BR102020016680A2

BR102020016680A2 - Par de elementos de lâmina para um refinador destinado a refinar material fibroso, e, refinador para refinar material fibroso

Info

Publication number: BR102020016680A2
Application number: BR102020016680-8A
Authority: BR
Inventors: Juha-Pekka Huhtanen; Marko Loijas
Original assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2020-08-14
Publication date: 2021-03-09
Also published as: JP6990281B2; CN112501940A; KR102648381B1; KR20210028099A; US20210062422A1; US11891758B2; JP2021031832A; EP3786357A1; CN112501940B

Abstract

par de elementos de lâmina para um refinador destinado a refinar material fibroso, e, refinador para refinar material fibroso um par de elementos de lâmina (20) para um refinador (1, 2, 3) destinado a refinar material fibroso. cada elemento de lâmina (5, 5?, 8, 8?) do par de elementos de lâmina (20) compreende uma superfície de refino (6, 9) compreendendo barras de lâmina (16, 18) e ranhuras de lâmina (17, 19) que se estendem ao longo do elemento de lâmina (5, 5?, 8, 8?), e aberturas (14,15) que se estendem através do elemento de lâmina (5, 5?, 8, 8?). as aberturas (14, 15) em um dos elementos de lâmina (5, 5?, 8, 8?) está em posições axial (a) ou radial (r) distintas das aberturas (14, 15) no outro elemento de lâmina (5, 5?, 8, 8?) quando os elementos de lâmina (5, 5?, 8, 8?) do par de elementos de lâmina (20) são configurados substancialmente opostos um ao outro.

Description

PAR DE ELEMENTOS DE LÂMINA PARA UM REFINADOR DESTINADO A REFINAR MATERIAL FIBROSO, E, REFINADOR PARA REFINAR MATERIAL FIBROSO

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção se refere a um refinador para refinar material fibroso e especialmente a um par de elementos de lâmina aplicável para ser usado no refinador destinado a refinar material fibroso.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] A publicação EP 2304101 B1 descreve um refinador e um método para refinar material fibroso. O refinador descrito no documento EP-2304101 B1 compreende pelo menos uma primeira superfície de refino e pelo menos um segunda superfície de refino que são dispostas pelo menos de forma parcial, substancialmente opostos um a outro de tal maneira que uma câmara de refinador que recebe o material a ser refinado é formada entre os mesmo. A primeira superfície de refino compreende aberturas dispostas através da primeira superfície de refino, através da qual o material fibroso a ser refinado é disposto para ser alimentado para dentro da câmara de refinador, e/ou a segunda superfície de refino compreende aberturas dispostas através da segunda superfície de refino, através das quais o material fibroso refinado na câmara de refinador é disposto para ser descarregado da câmara de refinador, ou vice versa.

[003] Ao alimentar o material fibroso a ser refinado através da primeira superfície de refino para dentro da câmara de refinador e/ou ao remover o material fibroso já refinado da câmara de refinador através da segunda superfície de refino, ou vice versa, é possível alimentar material fibroso para dentro da câmara de refinador de forma que a distribuição do material na câmara de refinador seja substancialmente igual, o que afeta a eficiência da refinação e a capacidade do refinador. O grau de moagem, ou seja, o grau de refinação, provido pelo refinador descrito não é, no entanto, alto o suficiente para prover material fibroso excepcionalmente refinado, tipicamente à base de madeira, para ser utilizado, por exemplo, como um aditivo na fabricação de novos produtos de base biológica.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[004] Um objetivo da presente invenção é prover um novo par de elementos de lâmina para um refinador destinado a refinar material fibroso.

[005] A invenção é distinguida pelos recursos da reivindicação independente. No par de elementos de lâmina descrito, pelo menos um dos elementos de lâmina é rotativo e as aberturas em um dos elementos de lâmina estão em posições axial ou radial distintas das aberturas no outro elemento de lâmina quando os elementos de lâmina do par de elementos de lâmina são configurados substancialmente opostos um ao outro.

[006] Devido ao fato de que na solução descrita as aberturas na superfície de refino de rotor não coincidem nem sobrepõem as aberturas na superfície de refino de estator e, portanto, não possibilita que o material a ser refinado se desloque diretamente da abertura na superfície de refino de rotor para a abertura na superfície de refino de estator, todo o material fibroso é forçado, pelo menos até certo ponto, sob a influência do efeito de refino porque não há porção de material fibroso que poderia passar através do refinador sem acabar sob o efeito de refino. Isso aumento o grau de moagem do material fibroso quando comparado a soluções do estado da técnica compreendendo aberturas que se estendem através dos elementos de lâmina de rotor e de estator.

[007] Algumas modalidades da invenção são descritas nas reivindicações dependentes.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[008] A seguir, a invenção será descrita em, maiores detalhes por meio de modalidades preferidas com referência aos desenhos anexos, nos quais
a Figura 1 mostra esquematicamente uma vista lateral de um refinador cônico parcialmente transversal;
a Figura 2 mostra esquematicamente uma vista lateral de um refinador cilíndrico parcialmente transversal;
a Figura 3 mostra esquematicamente uma vista lateral de um refinador em disco parcialmente transversal;
a Figura 4 mostra esquematicamente, parcialmente transversal, uma vista lateral de um par de elementos de lâmina para um refinador cônico;
a Figura 5 mostra esquematicamente uma vista superior de uma superfície de refino de um elemento de lâmina rotor; e
a Figura 6 mostra esquematicamente uma vista lateral de outro refinador em disco.

[009] Para fins de clareza, as figuras mostram algumas modalidades da invenção em uma maneira simplificada. Números de referência iguais identificam elementos iguais nas figuras.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0010] A Figura 1 mostra uma vista lateral bastante esquemática de um refinador cônico 1 parcialmente transversal. O refinador 1 compreende um elemento de refinação estacionário 4, ou seja, um estator 4, compreendendo diversos elementos de lâmina de estator 5 tendo uma superfície de refino 6.

