ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИТНЫХ СЕПАРАТОРОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ ИСХОДНОГО СЫРЬЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ БУМАГИ

Производство бумаги и картона неразрывно связано с качеством поступающего волокнистого сырья. Целлюлоза и макулатура в ходе заготовки, перевозки и хранения накапливают посторонние включения, и металлические загрязнители среди них - наиболее опасная категория. Проволочные фрагменты, частицы скрепок и металлической фурнитуры, попав в массоподготовительное оборудование, приводят к повреждению рабочих органов машин и вынужденным остановкам линии, а при прохождении через бумагоделательную машину - к дефектам готового полотна.

Магнитная сепарация - один из немногих способов удалить ферромагнитные примеси без химического вмешательства в структуру сырья и без существенного усложнения технологической схемы [4, c. 2]. Сепараторы улавливают металлические частицы за счёт разницы в магнитных свойствах материалов: волокнистая масса проходит через зону действия поля беспрепятственно, тогда как ферромагнитные включения фиксируются на рабочей поверхности и периодически удаляются [7]. Метод хорошо вписывается в непрерывные поточные линии и не требует остановки производства при правильно подобранном типе оборудования.

В отечественных учебных изданиях по технологии целлюлозно-бумажного производства защита оборудования от металлических включений рассматривается преимущественно в контексте общей подготовки сырья. Детальное сравнение конструктивных решений, мест установки и эксплуатационных требований к различным типам магнитных сепараторов применительно к бумажному производству в этих источниках представлено фрагментарно. Настоящая статья обобщает практические и технические сведения о магнитных сепараторах, применяемых при очистке исходного сырья на предприятиях целлюлозно-бумажной отрасли.

Волокнистую основу бумаги составляют два вида сырья - первичная целлюлоза и макулатура, которые нередко применяются в смеси [2, c. 4]. Целлюлоза получается химической переработкой древесины; наиболее распространён сульфатный способ, при котором щепа варится в щелочном растворе под давлением, лигнин переходит в раствор, а освобождённые целлюлозные волокна промываются, сортируются и при необходимости отбеливаются [3, c. 5-8]. На производство целлюлоза поступает либо с собственного варочного цеха в виде водной суспензии, либо в прессованных товарных кипах, скреплённых металлической проволокой [3, c. 10].

Макулатура отличается переменным составом: вместе с бумажным волокном в неё попадают металлические включения различной формы - куски упаковочной проволоки и другие посторонние частицы, характер которых зависит от источника сбора. Степень загрязнённости макулатурного сырья сложнее прогнозировать, чем у заводской целлюлозы, и именно поэтому задача очистки стоит острее при работе с вторичным волокном.

Подготовка обоих видов сырья включает роспуск волокна в воде до рабочей концентрации, сортирование и очистку от посторонних включений, после чего масса направляется на бумагоделательную машину [3, c. 12]. Удаление металлических частиц должно происходить на стадии подготовки - до того, как масса поступит в рабочие узлы оборудования.

Металлические включения в волокнистой массе создают угрозу как для технологического оборудования, так и для качества готовой продукции. Первичная целлюлоза загрязняется преимущественно проволокой от упаковки кип, макулатура - более широким спектром металлических частиц [6]. В обоих случаях включения, не задержанные на стадии очистки, попадают в поток волокнистой массы и достигают рабочих узлов линии.

Механическое воздействие металлических частиц на рабочие узлы оборудования ведёт к их ускоренному износу и внеплановым остановкам производственной линии [5]. Устранение последствий таких повреждений требует остановки линии и замены деталей, что влечёт прямые производственные потери, избежать которых позволяет своевременная магнитная очистка сырья.

Помимо ущерба для оборудования, металлические частицы, прошедшие через систему очистки, способны вызвать обрывы бумажного полотна на машине и видимые дефекты в готовом листе. Контроль эффективности очистки - сопоставление содержания металлопримесей до и после сепаратора - должен проводиться не реже одного раза в месяц [1].

В бумажном производстве применяются три основных типа магнитных сепараторов: магнитные решётки, магнитные плиты и барабанные сепараторы. Каждый тип рассчитан на определённые условия установки и характер технологического потока. Их сравнительная характеристика приведена в таблице 1.

