DE10085040B4

DE10085040B4 - Mehrwalzenkalander

Info

Publication number: DE10085040B4
Application number: DE10085040A
Authority: DE
Inventors: Antti Heikkinen; Pekka Linnonmaa
Original assignee: Metso Paper Oy
Current assignee: Metso Paper Oy
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2020-09-27
Also published as: CA2386033A1; DE10085040C5; US20040083910A1; DE10085040T1; CA2386033C; FI19992086A; FI113072B; US6827010B2; AU7294600A; WO2001023666A3; US6698342B1; WO2001023666A2

Abstract

Mehrwalzenkalander für eine Papierbahn oder Kartonbahn (W), wobei der Mehrwalzenkalander ein in der oder außerhalb der Produktionslinie befindlicher Mehrwalzenkalander ist, der zwei separate Sätze Walzen (A) und (B) aufweist, wobei in diesem Zusammenhang jeder Satz Walzen (A, B) mit steifem Mantel versehene Presswalzen (3) und mit elastischem Mantel versehene Gegenwalzen (4) für die Presswalzen, die abwechselnd untereinander angeordnet sind, wobei in diesem Zusammenhang aufeinanderfolgende Spalte (N) sich zwischen den Presswalzen und den Gegenwalzen befinden, die einander gegenüber angeordnet sind, und ein Umkehr- oder Führungselement (5) aufweist, das den Lauf der Bahn (W) führt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bahn (W) einem Zwischenbefeuchten nach einem ersten Satz Walzen (A) unterworfen wird, und bei dem Kalander:
– der Feuchtigkeitsgehalt der von einem Trocknungsprozess (D) zu dem Kalandrieren tretenden Bahn (W) mittels eines Vorbefeuchtens (2) erhöht wird, das dem ersten Satz Walzen (A) vorangeht,
– die Bahn (W) in dem...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Kalandrieren einer faserartigen Bahn. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Mehrwalzenkalander gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Das Kalandrieren ist ein Verfahren, durch das die Eigenschaften und insbesondere das Dickenprofil, die Glätte, der Glanz, die Oberflächenporosität und die Lichtdurchlässigkeit eines bahnartigen Materials wie beispielsweise einer Papierbahn im Allgemeinen verbessert werden sollen. Bei dem Kalandrieren tritt die Papierbahn in einen Spalt, der zwischen Walzen ausgebildet ist, die gegeneinander gepresst werden, wobei die Papierbahn durch die Wirkung der Temperatur, der Feuchtigkeit und des Spaltdruckes verformt wird, wobei in diesem Zusammenhang die physikalischen Eigenschaften der Papierbahn beeinflusst werden können, indem die vorstehend erwähnten Parameter und die Zeitdauer des Vorgangs gesteuert werden. Die günstigen physikalischen Eigenschaften, die durch das Kalandrieren erhalten werden, führen zu einer besseren Druckqualität, was einen Wettbewerbsvorteil für den Papierhersteller mit sich bringt.

Die aus dem Stand der Technik bekannten sogenannten Schuhwalzen sind üblicherweise hydraulisch die Durchbiegung ausgleichende, zonengesteuerte Walzen, bei denen der Mantel von einer nicht drehenden mittleren Welle der Walze mittels hydrostatischen Belastungsanordnungen wie beispielsweise Reihen an Belastungsschuhen gestützt wird, die die Spaltkraft übertragen, die an dem Mantel wirkt, der sich um die Mittelachse so dreht, dass er durch die Mittelwelle getragen wird. Das Belastungselement ist im Allgemeinen ebenfalls in Zonen geteilt, wobei in diesem Zusammenhang der Belastungsdruck nach Bedarf durch ein Profilieren eingestellt werden kann. Die Zonengestaltung bei dieser Art an zonengesteuerter Schuhwalze kann einzelne Elemente bei der Belastungsanordnung aufweisen, wobei in diesem Zusammenhang die Anzahl der Zonen bei der Walze und bei der Belastungsanordnung 60 überschreiten kann – als Beispiele können die durch die Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung unter den Markennamen SymCD^TM und SymCDS^TM auf den Markt gebrachten Schuhwalzen erwähnt werden, oder das Zonengestalten kann eine Gruppe an Elementen bei der Belastungsanordnung aufweisen, wobei in diesem Zusammenhang die Walze und die Belastungsanordnung normalerweise acht Zonen aufweist – als Beispiele können die von der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung unter den Markennamen SymZ^TM, SymZS^TM, SymZLC^TM auf den Markt gebrachten Schuhwalzen erwähnt werden. Ein mittels einer Schuhwalze verwirklichtes Langspaltkalandrieren ist im Allgemeinen als für die Herstellung von Niedrigglanzpapiersorten, d.h. Sorten mit einem Hunter-Glanz von unter 40%, als günstig befunden worden. Wenn ein höherer Glanz erforderlich ist, ist jedoch der Spaltdruck des Langspaltkalandrierens nicht mehr zum Vorsehen des Glanzes ausreichend.

