CN116348626A - 杨克式烘缸和生活用纸造纸机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于生活用纸造纸机的钢制杨克式烘缸和使用这种钢制杨克式烘缸的生活用纸造纸机，其中，所述钢制杨克式烘缸的柱形外壳的所述外表面(9)由在欧洲标准EN 10028‑6：2017中所定义的等级P690的钢或类似的钢形成。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢制扬克式烘缸以及包括这种扬克式烘缸的用于制造生活用纸的机器。
背景技术
用于制造生活用纸的机器通常包括杨克式烘缸，在操作期间，该杨克式烘缸由热蒸汽在内部加热。下面，术语“杨克(Yankee)”将用于杨克式烘缸。被转移到杨克式烘缸的湿纤维幅材在外表面、即杨克式烘缸的“烘干表面”上烘干，随后由起皱刮刀从杨克式烘缸的烘干表面(外表面)起皱。在二十世纪期间，杨克式烘缸通常由铸铁制成，但是近年来，杨克式烘缸已经由焊接钢制成。钢制扬克式烘缸的重量小于具有相同所需强度的铸铁制扬克式烘缸，因此钢制扬克式烘缸被认为是有利的。钢制杨克式烘缸的示例在专利文献EP2126203B1中公开。如上所述，起皱刮刀用于使已烘干的纤维幅材从杨克式烘缸的表面起皱。实际上，这意味着扬克式烘缸的表面将受到来自刮刀片的压力。由于铸铁的HB硬度(即，布氏硬度)通常为220-260，因此浇铸的杨克式烘缸的表面具有相对较高的硬度。因此，该表面不容易通过与压靠其表面的刮刀片接触而磨损。然而，经验表明，即使由铸铁制成的杨克式烘缸也会经受相当程度的磨损。为此，长期以来的做法是金属化扬克式烘缸的表面，以获得较硬的表面。在本专利申请的上下文中，术语“金属化(to metallize)”和“金属化(metallization)”是指其中杨克式烘缸的外表面(烘干表面)涂覆有硬层的工艺，该硬层可以基于金属粉末与至少一种碳化物或氮化物或可能的其它元素的元素或合金或混合物，或包含至少一种碳化物或氮化物或可能的其它元素的金属基质。通常可通过喷涂将涂层施加到扬克式烘缸的表面。在美国专利第4,064,608号中公开该技术的一个示例。在美国专利第5,123,152号、美国专利第6,171,657号和美国专利第10,240,291号中公开其它示例。应该注意，已经提出了用于硬层的许多不同的组合物。例如，硬层可以是铁合金，其包含约20至约47重量百分比的铬、约2.5至约6.5重量百分比的硼、约1.7至约2.7重量百分比的硅、以及小于约8重量百分比的钼，如在上述美国专利第6,171,657号中提出的。在杨克式烘缸的背景下，应该注意，术语“涂层”也可用于指在操作期间连续喷涂到杨克式烘缸表面上的液体涂层，其与作为制造工艺的一部分而涂覆的硬涂层根本不同。当讨论硬层的涂覆以增加硬度和耐磨性时，本领域技术人员通常使用的技术术语是“金属化(metallization)”，并且该术语和“金属化(to metallize)”(除了在参考本文引用的其它文献中使用时以及以不同含义使用该术语)将用于本专利申请和所有基于其授权的专利中，以指涂覆永久结合到杨克式烘缸的钢烘干表面的硬且耐磨的层，而不管该层的精确组合物。这种层将在下面被称为“金属化层”。本专利申请中此后使用的术语“涂层”将指在生活用纸造纸机的操作期间涂覆临时液体涂层(除了在参考本文引用的其它文献中使用时并且以不同的含义使用该术语)。
用于制造钢制杨克式烘缸的钢的硬度显著低于铸铁的硬度。这种钢的硬度的典型值可以是约140HB的数量级，或者可能在120-170HB的范围内。
由于用于杨克式烘缸的钢级通常具有显著低于铸铁(220-260HB)的硬度(140HB的数量级)，因此要求将由钢制成的杨克式烘缸金属化。已经提出了用于钢制扬克式烘缸的不同金属化层。从2007年的论文，
