CN101871175A - 高频疏解机盘和与其相关的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高频疏解机中来减少纤维浆料中的纤维絮片的高频疏解机盘。所述高频疏解机盘可包括至少一个环形圆环，其包括多个齿，其中至少一个齿具有前表面、后表面和冲击产生侧面。所述冲击产生侧面可适于在操作过程中产生冲击力，以使所述力对应于将浆料沿径向朝向所述高频疏解机中心推动的第一力矢量和将所述浆料沿切向朝向所述前面推动的第二力矢量。

Description

高频疏解机盘和与其相关的方法

本申请要求2009年4月23日递交的美国申请No.61/172,092的优先权权益，其内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明总体涉及用于减少纤维材料中絮片的系统和方法。例如，本发明可具有在硫酸盐或机械纸浆中分解纤维束和用于回收的纤维以及在损纸处理系统中减少絮片的特定适用性。

背景技术

将纤维材料(例如木质纤维素材料)或纸(例如损纸)转变为单独化的纤维通常涉及在悬浮液环境中剪切力的作用下将纤维毡分解为纤维。这可在例如机械磨浆机中的两个磨盘之间实现。在存在水的情况下，剪切力的重复施加使纤维毡将纤维化合物溶解为越来越小的片，直到其分解为单独的纤维水平。此时，悬浮液可称为完全“纤维化”。

但是，纸浆搅拌机实现完全纤维化状态所需的时间和能量通常抑制这样的重要造纸设备所需的产量。实际上，通常允许该制浆机进行到完全纤维化之前的某个时刻。在该时刻，保留在悬浮液中的非纤维化部分，其称为“絮片”，通常通过后序的专业化方法去除。该专业化方法可能比制浆更快并且更有效，直到完全纤维化。

该专业化方法由于涉及高频疏解机，因而被称为高频疏解。参见例如授予Rosenfeld的美国专利No.3,327,952。高频疏解描述了一种方法，其中与一个或几个静止元件相对旋转的高频疏解机的旋转元件产生液压剪切力场。该液压剪切力可在制浆之后降低悬浮液的絮片浓度。类似于制浆作用，可能存在对絮片上重复冲击的需要，以使絮片可完全溶解为独个纤维。

这些冲击通常由高频疏解机中转子和定子盘上所谓的齿传送，其通常(a)类似于磨盘(例如可以是圆盘或圆锥形状)沿机器的母线彼此经过或扫过，或(b)以更复杂的模式在由机器的母线形成的平面外部相互啮合。

形式(a)相对简单，并且可通过蜘蛛网状设计的磨盘或甚至包括孔的磨盘进行。例如，除了转子和定子之间的大体平行的接触平面之外，无需特殊要求。传统上，方式(b)的复杂几何形状需要高频疏解机盘的磨损部分精确加工。迄今为止，该精确加工充分解决了对这些盘的可靠性和可用性的需要。但是加工该盘涉及更高的制造成本，并且限制齿的相对表面的特殊设计的能力。

即，精确加工本质上限制高频疏解机盘的设计。例如，加工的高频疏解机盘可能仅具有环形圆环形状的齿，因为车床可能仅在盘中切割出同心圆。当切割出圆时，齿的内和外部分形成共用相同圆心的弧度。

因此，本领域中可能存在对高频疏解机盘的更有效结构的需要。本领域中还可能存在对不是机加工的高频疏解机盘的需要。

在一方面，本发明可能克服高频疏解机盘技术的这些尚存的不足。例如，本发明的一些方面可能涉及以铸造工艺制备高频疏解机盘和/或改进相互面对的盘表面的设计，以利于改进(例如更有效地)高频疏解。

发明内容

在一方面，本发明总体涉及用于高频疏解机中来减少纤维浆料中的纤维絮片的高频疏解机盘。所述高频疏解机盘可包括至少一个环形圆环，所述环形圆环包括多个齿，其中，至少一个齿具有前表面、后表面和冲击产生侧面。所述冲击产生侧面可适于在操作过程中产生冲击力，以使所述力对应于将浆料沿径向朝向所述高频疏解机中心推动的第一矢量和将浆料沿切向朝向所述前表面推动的第二矢量。

