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壁紙生產線提速增效的干燥和冷卻技術

目前很多壁紙廠面臨壁紙銷售價格逐年下滑問題,不少廠商選擇降低壁紙成本來度過市場寒冬。這樣帶來一個共性問題,怎么降成本,賺取利潤。因為常年與原材料供應商合作,原材料價格已經觸底,沒有降價的余地,只能通過單位時間內提高產量,薄利多銷,來實現更多的銷量。

提高產量,要么增加設備,要么在原設備基礎上提速增效。對于現在比較低迷的壁紙市場,更多壁紙廠還是選擇在原有設備上提速增效。壁紙生產線的提速增效包含了整機速度提高以及新工藝增加或升級,當然這都離不開壁紙生產線的瓶頸技術------干燥和冷卻技術。

一、 干燥技術的優化

據了解,現在壁紙廠普通設備的實際生產車速只能開到30-40m/min,最容易干燥的無紡低發工藝也只能到50m/min,復雜圓網工藝等,最多只能到25m/min左右,生產速度低的主要原因是設備干燥能力跟不上。

如何提高壁紙干燥速度和干燥效率也是設備用戶和設備制造商密切關注的熱點。尤其是新的壁紙工藝產生后,水墨大量使用,圓網工藝使用,壁紙組合工藝大量使用,壁紙工藝更新換代。目前國內主流壁紙生產線是仿照日本塑料凹版印刷機結構的干燥系統,結構上已經限制了印刷機的干燥速度(適合于低溫的溶劑型油墨)。國內也有一些設備廠學習歐洲的圓網機干燥結構,而這種結構來自于紡織印花工藝,由于紡織行業印刷材料與壁紙行業印刷材料大大的不同,此結構干燥風速較低,也限制了壁紙生產的干燥,因此也不適用于目前新的壁紙工藝。

為提升各壁紙廠產能,筆者所在的西安昱杰機電設備有限公司組織專家結合各壁紙廠實際生產情況就瓶頸------干燥冷卻問題,進行了分析并且提出改進方法。

要突破壁紙高速干燥速度,必須從干燥基本原理出發。熱風干燥具有三個重要因素:干燥溫度、干燥時間、干燥風速。

1、干燥溫度提升

隨著干燥溫度升高,干燥效率會迅速提高,當溫度增加到溶劑沸點溫度以上時,干燥速率會趨于平緩,這時候增加干燥溫度會浪費大量能源,而起不到提高干燥速度的效果;同時,干燥溫度還取決于料膜變形溫度,當溫度過高時料膜會變形,影響套印;另外,干燥溫度還取決于工藝要求,比如發泡劑發泡溫度。

目前壁紙設備加熱方式主要是天然氣加熱、導熱油加熱及蒸汽加熱。根據壁紙工藝,干燥溫度設定一般在130℃-220℃,在印刷品干燥中屬于較高溫度。很多壁紙廠的設備采用導熱油加熱,由于供熱鍋爐溫度設定低,設備保溫不夠,散熱器偏小存在溫度達不到的情況,他們就會選擇降低車速,這樣既浪費能源,產量又跟不上。還有一些壁紙廠采用過熱蒸汽加電加熱供熱,因蒸汽在換熱器允許壓力下最高溫度只能到190℃左右,只能通過增加電加熱方式補充,但是電加熱成本高,安全性不高。針對客戶的這些情況,西安昱杰機電設備有限公司專門組織人員為客戶提供“油改氣”、“節能增效”服務,從最省能源的角度:設計保溫烘箱、高效箱式熱風系統、選用高節能燃燒器來達到所需溫度要求。目前公司能做到烘箱橫向溫差±1℃,廢氣排放CO濃度低于3.5ppm,已領先國內一流水平。

2、干燥時間的提升

干燥時間是指料膜穿過烘箱的時間,干燥時間越長越有利于干燥。t=L/V,t代表干燥時間,L代表烘箱長度,V代表車速。從公式可以看出干燥時間取決于烘箱長度和車速,烘箱長度受限于設備空間。針對客戶不同的需求:單純加速、增加工藝提速等,西安昱杰專門設計多種改造方案:印刷烘箱1.6米升級為3.2米(圖2),2.3米(圖1)升級為3.2米或4.6米(圖3),還有客戶升級至7米等。單純的加長烘箱會存在料路加長問題,我們采用上走料方式減少料路過長;另外一個問題就是高溫烘箱內導輥精度問題,我們采用鑄件墻板支撐烘箱,保證烘箱內外導輥精度。西安昱杰一直遵循的原則:客戶現場盡可能少改動,節省客戶時間;現場資源最大化,盡可能減少客戶損失;方案針對性強,不同客戶需求,不同改造思路;質量一定要可靠,用數據說話。