先生讨论了一种具有“金属涂层”的钢制杨克式烘缸，其表面硬度据称是铸铁的两倍(“Application of a Steel Yankee in TissueMachines”，TAPPI Yankee Dryer Safety Committee，Jacksonville 10/23/07)，尽管没有给出关于精确组成的细节。在Luca Mignani先生2008年的论文(“Advances with SteelYankee Dryers”，TISSUE WORLD，Asia 2008)中，Mignani先生提出了一种钢制杨克式烘干机，其可以设有“金属涂层”(即，金属化层)并且“金属涂层”可以是例如具有高含量Cr和Ni并且具有60HRC硬度的合金。尽管根据HRC测量的硬度不直接对应于布氏硬度，但是60HRC的值可以说对应于约600HB。在同一篇论文中，Mignani先生还提出可以使用/>
是Valmet公司所拥有的商标，并且涉及具有热喷涂金属涂层的杨克式烘缸的金属化。Mignani先生的论文给出的硬度值在这种情况下为“50至60HRC”，即，约500-600HB的数量级。
作为金属化的替代方案，已经提出通过激光硬化钢制杨克式烘缸的外壳，并且在专利文献AT519996A2中公开了这种解决方案。根据该文献，可以获得高达400HB的硬度值。
然而，目前已知的金属化和可能的通过激光硬化的技术代表了杨克式烘缸制造工艺中的进一步步骤，这使得制造工艺更加复杂。
关于金属化的钢制杨克式烘缸，本发明的发明人还注意到，在已经在这样的烘干机上烘干的纸张中可能出现条纹。
发明人也已看到，杨克式烘缸的金属化层可能破裂和/或脱层，这使得必须停止生产并且关闭机器。当这种情况发生时，生产被严重干扰，并且其成本可能非常高。
因此，本发明的目的是提供一种钢制扬克式烘缸，其被适当地保护以防表面磨损，并且其还可以以简单的方式制造，并且本发明的目的是提供一种具有这种钢制扬克式烘缸的机器。本发明的另一个目的是提供一种防止或减少在机器上烘干的纸张中出现条纹的钢制杨克式烘缸。
发明内容
本发明涉及一种钢制扬克式烘缸，其包括具有两个轴向端的柱形外壳。端壁借助周向焊缝结合到每一个轴向端。所述柱形外壳还具有外表面和内表面，在该内表面中形成有内表面周向槽。根据本发明的实施例，所述柱形外壳完全由欧洲标准EN 10028-6：2017中所定义的P690钢系列的钢或类似的钢制成，因此外壳的外表面由这种钢形成，即外壳的外表面由P690钢级的钢或具有权利要求1中所定义的组合物的类似钢形成。在本发明的另一实施例中，柱形外壳由不同级别的钢制成，并且由P690级钢或类似钢制成的外层被施加到柱形外壳的外部柱形表面。
本发明还涉及一种生活用纸造纸机，其包括本发明的钢制扬克式烘缸和具有起皱刀片的起皱刮刀，该起皱刀片被布置为作用到扬克式烘缸的外表面上。
在本发明的实施例中，生活用纸造纸机还包括用于将液体涂层涂覆到扬克式烘缸的外表面上的装置。
造纸机还可以可选地包括杨克式烘缸罩，该杨克式烘缸罩被布置为能够在外壳的圆周的一部分上将热空气吹到柱形外壳的外表面上。
在本发明的实施例中，清洁刮刀可被布置为在沿杨克式烘缸的旋转方向上在起皱刮刀之后但在涂布装置之前的位置处作用到外壳的外表面上。
根据第一实施例，机器可以另外包括至少一个通风烘缸。在该实施例中，压花织物将是透气织物，其被布置为在所述至少一个通风烘缸的圆周的一部分上携带纤维幅材，并且将纤维幅材从所述至少一个通风烘缸携带到形成在压辊与杨克式烘缸之间的传送压区。
附图说明
图1是杨克式烘缸的示意性剖视图。
图2是图1的一部分的放大图。
图3是本发明的生活用纸造纸机在操作期间的示意性侧视图。
图4是起皱刮刀作用到扬克式烘缸上的示意图。
图5是示出生活用纸造纸机如何具有杨克式烘缸罩的示意性侧视图。
具体实施方式
参照图1，本发明的杨克式烘缸2是钢制杨克式烘缸，其包括具有两个轴向端4、5的柱形外壳3。应该理解，柱形外壳3是圆柱形外壳。端壁6、7借助至少一个周向焊缝8结合到每一个轴向端4、5。可以从外壳内部或者更优选地从外壳外部施加单个焊缝。如果使用两个焊缝，则第一焊缝可以从外壳外部施加，第二焊缝可以从外壳内部施加，或者作为替代方案，第一焊缝可以从外壳内部施加，并且第二焊缝可以从外壳外部施加。外壳可以例如在专利文献EP2920360B1或EP2126203B1中公开的方式结合到端壁。端壁可以可选地设有隔热部，例如在专利文献EP2475819B1或WO2016/026662A1中所公开的。如图2所示，柱形外壳3具有外表面9和内表面10。进一步参照图2，优选地，圆周槽11形成在柱形外壳3的内表面10中。在槽11中，冷凝水将在操作期间积聚，并且杨克式烘缸2优选地设有用于从槽11中排出冷凝水的装置，例如，如在美国专利第5,090,135号或EP2614182B1中所公开的。
进一步参照图3，本发明的杨克式烘缸2用于生活用纸造纸机1中。当杨克式烘缸用于机器1中时，使用起皱刮刀12。起皱刮刀12具有起皱刀片13，该起皱刀片被设置为作用到杨克式烘缸2的外壳3的外表面9上。在图3中，杨克式烘缸被表示为沿箭头R的方向、即图3中的“顺时针”方向，围绕其旋转轴线A旋转。从图3中可以理解，外壳具有圆柱形形状。杨克式烘缸在生活用纸造纸机中被布置为，以使其可围绕旋转轴线A旋转。
如图3所示，纤维幅材W(示意性地且不完全地以虚线和实线示出)在成形部17中形成于成形织物18与织物24之间，织物24可以是吸水毛布。纤维幅材W由从流浆箱19注入的浆料形成。新形成的纤维幅材W在毛布24上携带到压辊21与杨克式烘缸2之间的压区N。在压区中对杨克式烘缸使用的压辊21可以是例如具有美国专利第7,527,708号、美国专利第9,885,153号或EP2085513B1中所公开的设计的靴辊，但也可以考虑除靴辊之外的其它辊。湿纤维幅材W可以在压区N中经受一定程度的脱水，该压区N随后用作脱水压榨压区。压区N也可以基本上仅仅是其中基本上不发生脱水的传送压区。压区N可以可选地在抽吸转向辊20之前。纤维幅材W被传送到扬克式烘缸2的柱形外壳3的加热的外表面9上，随后纤维幅材W通过来自供应到扬克式烘缸3中的热蒸汽的热量进行烘干。随后，烘干的纤维幅材W通过刮刀12从扬克式烘缸起皱，并被发送到卷纸机25。
在操作期间，生活用纸造纸机可以以1200m/min-2000m/min范围内的速度运行。然而，也可以考虑更高的速度，并且也可以使用2000m/min-2300m/min范围内的机器速度，或者甚至可能使用高达2400m/min的速度。在本发明的所有实施例中，扬克式烘缸的直径可以在例如2m至大于7m的范围内。一些直径比其它直径更常见，例如3.5m、3.66m、4.88m或5.5m。扬克式烘缸2的宽度可以在，例如，对于试制机器的0.6m一直到大于7m的范围内。例如，宽度可以是3m或5m。然而，扬克式烘缸也可以具有不同于上述尺寸的其它尺寸。
参照图4，刮刀12优选地包括保持起皱刀片13的刀片保持器23。在操作过程中，起皱刀片13将作用到外壳3的外表面9上，以使烘干的纤维幅材从外表面9起皱。
参照图5，生活用纸造纸机可以设有杨克式烘缸罩16，该杨克式烘缸罩被布置为能够在柱形外壳3的圆周的一部分上将热空气吹到柱形外壳3的外表面10上。杨克式烘缸罩可以是例如专利文献EP2963176B1中公开的杨克式烘缸罩，但是也可以考虑其它杨克式烘缸罩，并且本发明的机器也可以在没有杨克式烘缸罩的情况下操作。图5中示出了另一个刮刀12’。该另一个刮刀是可选的，并且可以是用于从杨克式烘缸刮除纤维残余物的清洁刮刀。
生活用纸造纸机优选还包括用于将液体涂层涂覆到杨克式烘缸2的外表面9上的装置14。液体涂层通常包括聚乙烯醇和其它化学试剂。所涂覆的涂层可包括例如50-65重量百分比的聚乙烯醇(PVOH)、构成涂层的15-30重量百分比的粘合剂、构成涂层的5-30重量百分比的改性剂/脱模剂，并且优选还包括磷酸盐。用于这种涂层的磷酸盐可以是例如磷酸一铵、磷酸二铵、磷酸三钠或四磷酸盐。代替上述磷酸盐(或与它们中的一种或几种组合)，磷酸可以用于涂层中。用于供应液体涂层的供应系统由附图标记26象征性地表示。
在操作期间，起皱刮刀12可以以线性载荷作用到柱形外壳3的外表面9上，该线性载荷在某些情况下可以高达10kN/m。这意味着柱形外壳3受到磨损。对于钢制成的杨克式烘缸，这可能是非常严重的问题，并且为它们提供保护层，即所谓的耐涂覆的硬材料的“金属化层”，已经是标准程序。然而，在这样的硬层中可能出现裂纹，这可能快速导致整个层的脱层，使得必须中断机器的操作。此外，刮刀片可以由于裂纹和脱层而损坏。当裂纹绊住刮刀片时，刮刀片可能变形，这可能是纸张中的条纹的来源。因此，从工艺的角度来看，实际上希望消除金属化层。
本发明的发明人现在已经发现，通过使用P690钢级的钢或具有如下所述的组合物和性质的类似的钢来制造柱形外壳3，使得外壳3的外表面由钢级P690的钢或类似的钢形成，可以完全避免使用硬的金属化层。在本发明的第一实施例中，柱形外壳由P690级钢或类似的钢形成。在本发明的第二实施例中，柱形外壳由钢制成的内柱形外壳形成，并且覆盖有P690级钢或类似的钢的连续外层。这种P690级钢或类似的钢的连续外层可以由P690级钢或类似钢的环形或螺旋形条带构成，条带例如通过其边缘和/或通过钻透条带的通孔焊接到底层钢壳。可替代地，P690级钢或类似的钢的连续外层可以由P690级钢或类似的钢的多个板形成，板通过其边缘和/或钻透板的通孔焊接到内部柱形外壳。
P690级钢或类似的钢的外表面的硬度优选等于或大于770MPa且等于或小于940MPa。
在每个实施例中，刮刀片13所作用的表面将由钢级P690的钢或类似的钢形成。这在没有专利文献AT519996A2中提出的激光硬化的情况下是可能的。已经发现钢级P690的耐磨性如此之高，以致于它不需要任何金属化层，并且类似的钢将具有相同的耐磨性。此外，它具有杨克式烘缸所需的焊接、强度和传热方面的性质。
用于本发明的P690钢级的钢或类似的钢具有以下的重量百分比的组成：
C等于或大于0.12％且等于或小于0.20％
Si等于或大于0.10％且等于或小于0.80％
Mn等于或大于1.00％且等于或小于1.70％
Cr等于或大于0.10％且等于或小于1.50％
Mo等于或大于0.30％且等于或小于0.70％
V等于或大于0.005％且等于或小于0.12％
Nb等于或大于0.005％且等于或小于0.060％
B等于或大于0.0006％且等于或小于0.005％
P等于或小于0.025％
S等于或小于0.010％
N等于或小于0.015％
Cu等于或小于0.30％
Ni等于或小于2.50％
Ti等于或小于0.05％
Zr等于或小于0.15％
Al等于或小于0.01％
剩余为铁和杂质。
优选地，在P690级的钢或类似的钢中，Nb、Ti、V、Zr的重量百分比等于或大于0.015％。
可选地，如果存在铝，则V、Ti、Nb和Al的总和等于或大于0.02％
优选地，对于由最大厚度等于或小于50mm的P690级钢或类似的钢制成的产品，通过ISO 6892-1：2019测量的P690的上屈服强度(ReH)等于或大于690MPa，并且通过ISO6892-1：2019测量的相应的拉伸强度优选地等于或大于770MPa并且等于或小于940MPa。
优选地，对于由厚度大于50mm且厚度等于或小于100mm的P690级钢制成的产品，通过ISO 6892-1：2019测量的P690的屈服强度等于或大于670MPa，并且通过ISO 6892-1：2019测量的相应的拉伸强度优选地等于或大于770Mpa并且等于或小于940MPa。