附图说明

图1是根据本发明一方面的高频疏解机盘的示意图。

图2是根据本发明一方面的高频疏解机盘的示意图。

图3是根据本发明一方面的转子盘和定子盘的示意图。

图4是根据本发明一方面的高频疏解机盘齿的示意图。

图5是根据本发明一方面的高频疏解机盘齿的示意图。

图6是根据本发明一方面的高频疏解机盘齿的示意图。

图7是根据本发明一方面的高频疏解机盘齿的示意图。

图8是根据本发明一方面的高频疏解机盘齿的示意图。

图9是根据本发明一方面的高频疏解机盘齿的示意图。

图10是根据本发明一方面的高频疏解机盘齿的示意图。

图11是根据本发明一方面的转子盘和定子盘的示意性剖视图。

图12是根据本发明一方面的转子盘和定子盘的示意性立体视图。

具体实施方式

在一方面，本发明涉及齿的表面不平行(和垂直)于盘旋转轴的高频疏解机盘。例如，高频疏解机盘可具有基本上不是立方形的齿，而是基本上锥形或基本上三角形的齿。即，齿可具有前和后表面，其每一个基本上为三角形或梯形形状。这些在本发明某方面范围内的形状可影响转子和定子齿扫略过程中液压冲击力的大小和方向。

在一些实施例中，齿可围绕转子和定子盘的每一个形成一个、两个、三个或多个(例如五个或十个)环形圆环。通常，浆料从盘(其优选可相对于彼此相反旋转，和/或在一些实施例中在不同频率或速度下旋转)的中心流到外圆周，通常沿径向路径流动。当纤维絮状物沿通常径向路径移动时，该絮状物由相反旋转的齿产生的压力冲击高频疏解。

相反旋转指转子相对于定子的旋转，并且包括涉及相对静止的转子和旋转转子的任何结构以及涉及转子和“定子”都旋转的结构。在一些例子中，可能沿相同方向以不同速度旋转“定子”和转子。

当絮状物高频疏解时，液压冲击可能产生与径向运动不共线的力。即，可能产生具有径向矢量和切向矢量的力，该径向矢量将浆料朝向高频疏解机中心推回，该切向矢量将浆料逆着旋转方向推动。根据本发明的一个实施例，该合成矢量可垂直于齿的侧表面。

在优选实施例中，高频疏解机可对浓度为4-5％的浆料进行操作，但是可使用任何可商购的浓度。即，本发明不限制需要高频疏解和经过高频疏解机的浆料类型和浓度。

例如，适用于多个实施例的其他纤维浆料包括(i)来自锅炉出口的热纸浆，其中这些盘可用于实现一些碎片的减少；(ii)靠近混合盘的纤维束，其中液压冲击用于混合悬浮液。合适的纸浆浓度可在1％和10-15％之间改变，取决于纸浆进入高频疏解机的原始位置。由于设计自身，剪切力的产生需要纸浆的流动性。因而，可使用形成类似于流体的任何纸浆。

高频疏解机盘可由任何合适的材料制成，例如钢基合金。在优选实施例中，根据本发明的某些方面，来自Andritz Pulp and Paper Mill Services的合金DC17和XP可特别适用于铸造高频疏解机盘。原则上，可使用任何合适的合金，包括例如来自不锈钢的合金、低铬白口铁、镍基耐磨合金等。在一些实施例中，该合金可具有以下性能：30到60HRC平均硬度，和/或80到350KSI平均四点弯曲测试弯曲强度。

图1示出根据本发明一个方面的高频疏解机盘102。如关于图1所述，并且如贯穿本说明书所用，术语“高频疏解机”盘可指转子盘或定子盘。如所示出的，高频疏解机盘102包括中心110和基本上环形的圆环，其每一个包括多个齿，用于在粉碎纤维的浆料通常沿径向从中心110经过到达高频疏解机盘102的外圆周时分解纤维絮片。图1显示了第一齿环104、第二齿环106和第三齿环108的三个环形圆环。每一个齿环由通常平直的表面112或114分隔。该分隔不必须是平直的表面，而是可使用使相对的高频疏解机盘成互补或镜像的任何结构(例如使相对的高频疏解机盘齿成镜像或互补的顶部)。

