CN101605938A - 弯曲的磨条上具有凸凹不平的前侧壁的机械磨浆机磨片和设计磨片的方法 - Google Patents

Abstract

一种木素纤维素材料的机械精磨机的磨片，包括：位于基底上的精磨表面，该精磨表面适合于面对相对磨片的精磨表面；该精磨表面包括磨条和位于磨条之间的磨槽，并且磨条具有至少一个径向上的外部，在该外部中，磨条包括具有不规则表面的前侧壁。

Description

弯曲的磨条上具有凸凹不平的前侧壁的机械磨浆机磨片和设计磨片的方法

相关申请

[0001]本申请要求享有2007年2月8日提交的美国临时申请No.60/888,817的优先权，后者的全文通过引用被结合于此。

发明背景

[0002]本发明涉及木素纤维素材料(称为″纤维材料″)的盘磨机，更具体地说，涉及用于生产机械浆、热磨机械浆以及各种化学热磨机械浆(统称为机械浆和机械制浆工艺)的盘磨机。

[0003]在机械制浆工艺中，纤维原料，一般为木材或其他木素纤维素材料，通过其中一个磨盘的中心来输送，并且被由其中一个或两个磨盘旋转产生的强大离心力向外推。磨盘一般在1200到2300转/分(RPM)的转速下工作。当纤维材料停留在磨盘之间时，能量从附在磨盘上的磨片上被传递到纤维材料。传递到纤维材料的能量将纤维材料中的单根纤维与材料中的纤维网分开。单根纤维的分离等于纤维材料被精磨成纸浆产品，纸浆产品可用于形成纸、纤维板和其他纤维基产品。

[0004]每个磨片的表面都有条槽图案。当一对磨片被装在精磨机上时，它们的表面彼此相对。相对的磨片表面上的条和槽产生反复的压缩力，该压缩力作用于在两磨片之间流动的纤维材料上。作用于纤维材料上的压缩作用导致木素纤维素纤维从进料中分离出来，并为纤维材料提供一定程度的改良和帚化。要将纤维原材料转变为适合做纤维板、纸或其他纤维基产品的纸浆，纤维的分离和改良是必须的。条和槽所给予的精磨作用也可能造成一些纤维被切断，这通常是机械制浆工艺的不太令人满意的结果。

[0005]在机械制浆精磨过程中，会出现大量摩擦，这会降低精磨过程的能量效率。据计算，应用到机械制浆上的能量的精磨效率约为5％到15％。

[0006]在尝试开发能以较高的能量效率工作的磨片时，一般要牵涉到减小相对磨盘之间的操作间隙。用于降低机械精磨机能量消耗的常规技术一般依赖于磨片正面上的精磨图案的设计特点，它能让进料加速穿过精磨区。这些技术常常导致相对磨片之间的间隙中的纤维积层的厚度减小。当能量被施加到较薄的纤维积层上时，对于给定的能量输入，压缩比变得更大，并且产生效率更高的能量输入。

[0007]减小纤维积层厚度的缺点在于磨条之间的操作间隙也减小。减少相对磨片的磨条之间的间隙常常导致纤维切断增多，纸浆的强度性质因纤维切断而损失，磨片的工作寿命因磨片过度磨损而缩短。窄的间隙，例如，相对磨片上的磨条之间的缝隙，可以实现较高的压缩比和较高的效率，但会导致使用寿命缩短。精磨操作间隙和磨片寿命之间有联系，随间隙减小，后者按指数规律缩短。减小精磨操作间隙会导致磨片的磨损率增加，并且会缩短磨片寿命。

[0008]长期以来，对提供这样一种磨片有迫切的需求：该磨片在将磨片旋转产生的机械能传递给纤维进料时具有较高的能量效率、具有相对较长的磨片工作寿命而且能使进料中的纤维切断得最少。

发明内容

[0009]已经开发了一种新的磨片来提高能量效率，同时保持相对的磨盘上的磨片之间有大的操作间隙。该精磨机的优点包括能量效率高，能维持高的纤维质量，并且磨片的工作寿命长。

[0010]在一个实施方式中，磨片是一组转片扇形段，这些扇形段具有带磨条的外精磨区，磨条具有至少一个径向上的外精磨部，它具有弯曲的纵向形状，从而在磨片的外圆周处形成至少30度、优选45、60和70度的保持角。磨条的前侧壁具有锯齿形的、凸凹不平的或其他不规则的表面。在侧壁上具有不规则表面且具有大保持角的磨条增加了进料在外精磨区的停留时间，从而增强了外精磨区对纤维材料的精磨。

[0011]已经开发了一种磨片，它的一个精磨表面面对机械精磨机中相对磨片的精磨表面。该精磨表面包括多个直立于磨片基底上的磨条。这些磨条沿径向向外朝向磨片的外圆周延伸，并且在它们的前侧壁(面)上具有锯齿形的、凸凹不平的或者其他不规则的表面。这些磨条可以是直的或者弯的，例如按指数规律弯曲或者沿渐开线弧弯曲。这些磨条在它们径向上的外部区域形成大保持角。磨片可以是转片，它在精磨机中被安排成与定片或另一个转片相对。

