Окорка древесины — одна из наиболее энерго- и трудоемких операций первичной лесопереработки, которая выполняется на всех типах лесопромышленных складов. В результате образуются значительные объемы отходов, которые в настоящее время не находят должного применения.
При современном состоянии технологии окорки древесины в лесной и целлюлознобумажной промышленности нашей страны ресурсы коры, пригодной для использования, составляют свыше 6 млн м3, в том числе около 2 млн м3 коры образуется на лесопильнодеревообрабатывающих предприятиях. Однако из этого объема в промышленности используется всего 12,7%. Остальная часть коры свозится на свалки или просто сжигается под открытым небом, засоряя окружающую среду. Можно утверждать, что без возможности полноценной утилизации отходов окорки (особенно это актуально для окорки хвойных пород) процесс окорки не может быть признан эффективным, то есть качественным.
Исследования, проведенные отечественными и зарубежными учеными, свидетельствуют о ценности коры как сырья для выработки разного вида продуктов, которые могут быть использованы в качестве компонентов композиции древесноволокнистых плит, бумаг и формовочных составов; пластификаторов и наполнителей клеев, пластмасс, резины и различных строительных растворов; фильтрующих материалов; добавок к буровым растворам. А также в качестве подслойного материала для уплотнения твердых грунтов при сооружении дорог в заболоченных местностях; изоляционного материала от промерзания грунтов; мульчи для садовых почв; компонента для приготовления компостов; подстилки на животноводческих фермах с последующим использованием ее как гумуса.
Окорка как она есть
В настоящее время окорка круглых лесоматериалов выполняется на лесопромышленных складах различного назначения и принадлежности — нижних складах лесозаготовительных предприятий, лесоперевалочных базах, биржах сырья потребителей. Окорка лесоматериалов в условиях лесосеки и верхних складов не нашла распространения в связи с отсутствием мобильных технических средств, позволяющих качественно и с высокой производительностью выполнять эту технологическую операцию, а также в связи со значительным сокращением плотового лесосплава и полным прекращением молевого лесосплава.
Окорке подвергаются все основные сортименты — пиловочник, балансы, рудничная стойка, шпальные, фанерные и другие бревна. При этом к качеству окорки предъявляются различные требования, у некоторых видов сортиментов необходимо удалять с поверхности не только кору, но и часть заболони. Нужно учитывать, что после удаления коры и луба у балансовой древесины камбиальный слой становится хорошей питательной средой для микроорганизмов, вызывающих плесень и изменение окраски поверхностных слоев древесины (грибы синевы). На пораженные или поверхностные слои заболони обычно заселяются дереворазрушающие грибы, что существенно ухудшает качество вырабатываемой целлюлозы и бумаги. Однако в технологическом потоке, исключающем длительное хранение древесины, наличие камбия в ней допускается даже при выработке высококачественных сортов целлюлозы и бумаги.
В древесине, поставляемой потребителям рудничной стойки, луб оставляют либо полностью (что наиболее целесообразно при сухом хранении), либо частично. Луб предохраняет древесину от проникновения грибов и в случае быстрого подсыхания образует прочную сухую корочку. Он также защищает древесину от образования трещин (особенно первые два месяца хранения) и почти не препятствует подсыханию бревен.
При окорке березовых стоек на обоих концах каждой стойки оставляют «манжеты» шириной 10 см.
Во время окорки балансов и пиловочных бревен кору удаляют полностью, но допускается и частичное (в форме пятен) оставление луба. Для производства высококачественных целлюлоз допускается оставлять не более 5% луба, для производства газетной бумаги — 10-15%.
Различают три вида окорки: чистую, грубую и пролыску. При чистой окорке лесоматериалы полностью очищают от всех слоев коры, удаляется и камбиальный слой. При грубой окорке допускается полное или частичное сохранение лубяного слоя. При пролыске удаляют кору в виде отдельных полос или участков в направлении продольной оси круглых лесоматериалов.
Чистой окорке подвергают балансы, используемые в целлюлознобумажном производстве и поставляемые на экспорт, а также все материалы, подлежащие пропитке (шпалы, столбы линий связи и т. д.). Грубой окорке подвергают пиловочник, рудничную стойку, лесоматериалы, применяемые в круглом виде без пропитки и используемые для получения некоторых видов щепы. Окорка пиловочника, шпального кряжа и тарного сырья перед продольной распиловкой дает возможность использовать отходы для получения технологической щепы, оптимизировать раскрой, замедлить затупление режущего инструмента.
