海藻酸鈣短纖維生產線的設計開發

摘要：本文結合450t/a海藻酸鈣短纖維生產線流程，對產能為2000 t/a海藻酸鈣短纖維生產線的流程設計進行了探討，并對生產線上主要設備的結構形式、結構特征進行了分析。

關鍵詞：海藻酸鈣短纖維；生產線；工藝參數；設備；結構

中圖分類號：TS102.5

文獻標志碼：B

On Designing a Calcium Alginate Staple Fiber Production Line

Abstract： By consulting the process of a 450 t/a calcium alginate staple fiber production line， the process design of a 2 000 t/a calcium alginate staple fiber product line was discussed. The structural forms and characteristic of main equipment of the production line were analyzed.

Key words： calcium alginate staple fiber； production line； technological parameter； equipment； structure

海藻酸鈣纖維是海藻纖維的一種。把原液固含量為5%的海藻酸鈉水溶液通過噴絲孔擠入氯化鈣水溶液后，再經過牽伸、水洗、干燥等工序就可以得到海藻酸鈣纖維。海藻酸鈣纖維的熱穩定性較好，極限氧指數為34.4，具有很好的阻燃性，屬于難燃纖維的范疇。雖然我國在海藻酸鈣纖維的工業化方面已經取得突破，但是每條生產線的產能還不夠高，每年只有幾百噸，而且生產工藝也不太成熟，還有一定的改進空間。鑒于以上原因，本文探討了產能為2000t/a的海藻酸鈣短纖維生產線的流程設計，并分析了主要單機的結構特征和研發重點。

1生產線流程設計

通常情況下，海藻酸鈣短纖維生產線主要由紡絲機、凝固浴槽、牽伸機、水洗機、烘干機、切斷機、打包機等單機設備組成。由于具體的生產工藝存在差異，不同的海藻酸鈣短纖維生產廠的生產線流程也各不相同。圖1為國內某海藻酸鈣短纖維生產線的流程排布圖，上排為主視圖，下排為俯視圖。該生產線的產能約為450t/a，共4個紡絲位，單機設備從左向右依次為：濕法水平紡絲機、第1凝固浴槽、第1五輥牽伸機、第2凝固浴槽、第2五輥牽伸機、第3凝固浴槽、第1五輥牽引機、水洗槽、第2五輥牽引機、第1烘干機、第3五輥牽引機、第4五輥牽引機、第2烘干機、第1曳引張力機、電加熱板、卷曲機、冷卻輸送機、導絲機、第2曳引張力機、切斷機、打包機。在圖1所示海藻酸鈣短纖維生產線中，紡絲機的紡絲形式為水平紡，由于空間的限制，這種紡絲形式不利于大幅度增加紡絲位和提高產能。

為了適應2000t/a的產能，本文設計了一種新型海藻酸鈣短纖維生產線流程，如圖2所示。在圖2中，上排為主視圖，下排為俯視圖。該生產線共18個紡絲位，單機設備從左向右依次為：濕法轉向紡絲機、第1凝固浴槽、第1五輥牽伸機、第2凝固浴槽、第2五輥牽伸機、第1熱水牽伸槽、第3五輥牽伸機、第2熱水牽伸槽、第4五輥牽伸機、層疊式水洗機、三輥牽引機（位于鋼平臺上）、切斷機（位于鋼平臺上）、給纖槽、噴淋式水洗機、上油軋液聯合機、濕開棉機、圓網烘干機、精開棉機、打包機。

在圖2所示2000t/a海藻酸鈣短纖維生產線中，紡絲機共有3個紡絲單元組成，每個紡絲單元設有6個紡絲位，全機共18個紡絲位。紡絲機的紡絲形式為轉向紡，這種紡絲形式有利于大幅度提高生產線的產能。同時，該生產線加大了切斷機之前長絲束的水洗力度，另外還在切斷機之后增加了噴淋式水洗機，這些措施有利于提高纖維的水洗效果，從而有助于提升成品纖維的品質。此外，該生產線還借鑒了維綸生產線的一些設備配置模式，比如設置了給纖槽、噴淋式水洗機、上油軋液聯合機、濕開棉機、圓網烘干機、精開棉機等設備，從而進一步地提高了纖維的后處理效果。

2單機設備的研發

由2000t/a海藻酸鈣短纖維生產線的流程可知，該生產線可分為以下6個組成單元：紡絲牽伸單元、長絲束水洗單元、長絲束切斷單元、短纖維淋洗上油單元、短纖維烘干單元和短纖維打包單元。在這6個組成單元中，紡絲牽伸單元包括濕法轉向紡絲機、第1凝固浴槽、第1五輥牽伸機、第2凝固浴槽和第2五輥牽伸機；長絲束水洗單元包括第1熱水牽伸槽、第3五輥牽伸機、第2熱水牽伸槽、第4五輥牽伸機和層疊式水洗機；長絲束切斷單元包括三輥牽引機和切斷機，它們都位于鋼平臺上；短纖維淋洗上油單元包括給纖槽、噴淋式水洗機和上油軋液聯合機；短纖維烘干單元包括濕開棉機、圓網烘干機和精開棉機；短纖維打包單元包括打包機及相關附機——成包輸送裝置。以下重點對一些主要單元中的設備結構進行分析。

2.1紡絲牽伸單元

濕法轉向紡絲機用來將前道工序制備的合格原液輸入本機上的原液總管，原液通過各原液支管由紡絲計量泵均勻定量地輸入燭形濾器后，從噴絲頭上的小孔噴出，并在凝固浴槽中凝固成絲，然后經過轉向、集束進入下道工序。整條生產線上共有3臺濕法轉向紡絲機。

