CN100591844C - 对两个打浆表面之间的浆料打浆的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在两个打浆表面之间对浆料打浆的方法。其特征在于，打浆表面的速差在-5米/秒和+12米/秒之间的区域中，其中，如果速差实际上为零是一个优点。本发明还涉及一种用于实现该方法的装置。在该装置中，根据本发明设置辊(2、3、2’、3’、10、11、12)作为打浆元件。表面设计具有选定的表面结构。

Description

对两个打浆表面之间的浆料打浆的方法和装置

技术领域

本发明涉及对两个打浆表面之间的浆料打浆的方法，以及用于实现该方法的装置。

背景技术

尽可能的利用各种浆料(木质浆料、一年生植物、动物纤维等)的强度特性允许纸、皮革等的较低成本的生产。为了利用该潜能，必须在所谓的精炼过程中处理浆料，使得通过采用合适的措施来产生纤维的粘结性能。

传统的，该过程在用于分批操作的所谓“打浆机”的大圆筒造纸机中执行。考虑到低生产量和高能量消耗率，这些机器被用于连续操作的精炼机代替。

当前，精炼机建造为(双)盘、圆锥或者圆柱式样。迄今建造的盘、圆锥和圆柱设计的缺点是沿着精炼区域的相对速度，其要求相对高的无载荷功率-依赖于精炼机的式样。然而，在特别低的生产量时，根据精炼机的式样，在设置方向中使转子定中心可能有困难。

例如圆锥式样的精炼机的另一个重大缺点是较差的泵送效率，这是由于离心力在浆料流的方向中不起作用。生产量问题随后产生的结果是必须扩大凹槽，这导致边缘长度的减小。

其它的缺点是在设置期间出现的相当大的力和杆之间的相对位移，考虑到轴承力的出现而需要坚固的结构，以及改变板部分所包含的困难。

尽管通过圆筒精炼机可以避免很多这些缺点，但是传统的圆筒精炼机仍然具有这样的风险，即，有类似于圆锥形精炼机的生产量问题。通过使用建立了集成的压力的供给可以避免这个问题。

尽管使用圆筒精炼机极大地降低了在无载荷工作期间的能量消耗——大约低40到50％，不幸地是，存储在浆料中的强度潜能相对于整体能量输入来说没有充分激发，它们在商品浆的生产中也没有被充分利用。

迄今使用的传统的浆料精炼中，例如在生产纸中，出现了额外的不期望的现象，诸如脱水阻力的激增(在Schopper-Riegler单元中增加)、光学特性的丧失等。这一方面降低了生产能力，另一方面它也要求较大的高能量输入来使浆幅脱水，以及更高的干燥能力。

在传统的精炼中，通过螺旋式运输机、往复式泵或者MC泵来将浆料以低浓度(＜10％)泵送，或者以中浓度到高浓度(10％＜c＜35％)传送到快速旋转的精炼元件之间的间隙中，这些精炼元件包括具有大约v＝15到70米/秒的速差的转子和定子。需要这些高速差来打表面，且压缩纤维材料，同时压制浆料。施加的能量的大部分以摩擦热的形式消耗了。根据文献，只有3到10％的输入能量被用来处理纤维。

发明内容

本发明意在缓解或者避免上述缺点。

这样，它的特征在于，打浆表面的速差在-5米/秒和+12米/秒之间的区域中，其中，如果速差实际上为零则是一个优点。这提供了相当经济的优点，这是由于无载荷功率减小了大约90％。低速差也允许压制力对准目标施加到单个或者成束的纤维，这导致了压缩打浆。当使用最初的打浆/冲击设备时，真的利用了压缩打浆的基本技术优点，然而，这些优点永不能结合到用于工业目的的连续过程阶段中。