[0011] O estator 4 pode ser apoiado em uma estrutura de armação do refinador 1, a estrutura de armação não sendo mostrada na Figura 1 para fins de clareza. De acordo com uma modalidade do estator 4, o mesmo pode compreender apenas um elemento de lâmina 5 de formato cônico e se estender sobre uma periferia inteira periferia inteira do estator 4 de forma que este elemento de lâmina individual proveja uma superfície de refino completa uniforme 6 do estator 4. De acordo com outra modalidade do estator 4, o mesmo pode compreender pelo menos dois elementos de lâmina semelhantes a segmento, ou seja, segmentos de lâmina 5’ como mostrado posteriormente na Figura 4, que são dispostos adjacentes um ao outro, por meio do que as superfícies de refino 6 dos elementos de lâmina semelhantes a segmento originalmente separados conjuntamente proveem a superfície de refino completa uniforme 6 do estator 4. O termo elemento de lâmina, quando se referindo ao estator 4 do refinador, pode então remeter a um elemento de lâmina que proveja a superfície de refino completa 6 do estator 4 ou a um segmento de lâmina que proveja apenas uma parte da superfície de refino completa 6 do estator 4. A superfície de refino 6 é tipicamente provida de barras de lâmina e ranhuras entre as mesmas, uma modalidade das barras de lâmina e das ranhuras de lâmina é mostrada posteriormente nas Figuras 4 e 5.

[0012] O refinador 1 adicionalmente compreende um elemento de refinação rotativo 7, ou seja, um rotor 7, compreendendo diversos elementos de lâmina de rotor 8 tendo uma superfície de refino 9. De acordo com uma modalidade do rotor 7, o mesmo pode compreender apenas um elemento de lâmina 8 de um formato cônico e que se estende sobre uma periferia inteira do rotor 7 de forma que esse elemento de lâmina individual proveja uma superfície de refino completa uniforme 9 do rotor 7. De acordo com outra modalidade do rotor 7, o mesmo pode compreender pelo menos dois elementos de lâmina semelhantes a segmento, ou seja, segmentos de lâmina 8’ como mostrado posteriormente na Figura 4, que são dispostos adjacentes um ao outro, por meio dos quais as superfícies de refino 9 de elementos de lâmina semelhantes a segmento originalmente separados conjuntamente proveem a superfície de refino completa uniforme 9 do rotor 7. O termo elemento de lâmina, quando se referindo ao rotor 7 do refinador, pode, então, remeter a um elemento de lâmina que proveja a superfície de refino completa 9 do rotor 7 ou a um segmento de lâmina que proveja apenas uma parte da superfície de refino completa 9 do rotor 7. A superfície de refino 9 é tipicamente provida de barras de lâmina e ranhuras de lâmina entre as mesmas, uma modalidade das barras de lâmina e das ranhuras de lâmina mostrada posteriormente nas Figuras 4 e 5.

[0013] O rotor 7 compreende um cubo 10 que é mostrado nas Figuras 1 a 3 altamente simplificado e contra o qual o pelo menos um elemento de lâmina rotor 8 é apoiado. O cubo 10 do rotor 7 é conectado a um eixo 11 e o eixo 11 é conectado a um motor altamente esquematicamente retratado 12 disposto para rotacionar o eixo 11 e, pelo eixo 11, o rotor 7 por exemplo em uma direção de rotação indicada com uma seta RD. O refinador 1 pode também compreender um dispositivo de carregamento não mostrado na Figura 1 para fins de clareza, o dito dispositivo de carregamento pode ser conectado ao eixo 11 para mover o rotor 7 para frente e para trás, conforme indicado esquematicamente com uma seta AD, de forma a ajustar a distância entre os elementos de lâmina opostos 5, 8, ou seja, de forma a ajustar um tamanho de uma câmara do refinador 13 ou de um interstício de lâmina 13, que se forma entre o estator 4 e o rotor 7. O tamanho da câmara do refinador 13 relativo aos demais componentes do refinador é exagerado nas Figuras 1 a 3.

[0014] O elemento de lâmina estator 5 adicionalmente compreende aberturas 14 que se estendem através do elemento de lâmina 5 e o elemento de lâmina rotor 8 compreendas aberturas 15 que se estendem através do elemento de lâmina 8, as aberturas 14,15 que se estendem então através de toda a espessura do estator e elementos de lâmina de rotor 5, 8. Em uma direção axial do elemento de lâmina estator 5 e na direção axial do elemento de lâmina rotor 8, a direção axial indicada esquematicamente por uma seta A na Figura 1, as aberturas 14 no elemento de lâmina estator 5 estão em posições axiais distintas das aberturas 15 no elemento de lâmina rotor 8 quando os elementos de lâmina 5, 8 são opostos um ao outro. Em outras palavras, no par de elementos de lâmina compreendendo o elemento de lâmina estator 5 e o elemento de lâmina rotor 8 a ser configurado substancialmente opostos um ao outro, as aberturas 14, 15 em um dos elementos de lâmina 5, 8 são posicionadas de forma a não coincidir ou sobrepor na direção axial A com as aberturas 14, 15 no outro elemento de lâmina 5, 8 quando os elementos de lâmina 5, 8 são configurados substancialmente opostos um ao outro. A configuração dos elementos de lâmina 5, 8 substancialmente opostos um ao outro, portanto, se refere ao posicionamento dos elementos de lâmina 5, 8 de forma que as superfícies de refino dos elementos de lâmina 5, 8 são substancialmente direcionadas uma à outra, em outras palavras, a superfície de refino de um elemento de lâmina é configurada em direção à superfície de refino do outro elemento de lâmina do par de elementos de lâmina e gumes de extremidade das lâminas são alinhados para coincidir com sua posição de operação no refinador.

