《长寿纸浆磨盘精密成形技术的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《长寿纸浆磨盘精密成形技术的研究（113页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文摘要磨盘是高浓磨机中易损件， 其使用寿命直接影响着纸浆质量和生产效率研究开发一套长寿纸浆磨盘的精密成形新技术。获得的主要成果如下:。本文系统研究了磨盘的失效模式和失效机理，发现纸浆磨盘的失效是由摩擦磨损、齿纹断裂、汽蚀、 腐蚀及边缘F9 #M 等几种失效模式复合作用引起的。摩擦磨损作为软磨料，主要由塑变疲劳引起，其过程首先是在基体与碳化物周围形成空洞，随着空洞的不断扩展，形成裂纹，裂纹不断扩展，相互连接，最终导致基体的剥落和碳化物的脱落。 腐蚀不仅仅是齿与齿槽之间的电位差造成，还与材料基体与碳化物之间的电位差有关。对汽蚀失效进行了系统的理论分析，建
2、立了形成汽蚀必要条件的判据。认为磨区的压力降造成汽泡的产生，是产生汽蚀的必要条件，而且建立了判据:P : 一 P , _ ( ， ， 、 . 2 g h , ，。 、， 、 二二、一二 _ ， 、二 、 。 、 _ ._ .乞于= 伏一 1) 十 哭 舒 v q 年T 月夕 日指 导 教 师 签 名 : 甲 .z 日 期 : z% q*r 月 夕 日，华 中 科 技 大 学 博 士 学 位 论 文1 绪论11选题意义本课题来源于华中科技大学与岳阳造纸厂的纸浆机磨盘技术开发合作项目。该厂引进全自 动造纸纸浆设备。其中的磨盘是一种易耗件，每套磨盘高达 1 万美元，使用寿命6 0 0 h 左右。 企
3、业每年耗费大量的外汇。 而国产最好的磨盘寿命约3 0 0 - 4 0 0 h .每更换一次磨盘，需停机8 h ，造成经济损失6 万元。同时，磨盘的快速失效，极大地影响纸浆质量，降低纸的品质，由 此带来的损失更大。为此工厂委托我们开发一种新型磨盘材料及精密成形技术。我国现有大中型造纸企业近百家， 每年消耗磨盘材料约2 0 0 0 吨， 其中6 0 %以上依靠进口，另一部分则采用短寿的低品质磨盘。由于国外的磨盘研究公司及生产厂家均把磨盘的制造工艺定为一项保密技术， 对其相关的 信息进行了严密封锁，有关于其制造方面的具体资料很难见有文献报道。而国内对于纸浆机磨盘的失效机理缺少系统的研究，材料选择不合
4、理，磨盘生产技术落后，磨盘的使用寿命只有国外产品的一半。因此研究开发性价比 优良的新型长寿磨盘材料及精密成形技术己成为造纸行业堕待解决的问题。1 . 2磨盘的研究现状1 . 2 . 1盘磨机的工作原理图1 - 1 为C - E B a u e r 公 司 的 一 种 双 盘 磨 磨 浆 机 I 。 双 盘 磨由 两 个 按 反 向 转 动 的 拟 3 2 0 m m磨 盘 组 成， 由3 3 7 5 千 瓦电 机 驱 动。 进 料 侧 的 磨 盘 不 作 轴向 移 动， 通 过电 气 一 液 压 伺 服 系 统 可 移 动 非 进 料 侧 的 磨 盘 ， 用 以 控 制 两 个 磨 盘 之 间
5、 的 间 隙 和 压 力 ， 使 之 达 到 成 浆 的 质 量 要 求 。 电 机 的 转 速 为1 2 0 0 r /m 或1 5 0 0 r /m 。 木 片 的 输 入 采 用 可 以 调 速 或 定 速 的 倾 斜 双 螺 旋 喂 料 器 ， 螺 旋 直 径 松 O O m m 。 用 定 速 电 机 时 ， 螺 旋 转 速 为一一一一一一一-1华中科技大学博士学位论文1 1 选题意义1绪论本课题来源于华中科技大学与岳阳造纸厂的纸浆机磨盘技术开发合作项目。该厂引进全自动造纸纸浆设备。其中的磨盘是一种易耗件，每套磨盘高达1 万美元，使用寿命6 0 0 h 左右。企业每年耗费大量的外汇。
