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2.9导热油中密度纤维板多层热压机的基本参数及加热方式


工程师手册

中密度纤维板之13

中密度纤维板多层热压机的 基本参数及加热方式
蒋梅凤
(上海人造板机器厂有限公司, 上海  2018 05)

摘要:简要介绍中密度纤维板多层压机的基本参数,讨论热压机的加热方式。 关键词:热压机;基本参数;加热方式

热压机的基本参数在某种程度

上决定了热压机的 能力。 多层热压机的产量由热压板的幅面大小、 层数多 少和热压周期长短等因素决定。 现在热压板的幅面有 4' × 8 '、4' × 16'、6' × 18 ' 及 8 ' × 16' 等,热压板幅面 的大小决定了其压制的最大产品规格。 生产中密度纤 维板的多层热压机的层数有 6 层、 层、 层、 层、 7 8 9 10 层、12 层、15 层、18 层和 20 层,最多达 20 层。热压 机的层数与产量密切相关, 目前热压机的具体层数一 般根据产量及用户的要求来确定。 通常热压机是以公 称总压力、 幅面和层数称呼的, 如2. 万kN 热压机、 8 4' ×16'热压机和15层热压机等。 除此之外, 热压机的加 热方式对产品的质量、 生产成本及能量消耗等有不同 程度的影响。 1     中密度纤维板多层热压机基本参数 1. 1  面压 面压指的是作用在板坯单位面积上的压力, 在通常 情况下, 热压机的面压在2. 3. 5 ̄ 5 MPa时就能保证干法中 密度纤维板厚度和密度的要求。 1. 2  公称总压力 公称总压力又称为压机吨位, 热压机所需的总压力 应根据压制板坯所需的单位压力及板坯受压面积, 并考
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虑到移动部分的重力(主要包括活动横梁、热压板、柱 塞及板坯的重力等) 以及密封和导轨等处的摩擦阻力来 确定, 可用公式( 计算。 1) F=P SS +F 2+F 3+F  4                                                                          (1) 式中:F — 总 压 力 ,N ;  P  —板坯所需最大单位压力, Pa; S  S —板坯面积,m 2 ; F 2 —压机可移动部分的全部重力,N ; F 3 —油缸密封处的摩擦阻力,N ; F 4 —压机导轨等处的摩擦力,N 。 一般近似计算时,F 2 、F 3 、和 F 4 合计取 PSS的 10% 左右,因此总压力可按公式(2 )近似计算。 F=1. SS                                                                     1P (2) 1. 3  板面尺寸 板面尺寸即热压板的幅面,它决定了产品的规 格。 我国常用的中密度纤维板规格为4'×8 (1 220 m m ' ×2 440 m m )压板幅面长宽尺寸是成品板的倍数加上余 , 量。考虑到裁边余量和装板时位置偏差等因素,4'× 8 ' 热压板幅面至少应为 1 370 m m × 2 650 m m ,4'× 16'热 压板的幅面为 1 750 m m × 5 100 m m ,6'× 18 '热压板幅 面为 2 38 0 m m × 5 700 m m 。