Пролыске подвергают тонкомерные лесоматериалы, подлежащие сплаву. За счет пролыски древесина без растрескивания подсушивается на берегу, уменьшается ее объемный вес, что позволяет значительно снизить процент утопа при сплаве.
Для лесоматериалов, поставляемых потребителям, наряду с качеством окорки (степенью удаления коры) большое значение имеет товарный вид, то есть качество окоренной поверхности. Поверхность лесоматериалов должна быть гладкой, без мшистости и вырывов волокон, сучья должны быть срезаны заподлицо с поверхностью бревна.
Несмотря на то что ГОСТ на окорку не регламентирует механические повреждения поверхности лесоматериалов (кроме отдельных требований для балансов чистой окорки на экспорт), они имеют определенное значение. Вопервых, механические повреждения снижают товарный вид лесоматериалов. Вовторых, они отрицательно влияют на хранение окоренных бревен ввиду легкого поражения древесины деревоокрашивающими грибами, способствуют интенсивному загрязнению поверхности, которое может потребовать дополнительных затрат на их очистку при обработке, а также уменьшают плотную массу древесины.
В силу того что к качеству окорки лесоматериалов предъявляются широкие требования, производительность окорочных станков необходимо рассматривать с учетом требуемого качества окорки тех или иных лесоматериалов в связи с условиями их хранения, транспортировки, переработки, а в ряде случаев и для сохранения товарного вида. Кроме того, на производительность окорочного оборудования существенное влияние оказывают физикомеханические свойства обрабатываемых лесоматериалов.
С повышением требований к качеству окорки (максимальное удаление коры и минимальное разрушение поверхности древесины) производительность окорочного оборудования снижается. Эта тенденция усугубляется неблагоприятными физикомеханическими свойствами лесоматериалов, среди которых отрицательная температура, низкая влажность, высокая прочность связи коры с древесиной и слоев коры между собой, свойственная некоторым древесным породам. В связи с этим окорка некоторых видов сортиментов с высоким качеством (особенно при неблагоприятных условиях) становится экономически нецелесообразной изза резкого снижения производительности окорочного оборудования или высокой стоимости операций по предварительной подготовке лесоматериалов, например, гидротермической обработки.
Анализ производительности вновь создаваемого или модернизируемого окорочного оборудования необходимо производить с учетом требований к качеству окорки тех или иных видов лесоматериалов.
Способы окорки круглых лесоматериалов
Существующие способы окорки лесоматериалов различаются по характеру воздействия на кору с целью ее удаления. Полное или частичное удаление коры с поверхности лесоматериалов может осуществляться следующими способами: механическим воздействием, воздействием струи жидкости или газа; воздействием химикатов, разрушающих сцепление коры с древесиной, а также при использовании электрогидравлического эффекта.
Подавляющее большинство окорочных установок, применяемых в настоящее время на лесопромышленных складах, работает по принципу механического воздействия на кору. Остальные вышеуказанные способы используются мало.
Сущность гидравлической окорки заключается в том, что кора удаляется с поверхности вращающихся бревен, которые двигаются вдоль ряда сопел, под воздействием струи воды, подаваемой под большим давлением.
Гидравлические окорочные установки позволяют достигать высокого качества окорки при значительной производительности. Однако они отличаются сложным устройством и очень высокими требованиями по предварительной подготовке (очистке от примесей) воды, поэтому энергетический КПД этих установок низок, и они потребляют много электроэнергии. Так, при производительности гидравлической окорочной установки 30-90 м3/ч потребляемая ею мощность составляет 300-900 кВт.
Принцип работы пневматических окорочных установок основан на воздействии на кору энергией воздушной струи с твердым наполнителем (обычно — опилками), а иногда и без него. Воздушная струя, разогнанная до звуковой скорости, обладает определенными энергетическими свойствами и при воздействии на кору разрушает ее и отделяет от древесины. Устройство пневматической окорочной установки во многом аналогично гидроокорочной установке. Как и при гидравлической окорке, процесс требует больших энергозатрат и характеризуется низким КПД.