In der Papiertechnik sind Sorten mit immer höherer Qualität heutzutage erforderlich. Da die für die Papiermaschinen erforderlichen Laufgeschwindigkeiten kontinuierlich zunehmen, geht die Richtung bei der Kalandriertechnologie immer mehr zu in der Produktionslinie vorgesehenen Lösungen hin. Wenn es das Ziel ist, Druckpapiersorten mit immer höherer Qualität herzustellen, wie beispielsweise SC-A und LWC-roto und glanzbeschichtete Papiersorten, besteht ein wesentliches Problem darin, dass die Art der Sorten in der Praxis hergestellt werden kann, indem lediglich nach dem Trocknen einer faserartigen Bahn Zwischenwickel- und außerhalb der Produktionslinie vorgesehene Superkalander angewendet werden, wobei einige der Superkalander und üblicherweise zwei oder drei Seite an Seite verwendet werden, um die Produktionskapazität zu erreichen.

a. Superkalandrieren ist ein Kalandrieren bei einer Kalandereinheit, bei der Spalte zwischen einer mit einer glatten Oberfläche versehenen Presswalze wie beispielsweise eine Metallwalze und einer Walze ausgebildet sind, die mit einer elastischen Schicht bedeckt ist wie beispielsweise eine Papier- oder Polymerwalze. Die Walze mit der elastischen Oberfläche passt sich selbst an die Konturen der Oberfläche des Papiers an und presst die entgegengesetzte Seite des Papiers gleichmäßig gegen die mit der glatten Oberfläche versehene Presswalze. Heutzutage weist der Superkalander üblicherweise 10 bis 12 Spalte auf und zum Zwecke des Behandelns der Seiten der Bahn weist der Superkalander einen sogenannten Umkehrspalt auf, in dem zwei Walzen mit elastischer Oberfläche einander gegenüberstehen. Die Linearbelastung nimmt in dem Superkalander von dem oberen Spalt bis zu dem Bodenspalt aufgrund der Schwerkraft zu. Diese Zunahme der Belastung kann ausgeglichen werden, indem das Entlasten der Walzen angewendet wird. Das Superkalandrieren ist ein außerhalb und in der Produktionslinie stattfindendes Kalandrierverfahren und gegenwärtig schafft es die besten Papierqualitäten wie beispielsweise WFC, LWC-roto und SC-A.
b. Weichkalandrieren ist ein Kalandrieren in einer Kalandereinheit, bei der Spalte zwischen einer mit einer glatten Oberfläche versehenen Presswalze wie beispielsweise eine Metallwalze und einer Walze ausgebildet sind, die mit einer elastischen Beschichtung bedeckt ist, wie beispielsweise eine Papierwalze oder Polymerwalze. Bei einem Weichkalander sind die Spalte zwischen separaten Walzenpaaren ausgebildet. Um beide Seiten der Bahn bei dem Weichkalander zu behandeln, wird die Reihenfolge der die aufeinanderfolgenden Spalte bildenden Walzenpaare in Bezug auf die Bahn so umgekehrt, dass die Walze mit der elastischen Oberfläche dazu gebracht wird, dass sie an beiden Oberflächen der Bahn wirken kann. Das Weichkalandrieren ist ein in der oder außerhalb der Produktionslinie stattfindendes Kalandrierverfahren und es können Sorten wie beispielsweise MFC und filmbeschichtetes LWC und auch SC-C dadurch hergestellt werden.
c. Ein in der und außerhalb der Produktionslinie stattfindendes Mehrwalzenkalandrieren ist ein Kalandrieren bei einer Kalandriereinheit, bei der die Anzahl an Walzen größer als bei Weichkalandern ist und am häufigsten 6 bis 16 beträgt. Die Mehrwalzenkalander sind Weichspaltkalander. Die Walze mit der elastischen Oberfläche paßt sich an die Konturen der Oberfläche des Papiers an und drückt die entgegengesetzte Seite des Papiers gleichmäßig gegen die mit der glatten Oberfläche versehene Presswalze. Die lineare Belastung nimmt in dem Mehrwalzenkalander von dem oberen Spalt bis zu dem Bodenspalt hin aufgrund der Schwerkraft zu. Indem das Entlasten der Walzen angewendet wird, kann die Belastungszunahme ausgeglichen werden. Diese Art an Entlasten der Walzen ist bei dem Kalander OptiLoad^TM der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung vorgesehen. Das in der und außerhalb der Produktionslinie stattfindende Mehrwalzenkalandrieren ist ein Kalandrierverfahren, welches ein Herstellen von Sorten von WFS bis zu nicht beschichtetem Feinpapier ermöglicht.