工程师手册 1. 4  层数 多层压机的层数决定于生产大纲的产量要求, 但因 压板层间距较小, 层间距一般不超过100 m m , 因此层数 较多, 例如上海人造板机器厂有限公司生产的湿法硬质 纤维板热压机最多层数达到25层, 层间距为9 0 m m;干 法生产由于板坯厚度大, 要求压板层间距较大, 在设计 产量大时增大压板幅面, 而层数相应较少, 最多层数达 到 20 层。 1. 热压板层间距 5   热压板层间距又称为开档, 是指相邻两块热压板 之间的距离。 它是根据压制板坯的厚度、 垫板并考虑 到装板所需空间等因素来确定的。 比如, 采用有垫板 装板机或者无垫板装板机, 其垫板或者装板小车需进 入热压机内送板, 但由于垫板的厚度比装板小车的厚 度薄很多, 所以采用无垫板装板的热压板间距要比采 用有垫板装板的大。 热压机的开档, 一般可按经验公 式(3)选择。 H   h 1+h 2+h 3                                                                                              (3) = 式中:H  —热压板间距,m m ;  h 1 —板坯的最大厚度,m m ;  h 2 —装板小车进入压机部分的高度,m m ;  h 3 —高度余量,一般取 40 ̄ 50 m m 。 1. 6  闭合时间 闭合时间的长短不仅影响到热压机的生产效率, 而 且更重要是直接关系到中密度纤维板产品的质量。 若热 压板闭合时间长, 会造成板坯预固化层加厚及中密度纤 维板物理力学性能下降等, 因此, 对热压机压板闭合时 间有一定要求, 热压机压板闭合到与板坯相接触的时间 应不大于 10 s。 2    中密度纤维板热压机加热方式概述 在中密度纤维板生产中, 热压机的加热方式分为接 触式加热和非接触式加热, 而接触式加热是中密度纤维 板多层压机中使用最广泛的加热方式。 在中密度纤维板 的正常生产过程中,热压机在第 1 次加热升温后,热压 板只需提供板坯固化时所需要的热能及补充热压板向周围 散热消耗的热能,热压板不需要冷却。 2. 1  非接触式加热 高频加热属于非接触式加热,不受产品厚度的限 制,特别适用于较厚中密度纤维板的生产。这种加热 方法是在热压板中通入频率为4 ̄ 6 MH z 的高频电流, 在 热压板之间形成高频电场, 压板之间的板坯在高频电场 的感应下,板坯中的分子剧烈运动发生强烈摩擦,继 而产生大量的热能, 使胶黏剂固化。 高频加热的一大特 高频压机结构复杂, 维修困难, 耗电量大, 电子元器件 寿命有限, 成本较高。 除了大规模生产或特殊要求时, 一 般很少采用高频加热。 2. 2  接触式加热 接触式加热指的是加热介质将热能先传给与板坯直 接接触的热压板, 通过热压板再把热能传给板坯, 从而 使板坯受热。 热压板接触加热的一大特点是热能从板坯 外部传到板坯内部。 根据热介质性质的不同, 接触式加 热分为电加热和流体加热, 流体加热主要包括饱和蒸汽 加热、过热水加热和导热油加热。 在接触式加热过程中,板坯表面与高温的热压 板接触后, 表层纤维温度迅速升高, 水分汽化, 在表 层和芯层之间会形成温度梯度。由于温度梯度的作 用,板坯表层的水蒸气和未汽化的水分携带着热量 向芯层扩散迁移, 板坯正是依靠接触传热和对流传热 而获得热量。 由于板坯是纤维、 空气和水分组成的三 相体系, 整体讲是热的不良导体, 传热性能不好, 因 此板坯表面温度总是高于芯层温度, 而且需要较长时 间才能使芯层达到工艺要求的温度。 温度梯度越大, 需要加热的时间就越长, 中密度纤维板板坯加热时, 这种现象尤为突出, 这表明接触加热对于生产厚板是 不适宜的。 接触式加热对热介质的要求是:1)热容量大,导 热性能好;2)在低压和常压下,具有较高的汽化温度 和较低的冷凝温度;3)良好的热稳定性且不易燃烧; 4 )无毒、无嗅和低腐蚀性;5 )价格低廉。能够满 足这些基本要求的热介质主要有饱和蒸汽、 过热水和导 热油,这 3 种热介质在中密度纤维板热压机中都有使 用,其中导热油的性能最为优良。 2. 1  2. 饱和蒸汽加热 在一定压力下,   水变成饱和水蒸气时 温度不变, 吸收的全部热量只用于水的汽化。 当饱和蒸汽 放出热量而冷凝成水时, 其温度也不降低, 用饱和蒸汽作 热源的热压机正是利用了蒸汽的这一特性。 饱和蒸汽的温 度与受到的压力有关, 温度越高, 相应的水蒸气压力越大, 但两者之间不是简单的比例关系。 例如在常压下, 水的沸 点大约是100  要得到200℃的饱和蒸汽温度, ℃, 则水蒸 气压力为1. 6  MPa, 如220  ℃则为2. 3 MPa。 可见欲获得更 高温度的饱和蒸汽,就需要锅炉设备耐更高的压力。 在人造板热压机中, 用蒸汽加热时, 利用蒸汽的汽
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生产方法不同有所差异。 湿法生产, 由于板坯相对较薄, 点是热能是从板坯内部传到板坯外部。 这种加热方式的

