Тепловая обработка древесины реферат
Обновлено: 05.07.2024
Методы тепловой подготовки древесины для производства фанеры, шпона, гнутых и клееных изделий.
Улучшить качество резания древесины можно за счет уменьшения ее твердости. Это происходит при оттаивании и нагревании бревен перед распиловкой, кряжей, чураков и ванчесов перед лущением или строганием шпона. При первичной механической обработке древесины чаще применяются способы, базирующиеся на конвективном нагревании древесины. Агентом обработки выступает вода, чистый водяной пар или насыщенный влагой воздух. Иногда таким образом изменяют цвет или удаляют нежелательные экстрактивные вещества из древесины некоторых лиственных пород.
Организации
Нагревание древесины повышает ее эластичность и позволяет направленно изменять форму деталей или заготовок под действием механических нагрузок. Поэтому перед гнутьем или прессованием древесину обязательно подвергают обработке водяным паром.
В некоторых случаях тепловая обработка древесины применяется при сборке изделий, с целью интенсификации склеивания. Ускорение отверждения и высыхания нанесенных на древесину клеевых веществ достигается благодаря запасу тепла, полученного ей во время предварительного нагрева. Для этого используется как конвективный, так и кондуктивный, радиационный и диэлектрический способы нагревания. Выбор способа нагревания и оборудования определяется особенностями конкретного технологического процесса.
Тепловая обработка древесины в бассейнах
Тепловая обработка древесины в бассейнах распространена в основном на лесопильных заводах, где пиловочное сырье сортируется и хранится перед распиловкой на воде. Сегодня эта технология используется на ряде предприятий в северных регионах России и в Северной Америке. Твердость сырой древесины значительно возрастает при температуре ниже нуля, когда свободная вода в полостях клеток превращается в лед. При распиловке замороженных бревен на пилорамах, скорость резания которых невысока, качество пиломатериалов получается низкое. Повысить качество продукции в зимнее время помогает предварительное оттаивание сырья.
Бассейны для тепловой обработки делятся на естественные и искусственные. Естественные бассейны представляют собой отгороженную часть существующего рядом с лесопильным предприятием водоема (реки, озера, залива). Искусственные бассейны строятся заглубленными в грунт по типовым или индивидуально разработанным проектам и имеют железобетонные ограждения. Иногда для защиты рабочих и элементов конструкции бассейнов от атмосферных осадков над ними сооружают крыши. Глубина бассейна составляет не менее 1,5 м, а площадь зависит от расчетной пропускной способности лесопильной рамы и требуемого времени нахождения древесины в воде.
Минимальная продолжительность нахождения в воде пиловочного сырья хвойных пород определяется временем, необходимым для оттаивания заболони – наружных молодых, физиологически активных слоев древесины, в которых сосредоточено основное количество льда. Расчетная ширина заболони равна 3–4 см. Содержание льда в центральной части даже полностью промерзших бревен невелико, поскольку влажность ядра и спелой древесины близка к пределу гигроскопичности. Зимой температуру воды в открытых бассейнах поддерживают на экономически обоснованном уровне 5–10°С. В таких условиях необходимое время оттаивания заболони, в зависимости от диаметра бревен, составляет от 4 до 10 часов. На практике бревна небольшого диаметра оттаивают за одну рабочую смену.
Обогревать бассейн можно несколькими способами. Самый простой – путем впуска в нее пара через отверстия в трубах, проложенных по периметру бассейна. Дешевле для этих целей использовать оборотное водоснабжение, с подогревом воды в бойлере. Основными минусами открытых бассейнов являются высокий уровень теплопотерь с открытой водной поверхности, неполное оттаивание надводной части плавающих бревен и тяжелые условия труда рабочих.
Альтернатива открытым бассейнам – закрытые бассейны проходного типа. Их целесообразно использовать на лесопильных предприятиях, где происходит сухопутная сортировка сырья на специализированных конвейерах. Наличие ограждений, соответствующих климатическим условиям региона, позволяет повысить температуру воды до 25–30°С, что ускоряет тепловую обработку. Использование дождевальных установок обеспечивает равномерность оттаивания бревен. Водяной пар из здания бассейна удаляют вытяжные вентиляторы.
Еще один вариант проведения тепловой обработки – использование закрытой бетонной ванны, где устанавливается механизм перемещения бревен, которые для равномерного прогрева движутся в подтопленном состоянии. Для высокой интенсивности тепловой обработки температура горячей воды должна быть около 80°С. Выбор оборудования для тепловой обработки пиловочных бревен определяется не только его стоимостью, но и его надежностью, поскольку оно эксплуатируется при серьезных нагрузках и в тяжелых условиях. На современных предприятиях распиловка бревен происходит главным образом с помощью дисковых или ленточных пил, скорость резания которых высока. Это позволяет получать качественную пилопродукцию даже при распиловке мерзлой древесины без проведения тепловой обработки.
