FI103998B - Paperi- tai kartonkikoneen vedenpoistoelementti - Google Patents

Description

5 103998

Paperi- tai kartonkikoneen vedenpoistoelementti Avvattningselement för en pappers- eller kartongmaskin Tämän keksinnön kohteena on paperi- tai kartonkikoneen vedenpoistoelementti, joka on paperikonekudoksen, kuten viiran tai huovan kanssa kosketuksessa.

Paperi- tai kartonkikoneen viira- ja puristinosan, kuten taso- ja siirtoimulaatikon listat, 10 huopaimurin listat, imufoililaatikon foililistat, rintapöydän listat, foililaatikon foililistat, säädettävän foilin listat ja vedenpoistoelementit sijaitsevat paperikoneen kudoksen kulkusuuntaan nähden poikkisuunnassa ja niiden yläpinta, joka on kosketuksissa kudoksen (fabric) kanssa, on nykyisin yleensä kulutusta ja korroosiota kestävää materiaalia, kuten esimerkiksi keräämiä. Viiraosan lista, kuten foililista, on usein muotoiltu 15 yläpinnaltaan siten, että veden poisto mahdollistuu kaapimalla ja foiliefektin avulla, kun lista kehittää jättöpuolelleen tyhjön, joka on verrannollinen viiran nopeuteen. Paperi- tai kartonkikoneen viiralla kulkeva massa sisältää tunnetusti voimakkaasti korroosiota sekä kulumista aiheuttavia yhdisteitä. Toisaalta vedenpoistoon sekä alipaineen ja paineiskujen aikaansaamiseen käytettävään vedenpoistoelementtiin, kuten esimerkiksi viiraosan 20 listaan, kohdistuu ankara mekaaninen rasitus. Listoihin kohdistuu myös termisiä jännityksiä, jotka aiheutuvat kuivakäynnistä riittämättömässä voitelutilanteessa sekä prosessilämpötilan ja voiteluvesilämpötilojen vaihteluiden vuoksi. Nämä tekijät asettavat korkeat vaatimukset listan korroosiokestävyydelle, mekaaniselle kestävyydelle, huollettavuudelle sekä myös sen toiminnallisille ominaisuuksille. Suurista vaatimuksista huolimat-25 ta listan valmistuksen tulee olla teknis-taloudellinen prosessi, jossa materiaalin valinta on optimoitu ja tuloksena on hinnaltaan edullinen lista.

«< : Nykyisin käytetyt vedenpoistoelementit, kuten viiraosan imulistat voidaan karkeasti jakaa kolmeen ryhmään. Ensimmäiseen ryhmään kuuluvat hinnaltaan edulliset muovilistat, 30 jotka eivät kuitenkaan kestä kulutusta kovinkaan pitkään. Toinen ryhmä käsittää ruostumattomasta teräksestä valmistetut listat, joiden yläpinta on pinnoitettu keraamisella kerroksella. Pinnoitettaessa metallilistoja esimerkiksi termisen ruiskutuksen avulla, ei 2 103998 pystytä aikaansaamaan erityisesti viiraosan listalle välttämätöntä terävää kulmaa, koska keraaminen ruiskutuspinnoite kiinnittyy huonosti metallin terävän kulman kärjessä eli epäjatkuvuuskohdassa. Nämä listat ovat huomattavasti kalliimpia kuin muovilistat, mutta niiden käyttöikäkin on pidempi. Kolmantena ryhmänä voidaan mainita sintratusta ' 5 keraamisesta materiaalista valmistetut listat, jotka ovat hinnaltaan erittäin kalliita. Näillä listoilla on myös taipumus murtua käsittelyssä ja käytön aikana ja ne kestävät heikosti lämpöshokkeja, mutta niiden käyttöikä on kuitenkin selvästi pidempi kuin kahden aikaisemman ryhmän listoilla. Keraamisista materiaaleista valmistetut listat koostuvat yleensä toisiinsa peräkkäin liitetyistä paloista, joissa liitos on toteutettu liimaamalla ja/tai 10 mekaanisesti liittämällä sopivaan apurankoon kuten lasikuituun.

