EP1462566A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Mahlung von Faserstoffen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Mahlung von Faserstoffen Download PDF

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EP1462566A2
EP1462566A2 EP04006320A EP04006320A EP1462566A2 EP 1462566 A2 EP1462566 A2 EP 1462566A2 EP 04006320 A EP04006320 A EP 04006320A EP 04006320 A EP04006320 A EP 04006320A EP 1462566 A2 EP1462566 A2 EP 1462566A2
Authority
EP
European Patent Office
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grinding
grooves
rollers
roller
speed
Prior art date
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EP04006320A
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English (en)
French (fr)
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EP1462566A3 (de
EP1462566B1 (de
Inventor
Helmuth Dipl.-Ing. Dr. Gabl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Andritz AG
Original Assignee
Andritz AG
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Publication date
Application filed by Andritz AG filed Critical Andritz AG
Publication of EP1462566A2 publication Critical patent/EP1462566A2/de
Publication of EP1462566A3 publication Critical patent/EP1462566A3/de
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Publication of EP1462566B1 publication Critical patent/EP1462566B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D1/00—Methods of beating or refining; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/02—Methods of beating; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/18—Beaters with two or more beater rolls

Definitions

  • the invention relates to a method for grinding fibrous materials between two grinding surfaces and a device for performing of the procedure.
  • cone refiner Another significant disadvantage e.g. the cone refiner is the bad one Pump effect, as the centrifugal force does not act in the direction of the material flow. This results in throughput problems and, subsequently, the necessity enlarge the grooves, which reduces the edge length.
  • a cylinder refiner avoids many of these disadvantages but with an ordinary cylinder refiner, similar to the Cone refiner throughput problems to be expected. This can be done by using of a feed with integrated pressure build-up can be avoided.
  • the surface roughening and bruising of the fiber material requires these high differential speeds simultaneous pressing of the fiber.
  • the majority of the brought in Energy is lost in frictional heat. According to literature sources only about 3 to 10% of the energy used for fiber treatment.
  • the present invention is intended to reduce or avoid the above disadvantages.
  • the differential speed the grinding surfaces are in the range of - 5 m / s and +12 m / s, whereby advantageous the differential speed is almost zero.
  • This allows a great economic advantage by reducing the idle power by achieve up to 90%.
  • the low differential speed also allows a targeted application of pressure forces on the single fiber or Fiber composite whereby crushed grinding is achieved.
  • the big ones technological advantages of crushed grinding were already included the use of the first ramming machines, but never could be integrated industrially in continuous process stages.
  • An advantageous development of the invention is characterized in that that the pulp is fed to the grinding in the form of a pulp web becomes.
  • This has the advantage that very high capacities in one uniform process step already at the end of the pulp manufacturing process on the one hand, inexpensive and technologically targeted pre-grinding can be. This allows for further processing of the Fiber in conventional stock preparation systems a clear Reduction of the necessary grinding effort. Extensions of the grinding plants or improvements to achieve the grinding systems higher strengths can be eliminated.
  • a favorable embodiment of the invention is characterized in that that the pulp is evenly distributed over the grinding zone.
  • the size created surface paired with a great uniformity of Fiber distribution in both cross and longitudinal and Z direction leads to a high fiber hit probability with the advantage of a uniform Fiber treatment using the strength potential if possible many single fibers, i.e. the overall strength level can are used to a particularly large extent.
  • the fibrous material fed directly from a thickening machine to the grinding machine is fed directly from a thickening machine to the grinding machine.
  • the technical and economic advantages are similar to those already mentioned.
  • the investment is due to the elimination of large laid paper, pipes, pumps, measurement and control technology is reduced and therefore the process can be made simpler.
  • the invention also relates to a device for carrying out the Process. It is characterized in that rollers are used as grinding media are provided. The advantage is continuous operation.
  • rollers are driven at the same speed will / have the same speed.
  • the advantage is one very little effort for friction force with intensive application of adjustable press forces.
  • the low frictional force triggered by the almost nonexistent relative speed reduces the energy requirement for rail transport and crushing to almost zero.
  • pairs of rollers are included wide grinding gap provided, the roller (s) for generating the wide grinding gap, a shoe support or a beam support can have. Due to the wide grinding gap design the forces on the one hand gentle intervention with simultaneous Extension of the dwell time.
  • a favorable embodiment of the invention is characterized in that the rollers have spikes. The Spikes increase the "clothing surface" and enable a better one Penetration and treatment of the fiber material.
  • rollers have grooves or grooves, the grooves or Grooves run in the circumferential direction or at an angle to the roller axis can.
  • the increase of the roller surface by means of scoring, grooving etc. brings the advantage that the number of reached and thus treated individual fibers is enlarged.