如图1中所示，每一个环形齿环可具有更多或更少数量的齿，所述齿具有增大或减小的规则或不规则频数。在一些实施例中，内环将默认具有最少数量的齿，因为该环的半径最小，并且倾向于由最大的纤维材料“堵塞”。因而那些区域可仅具有少量单齿。由于增大的半径，例如更高的开放面积，因此外环可具有(明显地)更多的齿。齿的数量最终取决于相邻的齿之间的间隙及其宽度。

虽然在一些实施例中平衡高频疏解机盘很重要，以使其具有最小的颤动，但不是所有实施例需要高频疏解机盘旋转(例如固定到高频疏解机的静止的定子盘)。因此，在一些实施例中可使用不规则设置的齿。即，在一些实施例中，基本上环形的圆环可包括一个或多个偏置的齿，其不与大多数齿排成行。

图2示出根据本发明一个方面的高频疏解机盘202。如所示出的，高频疏解机盘202包括中心210和基本上环形的圆环，该环形的圆环每一个包括多个齿。图2示出两个环形圆环：第一齿环204和第二齿环206。这些环由大体平直的表面212间隔开。

图3示出定子盘302和转子盘320。如所显示的，定子和转子盘彼此互补或互为镜像，以使其各齿在高频疏解机操作过程中彼此不接触。通常在操作过程中，转子和定子之间可能存在小于5mm的间隙，并且优选小于1.5mm。在一些实施例中，可能获得0.3-0.4mm或甚至0.1mm的间隙尺寸。通常，在高频疏解过程中，间隙越小，浆料受到的剪切力越大。即，由小间隙造成的冲击可提高高频疏解操作效率。在一些实施例中，转子和定子盘之间可能存在小于0.1mm的间隙。(在确定间隙距离时，盘之间的距离可在盘静止时测量)。

图4示出根据本发明一个方面的高频疏解机盘402上的高频疏解机盘齿404。如所示出的，高频疏解机盘齿404具有前表面480、后表面482和冲击力产生侧面484。每一个齿404由大体平直的表面464间隔开，该表面464为沿高频疏解机盘402的径向的大体平面。如所示出的，前表面480和后表面482都基本上为梯形，具有基本上相似的从大体上平直的表面464测量的高度。即，顶部表面462在基本上平行于大体上平直表面平面464的平面中。冲击力产生侧面484具有产生将浆料沿径向朝向高频疏解机中心推回的力和将浆料沿切向朝向前表面推动的力的表面。合成矢量可垂直于冲击产生侧面484表面。如所示出的，顶部表面462虽然形状相似，但是不是等同于梯形形状。前表面和后表面可能每一个单独为基本上三角形形状，并且前表面和后表面不需要彼此具有相同形状。顶部表面462的形状主要由冲击产生侧面484表面的形状决定。

图5示出高频疏解机盘齿506。如所示出的，高频疏解机盘齿506具有前表面580、后表面582和冲击产生侧面584。如所示出的，前表面580和后表面582都基本上为梯形，具有基本上相似的从大体上平直的表面570测量的高度。大体平直的表面570为沿高频疏解机盘的径向的大体平面(无附图标记)。即，顶部表面562为基本上平行于大体平直的表面570的平面。冲击产生侧面584具有锯齿状表面，其产生将浆料沿径向朝向高频疏解机中心推回的力和将浆料沿切向朝向前表面推动的力。该锯齿状结构可有利于由每一个齿产生微冲击力。

图6示出高频疏解机盘齿606。如所示出的，高频疏解机盘齿606具有前表面680、后表面686和冲击产生侧面684。如所示出的，前表面680和后表面686都基本上为梯形，具有基本上相似的从大体上平直的表面670测量的高度。即，顶部表面662处于基本上平行于大体平直的表面平面670的平面中。冲击产生侧面684具有产生将浆料沿径向朝向高频疏解机中心推回的力和将浆料沿切向朝向前表面推动的力的表面。顶部表面662，其形状大体上与本发明的某些方面无关，基本上为梯形(并且近似为三角形)。如所示出的，冲击产生侧面684可包括多于一个部分，以使冲击产生侧面由相交的平面表面形成。