[0012]已经开发了一种用于木素纤维素材料的机械精磨机的磨片，它包括：位于基底上的精磨表面，该精磨表面适合于面对相对磨片的精磨表面；并且该精磨表面包括磨条和位于磨条之间的磨槽，其中磨条具有至少一个径向上的外部，并且在该外部中，每个磨条都包括具有不规则表面的前侧壁。

[0013]已经开发了一种用于木素纤维素材料的机械精磨机的磨片，该磨片具有精磨表面，且包括：多个直立于该表面的基底上的磨条，这些磨条向外朝向磨片的外圆周延伸，并且至少一部分磨条具有不规则的前侧壁。

[0014]已经开发了一种用于在具有相对磨片的精磨机中机械精磨木素纤维素材料的方法，该方法包括：将材料引到相对磨片中的一块或者磨片扇形段阵列上的进口；使至少一块磨片相对于另一块磨片旋转，在此过程中，在由旋转引起的离心力的作用下，材料沿径向向外穿过两磨片之间的间隙；当材料穿过该间隙时，使材料越过第一磨片的精磨部上的磨条，并且通过磨条之间的槽，这些磨条具有至少一个径向上的外部，在此外部中，磨条包括具有不规则表面的前侧壁；防止因纤维材料和与槽相邻的磨条的前侧壁上的不规则表面的相互作用而使纤维材料穿过槽，并且在磨片的周缘处排出材料。

附图说明

[0015]图1是转磨片扇形段的侧视图。

[0016]图2是如图1所示的磨片扇形段的主视图，展示了带有凸凹不平的、形状为锯齿形图案的前侧壁的磨条。

[0017]图3是第二转磨片扇形段的侧视图。

[0018]图4是如图3所示的磨片扇形段的主视图，它展示了具有凸凹不平的前侧壁且形状如同一连串″7″字首尾相连排列的磨条。

[0019]图5是第三转磨片扇形段的侧视图。

[0020]图6是如图5所示的磨片扇形段的主视图，它展示了外部区域具有细进口区的磨条。

[0021]图7是第四转磨片扇形段的侧视图。

[0022]图8是如图7所示的磨片扇形段的主视图，它展示了朝向磨片进口有延伸精磨区的磨条。

[0023]图9是第五转磨片扇形段的侧视图。

[0024]图10是如图9所示的磨片扇形段的主视图，它展示了具有蒸汽沟的外精磨区。

[0025]图11是第六转磨片扇形段的侧视图。

[0026]图12是如图11所示的磨片扇形段的主视图，它展示了具有蒸汽沟的外精磨区和具有细条图案的内精磨区。

[0027]图13到16每个都展示了磨片扇形段上的外精磨区中的磨条的前侧壁上的不规则表面的实施例的顶视图。

[0028]图17是前后侧壁上具有不规则表面的磨条的截面示图。

[0029]图18是如图17所示的磨条的前侧壁的主视图。

[0030]图19是在磨条的上缘处具有交错的齿的转片的磨条的放大图。

[0031]图20是第七转磨片扇形段的侧视图。

[0032]图21是如图20所示的磨片扇形段的主视图，它展示了具有蒸汽沟的外精磨区。

[0033]图22是定磨片扇形段的第一实施方式的侧视图。

[0034]图23是如图22所示的定片扇形段的主视图。

[0035]图24是定磨片扇形段的第二实施方式的侧视图。

[0036]图25是如图24所示的定片扇形段的主视图。

[0037]图26是定磨片扇形段的第三实施方式的侧视图。

[0038]图27是如图26所示的定片扇形段的主视图。

发明的详细说明

[0039]机械精磨过程对在相对的磨片之间移动的纤维材料的纤维积层施加周期性的压缩。压缩由一个磨片相对于另一个磨片的旋转，尤其是相对磨片上的磨条的交叉，引起。压缩使材料中的纤维从材料中的纤维网中分离出来。磨片一般安装在精磨机中的磨盘上，其中，至少一个磨盘使其中一块磨片旋转。该精磨工艺的能量效率可以通过增加纤维积层的压缩比并增加积层中的纤维受压缩的时间来提高。压缩比的增加由此处公开的磨片设计实现，而不必减小磨片之间的间隙，或者仅将该间隙减小到目前在常规的高能量效率精磨机中所能做到的程度。

[0040]精磨机中的转片和定片之间的相对较宽的间隙(与高能量效率精磨机中的间隙，例如0.3mm到0.7mm，相比)，例如，1.0mm(毫米)到2.0mm，必须通过磨片之间形成的较厚的纸浆积层来实现。高压缩比及厚纸浆积层通过在磨片上使用显著较粗的条槽图案(与在类似的高能量效率精磨机中所用的常规转片上的条槽图案相比)来实现。

[0041]已经为磨片的精磨区开发出了一种粗的条槽图案，与在常规的高能量磨片中所用的典型的条槽图案相比，它具有较低的磨条密度。粗图案中的磨条较少，因此当转子磨条越过定子上的磨条时，与用磨条密度较高的常规磨片所发生的压缩循环相比，转子磨条所施加的压缩循环较少。相对于粗的磨条密度，由较少的压缩循环传递的能量往往会增加每个压缩循环的强度，并增加每个循环的能量效率，从而将能量从磨片传递到纤维材料。