  • An advantageous embodiment of the invention is characterized in that that the grooves or grooves interlock. Is due to the design interlocking possible - positive locking - there is no Differential speed. The total energy expenditure is reduced or implemented in a kind of press grinding. This leads to a maximum Use of raw materials with regard to the development of strength with the least possible Increase in drainage resistance.
  • the grooves or grooves are trapezoidal
  • the bottom of the grooves or grooves can have drainage depressions. Residual water - for example with low inlet material densities - escapes into the wells and can be sucked out or spun out of these wells. This has the advantage that higher solid concentrations occur in the grinding zone. Depending on the process control, a necessary process step can be omitted or higher final dry contents can be achieved. This means that the energy required for a subsequent thickening stage or thermal drying can be reduced.
  • a favorable embodiment of the invention is characterized in that that the rollers have a drive.
  • the material is fed by means of its own web guide up to just before the grinding zone, whereby there is no need for pre-assemblies.
  • the advantage lies in a reduction of investment costs and space requirements.
  • this at least one Roll encloses or guided over deflection rollers and at least one Roller can be pressed.
  • FIG. 1 is a schematic representation of the invention
  • Fig. 2 is a schematic side view of a variant of the invention
  • Fig. 3 is a schematic side view of a further variant of the invention
  • FIG. 4 2 shows a schematic side view of a next variant of the invention
  • 5 shows an embodiment of the invention
  • FIGS. 6 and 7 show further variants represent the invention.
  • Extended Retention Refinings are used, whereby the Exposure time / meal can be increased many times.
  • One or more rollers can be used to increase the grinding effect (Nips) can be arranged in series. This illustrated Instructions apply to both low and high consistency grinding.
  • a large grinding gap is suitable for producing Roller diameters, any kind of shoe or beam support.
  • Several of these wide nips can be produced in series and at short intervals consequences.
  • These rollers can also improve and increase the Grinding uniformity is a flexible, pneumatic, hydraulic bearing Use substructure.
  • the carrying shoe can be guided with support bodies that are used to support lubrication openings such as Bores, sintered metals used for the passage of the lubricant (Water, air, oil, etc.).
  • the design of the roller surface This can be smooth on one or two sides, with spikes or with wave-like grooves are provided. These grooves, gullies can be in the circumferential direction (see Fig.) or at an angle to across run to the roll axis direction.
  • the rollers have circumferential grooves that interlock.
  • the depths of the Scoring is based on the type of fiber, the web fleece thickness and the Solids content selected.
  • Trapezoidal depressions are also advantageous a groove depth of 1 to 25 mm.
  • the groove bottom can be used with drainage depressions - e.g. additional holes for water drainage similar a suction roll principle in a press section of a paper machine be provided.
  • the grooves can be milled, ground, etched into the roller body, eroded or raised.
  • rollers with smaller diameters are used instead of a second pressure roller.
  • a rotating wire, Rubber etc. braid enclose the roller body and by means of additional pressure for a long-term crushing.
  • additional pressure for maximum fiber crush due to the low contact pressure mainly rollers with smaller diameters are used.
  • roller circumferential speed - or a possibly set one Differential speed - also depends on the Roll surface.
  • Rollers, the grooves and elevations in turn out to be of great advantage have a regular circumferential distance, similar to that Corrugated rollers in shaft production.
  • roller axis helical teeth: They can be interrupted in the circumferential direction be what a short term especially at low substance concentrations and allows easy drainage. This favors the grinding.
  • the flank design of the grooves can in turn be small so-called Show signatures.
  • the grinding treatment is based on an intensive crushing, are also suitable grinding media basic structures similar to a perforated roller.
  • a surface structure provided with holes there is an additional one Drainage process during the grinding process.
  • the holes can be carried out as blind bores, among other things.
  • the surfaces themselves are made from very hard material to get long downtimes.
  • the grinding elements on the roller body can be attached in segments will be or also individual and insertable elements that be made from high quality steel or ceramic.
  • steel alloys will become like at present Refiners used, are suitable. All materials can also be surface-alloyed become.
  • Pressure rollers can be used in combination.
  • the capacity of these grinders is a function of the working width and the mass per unit area of the preceding distributor.
  • the Working widths of the grinding machines can be easily specified Adjust production by changing the material distribution width.
  • the untreated web introduced into the grinding gap has a weight of 100 to 1500 g / m 2 in most cases. This applies to LC (low consistency) as well as MC (middle consistency) and HC (high consistency) grinding.
  • the mass per unit area can be adapted to the respective raw material.
  • the material is fed to the Grinding zone by means of its own path guidance, which runs until immediately before the grinding zone is sufficient.
  • the goal is an even distribution of the regrind to get into the grinding zone.
  • the fabric is not thickened, but could be brought to a higher consistency, especially only evenly distributed over the grinding zone.