图7示出高频疏解机盘齿706。如所示出的，高频疏解机盘齿706具有前表面780、后表面786和冲击产生侧面784。如所示出的，前表面780和后表面786都基本上为梯形，具有基本上相似的从大体上平直的表面770测量的高度。即，顶部表面762处于基本上平行于大体平直的表面平面770的平面中。冲击产生侧面784具有产生将浆料沿径向朝向高频疏解机中心推回的力和将浆料沿切向朝向前表面推动的力的表面。

如所示出的，冲击产生侧表面784具有曲线表面，包括第一弯曲部分785、第二弯曲部分787和第三弯曲部分789。这些部分一起限定冲击产生侧面的单个表面。在一些例子中，这些表面可基本上为抛物线状。

高频疏解机盘齿706还具有底部791，其可以是基本上梯形或立方形(并且也可能存在于其他实施例中)。该底部可提高高频疏解机盘齿的耐久性和/或稳定性。该底部可以是任何形状(例如基本上为矩形)。

如果盘是铸造的，则可能底部和齿为相同的材料。但是如果齿粘合或焊接到底部，则在多个实施例中不同的材料是可能的。齿的高度可由几毫米到25或30mm(或在其他实施例中更大)。最大可用齿高度取决于高频疏解机的设计(调节机构、总盘厚度)和所用材料的断裂抵抗性。本领域普通技术人员将理解，齿的尺寸变化量取决于具体应用。

图8示出高频疏解机盘齿806。如所示出的，高频疏解机盘齿806具有前表面880、后表面886和冲击产生侧面884。如所示出的，前表面880和后表面886都基本上为梯形，具有基本上相似的从大体上平直的表面870测量的高度。冲击产生侧面884具有产生将浆料沿径向朝向高频疏解机中心推回的力和将浆料沿切向朝向前表面推动的力的表面。冲击产生侧面884具有三个部分：与前表面880相邻的第一部分887、与后表面886相邻的第三部分889和与第一及第三部分相邻的第二部分887。第一和第三部分基本上为沿前表面880和后表面886的边缘的平面，而第三部分形成从该平面表面切出的半圆柱形。在该实施例中，齿806的顶部表面基本上不是平面，但是齿806的有些部分平行于大体平直的表面870。

图9示出高频疏解机盘齿906。如所示出的，高频疏解机盘齿906具有前表面980、后表面986和冲击产生侧面984。如所示出的，前表面980和后表面986都基本上为梯形，具有基本上相似的从大体上平直的表面970测量的高度。冲击产生侧面984具有产生将浆料沿径向朝向高频疏解机中心推回的力和将浆料沿切向朝向前表面推动的力的表面。冲击产生侧面984具有类似于图4中示出的冲击产生侧面表面，并且图9显示了两个环形高频疏解机齿环。如所示出的，前表面980的表面积小于后表面986的表面积。即，后表面986大于前表面980。

图10示出高频疏解机盘齿1006。如所示出的，高频疏解机盘齿1006具有前表面1080、后表面1086、冲击产生侧面1084和顶部表面1044。如所示出的，前表面1080和后表面1086都基本上为梯形，具有基本上相似的从大体上平直的表面1070测量的高度。冲击产生侧面1084具有产生将浆料沿径向朝向高频疏解机中心推回的力和将浆料沿切向朝向前表面推动的力的表面。如所示出的，前表面1080的表面积小于后表面1086的表面积。即，后表面1086大于前表面1080。顶部表面1044一侧为曲线(即由与冲击产生侧面1084相交限定的侧)，其余三侧基本上是直的，并且由与前表面1080、后表面1086和外表面(无附图标记)相交限定。高频疏解机盘齿1006示出在高频疏解机盘的最外环形圆环中。

图11示出根据本发明一个方面的定子盘1120和转子盘1102的侧视图。转子盘1102包括齿1160，定子盘1120包括齿1180。间隙1192(其可小于1.5mm，并且最优选约0.1mm或更小)存在于转子盘1102和定子盘1120之间。间隙1192运送纤维浆料穿过高频疏解机。

