BR112019022425B1 - Método para o tratamento de superfície de cilindro yankee de aço - Google Patents

Método para o tratamento de superfície de cilindro yankee de aço Download PDF

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Abstract

A presente invenção refere-se a um método para o tratamento de um cilindro Yankee, em que o cilindro Yankee tem um invólucro do cilindro feito de aço que tem uma estrutura ferrítica- perlítica (aços produzidos a partir de aços ASME SA516, ASME SA36 e AD2000 W1, 2.1 a 2.4). De acordo com a invenção, a superfície externa do invólucro do cilindro é tratada termicamente ao usar um feixe laser e curada pelo mesmo.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um método para o tratamento de um cilindro Yankee, em que o cilindro Yankee tem um invólucro do cilindro feito de aço com uma estrutura ferrítica-perlítica.
[002] Na produção de redes ou tecido de papel, os chamados cilindros Yankee são normalmente usados no processo de secagem.
[003] Os cilindros Yankee têm geralmente um diâmetro muito grande. Eles são aquecidos com vapor do interior e difíceis de manufaturar porque há requisitos muito estritos a serem satisfeitos em relação às pressões internas, à impermeabilidade e aos diâmetros grandes.
[004] Os cilindros Yankee padrão, por exemplo, têm as dimensões a seguir:
[005] Diâmetro do cilindro: 2.000 mm a 6.500 mm
[006] Diâmetro do eixo oco: 1.000 mm até 2.500 mm
[007] Comprimento do cilindro: 3.000 mm a 8.500 mm
[008] Massa do cilindro: 35 t a 180 t
[009] No processo de secagem para uma rede de polpa, uma lâmina de aplicação é apoiada sobre a superfície circunferencial externa do cilindro Yankee e raspa a rede de polpa seca para fora da superfície do cilindro Yankee. Não é inconcebível que o material é removido da superfície do cilindro devido ao fato que a lâmina de aplicação possivelmente entra em contato com a superfície do cilindro Yankee. A fim de reduzir essa erosão do material, a superfície do cilindro Yankee é normalmente revestida com uma camada de material duro. O documento de patente EP 2 474 665 A1, por exemplo, descreve um cilindro Yankee que é revestido com uma camada de material duro apropriada.
[0010] No passado, os cilindros Yankee eram feitos predominantemente de ferro fundido, no entanto, os cilindros Yankee feitos de aço também são conhecidos a partir da patente norte- americana U.S. 4.196.689 e do documento de patente WO 2008/105005 A1.
[0011] Os cilindros Yankee feitos de aço exibem um melhor desempenho de secagem em relação aos cilindros moldados, uma vez que o aço tem uma melhor condutividade térmica.
[0012] No entanto, uma vez que o aço (dureza de 140 Brinell) não é tão duro quanto o material fundido (dureza de 240 Brinell), os cilindros Yankees de aço são revestidos termicamente com uma camada de proteção contra o desgaste. Nesse processo, um fio é derretido e aspergido sobre a superfície do cilindro Yankee; o revestimento termicamente aspergido produzido é muito mais duro do que o aço.
[0013] As camadas aspergidas têm cerca de 0,75 mm de espessura. No entanto, este tipo do tratamento de superfície envolve um esforço considerável porque a superfície cilíndrica tem que ser lixada antes do revestimento e então esmerilhada e polida após o revestimento térmico. Também há um risco de lascamento do revestimento.
[0014] No entanto, a desvantagem principal deste revestimento que é aspergido em um processo térmico é a sua condutividade térmica relativamente baixa. A condutividade térmica de uma camada aspergida fica apenas em uma faixa de 3 a 7 W/mK. Em comparação, o invólucro de aço de um cilindro Yankee tem uma condutividade térmica de até 45 W/mK.
[0015] O documento de patente DE 10 2012 104 464 A1 descreve um cilindro Yankee no qual o acabamento da superfície é executado por meio de tratamento a laser.
[0016] O objetivo da invenção consiste na provisão de um método para o tratamento da superfície de um cilindro Yankee de aço que produz a camada de superfície mais dura possível com elevada condutividade térmica.
[0017] Esta tarefa é concretizada com um método tal como descrito na reivindicação 1.
[0018] De acordo com a invenção, a superfície externa do invólucro do cilindro é tratada termicamente com um feixe laser e é desse modo endurecida.
[0019] Neste processo, um feixe laser move-se sobre toda a superfície externa do invólucro do cilindro Yankee, o qual é desse modo aquecido e endurecido.
[0020] De acordo com a invenção, a superfície do cilindro Yankee é aquecida momentaneamente pelo feixe laser até uma temperatura entre 800°C e 900°C, onde o resfriamento subsequente da camada austenítica permanece abaixo da velocidade de resfriamento crítica mais baixa, cuja resultante é que a formação de martensita é impedida.
[0021] Um cilindro Yankee de aço endurecido de acordo com a invenção tem desse modo 7% mais transferência de calor e permite um aumento de 5% na produção em comparação aos cilindros Yankee convencionalmente revestidos feitos de aço.
[0022] A camada de superfície endurecida tem entre 0,3 e 1,5 mm de espessura.
[0023] O endurecimento com feixe laser convencional é o endurecimento com conversão no qual o aço ferrítico-perlítico é aquecido muito rapidamente (a cerca de 1.000 K/s) até uma temperatura à qual a estrutura da retícula é convertida em uma austenita fina. As lamelas de cementita na perlita são dissolvidas, e o carbono liberado se difunde no interior do grão de austenita. Quando o feixe laser se afasta, o material esfria outra vez rapidamente em consequência do autorresfriamento brusco e a estrutura da retícula é transformada mais uma vez. Em um processo convencional para o endurecimento com laser, o processo de resfriamento extremamente rápido suprime a difusão do carbono, o qual é dissolvido uniformemente na austenita. Isto impede a formação da microestrutura ferrítica-perlítica, e ao invés disto é formada martensita dura. A martensita é de fato muito dura, no entanto, a formação de martensita na superfície do cilindro Yankee deve ser uma desvantagem. A martensita favorece a formação de microfissuras, o que pode encurtar a vida útil do cilindro de aço de modo substancial.
[0024] No método de acordo com a invenção não há nenhuma mudança na estrutura, mas somente no refino do grão, resultando em um endurecimento de grão fino. A estrutura ferrítica-perlítica permanece intacta, e a formação de martensita é impedida. O resfriamento da camada austenítica deve permanecer abaixo da velocidade de resfriamento crítica mais baixa neste caso. A martensita começa ainda a se formar à velocidade de resfriamento crítica mais baixa.
[0025] É vantajoso se os aços de acordo com as normas ASME SA516, ASME SA36 e AD2000 W1, 2.1 a 2.4, forem usados como material básico para o invólucro do cilindro. Por exemplo, P355NH (norma DIN EN 10028-3) é apropriado como material básico. Este aço estrutural de grãos finos caracteriza um limite de escoamento mínimo de 275 a 460 Mpa, bem como uma boa soldabilidade e resistência à fenda de fragilidade. Em consequência do endurecimento com feixe laser, uma dureza de até 400 Brinell pode ser obtida se os métodos convencionais forem usados para o endurecimento. Este novo método busca atingir uma dureza máxima de 320 Brinell, com uma excelente condutividade térmica excelente na região de 45 W/mK.
[0026] Em comparação, os cilindros fundidos têm uma dureza entre 230 e 280 Brinell.
[0027] Um laser de diodo ou um laser de CO2 de alta potência é de preferência usado para o tratamento térmico de modo que taxas de aquecimento > 1.000°C/s sejam atingidas.
[0028] O feixe laser também pode ser usado para criar um padrão na superfície do cilindro que pode facilitar a formação de uma película de revestimento químico. Várias tarefas adicionais podem ser executadas com o revestimento químico (aderência da rede de polpa à superfície cilíndrica, o desprendimento da rede de polpa no final do processo de secagem, influenciando as propriedades do tecido produzido). Por exemplo, um grande número de recortes distribuídos uniformemente sobre a superfície do invólucro pode ser queimado na superfície a fim de tornar a mesma porosa.
[0029] A superfície do cilindro Yankee é de preferência polida após o tratamento térmico. Normalmente, não é mais necessário esmerilhar a superfície.
[0030] A fim de encurtar a duração do tratamento, também é possível tratar simultaneamente a superfície externa do invólucro do cilindro com vários feixes laser.
[0031] O método de acordo com a invenção é descrito nos exemplos práticos a seguir.
[0032] O cilindro Yankee em grande parte usinado com acabamento é de preferência preso horizontalmente, permitindo que os munhões do eixo girem. Um ou vários feixes laser tratam termicamente a superfície do invólucro. O cilindro Yankee é girado lentamente durante esse processo, de modo que o feixe laser faça a varredura de toda a área da circunferência. A superfície inteira do invólucro do cilindro pode ser tratada termicamente ao mover o laser na direção axial (paralela ao eixo do cilindro Yankee).
[0033] Se vários lasers forem usados, o tempo do processo pode ser encurtado. O processo de tratamento pode ser executado com um laser de diodo de alta potência que gera um poderoso feixe laser de elevada energia.
[0034] Isto provê o aquecimento parcial do componente muito rapidamente (> 1.000°C/s). Isso é seguido pelo autorresfriamento brusco devido à dissipação de calor para o interior do componente e para a área circunvizinha. Em consequência disto, uma trilha endurecida é formada com uma microestrutura de grãos finos. Desse modo, não há nenhuma necessidade de recozer o cilindro Yankee.
[0035] O cilindro Yankee é então polido após o tratamento térmico,no entanto, também é concebível que o processo de polimento pode ser omitido.
[0036] Além disso, é concebível que o cilindro Yankee seja tratado termicamente diretamente em seu lugar da instalação sem ser desmontado. Desta maneira, os cilindros Yankee já em uso podem ser endurecidos subsequentemente.