  • the range of consistency can vary very widely (advantageously 25% to 65% dry content - limitation only through mechanical drainage), and is essentially from the raw material, the area-related Mass of the fiber web and its pretreatment dependent. Hardwood, Recycled grades require a higher consistency than softwood - Fibers.
  • roller surfaces are similar to those in the case of low consistency grinding embossed, corrugated, spiked, can be a groove - Corrugated profile - similar to corrugated cardboard corrugation, etc.
  • Fig. 1 shows schematically a device according to the invention.
  • the grinder 1 here consists of a roller 2 and a roller 3, which means Motor 4 and 5 are driven.
  • the drive is preferably carried out with same speed, so that the regrind, here in the form of a track 6, only press but not subjected to shear forces.
  • FIG. 2 shows a variant of the invention in a side view.
  • the Rolls 2 and 3 of the grinding plant 1 are shown here with spikes However, corresponding grooves or grooves can also be provided his. Both rollers are pressed against each other.
  • the unground Fibrous material is used by means of suitable belts 8 and 9 immediately before Grinding gap 7 introduced between the rollers 2 and 3 and evenly distributed over the grinding zone.
  • FIG. 3 shows a plant analogous to FIG. 2. However, there are two grinding devices here 1, 1 'with grinding rollers 2, 3 or 2', 3 'arranged one behind the other.
  • Fig. 4 shows an embodiment with a so-called central grinding roller 10, which has to absorb the forces of the other two rollers 11, 12.
  • the advantage of such an arrangement is a compact design. at This configuration allows all rollers to have the same surface speed operate. Depending on the quality requirements of the The two outer rollers can be finished, however, different Press pressures, surface equipment and / or various, adjustable Have relative speeds.
  • Fig. 5 shows a variant of the invention, in which a moving wire, Rubber or the like -braid 13 encloses the roller 2. This allows a long-term crushing of the fiber can be achieved.
  • the wrap ⁇ of the roller 2 can be from 0 ° (point pressure) to approx. 350 °.
  • Fig. 7 shows a moving wire, rubber or the like.
  • -braid 13 ' which is guided over deflection rollers 14, 14' and against several rollers 2, 2 ', 2 ", 2"' is pressed.
  • the pressure is applied on the one hand between the deflection rollers 14, 14 'and the end rollers 2, 2 “' and with the help of a support body 15 against the rollers 2 ', 2 ".

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mahlung von Faserstoffen zwischen zwei Mahloberflächen. Es ist vornehmlich dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzgeschwindigkeit der Mahloberflächen im Bereich von -5 m/s und +12 m/s liegt, wobei die Differenzgeschwindigkeit vorteilhafterweise nahezu Null ist. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Bei dieser sind erfindungsgemäß als Mahlkörper Walzen 2,3,2',3',10,11,12 vorgesehen. Die Oberflächengestaltung weist eine gewählte Oberflächenstruktur auf. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Mahlung von Faserstoffen zwischen zwei Mahloberflächen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die bestmögliche Festigkeitsnutzung von Faserstoffen aller Art (Holzfaserstoffen, Einjahrespflanzen, tierischen etc.) erlaubt eine kostengünstigere Produktion von Papieren, Leder usw. Um dieses Potential nutzen zu können müssen die Faserstoffe mittels einer sogenannten Mahlung behandelt werden, damit die Bindungseigenschaften der Fasern durch geeignete Maßnahmen zum Tragen kommen.
Dieser Vorgang wurde traditionell in sogenannten "Holländern", großen zylindrischen, diskontinuierlichen Maschinen durchgeführt. Aufgrund mangelnder Durchsatzleistung und hohem spezifischen Energieverbrauch wurden diese Maschinen durch kontinuierlich arbeitende Refiner ersetzt.
Zur Zeit werden Refiner in der Bauform der (Doppel-) Scheibe, Kegel oder des Zylinders ausgeführt. Nachteile der bisherigen Scheiben-, Kegel- oder Zylindertypen sind die relative Geschwindigkeit entlang der Mahlzone, die eine relativ hohe "Leerlaufleistung" - je nach Mahltyp erfordert. Bei besonders niedrigen Durchsätzen können wiederum je nach Typ Probleme mit der Zentrierung des Rotors in Anstellrichtung auftreten.
Ein weiterer bedeutender Nachteil z.B. beim Kegelrefiner ist die schlechte Pumpwirkung, da die Zentrifugalkraft nicht in Stoffflussrichtung wirkt. Daraus folgen Durchsatzprobleme und in weiterer Folge die Notwendigkeit die Nuten zu vergrößern, was eine Verringerung der Kantenlänge bewirkt. Als weitere Nachteile können die hohen auftretenden Kräfte und die relative Verschiebung der Messer beim Anstellen zueinander, die Notwendigkeit einer robusten Bauweise aufgrund der auftretenden Lagerkräfte und der schwierige Garniturwechsel gesehen werden.
