DE69007828T2

DE69007828T2 - Yankee-Zylinder und Verfahren zum Beschichten eines Yankee-Zylinders.

Info

Publication number: DE69007828T2
Application number: DE69007828T
Authority: DE
Inventors: Bjarne Hellman; Tenkula Jaakko; Jorma Majava
Original assignee: Valmet Tampella Oy
Current assignee: Valmet Technologies Oy
Priority date: 1989-02-16
Filing date: 1990-02-05
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2010-02-06
Also published as: IE64773B1; DE69007828D1; NO900743D0; US5123152A; JP3035312B2; FI82094B; PT93171B; ATE103994T1; PT93171A; NO900743L; EP0383466A1; IE900562L; FI82094C; JPH0310056A; FI890767A0; EP0383466B1; NO176330B; NO176330C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Selbstabnahmezylinder (sogenannter Yankee-Zylinder) zur Verwendung bei einer Maschine zur Papierherstellung und auf Verfahren zur Beschichtung dieses Zylinders bei seiner Herstellung und Reparatur.
Yankee-Zylinder, die bei der Papierherstellung eingesetzt werden, werden hauptsächlich aus Eisen gegossen. Die Zylindermäntel wurden auch schon aus Stahlblech durch Schweißen hergestellt. Die größten Zylinder haben Durchmesser im Bereich von 6 bis 7 m und ihre Länge kann 5 bis 6 m betragen. Die Wanddicke eines neuen Zylinders liegt zwischen 40 und 60 mm.
Bei der Papierherstellung liegt ein sogenanntes Abtreifmesser, das das Papier von der Zylinderoberfläche abstreift und faltet oder kräuselt, an der Zylinderoberfläche an.
Die Abstreifmesser nehmen Material von der Zylinderoberfläche ab und zwar insbesondere von den Kanten des Zylinders. Aus diesem Grunde muß der Zylinder gelegentlich abgeschliffen werden, so daß die Zylinderoberfläche Die richtige Form und die richtige Oberflächenqualität erhält.
Wenn ein Zylinder häufig abgeschliffen worden ist, erreicht die Wanddicke die Grenzen die behörlicherseits für Druckgefäße gesetzt ist. Je dünner die Wand ist, um so stärker muß der Betriebsdruck des Zylinders verringert werden. Ein verringern des Betriebsdrucks bedeutet aber eine Verlangsamung des Herstellungsprozesses. In diesem Zustand werden die Yankee-Zylinder üblicherweise durch Beschichtung repapiert.
Ein andere Grund für das Beschichten besteht darin, daß die Oberfläche des Mantels Poren haben kann, die Löcher im Papier erzeugen. Liegen nur wenige Löcher vor, so können sie verstopft werden, aber kleine Hohlräume in großer Zahl machen ein Beschichten des Mantels notwendig.
Yankee-Zylinder sind etwa in den letzten zwanzig Jahren beschichtet worden. Folgende Beschichtungsmaterialien wurden hierbei verwendet:
- martensitischer rostfreier Stahl (AISI 420), mit einem Lichtbogen aufgesprüht,
- martensitischer rostfreier Stahl (AISI 431), mit Plasma aufgesprüht,
- CrNiMoAl-Legierung mit Plasma aufgesprüht,
- Legierungen auf Mo-Basis, mit Plasma aufgesprüht.
Mit einem Lichtbogen aufgesprühte Beschichtungen sind in einigen Fällen erfolgreich, aber bei der Herstellung neuer Papierqualitäten und bei erhöhten Arbeitsgeschwindigkeiten derartiger Maschinen erfüllen diese Beschichtungen nicht alle Anforderungen.
Mit Plasma aufgesprühte Beschichtungen sind gegenüber Korrosion fühlbar widerstandsfähiger und auch ihr Widerstand gegen Abtragen ist besser als derjenige bei in mit Lichtbogen aufgesprühten Beschichtungen. Aber sowohl CrNiMoAl-Legierungen wie auch auf Molybdän basierende Legierungen haben den Nachteil, daß sie zu schnell abgetragen werden wenn sehr dünne Papiere hergestellt werden. Dies beruht darauf, daß das Abstreifmesser die Oberfläche abträgt und auch darauf, daß Schmutzteilchen aus der Papiermasse am Abstreifmesser anhaften und stören. Sie drehen gewissermaßen die Beschichtung wie bei einer Drehbank ab.
Beschichtungen sind heute etwa 0,8 bis 2,0 mm dick, so daß sie vor einem Wiederbeschichten oft genug abgeschliffen werden können. Eine dicke Beschichtung verringert die Wärmeleitfähigkeit der Wand des Zylinders, wodurch die Produktion verlangsamt wird und auch die Energiekosten erhöht werden.
Die US-A-4 064 608 beschreibt eine Trocknerrolle mit einer metallischen Oberfläche, die mit einer härtenden Legierung beschichtet ist. Diese Legierung besteht aus bis zu 30 Gew. % eines Bohr-Karbidmetalls mit Anteilen von 5 bis 25% Cr, 0 bis 15 % Mo, 0 bis 15 % W, bis zu 30 % C, 0,5 bis 5 % B, 0,5 bis 6 % Si und der Rest ein Metall der Eisengruppe, vorzugsweise Nickel.
Die EP-A-0 287 023 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer aufgesprühten Oberfläche mit einer definierten Oberflächenrauhigkeit, wobei eine Pulvermischung verwendet wird, die eine Matrix einer Legierung enthält, die auf Nickel, Kobalt und/oder Eisen basiert sowie einer harten Substanz- beispielsweise Karbid, Borid, Nitrid, Silicid oder Oxyd.
Bis heute eingesetzte Beschichtungen müssen in Intervallen von etwa einem Jahr abgeschliffen werden, einige sogar in Intervallen von vier bis sechs Monaten je nachdem wie sich die Qualität der Oberfläche verschlechtert. Ein Abschleifen verursacht ein Anhalten dem Produktionsprozesses von fünf bis acht Tagen und geht daher mit sehr hohen Produktionsverlusten einher. Das Repararieren des Zylinders durch wiederbeschichten seinerseits verursacht einen Produktionsausfall von 12 bis 25 Tagen.