Температура воды для обработки древесины
Открытый бассейн – 5–10°С
Закрытый бассейн – 25–30°С
Закрытая бетонная ванна – 80°С
Проваривание древесины
Проваривание широко используется при изготовлении фанеры как подготовительная процедура перед лущением шпона. Для получения качественного шпона температуру древесины при лущении поддерживают в определенном диапазоне: для ольхи и березы – 30–50°C, для мягких хвойных пород (ель, пихта, кедр) – 35–55°C, для сосны и лиственницы – 40–60°C.
Проваривание древесины проводится в специальных варочных бассейнах различных конструкций. На некоторых старых российских предприятиях с небольшим объемом выпуска продукции до сих пор эксплуатируются открытые бассейны для проварки фанерного сырья в кряжах. Загрузка и выгрузка кряжей в них происходят с помощью крана, оснащенного грейферным захватом. Вода в бассейне нагревается благодаря тому, что через перфорированные трубы в нее подается пар. При высоком теплопотреблении кряжи в таких бассейнах прогреваются неравномерно.
Для крупных предприятий разработаны секционированные бассейны большей площади. Отсеки бассейна закрываются съемными крышками, которые, препятствуя всплытию кряжей, обеспечивают их равномерный прогрев и сокращают теплопотери с поверхности воды. Теплоснабжение таких бассейнов может осуществляться различными способами.
Новые предприятия устанавливают закрытые бассейны проходного типа, которые, имея высокую производительность, благодаря дождевальной установке, обеспечивают интенсивный и равномерный прогрев кряжей до заданной температуры. А утепленная надстройка серьезно сокращает теплопотери. Для устранения парообразования на загрузочном и разгрузочном концах бассейна устанавливаются вентиляторы. Бассейн разделяется продольными перегородками на секции, вдоль которых перемещаются связанные в пучки кряжи. Для их загрузки и выгрузки используются краны или автопогрузчики с грейферным захватом. Теплоснабжение бассейна обеспечивается системой оборотного водоснабжения с подогревом. Периодическая вода очищается с помощью механических фильтров.
В бассейнах другой конструкции равномерность прогрева достигается за счет того, что перемещающиеся от загрузочного конца к разгрузочному концу кряжи благодаря прижимным траверсам притоплены. Вода в бассейне нагревается встроенными в его стенки радиаторами, в которых в качестве теплоносителя циркулирует термическое масло. Для равномерного нагревания вода в бассейне постоянно перемешивается.
Нагревание фанерного сырья можно проводить и в специальных камерах вместимостью до 150 м3. Тепловая обработка происходит орошением штабеля чураков горячей водой с температурой до 60°С, которая равномерно разбрызгивается установленными на потолке камеры форсунками. Цикл обработки включает две стадии: прогрев и выдержка при заданной температуре. Благодаря плавному нагреванию существенно снижается вероятность торцевого растрескивания. Время обработки, в зависимости от породы древесины, достигает 18 часов. Зимой чураки предварительно размораживаются в цехе при комнатной температуре. Вода для орошения чураков циркулирует по замкнутому контуру, который включает насос, теплообменник и фильтр. Подобные камеры экономичны, поскольку имеют хорошую теплоизоляцию, а для проведения тепловой обработки нужно минимальное количество воды. Российский и зарубежный опыт показывают, что для обогрева бассейнов экономичнее использовать вторичные тепловые ресурсы предприятия, например, пар низкого давления или конденсат после прессов или сушилок.
Для получения качественного шпона нужно соблюдать оптимальный температурный режим при обработке фанерного сырья. На интенсивность, а следовательно, и продолжительность нагревания влияют плотность сырья, начальная температура, диаметр чураков и температура воды. Это необходимо принимать во внимание при назначении длительности тепловой обработки.
Исследования показывают, что повышение температуры проваривания в пределах рекомендуемого диапазона заметно уменьшает глубину трещин на шпоне. Склеенная из такого шпона фанера более прочная.
Температура воды для проваривания древесины
Мягкий режим – 35–50°C
Жесткий режим – 70–80°C
Камеры с орошением водой – до 60°С
Пропаривание древесины
Пропаривание как вид тепловой обработки применяется при изготовлении строганого шпона, изогнутых и прессованных изделий, для изменения цвета и адгезионных свойств древесины, а также в спичечной промышленности. Для пропаривания ванчесов, брусьев, чураков и досок используются пропарочные камеры, а для пропаривания заготовок перед гнутьем или прессованием – парильные автоклавы.
