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淺談噴蒸預熱在中密度板生產中的應用

出自: 密度板 發布時間:2019-05-04 已被瀏覽:161 次

隨著我國密度板產業持續升級,目前,中密度纖維 板(MDF)工廠大多采用連續平壓干法生產。板坯預熱 處理是影響干法密度板熱壓傳熱的關鍵因素之一。國外 生產厚板通常采用微波預熱、高頻預熱或噴蒸預熱, 或者是以上方式的聯合預熱。微波預熱和高頻預熱受耗 電量大、費用高等因素限制,在我國密度板連續平壓線 中并不常見,大多配備意大利意瑪(IMAL)公司和我國 敦化市亞聯機械制造有限公司提供的噴蒸預熱機。

噴蒸預熱是通過外部壓力使高溫水蒸氣迅速透過 板坯內部,均勻地瞬間加熱整個板坯,以縮短制板時間的技術。噴蒸預熱可以改善人造板熱壓過程中的熱量 傳遞,合理的預熱工藝可以提高板坯熱壓時傳熱的均勻 性,減少升溫時間,從而提高生產效率、節約能源、降 低生產成本。本文討論分析了中密度板連續平壓生 產線生產過程中所遇到的實際問題,希望能對工廠規范 板坯預熱、熱壓工藝提供借鑒。

1 噴蒸預熱設備構成

噴蒸預熱機主要包括驅動系統、熱油系統、蒸汽系 統、風循環系統和清潔系統等。以敦化亞聯寬4′長4 m 噴蒸預熱機(見圖1)為例,對設備工作進行說明。

在進風風機(3)的作用下,凈化的冷空氣(1)經 過空氣-熱油加熱器(2)在混合室(4)中與蒸汽混合, 達到工藝要求的混合溫度和濕度后,混合氣體透過網帶 和帶孔壓板進入板坯。為防止產生冷凝水,帶孔壓板采 用熱油盤管(6)進行加熱。

為了確保板坯的上下板面吸收數量大致相等的熱 量,在分風室(5)進行氣流分配,使得預熱前段(7) 板坯上板面受熱,同時,預熱后段(10)實現板坯下板 面受熱。

由于進風氣流在一定壓力下透過板坯,因而回風 (13)中會攜帶有少量粉塵。另外,濕熱的網帶在靜電 作用下,極易吸附纖維,需隨時清理。因而配備有真空 回收風箱(7,10,11)和真空旋風分離器(12)收集廢 棄粉塵。

2 噴蒸預熱的關鍵控制參數

2.1 露點溫度和濕度

蒸汽和熱空氣混合后的露點溫度反映了混合氣體 中所攜帶的熱能多少;而混合濕度則反映了混合氣體中 的水蒸汽含量。在板坯密度、纖維含水率和生產線速度 一定的條件下,提高露點溫度,可顯著提高板坯芯層溫 度。需要指出的是,混合濕度的設置同樣會影響到板坯 芯層溫度。干燥后纖維含水率一般為8%~12%,如果 混合濕度過低(如3%~5%),則在混合氣流通過板坯時,極易造成表層板坯含水率低于芯層,不利于后續熱 壓,造成預固化層變厚、斷面密度曲線(VDP)峰值降 低和靜曲強度小幅升高,所制毛板板面粗糙,甚至“掉 灰”;如果濕度過高(如20%~30%),則極易造成板坯 表層含水率高于芯層,雖然有利于后續熱壓傳熱,但極 易造成網帶堵塞,甚至粘帶,直接反映為產品表面出現 質量缺陷。通過實際生產的長期摸索,得出的經驗是濕 度要略高于纖維含水率,約高3%~5%,可綜合平衡能 耗、產品質量和生產效率各項指標。

2.2 風機氣流壓力

氣流穿過板坯進行加熱,其穿過板坯的能力主要受 到風壓、預壓后板坯厚度、板坯密度(空隙率)、混合 濕度(含濕量)的影響。

風壓的影響——在不影響產品質量的情況下,希 望風壓足夠大,這樣有利于氣流穿透板坯的深度。但在 實際生產中,風壓增大到一定程度后,由于預壓后的板 坯強度有限,極易在較大的風壓下吹破(甚至吹斷)板 坯,出現“噴灰”或板面裂紋的現象。因此在生產過程 中,需經常現場查看板坯狀態,以便及時對風壓進行 調整。

