提键要：本文简述了辊式多功能磨浆机的结构；探讨了平行、啮合、同向旋转双螺旋辊磨解浆料的机理和工作特征；列举了它在制浆造纸工业中的应用实例。关键词：双螺旋；磨浆；制浆刀式盘磨机、锥型精浆机、圆柱磨浆机的工作原理基本相同，处理物料受到带刃口的磨齿作用，统称为刀式磨浆机。刀式对刀式磨浆机的分析表明，只靠设备结构和工艺变化很难降低磨浆过程的能耗，提高磨浆质量。近年来，人们研制了多辊磨浆机、振动惯性磨浆机、强磁粒子涡流磨浆机、射流挡板式磨浆设备、声压效应式设备、空化作用式磨浆设备和双螺旋辊式磨浆机等无刀式磨浆设备［1］，其中双螺旋辊式磨浆机以其高磨浆质量、低能耗的优点，被制浆造纸行业看好，并称之谓第三代磨浆机［2］。国外称这类设备为Bivis或Frotapulper(中文译名费罗塔碎浆机［3］，本文译作揉搓机)。刀式双螺旋辊式磨浆机的特殊结构，使之除了具有良好的磨解功能外，还具有浓缩、高效混合等功能。它在浆料(或原料)磨解过程中可以进行脱水(或脱除废液)、加入蒸汽、加水洗涤、加药(蒸煮剂、漂白药剂)进行化学反应等操作，完成多项工艺过程。现在这种辊式多功能磨浆机不仅用作疏解和磨浆，还广泛用于制浆生产过程。1 设备结构刀式双螺旋辊式磨浆机［4］的基本结构如图1所示。 壳体为剖分式，由上机壳(11)和下机壳(10)组成。机壳内两根螺旋辊彼此啮合，平行，同向旋转。螺旋辊为积木式组合，它由芯轴和装在其上的正螺旋套和反螺旋套组成。喂料段正螺旋套的螺距由大变小，这样形成“渐缩区”，对浆料产生压缩作用。下一段的螺旋套是反向的，浆料反向运动。反螺旋套的螺棱上开有几个由轴心向外的径向斜槽。每组正螺旋套和反螺旋套形成一个浆料磨解段。在反螺旋套逆向推送作用下，物料逐渐积累、充满，形成高压区，此处称为“揉碎区”。物料在正推送过程中，正螺旋套对纤维物料产生定向(纤维轴向)挤压和输送作用；反螺旋套在反向推送挤压时，也有这种定向作用。磨解细化了的物料，由反螺旋套螺棱上开的斜槽挤出，进入下一个浆料磨解段。通过斜槽个数和大小的变化，可以控制药液渗透和磨浆效果。上机壳设有多个进液口，下机壳设有多个排液口，可根据工艺需要进入药液或蒸汽，排出废液。图1双双螺旋辊式磨浆机1-电动机 2-皮带轮 3-传动分配箱 4-传动轴 5-联轴节 6-轴承座 7-螺旋辊轴 8-进料口9-给水盒 10-下壳体 11-上壳体12-出料口13-机座刀式双螺旋辊式磨浆机的两根螺旋辊同向旋转。它对进入设备内小杂质块不很敏感。但为避免大的硬杂质块损坏设备，除应强化进入设备前纤维物料的净化、除杂质外，在设备第一磨浆区前设有清除硬杂质块的装置。2刀工作机理刀式物料(或浆料)在双螺旋辊式磨浆机中受到处理时，其输送、磨浆机理的理论研究尚处于初始阶段。下面结合双螺旋辊式磨浆机的结构和生产实践，对磨浆机理和设备特征作一探讨。刀式双螺旋辊式磨浆机的两根螺旋辊间的距离(A)小于两根螺旋辊外半径Ri之和，即A＜R1+R2。因为一根螺旋辊的螺棱插到另一根螺旋辊的螺槽中，故称为啮合型。由于螺槽纵向开放，物料可以由一根螺旋辊“流”到另一根螺旋辊。物料在输送段有正位移输送，也有摩擦、粘性拖曳输送。由进料口进入的浆料沿着螺旋辊螺槽向前输送到下方楔形区，然后被另一根螺旋辊托起，并在机筒表面拖曳下沿另一根螺旋辊向前强制输送，在螺棱间隙中产生挤压力和剪切力。在啮合区中，产生剪切力的原因是由于不同位置各点存在速度数值和方向上差别。