齿1180具有由第一前边缘1194(其连接到冲击产生侧面)、顶部边缘1144(其连接到齿1180的顶部表面)和第二前边缘1196(其连接到另一个冲击产生侧面)限定的前表面。第一角度1130(由边缘1194和边缘1144限定)大于或等于90°，第二角度1132(由边缘1144和边缘1196限定)也大于或等于90°。这些角度优选大于100°，大于110°，大于120°，大于130°或小于180°的任何角度。

图12示出根据本发明一个方面的定子盘1220和转子盘1202的立体视图。转子盘1202包括齿1260，定子盘1220包括齿1280。如所示出的，转子盘1202沿箭头1299方向相对于定子盘1220运动。

因此，在一个方面，由于定子和转子盘的接合表面的倾斜度，高频疏解机盘促成冲击矢量的新方向。根据具体预期用途(例如要求高频疏解的纤维絮片类型)，这可有利于修改高频疏解剪切力。

在扫略过程中改变冲击方向的能力可使得具有将冲击导向到相交区域中正在处理的纤维处的能力，导致与当前可得设计不同的搅拌程度。

铸造技术的应用可有利于相对于传统的精加工设计拉长相交长度，这通常要求直齿腹垂直于高频疏解机中心处的径向出发点。这可提高齿的稳定性，并且还可能提高其耐久性。例如，铸造齿可具有提高的抗断裂性。在一些实施例中，铸造可有利于齿的侧腹之间间隙的具体调节(例如通过垫木片)。这反之可根据具体浆料成分和浓度提高修改或调节高频疏解工艺的能力。

可使用本领域中技术人员已知的任何合适的铸造工艺。例如，适合的熔模铸造工艺可包括以下一个或多个步骤：(1)形成母模型；(2)由母模型制造母模具(或直接制造母模具而无需首先形成母模型)；(3)制造浇铸用模具(例如“蜡”模)；(4)形成“熔模”模具(例如陶瓷模具)，包括去除残余蜡和/或杂质；(5)将熔化的金属倒入模具中，例如通过重力、真空(例如负)压力、正压力、离心力等；和(6)从铸件取出固化的金属，然后根据需要打磨/抛光。

但是，应可理解，本发明不受铸造工艺限制或限定。即，任何制造技术可用于制备如本文描述的高频疏解机盘。

虽然本发明已经对关于目前认为是最实用和优选的实施例进行了描述，但是应理解的是，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的多种修改形式和等同布置。

Claims (18)

1.一种用于高频疏解机中来减少纤维浆料中纤维絮片的高频疏解机盘，所述高频疏解机盘包括：

至少一个环形圆环，其包括多个齿，

所述至少一个环形圆环包括至少一个齿，所述齿具有前表面、后表面和冲击产生侧面，

其中，所述冲击产生侧面适于产生冲击力，所述冲击力具有将浆料沿径向朝向所述高频疏解机中心推动的第一力矢量和将浆料沿切向朝向前表面推动的第二力矢量。

2.根据权利要求1所述的高频疏解机盘，其中，所述至少一个齿具有底部，其将所述至少一个齿支撑在所述高频疏解机盘上，以提高所述至少一个齿的耐久性或稳定性，所述底部基本上为立方体。

3.根据权利要求1所述的高频疏解机盘，其中，所述前表面或所述后表面基本上为梯形。

4.根据权利要求3所述的高频疏解机盘，其中，所述前表面具有第一表面积，所述后表面具有第二表面积，并且其中，所述第二表面积大于所述第一表面积。

5.根据权利要求1所述的高频疏解机盘，其中，所述前表面或所述后表面基本上为三角形。

6.根据权利要求1所述的高频疏解机盘，其中，所述冲击产生侧面具有锯齿形表面。

7.根据权利要求1所述的高频疏解机盘，其中，所述冲击产生侧面具有曲线表面，其包括至少一个弯曲部分。

8.根据权利要求7所述的高频疏解机盘，其中，所述曲线表面包括三个弯曲部分。

9.根据权利要求1所述的高频疏解机盘，其中，所述冲击产生侧面包括与前表面相邻的第一部分、与后表面相邻的第三部分和与所述第一和第三部分相邻的第二部分，并且其中，所述第一和第三部分基本上为沿所述前表面和所述后表面的边缘的平面，并且其中，所述第三部分包括从由所述第一和第三部分限定的平面切出的部分。