[0042]已经开发出了如下所述的磨片，它具有在径向上相对较短的有效精磨表面、粗的条槽图案、大保持角和其他特征，从而确保纤维材料长时间停留在磨片的有效精磨区中。这些特征可以单独或者一起应用，并通过降低磨条交叉的循环速度(在磨片的旋转过程中引起较少的压缩事件)，及延长纤维原材料在精磨区的停留时间，从而产生了较高的能量集中。这些特征允许磨片之间有较大的操作间隙，从而保证有高的压缩比施加到之间有大间隙的磨片之间的厚纤维积层上。在一个实施方式中，通过降低磨条交叉事件的数目，并使每次交叉中出现的纤维数量最多，可以实现高强度的压缩事件。

[0043]此处公开的转磨片设计实现了高的纤维停留和高的压缩，从而在保持纤维长度并提高磨片磨损寿命的同时，提供了高的能量效率。与此处公开的转片一起使用的各种定片设计可以实现所要求的如下结果：压缩比高，能量效率提高，纤维在磨片之间的停留时间延长，纤维长度长。

[0044]图1和2分别显示了具有进口部12和外部14的转片扇形段10的侧视图和主视图。一组磨片扇形段被安排在精磨机磨盘上的环形空间上，从而形成圆形的磨片。转片安装在转盘上，而定片安装在定盘上。转片面对固定的定片，两者之间为精磨间隙。转片和定片都可以由磨片扇形段形成。定片扇形段可以具有与转片扇形段类似的条槽特征，也可以具有其他的条槽特征。转片的旋转方向(见箭头15)是逆时针方向。此外，转片也可以面对相对的转片(沿顺时针方向旋转的)，两者之间有精磨间隙。

[0045]进口部12用最少的摩擦能和最少的进料功将进来的纤维材料输送到外精磨部14。进口可以具有形成粗的开口图案的磨条，例如在授予LucGingras、名称为“带有喷射进口的磨片”的美国专利6,402,071中所示的那样。

[0046]滑动区16介于进口12和外精磨区14之间，并且可以包括三角柱。滑动区是环形区，它允许从进口部12排出的进料在进入外精磨部14之前被适当地分布，例如，均匀分布。滑动区中的三角柱能促进进入环形精磨部14的进料均匀分布。

[0047]磨片扇形段的精磨部14是大部分能量被作用到进料上并且大部分精磨作用出现的地方。精磨部14可以延伸100毫米(mm)到200mm、即4到8英寸的径向距离。外部可以由弯曲磨条20构成，当沿径向向外向磨片的外边缘移动时，弯曲磨条20具有不断增大的保持角。该保持角如图2所示逐渐变化，也可以通过如下方式而增加，即通过让每个磨条形成一系列具有不同角度的直条部分，从而让磨条角度呈阶梯变化。

[0048]槽21介于各磨条之间，并且由相邻磨条20的后侧壁30和前侧壁28限定。前侧壁面对转片的旋转方向(箭头15)。在图2中，前侧壁28位于每个磨条的左手侧。槽提供了供进料、蒸汽和其他材料在磨片之间的间隙中沿径向移动通过的通道。

[0049]磨条的高度，例如，从磨片的基底表面22到磨条20的顶脊之间的距离，起初可以是锥形，并经过渡段24过渡到磨条的大部分长度上的均匀高度。磨条的初始斜度便于材料被输送到外部14。

[0050]在精磨部14的进口处，磨条20的角度可以从20度的输送角变到20度的保持角。这些角是磨条相对于径线的角。进口输送和保持角是磨条20在磨条的进口处形成的角。输送角是从径线沿与转片的旋转，例如逆时针方向15，相同的方向形成的正角。保持角是从径线开始在与转片的旋转相反的方向上形成的正角。在如图2所示的磨片扇形段10中，进口角是中性的，即，相对于径线约为零度。

[0051]在磨片的外圆周25处，磨条20的出口角优选为介于45度和80度之间的保持角，更优选的是在50和70度之间。保持角是相对于径向在转片的旋转方向15上形成的角。磨条出口的保持角能阻碍纤维材料在磨片之间流动，从而增加材料在精磨部14的停留时间。

[0052]磨条角度从进口到出口在与转片的旋转方向一致的角方向上逐渐增加。在如图1所示的转片实施方式中，角度在进口处是中立的(0度)，并且沿着磨条在朝向磨片的外圆周25的方向上逐渐增加。磨条角度的变化率在磨条的径向上的内部处可以小点，而在磨条的径向上的外部处，逐渐增加。磨条角度从精磨部14的径向内边缘到径向外边缘可以沿曲线弧、指数弧或者渐开线弧连续增加，或者不连续地，例如沿错排的短磨条，增加。此外，磨条可以是弯的、一系列短的直线段(每一段都有一个比前面的内部更大的角度)、或者其他的能让磨条角度实现所需增加的横条形。通过让磨条角度增加到在出口处有非常宽的磨条角度，磨条有助于提高进料在磨片上的停留，并增加进料在精磨部14的停留时间。

[0053]磨条的凸凹不平的前侧壁28有助于纤维进料在精磨部的停留。磨条的后侧壁30可以是光滑的、凸凹不平的或者具有其他的不规则的表面图案。另外，磨条宽度可以因前侧壁28上的凸凹不平的表面和后侧壁30的光滑表面之间的可变间隙而改变。