本发明的一个有利的进一步发展的特征在于：浆料以浆幅的形式供给到打浆机中。该方法的优点在于，在直接处于浆料生产过程的末端的很均匀的过程阶段中，很高的容量经历初始压缩打浆，一方面成本较低，且目标为所要求的技术。如果浆料要在传统的浆料处理设备中进一步处理，那么这允许相当大程度地降低所要求的打浆努力。这样，不需要扩展或者改进打浆设备来获得更高的强度。

根据本发明的又一个变体，一个接一个地执行两个或者多个打浆阶段。串联的优点在于增强利用了潜在的纤维强度。

本发明的一种有利的构造的特征在于，浆料均匀地分配在打浆区域上。这样获得的大的表面积，结合在横向、纵向和Z方向中的很均匀的纤维分布，导致了具有均匀纤维处理优点的高纤维击打可能性，同时利用了尽可能多的单个纤维的强度潜能，即，整体强度水平的使用是特别广泛的。

根据本发明的又一个发展的优点，浆料直接从增稠器供给到打浆机。该技术优点和经济优点类似于那些已经提到的优点。进一步的优点在于，由于不需要大箱、管道工程、泵，也不需要过程控制和仪器，这样该过程被极大地简化了，所以可以减小投资。

本发明还涉及用于实现该方法的装置。其特征在于，设置辊作为打浆元件。其优点在于连续的操作模式。

本发明的一种尤其优选的构造的特征在于，辊以相同的速度被驱动/具有相同的速度。优点在于消耗于摩擦力的输入能量很低，具有可调节的压制力的密集载荷。由实际上不存在的相对速度产生的低摩擦力将用于浆幅运送和压缩打浆的能量消耗减小到实际上为零。

根据本发明的有利的进一步发展，辊对设置有延长的打浆间隙，其中，辊可能具有鞋型或者梁型支撑件，以便产生延长的间隙。由于该延长的打浆间隙，一方面力可以更柔和地施加，同时延长了停留时间。本发明的一种有利的构造的特征在于，辊具有尖端。这些尖端增加了“板部分的表面积”，且允许更好地穿透和处理纤维材料。

本发明的一种有利的进一步发展的特征在于，辊具有沟槽或者凹槽，其中，这些沟槽或者凹槽可以设置在圆周方向中，或者相对于圆筒轴线成一个角度。通过沟槽、凹槽等加大了圆筒表面，从而具有增加到达的，从而处理的单个纤维的数量的优点。

本发明的一种有利构造的特征在于，沟槽或者凹槽相互啮合。如果辊成形为使得允许它们相互啮合-正锁定-那么就没有速差。总能量输入降低，或者转化为压缩打浆的形式。就形成强度而言，这导致最大地利用了原料，同时保持脱水阻力的上升尽可能低。

根据本发明的一种有利的构造，沟槽或者凹槽是梯形的。

根据本发明的一种有利的进一步发展，沟槽或者凹槽的底部可以具有脱水凹处。剩余的水-例如低入口浓度-排放到凹处，且可以通过吸力或者通过离心力来从这些凹处吸取。这里的优点在于，在打浆区域出现更高的固体浓度。根据过程控制，可以省略必要的过程阶段，或者可以获得更高的最终干燥效果。这样，随后的增稠阶段或者热干燥的能量消耗可以减小。

本发明的一种有利的构造的特征在于，辊具有它们自己的驱动。

根据本发明的一种有利的构造，单独的浆幅引导件将浆料供给到直接在打浆区域前面的位置，这样不需要预备单元。这里的优点在于，减小了投资成本和空间要求。

直接从增稠器将浆料供给到打浆机证明是有利的，于是不需要额外的机器来提供作为浆幅的纤维材料的均匀分配。

在本发明的有利的实施例中，设置了由金属丝、橡胶或者类似材料制成的移动织物，其围绕至少一个辊缠绕，或者其在偏转辊上被引导，且可以被压力加载地靠着至少一个辊。

附图说明

现在使用附图中的例子来描述本发明，其中：

图1包括本发明的示意图，

图2示出了本发明的变体的示意性侧视图，

图3提供本发明的另一个变体的示意性侧视图，

图4是本发明的下一个变体的示意性侧视图，

图5示出了本发明的一个实现，以及

图6和7包括本发明的另外的变体。

具体实施方式

辊速度、辊间隙长度、辊间隙、速差、压制力、表面结构和材料性能确定了作用在打浆材料上的打浆力的持续时间。在示例性外观中显示的机器类似于造纸机的按压概念。所谓的“延长精炼”或者“延长滞留精炼”(ERR)的基本原理还可以用于打浆应用中，且允许滞留/打浆时间延长到其原始长度的很多倍。

为了增强打浆效果，可以串联设置一个或者多个辊(辊压区)。所述的这些结构应用到低浓度和高浓度打浆中。

除了大的辊直径以外，任何类型的鞋形底托或者梁支座也适于产生延长的打浆间隙。这些延长的压区中的一些可以串联设置，且相互间隔小距离。这些辊还可以使用具有液压气动支撑件的柔性亚结构，以改进和增强打浆的均匀性。支撑鞋形底托可以由支撑元件来引导，该支撑元件具有润滑孔，例如孔、烧结的金属插入物，以允许润滑剂(水、空气、油等)通过，这样有利于滑动运动。

通过利用纤维中存在的潜能来增加强度特性的处理浆料的新方法的一个基本方面是辊面成形。它在一侧和两侧上可以是光滑的，具有尖端或者沟槽。该沟槽或者凹槽可以在圆周方向(如图所示)取向，或者相对于辊轴线的方向成达到90度的角度。

辊具有相互啮合的圆周的沟槽。沟槽的深度根据浆料的类型、浆幅层(web fleece)的厚度，以及固体含量来选择。具有1到25mm凹槽深度的梯形凹处是有利的。凹槽的底部也可以具有脱水凹处-例如额外的孔，用来排水，类似于造纸机的压制部分中的吸水辊原理。

凹槽可以研磨、碾磨、蚀刻或者腐蚀到辊主体中，或者通过升高辊表面的一部分来产生。通过围绕辊绕上金属丝来获得简单的凸起的凹槽图案，这样依赖于选择的金属丝的形状来提供不同的几何形状。

替代第二个压辊，该辊主体可以封闭在由金属丝、橡胶等制成的移动织物中，施加额外的压力载荷来产生更长周期的压缩效果。为了实现最大的纤维压缩，具有小直径的辊是优选的，这是因为其压制力低。

作为一种可选择的方法，由金属丝或者橡胶制成的织造的带可以压靠辊或者可以在几个辊上延伸。

在其它标准中，辊的圆周速度-或者可能设置的任何速差，依赖于辊的表面。

为了设置这些速度-可能的低速差，辊被驱动。

辊在圆周方向中以有规律的间隔具有凹槽和凸起是特别有利的，类似于用于起皱的有沟槽的辊。

沟槽平行于辊的轴线走向，或者成0度到45度的角(螺旋齿轮传动)。沟槽在圆周方向上可以是间断的，其允许短周期的稍微脱水，尤其是在低浆料浓度时。这对于打浆具有有利的效果。

沟槽的侧面成形还可以具有微小的所谓“二级沟槽”。

由于打浆是基于强度压缩的，所以类似于打孔辊的基本打浆元件结构是适合的。在具有穿孔的表面结构中，在打浆过程期间产生额外的脱水。这些穿孔例如可以制成为盲孔。

进一步的变体是表面设计，诸如目前在精炼机中所使用的那些。在这样的情况下，因为打浆元件相互不啮合，所以辊可以工作在不同的速度下。这样，可以改变剪切力与压制力的比例。