10.根据权利要求1所述的高频疏解机盘，其中，所述齿的顶部表面基本上不是平面。

11.根据权利要求1所述的高频疏解机盘，其中，所述至少一个齿包括由所述前表面与所述冲击产生侧面的交叉线限定的第一前边缘，和由所述至少一个齿的顶部表面交叉线限定的顶部边缘，其中，所述第一角度限定在所述第一前边缘和所述顶部边缘的相交处，并且其中，所述第一角度大于或等于90°。

12.根据权利要求11所述的高频疏解机盘，其中，所述第一角度小于180°。

13.根据权利要求12所述的高频疏解机盘，其中，所述第一角度大于110°。

14.一种用于高频疏解机中来减少纤维浆料中的纤维絮片的互补的高频疏解机盘组，所述互补的高频疏解机盘组包括：

转子高频疏解机盘和定子高频疏解机盘，其中，所述转子高频疏解机盘和所述定子高频疏解机盘每一个包括至少一个环形圆环，所述环形圆环包括多个齿，

其中，所述转子高频疏解机盘和定子高频疏解机盘中的至少一个的环形圆环包括至少一个齿，所述齿具有前表面、后表面和冲击产生侧面，

其中，所述冲击产生侧面适于产生冲击力，所述冲击力具有将浆料沿径向朝向所述高频疏解机中心推动的第一力矢量和将浆料沿切向朝向所述前表面推动的第二力矢量，

其中，当所述转子高频疏解机盘和所述定子高频疏解机盘安装在所述高频疏解机中时，间隙限定在所述转子高频疏解机盘和所述定子高频疏解机盘之间，并且

其中，所述间隙距离为5.0mm或更小。

15.根据权利要求14所述的互补的高频疏解机盘组，其中，所述间隙距离为1.5mm或更小。

16.根据权利要求14所述的互补的高频疏解机盘组，其中，所述间隙距离为0.4mm或更小。

17.一种制造用于高频疏解机中来减少纤维浆料中纤维絮片的高频疏解机盘的方法，所述方法包括以下步骤：

形成适用于用作所述高频疏解机盘的熔化的合金；

将所述熔化的合金铸造为所述高频疏解机盘的形状；

其中，所述铸造的高频疏解机盘包括至少一个环形圆环，所述环形圆环包括多个齿，所述至少一个环形圆环包括至少一个齿，所述齿具有前表面、后表面和冲击产生侧面，其中，所述冲击产生侧面适于产生冲击力，所述冲击力具有将所述浆料沿径向朝向所述高频疏解机中心推动的第一力矢量和将所述浆料沿切向朝向所述前表面推动的第二力矢量。

18.一种用于减少纤维浆料中纤维絮片的方法，所述方法包括以下步骤：

将所述浆料进料到所述高频疏解机中，所述高频疏解机包括互补的高频疏解机盘组，所述互补的高频疏解机盘包括转子高频疏解机盘和定子高频疏解机盘，其中，所述转子高频疏解机盘和所述定子高频疏解机盘每一个包括至少一个环形圆环，所述环形圆环包括多个齿，其中，所述转子高频疏解机盘和所述定子高频疏解机盘中的至少一个的所述至少一个环形圆环包括至少一个齿，所述齿具有前表面、后表面和冲击产生侧面，其中所述冲击产生侧面适于产生冲击力，所述冲击力具有将浆料沿径向朝向所述高频疏解机中心推动的第一力矢量和将所述浆料沿切向朝向所述前表面推动的第二力矢量，其中，当所述转子高频疏解机盘和所述定子高频疏解机盘安装在所述高频疏解机中时，间隙限定在所述转子高频疏解机盘和所述定子高频疏解机盘之间，并且其中，所述间隙具有0.4mm或更小的间隙距离；

与所述定子高频疏解机盘相反地旋转所述定子高频疏解机盘，以产生所述冲击力；和

从所述高频疏解机取出第二浆料，其中，所述第二浆料包含比进料到所述高频疏解机中的所述浆料更少的纤维絮片。

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