[0054]应用于出口磨条的前侧壁28上的凸凹不平的图案沿壁的长度可以具有不规则的表面图案，例如：之字形、锯齿形、一系列的半圆形折曲、正弦曲线形、侧向的Z形图案、以及其他不规则的表面形状特征。磨条宽度可以因前侧壁上的不规则表面改变大约1/5到1/2，并且优选改变1/3。前侧壁的不规则的表面形状特征增加了对通过槽的进料的纵向摩擦，尤其是沿着磨条的前侧壁。前侧壁引起的摩擦增加了纤维进料在精磨部的停留时间，并促使进料越过磨条，而不是通过槽。

[0055]表面光滑的后侧壁允许蒸汽和其他液体相对自由地通过槽21，蒸汽和其他液体则被槽中的进料代替，从而沿后侧壁移动。在某些情况下，后侧壁可以具有能使流过槽的纤维材料有额外湍流的表面轮廓形状，从而确保流动中的湍流增加，这有助于将纤维推向槽的相对侧面上的前缘。此外，槽可以包括表面挡板，表面下挡板或者蒸汽管理系统挡板，例如，参见10中的64和图12中的74，从而增加流过槽的湍流，将纤维流保持在精磨区内，并减少槽的下部区域中的纤维流动。由于来自转盘的离心力，纤维和其他固体材料往往会沿槽的前侧壁移动。凸凹不平的前侧壁减慢了通过精磨部中的槽的纤维材料的流速。

[0056]图3和图4分别展示了磨片扇形段34的侧视图和主视图，磨片扇形段34上的磨条20有凸凹不平的前侧壁36，从磨条的俯视图来看，前侧壁36表现为一系列首尾相连排列的数字″7″。由系列7字形成的拐角可以做成圆角，以便制造和浇注磨片扇形段。前侧壁36的表面特征可以延伸至磨条壁面的全长，也可以仅沿磨条径向上的外部延伸(如图2所示)。另外，凸凹不平的前侧壁可以从磨条的脊26向根部(在磨片的基底表面22处)逐渐倾斜，以便凸凹不平的特征在磨条的上拐角边缘处——大部分精磨在这里完成——最明显，并且沿着磨条的深度变得不太显著，尤其是在槽的深处。槽提供液压能力，使进料、蒸汽和水通过磨片的精磨部。

[0057]前侧壁28上的凸凹不平的特征在大小和形状方面可以不同。优选的是，凸凹不平的拐角的外部突起，例如，锯齿形上的尖端和″7″形系列上的拐角，沿磨条侧壁的长度彼此间隔2mm-8mm。凸凹不平的侧壁的表面特征——突起——的高度优选在1.0mm到2.5mm之间，在这里，高度延伸成磨条宽度。突起的高度可以由磨条的宽度限制。磨条20的平均宽度一般在2.0mm和6.5mm之间。磨条宽度随前侧壁上的凸凹不平的侧壁的表面特征，尤其是突起，的改变而改变。

[0058]图5和图6分别展示了转磨片扇形段40的侧视图和主视图。外部区域42包括径向上的内部44，它具有细的进口，用于粉碎进料以生产高质量的纸浆。内部44形成到磨条的外部区域42去的进口。每个磨条20的内部在磨条的脊26上具有细槽图案46。除了槽21之外，细槽也位于相邻的磨条之间。

[0059]如图2和4所示，外部区域42的内部44可以由具有楔形脊的磨条形成，楔形脊的高度逐渐增加到过渡段24，并且沿径向向外在外部区域中延续。另外，内部中的每根磨条都可以包括细槽46，它能有效地使内部44中的磨条的数目加倍——与内部的径向向外的磨条相比。内部区域22中的较细的磨条图案为进料提供强度较低的分离，从而较好地保存来自原料的纤维的长度和强度性质。

[0060]转片40具有精磨区42，进料上的初始精磨功由内部44上的较细的磨条图案(与精磨区其余部分45中的粗条图案相比)实现。内部具有初级细精磨图案的一个用处是用在需要高质量纸浆的地方。在内精磨部44中，细条图案引起纤维材料较低强度的压缩，而用如图2所示的内精磨部图案中的粗条图案和用图6的外精磨部45的粗条图案会发生较强的压缩。与将高强度压缩施加到整个主精磨区42上相比，内部44的细条图案的较低强度压缩在较大程度上保存了纤维的性质。

[0061]内部44的备选的典型条槽图案显示在US5,893,525中(通过引用被全部结合于此)，它显示了一系列窄的细条，其数目多于径向上的外部42中的磨条。根据磨片设计、待精磨的材料以及磨片的预定目的，其他的带有细窄条的条槽图案也可以适用。另外，与外精磨区45中的磨条密度相比，内精磨部44中磨条的数目可以较粗且密度较低，如在图8的部分60中所示。

[0062]内精磨区44和外精磨区45之间的过渡区47可以包括切断条，区44和45中的分开的磨条部分之间的窄环形间隙、或者区44、45之间的连接磨条。过渡区可以包括位于内精磨部的窄磨条46中的交叠(cross-over)槽48。交叠槽允许材料通过内精磨部44中的浅槽51，流到内、外精磨部44、45中的较深的槽。交叠槽还允许过渡区47中磨条的数目减少，例如减少一半。交叠槽可以沿径向向外延伸到相邻的磨条的前或后侧壁。交叠槽48通过磨条20的前侧壁开口于磨条20的前侧壁的凸凹部分的径向上的内部。交叠槽48可以按Z形图案排列在扇形段上，如在专利US5,383,617所示，从而促使材料进入磨条之间的主槽21。作为交叠槽的替代方案，磨条径向上的外端处的向下倾斜的斜面可以终止没有延续到下一精磨区中的磨条。