Пропарочные камеры представляют собой помещения различных размеров, имеющие герметичные и хорошо утепленные ограждения. При строительстве стационарных камер используются традиционные строительные материалы: кирпич, бетон, железобетон, минеральная теплоизоляция. Сборные камеры имеют металлический каркас, как правило, из профильного кислотостойкого алюминиевого сплава, к которому крепятся ограждения из сэндвич-панелей, облицованные с внутренней стороны листами из алюминиевого сплава или нержавеющей стали. Загрузка древесины в камеры происходит с помощью рельсовых тележек или фронтальным погрузчиком. Двери камер должны быть прочными, иметь хорошую теплоизоляцию и герметичность по притвору. В камерах с рельсовой загрузкой устанавливают створчатые двери, а в камерах с фронтальной загрузкой – сдвижные или подъемные ворота.
Тепловая обработка древесины осуществляется насыщенным паром, который подается в камеру по паропроводу от центрального парогенератора или образуется при кипении воды в специальных каналах, расположенных вдоль стен камеры. Вода нагревается за счет контакта с установленными в каналах теплообменниками, внутри которых течет теплоноситель с температурой выше 100°С (перегретая вода, пар или диатермальное масло). Такой способ получения пара наиболее экономичен.
При пропаривании температура в камере поддерживается на уровне 90–95°С при степени насыщенности близкой к 100%. Продолжительность пропаривания варьируется от нескольких часов до нескольких десятков часов и зависит от назначения тепловой обработки, размеров и количества материала, породы дерева и начальной температуры.
Для пропаривания при более высоких температурах используются герметичные металлические автоклавы, имеющие теплоизолированный цилиндрический корпус. Автоклав загружается с помощью рельсовой тележки. Полусферическая крышка плотно прижимается к корпусу автоклава по притвору с помощью запорных устройств. Вместимость автоклавов составляет несколько кубометров древесины. Температура внутри автоклава достигает 125–130°С при давлении 0,2–0,3 МПа.
Температура ванчесов при строгании варьируется – от 30–40°С для бука и ореха до 60–80°С для дуба. При тепловой обработке древесину нагревают постепенно, не допуская больших перепадов температуры. Это особенно важно при пропаривании замороженной древесины твердых лиственных пород. Уменьшить скорость нагревания можно за счет циклической подачи пара. По окончании пропарки ванчес 2–3 часа выдерживают для выравнивания температуры по его объему.
Высокая температура в автоклавах существенно ускоряет нагревание, но при этом возрастают и температурные перепады по их сечениям, которые не исчезают даже после выдержки в цехе. Негативные последствия такой обработки выражаются в появлении ворсистости, волнистости или потемневших участков на шпоне, особенно из древесины тропических пород, чувствительных к температурным воздействиям. Такую древесину лучше пропаривать при более низкой температуре в пропарочных камерах.
Пропарочные камеры используют и для изменения цвета древесины. Чаще пропаривают бук, для того чтобы древесина приобрела приятный розовый цвет. После тепловой обработки древесина становится темнее и приобретает разные оттенки. Этот эффект более заметен при пропаривании свежесрубленной древесины. Время для достижения нужного цвета зависит от породы и толщины материалы и обычно составляет 10–50 часов.
Тепловая обработка древесины перед гнутьем необходима для повышения ее пластичности. Наилучшие результаты получаются при гнутье древесины с влажностью, близкой к пределу гигроскопичности – 25–30%. Для пропаривания малых партий заготовок целесообразнее использовать автоклавы, в которых поддерживают температуру 100–105°С при небольшом избыточном давлении. В таких условиях для полного прогрева заготовок, в зависимости от толщины, потребуется 0,5–2,5 часа. За это время влажность заготовок существенно не изменится. При таких же условиях происходит тепловая обработка заготовок перед прессованием при изготовлении прессованной древесины. Иногда древесину некоторых экзотических пород пропаривают для удаления из нее эфирных масел с целью улучшения адгезионных свойств.
Как повысить качество пропаривания древесины:
• Обеспечьте высокую теплоизоляцию дверей пропарочных камер
• Температура в камере должна быть не ниже 90°С
• Температура внутри автоклава должна быть не ниже 125°С
• Избегайте перепадов температуры, чтобы исключить ворсистость или потемнение шпона
Читайте также: