AT510785A2 - Mechanischer halbstoff sowie ein system und ein verfahren zur produktion mechanischen halbstoffes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Produktion mechanischen Halbstoffes aus einem Rohmaterial auf Zeilulosebasis durch Waschen desselben in einer Schnitzelwaschanlage (2). In einem Halbstoff-Eindicker (4) wird Wasser aus dem gewaschenen Rohmaterial entfernt und der Halbstoff wird in mindestens einem Refiner (6) gemahlen, der mindestens ein erstes Messer und ein Gegenstück umfasst, wobei der Abstand zwischen dem ersten Messer und dem Gegenstück den Schnittspalt bestimmt. Bei dem Verfahren wird das Rohmaterial vor dem Mahlen des Halbstoffes im Refiner (6) außerdem durch mindestens einen Vorzerfaserer (3) vorzerfasert. Die Erfindung betrifft außerdem ein System zur Produktion mechanischen Halbstoffes aus einem Rohmaterial auf Zellulosebasis. Das System umfassteine Waschanlage (2), einen Halbstoff-Eindicker (4) und mindestens einen Refiner (6), der einen Mahlzwischenraum umfasst und mindestens ein erstes Messer und ein Gegenstück, wobei der Abstandzwischen dem ersten Messer und dem Gegenstück den Schnittspalt bestimmt. Das System umfasst einen Vorzerfaserer (3), der vor dem Refiner (6) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung des Verfahrens und des Systems bei der Herstellung eines Papierproduktes.

Description

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MECHANISCHER HALBSTOFF SOWIE EIN SYSTEM UND EIN VERFAHREN ZUR PRODUKTION MECHANISCHEN HALBSTOFFES

Gebiet der Erfindung 5

Die Erfindung betrifft mechanischen Halbstoff sowie ein System und ein Verfahren zur Produktion mechanischen Halbstoffes.

Allgemeiner Stand der Technik 10

Mechanischer Halbstoff wird industriell durch Schleifen oder Mahlen von Holzrohmaterial produziert. Die Produktion von Halbstoff durch beide Verfahren erfordert eine beträchtliche Menge Mahlenergie, wodurch in dieser Produktionsstufe besonders hohe Energiekosten 15 entstehen.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere den Prozess der Produktion mechanischen Refiner-Halbstoffes, bei der das dem Prozess zugeführte Faserrohmaterial in Form von Stücken, zum 20 Beispiel Holzschnitzeln oder dergleichen, vorhanden ist Der Prozess zur Herstellung mechanischen Refiner-Halbstoffes weist keinen eigentlichen Vorzerfaserer auf, sondern das Mahlen wird im ersten Schritt an Holzschnitzeln ausgeführt. Nach dem Mahlen im ersten Schritt wird der Halbstoff im zweiten Schritt in einen Refiner überführt. 25 Nach diesen primären Refinern wird der Halbstoff sortiert und ein Teil des Halbstoffes wird in einem Rejekt-Refiner erneut gemahlen.

Das Mahlen mechanischen Refiner-Halbstoffes wird normalerweise durch Hochkonsistenzmahlen oder so genanntes HC-Refining in einem 30 Scheibenrefiner zwischen zwei Refinerscheiben ausgeführt, die eine profilierte Oberfläche aufweisen. Ein derartiger Refiner weist einen kleinen Schnittspalt auf, lediglich etwa 0,2 mm.

Eine andere Art Refiner, der zur Produktion von Halbstoff verwendet 35 wird, ist ein Kegelrefiner. Beim Kegelrefiner wird das Faserrohmaterial einem Mahlbereich zugeführt, der durch einen konischen, sich drehenden Rotor und einen den Rotor umgebenden Stator gebildet ist 2 ·· ·· Λ • · · • · · · * • ·· m *·«· ·* ♦ und in dem es zu HalbstofF vermahlen wird. Dieser Prozess wird normalerweise in Form einer Niederkonsistenz-Halbstoffverarbeitung bei einer Konsistenz von etwa 4% derart ausgeführt, dass der Schnittspalt sehr klein, nahezu ein Messerkontakt ist. Das Mahlen 5 basiert auf der Tatsache, dass in einem derartig kleinen Schnittspalt die Faser abgeflacht wird, und der Schnittspalt wird mit Wasser geschmiert, das reichlich vorhanden ist. Diese Art der Verarbeitung ist jedoch zum Beispiel für das Mahlen im ersten Schritt ungeeignet. 10 Zum Beispiel liegt der Energieverbrauch bei der Herstellung von mechanischem Refiner-Halbstoff für LWC-Papier (Light-Weight-Coated-Papier) typischerweise bei etwa 3 MWh/Tonne. Infolge der Energieintensität des Zerfaserungsprozesses können die Wege zur Reduzierung des Energiebedarfs für eine Tonne des Produktes um nur 15 einige Prozent zu deutlichen Einsparungen bei den Produktionskosten führen.