[0063]在Z形图案中，交叠槽48沿着不与磨片相切的线排列。交叠槽的这一排列线在扇形段40上至少转向一次。尽管交叠槽形成Z字形，但是也可以使用其他的交叠槽排列形式，例如使各交叠槽在相同的径向距离上沿每个磨片扇形段上的直线以W形排列。

[0064]磨片可以包括位于精磨区42的径向上的内侧的进料进口区49。进口区49可以包括直的粉碎条53或者如图2所示的弯曲的粉碎条。优选的是，进口区49(图6)或者12(图2)用最低的能量输入将进料送进精磨区42、14。进口区12、49的磨条图案有许多已知的变型。至于哪个进口区变型最适合特定的磨片设计，是个设计选择问题。进口区影响着精磨机粉碎进料、处理蒸汽和分配进料的效率。进口区将纤维进料引向精磨区14、44，进料的大部分精磨在这里进行。

[0065]图7和8分别是精磨机转片扇形段50的侧视图和主视图，该磨片上具有带蛇形磨条54的延长的外部区域58。磨条20的内输送部56将纤维材料输送到外精磨部58，以便进料可以被逐步粉碎，而无需用过多的能量。输送部56的进口可以有输送角在10和45度之间的磨条。这些输送角在整个输送部可以保持恒定。另外，磨条角度可以从进口处的前馈角逐步变到输送部56的出口边缘处的反转角。通过对进料提供积极的输送作用，输送部56中积聚的纤维材料较少，因此作用于该段的能量也较少。主要的能量应用应在区域58中。输送部56应该是对颗粒尺寸的减小有些影响而不是能量输入多的进料区。输送部56中的条和槽的角度和几何形状的选择是设计选择，它可以改变，以实现纤维材料到外精磨部58的良好输送或者所需的其他精磨效果。输送部56中的磨条20优选延伸至径向上的外精磨部58。另外，输送部56中的磨条20可以结束于外精磨部58的进口边缘之前。为了提供从内环形部56到外环形段58的过渡，环形过渡区可以将输送部56的磨条与外精磨部58的磨条分开。环形部56、58之间的过渡区可以包括Z形图案或者“V”字形(W形)图案，例如如图6、12、25和27所示。

[0066]内部区域60的磨条比部56、58的磨条粗且密度低，后者的磨条密度是内部区域60中的磨条密度的两倍。粗条图案可以帮助进料到达径向上的外部中的磨条。然而，粗的进口可以导致原料(例如木片)的粗粉碎和纤维切断，这对某些精磨用途是合适的。

[0067]磨片扇形段的外精磨部或区58、42和14中的磨条可以有各种几何形状，以提供各种所需的性能特征，例如延长进料停留。使磨条沿它们的长度在径向上弯曲可以增加保持角，从而增加停留时间。将凸凹不平的或者其他的不规则表面用在磨条的前侧壁上能进一步提升进料(例如纤维)在外部区域的停留时间，从而增加作用在进料上的精磨效果。磨条上的凸凹不平的前侧壁表面可以延长外部区域中的磨条的长度，或者可以局限于径向上的外部，例如外部区域的外半部。

[0068]磨片扇形段50的进口区60具有大的输送角，以使进料在进口区停留时间最短。另外，交错的进口磨条62在进口区的入口处形成大的操作间隙。进口区中大操作间隙和短暂停留的组合导致消耗在进口区的能量少，从而提高了磨片的能量效率。进口区的节能可用于将施加到精磨区的能量集中到磨片扇形段50的径向上的外部58。虽然进口区60中的磨条无须是弯的，但它们优选具有显著的输送角，以使在进口的停留最短。然而，其他的磨条形状和角度也可用于进口区60，这取决于进料和在进口区粉碎进料的需要。

[0069]与此处公开的其他转片扇形段10、34和40中的进口区相比，转片扇形段50的进口区60具有较小的操作间隙。操作间隙是进口占据的径向距离。窄间隙表明精磨区(外部区域58)开始于磨片扇形段的相对较小的半径处。窄间隙可以实现材料预分离和纤维短化。

[0070]磨条20的凸凹不平的前侧壁表面28只用于磨片扇形段外面的几英寸中，即精磨部58中。另外，外部58具有带大保持角的磨条20，例如大于20度的平均角度。精磨区外面几英寸中的凸凹不平的磨条表面和保持角将纤维积层的形成和能量输入集中在磨片扇形段50的外部58中。

[0071]转片50施加的大部分精磨能量会作用于精磨部58。外部58中的磨条的大保持角和磨条的凸凹不平的前侧壁表面将纤维材料保持在外部58中。停留时间的增加允许更多的精磨能量被作用于外部58。与外部58相比，输送部56中的大磨条输送角和平滑的侧壁表面导致在磨片50的该部分中的传递能量减少。因此，磨片50所做的大部分精磨功被集中于精磨部58，即使该部分具有与输送部56相同的磨条数。

[0072]图9和10分别显示了具有蒸汽排出通道62的磨片扇形段60的侧视图和主视图。这些通道往往至少与槽和条的组合宽度一样宽。这些通道介于两个磨条之间，且与之平行，并且可以延长具有不规则的前侧壁的那部分磨条的长度。蒸汽排出通道允许蒸汽通过宽通道62沿径向向外从磨片的外圆周25排出。这些通道可以包括挡板64，例如，裂缝挡板，在裂缝挡板中，挡板的前部区域低于挡板的后部，从而允许将纤维拦截在该通道内，但允许蒸汽穿过该通道。裂缝挡板的实例见美国专利6,607,153。

[0073]隔离各磨条20的槽21可以具有表面挡板、表面下挡板、甚至根本没有挡板的组合，这取决于整个磨片的设计组合和磨片的运行条件。

[0074]图11和12分别显示了具有蒸汽排出通道72的磨片扇形段70的侧视图和主视图。蒸汽排出通道允许蒸汽通过宽通道72沿径向向外从磨片的外圆周25排出。通道可以包括挡板74，例如，裂缝挡板。隔离各磨条20的通道72和槽21可以具有表面挡板、表面下挡板、甚至根本没有挡板的组合，这取决于整个磨片的设计组合和磨片的运行条件。

[0075]外精磨区76包括蒸汽通道72、磨条上的大保持角(例如45度)、磨条前侧壁28上的锯齿形表面。将锯齿形表面和大保持角布置得朝向转片扇形段70的外精磨部，增加了进料在磨片精磨区的停留时间，并且将磨片施加的能量集中到在精磨区的外部区域出现的精磨过程。

[0076]内精磨区78具有细精磨图案，类似于转片扇形段40的内部区域44中显示的图案。此处公开的磨片扇形段上显示的各种精磨及进口图案和特征可以重新布置并组合成另外的转片设计，它结合了此处公开的磨片图案和特征的本质，但在在某些方面不同于磨片扇形段70、60、50、40、34和10。换句话说，此处公开的磨片扇形段是典型的，它们为设计磨片扇形段的本领域普通技术人员提供了设计磨片扇形段的足够信息，将此处公开的精磨特征，例如具有锯齿形前侧壁和大保持角(例如大于45度)的精磨条，结合于精磨区径向上的外部。

[0077]通过增加在精磨区的停留时间和将能量集中到精磨，此处公开的转片，例如70、60、50、40、34和10，提供了高能量效率的精磨，而不必非得将磨片(例如转片和定片)之间的精磨间隙减小到相同的程度，例如高能量效率磨片中常用的0.5毫米(mm)到0.7mm。使用此处公开的转片扇形段，精磨间隙，例如，可以在0.7mm和1.0mm之间，这类似于常规磨片所用的具精磨间隙，也可以增加到1.2mm到2.0mm。增加精磨间隙有助于增加精磨机和定片的使用寿命，并减少磨片上的精磨图案的损坏现象。

[0078]图13到16都是脊26、尤其是磨片扇形段的外精磨区中的磨条的前侧壁上的不规则表面轮廓的俯视图。每个磨条20的上脊都包括前侧壁28和后侧壁30的上拐角的轮廓。前侧壁具有不规则表面，例如，锯齿形特征，它可以在侧壁的上拐角处最明显。前侧壁28的不规则的表面特征可以局限于磨条的径向上的外部，但也可以延伸到最外侧精磨区的全长或者整个精磨区。

[0079]不规则的表面特征可以包括各种形状，包括如图13所示的系列″7″字、如图14所示的锯齿形特征、如图15所示的前侧壁上的系列凹槽、如图16所示的系列齿(例如矩形齿)以及任何会增加沿磨条的前缘流动的纤维流中的摩擦的此类形状。不规则的形状特征是用来增加作用到沿前侧壁移动的纤维上的摩擦。不规则的侧壁的形状可以取决于进料、以及磨片扇形段的成分、制造上和制模上的考虑。

[0080]图17以横截面的形式显示了磨条20，它具有不规则的后侧壁300(例如系列″7″字)和前侧壁28上的不规则表面(例如系列″7″字)。后侧壁的不规则表面300是可选择的，并且可以具有此处展示的前侧壁的任何不规则表面的表面形状。后侧壁上的不规则表面可以帮助将沿后壁移动的纤维推向前侧壁。

[0081]图18用主视图展示了如图18所示的磨条前侧壁上的相同的不规则的表面特征。不规则的表面特征在接近磨条脊26的磨条侧壁上可以明显，大部分精磨即发生在这里。不规则的表面特征在磨条侧壁上朝磨片基底22的方向可以逐渐变得不太明显。不规则表面的突起76有助于阻碍进料通过槽移动，从而增加进料在磨片精磨区的停留时间。突起76从脊26到基底22可以逐渐缩减。在磨片的基底22附近，突起可以融合成前侧壁28的光滑的下部表面78。

[0082]图19是相邻的磨条110之间有槽114的转片上的磨条110的放大的示意图。每个磨条110的上部(例如上部1/3)包括一排齿116，每个齿具有倾斜的侧面118，以推动纤维越过磨条进入后面的槽114。每个齿的侧面118具有与磨条侧壁122对齐的前缘120。侧面118的后缘124可以凹进磨条里，例如达磨条宽度的1/3。每个齿的后表面126可以大体上垂直于磨片。倾斜的前表面128可以与下一个齿的后表面相交，并且帮助将纤维向上推到定片和转片之间的间隙内。