板坯厚度的影響——相同的板坯密度,在其他條件 不變的情況下,板坯越厚(如比較成品厚度分別為9 mm 和18 mm的板坯),則氣流越難穿過板坯,即透入板坯的深度越小。反之亦然。影響板坯厚度的因素比較多,如 原料配比、纖維含水率、施膠量等,其生產經驗值仍在 探索中。

板坯密度的影響——相同的成板厚度,板坯密度越 高,其空隙率越低,則氣流越難通過板坯。同時,考慮 到在預壓后高密度板坯的厚度反彈率較高,因而在實際 生產過程中往往減少預壓段的壓縮率,既可延長預壓機 設備壽命,又能滿足噴蒸預熱的工藝需求。總結探索的 經驗值為生產高密度板材時的壓縮率僅相當于生產中密 度密度板板坯壓縮率的85%~90%。

混合濕度的影響——為了便于理解,進行如下的對 比,同樣是360目的網孔,一定壓力下相同體積的空氣和 水,空氣更容易通過。因而空氣含濕量過高不利于氣流 透過板坯。

3 噴蒸預熱與板坯熱壓的匹配

3.1 連續壓機入口調整

入口位移的調整,要根據噴蒸預熱的狀態而定。 每次停機再進板坯時,需待板坯進入壓機后,才能開啟 噴蒸預熱,但此時板坯厚度較使用噴蒸預熱時要厚得 多,因此要及時抬高壓機入口位移。若板坯厚來不及時 調整,則板坯在壓機入口排氣嚴重,會出現“噴灰”現 象,甚至板坯斷裂。待噴蒸預熱投入使用后,預熱后的 板坯變薄,則需要及時將壓機入口降低。若不及時調整 入口高度,則出壓機后的板材明顯變寬(預熱后塑性增 強,相同壓力下延展性好),甚至造成堵板停機。在生 產中,隨時觀察壓機入口情況,以確保壓機入口處于合 理的位置。實際生產中往往保持壓機入口高度與預熱后 板坯高度基本一致,通常其工作壓力不超過50 bar。

3.2 壓機速度的調整

在噴蒸加熱正常使用過程中,如果前段工序故障或 纖維倉料位低,為了不停機,需要進行降速生產。在此 類情況下,板坯不需要那么多的熱能,因此需及時調整 噴蒸預熱的相關參數。若不及時調整,則極易造成膠黏 劑過度固化,甚至嚴重時板材出現鼓泡等現象。在大量 生產實踐的基礎上,摸索出這樣的規律:當壓機降速幅度20 mm/s時,壓力基本可以不調整,但噴蒸加熱需相 應降低露點溫度2~4℃,成板越厚,則需要降低的就越 多;反之亦然。

3.3 含水率波動時的調整

若生產各工序基本正常,但由于原料或熱能中心 供熱波動,進而造成纖維含水率變化(如從8%上升到 9%,甚至10%)。在此類情況下,可以進行壓機提速, 以確保板坯不過熱,但對于板材質量情況并無把握。因 此往往不調整壓機速度,而是調整噴蒸加熱。生產經驗 值為:纖維含水率升高1%,壓機高壓區壓力緊急調低 10~15 bar,同時噴蒸加熱露點溫度調低2~3 ℃;反之 亦然。

4 板材常見質量缺陷分析與處理

4.1 粗糙、掉灰或凹坑

粗糙、掉灰或凹坑成因基本相同,主要受壓機入 口高度、噴蒸網帶透氣效果、混合濕度等因素影響。往 往是網帶、鋼帶受濕度(含水率)或靜電的影響粘附纖 維,造成傳熱障礙,受熱少的部位表現為粗糙;再嚴重 一些,則板面毛糙,手搓掉纖維,俗稱“掉灰”;最嚴 重的則是板面局部纖維粘附在網帶或鋼帶上,隨著膠黏 劑固化而粘結在網帶或鋼帶上,進而擠壓板面出現周期 性凹坑。受壓機入口高度的影響,板坯在壓機入口排氣 嚴重,會出現“噴灰”現象,甚至板坯斷裂。實際生產 中,除了工藝參數應設置合理外,還需及時檢查網帶和 鋼帶的清潔狀態,必要時停機手工清理。

4.2 水漬點

水漬點主要是在工序中形成的冷凝水混入了板坯中 或板坯表面而形成的。

情況一:噴蒸加熱管道預熱升溫階段的升溫速度太 快,形成的冷凝水未能及時排除,投入使用后,在風壓 的作用下進入板坯。其表現為混合濕度偏高,且在噴蒸 加熱投入使用半小時后水漬點自動消失。