Kurzdarstellung der Erfindung 20 Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Lösung des oben erwähnten Problems des Energieverbrauchs dergestalt darzubieten, dass mechanischer Halbstoff mit deutlich geringerem Energieverbrauch hergestellt werden kann als nach dem Stand der Technik. 25 Die Lösung gemäß der Erfindung für die Produktion mechanischen Halbstoffes umfasst im Wesentlichen einen separaten Niedrigenergie-Vorzerfaserungsschritt, der eine deutliche Verringerung des Energieverbrauchs von einem oder mehreren Refinern ermöglicht, die zur Produktion von Halbstoff verwendet werden. Darüber hinaus 30 verbraucht das Mahlverfahren der Lösung weniger Mahlenergie als Lösungen nach dem Stand der Technik. Bei dem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wird Halbstoff, der im Mahlschritt bereits vorzerfasert wurde, vorzugsweise als Hochkonsistenz-Halbstoff in einem Kegelrefiner derart gemahlen, dass das Mahlen 35 vorzugsweise mit einem Schnittspalt ausgeführt wird, der größer als üblich ist. 3 3 • · ♦ * » * ·· ·\ * · · * • »· * * * ····

Um das Ziel der Erfindung zu erreichen, ist das Verfahren gemäß der Erfindung primär durch das gekennzeichnet, was im kennzeichnenden Teil des angefügten Anspruchs 1 dargelegt ist. Das System gemäß der Erfindung ist durch das gekennzeichnet, was im kennzeichnenden Teil 5 des angefügten Anspruchs 5 dargestellt ist. Die Verwendung mechanischen Halbstoffes im Herstellungsprozess eines Papierproduktes gemäß der Erfindung ist durch das gekennzeichnet, was im kennzeichnenden Teil des angefügten Anspruchs 12 dargestellt Ist. 10

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der angefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen: 15

Fig. 1 ein Beispiel eines Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Vorzerfaserer gemäß einer Ausführungsform der 20 Erfindung,

Fig. 3a-b einen Rotor für einen Vorzerfaserer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, 25 Fig. 4 einen Rotor für einen Refiner gemäß einem Beispiel der Erfindung in einem Längsschnitt in axialer Richtung und

Fig. 5 einen Rotor eines Refiners gemäß Fig. 4 aus Blickrichtung von vorn. 30

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Figur 1 zeigt eine allgemeine Ansicht des energiesparenden Verfahrens zur Herstellung mechanischen Halbstoffes gemäß einer 35 vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung. Holzschnitzel in einem Rohmaterial auf Zellulosebasis, das einem Vorwärmbehälter 1 zugeführt wird, wurden vorzugsweise derart geschnitzelt und gesiebt, 4 ·· ♦· * · · · » * * · » * « * , · t « ·« ·· t* ♦* » « • «· • »V·· ·* dass die dem Vorwärmbehälter 1 zugeführten Schnitzel im Wesentlichen eine längliche Form aufweisen. Typischerweise sind die Schnitzel keine regelmäßigen Stücke, sondern ihre Form und Größe kann variieren. Um der Klarheit Willen kann die Form der Schnitzel 5 jedoch als ein dreidimensionales Stück mit mindestens drei verschiedenen Abmessungen beschrieben werden: eine erste Länge, eine zweite Länge und eine dritte Länge. Die Schnitzel weisen typischerweise mindestens eine Seite auf, die länger als die anderen Seiten ist. Darüber hinaus sind die zwei kürzeren Seiten der Schnitzel 10 gewöhnlich nicht gleich lang, sondern die zweitlängste Seite des Schnitzels, die sogenannte Breite des Schnitzels, ist oftmals größer als die kürzeste Seite des Schnitzels, die sogenannte Dicke des Schnitzels. Die Bezeichnungen längste Seite, zweitlängste Seite und kürzeste Seite für die Seiten des Schnitzels können in der vorliegenden 15 Beschreibung verwendet werden, ohne den Schutzumfang dieser Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken. In diesem Zusammenhang sei jedoch angemerkt, dass die Seiten der Schnitzel nicht zwangsläufig regelmäßig sind, sondern Unregelmäßigkeiten umfassen können, und dass die oben angeführte Definition der drei 20 Seiten nicht immer genau mit der Form jedes Schnitzels übereinstimmt.

Die längste Seite des Schnitzels (die Länge des Schnitzels) ist vorzugsweise mindestens doppelt, bevorzugter mindestens drei- oder viermal so lang wie die zweitlängste Seite des Schnitzels (die Breite 25 des Schnitzels).

Die gesiebten Schnitzel werden im Vorwärmbehälter 1 vorgewärmt, zum Beispiel durch Dampf, der während des Mahlens produziert wird. Die Haltezeit Im Vorwärmbehälter 1, das heißt die durchschnittliche 30 Zeit, während der der Halbstoff im Behälter gehalten wird, beträgt vorzugsweise etwa 3 bis 6 Minuten. Vom Vorwärmbehälter 1 aus werden die Schnitzel vorzugsweise einer Schnitzelwaschanlage 2 zugeführt. Die Einstellung der Produktionsmenge wird vorzugsweise über einen Schneckendosierer vorgenommen, der zum Beispiel eine 35 geschwindigkeitsgesteuerte Schnecke sein kann, die zwischen dem Vorwärmbehälter 1 und der Schnitzelwaschanlage 2 angeordnet ist. Die Aufgabe der Schnitzel Waschanlage 2 besteht darin, Fremdkörper 5 5 «· ♦· ft · · · • * · * • * · * * · · * • ·· ·· ·« « · * · • · ··-♦ · · ! • · ·_ ♦ ·♦ **·· ·* von den in das System eingegeben Schnitzeln, wie zum Beispiel Sand, der mit den Schnitzeln in das System geführt wird, abzuwaschen oder mindestens ihre Menge deutlich zu verringern. Das Entfernen von Sand und ähnlichen Fremdkörpern von den Schnitzeln wird 5 vorzugsweise vorgenommen, bevor die Schnitzel in den Vorzerfaserer 3 überführt werden, so dass die Messer des Vorzerfaserers 3 eine längere Lebensdauer im arbeitsfähigen Zustand aufweisen.

Von der Schnitzelwaschanlage 2 werden die Schnitzel vorzugsweise in 10 einem stetigen Strom zum Vorzerfaserer 3 geführt, welcher die Feinzerfaserung ausführt. Der Zweck der Vorzerfaserung besteht darin, die Schnitzel mit geringem Energieverbrauch in eine derartige Form umzuwandeln, dass die Schnitzel mit den eigentlichen Refinern 6, 7 in energieeffizienter Weise zerfasert werden können. Die 15 Vorzerfaserung wird in Verbindung mit Fig. 2 und 3 ausführlicher beschrieben. Die Überführung der Schnitzel aus der Waschanlage zum Vorzerfaserer 3 wird vorzugsweise mit Waschwasser derart ausgeführt, dass die Konsistenz des Rohmaterials, das in den Vorzerfaserer 3 eintritt, vorzugsweise 2 bis 6 % beträgt, 20

Die Position des Vorzerfaserers 3 liegt vorzugsweise zwischen der Schnitzel Waschanlage 2 und einem Halbstoff-Eindicker 4, so dass keine separates Verdünnen oder Eindicken ausgeführt werden muss, das im Wesentlichen nicht zum System gehört. Der oben angeführte 25 Vorzerfaserer 3 ist vorzugsweise eine Vorrichtung, die in der wässrigen Phase arbeitet, die Schnitzel fein aufschließt und die Schnitzel zu „Stäbchen” umwandelt. In der vorliegenden Anmeldung bezeichnet das Herstellen von Stäbchen einen Vorgang, in welchem die Schnitzel zu einem deutlich dünneren, stäbchenähnlichen Stück als zuvor werden. 30 Ein derartiges einzelnes Stück, das zu einem Stäbchen gemacht wurde, weist eine durchschnittliche Länge von 10 bis 15 mm und eine Breite von etwa 0,2 bis 0,8 mm auf.

Die Vorzerfaserung trägt die Schnitzel vorzugsweise Schicht für 35 Schicht von außen nach innen ab, so dass der Schnitzel zu einer Fraktion von Stäbchen fein „abgewickelt” wird. Im System ist mindestens ein Vorzerfaserer 3 vorhanden, es können aber auch 6 6 • * ft ft I ft ft ft ft ft· • ft ft • ft ft · • ft • ft m · • · ♦ • ♦ • ft ft • · • « • ftftft ft··· • ft ··· ft * mehrere von ihnen vorhanden sein. Für die Vorzerfaserung ist es entscheidend, dass die durch die Vorzerfaserung gebildete Fraktion von Stäbchen mit besonders geringem Energieverbrauch produziert wird, der vorteilhafterweise nicht mehr als 50 kWh/t, vorteilhafter nicht 5 mehr als 40 kWh/t und am vorteilhaftesten nicht mehr als30 kWh/t beträgt. Das Mahlen der Fraktion von Stäbchen, die durch die Vorzerfaserung mit geringem Energieverbrauch gebildet wurde, wird dann mit den eigentlichen Refinern 6, 7 mit deutlich geringerem Energieverbrauch ausgeführt, als er für das Mahlen größerer Schnitzel 10 erforderlich ist.

Einige vorteilhafte Beispiele des Vorzerfaserers 3 werden in Verbindung mit Fig. 2 und 3 ausführlicher dargestellt. Ein alternatives Beispiel des Vorzerfaserers 3 wird außerdem in Verbindung mit Fig. 4 15 und 5 dargestelit.

Vorzugsweise wird der Halbstoff, der Stäbchen enthält, vom Vorzerfaserer 3 zum Halbstoff-Eindicker 4 geführt, in welchem überschüssiges Wasser aus dem Halbstoff entfernt wird, bis der 20 Halbstoff vor dem eigentlichen Mahlen in einen Vorwärmer geführt wird. Das im Halbstoff-Eindicker 4 entfernte Wasser wird vorteilhafterweise derart in das System zurückgeführt, dass das Wasser zum Beispiel in den Vofwärmbehälter 1 zurückgeführt wird. Der Halbstoff-Eindicker 4 kann eine Vorrichtung nach dem Stand der 25 Technik sein, wie beispielsweise eine Schnecke, um die herum eine perforierte Trommel angeordnet ist.

Die Fraktion von Stäbchen wird im ersten Schritt vom Halbstoff-Eindicker 4 vorzugsweise über den Vorwärmer 5 zu einem Kegelrefiner 30 6 geführt, wo mit einem großen Schnittspalt von 0,5 bis 5 mm ein

Kompressionsmahlen (compression refining) ausgeführt wird. Im Mahlschritt werden die Schnitzel, die im Vorzerfaserer 3 zu Stäbchen geformt wurden, entweder in einem oder in zwei Schritten komprimiert und gemahlen. Dieses Mahlverfahren verbraucht deutlich weniger 35 Energie als die Lösungen nach dem Stand der Technik; die von einem einzelnen Kegelrefiner verbrauchte spezifische Energie kann so gering sein, dass sie etwa 500 kWh/t beträgt. 7 Μ *· » ·· · 9 * · • * · I ♦ · < #· «· Φ· »» · · • * • · »· ·

Wird das eigentliche Mahlen nach der Vorzerfaserung in zwei Schritten ausgeführt, wird der Halbstoff vorzugsweise vom Refiner 6 im ersten Schritt über einen Dampfabscheider 9 zu einem Refiner 7 im zweiten 5 Schritt geführt, wo das Kompressionsmahlen zum Beispiel auf die gleiche Weise wie im ersten Mahlschritt ausgeführt wird. Die von den Refinern 6, 7 verbrauchte spezifische Energie kann sowohl im ersten als auch im zweiten Mahlschritt gleich sein, doch kann die von den Refinern verbrauchte spezifische Energie zwischen dem Refiner 6 im 10 ersten Schritt und dem Refiner 7 im zweiten Schritt auch variieren. Nach dem Mahlen im zweiten Schritt wird der Halbstoff vorzugsweise vom Refiner 7 im zweiten Schritt über einen Dampfabscheider 10 zu einem Behälter 8 zum Beseitigen von Latenz geführt. Wird das Mahlen im zweiten Schritt ganz vom Prozess ausgelassen, wird der Halbstoff 15 vorzugsweise bereits nach dem Refiner im ersten Schritt in den Behälter 8 zum Beseitigen von Latenz geführt. Nach dem Behälter 8 zum Beseitigen von Latenz kann der Halbstoff zur Siebung überführt werden, wo eine Rejekt-Fraktion abgetrennt wird, die mit einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik gemahlen werden soll. Die 20 Verarbeitung der Rejekt-Fraktion ist kein Teil der Erfindung und wird in der vorliegenden Anmeldung nicht näher beschrieben.

Figur 2 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform des Vorzerfaserers 3 in einer Querschnittsansicht. Der Vorzerfaserer 3 der Fig. 2 kann zum 25 Beispiel ein aus der Papierindustrie bekannter Rejekt-Zerfaserer mit Drei-Stufen-Messern sein, oder eine entsprechende Einrichtung, in deren Messern das Komprimieren und dadurch die Mahlzerfaserung stattfindet. Der Vorzerfaserer umfasst einen Stator S und einen Rotor R sowie entsprechende Zerfaserungselemente. Bei einer vorteilhaften 30 Ausführungsform der Erfindung umfassen die Zerfaserungselemente ein erstes Messer und ein zweites Messer, wobei das zweite Messer als Gegenstück zum ersten Messer dient. Der Abstand zwischen dem ersten Messer und dem Gegenstück bestimmt den Schnittspalt. 35 Im Vorzerfaserer 3 werden die vorgewärmten Schnitzel durch einen Wasserstrahl und mit besonderes geringem Energieverbrauch, der vorzugsweise nur bei etwa 30 kWh/t liegt, fein zu einer Fraktion von 8

Stäbchen zerkleinert. Die Konsistenz des in den Vorzerfaserer 3 eintreienden Halbstoffes beträgt vorteilhafterweise 2 bis 6 %, vorzugsweise 3 bis 5 %. Im System ist mindesten ein Vorzerfaserer 3 vorhanden, es können jedoch auch mehrere Vorzerfaserer vorhanden 5 sein, zum Beispiel zwei.

Der Faserhalbstoff wird dem Vorzerfaserer 3 in Richtung der Drehachse A des Rotors R darin zugeführt. Die Außenfläche des Rotors R und die Innenfläche des Stators S weisen im Allgemeinen 10 eine Kegelform auf und bilden zwischen sich den oben angeführten Verarbeitungsbereich Z, wobei sich der Durchmesser des Bereichs in Zufuhrrichtung vergrößert und der Bereich in der Querschnittsebene senkrecht zur Drehachse des Rotors R eine ringähnliche Form aufweist. Der Schnittspalt im Bereich Z liegt vorzugsweise im Bereich 15 von 1 bis 7 mm, am bevorzugtesten im Bereich von 3 bis 5 mm.

Der Bereich Z kann aus aufeinander folgenden Unterbereichen Z1, Z2 und Z3 gebildet sein, welche das Fasermaterial in einer Abfolge durchläuft. So werden die Schnittspalte in Zufuhrrichtung vorzugsweise 20 derart schrittweise verkleinert, dass der Spalt im ersten Unterbereich Z1 am größten und im dritten Unterbereich Z3 am kleinsten ist. Zum Beispiel können die Spalte derart bereitgestellt sein, dass der Spalt im ersten Unterbereich Z1 5 mm (±1 bis 2 mm), der Spalt im zweiten Unterbereich Z2 4 mm (±1 bis 2 mm) und der Spalt im dritten 25 Unterbereich Z3 3 mm (±1 bis 2 mm) beträgt. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, können sich die Unterbereiche in axialer Richtung im Verhältnis zur Drehachse in einem niedrigeren Steigungswinkel als bei der gewöhnlichen Kegelform erstrecken. Im vorliegenden Fall sind die Unterbereiche Z1, Z2, Z3 im Verhältnis zueinander derart schrittweise 30 angeordnet, dass zwischen zwei aufeinander folgenden Unterbereichen ein Durchgangsweg in Radialrichtung besteht, über den der zu verarbeitende Halbstoff in den nächsten Unterbereich überführt wird. 35 Im Verarbeitungsbereich Z sind die Kämme auf derselben Messerfläche im Wesentlichen parallel und die Kämme auf den gegenüberliegenden Messern sind vorteiihafterweise leicht gekreuzt, 9 d. h. liegen im Verhältnis zur axialen Richtung (Richtung der Drehachse) in einem kleinen Winkel zueinander. Vorteilhafterweise trifft dies für alle Unterbereiche zu, wenn im Verarbeitungsbereich mehrere Unterbereiche vorhanden sind. Es können auch mehr als die 5 drei in Fig. 2 dargestellten Unterbereiche vorhanden sein. Zum Beispiel ist es möglich, Vorzerfaserer 3 zu nutzen, in denen der konische Rotor R und Stator S zum Beispiel vier oder fünf schrittweise Verarbeitungsbereiche bilden. 10 Figur 3a und 3b zeigen eine vorteilhafte Ausführungsform für die Messer des Rotors des Vorzerfaserers 3, der zum Mahlen der Schnitzel zu Stäbchen gut geeignet ist. Anstelle des in Fig. 2 gezeigten Vorzerfaserers 3 kann der Vorzerfaserer 3 zum Beispiel einer sogenannten Astzerkleinerungsmaschine ähneln, die zum Beispiel in 15 der Zellstoffindustrie verwendet wird. Figur 3a zeigt eine allgemeine Ansicht des Rotors R. Figur 3b zeigt einen vorteilhaften Messerwinkel der Zerfaserungselemente R.1 des Rotors R gemäß einer Ausführungsform der Fig. 3a in Bezug zur Mitte des Rotors oder eines Gegenstücks, wie zum Beispiel eines Gegenmessers. Bei einer 20 vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfassen die Zerfaserungselemente ein erstes Messer R.1 und ein zweites Messer (in Fig. 3 nicht gezeigt), wobei das zweite Messer als Gegenstück zum ersten Messer R.1 dient. Der Abstand zwischen dem ersten Messer und dem Gegenstück bestimmt den Schnittspalt. 25

Wird das in Fig. 3a und 3b gezeigte Messersystem des Vorzerfaserers 3 angewandt, werden die Schnitzel bei einer geringen Konsistenz von vorteilhafterweise 2 bis 6 % und vorzugsweise 3 bis 5 % in den Zwischenraum zwischen dem Messer R.1 und seinem Gegenstück 30 geführt. Dank des reichlichen Vorhandenseins von Wasser richten sich die länglichen Schnitzel tendenziell im Wesentlichen in

Strömungsrichtung aus, wodurch die Vorzerfaserung derart erhöht wird, dass das Messer R.1 zusammen mit dem Gegenstück die Schnitzel mit geringem Energieverbrauch sacht zu einer Fraktion von 35 Stäbchen abschält. 10 * * · · « a··· · Φ · # ·

Der Zwischenraum zwischen dem Gegenstück und dem Rotor R, in den die Schnitzel mit der Strömung geführt werden, ist zuerst vorteilhafterweise ein relativ großer Zwischenraum, zum Beispiel mit einer Höhe von etwa 10 bis 20 mm, und wird schrittweise derart 5 schmaler, dass am Ende der Zerfaserung der Schnittspalt vorteilhafterweise nur etwa 2 bis 6 mm beträgt. Das Messersystem des Rotors R ist vorteilhafterweise höher und weist Zähne mit größeren Spalten auf als das Messersystem des Stators, das als Gegenstück verwendet wird. Die Rotormesser R.1 weisen mit dem Gegenstück 10 eine Wirkung auf, die vorzugsweise sowohl Kompression als auch Mahlen ist.

Die Kanten des Rotors R und des Gegenstücks bilden einen Schnittwinkel a, der vorteilhafterweise 0° bis 40° und vorteilhafter 5° bis 15 30° beträgt. Vorzugsweise ist dieser Schnittwinkel α (In Fig. 3b gezeigt) derart gebildet, dass die Kanten des Gegenstücks (in Fig. 3 nicht gezeigt) gerade sind und die Kanten des Rotors R schräg. Der Winkel kann jedoch auch derart gebildet sein, dass der Rotor R gerade Kanten aufweist und das Gegenstück schräge Kanten, oder derart, dass 20 sowohl das Gegenstück als auch der Rotor R schräge Kanten aufweisen. Die Drehgeschwindigkeit und/oder -richtung des Rotors R kann als eine Steuervariable verwendet werden, um Halbstoff mit gewünschter Qualität zu produzieren. 25 Wird der Winkel α verwendet, ist die Verarbeitung des Rohmaterials dank der Vorzerfaserung feiner als zuvor, so dass die Schnitzel in einer Weise vorzerfasert werden können, die kaum eine Faserbeschädigung verursacht, welche die Fasereigenschaften verschlechtern würde. Darüber hinaus wird dank des Schnittwlnkels α, der für das vorteilhafte 30 Messerverhältnis zwischen dem Rotor R und seinem Gegenstück gewählt ist, eine besondere Pumpwirkung produziert, um den Halbstoff zu bewegen. Durch Einstellen der Pumpwirkung ist es möglich, die Strömungsrate des Halbstoffes zu beeinflussen, der den Vorzerfaserer 3 durchläuft. In der Praxis kann dies zum Beispiel durch Beeinflussen 35 der Drehgeschwindigkeit und/oder -richtung des Rotors R erfolgen, um entweder über eine Halte- oder eine Pumpwirkung einer gewünschten Stärke zu verfügen. 11

Zusätzlich zu diesen in Fig. 2 und 3 gezeigten Beispielen kann der Vorzerfaserer 3 zum Beispiel auch ein Kegelrefiner 21 sein (in Fig. 4 bis 5 gezeigt), dessen Messersystem aus einem haltenden äußeren 5 Messer mit kurzen Zähnen und einem Rotormesser mit hohen, beabstandeten Zähnen besteht.

Figur 4 zeigt ein Beispiel eines Kegelrefiners 21 der im System gemäß der Erfindung angewandt wird, vorzugsweise als Refiner 6 im ersten 10 Schritt und/oder als Refinder 7 im zweiten Schritt. Der Kegelrefiner 21 der Fig. 4 ist mit Parametern, die zur Vorzerfaserung geeignet sind und sich von denen des Hauptrefiners unterschieden, außerdem zur Verwendung als Vorzerfaserer 3 geeignet. Der Refiner 6, 7 umfasst einen Stator S und einen Rotor R sowie Zerfaserungselemente. Bei 15 einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfassen die

Zerfaserungselemente ein erstes Messer und eine zweites Messer, wobei das zweite Messer als Gegenstück zum ersten Messer dient. Der Abstand zwischen dem ersten Messer und dem Gegenstück bestimmt den Schnittspalt. 20

Das Mahlen mit dem Refiner 6 im ersten Schritt und dem Refiner 7 im zweiten Schritt ist ein Hochkonsistenzmahlen, bei dem die Halbstoffkonsistenz mindestens 10%, vorteilhafterweise mindestens 18 % beträgt. Das Mahlen kann auch in einer noch trockneren 25 Umgebung erfolgen, wobei die Halbstoffkonsistenz mindesten 30 % betragen kann, zum Beispiel in der Größenordnung von 50 %. Die Konsistenz des zu mahlenden Halbstoffes wird vorteilhafterweise durch Zusetzen einer geeigneten Wassermenge zum Holzrohmaterial, das in den Refiner 6, 7 eintritt, eingestellt. Wird als Vorzerfaserer 3 der 30 Kegelrefiner 21 verwendet, wird der Halbstoff vorzugsweise mit Waschwasser bei einer Konsistenz von 2 bis 6 % in den Kegelrefiner 21 geführt, der als Vorzerfaserer 3 verwendet wird.

Der Kegelrefiner 21 umfasst einen Rotor R, der drehbar um eine Achse 35 A im Inneren eines Stators S angeordnet ist, und Messer, die am Umfang des Rotors, gegenüber dem Stator, bereitgestellt sind. Somit ist zwischen dem Rotor und dem Stator in axialer Richtung ein « Φ i · · · a 4 4 · 4 • 4 · ♦ * 4 4 4 4 4 4 4 ·· · · 12 ringförmiger Mahlzwischenraum 22 gebildet, der den Schnittspalt zwischen den Messern des Rotors R und der Innenfläche des Stators S umfasst, in welchem das Mahlen stattfindet. Der hochkonzentrierte Halbstoff kann durch die vom Rotor verursachte Zentrifugalkraft in den 5 Schnittspalt geführt werden.