[0083]图20和21分别是另一个典型的具有内细精磨区132、中精磨区134和外精磨区136的转片扇形段130的侧视图和主视图。细精磨区包括由深槽140隔开的磨条138。每个磨条都有一个浅槽142，它将每个磨条有效地分割成一对磨条，从而使细精磨区中的磨条数目加倍。细精磨区的外缘处的交叠通道144通过磨条的后缘将浅槽142中的纤维和液体引出，并引到中精磨区进口处的槽中。前侧壁146具有不规则表面，例如在磨条上缘处最为明显的一系列半拉圆筒体。磨条终止于中间区的外缘处。外精磨区136的磨条148在数量上与中间区134中的磨条基本相同。磨条148的前侧壁表面具有一系列″7″字首尾相连排列的形状。中间和外精磨区中的磨条的侧壁的不规则表面增加了作用到在槽内流动的纤维上的摩擦，从而增加了纤维在这些区域的停留时间。

[0084]此外，内部、中间和外部区域132、134和136中的磨条在转片扇形段130上相对是直的。磨条角度逐区增加。例如，内部区域中的磨条角度相对较小，例如，从零度到10度的保持角。中间区中的磨条角度更大，例如20度到40度，外部区域中的磨条角度最大，例如大于45度，并且可以达60度或者70度。

[0085]图22和23分别是典型的定片扇形段80的侧视图和主视图。此处公开的条槽图案最适用于转片，但也可以用于定片。定片80可以具有带弯曲磨条84的外部区域82，磨条84，例如，按指数规律弯曲或者沿渐开线弧弯曲，从而增加进料在转片和定片的外精磨区的停留时间。定片磨条84的前、后侧壁可以具有光滑的壁面。凸凹不平的侧壁在定片磨条上可以不是必须的，因为作用于定片上的槽86内的进料上的离心力与作用于转片上的材料上的离心力相比减小了。此外，定片扇形段的磨条可以具有各种进料图案、保持角和磨条形状，这取决于精磨机的应用和所选择的转片图案。

[0086]定片扇形段按环形阵列安排在精磨机定盘上。同样，转片扇形段也按环形阵列安排在精磨机转盘上。定片扇形段和转片扇形段的阵列彼此相对，并且隔着一个窄的间隙，在精磨过程中，纤维材料通过该间隙。纤维材料可以穿过定盘和定片扇形段阵列上的中心入口被输送到该间隙中。

[0087]图24和25分别是第二典型定片扇形段90的侧视图和主视图。定片扇形段90可以与转片40和70一起使用。内精磨区93处的磨条92是裂开的，从而形成与转片40和70上显示的细磨条图案44、78互补的细精磨图案。定片磨条92基本上是直的。磨条粗的部分96之间的槽包括一系列挡板94，以增加进料在精磨区的停留时间。

[0088]图26和27分别是第三典型定片扇形段100的侧视图和前视图。定片扇形段100可以与转片40和70一起使用。内精磨区104处的磨条102是裂开的，从而形成与转片40和70上显示的细磨条图案44、78互补的细精磨图案。定片磨条102是弯的，以便在定片扇形段的径向上的外部区域中提供大的保持角。粗条部分108上的磨条102之间的槽包括一系列挡板106，以便增加进料在精磨区的停留时间。定片和转片设计可以按阻止模式或者按进料模式进行，这取决于所需的操作间隙、纤维停留和精磨结果。由于定片100有大的进料(或者保持)角，因此它对此处展示的具有某些特征(例如大保持角和凸凹不平的前侧壁)的转片在操作中可以有大的影响。因此，定片可以补充磨片外部上的精磨区中所需的较长的停留时间，这用此处公开的转片来实现。

[0089]尽管本发明已经描述了目前认为最实用的且最佳的实施方式，但不难理解本发明并不局限于所公开的实施方式，相反，它意图覆盖包含在所附的权利要求的思想和范围内的各种变体和等价方案。

Claims (30)

1、一种用于木素纤维素材料的机械精磨机的磨片，包括：位于基底上的精磨表面，该精磨表面适合面对相对磨片的精磨表面，和

该精磨表面包括磨条和位于磨条之间的磨槽，其中磨条具有至少一个径向上的外部，所述外部在磨条的外圆周处有至少30度的保持角，并且每根磨条都包括在外部具有不规则表面的前侧壁。