表面本身由很硬的材料制造，以便获得长的使用寿命。

辊主体上的打浆元件可以接附成部分，或者也可以作为单个的和可拆卸的元件，其由优质钢或者陶瓷材料制造。

由于磨损，诸如目前在精炼机中使用的之类的钢合金是合适的。所有材料还可以是表面合金化。

对于特殊的应用，在制造压辊中可以组合不同的材料。

通过使用具有不同硬度的材料或者不同的材料，打浆区域可以扩大，其又有利于对准目标的压缩打浆过程。

使用这样的机器观念，无载荷驱动功率下降到传统精炼设备的3-5％，同时获得相同强度所需要的总能量下降到低于50％。此外，不透明性和其它光学特性保持的程度比传统的精炼机要大。

这些打浆设备的容量是前述分配机器的工作宽度和与面积相关的质量的函数。通过改变浆料分配的宽度，打浆机的工作宽度可以容易地适于特定的输出量。

供给到打浆间隙的未处理的浆幅在大多数情况下具有100到1500g/m²的重量。这应用到LC(低浓度)和MC(中浓度)，以及HC(高浓度)打浆过程。与面积相关的质量在各种情况下适于与原料相配。

根据浓度，主要有两种可能的机器类型。

通过在低浓度范围供给，浆料进入在独立的浆幅形成引导机构上的打浆区域，该机构延伸到直接位于打浆区域上游的位置。目的是将打浆材料均匀地分配到打浆区域。这里，浆料没有被增稠-尽管它可以到达更高的浓度水平，而只是均匀地分配在打浆区域上。

如果打浆发生在直接位于增稠器之后，例如对循环的纤维进行打浆时，这是有利的。要被处理的纤维可以直接从增稠器供给到打浆机。这尤其应用到较高浓度的浆料处理。

由于初始浆料强度预先被改进，所以较高的浓度允许浆幅在没有支撑的情况下行进，这种处理形式称为高浓度打浆。该浓度范围可以在很大的程度(最好25％到65％的干燥度-只由机械脱水能力限制)上变化，且极大地依赖于原料、与其表面积相关的浆幅质量，以及浆幅已经经历了什么样的预处理。硬木循环类别比软木浆料要求更高的浓度。

在低浓度打浆的情况下，浆料通过辊隙供给，以及主要通过辊的对准目标的压力载荷和控制辊速来压缩。在该过程中，纤维的内表面和外表面被放大和激活，用于结合。

均匀地填充打浆区域，使得在整个浆幅宽度上相同地处理纤维材料，这对于该方法也是基本的。

类似于用于低浓度打浆的设计，辊表面有沟槽或者具有尖端，或者它们具有类似于用来在波状板等中制造波纹的辊的带有凹槽的波状外形等。

图1示出了根据本发明的装置的视图。打浆设备1包括一个辊2和一个辊3，其分别由马达4和5驱动。该驱动最好应该完全在相同的速度下运行，使得被打浆的材料，这里采用浆幅6的形式，只承受压制力，而不是剪切力。

在图2中，显示了本发明的变体的侧视图。这里所示的打浆设备1的辊2和3具有尖端，然而，这些辊还可以具有合适的凹槽或者沟槽。两个辊相互压靠。未精炼的浆料在合适的带(例如金属丝)8和9上运送到直接位于打浆间隙7的上游的位置，在辊2和3之间供给，且均匀地分布在打浆区上。

图3示出了类似于图2的设备。然而，在这里，分别具有打浆辊2、3和2’、3’的两个打浆装置1、1’一个接一个的设置。

图4示出了具有所谓的中心打浆辊10的设计，该辊10必须吸收来自其它两个辊11、12的力。这种结构的优点在于该结构紧凑。通过这样的构造，所有的辊以相同的表面速度工作。然而，根据商品浆的质量要求，两个外部辊具有不同的压制力、不同的表面结构和/或不同的、可调节的相对速度。