Die teuersten Produktionsverluste, zusätzlich zu den vorstehend aufgeführten Verlusten, entstehen, wenn eine Maschine zur Papierherstellung nicht zur Herstellung solcher Papierqualitäten eingesetzt werden kann, für die die besten Preise erzielt werden können.
Wir haben jetzt eine Yankee-Zylinder mit einer Manteloberflächenschicht entwickelt derart, daß die Abstreifmesser die Schicht nur sehr wenig abtragen können. Außerdem zeichnet sie sich durch eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit des Mantels aus und die Zeiträume zwischen den Stillstandszeiten für die Reparatur oder für den Austausch des Mantels sind länger. Es wurden auch neue Beschichtungsverfahren entwickelte die bei der Herstellung und bei den Reparaturen von Yankee-Zylindern eingesetzt werden können. Durch Verwendung dieser Verfahren kann ein Zylindermantel mit den vorstehend erläuterten Eigenschaften erhalten werden.
Erfindungsgemäß wird ein Yankee-Zylinder für eine Maschine zur Papierherstellung vorgeschlagen, der Enden und Wellenstümpfe hat, und auch ein Zylindermantel, der aus Metall hergestellt ist und der dem Zylinder hauptsächlich seine mechanische Belastbarkeit verleiht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beschichtung auf der Oberseite des Zylindermantels ausgebildet ist und die Oberflächenschicht des Mantels ausbildet, wobei die Beschichtung aus einer Mischung erhalten worden ist, die 60 bis 94 Gew.% eines Karbids oder Nitrids von Wolfram, Titan, Vanadium oder Bor enthält und 6 bis 40 Gew.% eines Pulvers von Kobalt, Nickel oder Eisen, indem die Mischung durch eine Explosionsverfahren Plasmaverfahren oder Überschallverfahren aufgesprüht wird.
Die Dicke der Beschichtung, die die Oberflächenschicht ausbildet, beträgt überlicherweise weniger als 0,5 mm und liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 0,2 und 0,3 mm.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Beschichten eines Yankee-Zylinders vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß auf die Oberseite des Zylindermantels oder auf die Oberseite einer Metallbeschichtung, die als erstes aufs den Zylindermantel aufgesprüht worden ist und die eine Zwischenschicht ausbildet, daß darauf eine Beschichtung dadurch aufgebracht wird, daß eine Mischung aufgesprüht wird, die 60 bis 94 Gew.% eines Karbids oder Nitrids von Wolfram, Titan, Vanadium oder Bor enthält sowie 6 bis 40 Gew. % eines Kobaltpulvers Nickelpulvers oder Eisenpulvers, und zwar mit Hilfe eines Explosionsverfahrens, Plasmaverfahrens oder Überschallverfahrens, wobei die Beschichtung die Oberflächenschicht des Zylindermantels ausbildet und der Abtragung des Abstreifmessers und anderen korrosiven und thermischen Angriffen bei der Papierherstellung Widerstand leistet.
Bevorzugte Ausführungsformen des beanspruchten Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen 4 bis 9 definiert.
Die Mantelbeschichtung wird direkt auf der Oberfläche eines Mantels aufgebracht, der aus Gußeisen oder Stahl besteht, und zwar durch Aufsprühen (der Beschichtung durch ein Explosionsverfahren, Plasmaverfahren oder Überschallverfahren, wobei die Oberfläche zunächst präzise auf die richtigen Abmessungen und auf die richtige Form abgeschliffen worden ist.
Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Manteloberfläche eines Yankee-Zylinders zunächst mit einem martensitischen rostfreien Stahl oder mit einer NiCrMoAl-Legierung oder mit einer auf Molybdän basierenden Legierung beschichtet, und zwar durch thermisches Sprühen, Lichtbogensprühen oder Plasmasprühen, und wird dann präzise auf die richtige Form und Dimension geschliffen. Danach wird die Oberfläche durch Abschleifen oder Sandstrahlen vorbehandelt, um sie aufzurauhen. Sie wird dann durch Aufsprühen beschichtet, und zwar durch ein Detonations- oder Explosionsverfahren, Plasmaverfahren oder Überschallverfahren und zwar mit einer Mischung eines Beschichtungsmaterials wie vorstehend definiert.
Nach dem Beschichten entweder bei der ersten oder bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird die Manteloberfläche abgeschliffen. Weil die gegenüber Abtragung resistenten Komponenten der Beschichtung Karbide oder Nitride von Wolfram, Titan, Vanadium oder Bor sind, muß die Oberfläche mit einem Diamanten abgeschlifen werden. Diamantschleifen kann als Steinschleifen begonnen werdend aber das endgültige Abschleifen muß mit Hilfe eines Diamantbandes erfolgen, um Schwingungen zu eliminieren. Die Oberflächenqualität kann schließlich unter Verwendung einer Diamanten enthaltenen Flüssigkeit den Endschliff erhalten.
Der erfindungsgemäße Yankee-Zylinder und das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren haben die folgenden Vorteile, verglichen mit dem Stand der Technik:

1. Besserer Widerstand gegenüber Abtragung.

Die in der Beschichtung vorliegenden Karbide und Nitride sind sehr hart (2400 bis 4500 HV) und sie wurden so ausgewählt, daß eine Adhäsion zwischen dem Abstreifmesser aus geglühtem Stahl und den Karbiden und Nitriden sehr gering ist.
Das Abtragen der Oberfläche des Mantels des Yankee-Zylinders ist daher sehr gering, auch unter erschwerten Betriebsbedingungen.
Auch beim Betrieb der Maschine können die Schmutzteilchen, die aus dem Papiervorrat auf das Abstreifmesser gelangen, die Beschichtung nicht beschädigen, weil die Härte der Schmutzteilchen von etwa 1500 HV fühlbar geringer ist als diejenige der Beschichtung.
Die Härte herkömmlicher Beschichtungen liegt bei lediglich 350 bis 700 HV, so daß Schmutzteilchen beim Stand der Technik leicht Rillen in die Beschichtung eingraben.

2. Möglichkeit zur Herstellung neuer Papierqualitäten.

Wenn neue, sehr dünne Papierqualitäten hergestellt werden, dann kommt das Abstreifmesser häufig in direkten Kontakt mit der Manteloberfläche, weil üblicherweise die sogenannte Beschichtungsschicht zwischen der Manteloberfläche und dem Abstreifmesser entfernt werden kann. Wenn die Manteloberfläche einer derartigen Abnutzung oder Abtragung nicht widerstehen kann, so wird sie zerkratzt und verursacht bei der Papierherstellung Probleme. Mit der neuen, der Abtragung Widerstand entgegensetzenden Beschichtung entstehen diese Probleme nicht.
Die Korrosionswiderstandsfähigkeit der neuen Beschichtung ist auch sehr gut. Es können daher Spezialpapiere in saueren Lösungen hergestellt werden, bei denen der pH-Wert zwischen 3 und 5 liegen kann.

