Dans l'ensemble du processus de fabrication du papier (« mise en pâte – fabrication du papier – finition »), le raffineur est un équipement clé qui détermine les performances des fibres et la qualité du papier. Par des actions physiques, chimiques ou une combinaison des deux, il coupe, fibrille et affine les fibres de pâte, permettant ainsi aux fibres initialement lâches de former des liaisons plus fortes et conférant au papier des propriétés essentielles telles que la résistance, l'uniformité et l'absorption d'encre. Des broyeurs à meules traditionnels aux équipements intelligents modernes, l'évolution technologique des raffineurs s'est toujours articulée autour des trois principes fondamentaux que sont « haute efficacité, précision et économie d'énergie », contribuant ainsi de manière significative à la modernisation de l'industrie papetière.

I. Fonctions principales et principe de fonctionnement des raffineurs

La mission principale d'un raffineur est d'« optimiser la morphologie des fibres », et son principe de fonctionnement peut se résumer à la « modification des fibres sous action mécanique » :

• Principe de baseLorsque la pâte à papier passe entre les disques (ou rouleaux) du raffineur, elle est soumise à des forces mécaniques combinées telles que le cisaillement, l'extrusion et le malaxage. Les parois cellulaires des fibres sont déchirées pour former des microfibrilles, et la surface acquiert une structure fibrillée dense. Parallèlement, les fibres trop longues sont coupées de manière appropriée, ce qui permet d'obtenir une distribution de la longueur des fibres plus conforme aux exigences de la fabrication du papier.
• Fonctions principalesPremièrement, améliorer la force de liaison des fibres pour conférer au papier une résistance à la traction, à la déchirure et à l'éclatement suffisantes ; deuxièmement, améliorer l'uniformité de l'entrelacement des fibres pour assurer l'homogénéité et la planéité du papier ; troisièmement, s'adapter aux besoins des différents types de papier, tels que le papier culturel nécessitant des fibres fines pour améliorer l'imprimabilité, et le papier d'emballage nécessitant des fibres épaisses et longues pour améliorer la rigidité.

II. Principaux types et caractéristiques techniques des raffineurs

Selon leur conception structurelle, leur méthode de travail et leurs scénarios d'application, les raffineurs courants de l'industrie papetière se divisent principalement en quatre catégories, chacune ayant ses propres spécificités techniques et son propre champ d'application :

1. Raffineur à disque

• Caractéristiques structurellesComposée d'un disque fixe et d'un disque rotatif, la surface de ce dernier présente des zones de meulage aux dentures de formes variées (dentelées, trapézoïdales, hélicoïdales, etc.). L'intensité du meulage est contrôlée par le réglage de l'écartement des disques.
• Avantages techniquesHaute efficacité de raffinage, modification uniforme des fibres. Grâce à la possibilité de modifier la forme des dents des disques, cet équipement s'adapte à diverses pâtes (pâte de bois, pâte de paille, pâte de papier recyclé), ce qui en fait le raffineur le plus utilisé pour la production de papier culturel, de papier d'emballage, de papier toilette et d'autres types de papier.
• Sous-typesRaffineur à disque unique (agissant sur un seul côté du disque), raffineur à double disque (agissant simultanément sur les deux côtés du disque), raffineur à triple disque (disque central stationnaire + deux disques latéraux rotatifs, efficacité supérieure).

2. Raffineur conique

• Caractéristiques structurellesCe procédé utilise une combinaison de stator et de rotor coniques. La pâte avance en spirale le long de l'entrefer conique, soumise à un cisaillement et une extrusion continus. L'intensité du raffinage est contrôlée avec précision par le réglage de l'entrefer.
• Avantages techniquesCe procédé réduit la coupe des fibres et offre une bonne fibrillation. Il convient aux papiers nécessitant une forte rétention de la longueur des fibres (comme le papier kraft et le carton de couverture). Il présente également une grande stabilité de fonctionnement et une faible consommation d'énergie. Il est couramment utilisé pour le raffinage secondaire de la pâte à papier recyclée ou le traitement fin de la pâte de haute qualité.

3. Raffineur cylindrique

• Caractéristiques structurellesComposé d'un rouleau de broyage cylindrique et d'une plaque de broyage en forme d'arc, le broyeur est doté de dents transversales ou hélicoïdales. Sa rotation entraîne le flux de pulpe et achève le processus de raffinage.
• Avantages techniquesHaute tolérance aux impuretés (grains de sable, fragments de plastique, etc.) dans la pâte à papier, faible risque d'encrassement. Convient au broyage grossier de la pâte à papier recyclée ou au prétraitement de matières premières fibreuses grossières comme la pâte de paille ; souvent utilisé en amont des lignes de production de pâte à papier.

4. Raffineur à haute consistance

• Caractéristiques structurellesAdapté aux environnements pulpaires à haute consistance (15 % à 40 %), ce broyeur utilise un dispositif d’alimentation spécifique (par exemple, une vis sans fin) pour assurer une entrée uniforme de la pulpe dans la zone de broyage. La forme des dents du disque, généralement larges et à grand espacement, optimise le malaxage des fibres.
• Avantages techniquesUn degré élevé de fibrillation des fibres et une forte adhérence permettent d'améliorer considérablement la résistance du papier. En milieu homogène, le découpage des fibres est réduit et la consommation d'énergie est faible. Ce procédé convient au raffinage fin des papiers haut de gamme (tels que les papiers couchés et les papiers spéciaux) ou à la transformation de la pâte à papier nécessitant une forte adhérence des fibres.