Lähemmin esimerkkeinä tunnetusta tekniikasta voidaan mainita US-patentissa nro 3 778 342 esitetty ratkaisu, jossa paperikoneen vedenpoistolistat on valmistettu metallista, esimerkiksi ruostumattomasta teräksestä, jonka päälle on kiinnitetty muovi-15 kerros esimerkiksi polyetyleenikerros. Tämän polyetyleenikerroksen terävään kulmaan, joka on viiran tulosuuntaan nähden, on kiinnitetty ruostumaton teräskappale, joka on päällystetty volframikarbidipinnoitteella tai alumiinioksidilla. Tässä ratkaisussa listan muovirunko kuluu selvästi nopeammin kuin itse teräosa. Lisäksi ruostumattoman teräskärjen pinnoittaminen volframikarbidilla tasaisesti on ongelmallista.

20

Suomalaisessa patenttihakemuksessa nro 3868/73 on kuvattu vedenpoistoelementti, jossa metalliseen profiililistaan on kiinnitetty valumassan, kuten lyijyn, sementin tai epoksihartsin avulla kova-aineosia, jotka käsittävät sintrattua alumiinioksidia tai piikarbi-dia ja jotka osat ovat vedenpoistolistan leveyssuunnassa peräkkäin. Tämä ratkaisu vastaa 25 tavanomaista umpikeraamiratkaisua, joka on toteutukseltaan myös erittäin kallis.

• I —

Suomalaisessa patenttihakemuksessa nro 791520 on kuvattu paperikoneen viiran tai huovan imulista, jossa steatiitista tai erikoissteatiitista muotoiltu runko on kiinnitetty teräskiskolle perättäisinä segmentteinä. Steatiittilistan terävän reunan kärkeen on 30 kiinnitetty perättäisinä kappaleina edelleen oksidikeramiikkasegmenttejä, jotka käsittävät sintrattua keräämiä. Metallisen profiililistan päälle liitetyt steatiittisegmentit ja oksidike- 3 103998 ramiikkasegmentit muodostavat ns. tiililimityksen kompensoimaan aineiden erilaisia lämpölaajenemiskertoimia.

US-patentissa nro 4 184 915 on esitetty vedenpoistolista, jossa runkona käytetään 5 metalliprofiilia, esim. ruostumattomasta teräksestä. Metalliprofiiliin on erillisten metallisten tukiosien avulla kiinnitetty muovirunko sekä listan teräväksi kärjeksi viiran tulosuunnassa kappale sintrattua keraamista materiaalia, kuten alumiinioksidia liiman avulla. Tässä ratkaisussa runko-osassa käytetty muovi ja kärjessä käytetty keraami kuluvat aivan eri tahtia, joka aiheuttaa listan kulumisen nopeasti käyttökelvottomaksi. 10 Tämä lista on myös erittäin monimutkainen ja hankala valmistaa.

Patenttijulkaisussa US 4 331 511 on esitetty paperikoneen lista. Metalliseen tukirunkoon on muovin avulla kiinnitetty lista ruostumattomasta teräksestä, jossa sekä listan terävän kärjen alareuna viiran tulosuuntaan nähden sekä listan pinta jättökulman 15 suunnassa on pinnoitettu ruiskuttamalla keraamisella materiaalilla, edullisesti volframi-karbidilla. Volframikarbidi on materiaalina erittäin kovaa, ja koska volframikarbidipin-noitettujen osien väliin jää ruostumattomasta teräksestä oleva yläpinta, tämä kuluu huomattavasti volframikarbidia nopeammin, jolloin listan yläreunaan muodostuu kuoppa, terävä tulokulma teroittuu entisestään ja voi lopulta aiheuttaa viiran rikkoutumisen.