[0015] A operação do refinador 1 da Figura 1 é conforme segue. O material fibroso a ser refinado é alimentado para dentro de um volume interno do rotor 7 tanto através de uma primeira extremidade do refinador 1 tendo um diâmetro maior e através de uma segunda extremidade do refinador 1 tendo um diâmetro menor, conforme esquematicamente indicado pelas setas indicadas com o sinal de referência F. Alternativamente, o material fibroso a ser refinado pode ser alimentado para dentro do volume interno do rotor 7 somente através da primeira extremidade do refinador 1 tendo o diâmetro maior ou através da segunda extremidade do refinador 1 tendo o diâmetro menor caso haja aberturas que se estendam através do cubo 10 do rotor 7, assim permitindo que o material fibroso flua de uma extremidade do rotor 7 para cima da outra extremidade do rotor 7. Deve ser observado que a posição do cone pode ser contrária àquela da Figura 1 de forma que a extremidade de menor diâmetro do cone seja localizada no lado do eixo, a operação ainda é conforme descrita. O material fibroso é tipicamente lignocelulose à base de madeira contendo material de fibra, mas também pode ser algum outro material fibroso à base de plantas. A consistência do material fibroso para ser alimentado no refinador 1 é baixa, na faixa de 0,5 a 5%, por exemplo 0,5 a 3%, preferencialmente 0,5 a 2%.

[0016] A partir do volume interno do rotor 7, o material fibroso flui através das aberturas 15 no elemento de lâmina rotor 8 para dentro da câmara de refino 13, como mostrado esquematicamente com setas indicadas pelo sinal de referência F15. Na câmara de refino 13 o material fibroso é refinado em resposta à interação do superfície de refino de estator 6 e o superfície de refino de rotor 9. O material fibroso refinado na câmara de refino 13 é descarregado para fora da câmara de refino 13 através das aberturas 14 no elemento de lâmina estator 5, como mostrado esquematicamente com setas indicadas pelo sinal de referência F14.

[0017] Devido ao fato de que na direção axial A do elemento de lâmina estator 5 e o elemento de lâmina rotor 8 as aberturas 14 no elemento de lâmina estator 5 estão em posições distintas relativas às posições das aberturas 15 no elemento de lâmina rotor 8, ou seja, devido ao fato de que as aberturas 14 no elemento de lâmina estator 5 são alinhadas de forma a não coincidir ou sobrepor as aberturas 15 no elemento de lâmina rotor 8, não há passagem direta através de ambos elementos 5, 8, logo, todo o material fibroso é forçado, pelo menos até certo ponto, sob influência do efeito de refino e não há qualquer porção de material fibroso que possa passar através do refinador 1 sem acabar sob o efeito de refino. Isso ocorre porque as aberturas 15 na superfície de refino de rotor 9 não coincidem com as aberturas 14 na superfície de refino de estator 6 e permitem que o material a ser refinado saia direto da abertura 15 na superfície de refino de rotor 9 para a abertura 14 na superfície de refino de estator 9. Isso aumenta o grau de moagem do material fibroso quando comparado a soluções do estado da técnica em que uma passagem direta através dos elementos de lâmina estatores e rotores é formada. Mesmo assim, porém, a capacidade de refino pode ser mantida.

[0018] A Figura 2 mostra uma vista lateral bastante esquemática de um refinador cilíndrico 2 parcialmente transversal. A estrutura e operação básica do refinador cilíndrico 2 é substancialmente similar àquela do refinador cônico 1 da Figura 1 acima, a principal diferença sendo a forma ou formato cilíndrico do estator e rotor em vez do formato cônico. Devido à essa diferença entre a forma ou formato do estator e rotor, o tamanho da câmara de refino é ajustado no refinador cilíndrico 2 por meio do ajuste do estator diâmetro, conforme indicado esquematicamente pela seta AD na Figura 2. O posicionamento das aberturas 14,15 nos elementos de lâmina estatores e rotores 5, 8 do refinador cilíndrico 2 é, no entanto, similar àquele demonstrado e explicado acima tendo em vista a Figura 1.

[0019] A Figura 3 mostra uma vista lateral bastante esquemática de um refinador em disco 3 parcialmente transversal. A estrutura e operação básica do refinador em disco 3 é substancialmente similar àquela do refinador cônico 1 ou à do refinador cilíndrico 2, a diferença principal residindo na forma ou formato semelhante a disco do estator 4 e do rotor 7 que são dispostos em um ângulo substancialmente perpendicular relativo ao eixo 11. Para fins de clareza, o cubo 10 do rotor 7 foi omitido na Figura 3. Igualmente ao refinador cônico 1 e ao refinador cilíndrico 2, o estator 4 e o rotor 7 podem compreender somente um elemento de lâmina 5, 8 com o formato de um anel e que se estendem sobre uma periferia inteira do estator 4 ou do rotor 7 de forma que esse elemento de lâmina individual proveja uma superfície de refino completa uniforme 6, 9 do estator 4 ou do rotor 7, ou alternativamente, o estator 4 e/ou o rotor 7 podem compreender pelo menos dois elementos de lâmina semelhantes a segmento dispostos adjacentes um ao outro por meio dos quais as superfícies de refino 6, 9 dos elementos de lâmina semelhantes a segmento originalmente separados conjuntamente proveem a superfície de refino completa uniforme 6, 9 do estator 4 e/ou o rotor 7. Conforme explicado acima, a superfície de refino 6, 9 é tipicamente provida de barras de lâmina e ranhuras de lâmina entre as mesmas.

