Verfahren zum Herstellen von Refinern für die Mahlung von Papierfaserstoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen des bemesserten Stators und des gleichfalls bemesserten Rotors von Kegel- oder Scheibenrefinern für die Mahlung von Papierfaserstoffen.
Die Mahlung von Papierfaserstoffen ist ein wichtiger Arbeitsgang der Papiererzeugung und bestimmt im erheblichen Masse die Eigenschaften des Papiers. Der Hauptzweck des Mahlens ist darin zu sehen, dem Faserstoff ein bestimmtes Mass im Längen- und Dikkenverhältnis zu verleihen, um das gewünschte Gefüge und die Geschlossenheit des Papierblattes zu gewährleisten. Weitere Zwecke sind darin zu sehen, dem Faserstoff einen bestimmten Hydratationsgrad, eine bestimmte Oberflächenentwicklung, Plastizität und an- dere Eigenschaften als Voraussetzung für eine Faserbindung im Papier und viele andere Eigenschaften, wie mechanische Festigkeit, Dichte, Saugfähigkeit, Luftdurchlässigkeit, Transparenz u. d. zu verleihen.
Bei der Mahlung passiert nun die Stoffsuspension in kontinuierlichem Fluss u. a. die Garnierung (Bemesserung) von Kegel- und/oder Scheibenrefinern, die jeweils aus einem bemesserten Stator und einem bemesserten Rotor bestehen. Die Bemesserung der Statoren und Rotoren solcher Refiner ist dabei abhängig von der verwendeten Stoffart und den gewünschten Stoffeigenschaften.
Die Wirkung der Messer kann nun eine schneidende unddcEder quetschende und fibrillierende sein.
Ausserdem vollzieht sich bei dem Mahlen der sehr wichtige Hydratisierungs-Vorgang. Die Kontrolle des Mahlvorganges wird im allgemeinen mit Hilfe des Mahlradpriifers nach Schopper-Riegler vorgenommen, wobei die Wasserabgabefähigkeit des Papierstoffes ermittelt und sowohl der Zerlegungsgrad als auch die Hydratationseigenschaften der Faser gekennzeichnet werden.
Die bislang verwendeten Mahlaggregate sind hinsichtlich ihrer Bemesserung von verschiedenartigster Ausführung, in welchem Zusammenhang zu vermerken wäre, dass die Art der Mahlung neben den oben angeführten Kriterien auch abhängt von dem eingestellten Messerabstand (Mahlspalt) und verschiedenen anderen Faktoren. Der Mahlvorgang bestimmt sich im Regelfall nach dem erwünschten Gefüge und der Geschlossenheit des herzustellenden Papierblattes oder Kartons, wie dies oben bereits erwähnt wurde, folglich steht bei einem Teil der Mahl aggregate das Kürzen, bei einem anderen Teil die Längsaufspaltung und Fibrillierung des Fasermaterials usw. im Vordergrund, wobei in allen Fällen eine ausreichende Hydratisierung zu erreichen versucht wird.
Die am häufigsten verwendeten Kegel- und Scheibenrefiner, zu welchen auch Kegelstoffmühlen zu rechnen sind, welche sich von den Kegelrefinern nur in der Kegeldfehzahl und dem Anpressdruck unterscheiden, erlauben das Durchführen des Mahlvorganges unter ausreichend befriedigenden Bedingungen hinsichtlich der erwünschten Eigenschaften des aufbereiteten Stoffes. Arbeiten sie mit einem niedrigen spezifischen Druck zwischen ihren festsitz henden und ihren bewegten Messern, dann ist die Hydratisierung vorherrschend, arbeiten sie dagegen mit einem hohen spezifischen Druck zwischen ihren Messern, dann ist deren Schneidwirkung bei verringerter Hydratisierung vorherrschend.
Hinsichtlich der Schneidwirkung der Messer wäre in diesem Zusammenhang zu vermerken, dass sie bei einer vergrösserten Anzahl von Einzelmessern grösser ist, wenn dabei die übrigen Variablen als konstant betrachtet werden.
Die Hydratisierung ist abhängig von der Grösse der aktiven Fläche der Refinerteile, sie ist um so grösser, je grösser diese Fläche ist. Da erfahrungsgemäss ein einmaliger Mahlvorgang in einem Refiner nicht ausreicht, um das Fasermaterial in erwünschtem Masse zu kürzen und zu hydratisieren, weil nicht verhindert werden kann, dass ein Teil unbeeinflusst durch den Refiner hindurchgeht, ist es oft erforderlich, den Mahlvorgang mehrmals zu wiederholen, um dadurch den Koeffizienten nach Schopper-Riegler dem Idealwert von 1 anzunähern.
Es sei jedoch vermerkt, dass ein solches mehrmaliges Wiederholen des Mahlvorganges den Nachteil aufweist, dass dadurch auch ein Teil des Fasermaterials unter Umständen in zu starkem Masse gekürzt werden kann, so dass das Fasermaterial in seiner Gesamtheit unter Umständen für seine weitere Verwendung wertlos wird.
Aus den vorstehenden Ausführungen ist ohne weiteres erkennbar, dass in Hinblick auf die verschieden- artigsten Papiere, Kartons usw. die Ausfiihrungen solcher Refiner von einer Vielzahl von Faktoren abhängig sind, um einen aufbereiteten Papierfaserstoff erwünschter Qualität zu erhalten. Eine zu beachtende Grösse ist dabei insbesondere die Bemesserung von Stator und Rotor der Refiner, wobei den einzelnen Messern in Abhängigkeit von der verwendeten Stoffart und den gewünschten Stoffeigenschaften die verschiedenartigsten Formen gegeben werden können.
Allen vorbekannten Refinern ist nun insbesondere der Nachteil gemeinsam, dass bei einem Stumpfwerden der Messer Stator und Rotor sowohl bei den Kegel- wie auch bei den Scheibenrefinern unbrauchbar werden, was zu einem Verlust in der Grössenordnung von etwa 70 O/o des wertvollen Materials, wie rostfreier Stahl oder Speziallegierungen, führt, aus welchem solche Statoren und Rotoren im Regelfall hergestellt werden, wobei das Gesamtgewicht der Messer etwa 30 /o des Gewichts eines Refiners ausmacht. Weiterhin weisen solche Refiner insbesondere hinsichtlich ihrer Herstellung zahlreiche Nachteile auf. Die bemesserten Statoren und Rotoren werden im Regelfall durch Giessen in einem Stück hergestellt, was im Hinblick auf die unterschiedlichsten Formgebungen der Messer die Bereitstellung einer Vielzahl von Giessformen und/oder Kernen erfordert.
Dabei kann auch nicht unberücksichtigt bleiben, dass die einzelnen Messer oft unterschiedliche Breiten und Höhen aufweisen, dass ihr gegenseitiger Abstand oft von Ausführungsform zu Ausführungsform variiert werden muss und dass in den Grundkörpern von Stator bzw. Rotor oft Rillen und Fliessbrem- sen für das Fasermaterial vorzusehen sind. Alle diese Faktoren gemeinsam betrachtet lassen ohne weiteres erkennen, dass die Herstellung solcher Statoren und Rotoren für Refiner äusserst kostspielig ist. Auch ist zu berücksichtigen, dass im Regelfall nicht sichergestellt werden kann, dass die Giessmaterialien ihre Eigenschaften beibehalten, nachdem sie zu Statoren und Rotoren gegossen worden sind, mit der Folge, dass oft zu bemerken ist, dass die einzelnen Messer leicht ausbrechen, unerwünscht hart und nicht elastisch sind und ausserdem zu Korrosion neigen.
Dabei bedarf es nicht einmal des ergänzenden Hinweises auf die Schwierigkeit des durchzuführenden Giessvorganges bei komplizierten Formgebungen der Messer und der erforderlichen Nachbearbeitung der Werkstücke nach dem Giessen. Erfolgt keine exakte Herstellung der bemesserten Statoren und Rotoren, dann kann keine exakte Mahlung der Papierfaserstoffe vorgenommen werden, es können also die erwünschten Eigenschaften des aufbereiteten Stoffes allenfalls unter schwierigsten Bedingungen erzielt werden.
Zur Vermeidung dieser Nachteile ist zwar bereits eine Vielzahl von Vorschlägen unterbreitet worden, alle unter'oreiteten Vorschläge sind aber gleichfalls mit Nachteilen behaftet, so dass es nicht erfordeilich ist, hier eine nähere Beschreibung wiederzugeben. Nur beispielsweise sei darauf hingewiesen, dass man die Statoren und Rotoren solcher Refiner auch durch spanabnehmende Formgebung beispielsweise mittels Finger fräsern herzustellen versuchte, diesen Weg aber wieder wegen zu hoher Fertigungskosten, welche durch ein genaues Bearbeiten verursacht wurden, und wegen zu hohen Materiaiabfalls wieder verlassen hat.
Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausfüh rungen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zum Herstellen der bemesserten Statoren und Rotoren von Kegel- oder Scheibenrefinern für die Mahlung von Papierfaserstoffen zu schaffen, durch welches die erwähnten Nachteile vermieden werden. Das in Vorschlag zu bringende neue Herstellungs- verfahren soll insbesondere die Möglichkeit bringen, auf möglichst einfache Art und Weise der Bemesserung dieser Refinerteile die verschiedenartigsten Anordnungen, Ausführungsformen und Formgebungen zu geben, die von so vielen Faktoren abhängig sind, von welchen in diesem Zusammenhang nur das erwünschte Gefüge und die Geschlossenheit des Papierblattes als einer der bereits genannten Faktoren wiederholt sei.
Im Hinblick auf die erwähnten zahlreichen Nachteile eines Giess- verfahrens soll nach Möglichkeit ein solcher Giessvorgang vollkommen vermieden werden, und schliesslich soll es das neue Verfahren noch ermöglichen, die einem sehr starken Verschleiss unterworfenen Bemesserungen auf eine rationelle und kostensparende Art und Weise am Ende ihrer Standzeit einer Wiederverwertung zuzuführen.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass für die beiden Teile eines Refiners, nämlich den Stator und den Rotor, zunächst je ein kegeliger oder ein scheibenförmiger Grundkörper glatter Oberfläche hergestellt wird, und dass dann mit den einander zugeordneten Oberflächen der beiden Grundkörper Messer einzeln verbunden werden, und zwar insbesondere verschweisst werden, wobei in die- sem Fall bevorzugt eine Elektroschweissung mit Elektroden aus dem Material empfohlen wird, aus welchem auch die einzelnen Messer hergestellt sind.
Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein Refiner mit bemessertem Rotor und Stator, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I, gekennzeichnet durch eine verschweisste Festlegung der einzelnen Messer an einem einstückigen oder aus mehreren Teilen zusammengesetzten Grundkörper, wobei mindestens die Messer aus kaltgewalztem, rostfreiem Stahl oder legiertem Kohlenstoffstahl hergestellt sind.
Vorzugsweise werden die einzelnen Messer aus kaltgewalztem rostfreien Stahl oder Kohlenstoffstahl hergestellt, insbesondere in Chrom-Nickel-Legierung, wobei das genannte Kaltwalzen so durchzuführen ist, dass der verwendete Stahl der bei der Reduzierung seiner Dicke zwar eine höhere Härte und eine höhere Festigkeit erhält, jedoch seine anfängliche Biegsamkeit beibehält. Insbesondere hat sich für die erwähnte Chrom-Nickel-Legierung ein Kaltwalzen, ausgehend von einer Dicke von etwa 16 mm auf eine Dicke von etwa 2 mm, bewährt.
Für die Herstellung der Grundkörper von Kegelrefinern wird empfohlen, diese aus kaltgewalzten Stahlblechen herzustellen, aus welchen trapezförmige Segmente ausgeschnitten oder ausgestanzt werden, die dann zu hohlkegelstumpfförmigen Segmenten verformt und anschlies,send miteinander verschweisst werden.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung hervor.
Es zeigt:
Fig. 1 in Perspektivansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines Rotors für einen Kegelrefiner, bevor die Bemesserung aufgebracht ist.
Fig. 2 in Perspektivansicht den dem Rotor-Grund körper nach Fig. 1 entsprechenden Stator-Grundkörper, gleichfalls bevor die Bemesserung aufgebracht ist.
Fig. 3 in Perspektivansicht einen Grundkörper eines Scheibenfräsers, bevor die Bemesserung aufgebracht ist.
Fig. 4 in Perspektivansicht einen bemesserten Rotor und einen bemesserten Stator, bei welchen die einzelnen Messer durch die Verwendung dieser Teile in einem Kegelrefiner einem starken Verschleiss unterworfen worden waren, zur Erläuterung der ermöglichten Wiederverwertung dieser Messer.
Fig. 5 erläuternde Darstellungen der unterschiedlichen Gefüge, die stufenweise beim Niederwalzen von Stahl zur Herstellung der einzelnen Messer auftreten.
Fig. 6 Schaubilder zur Erläuterung des Härte- und des Zugfestigkeit-Anstiegs beim Kaltwalzen für Stahl.
Fig. 10-12 Perspektivenansichten von jeweils einem Rotor mit zugeordnetem Stator für einen Kegelrefiner zur Veranschaulichung der unterschiedlichen Bemesserung dieser Teile.
Fig. 13-18 Perspektivansicht bzw. Draufsicht ur- terschiedlicher Ausführungen der Bemesserung der Scheiben von Scheibenrefinern, teilweise ein geschlossenes System, teilweise ein offenes System und teilweise ein geschlossenes und unterbrochenes System zeigend.
Fig. 19 und 20 Schniftdarstellungen durch einen Kegel- bzw. durch einen Scheibenrefiner, und
Fig. 21 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Wechselwirkung von mittlerer Faserlänge und Hydra- dationsgrad des Faserstoffes während des Mahlvorganges in Refinern bekannter Ausführungsform.
Für das vorliegende Verfahren zum Herstellen des bemesserten Stators und des gleichfalls bemesserten Rotors von Kegel- oder Scheibenrefinern für die Mahlung von Papierfaserstoffen ist der erste Verfahrensschritt in der Herstellung von kegeligen bzw. scheibenförmigen Grundkörpern zu erblicken. Diese Grundkörper für den Kegelrefiner-Stator und Rotor werden aus trapezförmigen Stahlplatten-Segmenten hergestellt, die einer spaniosen Formgebung unterworfen werden, um aus ihnen hohlkegelstumpfförmige Mantelsegmente 1 bzw. 2, bestimmt für den Rotor gemäss Fig. 1 bzw. für den Stator gemäss Fig. 2, zu bilden. Die einzelnen Mantelsegmente werden dann durch Schweissraupen 3 zur Bildung eines kegeligen Körpers miteinander verbunden, dessen Konizität, wie ohne weiteres erkennbar, für die einzelnen Bauarten variiert werden kann.
Um die Konizität dieser Refinerteile zu bewahren und sie vor einer Verformung während des Mahlvorganges zu schützen, kann der Rotor-Grundkörper mit zwei Ringkörpern 4, 5 endseitig und gegebenenfalls mit einem weiteren Ringkörper 7' (s.Fig. 19) mittig ver steift sein, analog kann der Stator-Grundkörper mit Ringkörpern 6, 6' und 7 versteift sein. Diese Ringkörper stehen mit den Oberflächen der Refinerteile in Berührung, welche mit keiner Bemesserung versehen werden, sie sind vorzugsweise mit den Grundkörpern fest verbunden, insbesondere verschweisst.