III. Paramètres techniques clés et principes de sélection des raffineurs

1. Paramètres techniques principaux

• Amélioration de la cohérenceOn distingue trois catégories de consistance : faible (≤ 8 %), moyenne (8 % à 15 %) et élevée (≥ 15 %). La consistance influe directement sur l’efficacité du raffinage et la morphologie des fibres ; par exemple, le raffinage à consistance élevée favorise la fibrillation, tandis que le raffinage à consistance faible favorise la coupe.
• Écart du disqueParamètre clé déterminant l'intensité du raffinage : plus l'écart est faible, plus le raffinage est intense. Il doit être ajusté dynamiquement en fonction du type de papier et des caractéristiques de la pâte (généralement contrôlé entre 0,1 et 1,0 mm).
• Forme et largeur de la dent du disqueLa forme de la dent influe sur la façon dont les fibres sont sollicitées (une dent de type cisaillement convient à la coupe, une dent de type pétrissage à la fibrillation). La largeur de la dent détermine la surface de contact de la zone de broyage, qui doit être adaptée au type de pulpe et à l'objectif de raffinage.
• Puissance du moteur et vitesse de rotationLa puissance détermine la capacité de raffinage (généralement de 55 à 1 000 kW), et la vitesse de rotation influe sur la vitesse linéaire du disque (généralement de 1 500 à 3 000 tr/min). Une vitesse linéaire plus élevée signifie une force de cisaillement plus importante, adaptée aux besoins de raffinage à haute intensité.
• CapacitéLe choix de l'équipement dépend de l'échelle de la ligne de production. La capacité d'un équipement est généralement de 5 à 100 tonnes par jour, et les lignes de production à grande échelle peuvent adopter une configuration en série ou en parallèle avec plusieurs unités.

2. Principes fondamentaux de sélection

• Adaptation aux exigences relatives au type de papierPour le papier d'emballage à haute résistance, la priorité est donnée aux raffineurs à haute consistance ou aux raffineurs coniques ; pour le papier culturel fin, on peut choisir des raffineurs à double disque ou à triple disque ; pour le traitement de la pâte à papier recyclée, on préfère les raffineurs cylindriques ou les raffineurs à disque résistants aux impuretés.
• Caractéristiques de la pâte à allumettesLa pâte de bois contient de longues fibres, il faut donc privilégier la fibrillation, et des raffineurs à haute consistance ou des raffineurs coniques sont envisageables ; la pâte de paille contient des fibres courtes, il faut donc contrôler le degré de coupe, et des raffineurs à disques à faible consistance sont envisageables ; la pâte de papier recyclé contient de nombreuses impuretés, il convient donc de choisir un équipement résistant au colmatage.
• Équilibre entre efficacité et consommation d'énergieEn fonction des exigences de capacité de la ligne de production, choisissez un équipement à faible consommation énergétique et à rendement de raffinage élevé. Par exemple, les lignes de production à grande échelle peuvent utiliser des raffineurs à triple disque, tandis que les lignes de production de petite et moyenne taille peuvent utiliser des raffineurs à simple ou double disque.
• Considérer l'adaptabilité intelligenteLes raffineurs modernes sont généralement équipés de systèmes de contrôle PLC permettant une surveillance en temps réel du processus de raffinage (longueur des fibres, consistance de la pâte, usure des disques, etc.) et un contrôle automatique en boucle fermée. Lors du choix d'un tel système, il est essentiel de prendre en compte le niveau d'intelligence de la ligne de production et de privilégier les équipements connectables en réseau et faciles à entretenir.

IV. Tendances de développement technologique des raffineurs

Avec la transformation de l’industrie papetière vers une approche « verte, à faible émission de carbone, à haute efficacité, intelligente et de haute qualité », la technologie des raffineurs présente trois grandes orientations de développement :

• Mise à niveau intelligenteIntégrer des capteurs, l'Internet des objets et la technologie de l'IA pour réaliser une surveillance en temps réel du processus de raffinage et un contrôle automatique en boucle fermée, améliorant ainsi la précision et la stabilité du raffinage.
• Amélioration des économies d'énergieL’optimisation de la conception de la structure du disque (par exemple, une forme de dent bionique), l’adoption de moteurs à haut rendement et d’une technologie de régulation de vitesse par conversion de fréquence permettent de réduire la consommation d’énergie de l’unité de raffinage. Certains raffineurs de nouvelle génération permettent de réduire la consommation d’énergie de 15 à 30 % par rapport aux équipements traditionnels.
• Intégration multifonctionnelleDévelopper des équipements intégrés de « raffinage – tamisage – purification » afin de réduire les processus de production et l’espace au sol nécessaire ; cibler les besoins en papiers spéciaux, développer des raffineurs spéciaux (tels que des raffineurs de fibres ultrafines, des raffineurs spéciaux de pâte biomécanique) afin d’élargir les scénarios d’application.

En tant qu'élément central de la production papetière, le niveau technique des raffineurs influe directement sur la qualité du papier, l'efficacité de la production et les performances environnementales. Dans un contexte de développement axé sur la qualité, le choix de raffineurs adaptés, l'optimisation des paramètres techniques clés et le suivi des évolutions en matière d'intelligence et d'économie d'énergie constituent des garanties essentielles pour renforcer la compétitivité des entreprises papetières.