[0020] Ademais, em referência ao refinador em disco da Figura 3, o pelo menos um elemento de lâmina estator 5 compreende aberturas 14 que se estendem através do elemento de lâmina 5 e o pelo menos um elemento de lâmina rotor 8 compreendas aberturas 15 que se estendem através do elemento de lâmina 8, as aberturas 14,15 que se estendem então através de toda a espessura dos elementos de lâmina estatores e rotores 5, 8. Em uma direção radial do um elemento de lâmina estator 5 e em uma direção radial do elemento de lâmina rotor 8, a direção radial indicada esquematicamente por uma seta indicada pelo sinal de referência R na Figura 3, as aberturas 14 no elemento de lâmina estator 5 estão em posições radiais distintas das aberturas 15 no elemento de lâmina rotor 8 quando os elementos de lâmina 5, 8 são opostos um ao outro. Em outras palavras, no par de elementos de lâmina compreendendo o elemento de lâmina estator 5 e o elemento de lâmina rotor 8 a ser configurado substancialmente opostos um ao outro, as aberturas 14,15 em um dos elementos de lâmina 5, 8 são posicionadas de forma a não coincidir ou não sobrepor em uma direção radial R com as aberturas 14, 15 no outro elemento de lâmina 5, 8 quando os elementos de lâmina 5, 8 são configurados substancialmente opostos um ao outro.

[0021] O material fibroso a ser refinado é alimentado para dentro do refinador 3 no lado do rotor 7 do volume interno do refinador 3 como mostrado esquematicamente com setas indicadas com o sinal de referência F. O material fibroso a ser refinado flui através das aberturas 15 no elemento de lâmina rotor 8 para dentro da câmara de refino 13, como mostrado esquematicamente com setas indicadas pelo sinal de referência F15, e o material fibroso refinado na câmara de refino 13 é descarregado para fora da câmara de refino 13 através de aberturas 14 no elemento de lâmina estator 5, como mostrado esquematicamente com setas indicadas pelo sinal de referência F14.

[0022] Devido ao fato de que em uma direção radial R do elemento de lâmina estator 5 e do elemento de lâmina rotor 8 as aberturas 14 no elemento de lâmina estator 5 estão em posições distintas relativas às posições das aberturas 15 no elemento de lâmina rotor 8, ou seja, devido ao fato de que as aberturas 14 no elemento de lâmina estator são alinhadas de forma a não coincidir ou sobrepor com as aberturas 15 no elemento de lâmina rotor 8, todo o material fibroso é forçado, pelo menos até certo ponto, sob influência do efeito de refino, ou seja, não há qualquer porção de material fibroso que possa passar através do refinador 1 sem acabar sob o efeito de refino, assim aumentando o grau de moagem do material fibroso quando comparado com as soluções do estado da técnica.

[0023] A Figura 6 mostra esquematicamente a vista lateral de outro refinador em disco 3. O refinador em disco 3 da Figura 6 compreende um primeiro estator 4a e um segundo estator 4b e entre os mesmos um rotor 7, onde são providas duas câmaras de refino, ou seja, um primeiro câmara de refino 13a entre o primeiro estator 4a e o rotor 7 bem como uma segunda câmara de refino 13b entre o segundo estator 4b e o rotor 7. O rotor 7 é disposto de maneira deslizável na extremidade do eixo 11 e o dispositivo de carregamento (não mostrado para fins de clareza) é possibilitado a carregar o segundo estator 4b deforma a ajustar o tamanho das câmaras de refino 13a, 13b conforme indicado esquematicamente com a seta AD.

[0024] Cada um dos estatores 4a, 4b compreende pelo menos um elemento de lâmina 5. As superfícies de refino 6 dos elementos de lâmina 5 em estatores 4a, 4b distintos podem ter características similares ou distintas. O rotor 7 compreende pelo menos um elemento de lâmina 8 que é de dois lados, ou seja, um elemento de lâmina que tem superfícies de refino 9 em ambos lados do elemento de lâmina 8. Alternativamente, o rotor 7 poderia compreender pelo menos dois elementos de refinação de um lado conectados um ao outro. As superfícies de refino 9 em lados opostos do rotor 7 podem ter características similares ou distintas.

[0025] Quando o refinador 3 da Figura 6 é operado, o material fibroso a ser refinado é alimentado para dentro do refinador 3 no lado do primeiro estator 4a do volume interno do refinador 3 como mostrado esquematicamente com setas indicadas pelo sinal de referência F. O material fibroso a ser refinado flui para dentro da primeira câmara de refino 13a através de aberturas 14 no elemento de lâmina estator 5 do primeiro estator 4a, como mostrado esquematicamente pelas setas F14 no lado esquerdo do rotor 7. O material fibroso refinado na primeira câmara de refino 13a é descarregado para fora da primeira câmara de refino 13a e para dentro da segunda câmara de refino 13b através das aberturas 15 no elemento de lâmina rotor 8 do rotor 7, como mostrado esquematicamente pelas setas F15. Ademais, o material fibroso refinado na segunda câmara de refino 13b é descarregado para fora da segunda câmara de refino 13b através de aberturas 14 no elemento de lâmina estator 5 do segundo estator 4b, como mostrado esquematicamente pelas setas F14 no lado direito do rotor 7.

[0026] O refinador em disco 3 da Figura 6 é um exemplo de um refinador compreendendo dois pares de elementos de lâminas, ou seja, um primeiro par de elementos de lâmina compreendendo o elemento de lâmina estator 5 do primeiro estator 4a e o elemento de lâmina rotor 8 do rotor 7 bem como um segundo par de elementos de lâmina compreendendo o elemento de lâmina estator 5 do segundo estator 4b e o elemento de lâmina rotor 8 do rotor 7, o elemento de lâmina rotor 8 do rotor 7 assim sendo comum a ambos os pares de elementos de lâminas. Outras soluções para prover um refinador com mais de um par de elementos de lâmina também é possível, por exemplo por meio do aumento de um número dos rotores no refinador.