优选地，对于由P690级钢制成的厚度大于100mm的产品，通过ISO 6892-1：2019测量的P690的屈服强度等于或大于630MPa，并且通过ISO 6892-1：2019测量的相应的拉伸强度优选地等于或大于770MPa并且等于或小于940MPa。
由于本发明，显著地降低了由于杨克式烘缸的烘干表面的损坏而必须关闭机器的风险。
Claims (15)
1.一种钢制杨克式烘缸(2)，包括具有两个轴向端(4、5)的柱形外壳(3)；端壁(6、7)，借助周向焊缝(8)结合到每一个轴向端(4、5)，所述柱形外壳(3)还具有外表面(9)和内表面(10)，其特征在于，所述柱形外壳(3)的所述外表面(9)由在欧洲标准EN 10028-6：2017中所定义的等级P690的钢或具有以下重量组合物的类似的钢形成：
C等于或大于0.12％且等于或小于0.20％，
Si等于或大于0.10％且等于或小于0.80％，
Mn等于或大于1.00％且等于或小于1.70％，
Cr等于或大于0.10％且等于或小于1.50％，
Mo等于或大于0.30％且等于或小于0.70％，
V等于或大于0.005％且等于或小于0.12％，
Nb等于或大于0.005％且等于或小于0.060％，
B等于或大于0.0006％且等于或小于0.005％，
P等于或小于0.025％，
S等于或小于0.010％，
N等于或小于0.015％，
Cu等于或小于0.30％，
Ni等于或小于2.50％，
Ti等于或小于0.05％，
Zr等于或小于0.15％，
Al等于或小于0.01％，
剩余为铁和杂质。
2.根据权利要求1所述的钢制杨克式烘缸，其特征在于，所述柱形外壳(3)由P690级钢或具有以下重量组合物的类似的钢制成：
C等于或大于0.12％且等于或小于0.20％，
Si等于或大于0.10％且等于或小于0.80％，
Mn等于或大于1.00％且等于或小于1.70％，
Cr等于或大于0.10％且等于或小于1.50％，
Mo等于或大于0.30％且等于或小于0.70％，
V等于或大于0.005％且等于或小于0.12％，
Nb等于或大于0.005％且等于或小于0.060％，
B等于或大于0.0006％且等于或小于0.005％，
P等于或小于0.025％，
S等于或小于0.010％，
N等于或小于0.015％，
Cu等于或小于0.30％，
Ni等于或小于2.50％，
Ti等于或小于0.05％，
Zr等于或小于0.15％，
Al等于或小于0.01％，
剩余为铁和杂质。
3.根据权利要求1或2所述的钢制杨克式烘缸，其特征在于，所述P690级钢或类似的钢中的Nb、Ti、V、Zr的重量百分比之和等于或大于0.015％。
4.根据权利要求1或2所述的钢制杨克式烘缸，其特征在于，所述P690级钢或类似的钢中的V、Ti、Nb和Al的重量百分比之和等于或大于0.02％。
5.一种生活用纸造纸机(1)，包括根据权利要求1至4中任一项所述的钢制杨克式烘缸(2)和具有起皱刀片(13)的起皱刮刀(12)，所述起皱刀片被布置为作用到所述杨克式烘缸(2)的所述外表面(9)上。
6.根据权利要求5所述的生活用纸造纸机(1)，其中，所述机器(1)还包括用于将液体涂层涂覆到所述杨克式烘缸(2)的所述外表面(9)上的装置(14)。
7.根据权利要求5或6所述的生活用纸造纸机(1)，其中，所述机器还包括杨克式烘缸罩(16)，所述杨克式烘缸罩被布置为能够在所述柱形外壳(3)的圆周的一部分上将热空气吹到所述柱形外壳(3)的所述外表面(9)上。