Магнитные решётки размещаются непосредственно в зоне загрузки сырья - в приёмнике материала, накопительных ёмкостях или бункере дозатора. Конструктивно решётка - это набор намагниченных прутков, через которые проходит поток сырья. Металлические частицы задерживаются на прутках и удерживаются до планового обслуживания, когда их снимают вручную или механическим способом. Слой материала, проходящего через решётку, не должен превышать 10 мм - при большей толщине эффективность улавливания падает [1].

Магнитные плиты крепятся в нижней части наклонного желоба либо подвешиваются над конвейером или вибропитателем, подающим материал тонким слоем. Внутри плиты расположены два плоских магнита: металлические частицы притягиваются к рабочей поверхности по мере движения сырья мимо неё. Съём примесей, как и у решётки, выполняется в ходе периодического технического обслуживания.

Барабанные сепараторы работают в непрерывном режиме и не требуют остановки линии [5]. Магнитная система закреплена внутри неподвижного корпуса, а барабан из нержавеющей стали вращается вокруг неё. Материал поступает на поверхность барабана, очищенное волокно свободно сходит вниз, тогда как металлические включения удерживаются полем и падают в отдельный приёмник. При переработке бумаги и макулатуры барабаны устанавливаются на конвейерных системах и выпускаются диаметром 500-1000 мм [5].

Таблица 1.

Сравнительная характеристика типов магнитных сепараторов в производстве бумаги

Таблица 1 наглядно показывает, что барабанный сепаратор выгодно отличается от двух других типов по режиму работы: непрерывная самоочистка исключает плановые остановки линии. Решётки и плиты проще конструктивно и обоснованы там, где сырьё подаётся порционно, а не непрерывным потоком.

В основе магнитной сепарации лежит разница в магнитных свойствах между волокнистым сырьём и ферромагнитными частицами: в неоднородном магнитном поле металлические включения отклоняются от потока и притягиваются к рабочей поверхности, тогда как немагнитное волокно проходит через зону поля без задержки [4, c. 3]. Конструкция рабочей зоны и способ отвода примесей у разных типов сепараторов различаются, однако физическая основа процесса остаётся неизменной.

Пластинчатый сепаратор с откидными дверками хорошо иллюстрирует этот принцип на практике. Материал поступает в корпус и проходит через зону магнитного поля: металлические частицы притягиваются к поверхностям дверок и удерживаются на них вплоть до очередной очистки. На рисунке 1 показана установка пластинчатого сепаратора ML-P в трубопроводе целлюлозного производства.

Рисунок 1. Пластинчатый магнитный сепаратор ML-P в трубопроводе целлюлозного производства

Рисунок показывает, что сепаратор монтируется непосредственно в существующий трубопровод, не нарушая компоновки линии - это подтверждает применимость решения на действующих предприятиях.

Эффективность работы сепаратора в значительной мере определяется тем, насколько точно соблюдаются условия эксплуатации. Материал должен поступать равномерно по всей площади магнитов, а толщина проходящего слоя - не превышать 10 мм: при большей толщине часть металлических частиц проходит мимо рабочей поверхности. Уловленные металлопримеси снимаются и сдаются в лабораторию не реже одного раза в смену.

Грузоподъёмность магнитов контролируется не реже одного раза в декаду, а также после каждого случайного удара по корпусу сепаратора - минимально допустимое значение составляет 8 кг на одну магнитную дугу [1]. Снижение этого показателя ниже нормы рекомендуется рассматривать как сигнал к замене магнитного элемента. По данным SOLLAU, при регулярном обслуживании один сепаратор способен улавливать до 20 кг металлических включений в неделю, что даёт представление о реальном масштабе загрязнения сырья на бумажном производстве [5]. Общий контроль эффективности - сравнение содержания металлопримесей до и после сепаратора - проводится не реже одного раза в месяц.

Магнитная сепарация - один из немногих методов очистки волокнистого сырья, который не требует химического вмешательства в состав массы и органично встраивается в действующую технологическую линию [4, c. 2]. Три рассмотренных типа сепараторов перекрывают основные условия производства: решётки и плиты применяются там, где сырьё подаётся порционно, барабанный сепаратор - на непрерывных поточных линиях.

Эффективность любого из типов напрямую зависит от регулярности обслуживания: своевременного съёма уловленных примесей и планового контроля грузоподъёмности магнитов [1]. При соблюдении установленных требований магнитная очистка надёжно защищает рабочие узлы оборудования от металлических включений и снижает риск вынужденных остановок производственной линии.