3、干燥風速提升

干燥隨著熱風速度的提高, 印品的干燥速度加快;風速越大, 達到要求的干燥時間越短。說明熱風速度的提高使得印品表面上的界層受到破壞, 并使已從印品表面吸收了溶劑蒸汽的熱風被迅速驅走,這就改善了熱、劑傳遞條件, 加快了干燥進程, 因此在不影響印刷質量的前提下, 增大熱風速度可提高干燥速度, 是提高印品干燥速度的有效途徑。西安昱杰通過三個方面來實現風速提升:第一,烘箱風嘴結構優化,保證高風速下熱風均勻性及方向性;第二,烘箱內部結構優化,以及熱風管道優化,減小整個熱風系統風阻,保證熱風的順暢;第三,根據工藝要求,重新選用風機,保證在系統阻力下,仍能滿足風速要求。

摸清干燥過程中溫度、風速之間的耦合關系,在極限溫度和固定烘箱長度條件下確定干燥風速,是提高干燥速度的關鍵。

二、 冷卻技術的優化

隨著干燥速度的提升,整機速度提升,同時會帶來另一個問題---冷卻問題。

車速提升后,冷卻時間會相對更短,一色印刷完,烘干后還沒有完全冷卻直接進入下一色,紙張張力變大,影響印刷質量。所以,提升干燥能力的同時需要兼顧的是壁紙生產設備的冷卻系統。

印刷段的冷卻系統都是緊跟烘箱干燥之后,生產過程中常常會遇到印刷面被刮花,紙張未冷卻下來直接進入下一色影響套印,對于這種情況,大部分的壁紙廠通過降低車速來解決此問題。針對壁紙生產線提速增效中的冷卻問題,我們從三個方面入手:

1、 優化冷卻路線。

現在壁紙廠設備印刷段的走紙方式基本上都是紙路從烘箱出來后,正面接觸水冷輥,然后進入下一色。這種走紙路線存在的問題是印刷面未完全干燥定型時,印刷表面會被冷卻輥刮花。為避免這種情況,西安昱杰更改了走料路線,保證紙路從烘箱干燥完出來后首先是背面接觸水冷輥。

2、 增加接觸面積,延長冷卻時間,提高冷卻效果。

根據傳熱學公式Q=h*A(Q---傳熱量,h---傳熱系數,A---傳熱面積)我們知道,增大傳熱系數及傳熱面積才是提高冷卻效果的根本。西安昱杰從兩方面考慮:首先水冷輥材料更換,由于鋁的導熱系數大于鋼的導熱系數,將水冷輥材料由鋼輥改為鋁輥,提高紙路與水冷輥的傳熱系數,提高冷卻效果;其次增加紙路與水冷輥的接觸面積,延長冷卻時間,將水冷輥的表面螺旋槽去掉,并且從一根水冷輥增加到兩根水冷輥,由原包角不到120度,到現在每根水冷輥包角大于180度,增大了接觸面積,完全滿足壁紙設備提速對水冷的要求。

3、 減小冷卻對張力的影響。

為提高冷卻效果,增加水冷輥,加大包角帶來的一個問題就是影響兩色之

間料路的張力。因原水冷輥兩端用帶座軸承支承,阻力相對較大,易出現紙路打滑現象,引起張力波動。西安昱杰將水冷輥兩端帶座軸承換成轉動輕盈的深溝球軸承,減小了水冷輥轉動阻力,也減小了紙張打滑對張力的影響。

為更好地服務于客戶,西安昱杰機電設備有限公司根據不同客戶不同的需求,也相應給出了多種解決方案,如壁紙生產線印刷段水冷輥優化方案(圖4),水平箱水冷輥優化方案(圖5)。

三、 小結

通過我們對干燥機理的進一步研究,在壁紙設備上對烘箱進行優化,加熱方式由油改氣,高效熱風系統的研制,使壁紙生產線干燥性能進一步提升:原有設備車速提高了50%,同時能耗降低了15%;整機的提速增效對冷卻系統的高要求,讓我們對冷卻系統也做了一系列優化,原有設備冷卻性能的提升降低了溫度對紙張的影響,保證了產品的高品質。這兩項技術在壁紙設備上的創新,對改造設備來說,不僅僅是產能的提升,而且又有了增加新工藝的可能,對提高品牌競爭力奠定了基礎。西安昱杰機電設備有限公司秉承“昱心杰作”的經營理念,也將不斷地去幫助客戶提升自身競爭力,讓優秀壁紙工廠更優秀!

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