При химической окорке с предкорневой части ствола растущего дерева в вегетационный период снимают кольцо коры шириной 0,15-0,2 м, а на обнаженную поверхность древесины наносят раствор ядохимиката, который вместе с древесными соками расходится по стволу. При этом клетки камбия отмирают и разлагаются, что разрушает связь коры со стволом. Дерево усыхает, а кора под действием природных факторов (ветра, насекомых) отпадает. Для ослабления связи коры с древесиной требуется выдержка дерева на корню на менее трех теплых месяцев. Отпадание коры начинается, как правило, лишь после годичной выдержки обработанного химикатом дерева на корню. За это время в древесине появляются дереворазрушающие грибы и насекомыевредители. Ввиду большого экологического вреда этот способ сейчас запрещен.
Электрогидравлический метод окорки основан на использовании механического воздействия ударной волны расходящегося потока жидкости и других факторов, возникающих при высоковольтном импульсном разряде в воде. Установка представляет собой заполненную водой ванну, в которую погружаются подлежащие окорке лесоматериалы. Вдоль бревен двигается каретка с электродами, к которым подводится постоянный ток от конденсаторов емкостью 2 мкФ каждый. Напряжение может регулироваться в диапазоне от 0 до 70 кВ. Расход электроэнергии на окорку свежесрубленной древесины при положительной температуре для березы и осины составляет 1080-2340 кДж/м3, для ели — 1680-2880 кДж/м3, на окорку мерзлой и сухой древесины — 7200-9000 кДж/м3. Ряд научных работ указывает, что этот способ целесообразно использовать для окорки лиственных пород на фанерном и спичечном производствах, а также для обработки низкокачественной древесины бревен неправильной формы. Но пока этот способ промышленного распространения не нашел.
При механической окорке принято выделять следующие методы разрушения и отделения коры: резание древесины острым резцом; сдвиг коры по камбиальному слою тупым резцом; трение бревен или трение бревна и тупого предмета; соударение бревен между собой или с твердым предметом.
Механическая окорка лесоматериалов резанием имеет ряд достоинств: стабильность и надежность окорки, то есть возможность гарантированного получения окоренной поверхности требуемого качества; управляемость процесса, то есть возможность регулировки толщины снимаемого слоя; возможность окорки лесоматериалов в любом состоянии — сухих, сплавных, мерзлых и т. д.; возможность одновременной зачистки остатков сучьев. Однако при окорке резанием неизбежны значительные потери древесины.
Механическая окорка тупыми короснимателями отличается от окорки резанием тем, что траектория движения рабочего органа окорочного станка зависит от профиля обрабатываемой поверхности. Этот способ окорки основан на различии механической прочности коры и древесины. Затупленный резец снимает кору по камбиальному слою, не внедряясь в древесину, что позволяет значительно сократить потери древесины. Сравнительно небольшое удельное сопротивление сдвигу коры по камбиальному слою обеспечивает возможность создавать высокопроизводительные станки небольшой энергоемкости. Однако сила сцепления коры с древесиной варьируется в широком диапазоне, в вегетационный период она в 8-10 раз меньше, чем в холодный период года. При понижении температуры до -6°С прочность коры возрастает до величин, близких к прочности древесины. Это означает, что гарантированное получение окоренной поверхности требуемого качества при использовании этого способа окорки возможно только в условиях обработки свежесрубленных и сплавных лесоматериалов при положительной температуре. Окорка мерзлых и подсушенных бревен возможна только до определенных пределов (лесоматериалы хорошо окариваются при влажности коры не менее 50-55%; при влажности ниже 40-45% окорку проводить трудно) и неизбежно сопровождается понижением производительности станков и низким качеством окоренной поверхности.
Принцип трения и соударения бревен между собой или с твердыми предметами воплощен в конструкции окорочных барабанов, которые используются для групповой окорки лесоматериалов. Наиболее эффективен этот метод при окорке лесоматериалов с шероховатой, в трещинах корой. Установки для групповой окорки отличаются высокой производительностью и применяются для окорки лесоматериалов малой длины и неправильной формы. Однако при отрицательных температурах, вследствие значительного увеличения сил сцепления древесины с корой, процесс окорки затрудняется, падает производительность оборудования, качество окоренной поверхности снижается, а потери древесины достигают 13-17%. С целью обеспечения нормальной работы установок для групповой окорки в зимних условиях требуется предварительный подогрев лесоматериалов в бассейнах с теплой водой.