[0027] A Figura 4 mostra esquematicamente, de forma parcialmente transversal, a vista lateral de um par de elementos de lâmina 20 para um refinador cônico 1. O par de elementos de lâmina 20 compreende um elemento de lâmina estator 5 compreendendo diversos segmentos de lâmina estatores 5’ adjacentemente posicionadas. Cada segmento de lâmina estator 5’, e, portanto, o elemento de lâmina estator completo 5, compreende um primeiro gume 5 a, ou seja, a primeira extremidade de gume 5 a ou um gume interno 5 a destinado a ser direcionado de encontro à extremidade de refinador tendo o menor diâmetro. De forma semelhante, o elemento de lâmina estator 5, e, portanto, cada segmento de lâmina estator 5’, compreende um segundo gume 5b, ou seja, a segunda extremidade de gume 5b ou um gume externo 5b destinado a ser direcionado em direção à extremidade de refinador tendo o maior diâmetro. Uma direção axial A do elemento de lâmina estator 5, e, portanto, uma direção axial A de cada segmento de lâmina estator 5’, se estende entre o primeiro gume 5a e o segundo gume 5b. Cada segmento de lâmina estator individual 5’ adicionalmente compreende gumes laterais 5c, 5d que se estendem entre o primeiro gume 5 a e o segundo gume 5b. Superfícies internas dos segmentos de lâmina estatores 5’ são providas de barras de lâmina de estator 16 e ranhuras de lâmina de estator 17 entre os mesmos formando a superfície de refino 6 de cada segmento de lâmina estator individual 5’ e, portanto, a superfície de refino 6 do elemento de lâmina estator completo 5.

[0028] O par de elementos de lâmina da Figura 4 adicionalmente compreende um elemento de lâmina rotor 8 compreendendo múltiplos segmentos de lâmina de rotor 8’ adjacentemente posicionados. Cada segmento de lâmina rotor 8’, e, assim, o elemento de lâmina rotor completo 8, compreende um primeiro gume 8 a, ou seja, a primeira extremidade de gume 8a ou um gume interno 8a destinado a ser direcionado em direção à extremidade de refinador tendo o menor diâmetro. De forma semelhante, o elemento de lâmina rotor 8, e, assim, cada segmento de lâmina rotor 8’, compreende um segundo gume 8b, ou seja, a segunda extremidade de gume 8b ou um gume externo 8b destinado a ser direcionado em direção à extremidade de refinador tendo o maior diâmetro. A direção axial A do elemento de lâmina rotor 8, e, portanto, a direção axial A de cada segmento de lâmina rotor 8’, se estende entre o primeiro gume 8a e o segundo gume 8b. Cada segmento de lâmina rotor individual 8’ adicionalmente compreende gumes laterais 8c, 8d que se estendem entre o primeiro gume 8a e o segundo gume 8b. Superfícies exteriores dos segmentos de lâmina de rotor 8’ são providas de barras de lâmina de rotor 18 e ranhuras de lâmina de rotor 19 entre os mesmos formando a superfície de refino 9 de cada segmento de lâmina rotor individual 8’ e, portanto, a superfície de refino 9 do elemento de lâmina rotor completo 8. Orifícios de fixação nos segmentos de lâmina 5’, 8’, destinados a receber meios de fixação para fixar os segmentos de lâmina 5’, 8’ no refinador, são denotados pelo número de referência 21 na Figura 4.

[0029] Cada segmento de lâmina estator 5’, e, portanto, o elemento de lâmina estator completo 5, compreende na direção axial A do mesmo zonas de superfície de refino sucessivas 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g, 6h, 6i, em que zonas de superfície de refino 6b, 6d, 6f, 6h são zonas de superfície de refino compreendendo as aberturas 14 que se estendem através de toda a espessura do segmento de lâmina estator 5’ e as zonas de superfície de refino 6a, 6c, 6e, 6g e 6i são zonas de superfície de refino de estrutura sólida, ou seja, que não compreendem tais aberturas. Mutuamente, cada segmento de lâmina rotor 8’, e, portanto, o elemento de lâmina rotor completo 8, compreende, na direção axial A do mesmo, zonas de superfície de refino sucessivas 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g, 9h, 9i, em que zonas de superfície de refino 9a, 9c, 9e, 9g e 9i são zonas de superfície de refino provido de as aberturas 15 que se estendem através de toda a espessura do segmento de lâmina rotor 8’ e as zonas de superfície de refino 9b, 9d, 9f, 9h são zonas de superfície de refino de estrutura sólida, ou seja, que não compreendem tais aberturas. Portanto, há pelo menos uma zona que é sólida e pelo menos um zona que tem aberturas tanto no elemento rotor quando no elemento estator. Mais preferivelmente, pelo menos um dos elementos tem mais de uma zona sólida em adição e uma zona com aberturas enquanto no outro elemento a quantidade e ordem das zonas sólidas e zonas com aberturas é invertida.

[0030] Quando o refinador cônico 1 é montado e o elemento de lâmina estator 5 e o elemento de lâmina rotor 8 são configurados substancialmente opostos um ao outro para o uso, as zonas de superfície de refino 9a, 9c, 9e, 9g e 9i dos segmentos de lâmina de rotor 8 compreendendo as aberturas 15 são configurados na direção axial A dos segmentos de lâmina, ou seja, na direção axial do refinador, em direção às zonas de superfície de refino 6a, 6c, 6e, 6g e 6i de estrutura sólida no segmento de lâmina estator 5, e de forma correspondente, as zonas de superfície de refino 6b, 6d, 6f, 6h dos segmentos de lâmina estatores 5’ compreendendo as aberturas 14 são configuradas na direção axial A dos segmentos de lâmina 5’, 8’ em direção às zonas de superfície de refino 9b, 9d, 9f, 9h de estrutura sólida nos segmentos de lâmina de rotor 8’. Em outras palavras, as zonas com as aberturas 14, 15, bem como as zonas sólidas dos elementos opostos operam em fases comutadas, ou seja, em ordem reversa. Portanto, as zonas de superfície de refino provido de aberturas em um segmento de lâmina 5’, 8’ são configuradas de forma oposta às zonas de superfície de refino sem aberturas no outro segmento de lâmina 5’, 8’. Isso significa que no par de elementos de lâmina 20 as zonas de superfície de refino dos segmentos de lâmina 5’, 8’ compreendendo aberturas 14, 15 são alinhadas de forma a não coincidir ou sobrepor cada uma das outras na direção axial A dos segmentos de lâmina 5’, 8’ quando as superfícies de refino 6, 9 dos segmentos de lâmina 5’, 8’ são substancialmente opostas uma à outra. Em outras palavras, as aberturas 14,15 dos elementos opostos 5, 8 não se sobrepõem e, portanto, nenhuma passagem retilínea através de ambos os elementos é formada. Isso, por sua vez, significa que nenhuma porção de material fibroso pode se deslocar da abertura 15 no elemento de lâmina rotor 8 direto para a abertura 14 no elemento de lâmina estator 5 sem ficar sob influência da refinação, devido ao fato de que não haverá uma conexão atravessante entre as aberturas 14 no elemento de lâmina estator 5 e as aberturas 15 no elemento de lâmina rotor 8.