6、而国产最好的磨盘寿命约3 0 0 4 0 0 h 。每更换一次磨盘，需停机8 h , 造成经济损失6 万元。同时，磨盘的快速失效，极大地影响纸浆质量，降低纸的品质，由此带来的损失更大。为此工厂委托我们开发一种新型磨盘材料及精密成形技术。我国现有大中型造纸企业近百家，每年消耗磨盘材料约2 0 0 0 吨，其中6 0 阻上依靠进口，另一部分则采用短寿的低品质磨盘。由于国外的磨盘研究公司及生产厂家均把磨盘的制造工艺定为一项保密技术，对其相关的信息进行了严密封锁，有关于其制造方面的具体资料很难见有文献报道。而国内对于纸浆机磨盘的失效机理缺少系统的研究，材料选择不合理，磨盘生产技术落后，磨盘的使用寿命只
7、有I 雪# I - 产品的一半。因此研究开发性价比优良的新型长寿磨盘材料及精密成形技术己成为造纸行业亟待解决的问题。1 2 磨盘的研究现状1 2 1 盘磨机的工作原理图I - I 为C - EB a u e r 公司的一种双盘磨磨浆机【”。双盘磨由两个按反向转动的 1 3 2 0 m m 磨盘组成，由3 3 7 5 千瓦电机驱动。进料侧的磨盘不作轴向移动，通过电气一液压伺服系统可移动非进料侧的磨盘，用以控制两个磨盘之间的间隙和压力，使之达到成浆的质量要求。电机的转速为1 2 0 0 f f m 或1 5 0 0 r r n 。木片的输入采用可以调 速或定速的倾斜双螺旋喂料器，串2 0 0 m
8、m 。用定速电机时，螺旋转速为l华中科技大学博士学位论文2 0 0 r m ，变速时为O - 1 8 5 r m 。木片由螺旋推入迸料侧磨盘的圆孔，由此进入磨浆区，见图1 2 。1 视窗2 排风口3 可撤卸的外壳4 主轴5 ，可调速的双螺旋喂料器6 木片进口7 庭位盘磨8 可作轴向移动的盘磨9 磨片1 0 轴承1 1 、1 2 、1 3 包括电机锭子及轴承温度测定的保护装置1 4 、1 7 进风口1 5 调整磨盘位置的液压装置1 7 ，主电机18 底座1 9 盘磨机不锈钢外壳2 0 出浆口2 】 稀释水入口图l - 1C - EB a u e r 公司的压力盘磨机R e f i n e ds
9、t o c kl st h r o w no u t f r o mb o l w e e nt h ed i s c sc o l l e c t e da n dr e m o v e d图I - 2 高浓磨浆机磨浆工艺的简体结构图【2 】2华中科技大学博士学位论文木片磨浆机是在一定的酸碱条件下将木片磨制成浆，若用普通的磨盘就不能达到预期的磨浆效果，甚至产生难以排除的故障。为了适应从木片变成合格纤维的浆料，磨盘面从中心区域、中间区域至边缘区域各段的磨纹是不相同的，见1 - 3 s 7 。中心区域对木片超破碎作用，称为破碎区R 5 l ；中间区域起磨浆作用，称为磨浆区；边缘区域起精磨作用，称
10、为精磨区。普通用于打浆的磨盘，这些区域是不明显的。另外，普通磨盘对纤维的切割和撕裂作用比较大，磨纹的结构尤其是外缘的精磨区，不能导致浆料均匀地通过磨盘，这对浆料质量的影响很大。为了达到高浓优质磨浆，磨盘必须设计成能保证物料连续、均匀地通过各个区域尤其是精磨区。整个磨盘由十二个扇形磨片组成。破碎区的齿较大，呈放射状，齿与齿的间距较宽，长度也不等，宽度由内向外逐渐缩小。破碎区主要是将木片破碎，均匀送入中间区。中间区由一系列的小齿组成，这些齿比破碎区的齿细，均呈平行布置。而且中间区齿条间有许多挡坝，使浆料不致不经摩擦直接由齿条之间的沟槽通过。精磨区的齿条和中间区的齿条是以直线相连接，以便浆料均匀地通
11、过精磨区。精磨区的齿形与中间区相似，但齿条更细，且相互平行。图1 3 高浓磨浆磨盘磨纹图，华中科技大学博士学位论文：= = # = = = = 2 ；= = = 2 9 = = = = = = = ；= = = = = = = = = = = = ；一1 , 2 2 磨盘材料由于高浓盘磨机的磨盘是直接破碎木材及分离纤维的部件，在分离纤维的同时，它本身也招致磨损，因而消耗量大，费用高。目前我国大型造纸厂所用的磨盘基本上都由国外进口，国内虽有少数几家在进行生产，但基于制造工艺及材质不过关或者跟不上时代的快速发展要求，面临倒闭的窘境。因此有必要了解磨盘材料及工艺状况来进行研究。但由于目前磨盘的制造工