Fig. 3 zeigt einen scheibenförmigen Grundkörper 8 für einen Scheibenrefiner, der mit einer zentralen Öffnung 9 versehen ist, dieser Grundkörper kann einstückig sein oder aus miteinander verschweissten Segmenten bestehen, wobei sich für ihn wie für die Grundkörper nach den Fig. 1 und 2 rostfreier Stahl oder Kohlenstoffstahl als Material am besten eignet. Um diesen scheibenförmigen Grundkörpern gleichfalls eine ausreichende Steifigkeit zu geben, kann ihre nicht mit einer Bemesserung zu versehende Oberfläche mittels einer geeigneten Auftragsschweissung versehen oder es kann in sonstiger Art und Weise eine entsprechende Versteifung vorgenommen werden.
Eine derartige Herstellung von Grundkörpern für die Refinerteile (Stator und Rotor) bringt gegenüber einem Giessvorgang den Vorteil nahezu vollständiger innerer Spannungsfreiheit neben dem Vorteil gleichmässiger Wandstärke und dem Vorteil, dass mit Sicherheit jegliches Lockern vermieden werden kann.
Ausserdem kann bei einem Verschleiss der Bemesserung, deren Aufbringung nachfolgend noch näher beschrieben werden wird, jeder Grundkörper einer Wiederverwertung zugeführt werden, was immerhin eine Materialersparnis in der Grössenordnung zwischen 60 und 70 O/o bringt, denn es bedarf lediglich einer relativ einfachen Entfernung der verschliffenen Bemessung beispielsweise durch Drehen, um aus den in Gebrauch gestandenen Statoren und Rotoren beispielsweise nach Fig. 4 die Grundkörper nach den Fig. 1 und 2 wieder zu erhalten.
Bevor die Bemesserung auf die wie vorbeschrieben hergestellten Grundkörper der Refinerteile aufgebracht wird, werden diese Grundkörper spanabnehmend bearbeitet, um ihre eine Oberfläche, auf welche die Bemesserung aufzubringen ist, gleichförmig zu glätten. Für das Aufbringen der Bemesserung werden nun folgende Verfahrensschritte in Vorschlag gebracht.
Als Ausgangsmaterial für die einzelnen Messer wählt man rostfreien Stahl oder Kohlenstoffstahl und vorzugsweise eine Nickel-Chrom-Legierung. Insbesondere eignet sich eine Legierung etwa der folgenden Zusammensetzung: 17-19 0/0 Cr, 7-9 0/0 Ni, 2-30/oCr, 0,070/(rC, 1 0/0 Si, O,()7 /oP, 0,03 /oS, Rest übliche edle Verunreinigungen.
Es sei in diesem Zusammenhang allerdings vermerkt, dass sich selbstverständlich auch andere Legierungen für die Herstellung der einzelnen Messer eignen, diese Legierung ist nur beispielsweise deshalb aufgeführt, weil sie sich bei Berücksichtigung der einzelnen Faktoren bei der Mahlung von Papierstoffen wegen ihrer Härte in der Grössenordnung von etwa 200 Grad Brinell und ihrer Zugfestigkeit in der Grössenordnung von etwa 70,7 kg/mm2 für besonders vorteilhaft erwiesen hat. Die für die Bemesserung gewählte Legierung sollte also so beschaffen sein, dass sie einer speziellen Gestaltung des Mahlvorganges Rechnung trägt, und zwar unter Beachtung des wesentlichen Merkmals, dass durch Kaltwalzen ein Verdichten ihres Gefüges vorgenommen werden kann.
Für die Herstellung der einzelnen Messer wird also vorgeschlagen, aus dem gewählten Material zunächst Stangen einer bestimmten Dicke herzustellen und diese Dicke dann durch Kaltwalzen auf einen Bruchteil zu reduzieren. Bei einem solchen Kaltwalzen lässt sich beispielsweise bei der vorerwähnten Chrom-Nickel Legierung eine Härtesteigerung auf etwa 400 Grad Brinell und gleichzeitig eine Erhöhung der Zugfestigkeit auf etwa 140,4 kg/mm2 erreichen, welche Materialeigenschaften für die Mahlung von Papierfaserstoffen für ausgezeichnet zu befinden sind, da sie die Vermeidung eines allzu raschen Verschleisses der Bemesserung sicherstellen.
In diesem Zusammenhang sei auf Fig. 5 verwiesen, wo das Gefüge einer kaltgewalzten Stange in den einzelnen Verfahrensstufen schematisch dargestellt ist, wenn die Stange von einer Dicke von etwa 16 mm (Querschnitt 11) auf eine Dicke von etwa 2 mm (Querschnitt 14) niedergewalzt wird. Aus den graphischen Darstellungen gemäss Fig. 6 ist in diesem Zusammenhang erkennbar, dass dabei die Brinellhärte von etwa 200 Grad bei der Dicke von etwa 16 mm auf etwa 400 Grad bei der Dicke von etwa 2 mm erhöht wird und gleichzeitig die Zugfestigkeit von einem Wert von etwa 70,7 kg/mm2 auf einen Wert von etwa 140,4 kg/mm2, und zwar unter Beibehaltung der Biegsamkeit des Stahles.
Materialeigenschaften. wie diese lassen sich mittels des herkömmlichen Giessvorganges keinesfalls erreichen, und zwar weil beim Giessen ther- mische Bedingungen zu beachten sind, die das Material äusserst steif und bruchanfällig machen, und die nicht verhindern können, dass insbesondere die einzelnen Messer an ihren Oberflächen porös sind.
Die einzelnen, wie vorstehend beschrieben, durch ein Kaltwalzen vorbereiteten Messer werden nunmehr gemäss der Darstellung nach den Fig. 7-9 mit den ge glätteten Oberflächen der vorbereiteten Grundkörper verbunden, und zwar vorzugsweise durch Schweissen, wobei sich eine Elektroschweissung mit Elektroden empfiehlt, die aus dem gleichen Material wie die Messer bestehen. Für diese Verschweissung der einzelnen Messer 15 mit den Grundkörpern empfiehlt es sich, ihnen zuvor eine Anfassung zu geben, wie bei 17 angedeutet, um die an sie und an die Oberfläche der Grundkörper anzulegende Schweissraupe 16 nicht zu weit über die Seitenfläche der Messer vorstehen zu lassen.
Bei dem Verschweissen der einzelnen Messer mit den Grundkörpern ist wegen deren relativ kleiner Dicke auch darauf zu achten, dass es zu keinem Verwerfen der Grundkörper kommt, es empfiehlt sich daher, zum Erreichen einer geeigneten Temperaturverteilung die einzelnen Messer überkreuz anzuschweissen, um dadurch örtliche Überhitzungen zu vermeiden und die Temperatur gleichförmig auf einen Wert von maximal etwa 1000 C zu halten. Die Fig. 7 und 8 veranschaulichen das Anschweissen der einzelnen Messer an den kegeligen Rotor-Grundkörper bzw. Stator Grundkörper eines Kegelrefiners, und Fig. 9 veranschaulicht das Anschweissen der einzelnen Messer an einen scheibenförmigen Grundkörper eines Scheibenrefiners.
Nachdem die Grundkörper mit ihrer Bemesserung versehen worden sind, werden sie mittels geeigneter Methoden einer Materialprüfung unterzogen, bei welcher insbesondere nachgeprüft wird, ob die Statoren und Rotoren lockerungssicher sind, ob die an die eir- zelnen Messer angelegten Schweissraupen eine ausreichende Festigkeit aufweisen, ob die Körper sich nicht verworfen haben usw. Überprüft werden also alle möglichen Fehlerquellen, die eventuell einen Einfluss auf den Mahlvorgang nehmen könnten. Ist diese Überprü- fung durchgeführt worden, dann wird die Bemesserung der Statoren und Rotoren spanabnehmend bearbeitet, und anschliessend erfolgt noch eine Reinigung der Mahl spalte vorzugsweise mittels Sandstrahlen, um dadurch eventuelle Schweissgrate zu entfernen.
Abschliessend erfolgt dann eine nochmalige Überprüfung ihrer Rotationssymmetrie bei einer Drehzahl in, der Grössenordnung von etwa 3600 Ulmin. und gegebenen- falls ein Auswuchten.
Es bedarf in diesem Zusammenhang keines näheren Hinweises, dass analog dem vorbeschriebenen Her stellungs,verfahren der Statoren und Rotoren von Refinern einer Wiederverwertung zugeführte Grundkörper nach dem erwähnten Glätten ihrer einen Oberfläche mit einer neuen Bemesserung versehen werden können, was gegenüber herkömmlichen Giessverfahren den Vorteil einer Materialersparnis in der Grössenordnung zwischen 60 und 700/0 bringt, da die Bemesserung etwa 30 O/o des Gesamtgewichts eines Rotors bzw. Stators ausmacht.
Gegenüber sämtlichen vorbekannten Herstellungsverfahren bringt vorliegendes Herstellungsverfahren insbesondere den ohne weiteres erkennbaren Vorteil, dass ohne grosse Schwierigkeiten die verschiedenartigsten Anordnungen und Formgebungen für die einzelnen Messer gewählt werden können, und dass insbesondere der Abstand zwischen den einzelnen Messern ohne Schwierigkeit in einem Mass reduziert werden kann, das mittels Giessen keinesfalls zu erreichen ist.
Die Fig. 10-18 zeigen nur einige mögliche Anordnungen und Formgebungen von Messern der unterschiedlichsten Breiten und der unterschiedlichsten Grössen des Mahlspaltes, wobei erkennbar ohne grosse Schwierigkeiten geschlossene Systeme, offene Systeme, Fliessbremsen, Überläufe usw. geschaffen werden können, um damit den unterschiedlichsten Faktoren gerecht zu werden.
Die Bemesserung kann also individuell gewählt werden, und es ist damit in einem zuvor nicht gekannten Ausmass die Möglichkeit geschaffen,, dem Faserstoff jedes erdenkliche Mass im Längen- und Dikkenverhältnis, jeden erdenklichen Hydratationsgrad, jede erdenkliche Oberflächenentwicklung, Plastizität und andere Eigenschaften als Voraussetzung für eine Faserbindung im Papier und viele andere Eigenschaften, wie mechanische Festigkeit, Dichte, Saugfähigkeit, Luftdurchlässigkeit, Transparenz u. a. zu verleihen, um dadurch eine Vielzahl erwünschter Gefüge des Papierblattes zu gewährleisten.
Die Fig. 19 und 20 zeigen jeweils im Schnitt einen Kegelrei iner bzw. einen Scheibenrefiner mit Stator und zugeordnetem Rotor. Diese beiden Refinerteile sind im Betrieb des Refiners koaxial zueinander angeordnet und der Stator 19 umfasst als feststehender Aussenteil beim Kegelrefiner den drehenden Rotor 18.
Die einander zugewandten Oberflächen dieser beiden Refinerteile sind jeweils mit einer Bemesserung 15 versehen und ihr Grundkörper ist mit Ringkörpern 6, 6', 7 bzw. 4, 5, 7' versteift. Der Betrieb solcher Refiner kann als bekannt vorausgesetzt werden, weshalb es diesbezüglich keiner näheren Ausführungen bedarf.
Der Papierfaserstoff wird am kleineren Kegeidurch- messer eingeführt und tritt infolge hydraulischen Drucks und. wachsender Zentrifugalkraft unter Einfluss des zunehmenden Kegeldurchmessers am grösseren Durchmesser wieder aus. Dieser Vorgang kann, falls erforderlich, mehrfach wiederholt werden, in wel ehem Zusammenhang nochmals zu erwähnen wäre, dass sich das Herstellungsverfahren auch für die Herstellung von Kegelstoffmühlen eignet, die sich von solchen Kegelrefinern im äusseren Aufbau kaum unterscheiden, ein Unterschied liegt nur in der Kegeidreh zahl und in dem Anpressdruck vor. Bei dem Scheibenrefiner nach Fig. 20 wird der Papierstoff koaxial eingeführt und wird dann zwischen den beiden bemesserten Scheiben 8 nach aussen bewegt.
Neben den bereits erwähnten Vorteilen des vorlie- genden Herstellungsverfahrens gegenüber vorbekannten Herstellungsverfahren von Refinerteilen wären noch die folgenden wirtschlaftlichen Vorteile aufzuführen. Es mag zwar den Anschein haben, dass das Anschweissen der einzelnen Messer an die geglätteten Oberflächen von Statoren und Rotoren sowie die vorbereitenden Handlungen wie auch abschliessende Materialprüfungen teurer kommen als das herkömmliche Giessen solcher Refinerteile. Wird diese tJberle- gung für eine einzige Ausführungsform einer Bemesserung der Refinerteile angestellt, dann kann man dieser Ansicht zustimmen.
Berücksichtigt man jedoch die Vielzahl erwünschter Muster für die Bemesserung, dann ist ohne weiteres erkennbar, dass das vorliegende Herstellungsverfahren gegenüber dem Giessen wesent- lich billiger kommt, weil ja für das Giessen eine Vielzahl von Giessformen erst einmal hergestellt werden müssen und dann in jedem Einzelfall neue Giessbedingungen genauestens einzuhalten sind. Werden diese nicht eingehalten, dann kommt es zu Ausschussware.
Für kleinere Stückzahlen von unterschiedlichsten Mustern der Bemesserung von Refinerteilen ist daher das vorliegende Herstellungsverfahren dem herkömmlichen Giessen wirtschaftlich bei weitem überlegen.
Hinzu kommt, dass es mit dem genannten Herstellungsverfahren ermöglicht wird, den etwa 70 Gew. /o ausmachenden Grundkörper einer Wiederverwertung zuzuführen, was beim Giessen nicht möglich ist, wo Grundkörper und Bemesserung einstückig sind. Hinsichtlich technischer Vorteile wäre zu vermerken, dass es dadurch ermöglicht wird, den einzelnen Messern eine wesentlich; grössere Verschleissfestigkeit und Zugfestigkeit zu geben. Gegenüber den gegossenen Messern weisen die vorliegenden an den Grundkörper ansgeschweissten Messer eine um etwa 50 /o vergrösserte Standfestigkeit auf.
Aufgrund langer Versuchsreihen wurde dabei gefunden, dass sich für die einzelnen Messer insbesondere rostfreier Stahl und legierter Kohlenstoffstahl, vorzugsweise eine Nickel-Chrom-Legierung, als Material eignet, wobei dann Bleche grösserer Dicke zu Blechen mit stark reduzierter Dicke kalt niedergewalzt werden, um eine Härte von etwa 400 Grad Brinell und eine Zugfestigkeit von etwa 140 kg/mm2 zu erhalten, und zwar unter Beibehaltung der Biegsamkeit. Die aus einem derartig behandelten Material hergestellten Messer sind nach ihrem Verschweissen mit den Grundkörpern unter gesteuerten Temperaturbedingungen äusserst widerstandsfähig und weisen gegenüber den gegossenen Messern insbesondere den Vorteil auf, dass sie weniger leicht ausbrechen und dass ihre Oberflächen weniger porös sind und in einem viel geringe ren Masse zu einer Korrosion neigen.