[0031] As zonas de superfície de refino descritas acima também podem ser utilizadas nos elementos de lâmina para os refinadores cilíndricos e em disco.

[0032] No par de elementos de lâmina da Figura 4, as aberturas 15 nos segmentos de lâmina de rotor 8’ são dispostas em uma porção central dos segmentos de lâmina de rotor 8’, enquanto as aberturas 14 nos segmentos de lâmina estatores 5’ são dispostas nos gumes laterais 8c, 8d dos segmentos de lâmina estatores 5’. As aberturas 14 nos segmentos de lâmina estatores 5’ são, assim, entalhes dispostos no gume lateral 8c, 8d dos segmentos de lâmina 5’, os entalhes se estendendo através de toda a espessura do segmento de lâmina 5’ e do gume lateral 8c, 8d do segmento de lâmina 5’ em direção ao gume do lado oposto 8c, 8d. A vantagem de as aberturas serem entalhes no gume lateral do segmento de lâmina é que uma rigidez do segmento de lâmina é maior que a rigidez do segmento de lâmina tendo aberturas na porção central do segmento de lâmina. Isso, por sua vez, provê uma possibilidade de reduzir a espessura do segmento de lâmina, assim reduzindo o peso do segmento de lâmina e a energia necessária para rotacionar o rotor se aplicada nos segmentos de lâmina de rotor também.

[0033] No par de elementos de lâmina da Figura 4, as aberturas 15 nos segmentos de lâmina de rotor 8’ são redondas, enquanto as aberturas 14 nos segmentos de lâmina estatores 5’ são alongadas. Alternativamente, as aberturas 14,15 também podem ser, por exemplo, ovais ou triangulares ou terem formatos poligonais distintos. O tamanho das aberturas pode variar grandemente de um mínimo de um comprimento de fibra a um máximo de uma metade exata do comprimento do elemento e o tamanho das aberturas podem variar entre distintas zonas de superfície de refino. Uma área aberta total das aberturas 14,15 no elemento de lâmina 5, 5’, 8, 8’ é de 5% a 30% da área de superfície da superfície de refino, 6, 9 do elemento de lâmina 5, 5’, 8, 8’, tipicamente cerca de 16 a 24%, mas valores menores que 10% são ocasionalmente preferidos, dependendo da capacidade do refinador e da matéria prima usada. Uma área aberta total baixa das aberturas 14, 15 relativa à área de superfície da superfície de refino, 6, 9 do elemento de lâmina 5, 5’, 8, 8’ aumenta um comprimento total de gumes de corte das barras de lâmina, assim aumentando o grau de moagem do material fibroso refinado. Como explicado, a área aberta consiste em uma ou mais aberturas 14,15 o formato das quais pode ser redondo, oval, triangular ou de qualquer formato poligonal e podem ser similares ou podem variar dentro de um elemento de refinação e/ou dentro de um par de elementos de refinação, por exemplo o formato das aberturas pode diferir em zona, como aberturas dissimilares na primeira área de extremidade para a segunda área de extremidade do elemento, ou o formato ou formatos das aberturas 14,15 podem ser distintos no elemento estator se comparados com aqueles do elemento rotor como na Figura 4. Adicionalmente, o tamanho das aberturas 14, 15 pode variar dentro de um elemento de refinação e/ou de um par elementos de refinação, por exemplo o tamanho das aberturas pode variar em zona, como aberturas menores na primeira área de extremidade e aberturas maiores na segunda área de extremidade do elemento ou vice versa, ou as aberturas 15 do elemento rotor podem ser de tamanhos distintos das aberturas 14 do elemento estator, como na Figura 4. As aberturas 14, 15 dentro de um elemento podem ser tais quais orifícios ou perfurações situados na parte do meio entre os gumes laterais do elemento, mas também podem ser tais quais entalhes ou recortes nos gumes laterais.

[0034] A Figura 5 mostra esquematicamente uma vista superior de um segmento de lâmina rotor 8’ da Figura 4 e a superfície de refino 9 do mesmo. A superfície de refino 9 compreende barras de lâmina 18 e ranhuras de lâmina 19. As barras de lâmina 18 proveem o efeito de refino para o material fibroso e as ranhuras de lâmina 19 transportam o material a ser refinado na superfície de refino 9. Na Figura 5, também é mostrado, conforme sobreposto por linhas partidas, algumas barras de lâmina 16 e ranhuras de lâmina 17 de um segmento de lâmina estator 5’ a ser configurado oposto ao segmento de lâmina rotor 8’. Nas propriedades seguintes da superfície de refino 9 para o elemento de lâmina rotor ou segmento são consideradas, mas propriedades da superfície de refino 6 para o elemento de lâmina estator ou segmento são similares a menos que especificamente mencionado de outra forma.