3. Verringerung der Energiekosten.

Die Dicke der neuen Beschichtung liegt bei lediglich 0,2 bis 0,3 mm. Die Dicke herkömmlicher Beschichtungen liegt zwischen 0,8 und 2,0 mm.
Eine dünnere Beschichtung leitet die Wärme besser und verringert daher die Energie, die notwendig ist, um das Papier zu trocknen.
4. Verringerte Kosten für Stillstandszeiten und Reparaturzeiten.
Herkömmliche Beschichtungen müssen üblicherweise in Intervalien von etwa einem Jahr abgeschliffen werden. Wenn dünne Papierqualitäten hergestellt werden, so kann das Intervall zwischen den Abschleifungen bei vier bis sechs Monaten liegen.
Mit der neuen Beschichtung kann ein mittleres Abschleifintervall von zwei Jahren erreicht werden. Weil bei einer großen Papierherstellungsmaschine ein Abschleifvorgang eine Stillstandszeit von etwa fünf bis acht Tagen verursacht, ergeben sich entsprechende Produktionsverluste von fünf bis acht Millionen FIM. Die Einsparungen, beruhend auflängeren Maschinenzeiten, sind also signifikant.

5. Verringerter Zeitbedarf für Reparaturen.

Ublicherweise eingesetzte Beschichtungen werden normalerweise dadurch reparariert, daß die alte Beschichtung entweder teilweise oder zur Gänze bis herunter auf das Grundmetall des Mantels abgeschliffen wird Anschließend wird die Beschichtung neu auf das Grundmaterial aufgetragen und abgeschliffen.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen, neuen Technologie kann die Beschichtung auf die alte Beschichtung aufgetragen werden, sobald die alte Beschichtung zunächst sauber vorgrundiert wurde. Die erfindungsgemäße Technologie verkürzt somit die zu Reparaturzwecken notwendige Zeit um bis zu mehreren Tagen.

Claims

1. Yankee-Zylinder für eine Maschine zur Papierherstellung mit Enden und mit Wellenstummeln sowie mit einem Zylindermantel, der aus Metall hergestellt ist und der dem Zylinder seine hauptsächliche mechanische Belastbarkeit mitteilt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beschichtung auf die Oberseite des Zylindermantels aufgebracht ist, die die Oberflächenschicht des Zylindermantels ausbildet, wobei die Beschichtung aus einer Mischung erhalten wurde, die 60 bis 94 Gew.% eines Karbids oder Nitrids von Wolfram, Titan, Vanadium oder Bor enthält, und 6 bis 40 Gew. % eines Pulvers aus Kobalt, Nickel oder Eisen, und zwar durch Aufsprühen der Mischung durch eine Explosionsverfahren, Plasmaverfahren oder Überschallverfahren.

2. Yankee-Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Dicke der Beschichtung, die die Oberflächenschicht ausbildet, kleiner als 0,5 mm ist, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,2 und 03, mm liegt.

3. Verfahren zum Beschichten eines Yankee-Zylinders, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberseite des Zylindermantels oder auf die Oberseite einer Metallbeschichtung, die zuerst auf den Zylindermantel aufgesprüht worden ist und die eine Zwischenschicht ausbildet, eine Beschichtung aufgebracht wird, indem eine Mischung aufgesprüht wird, die 60 bis 94 Gew.% eines Karbids oder Nitrids von Wolfram, Titan, Vanadium oder Bor enthält, und 6 bis 40 Gew.% eines Kobaltpulvers, Nickelpulvers oder Eisenpulvers, und zwar durch ein Explosionsverfahren, Plasmaverfahren oder Überschallverfahren, wobei die Beschichtung die Oberflächenschicht des Zylindermantels ausbildet und gegenüber dem Abtragen durch das Abstreifmesser und gegenüber anderen korrosiven und thermischen Einflüssen widerstandsfähig ist, die bei der Papierherstellung vorkommen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße der Mischung des Beschichtungsmaterials im Bereich zwischen 5 und 70 um liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylindermantel präzise auf die richtige Form und Dimension abgeschliffen wird, bevor die Beschichtung aufgesprüht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Zwischenschicht verwendete Beschichtungsmaterial ein martensitischer rostfreier Stahl ist, eine NiCrMoAl-Metallegierung oder eine Metallegierung auf Molybdänbasis.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Zwischenschicht verwendete Beschichtung durch thermisches Aufsprühen hergestellt worden ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Zwischenschicht verwendete Beschichtung zunächst präzise auf die korrekte Form und Dimension abgeschliffen wurde und dann entweder durch Schleifen oder Sandstrahlen aufgerauht worden ist, bevor die Oberflächenschicht aufgesprüht wurde.

9 Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht entweder durch ejnen Diamantstein oder durch Diamantbänder geschliffen werden ist und gegebenenfalls mit Hilfe einer Diamanten enthaltenen Flüssigkeit ihren Endschliff erhalten hat.