情況二:噴蒸壓板溫度過低,高溫含濕混合氣體通 過壓板時,形成冷凝水并滴落在板坯上。其表現為水漬 點在板面分布不規律,并且由于噴蒸壓板在混合氣體作用下往復升溫降溫,水漬點會周期性地出現。

4.3 板邊密度低

板邊密度低主要是由于壓機入口或噴蒸加熱處“噴灰”所致。噴灰是指 在壓縮板坯過程中,空氣排出的速度過快,并超出了板坯的預壓強度,造成 部分纖維脫離板坯的現象。調整壓機入口高度、板坯厚度、風壓等參數可及 時排除缺陷。

4.4 內結合強度(IB)波動大

網帶粘附少量纖維粉塵,透氣效果略差,但尚未形成粘帶。此時透氣 差的部位傳遞熱量少,造成該部位的膠黏劑固化不完全,因此造成結合強度 低,表現為檢測時該部位點內結合強度特別低,如表1中加粗數字所示;而 其他部位受熱充分,不存在該問題。

表1 樣塊內結合強度
←左——————中——————右→
樣塊編號 1 2 3 4 5 6
內結合強度/MPa 0.85 0.80 0.92 0.88 0.66 0.87

 

若該缺陷部位膠黏劑固化程度低或施膠量很低,即單點IB過低,其膠合 強度不足以抵消板坯芯層形成的蒸汽壓力,則很容易形成局部鼓泡,通常表 現為碗口大,不連續;嚴重時,則表現為連續條狀鼓泡。

4.5 斷面密度曲線(VDP)不對稱

如圖2所示,斷面密度曲線(VDP)峰值左側920 kg/m3,右側880 kg/m3, 相差40 kg/m3;同時左側致密層厚約5~6 mm,而右側厚約3~4 mm,這在生 產12 mm中密度板時并不常見。因此在生產中將峰值高度、致密層厚度 明顯差異的斷面密度曲線稱為不對稱曲線。

分析其原因為板坯在噴蒸預 熱期間,上下板面吸收熱量不同, 造成上下板面的塑性不同,進而熱 壓時在相同壓力的作用力下形成左 右明顯差異的斷面密度曲線。通過 現場檢查發現,往往是因為下壓板 網孔堵塞,在其向下板面傳熱時, 氣流自下向上吹送,下板面吸收的 熱量極少,故其塑性略差(圖2右 側),因此在相同的壓機壓力下, 峰值略低,致密層偏薄。

其現象為同一塊樣板上下板面 靜曲強度有明顯差別;測試內結合 強度時,樣塊斷裂位置靠近吸收熱 量少的一面(固化不充分),而不 是在樣塊厚度的中間部位。

5 存在的問題和建議

由于噴蒸加熱可提升生產效率 15%~25%,增產效果明顯,因此近 年在密度板企業中推廣較快。但也 存在一些明顯問題,比如運輸排氣 網帶高溫(120~140 ℃)工作條件 下變形大造成網帶跑偏;網帶使用 壽命短,易粘附纖維,造成質量缺 陷;下網孔壓板容易堵塞造成斷面 密度曲線不一致等。

針對噴蒸加熱設備現階段的特 點,建議:1)加強設備巡檢與清理 頻次;2)噴蒸網帶易變形、堵塞, 建議定期更換(如8~12周/次)和及 時備件。

中密度板生產線正朝著大 產能、高質量、高檔次、大幅面、 適應性廣的方向發展,各工廠應根 據各自的腔比均小于1,屬于很好的纖維原料。從纖維形態、化學 成分和潤濕性方面分析,楊木纖維略優于竹柳纖維。

2)竹柳和楊木纖維以不同混合比制備中密度纖維 板,性能均能達到中密度板國家標準的要求,混合 比對板材性能的影響不明顯。

3)竹柳、楊木以4∶6混合比制備中密度板, 隨著密度的增加,板材MOR、MOE和IB均呈逐漸增大趨 勢,24 h TS逐漸下降;隨著施膠量的增加,MOR、MOE 和IB均呈上升趨勢,而24 h TS則逐步降低。實際生產 中,可采用竹柳、楊木混合比4∶6,密度0.75 g/cm3,施 膠量12%的工藝參數,制得的中密度板各項性能均 能達到中密度板國家標準的要求。

責任編輯:尹江蘋

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