Durch einen Zylinderrefiner werden viele dieser Nachteile zwar vermieden, doch sind bei einem gewöhnlichen Zylinderrefiner, ähnlich wie beim Kegelrefiner Durchsatzprobleme zu erwarten. Dies kann durch die Verwendung eines Feeds mit integriertem Druckaufbau vermieden werden.
Trotz deutlicher Absenkung des Leerlaufenergieverbrauches beim Zylinderrefiner - ca. 40 bis 50% geringer- werden im Vergleich zum Gesamtenergieeintrag die in den Faserstoffen gespeicherte Festigkeitspotentiale leider auch nur unzureichend aktiviert und bei der Fertigstoffherstellung genutzt.
Bei der bisher eingesetzten konventionellen Mahlung von Faserstoffen treten zusätzliche z.B. bei der Papiererzeugung unerwünschte Erscheinungen - wie starker Anstieg des Entwässerungswiderstandes, (Schopperrieglereinheit Erhöhung, Verlust an optischen Eigenschaften etc. ) auf. Dies reduziert die Produktionskapazität einerseits, andererseits werden hierdurch deutlich höhere Energieeinträge zur Entwässerung der Faserbahnen wie auch höhere Trockenleistungen erforderlich.
Bei der konventionellen Mahlung werden die Faserstoffe mittels Pumpe im Niederkonsistenzbereich (< 10%) oder mittels Schneckenförderung, Verdrängerpumpen oder MC Pumpen im Mittel- und Hochkonsistenzbereich (10% > k > 35%) zwischen schnell rotierenden Mahlkörpern bestehend aus Rotoren und Statoren mit Differenzgeschwindigkeiten von ca. v = 15 bis 70 m/s gebracht. Die Oberflächenaufrauhung und Quetschung des Fasergutes erfordert diese hohen Differenzgeschwindigkeiten bei gleichzeitiger Pressung des Faserstoffes. Der Großteil der eingebrachten Energie verliert sich in Reibungswärme. Literaturangaben zufolge werden nur ca. 3 bis 10% der eingesetzten Energie zur Faserbehandlung verwendet.
Die vorliegende Erfindung soll die obigen Nachteile verringern bzw. vermeiden.
Sie ist daher dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzgeschwindigkeit der Mahloberflächen im Bereich von - 5 m/s und +12 m/s liegt, wobei vorteilhaft die Differenzgeschwindigkeit nahezu Null ist. Dadurch lässt sich ein hoher wirtschaftlicher Vorteil durch Reduktion der Leerlaufleistung um bis ca. 90% erzielen. Die niedrige Differenzgeschwindigkeit erlaubt zudem eine gezielte Einbringung von Druckkräften auf die Einzelfaser oder den Faserverbund wodurch eine Quetschmahlung erzielt wird. Die großen technologischen Vorteile einer Quetschmahlung wurden zwar schon mit dem Einsatz der ersten Mahlstampfanlagen genutzt, konnten aber nie industriell in kontinuierlichen Prozessstufen eingebunden werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoff in Form einer Zellstoff - Bahn der Mahlung zugeführt wird. Dieser hat den Vorteil, dass sehr hohe Kapazitäten in einem sehr gleichmäßigen Prozessschritt bereits am Ende des Zellstoffherstellprozesses einerseits kostengünstig und technologisch gezielt vorgemahlen werden können. Dies erlaubt bei der Weiterverarbeitung des Faserstoffes in herkömmlichen Stoffaufbereitungsanlagen eine deutliche Reduktion des notwendigen Mahlaufwandes. Erweiterungen der Mahlanlagen oder auch Verbesserungen der Mahlanlagen zur Erzielung höherer Festigkeiten können damit wegfallen.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung werden zwei oder mehrere Mahlungen hintereinander durchgeführt. Der Vorteil einer seriellen Schaltung ist in einer erhöhten Nutzung des vorhandenen Faserfestigkeitspotentiales zu sehen.
Eine günstige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoff gleichmäßig über die Mahlzone verteilt wird. Die große geschaffene Oberfläche gepaart mit einer großen Gleichmäßigkeit der Faserverteilung sowohl in Bahnquer- und Längs- und Z-Richtung führt zu einer hohen Fasertrefferwahrscheinlichkeit mit dem Vorteil einer gleichmäßigen Faserbehandlung unter Nutzung des Festigkeitspotentiales möglichst vieler Einzelfasern, d.h. das Gesamtfestigkeitsniveau kann besonders weitgehend genutzt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Faserstoff direkt aus einer Eindickmaschine der Mahlmaschine zugeführt. Die technischen und wirtschaftlichen Vorteile sind ähnlich den bereits erwähnten. Hinzu kommt, dass die Investitionen durch den Wegfall von großen Bütten, Rohrleitungen, Pumpen, Mess- und Regeltechnik verringert wird und daher der Prozess einfacher gestaltet werden kann.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass als Mahlkörper Walzen vorgesehen sind. Der Vorteil liegt in einem kontinuierlichem Betrieb.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen mit gleicher Geschwindigkeit angetrieben werden/die gleiche Drehzahl aufweisen. Der Vorteil liegt in einem sehr geringen Aufwand für Reibungskraft bei intensiver Einbringung von einstellbaren Presskräften. Die geringe Reibkraft ausgelöst durch die beinahe nicht vorhandene Relativgeschwindigkeit reduziert den Energiebedarf für Bahntransport und Quetschmahlung auf beinahe null.