Die Zufuhrelemente 11 des Refiners sind angeordnet, um hochkonzentrierten Halbstoff in den Mahlzwischenraum 22 einzuführen. Vorteilhafterweise ist der Schnittspalt relativ groß, etwa 10 0,5 bis 5 mm, vorzugsweise 1 bis 3 mm. Die sich gegenüberliegenden

Flächen (die Mahlfläche des Rotormessers und die Innenfläche des Stators) sind mit einer ausreichenden Rauheit / feinen Zahnung ausgestattet, um mit dem Halbstoff dazwischen ausreichend Reibung zu haben. Auf diese Weise können im Halbstoff Scherkräfte erzeugt 15 werden und die Fasern werden außerdem im Schnittspalt gegeneinander geneben. Somit kann die Mahlenergie mit guter Effizienz auf den Halbstoff gerichtet werden.

Holzbasiertes Rohmaterial, das ein vom Vorzerfaserer 3 (oder einem 20 Refiner im ersten Schritt) bereits teilweise gemahlener Halbstoff ist, wird zum Beispiel durch eine Zufuhrschnecke in Richtung eines Pfeils V dem ersten Ende des Rotors zugeführt, d. h. dem Anfangsende des Mahlbereichs. Am Anfangsende des Mahlzwischenraumes zwischen dem Rotor und dem Stator befinden 25 sich am Rotor angebrachte Zerkleinerungszähne 12, die die Aufgabe besitzen, das zugeführte Rohmaterial zu zerkleinern, bevor es in den eigentlichen Mahlzwischenraum eintritt, wo er zu Fasern vermahlen wird. Das zu mahlende Rohmaterial durchläuft den Mahlzwischenraum zwischen dem Rotor und dem Stator in axialer Richtung in einer 30 vorgegebenen Haltezeit, nach deren Ablauf es als gemahlener Halbstoff aus dem Refiner entnommen wird. Die Haltezeit in einem derartigen Kegelrefiner ist länger als die in herkömmlichen Scheibenrefinern, in denen die Zentrifugalkraft den Halbstoff eher wegträgt und ihn nicht in den Mahlbereich pressen kann.

Figur 5 zeigt ein Beispiel eines Rotors eines Kegelrefiners gemäß Fig. 4, vom Anfangsende des Mahlbereichs aus betrachtet. Der Rotor 35

• ·

13 des Refiners gemäß dem Beispiel umfasst typischerweise axial gerichtete Messer 13, die an seinem Umfang mit bestimmten Intervallen beabstandet sind, wobei zwischen ihnen Durchgangswege 14 gebildet sind und der Boden der Durchgangswege durch den 5 Körper des Rotors R gebildet ist. Die thermische Energie, die beim Hochkonsistenzmahlen erzeugt wird, wandelt im Halbstoff vorhandenes Wasser in Dampf um, wobei die Durchgangswege 14, die sich vom Zufuhrende aus in axialer Richtung zum Auslassende erstrecken, den Dampf aus dem Mahlbereich führen. Die Messer 13 10 und die Durchgangswege 14 erstrecken sich in einem Winkel entsprechend der Kegelform des Rotors R nach außen. Die Höhe der Messer 13 vom Körper des Rotors R aus, d. h. die Tiefe der Durchgangswege 14 kann zum Beispiel 5 bis 15 mm, vorteilhafterweise etwa 10 mm betragen. 15

Darüber hinaus ist es für die Durchgangswege 14 des Rotors R typisch, dass die Durchgangswege 14 bei Verwendung des Kegelrefiners als Refiner 6 im ersten Schritt oder als Refiner 7 im zweiten Schritt vorzugsweise keine Hindernisse, so genannte 20 „Dämme”, aufweisen, die vom Niedrigkonsistenzmahlen bekannt sind, sondern die dadurch gebildeten Durchgangswege vom Anfangsende (Zufuhrende) des Rotors zum hinteren Ende (Auslassende) des Rotors hin offen sind, so dass der während des Mahlens erzeugte Dampf im Wesentlichen frei zum hinteren Ende des Rotors und aus dem 25 Mahlbereich strömen kann. Auf diese Weise wird Mahlenergie derart auf die mechanische Berarbeitung des Halbstoffes im Mahlzwischenraum gerichtet, dass die energieverbrauchende Erzeugung von Dampf aus Wasser im Halbstoff minimiert wird. Wird jedoch insbesondere ein Kegelrefiner als Vorzerfaserer 3 verwendet, 30 können die Durchgangswege seines Rotors auch diese sogenannten Dämme aufweisen.