图2为楔形区剪切速度计算图。在左面螺旋上的点A，回转速度为V1=R1ω；此点在右面螺旋上的回转速度为V2=R2ω，两个速度的矢量差是点A在一个螺旋面相对另一个螺旋面的剪切速度：V=V1-V2刀式据此，楔形间隙中任意点A处剪切速度值：刀式V平均=2ωR0刀式式中：ω—螺旋转动角速度刀式 R0—点A到间隙中心距离式    可以把楔形间隙中的剪切过程看成是一个定盘和平行于它、以角速度2ω绕点O转动的动盘之间产生的。据此，纤维质点在楔形区相对运动轨迹是以点O为中心的圆周运动(图2中c)。因此，间隙中心无剪切速度和剪切力。分析指出，如果双螺旋辊式磨浆机和盘磨机速度、直径相同，则螺旋辊间隙中的平均剪切力比盘磨机小2～3倍。现在已经研制成功的SM76型双螺旋辊式磨浆机和ZDPHφ600mm盘磨机的生产能力相近，但二者的转速和直径相差很大。SM76型双螺旋辊式磨浆机螺旋辊直径φ76图2双双螺旋辊式磨浆机中螺棱间剪切速度分析mm，转速300r/min；ZDPHφ600mm盘磨机磨片直径φ600mm，转速为1480r/min。可见，双螺旋辊式磨浆机的剪切力远小于盘磨机。生产实践也证明双螺旋辊式磨浆机磨浆时，对纤维的切断作用很小。刀式 图3双双螺旋辊式磨浆机正输送过程中物料的流动物料在两根螺旋辊间沿“∞”形通道前进(图3a、b)，直到反压区。同向旋转的双螺旋辊在绕两根螺旋辊“∞”形通道上任何一点均无汇集物料趋势，可以将螺旋辊四周压力看作是相同的。两根螺旋辊之间无使之变形的力，即在压延区没有压延效应。因此，两根螺旋辊之间及其与机筒之间可保持较小距离，也不会造成严重磨损同向旋转双螺旋辊有良好的自洁性能。这是因为在侧间隙中一根螺旋辊螺棱的侧面以恒定速度在切向扫过另一根螺旋辊螺棱的侧面；在压延间隙中，一根螺旋辊螺棱顶部以恒定速度在切向扫过另一根螺旋辊螺槽的底部。这两种“扫过”运动阻止了物料滞留或粘附在间隙中，使之有良好输送的自洁性能。同时，输送和磨解的物料层，在两螺旋辊啮合处尚有物料换位作用(图3c)。浆料在辊间处理机会均等，磨浆质量均匀。刀式反向螺旋套磨浆元件本身无正向输送能力，物料的正输送是以压力损失为代价。压力降的大小不仅影响磨浆质量，而且涉及扭矩大小和功率消耗。浆料在正向输送元件和反向输送元件作用下，形成高压区，纤维物料之间产生很大摩擦力，导致纤维间的分离，进而使之分丝帚化、压溃。在此压力作用下，浆料纤维才通过反螺棱上的开孔正向输送。刀式压力的大小和浆料浓度、反螺旋套几何尺寸因素有关，可以根据需要加以调节，压力最大值可达8～10MPa。这样高的压力和剪切力相结合，会使被处理物料纤维吸收足够能量，内部产生很大的应力，加之纤维的取向作用，使纤维轴向受力大，促使内部细纤维之间联结的断裂，提高了纤维的柔软性和可塑性，甚至使之帚化、分丝、压溃。刀式刀式双螺旋辊式磨浆机啮合区两螺旋辊纵向和横向皆开放，于是，在一根螺旋辊的螺棱和另一螺槽间的四周留有通道。来自一根螺旋辊的物料不仅绕“∞”形螺旋通道前进，而且要通过四周留有的通道，这种流经不同路线的浆料流动可以实现良好的混合。这样来自一根螺旋辊一个螺槽的每股浆料流要分成两股，而进入另一根螺旋辊的两个螺槽中，且与来自不同螺槽的另外的浆料流汇合在一起，所产生的混合浆料流然后在下一个啮合点再被分开(图4)。则在螺旋辊转n转后，就有这种物料的连续分流和汇合2n次。