Die hiermit hergestellte Bemesserung der Refinerteile gewährleistet daher eine optimal möglich erscheinende Mahlwirkung der einzelnen Messer, die wie erwähnt, schneidend oder quetschend bzw. fibrillierend sein kann.
Als technischer Vorteil des vorliegenden Herstellungsverfahrens wäre auch noch die Vielzahl möglicher Muster der Bemesserung anzuführen. Welche Vorteile dies bringt sei unter Bezugnahme auf die graphische Darstellung gemäss Fig. 21 erläutert. Diese Figur zeigt die Abhängigkeit zwischen der mittleren Faserlänge und dem Hydratationsgrad des Faserstoffes bei einem Mahlvorgang in vorbekannten Ausführungsformen von Refinern. Aus der Darstellung ist eine nahezu kon stante Wechselbeziehung zwischen der Schneidwirkung und der Hyd?atation erkennbar, welche nur begrenzt varriierbar ist durch eine Beeinflussung der Druckver hältnisse, der Fliessrate und andere Faktoren.
Es ist nun aber bekannt, dass für die Papiererzeugung der Wunsch besteht, die Eigenschaften des Papiers in viel faches Hinsicht zu variieren, und diese Variierung wird nur dadurch ermöglicht, dass man den Mahlvorgang entsprechend beeinflusst. Die Art der Bemesserung oder Garnierung ist abhängig von der verwendeten Stoffart und den gewünschten Stoffeigenschaften. In einigen Fällen ist es erwünscht, eine hohe Hydratisle- rung und nur ein begrenztes Schneiden der Fasern zu erhalten, in anderen Fällen ist es wieder erwünscht, nur eine geringe Hydratisierung und ein starkes Schneiden der Fasern zu erhalten. Die Bemesserung der Refinerteile muss daher in jedem Einzelfall entsprechend gewählt werden.
Das vorliegende Herstellungsverfahren ermöglicht nun die Ausführung jedes denkbaren Musters der Bemesserung, d. h. die einzelnen Messer können gerade oder winklig ausgeführt werden, zwischen den einzelnen Messern können kontinuierliche oder unterbrochene Mahlspalte vorgesehen werden, usw. Ausserdem bereitet es keine Schwierigkeiten, die einzelnen Messer selbst dann in sehr engem Abstand zueinander anzuordnen, wenn sie äusserst kleine Breiten aufweisen, es können also eine Vielzahl von Messern an die Grundkörper angeschweisst wer; den, wodurch die wirksame Fläche wesentlich vergrös- sert und damit u. U. erreicht werden kann, dass es nicht mehr erforderlich ist, das Fasermaterial mehrmalig durch einen Refiner passieren lassen zu müssen.
In technischer Hinsicht wäre auch noch auf die geschaffene Möglichkeit zu verweisen, Refinerteile mit einer verschlissenen Bemesserung auf einfache Art und Weise wieder zu verwerten, indem man einfach die alte Bemesserung abdreht und den Grundkörper mit einer neuen Bemesserung versieht. Dieser Vorgang der Wiederverwertung ist für gegossene Refinerteile keinesfalls möglich, weil die verwendeten Giessformen nur ein einstückiges Giessen von Grundkörper und Bemesserung zulassen, bei einer verschliessenen Bemesserung waren daher die Refinerteile unbrauchbar.
Auch wäre noch zu vermerken, dass für die Grössenabmessungen solcher Refinerteile keinerlei Grenzen gesetzt sind, was u. a. zur Folge hat, dass der Schneidvorgang der ein zelnen Fasern vollkommen von dem Hydratisierungsvorgang gelöst werden kann, und es demzufolge möglich ist, die verschiedenartigsten Papierfaserstoffe einem Mahlvorgang zu unterwerfen, um die verschie denartigsten Stoffeigenschaften zu erhalten. In techni scher Hinsicht weist also das vorliegende Herstellungs verfahren gegenüber dem Giessen der Refinerteile gleichfalls zahlreiche Vorteile auf.
Das vorliegende Herstellungsverfahren ermöglicht auch eine Verbesserung der BetriebsbedD3gungen der Refiner, indem es ermöglicht werden kann, die wirksamen Mahiflächen dadurch wesentlich zu vergrössern, dass man die Anzahl der Messer durch Verringerung des Messerabstandes vergrössert. Gegenüber vorbekannten Refinern kann eine Leistungssteigerung in der Grössenordnung von 30 0/o und mehr erzielt werden, wobei sich eine höhere Leistungssteigerung für geringere Messerbreiten ergibt. Je grösser die Anzahl der Messer ist, desto grösser ist die Anzahl -der gemahlenen Fasern, es kann also hiermit ermöglicht werden, dass unter Umständen ein mehrmaliges Passieren des Fasermaterials durch die Refiner unterbleiben kann.
PATENTANSPRUCH I
Verfahren zum Herstellen des bemesserten Stators und des gleichfalls bemesserten Rotors von Kegeloder Scheibenrefinern für die Mahlung von Papierfaserstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass für die beiden Teile des Refiners, den Stator und den Rotor, zunächst je ein kegeliger oder scheibenförmiger Grundkörper glatter Oberfläche hergestellt wird und dass dann mit den einander zugeordneten Oberflächen der beiden Grundkörper Messer einzeln verbunden werden
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Messer an die geglättete Oberfläche des Grundkörpers angeschweisst werden, wobei für eine gleichförmige Temperatunertei- lung im Grundkörper durch ein Anschweissen der Messer überkreuz vorgesorgt wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Messer aus kaitgewalztem rostfreiem Stahl oder legiertem Kohlenstoffstahl hergestellt werden.
3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass jeder kegelige Grundkörper für Kegelrefiner aus einem kaltgewalzten Stahlblech aus rostfreiem Stahl oder legiertem Kohlenstoffstahl hergestellt wird, aus welchem trapezförmige Segmente ausgeschnitten oder ausgestanzt werden, die dann zu hohl kegelstumpfförmIgen Mantelsegmenten verformt und anschliessend miteinander verschweisst werden
4. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder kegelige Grundkörper mit mindestens einem Ringkörper versteift wird, der mit seiner nicht bemesserten Oberfläche fest verbunden wird.
5. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl für die einzelnen Messer auf eine solche, gegenüber seiner Ausgangsdicke wesentlich reduzierte Dicke kalt niedergewalzt wird, dass er gegenüber seiner Ausgangshärte und gegenüber seiner Ausgangsfestigkeit eine wesentlich erhöhte Härte und erhöhte Festigkeit unter Beibehaltung seiner Biegsamkeit erhält.
6. Verfahren nach Patentanspruch I und einem der Unteransprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Messer aus einer Chrom-Nickel-Legie- rung hergestellt werden und dass der Stahl von einer Dicke von etwa 16 mm auf eine Dicke von etwa 2 mm kalt niedergewalzt wird.
7. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messer von ihrem Verschweissen mit den Grundkörpern der Refinerteile entlang der Kante angefasst werden, entlang welcher die Schweissraupe anzubringen ist.
8. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Messer durch Elektroschweissung unter Verwendung von Elektroden -ange- schweisslt werden, welche aus demselben Material hergestellt sind wie die Messer.
9. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Refinerteile nach dem Aufbrin- gen der Bemesserung atf Grundkörper abschliessend spanabnehlnend bearbeitet werden.
PATENTANSPRUCH II
Refiner mit bemessertem Rotor und Stator, herge- stellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I, gekennzeichnet durch eine verschweisste Festlegung der einzelnen Messer an einem einstückigen oder aus mehreren Teilen zusammengesetzten Grunldkörper, wobei mindestens die Messer aus kaltgewalztem, rostfreiem Stahl oder legiertem Kohlenstoffstahl hergestellt sind.