該濕法轉向紡絲機的整機形式為單面式，分左、右手車。其區分方法為：面對絲束的走向，傳動部分在左手側的為左手車，傳動部分在右手側的為右手車。原總液管的材質為SUS304不銹鋼，為單層結構。原液支管為雙層結構，外層材質為2205雙相不銹鋼，內層為SUS304不銹鋼，夾層內為保溫材料。燭形濾器外殼和濾芯的材質均為SUS304不銹鋼。燭形濾器的過濾面積為300cm2。紡絲組件采用環形組合噴絲頭，其結構尺寸參照粘膠短纖維生產線上45組合噴絲頭的尺寸進行設計制造。每個噴絲頭上的噴絲帽數量為45個，每個噴絲帽上的噴絲孔數為1750孔。如果海藻酸鈣短纖維的單絲線密度有變化，那么每個噴絲帽上的噴絲孔數也應做出相應的調整。泵軸傳動采用長邊軸傳動的形式，用同步減速電機進行傳動。

該濕法轉向紡絲機的研發重點主要是原液管道和紡絲組件的研發。原液管道和紡絲組件在內部結構、材質的選取、耐壓性能、密封性能等方面都有很高的要求。

第1凝固浴槽也是2000t/a海藻酸鈣短纖維生產線上的主要設備之一，整條生產線上共有3個。對于每個凝固浴槽而言，槽內又設有6個間隔槽，每個間隔槽的寬度約為250mm。該凝固浴槽為單層2205雙相不銹鋼槽體，凝固浴有效長度為3m。該凝固浴槽采用了順流走絲的形式，即凝固浴槽中初生絲束的走向與凝固液的流向一致。凝固液管道的材質采用2205雙相不銹鋼，支管道上都設有非金屬球閥。第2凝固浴槽在整條生產線上只有1個，槽內沒有間隔槽，其結構和材質與第1凝固浴槽基本相同。凝固浴槽的研發重點主要是提高槽體的防滲漏性能和防腐蝕性能。

第1五輥牽伸機和第2五輥牽伸機在結構上基本相同。牽伸機主要由牽伸輥、箱體、變頻減速電機、傳動軸、齒輪、稀油循環潤滑系統等組成。牽伸輥的排布采用了上二中一下二的交錯排列形式。牽伸輥的直徑為210mm，長度為600mm。牽伸輥輥體的材質采用2205雙相不銹鋼，輥面沒有鍍層，但必須足夠光滑。五輥牽伸機的研發重點主要是提高整機的防腐性能和輥面質量。

2.2長絲束水洗單元

在該單元中，第1熱水牽伸槽和第2熱水牽伸槽的具體結構、材質、研發重點與第2凝固浴槽基本相同，有效牽伸長度都為5m；第3五輥牽伸機和第4五輥牽伸機的具體結構、材質、尺寸、研發重點與第1、第2五輥牽伸機基本相同。以下重點對層疊式水洗機進行分析。

層疊式水洗機主要由水洗部分和傳動部分組成。水洗部分主要由5個水洗槽豎直向上疊加而成，槽與槽之間保持半米左右的間隙。在水洗部分的兩側各有一個帶有多個導絲輥的傳動齒輪箱，其用途是帶動并引導絲束在各層水洗槽內運行。該水洗機的水洗方式為逆流水洗，即絲束的走向與水的流向相反，這樣有利于提高水洗效果并節約用水。每個水洗槽的有效水洗長度為5m，全機的有效水洗長度為25m。導絲輥的直徑為175mm，長度為500mm。導絲輥的材質為2205雙相不銹鋼，輥面沒有鍍層。層疊式水洗機的研發重點主要是提高整機的剛性和防腐性能。

2.3長絲束切斷單元

在該單元中，三輥牽引機主要由牽引輥、傳動齒輪箱等組成。牽引輥的排布采用了上二下一的排列形式。牽引輥的直徑為210mm，長度為400mm。牽引輥輥體的材質為碳鋼，輥面鍍有硬鉻。三輥牽引機的結構比較簡單，該機在其它纖維生產線也經常使用，屬于通用設備。

切斷機位于牽引機之后，來自牽引機的海藻酸鈣纖維長絲束按照設定的速度送到切斷機上的絲束注射器內，在絲束注射器內，通過水流的注射作用連續地將絲束送向配插在磨環上的管狀定刀下端，緊貼磨環下平面且不斷旋轉的若干把動刀刀片將長絲束按照設定的尺寸進行切斷。

切斷機的結構形式為水流式，這種形式的切斷機在粘膠短纖維、TENCEL？等再生纖維素纖維生產線上比較常見。每臺切斷機共有兩套牽伸切斷裝置組成，工作時只使用一套，另一套備用。該切斷機的刀盤直徑為546mm，最大絲束切斷能力為400×104dtex。在該切斷機上，牽伸輥的直徑為300mm，長度為300mm。牽伸輥輥體的材質為碳鋼，輥面鍍有硬鉻。切斷機的研發重點主要是絲束注射器的研發、切斷刀盤的研發和設備的整體外觀設計。

3結語

本文從機械設備角度分析了2000t/a海藻酸鈣短纖維生產線的流程設計及其主要工藝參數設計，探討分析了紡絲機、牽伸機、水洗機、切斷機等主要設備的結構形式、結構特征以及研發重點。通過分析可以看出，該海藻酸鈣短纖維生產線具有排布緊湊、科學合理、外形美觀等特點。

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作者簡介：高占勇，男，1975年生，高級工程師，主要從事化纖機械設備的開發。

作者單位：邯鄲宏大化纖機械有限公司。