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工程师手册 化潜热对热压板进行加热。 伴随加热压板的同时, 蒸汽 因放热失去热量而变成冷凝水。 也就是说, 蒸汽经过热压 板的流通孔道后, 把汽化潜热的热量传给热压板, 蒸汽则 冷却凝结成水。 由于冷凝水会妨碍蒸汽的流通, 影响热压 从表 1 可以看出,温度同样是 200  ℃,过热水的单 位体积热容量最大。 虽然过热水单位质量的热容量只是 饱和蒸汽的1/ 但单位体积的质量却是饱和蒸汽的100 3, 多倍, 因此, 单位体积的热容量比饱和蒸汽大30倍左右。

板的加热, 所以热压过程中必须有效排除生成的冷凝水, 由于热压板内可以通过热介质的容积是一定的, 所以单位 以保证热交换的进行。 因此, 对采取蒸气加热的热压机, 体积热容量大的载热体提供的热量就多。 换句话说, 对于 必须设置效能可靠的疏水系统来实现阻汽排水。 热压机用 蒸汽做为加热介质时, 饱和蒸汽压力须在1. 0~1. 4 MPa的 压力下才能满足中密度纤维板对热压温度的要求, 这样的 压力对加热系统的密封性能要求较高。 在温度控制上, 蒸 汽加热只能以控制蒸汽的流量来调节温度。 虽然蒸汽的潜 能较大, 对金属的腐蚀性较小, 但蒸汽加热用于人造板生 产存在如下问题: 1)加热温度最高只能达到 200  ℃左右,此时蒸汽的 由于蒸汽温度的提高与压力成正比, 所以蒸汽加热的温度不 2)蒸汽锅炉将水加热到 100℃之前所提供的热量 和蒸汽冷凝成水以后留于水中的热量都无法被用热装置 这些汽、 水混合物均被排放, 蒸气的汽化潜热不能被完 全利用, 同时锅炉排污也要损失能量, 所以用蒸汽加热 时, 热能浪费较大。 3)蒸汽在输送过程中热量损失大,且蒸汽的二次 回收非常困难。蒸汽的跑、冒、滴、漏情况严重,蒸汽 加热系统热能综合利用率在30% ~40%左右。 蒸汽的波动性大, 不能满足加热温差小的要求。 蒸汽加热 精度差, 其气态传热没有液态传热效果好。 2. 2  2. 过热水加热   过热水是温度超过 100  ℃的热水。通 常将高压饱和蒸汽通入耐高压的热水容器中直接对水加 热, 经过热交换后, 蒸汽的热量变为热水的热量, 水的温 度达到或接近蒸汽的温度, 这种高温水即通常所称的过热 水。例如,当饱和蒸汽压力为 2. 5 MPa 时,过热水的温 度约为 208   ℃左右。热水通过管道与热压机联接,形成 高温水强制循环的封闭系统。 表1是热水和蒸汽状态参数 对比。
表 1    热水和蒸汽状态参数对比
状态参数 压力 /M Pa 温度 /℃ 密度 /(kg /m 3 ) 热容量 /(kJ/m 3 ) 饱和蒸汽 1. 6 200 7. 3 9 22 136 过热蒸汽 1. 0 200 4. 76 13 222 过热水 1. 6 200 8 69 . 5 741 064