Gemäß einer günstigen Weiterbildung der Erfindung sind Walzenpaare mit breitem Mahlspalt vorgesehen, wobei die Walze(n) zur Erzeugung des breiten Mahlspaltes eine Schuhunterstützung oder eine Balkenunterstützung aufweisen können. Durch die breite Mahlspaltausführung können die Kräfte einerseits schonender Eingreifen bei gleichzeitiger Verlängerung der Verweilzeit. Eine günstige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen Stachel aufweisen. Die Stachel erhöhen die "Garnituroberfläche" und ermöglichen eine bessere Durchdringung und Behandlung des Fasergutes.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen Riefen oder Rillen aufweisen, wobei die Riefen oder Rillen in Umfangsrichtung oder in einem Winkel zur Walzenachse verlaufen können. Die Erhöhung der Walzenoberfläche mittels Riefen, Rillen etc. bringt den Vorteil, dass die Anzahl der erreichten und somit behandelten Einzelfasern vergrößert wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Riefen oder Rillen ineinander greifen. Wird aufgrund der Formgestaltung ein Ineinandergreifen möglich - Formschluss - besteht keine Differenzgeschwindigkeit. Der gesamte Energieaufwand wird reduziert bzw. in eine Art Pressmahlung umgesetzt. Dies führt zu einer maximalen Rohstoffnutzung hinsichtlich Entwicklung der Festigkeit bei geringstmöglichem Anstieg des Entwässerungswiderstandes.
Gemäß einer günstigen Ausgestaltung der Erfindung sind die Riefen oder Rillen trapezartig ausgeführt
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Boden der Riefen oder Rillen Entwässerungsvertiefungen aufweisen. Restwasser - z.B. bei niedrigen Einlaufstoffdichten - entweicht in die Vertiefungen und kann aus diesen Vertiefungen abgesaugt oder geschleudert werden. Dies hat den Vorteil, dass in der Mahlzone höhere Feststoffkonzentrationen auftreten. Je nach Prozessführung kann eine notwendige Prozessstufe entfallen, oder höhere Endtrockengehalte erzielt werden. Damit kann der Energiebedarf für eine nachfolgende Eindickungsstufe oder thermische Trocknung reduziert werden.
Eine günstige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen einen Antrieb aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Stoffzuführung mittels einer eigenen Bahnführung bis unmittelbar vor die Mahlzone, wodurch auf Voraggregate verzichtet werden kann. Der Vorteil liegt in einer Reduktion der Investitionskosten und des Platzbedarfes.
Vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn der Faserstoff direkt aus einer Eindickmaschine der Mahlmaschine zugeführt wird, da hierbei auf eine zusätzliche Maschine für eine gleichmäßige bahnförmige Verteilung des Faserguts verzichtet werden kann.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist ein mitlaufendes Draht-, Gummi- odgl. -geflecht vorgesehen, wobei dieses zumindest eine Walze umschließt oder über Umlenkwalzen geführt und an zumindest eine Walze angepreßt werden kann.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben, wobei Fig. 1 eine schematische Darstellung der Erfindung, Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer Variante der Erfindung, Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Variante der Erfindung, Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer nächsten Variante der Erfindung, Fig. 5 eine Ausführung der Erfindung, Fig. 6 und Fig. 7 weitere Varianten der Erfindung darstellen.
Walzengeschwindigkeit, Walzenspaltlänge, Walzenabstand, Differenzgeschwindigkeit, Anpressdruck, Oberflächenstruktur und Materialbeschaffenheit bestimmen die Einwirkzeit der Mahlkraft auf das Mahlgut. Die in den Bildern dargestellten Maschinen wirken ähnlich einem Presskonzept an einer Papiermaschine. Auch für die Mahlanwendung kann das Basisprinzip eines sogenannten "Extended Refining's " bzw.
Extended Retention Refinings (ERR) eingesetzt werden, wodurch sich die Einwirkzeit / Mahlzeit um ein Vielfaches erhöhen lässt.
Zur Erhöhung der Mahlwirkung können ein oder mehrere Walzen (Walzenspalte) in Serie angeordnet werden. Diese dargestellten Anordnungen gelten sowohl für die Nieder- als auch Hochkonsistenzmahlung.