Die Druckschrift DE 195 08 353 A1 offenbart einen Kalander mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Dieser Kalander weist zwei separate Sätze Walzen auf. Durch diese beiden Walzensätze läuft eine zu kalandrierende Papierbahn.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Kalandrieren einer faserartigen Bahn in Verbindung mit einem Papierherstellprozess zu verbessern und die Steuerung des Feuchtigkeitsgradienten einer faserartigen Bahn wie beispielsweise einer Papierbahn oder Kartonbahn zu verbessern. Dabei sollen die derzeit mit der Herstellung von Hochqualitätspapiersorten wie beispielsweise WFC, LWC-roto und SC-A in Zusammenhang stehenden Prozessprobleme vermindert werden und es soll eine Herstellung von Hochqualitätspapiersorten wie beispielsweise WFC, LWC-roto und SC-A durch ein in der oder außerhalb der Produktionslinie stattfindendes Kalandrieren ermöglicht werden.

Diese Aufgabe ist durch einen Mehrwalzenkalander gelöst, der die kennzeichnenden Merkmale des beigefügten unabhängigen Anspruchs 1 aufweist.

Somit ist die Erfindung auf die neue und erfinderische Idee gegründet, dass in einem in der oder außerhalb der Produktionslinie angeordneten Mehrwalzenkalander die Bahn einem Zwischenbefeuchten nach einem ersten Satz Walzen unterworfen wird, und bei dem Kalander:

– der Feuchtigkeitsgehalt der von einem Trockungsprozess zu dem Kalandrieren tretenden Bahn mittels eines Vorbefeuchtens erhöht wird, das dem ersten Satz Walzen vorangeht,
– die Bahn in dem ersten Satz Walzen getrocknet wird,
– nach dem ersten Satz Walzen der Feuchtigkeitsgehalt der Bahn durch das Zwischenbefeuchten erhört wird, und
– die Bahn auf eine erwünschte Endfeuchtigkeitshöhe in dem zweiten Satz Walzen getrocknet wird. Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Mehrwalzenkalander zwei Sätze an Walzen auf, wobei in diesem Zusammenhang der Feuchtigkeitsgehalt der von dem Trockungsprozess kommenden faserartigen Bahn auf eine Höhe von 3 bis 10% mittels eines Vorbefeuchtens erhöht wird, das dem ersten Satz an Walzen vorangeht, wobei die faserartige Bahn auf eine Höhe von 1–6% bei dem ersten Satz an Walzen getrocknet wird, wobei der Feuchtigkeitsgehalt der faserartigen Bahn auf eine Höhe von 6–14% mittels Zwischenbefeuchten nach dem ersten Satz an Walzen erhöht wird, und wobei die faserartige Bahn bei dem zweiten Satz an Walzen auf eine erwünschte Endfeuchtigkeitshöhe getrocknet wird, die vorteilhafter Weise in dem Beriech von 4,5–7,5% liegt.