同样的加热要求, 用蒸汽加热所需蒸汽体积约为过热水加 热所需过热水体积的30倍, 所以, 过热水加热的管道比 用蒸汽加热所用的管道要小得多。 过热蒸汽虽然可以使 用1. 0 MPa的低压锅炉, 通过过热器达到同样的温度200  ℃, 但它的热容量下降, 故真正起作用的还是低压饱和蒸汽部 分, 所以过热蒸汽用于热压过程是不合适的。 蒸汽加热是用蒸汽的汽化潜热来加热热压板的, 而 过热水是用过热水的显热来加热热压板的。 过热水在其 热水是循环使用的, 流速比较慢, 热效率比较高。 与蒸 系统热能综合利用率为40% ~50%。 在温度控制上, 过 热水加热除了控制流量外, 还可以通过改变循环过热水 严格地控制温度。 由于过热水加热需要借助高压饱和蒸汽来对低 温水进行加热, 所以除了需要配置高压热水容器外, 还 需 要 有 高 压 锅 炉 。 方 面 设 备 复 杂;另 一 方 面 系 一 统压力仍然比较高, 对加热系统的密封性能要求也 比 较 高;并 且 热 水 易 沉 淀 结 垢 , 加 热 系 统 有 腐 蚀 对 及锈蚀, 热水加热时最好使用冷凝水, 少要使 过 至 用软水。 2. 3  2. 导热油加热    由于采用过热水和饱和蒸汽作为热 介质均需要在高压条件下运行, 增加了设备密封的困 难, 且加热稳定性较低, 所以设法寻求一种能在常压或 低压下产生高温、 且热容量大和使用安全的高沸点物 质作热介质, 一直是人们十分关心的问题。 20世纪30 年代找到了这样的加热介质,这就是高温有机载热 体, 通常称为导热油或热油。 我国从20世纪 70年代初 开始对导热油加热技术进行研究, 八五期间被列为国 家节能推广项目。 20世纪8 0年代, 具有高温低压传热特点的导热油在 我国人造板工业中逐步得到应用, 现在这种加热方式已 经在中密度纤维板热压机、 刨花板热压机、 低压短周期 贴面热压机、 刨花模压制品热压机等类型热压机中普遍

压力在1. 6 MPa左右, 蒸汽锅炉的压力等级至少为2. 5  MPa。 热量用掉以后, 可以通过循环再加热来反复使用, 由于 能太高, 否则配套的锅炉设备和管道系统投资将大幅提高。 汽相比, 用过热水做加热介质是比较好的, 过热水加热

利用。 蒸汽给热压机加热后部分变成热水, 一般情况下, 的温度来调节温度, 与蒸汽加热相比, 过热水加热能更

4)饱和蒸汽在加热过程中的流速较大(20~30 m / , 作 用 。 了 防 止 在 罐 体 、 道 及 热 压 板 中 产 生 水 垢 s) 为 管

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工程师手册 使用。 对于低压短周期贴面, 导热油几乎是热压机唯一 理想的加热介质;而在中密度纤维板生产中, 导热油已 逐步取代热水和饱和蒸汽。 导热油加热的先进性:对人造板热压机而言, 热 压板的加热温度一般在200  ℃左右。 如果用蒸汽加热, 要求饱和蒸汽的压力至少在1. 6 MPa以上。 而导热油具 有高温低压的特性, 导热油可以加热到 300 ℃, 而系 统的工作压力只是热油泵需要克服管道阻力的循环压 力。 通常导热油在0.4~0.6 MPa的低压运行下就可以 实现 200 ℃的加热要求, 这一点对密封十分有利。 导 5)  不允许将不同品种的导热油混合使用。 6)在系统中禁止导热油高温时与空气长期接触, 否则会加速导热油氧化而缩短其使用寿命。 7)   热压板温度降低到8 0  ℃以下时热油循环泵才能 停止工作。 8 )根据规定,导热油用管路及阀门要按 1. 倍的 6 工作压力来制造或选型,所用电机要求防爆。 2. 其他加热方式 3   蒸汽喷蒸加热属于直接加热, 是在热压过程中先将 高温蒸汽喷入板坯中, 然后再抽真空的一种热效率高的