这就产生了高混合效能，有利于浆料均匀磨解，以及与所加入的水、药液或蒸汽的混合。图4螺槽的分流作用3刀应刀用3.1刀机械浆和化机浆的生产［5］刀式美国C-E Bauer公司曾以南方松木片，不经预汽蒸直接用Bivis磨解，制得挤压机械浆(EMP，Extruding Mechanical Pulp)。刀式后来，该公司又将杨木用亚硫酸钠和烧碱浸渍后，送到Bivis机中磨解，制得挤压化机浆(CEMP，Chemi-extruding Mechanical Pulp)。刀式该公司的研究结论是在高得率浆的生产中，终于找到了可以替代盘磨机的设备了。双螺旋辊式磨浆机替代盘磨机不仅能耗大大降低，而且浆的质量有所提高。第一套工业装置已于1985年11月在该公司投入运行。漂漂Lancey制浆造纸厂以日产10tBivis为主要设备(2台串联)生产漂白化机浆［5］。3.2漂废纸处理［8］漂漂瑞典斯德哥尔摩Calor-Celsius AB纸厂采用揉搓机处理废纸。漂漂混合废纸进入水力碎浆机，离解后纤维经底部直径φ3～4cm孔径的筛板，进入浆池，泵送至锥形除砂器。除砂(杂质)后的良浆进入螺旋压榨机，脱水至30%浓度，送入揉搓机。纸片在此受到搓磨、疏解，纤维分离，而没有切断作用。在揉搓机内温度升到70～80℃，蜡和树脂分散到介质中，并得以除去。根据回收纸张种类不同，能耗为80～120kWh/t。此后，浆料经两段锥形除砂器、筛浆机，筛选净化后去纸机抄造纸板。3.3漂节渣浆处理漂漂黑龙江斯达造纸公司制浆分厂，原系统节浆回煮；渣浆经打浆机处理后去抄工业包装纸。1999年4月，该厂用双螺旋辊式磨浆机处理节渣浆。漂漂经检测，节渣浆经双螺旋辊式磨浆机处理后，抄成纸张的指标可完全满足质量标准。节浆不回煮，节省化学药品、增加锅容和产浆量，还可降低能耗，改善生产环境。3.4 高级漂白棉浆的生产［9］漂漂法国克莱克斯特罗(Clextral)公司开发成功以棉短绒为原料生产漂白棉浆的生产技术。该技术现已经用于法国钞票纸厂、津巴布韦证券纸厂、上海昆山币纸厂和天津证券纸厂。该生产系统以Bivis为主体设备。棉短绒制漂白浆总得率为82%～92%，白度可达85%～88%ISO。漂漂此外，瑞典Korsnas AB纸厂、加拿大的Eurocan纸厂等将揉搓机用于硫酸盐化学浆打浆前的预磨，取得了很好的效果［7］。参考文献［1］刘长恩.磨浆理论与设备.黑龙江科技出版社，1994［2］J.D.sinkey.Development of a third generation Refiner.C-E Bauer internal correspondence,1982［3］陈嘉翔等.制浆原理与工程.轻工业出版社，1990：257［4］中国专利：专利号ZL97214188.X［5］J.A.Kurdin，W.L.Bohn.Mechanical pulping by Ex trusion pulping conference：265～274［6］王丹.以Bivis法制高白度化学热磨机械浆.黑龙江造纸，1991(1)：46～48［7］Otto Brauns.A new method of reclaiming waste paper.Svenskpapperstidning,1973(5):192～194［8］陈樵鉴.Bivis法制浆机理的探讨.第八届造纸学术年会论文集：111～117