EP1529877B1 - Walze zur thermischen Behandlung einer Materialbahn - Google Patents

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EP1529877B1
EP1529877B1 EP04105074A EP04105074A EP1529877B1 EP 1529877 B1 EP1529877 B1 EP 1529877B1 EP 04105074 A EP04105074 A EP 04105074A EP 04105074 A EP04105074 A EP 04105074A EP 1529877 B1 EP1529877 B1 EP 1529877B1
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EP
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heating
roll
roll according
range
hardness
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EP04105074A
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Joachim Hinz
Josef Schneid
Hans-Rolf Conrad
Jochen Autrata
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Voith Patent GmbH
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Voith Patent GmbH
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0253—Heating or cooling the rolls; Regulating the temperature
    • D21G1/0266—Heating or cooling the rolls; Regulating the temperature using a heat-transfer fluid

Definitions

  • the invention relates to a roller for the thermal treatment of a material web, in particular calender roll, with a roll shell, which is provided with peripheral heating and / or cooling channels, which can be acted upon by a heating and / or cooling medium.
  • the material web to be treated may be, for example, a paper or board web.
  • the roller may e.g. be an internally heated roller.
  • Rolls of this type can be used, for example, in calenders, in which they form a nip with at least one mating roll through which, for example, a material web to be smoothed, such as, for example, can be smoothed. a paper or board web is passed.
  • the heating or cooling channels are usually parallel to the roll axis.
  • Heated rolls or calender rolls of the type mentioned are, for example, in the publications EP-B-0 598 737 and EP-B-0 710 741 described.
  • the distance of the peripheral heating channels or holes to the roll surface is less than 50 mm.
  • rolls of this known type exhibit both increasing surface temperature unevenness and increased polygon formation.
  • the different temperature has a detrimental effect on the calendering process.
  • high-frequency oscillations are excited whose frequency or frequencies correspond to an integer multiple of the roller speed.
  • the invention has for its object to provide an improved roller of the type mentioned, in which the aforementioned problems are eliminated.
  • the risk of polygon formation is to be reduced.
  • the most uniform possible surface temperature should be ensured.
  • the roll diameter is greater than 400 mm, that the thickness of the roll shell is in a range of 140 to 260 mm, that the diameter of the heating or cooling channels preferably formed by bores in a range of 24 to 60 mm and that the distance between the heating or cooling channels and the roll surface is greater than 55 mm in each case.
  • the heating or cooling channels can in particular again run parallel to the roll axis.
  • Roller is the distance between the heating or cooling channels and the roll surface in each case in a range of 60 to 70 mm.
  • the roll diameter is preferably greater than 700 mm.
  • the thickness of the roll mantle is preferably in a range of 180 to 240 mm.
  • the distance between the outer peripheral heating and cooling channels is less than or equal to the simple diameter of a heating or cooling channel.
  • the heat output generated during operation is greater than or equal to 25 kW / m 2 surface.
  • the temperature difference between the flow and return of the heating or cooling medium is advantageously in a range of 6 to 16 K.
  • heating or cooling medium for example, oil or water can be provided.
  • the flow velocity in the heating or cooling channels is preferably in a range of 1.5 to 2.5 m / s.
  • the flow velocity in the heating or cooling channels is preferably in a range of 0.5 to 1.5 m / s.
  • the roller has a base made of a material with a thermal conductivity ⁇ 30 W / mK.
  • the roller consists of a base body with a hard wear-resistant surface.
  • the roller comprises a body made of steel with a hardness ⁇ 380 V and a spray applied directly to this body, in particular consisting of WC or CrC spray coating having a thickness in a range of 0.05 to 0.5 mm and a hardness ⁇ 580 HV.
  • roller has a base body made of steel with a hardness ⁇ 420 HV and a hard layer welded onto this base body with a thickness in a range from 2.0 to 6.0 mm and a hardness ⁇ 500 HV includes.
  • the roller comprises a base body with a hardened surface, which has a hardness ⁇ 450 HV at a hardening depth ⁇ 2 mm.
  • the roller comprises a base body with a hardened surface, which at a hardening depth ⁇ 2 mm a Hardness ⁇ 380 HV, as well as an applied directly to this body, in particular consisting of WC or CrC spray coating with a thickness in a range of 0.05 to 0.5 mm and a hardness ⁇ 580 HV.
  • roller according to the invention results in a much more uniform surface temperature. In comparison with conventional rolls, an improvement of about 50% has resulted in this respect. Moreover, a much higher dimensional stability is achieved, i. the deviations from the ideal circular shape were correspondingly reduced. When compared with conventional rollers, this resulted in an improvement of about 33%.

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  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Heating, Cooling, Or Curing Plastics Or The Like In General (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Walze zur thermischen Behandlung einer Materialbahn, insbesondere Kalanderwalze, mit einem Walzenmantel, der mit peripheren Heiz- und/oder Kühlkanälen versehen ist, die mit einem Heiz- und/oder Kühlmedium beaufschlagbar sind. Bei der zu behandelnden Materialbahn kann es sich beispielsweise um eine Papier- oder Kartonbahn handeln. Die Walze kann z.B. eine innen beheizte Walze sein.
  • Walzen dieser Art können beispielsweise in Kalandern eingesetzt werden, in denen sie mit zumindest einer Gegenwalze einen Nip bilden, durch den beispielsweise eine zu glättende Materialbahn wie z.B. eine Papier- oder Kartonbahn hindurchgeführt wird. Die Heiz- bzw. Kühlkanäle verlaufen in der Regel parallel zur Walzenachse.
  • Beheizbare Walzen bzw. Kalanderwalzen der eingangs genannten Art sind beispielsweise in den Druckschriften EP-B-0 598 737 und EP-B-0 710 741 beschrieben. Bei diesen bekannten beheizten Kalanderwalzen ist der Abstand der peripheren Heizkanäle bzw. -bohrungen zur Walzenoberfläche kleiner als 50 mm. Damit ergibt sich zwar ein geringerer Temperaturunterschied zwischen dem Heizmedium und der Walzenoberfläche. Bei hohen Wärmeleistungen zeigen Walzen dieser bekannten Bauart jedoch sowohl eine zunehmende Ungleichmäßigkeit bezüglich der Oberflächentemperatur als auch eine verstärkte Polygonbildung. Die unterschiedliche Temperatur wirkt sich schädlich auf den Satinageprozess aus. Mit der verstärkten Polygonbildung können insbesondere auch hochfrequente Schwingungen angeregt werden, deren Frequenz bzw. Frequenzen einem ganzzahligen Vielfachen der Walzendrehzahl entsprechen. Die aufgrund dieses Polygoneffekts erregten hochfrequenten Schwingungen haben vor allem auf die Entstehung eines sogenannten Barring-Effekts entscheidenden Einfluss, der sich beispielsweise in Form von Querstreifen auf der Papierbahn manifestiert. Sobald diese Streifen sichtbar werden, ist die Papierbahn normalerweise unbrauchbar und als Ausschuss zu betrachten.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine verbesserte Walze der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die zuvor genannten Probleme beseitigt sind. So soll insbesondere die Gefahr einer Polygonbildung verringert werden. Zudem soll eine möglichst gleichmäßige Oberflächentemperatur sichergestellt sein.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Walzendurchmesser größer als 400 mm ist, dass die Dicke des Walzenmantels in einem Bereich von 140 bis 260 mm liegt, dass der Durchmesser der vorzugsweise durch Bohrungen gebildeten Heiz- bzw. Kühlkanäle in einem Bereich von 24 bis 60 mm liegt und dass der Abstand zwischen den Heiz- bzw. Kühlkanälen und der Walzenoberfläche jeweils größer als 55 mm ist. Die Heiz- bzw. Kühlkanäle können insbesondere wieder parallel zur Walzenachse verlaufen.
  • Mit dieser Ausbildung ergibt sich eine deutlich gleichmäßigere Oberflächentemperatur. Zudem werden Abweichungen von der idealen Kreisform auf ein Minimum reduziert.
  • Bei einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walze liegt der Abstand zwischen den Heiz- bzw. Kühlkanälen und der Walzenoberfläche jeweils in einem Bereich von 60 bis 70 mm.
  • Der Walzendurchmesser ist bevorzugt größer als 700 mm.
  • Die Dicke des Walzenmantels liegt bevorzugt in einem Bereich von 180 bis 240 mm.
  • Von Vorteil ist insbesondere auch, wenn der Abstand zwischen den äußeren peripheren Heiz- bzw. Kühlkanälen kleiner oder gleich dem einfachen Durchmesser eines Heiz- bzw. Kühlkanals ist.
  • Bei einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Walze ist die im Betrieb erzeugte Wärmeleistung größer oder gleich 25 kW/m2 Oberfläche.
  • Die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf des Heiz- bzw. Kühlmediums liegt vorteilhafterweise in einem Bereich von 6 bis 16 K.
  • Als Heiz- bzw. Kühlmedium kann beispielsweise Öl oder Wasser vorgesehen sein.
  • Ist als Heiz- bzw. Kühlmedium Öl vorgesehen, so liegt die Strömungsgeschwindigkeit in den Heiz- bzw. Kühlkanälen bevorzugt in einem Bereich von 1,5 bis 2,5 m/s.
  • Ist als Heiz- bzw. Kühlmedium Wasser vorgesehen, so liegt die Strömungsgeschwindigkeit in den Heiz- bzw. Kühlkanälen vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 bis 1,5 m/s.
  • Bei einer bevorzugten praktischen Ausführungsform besitzt die Walze einen Grundkörper, der aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit ≥ 30 W/mK besteht.
  • Bevorzugt besteht die Walze aus einem Grundkörper mit einer harten verschleißfesten Oberfläche.
  • Vorteilhafterweise umfasst die Walze einen aus Stahl mit einer Härte ≥ 380 V bestehenden Grundkörper sowie eine direkt auf diesen Grundkörper aufgebrachte, insbesondere aus WC oder CrC bestehende Spritzschicht mit einer Dicke in einem Bereich von 0,05 bis 0,5 mm und einer Härte ≥ 580 HV.
  • Eine zweckmäßige alternative Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Walze einen aus Stahl mit einer Härte < 420 HV bestehenden Grundkörper sowie eine auf diesen Grundkörper aufgeschweisste Hartschicht mit einer Dicke in einem Bereich von 2,0 bis 6,0 mm und einer Härte ≥ 500 HV umfasst.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Walze einen Grundkörper mit gehärteter Oberfläche, die bei einer Härtetiefe ≥ 2 mm eine Härte ≥ 450 HV aufweist.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Walze einen Grundkörper mit gehärteter Oberfläche, die bei einer Härtetiefe ≥ 2 mm eine Härte ≥ 380 HV aufweist, sowie eine direkt auf diesen Grundkörper aufgebrachte, insbesondere aus WC oder CrC bestehende Spritzschicht mit einer Dicke in einem Bereich von 0,05 bis 0,5 mm und einer Härte ≥ 580 HV.
  • Mit der erfindungsgemäßen Walze ergibt sich eine deutlich gleichmäßigere Oberflächentemperatur. Bei einem Vergleich mit herkömmlichen Walzen hat sich insoweit eine Verbesserung von etwa 50 % ergeben. Überdies wird auch eine deutlich höhere Formstabilität erzielt, d.h. die Abweichungen von der idealen Kreisform wurden entsprechend verringert. Bei einem Vergleich mit herkömmlichen Walzen hat sich insoweit eine Verbesserung von etwa 33 % ergeben.
  • Dem Umstand, dass eventuell eine höhere Vorlauftemperatur erforderlich ist, kann technisch problemlos Rechnung getragen werden.