**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.
Process for the manufacture of refiners for the refining of paper pulps
The invention relates to a method for manufacturing the sized stator and the likewise sized rotor of cone or disc refiners for grinding paper pulps.
The grinding of paper fibers is an important process in paper production and determines the properties of the paper to a considerable extent. The main purpose of milling is to give the fiber material a certain length and thickness ratio in order to ensure the desired structure and the cohesion of the paper sheet. Further purposes are to be seen in giving the fiber a certain degree of hydration, a certain surface development, plasticity and other properties as a prerequisite for a fiber bond in the paper and many other properties, such as mechanical strength, density, absorbency, air permeability, transparency and the like. d. to rent.
During the grinding, the pulp suspension now happens in a continuous flow u. a. the garnishing (dimensioning) of cone and / or disc refiners, each consisting of a dimensioned stator and a dimensioned rotor. The dimensioning of the stators and rotors of such refiners depends on the type of material used and the desired material properties.
The effect of the knife can now be a cutting, squeezing and fibrillating effect.
In addition, the very important hydration process takes place during grinding. The grinding process is generally checked with the aid of the grinding wheel tester according to Schopper-Riegler, whereby the water releasing capacity of the paper stock is determined and both the degree of disintegration and the hydration properties of the fibers are identified.
The grinding units used so far are of the most varied of designs with regard to their dimensioning, in which context it should be noted that the type of grinding, in addition to the criteria listed above, also depends on the set knife spacing (grinding gap) and various other factors. The grinding process is usually determined by the desired structure and the closeness of the paper sheet or cardboard to be produced, as already mentioned above, consequently, with some of the grinding units, shortening, with another part, the longitudinal splitting and fibrillation of the fiber material etc. is in the Foreground, trying to achieve adequate hydration in all cases.
The most frequently used cone and disc refiners, which also include cone pulp mills, which differ from the cone refiners only in the number of cones and the contact pressure, allow the grinding process to be carried out under sufficiently satisfactory conditions with regard to the desired properties of the prepared substance. If you work with a low specific pressure between your fixed and your moving knives, then hydration is predominant, if, on the other hand, you work with a high specific pressure between your knives, then their cutting effect is predominant with reduced hydration.
With regard to the cutting action of the knives, it should be noted in this context that it is greater with an increased number of individual knives, if the other variables are regarded as constant.
The hydration depends on the size of the active surface of the refiner parts; the larger this surface is, the greater it is. Since experience has shown that a single grinding process in a refiner is not sufficient to shorten and hydrate the fiber material to the desired extent because it cannot be prevented that a part passes through the refiner unaffected, it is often necessary to repeat the grinding process several times in order to thereby approximating the Schopper-Riegler coefficient to the ideal value of 1.
It should be noted, however, that such repeated repetition of the grinding process has the disadvantage that part of the fiber material can also be shortened too much under certain circumstances, so that the fiber material in its entirety may become worthless for further use.
From the foregoing it is readily apparent that with regard to the most varied of papers, cardboard boxes, etc., the execution of such refiners depends on a large number of factors in order to obtain a processed paper pulp of the desired quality. A factor to be considered is the dimensioning of the stator and rotor of the refiner, whereby the individual knives can be given a wide variety of shapes depending on the type of material used and the desired material properties.
All previously known refiners now have the particular disadvantage that if the blades become blunt, the stator and rotor become unusable in both the conical and disc refiners, which leads to a loss of around 70% of the valuable material, such as stainless steel or special alloys, from which such stators and rotors are usually made, the total weight of the knives making up about 30% of the weight of a refiner. Furthermore, such refiners have numerous disadvantages, particularly with regard to their production. The sized stators and rotors are usually produced in one piece by casting, which, in view of the most varied shapes of the knives, requires the provision of a large number of casting molds and / or cores.
The fact that the individual knives often have different widths and heights, that their mutual spacing often has to be varied from embodiment to embodiment and that grooves and flow brakes for the fiber material must often be provided in the base bodies of the stator or rotor cannot be ignored are. All of these factors taken together make it readily apparent that such stators and rotors for refiners are extremely expensive to manufacture. It must also be taken into account that, as a rule, it cannot be ensured that the casting materials retain their properties after they have been cast into stators and rotors, with the result that it is often noticeable that the individual knives break easily, are undesirably hard and are not elastic and are also prone to corrosion.
It is not even necessary to make a supplementary reference to the difficulty of the casting process to be carried out in the case of complicated shapes of the knives and the necessary reworking of the workpieces after casting. If the sized stators and rotors are not produced precisely, then the paper fibers cannot be precisely milled, so the desired properties of the prepared material can at best be achieved under the most difficult conditions.
To avoid these disadvantages, a large number of proposals have already been made, but all the proposals below are also subject to disadvantages, so that it is not necessary to reproduce a more detailed description here. It should only be pointed out, for example, that the stators and rotors of such refiners were also attempted to be manufactured by means of chip-removing shaping, for example by means of finger milling, but abandoned this route again because of excessive manufacturing costs caused by precise machining and because of excessive material waste .
Taking into account the above Ausfüh ments, the object of the invention is to provide a new method for producing the sized stators and rotors of cone or disc refiners for grinding paper pulps, by means of which the disadvantages mentioned are avoided. The proposed new manufacturing process should in particular make it possible to give the dimensions of these refiner parts the most varied of arrangements, embodiments and shapes in the simplest possible manner, which depend on so many factors, of which only that in this context desired structure and the cohesion of the paper sheet as one of the factors already mentioned is repeated.
In view of the numerous disadvantages of a casting process mentioned, such a casting process should, if possible, be completely avoided, and finally the new process should still enable the dimensions, which are subject to very high wear, to be carried out in a rational and cost-saving manner at the end of their service life to be recycled.
The above-mentioned object is achieved according to the invention in that for the two parts of a refiner, namely the stator and the rotor, first a conical or a disk-shaped base body is made smooth surface, and then knives individually with the surfaces of the two base bodies assigned to one another are connected, and in particular are welded, in which case electric welding with electrodes made of the material from which the individual knives are made is preferably recommended.
The invention also relates to a refiner with a scaled rotor and stator, manufactured according to the method according to patent claim I, characterized by a welded attachment of the individual knives to a one-piece or multi-part base body, with at least the knives made of cold-rolled stainless steel or alloyed Are made of carbon steel.
The individual knives are preferably made of cold-rolled stainless steel or carbon steel, in particular in a chromium-nickel alloy, the said cold rolling being carried out in such a way that the steel used receives a higher hardness and a higher strength when its thickness is reduced retains its initial flexibility. In particular, cold rolling, starting from a thickness of approximately 16 mm to a thickness of approximately 2 mm, has proven useful for the aforementioned chromium-nickel alloy.
For the production of the base bodies of conical refiners, it is recommended to make them from cold-rolled steel sheets from which trapezoidal segments are cut out or punched out, which are then shaped into hollow-cone-shaped segments and then welded together.
Further advantages of the invention emerge from the following description in conjunction with the drawing.
It shows:
Fig. 1 is a perspective view of a preferred embodiment of a rotor for a cone refiner, before the dimensioning is applied.
Fig. 2 is a perspective view of the rotor base body of Fig. 1 corresponding stator base body, also before the dimensioning is applied.
3 shows a perspective view of a base body of a side milling cutter before the dimensioning is applied.
4 shows a perspective view of a sized rotor and a sized stator, in which the individual knives had been subjected to severe wear through the use of these parts in a cone refiner, to explain the recycling of these knives that is made possible.