In Bezug auf andere spezifischen Merkmale der Erfindung wird auf die weiteren abhängigen Ansprüche des beigefügten Anspruchsatzes verwiesen.

In Bezug auf den Nutzen der Erfindung kann erwähnt werden, dass es mittels des erfindungsgemäßen, in mehreren Stufen erfolgenden Befeuchtens und Gradientkalandrierens möglich ist, lediglich die Oberflächenlagen der faserartigen Bahn besser und genauer zu beeinflussen und die inneren Lagen der faserartigen Bahn im Wesentlichen unberührt zu belassen, was ein Herstellen von Papiersorten mit höherer Qualität durch ein in der oder außerhalb der Produktionslinie stattfindendes Kalandrieren ermöglicht.

Nachstehend ist die vorliegende Erfindung detaillierter unter Bezugnahme auf eines ihrer Ausführungsbeispiele, das als vorteilhaft erachtet wird, unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der schematisch ein Mehrwalzenkalander gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das als vorteilhaft erachtet wird, gezeigt ist.
Der Kalander bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Mehrwalzenkalander, der erfindungsgemäß zwei Sätze an Walzen A und B aufweist.
Beide Sätze an Walzen A und B des Mehrwalzenkalanders sind aus mit einer glatten Oberfläche versehenen Presswalzen 3 wie beispielsweise Metallwalzen, mit einer elastischen Beschichtung bedeckten Walzen, wie beispielsweise Papier- oder Polymerwalzen und Umkehr- oder Führungselementen 5, die den Lauf einer zu kalandrierenden Bahn führen, ausgebildet und sind abwechselnd hintereinander in der Maschinenrichtung angeordnet. Die aufeinanderfolgenden Spalte N des Mehrwalzenkalanders sind somit stets zwischen einer Walze 3 mit einem steifen Mantel und einer Walze 4 mit einem elastischen Mantel ausgebildet.
Da der Mehrwalzenkalander ein in der oder außerhalb der Produktionslinie angeordneter Kalander ist, tritt die zu kalandrierende faserartige Bahn W von einem Trocknungsprozess D ohne jegliches Zwischenwickeln direkt zu dem Kalandrierprozess. Bei dem mittels des Mehrwalzenkalanders mit zwei Sätzen an Walzen erfindungsgemäß ausgeführten Kalandrierprozess ist der Lauf der zu kaledrierenden faserartigen Bahn W wie folgt. Die faserartige Bahn W tritt mittels einer Führungswalze 1 über ein Vorbefeuchten in den obersten Spalt N des ersten Satzes an Walzen A in dem Mehrwalzenkalander, wobei aus diesem Spalt die faserartige Bahn W um ein Umkehrelement 5 wie beispielsweise eine Umkehrwalze in den nächsten niedrigeren Spalt tritt. Danach schlängelt sich die faserartige Bahn W um ein Umkehrelement 5 und läuft über die Spalte, die sich untereinander befinden, bis die faserartige Bahn W durch den Bodenspalt in dem ersten Satz von Walzen A getreten ist. Danach tritt die faserartige Bahn W in den obersten Spalt N des zweiten Satzes an Walzen B, aus dem die faserartige Bahn W um ein Umkehrelement 5 in den folgenden niedrigeren Spalt tritt. Die faserartige Bahn W schlängelt sich erneut um ein Umkehrelement 5 und läuft über die Spalte N, die sich untereinander befinden, bis die faserartige Bahn W durch den Bodenspalt N in dem zweiten Satz an Walzen B getreten ist. Nach dem Bodenspalt des zweiten Satzes an Walzen B tritt die faserartige Bahn W zu einer Prozessstufe nach dem Kalandrieren, wobei es sich dabei beispielsweise um das Aufrollen R handelt.