Zur Erzeugung eines breiten Mahlspaltes eignet sich neben großen Walzendurchmessern, jegliche Art von Schuh- oder Balkenunterstützung. Von diesen Breitnips können mehrere in Serie und in kurzen Abständen folgen. Auch diese Walzen können zur Verbesserung und Erhöhung der Mahlgleichmäßigkeit eine flexible, pneumatisch, hydraulisch gelagerte Unterkonstruktion verwenden. Der Tragschuh kann mit Stützkörpern geführt werden, die zur Gleitunterstützung Schmieröffnungen wie Bohrungen, eingesetzte Sintermetalle für den Durchtritt des Schmiermittels (Wasser, Luft, Öl etc. ) besitzen.
Von wesentlicher Bedeutung bei der neuartigen Behandlung von Faserstoffen zur Erhöhung der Festigkeitseigenschaften durch Nutzung des in den Fasern vorhandenen Potentiales ist die Gestaltung der Walzenoberfläche. Diese kann von ein- oder zweiseitig glatt, mit Stacheln oder mit wellenartigen Riefen versehen ausgeführt werden. Diese Riefen, Rinnen können in Umfangsrichtung (siehe Abb.) oder in einem Winkel bis quer zur Walzenachsenrichtung verlaufen.
Die Walzen haben Umfangsriefen die ineinander greifen. Die Tiefen der Riefen wird entsprechend der Faserstoffart, der Bahnvliesdicke und dem Feststoffgehalt gewählt. Vorteilhaft sind trapezartige Vertiefungen mit einer Nuttiefe von 1 bis 25 mm. Der Nutgrund kann mit Entwässerungsvertiefungen - z.B. zusätzlichen Bohrungen zur Wasserabführung ähnlich einem Saugwalzenprinzip in einer Pressenpartie einer Papiermaschine versehen sein.
Die Nuten können in den Walzenkörper gefräst, geschliffen, geätzt, erodiert oder aber erhaben erzeugt werden. Eine einfache erhabene Nutgestaltung, welche aufgrund der gewählten Drahtform unterschiedliche Geometrien zuläst, kann mittels Wicklung erfolgen.
Anstelle einer zweiten Anpresswalze kann ein mitlaufendes Draht-, Gummi- etc. - Geflecht den Walzenkörper umschließen und mittels zusätzlicher Anpressung für eine langzeitige Quetschung sorgen. Für höchste Faserquetschung werden aufgrund des geringen Anpressdruckes vornehmlich Walzen mit kleineren Durchmessern Verwendung finden.
Alternativ kann auch ein aus einem Draht- oder Gummigeflecht bestehendes Band an die Walze angepresst werden oder sich über mehrere Walzen erstrecken.
Die Walzenumfangsgeschwindigkeit - bzw. eine eventuell eingestellte Differenzgeschwindigkeit - richtet sich unter anderem auch nach der Walzenoberfläche.
Zur Einstellung der Geschwindigkeiten - eventueller kleiner Differenzgeschwindigkeiten - werden die Walzen angetrieben.
Von großem Vorteil erweisen sich Walzen, die Nuten und Erhöhungen in einem regelmäßigen Abstand in Umfangsrichtung aufweisen, ähnlich den Riffelwalzen bei der Wellenherstellung.
Diese Riefen verlaufen parallel oder in einem Winkel von 0° bis zu 45° zur Walzenachse (Schrägverzahnung): Sie können in Umfangsrichtung unterbrochen sein, was speziell bei niedrigen Stoffkonzentrationen eine kurzfristige und leichte Entwässerung ermöglicht. Damit wird die Mahlung begünstigt.
Die Flankengestaltung der Riefen kann wiederum kleine sogenannte Unterriefen aufweisen.
Da die Mahlbehandlung auf Basis einer intensiven Quetschung erfolgt, eigenen sich auch Mahlkörpergrundstrukturen ähnlich einer Lochwalze. Bei einer mit Löchern versehenen Oberflächenstruktur erfolgt ein zusätzlicher Entwässerungsvorgang während des Mahlvorganges. Die Löcher können unter anderem als Blindbohrungen ausgeführt werden.
Weitere Varianten sind Oberflächenausführungen, wie diese derzeit bei Mahlmaschinen verwendet werden. In diesem Falle, da kein Ineinandergreifen der Mahlkörper stattfindet, können die Walzen mit einstellbaren unterschiedlichen Geschwindigkeiten betrieben werden. Damit kann des Verhältnis zwischen Scherung und Pressung variiert werden.
Die Oberflächen selbst werden aus sehr hartem Material gefertigt um lange Standzeiten zu erhalten.
Die Mahlelemente auf dem Walzenkörper können in Segmenten angebracht werden oder auch einzelne und einschiebbare Elemente sein, die aus hochwertigen Stählen oder Keramik gefertigt werden.