5 explanatory representations of the different structures which occur in stages when steel is rolled down for the production of the individual knives.
6 shows graphs for explaining the increase in hardness and tensile strength during cold rolling for steel.
10-12 perspective views of a rotor with an assigned stator for a cone refiner to illustrate the different dimensions of these parts.
13-18 Perspective view or top view of different embodiments of the dimensioning of the discs of disc refiners, partly showing a closed system, partly an open system and partly a closed and interrupted system.
19 and 20 sectional views through a cone and a disk refiner, and
21 shows a diagram to illustrate the interaction of the mean fiber length and the degree of hydration of the fiber material during the grinding process in refiners of known embodiment.
For the present method for manufacturing the sized stator and the likewise sized rotor of cone or disk refiners for the grinding of paper fibers, the first step in the process is the manufacture of conical or disk-shaped base bodies. These base bodies for the cone refiner stator and rotor are made from trapezoidal steel plate segments, which are subjected to a cutting shaping in order to convert them into hollow, frustoconical shell segments 1 and 2, respectively, intended for the rotor according to FIG. 1 and for the stator according to FIG. 2, to form. The individual jacket segments are then connected to one another by welding beads 3 to form a conical body, the conicity of which, as is readily apparent, can be varied for the individual types.
In order to preserve the conicity of these refiner parts and to protect them from deformation during the grinding process, the rotor base body can be stiffened with two ring bodies 4, 5 at the ends and optionally with a further ring body 7 '(see Fig. 19) in the middle, analogously, the stator base body can be stiffened with ring bodies 6, 6 'and 7. These ring bodies are in contact with the surfaces of the refiner parts which are not provided with any dimensioning; they are preferably firmly connected to the base bodies, in particular welded.
Fig. 3 shows a disc-shaped base body 8 for a disc refiner, which is provided with a central opening 9, this base body can be in one piece or consist of segments welded together, for it as for the base body according to FIGS. 1 and 2 stainless steel or carbon steel is the most suitable material. In order to also give these disk-shaped base bodies sufficient rigidity, their surface, which is not to be provided with a dimensioning, can be provided with a suitable build-up weld or a corresponding stiffening can be carried out in some other way.
Such a production of base bodies for the refiner parts (stator and rotor) has the advantage over a casting process that it is almost completely free of internal tension, in addition to the advantage of uniform wall thickness and the advantage that any loosening can be avoided with certainty.
In addition, if the dimensioning is worn, the application of which will be described in more detail below, each base body can be recycled, which at least results in a material saving in the order of magnitude of between 60 and 70%, because it only requires a relatively simple removal of the sanded ones Dimensioning, for example by turning, in order to obtain the basic bodies according to FIGS. 1 and 2 again from the stators and rotors that have been in use, for example according to FIG.
Before the dimensioning is applied to the base bodies of the refiner parts produced as described above, these base bodies are machined in order to uniformly smooth their one surface to which the dimensioning is to be applied. The following procedural steps are now proposed for applying the dimensioning.
Stainless steel or carbon steel and preferably a nickel-chromium alloy are selected as the starting material for the individual knives. In particular, an alloy with the following composition is suitable: 17-19 0/0 Cr, 7-9 0/0 Ni, 2-30 / oCr, 0.070 / (rC, 1 0/0 Si, O, () 7 / oP , 0.03 / oS, the remainder usual noble impurities.
In this context, however, it should be noted that other alloys are of course also suitable for the production of the individual knives; this alloy is only listed, for example, because when the individual factors are taken into account when grinding paper pulps, due to their hardness, they are in the order of magnitude of about 200 degrees Brinell and its tensile strength in the order of about 70.7 kg / mm2 has proven particularly advantageous. The alloy chosen for the dimensioning should therefore be made in such a way that it takes into account a special design of the grinding process, taking into account the essential feature that its structure can be compacted by cold rolling.
For the production of the individual knives, it is proposed to first produce bars of a certain thickness from the selected material and then to reduce this thickness to a fraction by cold rolling. With such cold rolling, for example, with the aforementioned chromium-nickel alloy, an increase in hardness to about 400 degrees Brinell and at the same time an increase in tensile strength to about 140.4 kg / mm2 can be achieved, which material properties are excellent for the grinding of paper fibers, since they ensure that the design does not wear out too quickly.
In this context, reference is made to Fig. 5, where the structure of a cold-rolled bar is shown schematically in the individual process stages when the bar is rolled from a thickness of about 16 mm (cross section 11) to a thickness of about 2 mm (cross section 14) becomes. From the graphs according to FIG. 6 it can be seen in this connection that the Brinell hardness is increased from about 200 degrees for a thickness of about 16 mm to about 400 degrees for a thickness of about 2 mm and at the same time the tensile strength is increased by a value of about 70.7 kg / mm2 to a value of about 140.4 kg / mm2, while maintaining the flexibility of the steel.
Material properties. such as these cannot be achieved by means of the conventional casting process, namely because thermal conditions have to be observed during casting, which make the material extremely stiff and prone to breakage and which cannot prevent the individual knives in particular from being porous on their surfaces.
The individual, as described above, prepared by cold rolling knives are now connected to the ge smoothed surfaces of the prepared base body as shown in FIGS. 7-9, preferably by welding, with electro-welding with electrodes recommended are made of the same material as the knives. For this welding of the individual knives 15 to the base bodies, it is advisable to give them a bevel beforehand, as indicated at 17, so that the weld bead 16 to be applied to them and the surface of the base body does not protrude too far beyond the side surface of the knife .
When welding the individual knives to the base bodies, due to their relatively small thickness, care must also be taken that the base bodies are not warped; it is therefore advisable to cross-weld the individual knives in order to achieve a suitable temperature distribution in order to avoid local overheating Avoid and keep the temperature uniformly at a value of a maximum of about 1000 C. 7 and 8 illustrate the welding of the individual knives to the conical rotor base body or stator base body of a cone refiner, and FIG. 9 illustrates the welding of the individual knives to a disk-shaped base body of a disc refiner.
After the base bodies have been provided with their dimensions, they are subjected to a material test using suitable methods, which in particular checks whether the stators and rotors are secure against loosening, whether the weld beads applied to the individual knives have sufficient strength, whether the Bodies have not discarded, etc. All possible sources of error that could possibly influence the grinding process are checked. Once this check has been carried out, the dimensioning of the stators and rotors is machined and then the grinding gaps are cleaned, preferably by means of sandblasting, in order to remove any weld burrs.
Finally, their rotational symmetry is checked again at a speed of about 3600 rpm. and, if necessary, balancing.
In this context, there is no need for any more detailed information that analogous to the above-described manufacturing process for the stators and rotors of refiners, base bodies that are recycled can be given a new dimension after the mentioned smoothing of their one surface, which has the advantage of saving material compared to conventional casting processes in the order of magnitude between 60 and 700/0, since the dimensioning amounts to about 30% of the total weight of a rotor or stator.
Compared to all previously known manufacturing processes, the present manufacturing process has, in particular, the immediately recognizable advantage that the most diverse arrangements and shapes can be selected for the individual knives without great difficulty, and that in particular the distance between the individual knives can be reduced without difficulty to an extent that can by no means be achieved by casting.
Figs. 10-18 show only a few possible arrangements and shapes of knives of different widths and different sizes of the grinding gap, whereby closed systems, open systems, flow brakes, overflows etc. can be created without great difficulty in order to accommodate the most diverse factors meet.
The dimensioning can therefore be chosen individually, and the possibility is created to a previously unknown extent, the fiber material every imaginable dimension in length and thickness ratio, every imaginable degree of hydration, every imaginable surface development, plasticity and other properties as a prerequisite for one Fiber bonding in paper and many other properties such as mechanical strength, density, absorbency, air permeability, transparency and the like. a. to impart to thereby ensure a variety of desired structure of the paper sheet.