12、艺及其材料都作为机密文件加以保密，关于这方面的内容公开发表的相当少。因磨盘材料与制造工艺是紧密相连的，在说明磨盘材料时可与制造工艺一并论述。L 2 2 1 冷硬铸铁磨盘其制造工艺过程如下：首先制成一食具有磨盘齿画的金属模，如图1 - 4 所示。磨盘背面则用砂模，然后将金属模和砂模对在起就构成磨盘铸模；浇注后，由于金属齿模有较快的导热速度，铸件齿面易形成层硬度高、耐磨性强的白口层，而背面则仍是易于加工的灰口组织。铸造冷硬磨盘的材料化学成分要求并不严格。制造时一般采用中等强度的灰口铸铁浇注，就可以得到具有一定硬度和冷硬深度的冷硬铸铁磨盘。这种制作方法简单，但是耐磨性能不是很好，可以在成分设计中增加
13、一些合金元素( 铬、镍、锰、铜等) ，制成冷硬铸铁磨盘，其寿命有显著地提高。冷硬铸铁克服了灰口铸铁不耐磨和自口铸铁要单独配料的缺点，是目前取材容易、制造方便、经济而又较耐磨的磨盘材料，其常见的化学成分见表1 - 1 。但这类材料主要用于直径小于5 0 0 m m 的磨盘，而且是粗齿形。表1 1冷硬磨盘化学成分表1 6 1化学成分( ) 磨盘类型 CS iM nPSC rN i某机械厂磨盘3 , 60 2 30 。2 70 ，1 1 80 ，1 5 30 5 4含N i 铸铁磨盘3 ，5060 5一一一4 5含N i 铸铁磨盘2 70 60 5一一一4 5国外产品l3 0 - 3 60 5 -
14、0 81 3一一1 4 - 4 03 0 5 0国外产品23 0 3 50 5 - 0 8O 4 - O 8一一1 9 3 23 5 50华中科技大学博士学位论文1 2 2 2 齿表面硬化磨盘7 I图1 - 4 冷便铸铁的金属模为了提高磨盘的耐磨性，可采用使工作表面硬化的方法，传统方法是在灰铸铁磨盘齿面上堆焊耐磨的碳化钨。现在可用金属喷涂，注渗，渗氮，渗硼等方法硬化工作表面。虽然这些方法能延长磨盘的使用寿命，但其缺点是成本较高，只能对齿表面进行硬化处理，而且实际打浆过程中，不仅仅是齿面表面磨损，而是整个齿纹都得磨损，直到没有齿纹为止。1 2 2 3 砂轮磨盘砂轮磨盘的制造方法是从市场上买来直径
15、大小合适的碳化硅砂轮，在砂轮表面刻上齿纹，然后用环氧树脂粘在固定砂轮的托盘上，即可使用。砂轮磨盘不仅可获得一定的使用寿命，雨且在处理草类纤维时分丝、帚化好，切断少，改进了纸张的物理性能1 8 】D 但由于制造方法效率低，已经处于淘汰的边缘。1 2 2 4 塑料及高强橡胶磨盘在提高磨浆质量细化纤维方面，塑料及橡胶磨片具有独到之处，但耐磨性不高，这种方法目前还处于探索的阶段。塑料磨片材质有以下几种：( 1 ) 提高分子量的聚乙烯；( 2 ) N o g y l ( 聚苯撑氧塑料) ；( 3 ) 尼龙6 1 0 和尼龙6 1 2 。橡胶盘片指聚氨酯弹华中科技大学博士学位论文性塑料。1 2 2 5 陶
16、瓷及其组合磨盘陶瓷磨片可以减少磨浆区流体动力学损失，提高打浆度，降低能耗。陶瓷磨片的制作，耐磨料加上烧结料经混合、模压和烧结后即得到陶瓷磨片。陶瓷磨片在制作过程中，可按要求改变其性能。磨料有天然和人造两种，工业生产的人造磨料为电炉氧化铝、碳化硅、碳化硼、碳化硅硼等。但这类磨片制作成本高，速度慢，韧性不足。1 2 2 6 高合金钢磨盘高合金钢磨盘在耐磨、强度和防腐性能等方面均优于一般铁基材料的磨盘。但缺点是价格昂贵和消耗台金元素多，熔炼及热处理工艺复杂。目前，在合金配方和热处理等方面正在作进一步的研究，以提高磨盘的性能。国内外合金钢磨盘所用到的材料见表1 2 、1 3 所示。表1 - 2 国外合金钢磨盘的化学成分( 州) 9 j o 膊盘类型cS iM nC rN iM oSP4 4 0 C - C I509 121 005 一t515 1 8一10一一