Claims (6)

1. Método para o tratamento de um cilindro Yankee, no qual o cilindro Yankee tem um invólucro do cilindro feito de aço com uma estrutura ferrítica-perlítica, em que a superfície externa do invólucro do cilindro é tratada termicamente com um feixe laser e desse modo endurecida, caracterizado pelo fato de que a superfície é aquecida pelo feixe laser até uma temperatura entre 800°C e 900°C e o resfriamento da camada austenítica permanece abaixo da velocidade de resfriamento crítica mais baixa de modo que a formação da martensita é impedida, onde a estrutura ferrítica-perlítica é retida em grande parte.
2. Método para o tratamento de um cilindro Yankee de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um aço estrutural de grãos finos soldável do grau P355NH é usado para o invólucro de aço do cilindro.
3. Método para o tratamento de um cilindro Yankee de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o tratamento térmico é executado com o auxílio de um diodo ou um laser de CO2.
4. Método para o tratamento de um cilindro Yankee de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que um grande número de recortes é queimado na superfície pelo feixe laser, e distribuídos uniformemente sobre a superfície do invólucro de modo que uma superfície porosa é criada como um resultado.
5. Método para o tratamento de um cilindro Yankee de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que a superfície do cilindro Yankee é polida após o tratamento térmico.
6. Método para o tratamento de um cilindro Yankee de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a superfície externa do invólucro do cilindro é tratada termicamente por vários feixes laser simultaneamente.
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