Der Gesamtbedarf an Mahlenergie ist mit der allgemeinen Anordnung gemäß der Erfindung deutlich geringer. Zum Beispiel kann der für die 35 Produktion eines LWC-Grades erforderliche Gesamtbedarf an Mahlenergie mit der Anordnung gemäß der Erfindung etwa die Hälfte oder weniger als die Hälfte des Bedarfs an Mahlenergie bei Lösungen 14 • · < ft··· ·· nach dem Stand der Technik betragen, das heißt, sogar nur 900 bis 1100kWh/t. Wird nur ein eigentlicher Refiner 6 zusätzlich zum Vorzerfaserer 3 verwendet, kann die erforderliche Mahlenergiemenge sogar noch geringer sein. 5

Mechanischer Halbstoff, der mit dem Verfahren und System gemäß der oben beschriebenen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hergestellt wird, kann zum Beispiel im Herstellungsprozess eines Papierproduktes verwendet werden. 10

Die Erfindung ist nicht ausschließlich auf die in Fig. 1 bis 5 und in der obenstehenden Beschreibung dargestellten Beispiele beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzumfangs der angefügten Ansprüche modifiziert werden. 15

Claims (13)

15 PA~T£AJT Ansprüche 1. Verfahren zur Herstellung mechanischen Halbstoffes, wobei in dem Verfahren Rohmaterial auf Zellulosebasis in einer 5 Schnitzel Waschanlage (2) gewaschen wird, in einem Halbstoff-Eindicker (4) Wasser aus dem gewaschenen Rohmaterial entfernt wird und der Halbstoff in mindestens einem Refiner (6) gemahlen wird, der mindestens ein erstes Messer und ein Gegenstück umfasst, wobei der Abstand zwischen dem ersten Messer und dem 10 Gegenstück den Schnittspalt bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner vor dem Mahlen des Halbstoffes im Refiner (6) das Vorzerfasern des Rohmaterials durch mindestens einen Vorzerfaserer (3) umfasst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial vor der Vorzerfaserung in einer Schnitzelwaschanlage (2) gewaschen wird und dass das Entfernen von Wasser mit dem Halbstoff-Eindicker (4) nach der Vorzerfaserung ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial in dem mindestens einen Refiner (6) unter Verwendung eines Schnittspaltes von 0,5 bis 5 mm gemahlen wird und dass das Material eine Konsistenz von mehr als 10 % aufweist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial im Vorzerfaserer (3) unter Verwendung eines Schnittspaltes von 2 bis 6 mm gemahlen wird und dass das Rohmaterial eine Konsistenz von 2 bis 6 % aufweist.

5. System zur Produktion mechanischen Halbstoffes aus Rohmaterial auf Zellulosebasis, wobei das System eine Waschanlage (2), einen Halbstoff-Eindicker (4) und mindestens einen Refiner (6) umfasst, der einen Mahlzwischenraum und mindestens ein erstes Messer und ein Gegenstück umfasst, wobei 35 der Abstand zwischen dem ersten Messer und dem Gegenstück den Schnittspalt in dem mindestens einen Refiner (6) bestimmt, 16 16 • · • · • * » ♦♦ • ·· dadurch gekennzeichnet, dass das System einen Vorzerfaserer (3) umfasst, der vor dem Refiner (6) angeordnet ist.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der 5 Vorzerfaserer (3) zwischen der Waschanlage (2) und dem Halbstoff-Eindicker (4) angeordnet ist.

7. System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittspalt 0,5 bis 5 mm beträgt und dass der mindestens eine 10 Refiner (6) Zufuhrelemente umfasst, die dafür angeordnet sind, dem Mahlzwischenraum Rohmaterial mit einer Konsistenz höher als 10 % zuzuführen.

8. System nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch 15 gekennzeichnet, dass der Vorzerfaserer (3) einen Mahlzwischenraum und mindestens ein erstes Messer und ein Gegenstück umfasst, wobei der Abstand zwischen dem ersten Messer und dem Gegenstück den Schnittspalt bestimmt, der 1 bis 7 mm breit ist, und dass der Vorzerfaserer (3) Zufuhrelemente 20 umfasst, die dafür angeordnet sind, dem Mahlzwischenraum des Vorzerfaserers Rohmaterial mit einer Konsistenz von 2 bis 6% zuzuführen.

9. System nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der 25 Vorzerfaserer (3) einen Mahlbereich Z umfasst, der aus mindestens drei aufeinander folgenden Unterbereichen Z1, Z2 und Z3 gebildet ist, die jeweils einen vorgegebenen Schnittspalt aufweisen, wobei sich die Schnittspalte in Zuführrichtung derart schrittweise reduzieren, dass der Schnittspalt im ersten Unterbereich Z1 am 30 größten ist und der Schnittspalt im dritten Unterbereich Z3 am kleinsten.

10. System nach einem der Ansprüche 5 to 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Refiner (6) ein 35 Kegelrefiner ist. 17

11. System nach einem der Ansprüche 5 to 10, dadurch gekennzeichnet, dass das System ferner einen zweiten Refiner (7) für das Ausführen eines zweiten Mahlschrittes für den Halbstoff umfasst, der im ersten Refiner (6) gemahlen wurde.

12. Verwendung mechanischen Halbstoffes, der mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder mit einem System nach einem der Ansprüche 5 bis 11 produziert wurde, im Herstellungsprozess eines Papierproduktes. 7. Feb. 2012 PATENTANWÄLTE PUCHQERGER. BERGER & PARTNER A-1010 Wien Reicfcsnjfsotrasse

13 Telefon 512 23 02 Telefax 513 37 09