热油的热焓值高, 热容量大, 低压下可以达到高沸点。 的热压方法,这种方法能使板坯在厚度方向上受热均 导热油加热采用封闭式加热循环系统, 传热比较理想, 匀,适合厚板的生产。目前蒸汽喷蒸加热技术不够成 传热均匀, 加热时温度变化小, 可精确控制运行温度, 熟,喷蒸时板坯周边漏汽不易解决,况且设备结构复 加热设备上的温差可控制在±2 ℃以内, 甚至可以达 到± 1 ℃。 对热压机来说, 相邻压板温差可以做到不 超过 3 ℃,同一热压板温差的可以不超过 1.5 ℃。导 热油加热可使热压机的进出口温差大为降低 (温差一 般为10~30  , ℃) 改变了蒸汽加热系统中热压机进出 口温差大的弊端。 导热油加热的节能性 导热油在封闭循环系统中使 : 用, 导热油是以连续强制液相循环方式传递热量, 无疏水 排放等热损失, 热能可循环利用, 而且无滴漏现象, 有效 避免了热能损失, 节能效果显著, 热效率高。 导热油加热 系统热能综合利用率在 60%左右。 导热油无腐蚀和结垢现象, 不腐蚀加热系统及用热装 置, 可在规定的温度内长期使用。 导热油加热系统所需 设备简便, 无须像蒸汽锅炉那样要有软水装置等水处理 设备, 不需炉水排污设施, 不需要庞大的贮水设备及高 压水泵等;控制及操作容易,导热油加热系统的运行 费用和维修费用比过热水及蒸汽加热少得多, 可大大降 低生产成本。 在生产中使用导热油要注意以下几个方面 : 其闪点和自燃点要高。 2)导热油在高温运行时,其化学键容易断裂而氧 化裂解生成碳, 所以必须在导热油牌号规定的额定工作 温度以下使用。 3)导热油在热压板中的流速应在 2 m /s以上,流 速越小,油膜温度越高,越容易导致热油结焦。 4) 导热油中应禁止混入水分及其他低沸点易挥 发物。 参考文献:
19 9 5. [2] 许秀雯. 中密度纤维板工程[M]. 哈尔滨:  黑龙江科学技术出 版社, 19 9 5. [3]王国超. 纤维板生产技术[ M ]. 北京:  中国林业出版社, 2000. [4]吴新泉、罗裕明、齐盛田. 人造板多层热压机[ M ], 北京: 中国林业出版社, 19 8 5.

杂,实际应用很少。 混合加热是指高频加热和热压板接触加热混合、 或 者是蒸汽喷蒸加热和热压板接触加热混合等。 混合加热方 式综合了单一加热方式的优点, 弥补了单一方式中的不 足, 可收到优质高产、 低耗低成本的效果。 目前在利用连 续压机生产中密度纤维板板时, 采用此种加热方式的较 多, 但在多层热压机中应用则很少。 3    结束语 能源是我国经济建设和人民生活中不可或缺的重要 物质, 它是国民经济可持续发展的重要保证。 为了实现 可持续发展, 在能源的使用方面, 应将节约能源放在十 比拟的先进性、 节能性及经济性, 并且我国的导热油加 热技术及其使用装置已经日趋成熟, 所以除了应在中密 度纤维板多层热压机中采用导热油做为热压板的加热介 质外, 而且也应在人造板工业的其他用热设备 (如干燥 系统) 中广泛使用, 从而为节约能源, 实现可持续发展 做出贡献。

导热油加热的经济性:由于其良好的热稳定性, 分突出的位置上。 因为导热油加热有过热水和蒸汽不可

1)所选用的导热油的导热系数要大,比热要高, [1]徐咏兰. 中密度纤维板制造[ M ]. 北京:  中国林业出版社,

                                                (责任编辑:丁炳寅)
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