[0035] De acordo com uma modalidade, uma inclinação P da superfície de refino 9, ou seja, uma largura comum de uma única barra de lâmina 18 de uma única ranhura de lâmina 19 próxima à barra de lâmina 18 é, no máximo, 3 mm. A inclinação P de no máximo 3 mm provê uma configuração de barra de lâmina - ranhura de lâmina muito densa, por meio da qual um comprimento de gume de corte provido pelas barras de lâmina 16, 18 dos elementos de lâmina estatores e rotores 5, 8 no refinador é muito alto. Isso, em comum com a configuração de abertura nos elementos de lâmina estatores e rotores 5, 8 conforme descrito acima, tem um efeito de que o grau de moagem de o material fibroso a ser refinado será muito alto, até mesmo tão alto quanto àquele da pelo menos parte do refinado material tem propriedades de tamanho de partícula de celulose nanofibrilar. O termo “celulose nanofibrilar” aqui se refere a um conjunto de microfibrilas de celulose separadas ou feixes de microfibrilas derivados de material fibroso à base de planta, e especialmente à base de madeira. Sinônimos para a celulose nanofibrilar (NFC) são, por exemplo, celulose nanofibrilada, nanocelulose, celulose microfibrilar, nanofibra de celulose, celulose em escala nano, celulose microfibrilada (MFC) ou microfibrilos de celulose. Dependendo do grau de moagem, um tamanho de partícula das microfibrilas de celulose separadas ou feixes de microfibrilas é de alguns nanômetros (nm) ou micrometros (μm). Um comprimento médio das microfibrilas de celulose separadas ou feixes de microfibrilas pode, por exemplo, ser 0,2 - 200 μm e um diâmetro médio pode, por exemplo, ser 2 a 1000 nm.

[0036] De acordo com uma modalidade, a largura W16, W18 da respectiva barra de lâmina 16, 18 é no máximo a metade da inclinação P do elemento de lâmina. De acordo com essa modalidade, e fazendo referência à Figura 5, isso significa, portanto, que a largura W16, W18 da respectiva barra de lâmina 16, 18 é no máximo igual a uma largura W17, W19 da ranhura de lâmina 17, 19. O efeito dessa modalidade é que o volume das ranhuras de lâmina 17,19 nos elementos de lâmina 5, 5’, 8, 8’ será alto o suficiente para impedir uma obstrução das superfícies de refino 6, 9 dos elementos de lâmina 5, 5’, 8, 8’.

[0037] De acordo com uma modalidade, uma altura da barra de lâmina 16,18 é tipicamente no máximo 10 mm, mas alturas menores que 10 mm, por exemplo, menores que 5 mm, até mesmo menores que 3 mm, podem ser preferidas no caso de um padrão de ranhura e barra muito denso. Tipicamente, a altura da barra é reduzida durante a operação, mas no refinador da solução até mesmo alturas baixas são possíveis sem que a capacidade hidráulica seja sacrificada, devido ao fato de que polpa é alimentada através de orifícios e o volume de ranhura não limita a capacidade hidráulica.

[0038] A inclinação dos elementos de lâmina e a área aberta total das aberturas nos elementos de lâmina podem ser selecionadas em combinação de forma que o comprimento comum de gume de corte das barras de lâmina no refinador seja preferivelmente pelo menos 50 km por cada revolução do rotor 7.

[0039] De acordo com uma modalidade do par de elementos de lâmina 20, as barras de lâmina 18 nos elementos de lâmina 5, 5’, 8, 8’ que formam o par de elementos de lâmina 20 são transversais uma à outra. Novamente, em referência à Figura 5 que mostra a superfície de refino 9 do segmento de lâmina rotor 8’ e as barras de lâmina 18 e as ranhuras de lâmina 19 na mesma, pode ser visto que as barras de lâmina 18 e as ranhuras de lâmina 19 são dispostas em um ângulo de barra de lâmina de cerca de 30° em relação à direção axial A, demonstrada pela linha pontilhada na Figura 5. De forma geral, o ângulo α18 da barra de lâmina no elemento de lâmina rotor é de 0° a 75°, por exemplo 10° a 50°. As barras de lâmina 16, e, portanto as ranhuras de lâmina no segmento de lâmina estator 5’ são, por sua vez, dispostas em um ângulo α 16 de barra de lâmina de cerca de 0° a 75° em relação a uma direção axial A à direção oposta em relação às barras de lâmina 18 e as ranhuras de lâmina 19 no segmento de lâmina rotor 8’. A orientação das barras de lâmina 16 e ranhuras de lâmina 17 no segmento de lâmina estator 5’ em relação à orientação das barras de lâmina 18 e as ranhuras de lâmina 19 no segmento de lâmina rotor 8’ são indicadas esquematicamente na Figura 5 por linhas partidas. De forma geral, o ângulo α16 da barra de lâmina no elemento de lâmina estator pode, por exemplo, ser de 5° a 40°.

[0040] A orientação transversal das barras de lâmina 16,18 nos elementos de lâmina opostos 5, 5’, 8, 8’ no par de elementos de lâmina assegura que forças de cisalhamento suficientemente altas para serem concentradas no material fibroso a ser refinado pelas barras de lâmina opostas 16, 18. Para que esse fim seja alcançado, um ângulo entre as barras de lâmina 16, 18 na superfícies de refino 6, 9 dos elementos de lâmina 5, 5’, 8, 8’ configurados de forma oposta, ou seja, o ângulo de interseção α16+ α 18 pode variar entre 10° a 100°.

[0041] Será evidente para uma pessoa versada na técnica que, à medida em que a tecnologia avançar, o conceito inventivo pode ser implementado de diversas formas. A invenção e suas modalidades não são limitadas aos exemplos descritos acima, mas podem variar dentro do escopo das reivindicações. Consequentemente, mesmo que nas modalidades acima seja apresentado que o material fibroso deva ser alimentado para dentro do refinador no lado do rotor, o material fibroso pode, alternativamente, ser alimentado para dentro do refinador no lado do estator, também. Nesse caso, no entanto, a pressão de alimentação pode ter de ser aumentada devido ao fato de que o estator, como um elemento estacionário, não aprimora a alimentação do material a ser refinado para dentro da câmara de refino do refinador.