Erfindungsgemäß wird dieser Verlauf der faserartigen Bahn derart beeinflusst, dass die zu kalandrierende faserartige Bahn in dem Trocknungsprozess D so getrocknet wird, dass sie übertrocknet ist, d.h. dass sie auf einen Feuchtigkeitsgehalt getrocknet worden ist, der niedriger als der Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt in Abhängigkeit von den Umgebungsbetriebsbedingungen ist, und der Feuchtigkeitsgehalt der faserartigen Bahn W, die von dem Trocknungsprozess D zu dem Kalandrieren tritt, wird mittels einer Vorbefeuchtungseinheit 2 erhöht, die sich vor dem ersten Satz an Walzen A befindet, wobei die faserartige Bahn W in dem ersten Satz an Walzen A getrocknet wird, wobei der Feuchtigkeitsgehalt der faserartigen Bahn W nach dem ersten Satz an Walzen A mittels einer Zwischenbefeuchtungseinheit 7 erhöht wird, und wobei die faserartige Bahn W auf eine erwünschte Endfeuchtigkeitshöhe bei dem zweiten Satz an Walzen B getrocknet wird.
In diesem Zusammenhang ist es erfindungsgemäß von Vorteil, dass das erste Trocknen mit der Vortrocknungseinheit 2 den Feuchtigkeitsgehalt der faserartigen Bahn W, die in vorteilhafter Weise erfindungsgemäß übertrocknet worden ist, auf eine Höhe von 3–10% erhöht, wobei in diesem Zusammenhang der erste Satz an Walzen A die faserartige Bahn W auf eine Höhe von 1–6% trocknen kann und das zweite Befeuchten mit der Zwischenbefeuchtungseinheit 7 den Feuchtigkeitsgehalt der faserartigen Bahn W auf eine Höhe von 6–14% erhöht, wobei in diesem Zusammenhang der zweite Satz an Walzen B die faserartige Bahn W auf eine erwünschte Endfeuchtigkeitshöhe trocknen kann, die vorteilhafter Weise in dem Bereich von 4,5–7,5% liegt. Diese Art an Mehrstufenbefeuchten ermöglicht, dass das Befeuchten im wesentlichen auf die Oberflächenlagen der faserartigen Bahn angewendet wird, und ermöglicht, dass der Feuchtigkeitsgradient der faserartigen Bahn problemfreier und schneller als zuvor gesteuert wird, wodurch ein Vorsehen von Papiersorten mit höherer Qualität wie beispielsweise WFC, LWC-roto und SC-A ermöglicht wird.
Um den Betrag des Zwischenbefeuchtens der faserartigen Bahn W und/oder das Eindringen von Feuchtigkeit in die faserartige Bahn zu steuern und dadurch den Feuchtigkeitsgradienten zu steuern, kann die Zwischenbefeuchtungseinheit 7, die entweder eine Wasserbefeuchtungseinrichtung oder eine elektrisch unterstützte Befeuchtungseinrichtung ist, wahlweise entweder zum Befeuchten der faserartigen Bahn W an einer Seite oder zum Befeuchten der faserartigen Bahn an beiden Seiten eingerichtet werden.
Um das Ausbilden von Tropfenmarkierungen zu minimieren, wird die Oberflächenenergie der faserartigen Bahn W vor der Zwischenbefeuchtungseinheit 7 verringert, indem die Oberflächenenergie der faserartigen Bahn gesteuert oder beeinflußt wird, wodurch das Ausbreiten von Wasser an der Oberfläche der faserartigen Bahn aufgrund der verringerten Oberflächenenergie der faserartigen Bahn beschleunigt wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das als vorteilhaft erachtet wird, weist eine Einheit 6 zum Verringern und/oder Steuern der Oberflächenenergie der faserartigen Bahn W eine Einheit für eine Koronabehandlung der faserartigen Bahn auf, wobei diese Einheit mit der Zwischenbefeuchtungseinheit 7 verbunden ist, die aus einer Wasserbefeuchtungseinheit besteht.