图5示出了本发明的一个变体，其中，由金属丝、橡胶或者类似物制成的移动织物13围绕辊2缠绕。这确保了浆料被压缩更长的周期。

在图6中，示出了本发明的又一个变体，其中，由金属丝、橡胶或者类似物制成的移动织物13’在偏转辊14、14’上设置和引导。辊2的包角可以是在0度(集中的压力载荷)和大约350度之间的任何值。

图7中的变体示出了由金属丝、橡胶或者类似物制成的移动织物13’，其在偏转辊14、14’上引导，且被压靠在几个辊2、2’、2”、2”’上。压力载荷一方面施加在偏转辊14、14’和端部辊2、2”’之间，且在支撑元件15的帮助下压靠辊2’、2”。

Claims (24)

1.用于在两个打浆表面之间打浆浆料的方法，其特征在于：打浆表面的速差在-5米/秒和+12米/秒之间的区域中，浆料以浆幅的形式供给到打浆机中。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于：速差实际上为零。

3.根据权利要求1到2之一的方法，其特征在于：一个接一个地执行两个或者多个打浆阶段。

4.根据权利要求1到2之一的方法，其特征在于：浆料均匀地分配在打浆区域上。

5.根据权利要求1到2之一的方法，其特征在于：浆料直接从增稠器供给到打浆机。

6.用于在两个打浆表面之间打浆浆料的装置，其特征在于：设置辊(2、3、2’、3’、10、11、12)作为打浆元件，单独的浆幅引导件(8、9)将浆料供给到直接在打浆区域(7)前面的位置，打浆表面的速差在-5米/秒和+12米/秒之间的区域中，浆料以浆幅的形式供给到打浆机中。

7.根据权利要求6的装置，其特征在于：辊(2、3、2’、3’)以相同的速度被驱动。

8.根据权利要求6或者7的装置，其特征在于：辊(2、3、2’、3’、10、11、12)工作在相同的表面速度。

9.根据权利要求6到7之一的装置，其特征在于：辊(2、3、2’、3’、10、11、12)工作在相同的表面速度，但是在不同的旋转速度。

10.根据权利要求6到7之一的装置，其特征在于：辊对(分别为2、3和2’、3’)设置有延长的打浆间隙。

11.根据权利要求10的装置，其特征在于：辊具有鞋型支撑件，以便产生延长的间隙。

12.根据权利要求10的装置，其特征在于：辊具有梁型支撑件，以便产生延长的间隙。

13.根据权利要求6到7之一的装置，其特征在于：辊(2、3、2’、3’、10、11、12)具有尖端。

14.根据权利要求6到7之一的装置，其特征在于：辊(2、3、2’、3’、10、11、12)具有沟槽或者凹槽。

15.根据权利要求14的装置，其特征在于：该沟槽或者凹槽在圆周方向走向。

16.根据权利要求15的装置，其特征在于：该沟槽或者凹槽相对于辊的轴线以一个角度走向。

17.根据权利要求15到16之一的装置，其特征在于：该沟槽或者凹槽相互啮合。

18.根据权利要求15到16之一的装置，其特征在于：该沟槽或者凹槽为梯形。

19.根据权利要求15到16之一的装置，其特征在于：该沟槽或者凹槽的底部具有脱水凹处。

20.根据权利要求6到7之一的装置，其特征在于：辊表面具有预定的粗糙度。

21.根据权利要求6到7之一的装置，其特征在于：直接从增稠器将浆料供给到打浆机。

22.根据权利要求6到7之一的装置，其特征在于：设置了由金属丝、橡胶制成的移动织物(13、13’)。

23.根据权利要求22的装置，其特征在于：该由金属丝、橡胶制成的移动织物(13、13’)围绕至少一个辊(2)缠绕。

24.根据权利要求22的装置，其特征在于：该由金属丝、橡胶制成的移动织物(13、13’)在偏转辊(14、14’)上被引导，且可以被压力加载地靠着至少一个辊(2、2’、2”、2”’)。

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