Claims

Par de elementos de lâmina (20) para um refinador (1, 2, 3) destinado a refinar material fibroso, caracterizado pelo fato de que cada elemento de lâmina (5, 5’, 8, 8’) do par de elementos de lâmina (20) compreendendo uma superfície de refino (6, 9) que compreende barras de lâmina (16, 18) e ranhuras de lâmina (17, 19) que se estendem ao longo do elemento de lâmina (5, 5’, 8, 8’) e aberturas (14, 15) que se estendem através do elemento de lâmina (5, 5’, 8, 8’), as aberturas (14, 15) em um dos elementos de lâmina (5, 5’, 8, 8’) sendo em posições axial (A) ou radial (R) distintas das aberturas (14, 15) no outro elemento de lâmina (5, 5’, 8, 8’) quando os elementos de lâmina (5, 5’, 8, 8’) do par de elemento de lâmina (20) são configurados substancialmente opostos um ao outro.
Par de elementos de lâmina de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a superfície de refino (6, 9) do elemento de lâmina (5, 5’, 8, 8’) compreende pelo menos uma zona de superfície de refino sólida (6a, 6c, 6e, 6g, 6i, 9b, 9d, 9f, 9h) sem aberturas e pelo menos uma zona de superfície de refino (6b, 6d, 6f, 6h, 9a, 9c, 9e, 9g, 9i) com aberturas (14, 15).
Par de elementos de lâmina de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que cada elemento de lâmina (5, 5’, 8, 8’) do par de elementos de lâmina (20) compreende um primeiro gume (5a, 8a) e um segundo gume (5b, 8b) e a superfície de refino (6, 9) do elemento de lâmina (5, 5’, 8, 8’) se estende na direção axial (A) ou radial (R) do elemento de lâmina (5, 5’, 8, 8’) do primeiro gume (5a, 8a) em direção ao segundo gume (5b, 8b) e compreende um número de zonas de superfície de refino (6b, 6d, 6f, 6h, 9a, 9c, 9e, 9g, 9i) compreendendo aberturas (14, 15) que se estendem através do elemento de lâmina (5, 5’, 8, 8’), e as zonas de superfície de refino (6b, 6d, 6f, 6h, 9a, 9c, 9e, 9g, 9i) dos elementos de lâmina (5, 5’, 8, 8’) compreendem aberturas (14, 15) que estão em posições axial (A) ou radial (R) distintas quando os elementos de lâmina (5, 5’, 8, 8’) do par de elementos de lâmina (20) são configurados substancialmente opostos um ao outro.
Par de elementos de lâmina de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o elemento de lâmina é um segmento de lâmina (5’, 8’) que compreende uma primeira extremidade de gume (5a, 8a) e uma segunda extremidade de gume (5b, 8b) e gumes laterais (5c, 5d, 8c, 8d) se estendendo entre a primeira (5a, 8a) e segunda (5b, 8b) extremidades de gume, e as aberturas (14, 15) são entalhes no gume lateral (5c, 5d, 8c, 8d), os entalhes se estendendo através de toda a espessura do segmento de lâmina (5’, 8’) e do gume lateral (5c, 8c) do segmento de lâmina (5’, 8’) em direção ao gume do lado oposto (5d, 8d).
Par de elementos de lâmina de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma inclinação em cada dos elementos de lâmina (5, 5’, 8, 8’) no par de elementos de lâmina (20) é de no máximo 3 mm.
Par de elementos de lâmina de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma largura (W16, W18) da barra de lâmina (16, 18) é no máximo metade de uma inclinação do elemento de lâmina (5, 5’, 8, 8’).
Par de elementos de lâmina de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que uma altura da barra de lâmina (16, 18) é de no máximo 10 mm.
Par de elementos de lâmina de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as barras de lâmina (16, 18) nos elementos de lâmina (5, 5’, 8, 8’) que formam o par de elementos de lâmina (20) são transversais uma à outra.
Par de elementos de lâmina de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que um ângulo de interseção entre as barras de lâmina (16, 18) dos elementos de lâmina (5, 5’, 8, 8’) é de 10° a 100°.
Par de elementos de lâmina de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a área aberta total das aberturas (14, 15) no elemento de lâmina (5, 5’, 8, 8’) é de 5% a 30% da área de superfície da superfície de refino (6, 9) do elemento de lâmina (5, 5’, 8, 8’).
Refinador (1, 2, 3) para refinar material fibroso, caracterizado pelo fato de que o refinador (1, 2, 3) compreende pelo menos um par de elementos de lâmina (20) conforme reivindicado em qualquer uma das reivindicações 1 a 10.
Refinador de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o refinador (1, 2, 3) compreende um elemento de refinação estacionário (4), ou seja, um estator (4), e um elemento de refinação rotativo (7), ou seja, um rotor (7), e que pelo menos um dos elementos de lâmina (5, 5’, 8, 8’) é um elemento de lâmina (5, 5’) para o estator (4) do refinador (1, 2, 3) e o pelo menos um outro elemento de lâmina (8, 8’) é o elemento de lâmina (8, 8’) para o rotor (7) do refinador (1, 2, 3).
Refinador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as aberturas (14, 15) são orifícios ou perfurações.
Refinador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o tamanho e/ou formato das aberturas (14, 15) é/são disposto(s) para variar dentro de um elemento de lâmina (5, 5’, 8, 8’).
Refinador de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o tamanho e/ou formato das aberturas (14, 15) de um elemento de lâmina é/são distinto(s) do tamanho e/ou formato de seu elemento de lâmina oposto.