8.根据前述权利要求中任一项所述的生活用纸造纸机(1)，其中，通过ISO 6892-1：2019测量的所述P690级钢或类似的钢的上屈服强度(ReH)等于或大于690MPa，并且通过ISO6892-1：2019测量的相应的拉伸强度优选地等于或大于770MPa且等于或小于940MPa。
9.一种用于杨克式烘缸的柱形外壳(3)，其特征在于，所述柱形外壳包括由在欧洲标准EN 10028-6：2017中所定义的P690级钢或具有以下重量组合物的类似的钢制成的外表面(9)：
C等于或大于0.12％且等于或小于0.20％，
Si等于或大于0.10％且等于或小于0.80％，
Mn等于或大于1.00％且等于或小于1.70％，
Cr等于或大于0.10％且等于或小于1.50％，
Mo等于或大于0.30％且等于或小于0.70％，
V等于或大于0.005％且等于或小于0.12％，
Nb等于或大于0.005％且等于或小于0.060％，
B等于或大于0.0006％且等于或小于0.005％，
P等于或小于0.025％，
S等于或小于0.010％，
N等于或小于0.015％，
Cu等于或小于0.30％，
Ni等于或小于2.50％，
Ti等于或小于0.05％，
Zr等于或小于0.15％，
Al等于或小于0.01％，
剩余为铁和杂质。
10.根据权利要求9所述的用于杨克式烘缸的柱形外壳(3)，其特征在于，所述柱形外壳由P690级钢或具有以下重量组合物的类似的钢组成：
C等于或大于0.12％且等于或小于0.20％，
Si等于或大于0.10％且等于或小于0.80％，
Mn等于或大于1.00％且等于或小于1.70％，
Cr等于或大于0.10％且等于或小于1.50％，
Mo等于或大于0.30％且等于或小于0.70％，
V等于或大于0.005％且等于或小于0.12％，
Nb等于或大于0.005％且等于或小于0.060％，
B等于或大于0.0006％且等于或小于0.005％，
P等于或小于0.025％，
S等于或小于0.010％，
N等于或小于0.015％，
Cu等于或小于0.30％，
Ni等于或小于2.50％，
Ti等于或小于0.05％，
Zr等于或小于0.15％，
Al等于或小于0.01％，
剩余为铁和杂质。
11.根据权利要求9或10所述的用于钢制杨克式烘缸的柱形外壳，其特征在于，所述P690级钢或类似的钢中的Nb、Ti、V、Zr的重量百分比之和等于或大于0.015％。
12.根据权利要求9或10所述的用于钢制杨克式烘缸的柱形外壳，其特征在于，所述P690级钢或类似的钢中的V、Ti、Nb和Al的重量百分比之和等于或大于0.02％。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的柱形外壳，其特征在于，所述柱形外壳具有厚度等于或小于50mm的最大厚度，并且所述P690级钢或类似的钢的通过ISO 6892-1：2019测量的上屈服强度(ReH)等于或大于690MPa，并且通过ISO 6892-1：2019测量的相应的拉伸强度优选地等于或大于770MPa并且等于或小于940MPa。
14.根据权利要求9至12中任一项所述的柱形外壳，其特征在于，所述柱形外壳厚度大于50mm且等于或小于100mm，并且所述P690级钢或类似的钢的通过ISO 6892-1：2019测量的屈服强度等于或大于690MPa，并且通过ISO 6892-1：2019测量的相应的拉伸强度优选地等于或大于770MPa并且等于或小于940MPa。
15.根据权利要求9至12中任一项所述的柱形外壳，其特征在于，其厚度大于100mm，并且所述P690级钢或类似的钢的通过ISO 6892-1：2019测量的屈服强度等于或大于630MPa，并且通过ISO 6892-1：2019测量的相应的拉伸强度优选地等于或大于720MPa至900MPa。
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