19 and 20 each show in section a Kegelrei iner or a disc refiner with stator and associated rotor. These two refiner parts are arranged coaxially to one another during operation of the refiner and the stator 19 comprises the rotating rotor 18 as a fixed outer part in the conical refiner.
The mutually facing surfaces of these two refiner parts are each provided with a dimension 15 and their base body is stiffened with ring bodies 6, 6 ', 7 and 4, 5, 7'. The operation of such refiners can be assumed to be known, which is why no further details are required in this regard.
The paper pulp is introduced at the smaller cone diameter and occurs as a result of hydraulic pressure and. increasing centrifugal force under the influence of the increasing cone diameter at the larger diameter. This process can, if necessary, be repeated several times, in which context it should be mentioned again that the manufacturing process is also suitable for the manufacture of cone pulp mills, which hardly differ from such cone refiners in their external structure, the only difference is the cone turning number and in the contact pressure. In the case of the disc refiner according to FIG. 20, the paper stock is introduced coaxially and is then moved outwards between the two sized discs 8.
In addition to the already mentioned advantages of the present manufacturing process compared to previously known manufacturing processes for refined parts, the following economic advantages should also be mentioned. It may seem that the welding of the individual knives to the smoothed surfaces of stators and rotors as well as the preparatory actions as well as the final material tests are more expensive than the conventional casting of such refiner parts. If this consideration is made for a single embodiment of a dimensioning of the refiner parts, then one can agree with this view.
However, if one takes into account the large number of desired patterns for the dimensioning, then it is readily apparent that the present manufacturing process is significantly cheaper than casting, because a large number of casting molds must first be made for casting and then new ones in each individual case The casting conditions must be strictly observed. If these are not adhered to, then there will be rejects.
For smaller quantities of the most varied of patterns for the dimensioning of refined parts, the present production method is therefore far superior economically to conventional casting.
In addition, the manufacturing process mentioned enables the basic body, which makes up about 70% by weight, to be recycled, which is not possible with casting, where the basic body and dimensioning are in one piece. With regard to technical advantages, it should be noted that this enables the individual knives to have an essential; to give greater wear resistance and tensile strength. Compared to the cast knives, the present knives welded to the base body have a stability that is about 50% greater.
On the basis of a long series of tests, it was found that stainless steel and alloyed carbon steel, preferably a nickel-chromium alloy, are particularly suitable as material for the individual knives, in which case sheets of greater thickness are cold-rolled to sheets of greatly reduced thickness to achieve a hardness of about 400 degrees Brinell and a tensile strength of about 140 kg / mm2 while maintaining flexibility. The knives made from a material treated in this way are extremely resistant after being welded to the base bodies under controlled temperature conditions and have the particular advantage over the cast knives that they are less likely to break out and that their surfaces are less porous and to a much lesser extent are prone to corrosion.
The dimensioning of the refiner parts produced in this way therefore ensures a grinding action of the individual knives that appears to be optimally possible, which, as mentioned, can be cutting or squeezing or fibrillating.
Another technical advantage of the present manufacturing process is the large number of possible designs for the measurement. The advantages of this will be explained with reference to the graphic representation according to FIG. This figure shows the relationship between the mean fiber length and the degree of hydration of the fiber material during a grinding process in previously known refiners. An almost constant correlation between the cutting action and the hydration can be seen from the illustration, which can only be varied to a limited extent by influencing the pressure conditions, the flow rate and other factors.
It is now known, however, that there is a desire for paper production to vary the properties of the paper in many ways, and this variation is only made possible by influencing the grinding process accordingly. The type of dimensioning or garnishing depends on the type of fabric used and the desired fabric properties. In some cases it is desirable to obtain high hydration and only limited cutting of the fibers, in other cases it is again desirable to obtain only low hydration and high cutting of the fibers. The dimensioning of the refiner parts must therefore be selected accordingly in each individual case.
The present manufacturing process now enables any conceivable pattern of dimensioning, i.e. H. the individual knives can be straight or angled, continuous or interrupted grinding gaps can be provided between the individual knives, etc. In addition, there is no difficulty in arranging the individual knives at a very close distance from one another even if they have extremely small widths a large number of knives can therefore be welded to the base body; the, which significantly increases the effective area and thus u. U. can be achieved that it is no longer necessary to have to pass the fiber material several times through a refiner.
From a technical point of view, reference should also be made to the possibility that has been created to recycle refined parts with a worn dimensioning in a simple manner, by simply turning off the old dimensioning and providing the base body with a new dimensioning. This process of recycling is by no means possible for cast refiner parts, because the casting molds used only allow the base body and dimensioning to be cast in one piece; if the dimensioning was closed, the refiner parts were therefore unusable.
It should also be noted that there are no limits to the size dimensions of such refiner parts. a. As a result, the cutting process of the individual fibers can be completely detached from the hydration process, and it is consequently possible to subject the most diverse paper pulps to a grinding process in order to obtain the most diverse material properties. From a technical point of view, the present manufacturing process also has numerous advantages over casting the refiner parts.
The present production method also enables an improvement in the operating conditions of the refiners, in that it can be made possible to substantially enlarge the effective grinding areas by increasing the number of knives by reducing the knife spacing. Compared to previously known refiners, an increase in output of the order of magnitude of 30% and more can be achieved, with a higher increase in output resulting for smaller knife widths. The greater the number of knives, the greater the number of milled fibers, so it can thus be made possible that, under certain circumstances, the fiber material cannot pass through the refiners several times.
PATENT CLAIM I
Method for producing the sized stator and the likewise sized rotor of cone or disk refiners for the grinding of paper fibers, characterized in that a conical or disk-shaped base body with a smooth surface is produced for the two parts of the refiner, the stator and the rotor, and that then knives are individually connected to the mutually associated surfaces of the two base bodies
SUBCLAIMS
1. The method according to patent claim I, characterized in that the individual knives are welded to the smoothed surface of the base body, whereby a uniform temperature division in the base body is provided by welding the knives crosswise.
2. The method according to claim I and dependent claim 1, characterized in that the individual knives are made of hot-rolled stainless steel or alloyed carbon steel.
3. The method according to claim I, characterized in that each conical base body for cone refiners is made from a cold-rolled steel sheet made of stainless steel or alloyed carbon steel, from which trapezoidal segments are cut or punched, which are then deformed into hollow frustoconical shell segments and then welded together
4. The method according to dependent claim 3, characterized in that each conical base body is stiffened with at least one ring body which is firmly connected to its non-dimensioned surface.
5. The method according to dependent claim 2, characterized in that the steel for the individual knives is cold-rolled to such a thickness significantly reduced compared to its original thickness that it has a significantly increased hardness and increased strength compared to its original hardness and its original strength while maintaining its Maintains flexibility.
6. The method according to claim I and one of the subclaims 1-5, characterized in that at least the knives are made of a chromium-nickel alloy and that the steel is from a thickness of about 16 mm to a thickness of about 2 mm is rolled down cold.
7. The method according to dependent claim 1, characterized in that the knives are touched by their welding with the base bodies of the refiner parts along the edge along which the welding bead is to be attached.
8. The method according to dependent claim 1, characterized in that the individual knives are -an- welded by electric welding using electrodes which are made of the same material as the knives.
9. The method according to patent claim I, characterized in that the refining parts are finally machined after applying the dimensioning atf base body.
PATENT CLAIM II
Refiner with sized rotor and stator, manufactured according to the method according to patent claim I, characterized by a welded attachment of the individual knives to a one-piece or multi-part base body, at least the knives being made from cold-rolled, stainless steel or alloyed carbon steel.
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