Aus Verschleißgründen werden sich Stahllegierungen wie derzeit bei Refinern eingesetzt, eignen. Alle Materialen können zusätzlich oberflächenlegiert werden.
Für besondere Einsatzfälle können unterschiedliche Materialen für die Anpresswalzen in Kombination verwendet werden.
Die Verwendung von Materialien mit unterschiedlichem Härtegrad oder Material erlaubt eine Vergrößerung der Mahlzone, welches wiederum die angestrebte Quetschmahlung begünstigt.
Die Leerlaufantriebsleistung sinkt bei diesem Maschinenkonzept auf ca. 3 - 5% herkömmlicher Mahlanlagen, der Gesamtenergiebedarf zur Erzielung gleicher Festigkeiten auf unter 50%. Zudem bleiben Opazität und andere optische Eigenschaften im Vergleich zur herkömmlichen Mahlung besser erhalten.
Die Kapazität dieser Mahlanlagen ist eine Funktion der Arbeitsbreite und der flächenbezogenen Masse der vorangestellten Verteilmaschine. Die Arbeitsbreiten der Mahlmaschinen lassen sich einfach einer bestimmten Produktion durch Veränderung der Stoffverteilbreite anpassen.
Die in den Mahlspalt eingeführte, unbehandelte Bahn weist in den meisten Fällen ein Gewicht von 100 bis 1500 g/m2 auf. Dies gilt sowohl für LC- (Niederkonsistenz-) als auch MC- (Mittekonsistenz-) und HC- (Hochkonsistenz-) Mahlungen. Die flächenbezogene Masse kann dem jeweiligen Rohstoff angepasst werden.
Grundsätzlich sind zwei Maschinentypen in Bezug auf die Konsistenz möglich.
Bei einem Feed im Niederkonsistenzbereich erfolgt die Stoffzuführung zur Mahlzone mittels einer eigenen Bahnführung, welche bis unmittelbar vor die Mahlzone reicht. Ziel ist eine gleichmäßige Verteilung des Mahlgutes in die Mahlzone zu erhalten. Der Stoff wird hierbei nicht eingedickt, - könnte aber auf ein höheres Stoffdichteniveau gebracht werden-, sondem nur gleichmäßig über die Mahlzone verteilt.
Vorteilhafterweise wird z.B. bei der Mahlung von Altpapieren die Mahlung direkt nach einer Eindickmaschine durchgeführt. Das zu behandelnde Fasergut kann direkt aus der Eindickmaschine der Mahlmaschine zugeführt werden. Dies gilt insbesondere bei der Stoffbehandlung mit höheren Konsistenzen.
Sobald höhere Konsistenzen aufgrund der bereits verbesserten initialen Bahnfestigkeit eine freie Bahnführung erlauben, wird bei dieser Art von Mahlbehandlung von Hochkonsistenzmahlung gesprochen. Der Konsistenzbereich kann sehr weit variieren (vorteilhafterweise 25% bis 65 % Trockengehalt - Begrenzung nur durch mechanische Entwässerbarkeit), und ist im Wesentlichen vom Rohstoff, der flächenbezogenen Masse der Faserbahn und seiner Vorbehandlung abhängig. Hardwood, Recycled Grades verlangen eine höhere Konsistenz als Softwood - Faserstoffe.
Der Faserstoff wird wie im Falle der Niederkonsistenzmahlung durch einen Spalt geführt und in diesem durch gezieltes Anpressen der Walzen und
Steuerung der Walzengeschwindigkeiten vornehmlich gequetscht. Hierbei wird die innere und äußere Oberfläche vergrößert und bindungsaktiviert.
Auch bei dieser Methode ist wesentlich, dass die Mahlzone gleichmäßig gefüllt ist, sodass das Fasermaterial die gleiche Behandlung über die Bahnbreite erhält.
Die Walzenoberflächen sind ähnlich wie im Fall der Niederkonsistenzmahlung geprägt, gerieft, mit Stacheln versehen, können ein Nut - Wellenprofil - ähnlich der Wellenherstellung von Wellpappe, etc. aufweisen.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung. Die Mahlanlage 1 besteht hier aus einer Walze 2 und einer Walze 3, die mittels Motor 4 bzw. 5 angetrieben sind. Vorzugsweise erfolgt der Antrieb mit gleicher Geschwindigkeit, sodass das Mahlgut, hier in Form einer Bahn 6, nur Press- aber keinen Scherkräften unterworfen wird.
In Fig. 2 ist eine Variante der Erfindung in Seitenansicht dargestellt. Die Walzen 2 und 3 der Mahlanlage 1 sind hier mit Stacheln dargestellt, es können jedoch ebenfalls entsprechende Rillen oder Riefen vorgesehen sein. Beide Walzen werden gegeneinander gepresst. Der ungemahlene Faserstoff wird mittels geeigneter Bänder 8 bzw. 9 unmittelbar vor den Mahlspalt 7 zwischen den Walzen 2 und 3 eingebracht und gleichmäßig über die Mahlzone verteilt.