  • Die Erfindung ist grundsätzlich zwar bei Heiz- und/oder Kühlwalzen anwendbar. Bevorzugt ist jedoch deren Anwendung bei beheizten Walzen.

Claims (16)

  1. Walze zur thermischen Behandlung einer Materialbahn, insbesondere Kalanderwalze, mit einem Walzenmantel, der mit peripheren Heiz- und/oder Kühlkanälen versehen ist, die mit einem Heiz- bzw. Kühlmedium beaufschlagbar sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Walzendurchmesser größer als 400 mm ist, dass die Dicke des Walzenmantels in einem Bereich von 140 bis 260 mm liegt, dass der Durchmesser der vorzugsweise durch Bohrungen gebildeten Heiz- bzw. Kühlkanäle in einem Bereich von 24 bis 60 mm liegt und dass der Abstand zwischen den Heiz- bzw. Kühlkanälen und der Walzenoberfläche jeweils größer als 55 mm ist.
  2. Walze nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Abstand zwischen den Heiz- bzw. Kühlkanälen und der Walzenoberfläche jeweils in einem Bereich von 60 bis 70 mm liegt.
  3. Walze nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Walzendurchmesser größer als 700 mm ist.
  4. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Dicke des Walzenmantels in einem Bereich von 180 bis 240 mm liegt.
  5. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Abstand zwischen den peripheren Heiz- bzw. Kühlkanälen kleiner oder gleich dem einfachen Durchmesser eines Heiz- bzw. Kühlkanals ist.
  6. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die im Betrieb erzeugte Wärmeleistung größer oder gleich 25 kW/m2 Oberfläche ist.
  7. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf des Heiz- bzw. Kühlmediums in einem Bereich von 6 bis 16 K liegt.
  8. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Heiz- bzw. Kühlmedium Öl oder Wasser vorgesehen ist.
  9. Walze nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Heiz- bzw. Kühlmedium Öl vorgesehen ist und bei diesem Heiz- bzw. Kühlmedium die Strömungsgeschwindigkeit in den Heiz- bzw. Kühlkanälen in einem Bereich von 1,5 bis 2,5 m/s liegt.
  10. Walze nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass als Heiz- bzw. Kühlmedium Wasser vorgesehen ist und bei diesem Heiz- bzw. Kühlmedium die Strömungsgeschwindigkeit in den Heiz- bzw. Kühlkanälen in einem Bereich von 0,5 bis 1,5 m/s liegt.
  11. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sie einen Grundkörper besitzt, der aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit ≥ 30 W/mK besteht.
  12. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sie aus einem Grundkörper mit einer harten verschleißfesten Oberfläche besteht.
  13. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sie einen aus Stahl mit einer Härte ≥ 380 HV bestehenden Grundkörper sowie eine direkt auf diesen Grundkörper aufgebrachte, insbesondere aus WC oder CrC bestehende Spritzschicht mit einer Dicke in einem Bereich von 0,05 bis 0,5 mm und einer Härte ≥ 580 HV umfasst.
  14. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sie einen aus Stahl mit einer Härte ≤420 HV bestehenden Grundkörper sowie eine auf diesen Grundkörper aufgeschweisste Hartschicht mit einer Dicke in einem Bereich von 2,0 bis 6,0 mm und einer Härte ≥ 500 HV umfasst.
  15. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sie einen Grundkörper mit gehärteter Oberfläche umfasst, die bei einer Härtetiefe ≥ 2 mm eine Härte ≥ 450 HV aufweist.
  16. Walze nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sie einen Grundkörper mit gehärteter Oberfläche, die bei einer Härtetiefe ≥ 2 mm eine Härte ≥ 380 HV aufweist, sowie eine direkt auf diesen Grundkörper aufgebrachte, insbesondere aus WC oder CrC bestehende Spritzschicht mit einer Dicke in einem Bereich von 0,05 bis 0,5 mm und einer Härte ≥ 580 HV umfasst.
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