2、根据权利要求1所述的磨片，其特征在于：所述不规则表面是如下图案中的至少一个：之字形，锯齿形，系列折曲，正弦曲线，和侧向的Z形图案。

3、根据权利要求1或2所述的磨片，其特征在于：所述磨条包括径向上的内部，在所述内部中，前侧壁具有光滑表面。

4、根据权利要求1到3中任一项所述的磨片，其特征在于：沿着前侧壁具有不规则表面的那部分磨条，不规则表面使得磨条宽度改变至少1/5。

5、根据权利要求1到4中任一项所述的磨片，其特征在于：精磨表面包括环形内精磨表面，所述内精磨表面的磨条密度比精磨表面外部上的磨条密度高。

6、根据权利要求1到5中任一项所述的磨片，其特征在于：磨条具有弯曲的纵向形状。

7、根据权利要求1到6中任一项所述的磨片，其特征在于：保持角至少45度。

8、根据权利要求1到7中任一项所述的磨片，其特征在于：保持角至少60度。

9、根据权利要求1到8中任一项所述的磨片，其特征在于：保持角至少70度。

10、根据权利要求1到9中任一项所述的磨片，其特征在于：磨条具有弯曲的纵向形状，该形状相对于贯穿磨条的磨片径向向弯曲方向转向。

11、根据权利要求1到10中任一项所述的磨片，其特征在于：不规则表面在前侧壁的前缘上部最明显，而在紧靠磨片基底处不太明显。

12、根据权利要求1到11中任一项所述的磨片，其特征在于：磨条包括保持角不大于15度的直磨条内环区域、保持角至少为45度的直磨条外环区域、和具有直磨条且保持角在15度和45度之间的中环区域，其中中环区域在内、外环区域之间。

13、一种用于木素纤维素材料的机械精磨机的磨片，该磨片具有精磨表面，且包括：许多直立于该表面的基底上的磨条，这些磨条向外朝向磨片的外圆周延伸，

和位于至少一部分磨条上的不规则的前侧壁。

14、根据权利要求13所述的磨片，其特征在于：不规则表面是如下图案中的至少一个：之字形，锯齿形，系列折曲，正弦曲线，和侧向的Z形图案。

15、根据权利要求13或14所述的磨片，其特征在于：磨条沿它们的长度是弯的，且弯曲成指数弧或渐开线弧。

16、根据权利要求13到15中任一项所述的磨片，其特征在于：磨条的径向上的外部具有至少70度的保持角。

17、根据权利要求13到16中任一项所述的磨片，其特征在于：磨条的径向上的外部具有至少60度的保持角。

18、根据权利要求13到17中任一项所述的磨片，其特征在于：磨条的径向上的外部具有至少45度的保持角。

19、根据权利要求13到18中任一项所述的磨片，其特征在于：所述磨片是转片，并且在精磨机中被安排成与定片或另一块转片相对。

20、根据权利要求13到19中任一项所述的磨片，其特征在于：磨条包括保持角不大于15度的直磨条内环区域、保持角至少为45度的直磨条外环区域、和具有直磨条且保持角在15度和45度之间的中环区域，其中中环区域在内、外环区域之间。

21、一种用于在具有相对磨片的精磨机中机械精磨木素纤维素材料的方法，该方法包括：将材料引到相对的磨片或者磨片扇形段阵列中的一个上的进口；

使至少一块磨片相对于另一块磨片旋转，在此过程中，在由旋转引起的离心力的作用下，材料沿径向向外穿过两磨片之间的间隙；

当材料穿过该间隙时，使材料越过第一磨片的精磨部上的磨条，并且通过磨条之间的槽，其中这些磨条具有至少一个径向上的外部，且保持角至少为30度，在所述外部中，每根磨条包括具有不规则表面的前侧壁；

防止因纤维材料和与槽相邻的磨条的前侧壁上的不规则表面的相互作用而使纤维材料穿过槽，和

从磨片的周缘处的间隙排出材料。

22、根据权利要求21所述的方法，其特征在于：相对磨片包括一组定片扇形段和一组转片扇形段，并且材料的引入是通过那组定片扇形段。

23、根据权利要求21或22所述的方法，其特征在于：在径向上的外部中，磨条具有带光滑表面的后侧壁，蒸汽和水倾向于在槽内沿磨条的后侧壁的光滑表面流动，而纤维进料倾向于在槽内沿磨条的前侧壁的不规则表面流动。

24、根据权利要求21到23中任一项所述的方法，其特征在于：精磨表面包括环形内精磨表面，它的磨条密度比外精磨表面中的磨条密度高，该方法包括让纤维材料越过这些磨条。

25、根据权利要求21到24中任一项所述的方法，其特征在于：这些磨条沿它们的长度弯曲，以使磨条具有小于15度的进口角，并且进口角与保持角关于贯穿磨条的磨片径向相对，该方法包括用磨条的这些角来增加进料在精磨部的停留。

26、根据权利要求21到25中任一项所述的方法，其特征在于：在磨条的外圆周处，保持角至少为45度，该方法包括用该保持角来增加进料在精磨部的停留。

27、根据权利要求21到26中任一项所述的方法，其特征在于：在磨条的外圆周处，保持角至少为60度，该方法包括用该保持角来增加进料在精磨部的停留。

28、根据权利要求21到27中任一项所述的方法，其特征在于：在磨条的外圆周处，保持角至少为70度，该方法包括用该保持角来增加进料在精磨部的停留。

29、根据权利要求21到28中任一项所述的方法，其特征在于：磨条具有径向上的内部，它具有弯曲的纵向形状，且向与外部中的磨条的弯曲的纵向形状相反的方向弯曲，并且磨条的弯曲的径向上的内部增加了进料在精磨部的停留。

30、根据权利要求21到29中任一项所述的方法，其特征在于：磨条包括保持角不大于15度的直磨条内环区域、保持角至少为45度的直磨条外环区域、和具有直磨条且保持角在15度和45度之间的中环区域，其中中环区域在内、外环区域之间，该方法还包括使进料沿径向向外通过内环区域、中环区域和外环区域前进。

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