Fig. 3 zeigt eine Anlage analog Fig. 2. Es sind hier jedoch zwei Mahlvorrichtungen 1, 1' mit Mahlwalzen 2, 3 bzw. 2', 3' hintereinander angeordnet.
Fig. 4 zeigt eine Ausführung mit einer sogenannten zentralen Mahlwalze 10, die die Kräfte der beiden anderen Walzen 11, 12 aufzunehmen hat. Der Vorteil einer derartigen Anordnung ist eine kompakte Bauweise. Bei dieser Konfiguration können alle Walzen mit derselben Oberflächengeschwindigkeit betrieben werden. Je nach Qualitätsanforderung an den Fertigstoff können aber die beiden äußeren Walzen verschiedene Pressdrücke, Oberflächenbestückung und / oder verschiedene, einstellbare Relativgeschwindigkeiten aufweisen.
Fig. 5 zeigt eine Variante der Erfindung, bei der ein mitlaufendes Draht-, Gummi- odgl. -geflecht 13 die Walze 2 umschließt. Dadurch kann eine langzeitige Quetschung des Faserstoffes erreicht werden.
In Fig. 6 ist eine weitere Variante der Erfindung dargestellt, wobei ein mitlaufendes Draht-, Gummi- odgl. -geflecht 13' vorgesehen ist, das über Umlenkwalzen 14, 14' geführt wird. Die Umschlingung α der Walze 2 kann dabei von 0° (punktförmige Anpressung) bis zu ca. 350° betragen.
Die in Fig. 7 dargestellte Variante zeigt ein mitlaufendes Draht-, Gummi- odgl. -geflecht 13', das über Umlenkwalzen 14, 14' geführt und gegen mehrere Walzen 2, 2', 2", 2"' gepresst wird. Die Anpressung erfolgt einerseits zwischen den Umlenkwalzen 14, 14' und den Endwalzen 2, 2"' sowie mit Hilfe eines Stützkörpers 15 gegen die Walzen 2', 2".

Claims (26)

  1. Verfahren zur Mahlung von Faserstoffen zwischen zwei Mahloberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzgeschwindigkeit der Mahloberflächen im Bereich von -5 m/s und +12 m/s liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzgeschwindigkeit nahezu Null ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoff in Form einer Bahn der Mahlung zugeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Mahlungen hintereinander durchgeführt werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoff gleichmäßig über die Mahlzone verteilt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoff direkt aus einer Eindickmaschine der Mahlmaschine zugeführt wird.
  7. Vorrichtung zur Mahlung von Faserstoffen zwischen zwei Mahloberflächen, dadurch gekennzeichnet, dass als Mahlkörper Walzen (2,3,2',3',10,11,12) vorgesehen sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (2,3,2',3') mit gleicher Geschwindigkeit angetrieben werden.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (2,3,2',3',10,11,12) mit gleicher Oberflächengeschwindigkeit betrieben werden.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (2,3,2',3',10,11,12) mit gleicher Oberflächengeschwindigkeit betrieben werden jedoch unterschiedliche Drehzahlen aufweisen
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Walzenpaare (2,3 bzw. 2',3') mit breitem Mahlspalt vorgesehen sind.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze(n) zur Erzeugung des breiten Mahlspaltes eine Schuhunterstützung aufweist bzw. aufweisen.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Walze(n) zur Erzeugung des breiten Mahlspaltes eine Balkenunterstützung aufweist bzw. aufweisen.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (2,3,2',3',10,11,12) Stachel aufweisen.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (2,3,2',3',10,11,12) Riefen oder Rillen aufweisen.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Riefen oder Rillen in Umfangsrichtung verlaufen.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Riefen oder Rillen in einem Winkel zur Walzenachse verlaufen.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Riefen oder Rillen ineinander greifen.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Riefen oder Rillen trapezartig ausgeführt sind.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden der Riefen oder Rillen Entwässerungsvertiefungen aufweist.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzenoberfläche eine festgelegte Rauhigkeit aufweist.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoffzuführung mittels einer eigenen Bahnführung (8, 9) bis unmittelbar vor die Mahlzone (7) erfolgt.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserstoff direkt aus einer Eindickmaschine der Mahlmaschine zugeführt wird.
  24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein mitlaufendes Draht-, Gummi- odgl. -geflecht (13, 13') vorgesehen ist.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das mitlaufende Draht-, Gummi- odgl. -geflecht (13, 13') zumindest eine Walze (2) umschließt.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das mitlaufende Draht-, Gummi- odgl. -geflecht (13, 13') über Umlenkwalzen (14, 14') geführt und an zumindest eine Walze (2, 2', 2", 2"') angepreßt wird.
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