Claims

Mehrwalzenkalander für eine Papierbahn oder Kartonbahn (W), wobei der Mehrwalzenkalander ein in der oder außerhalb der Produktionslinie befindlicher Mehrwalzenkalander ist, der zwei separate Sätze Walzen (A) und (B) aufweist, wobei in diesem Zusammenhang jeder Satz Walzen (A, B) mit steifem Mantel versehene Presswalzen (3) und mit elastischem Mantel versehene Gegenwalzen (4) für die Presswalzen, die abwechselnd untereinander angeordnet sind, wobei in diesem Zusammenhang aufeinanderfolgende Spalte (N) sich zwischen den Presswalzen und den Gegenwalzen befinden, die einander gegenüber angeordnet sind, und ein Umkehr- oder Führungselement (5) aufweist, das den Lauf der Bahn (W) führt, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn (W) einem Zwischenbefeuchten nach einem ersten Satz Walzen (A) unterworfen wird, und bei dem Kalander: – der Feuchtigkeitsgehalt der von einem Trocknungsprozess (D) zu dem Kalandrieren tretenden Bahn (W) mittels eines Vorbefeuchtens (2) erhöht wird, das dem ersten Satz Walzen (A) vorangeht, – die Bahn (W) in dem ersten Satz Walzen (A) getrocknet wird, – nach dem ersten Satz Walzen (A) der Feuchtigkeitsgehalt der Bahn (W) durch das Zwischenbefeuchten (7) erhöht wird, und – die Bahn (W) auf eine erwünschte Endfeuchtigkeitshöhe in dem zweiten Satz Walzen (B) getrocknet wird.
Mehrwalzenkalander gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalander mit folgendem versehen ist: – einer Vorbefeuchtungseinheit (2) zum Erhöhen des Feuchtigkeitsgehalts der Bahn (W) auf eine Höhe von 3–10%, – dem ersten Satz Walzen (A) für ein Trocknen der Bahn (W) auf eine Höhe von 1–6%, – der Zwischenbefeuchtungseinheit (7) zum Erhöhen des Feuchtigkeitsgehalts der Bahn (W) auf eine Höhe von 6–14% und – dem zweiten Satz Walzen (B) für ein Trocknen der Bahn (W) auf eine Endfeuchtigkeitshöhe, die vorteilhafterweise im Bereich von 4,5–7,5% liegt.
Mehrwalzenkalander gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn (W) vor der Vorbefeuchtungseinheit (2), die sich vor dem ersten Satz Walzen (A) befindet, übertrocknet wird, d.h. der Feuchtigkeitsgehalt der Bahn (W) wird geringer als der Gleichgewichtsfeuchtigkeitsgehalt in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen.
Mehrwalzenkalander gemäß einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenbefeuchtungseinheit (7) die Bahn (W) wahlweise entweder an einer Seite oder an beiden Seiten befeuchtet.
Mehrwalzenkalander gemäß einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Minimieren des Ausbildens von Tropfenmarkierungen vor der Zwischenbefeuchtungseinheit (7) eine Einheit (6) für ein Steuern der Oberflächenenergie der Bahn (W) sich befindet, wobei diese Einheit die Oberflächenenergie der Bahn (W) verringert, wodurch das Ausbreiten von Wasser an der Oberfläche der Bahn (W) beschleunigt wird.
Mehrwalzenkalander gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (6) eine Einheit für eine Koronabehandlung der Bahn aufweist.
Mehrwalzenkalander gemäß einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenbefeuchtungseinheit (7) eine Wasserbefeuchtungseinrichtung oder eine elektrisch unterstützte Befeuchtungseinrichtung ist.