然机械泡沫减少很多，但由于固含量由3%提高到了7.0%，从而使涂料黏度大大提高，一旦产生泡沫就很难消除，尤其是像聚乙烯醇那样的高黏度涂料。所以还必须对原来的送料系统进行改造。采取增加高位桶及高位桶溢流的方式，尽可能避免机械泡沫的产生；同时将料槽进行分层处理，使得刮刀下来的余料和料槽中新鲜涂料进行分离以彻底消除泡沫，余料重新回收消泡以后再使用。另外，对整个输送管道进行系统的改造，如将原有的齿轮泵改用往复泵，既增强了泵的扬程又减少泡沫的产生等，另外增加一个加热保温装置，以确保冬天生产时涂料温度的恒定，有利于泡沫的消除，实际效果比较理想。

1.5电气技术参数设置

整个电气自动化控制系统参数的重新设置和调整，是确保机器正常运行的关键。它涉及到整个电脑控制系统重新设计，稍有不慎会造成整机瘫痪。经过反复试验论证克服了没有电气图纸的困难，完成对上料辊系统的改造。由于涉及多个品种的生产，必须给上料辊单独设置变频电机，根据纸种调整上料辊转速，以取得更好的上料效果。通过对原有的车速、上料辊转速的测算，选取了适宜的齿轮箱和配套电机，改装了上料系统，取得了良好的效果。同时对原有的齿轮、同步带也完成了改造，使之相互配套。由于上料系统改装，使得张力系统也必须做出相应的调整。张力的细小变化都将给纸张质量带来很大的影响，因此它的调整必须耐心，只能逐步试验，通过反复的调试，以获得最佳值。最终通过在张力辊上增加辅助外挂物的方法，取得了成功，完成了对张力系统的调整。

2实施步骤

(1）自行研究、设计出初步草案。(2）寻找合格的生产设备厂商，按公司提供的草案进行可行性分析，对设计图纸进行改进。(3）聘请国内同行专家，对方案再次进行修改认证，以确认其实施中的可操作性，去相关厂家进行现场参观考察。(4）确定设计方案，进行相关设备的采购、委托制作和加工。会同设备制造厂商进行刮刀、背辊的安装、调试；张力自动控制系统的安装；料槽（回料系统）的制作和安装；进行涂料循环系统的改造和管道安装；电气自动控制系统等技术参数的重新设置和调试。(5）设备改造完成后进行整机空运转，不断进行调试直至试运行正常，建立工艺技术操作规程和技术文件，按标准化作业。(6）操作培训。由于涂布机刮刀的操作方法和气刀是完全不同的，所以必须对员工进行理论和操作技能培训，提高员工对新设备性能的认识，掌握操作技能，才能保证改造彻底成功，进行实物试车直至正常生产。

3生产技术工艺参数

3.1生产工艺流程（图1）

3.2工艺参数的确定

以生产离型原纸为例，改造前后的工艺参数如表1。

3.3改造前后烘干加热流程对比

改造前、后的烘干加热流程及参数见图2、图3。

4实施运行效果

通过涂布机刮刀改造节能新技术的开发应用，解决了投产以来设备能耗高、生产效率低、噪音大、粉尘污染环境和影响职工身心等困扰企业发展的问题，大大提高了机器运行效率，经济效益和社会效益显著。主要有：

(1）节约了水、电、煤等各项能源消耗，提高了机器运行效率。车速：由于涂料的固含量从原来3%提高至7%，使车速从原来的120m/min提高到150m/min，提高机器运行效率25%；电耗：原有30kW的风机停用，以及65kW锅炉的引风机、鼓风机实际工作时间从原来的18h/d缩短到8h/d，电耗可大大降低；煤耗：65kW锅炉的引风机、鼓风机实际工作时间从原来的18h/d缩短到8h/d，也使得煤耗大大降低；水耗：锅炉用水降低了三分之二。另外，由于改用刮刀后，涂料的机械泡沫基本消失，机器洗车次数减少，减少了涂布机洗车用水。

(2）生产环境大幅度改善和涂料的节约。用气刀生产各种涂布纸，如果是生产无碳复写纸，除了涂料飞溅造成浪费外，更麻烦的是生产现场到处是粉尘，影响员工的身心健康和车间环境的清洁；在生产乳化型食品级硅油纸时，如用气刀生产，使涂料在风压的作用下提前固化析出，造成大量的涂料浪费，同时空气中弥漫着大量细小的硅油颗粒，虽然涂料无毒无害，但人长时间吸入，明显感到喉部不舒服，同时连续生产时间长的话，涂料固化速度加快，只能停机洗车，浪费很大，限制了该产品的开发试制；如果生产离型原纸，大量的风流吹出，使得涂料聚乙烯醇容易结皮和产生大量的泡沫，尤其是冬天，结皮现象更严重，除了聚乙烯醇浪费外，生产上容易产生黏料、黏边、破洞等质量问题。实施改造，改用刮刀后，很快解决硅油在生产过程中的固化问题、聚乙烯醇的泡沫和结皮等问题，成品率提高，经济效益明显。

(3）改善了纸张外观性能，提高了纸面的平滑度、光泽度等技术指标，提升了产品档次，实现了产品升级换代。总之，涂布机刮刀改造节能新技术的开发应用项目是成功的，具有较好的使用价值和一定的独创性，取得了较好的经济效益和社会效益。