20 , Patenttijulkaisussa WO 93/00473 on esitetty paperikoneen vedenpoistolista, joka käsittää metalliprofiilin, johon on kiinnitetty tukirunko muovista. Muovisen tukirungon yläpintaan on kiinnitetty metalliruuvien avulla ohut levy ruostumattomasta teräksestä tai vastaavasta, joka on päällystetty ruiskuttamalla keraamisella kerroksella. Listan terävä 25 kulma, joka on viiran tulokulma, on pyöreä ja se käsittää muovia.

«< ' Suomalaisessa patenttihakemuksessa nro 943777 on kuvattu paperi- tai kartonkikoneen , kiinteä vedenpoistoelin, joka on valmistettu metalliprofiilista, jonka yhdelle pinnalle on ruiskutettu termisesti keraaminen pinnoite ja profiilin sisäpuoli on täytetty kertamuovi-30 massalla. Tämänkaltainen vedenpoistoelin tai lista ei sovellu moderneihin paperikoneisiin viiraosien listoiksi, koska listaan ei näin saada tarpeeksi terävää kulmaa.

4 103998

Patenttijulkaisussa WO 97/30212 on kuvattu paperikoneen lista ja menetelmä sen valmistamiseksi. Listan runko-osa on valmistettu muovista ja runko-osan päälle on ruiskutettu tai ekstrudoitu kulutusta kestävämpi kerros tai listamainen kappale, joka on muodostettu kovetettavasta liimasta, johon on suspendoitu keraamia/kermet/metallipartik- ' 5 keleita 50 - 70 paino-% polymeerin sekaan. Tällaisen listan kulumiskestävyys on parempi kuin pelkän muovilistan, mutta selvästi huonompi kuin kovempien keraamisten materiaalien kestävyys johtuen polymeerin läsnäolosta. Liimakerroksen päälle voidaan ennen kovetusta lisätä myös muita materiaaleja esim. termisesti ruiskuttamalla tai mekaanisesti sekoittamalla umpikeraamisia paloja kulumiskestävyyden parantamiseksi, 10 mutta tällöin ero listan rungon ja reunan kulumisnopeudessa suurenee ja itse listan käyttöikä lyhenee.

Tämän keksinnön tavoitteena on aikaansaada helposti käsiteltävä, hyvin kulumista kestävä ja valmistuskustannuksiltaan edullinen vedenpoistoelementti, erityisesti viiraosan 15 lista, jolla ei esiinny aikaisempien ratkaisujen ongelmia.

Keksinnön mukaiselle vedenpoistoelementille, erityisesti viiraosan listalle on tunnusomaista, mitä on esitetty patenttivaatimuksissa.

20 Keksinnön mukaisessa viiraosan listassa perusrunkona toimii metallilista tai metallipro-fiili, jossa on T-ura tai vastaava kiinnitystäpä. Tämän profiilin yläpinnalle on ruiskutettu » keraamista materiaalia ja listan toiseen reunaan viiran tulosuuntaan nähden olevaan kulmaan on sovitettu keraamipala sopivasta sintratusta keraamista.

25 Keksinnön mukaisessa ratkaisussa yhdistetään ruiskutetun keraamin edulliset ominaisuudet sekä sintratun keraamin edulliset ominaisuudet. Termisesti ruiskutetulla keräämillä • · on erinomaiset ominaisuudet kitkan ja kulumisen suhteen, mutta ongelmana on ollut lähinnä terävän kulman aikaansaaminen. Tämä ratkaistaan nyt asentamalla tulopuolelle « teräväkulmainen sintrattu keraamilista liimaamalla ja/tai mekaanisen muotoliitoksen 30 avulla keraamipaloista. Ruiskutettu keraamipinta voidaan edelleen käsitellä vähäkit-kaiseksi erikoiskäsittelyn kuten teflonoinnin tai epäorgaanisen alumiinifosfaattitiivistyk- 5 103998 sen eli lujituskäsittelyn avulla. Seuraavassa taulukossa 1 on esitetty graafisesti sintrattu-jen keraami-ja plasmaruiskutettujen keraamipinnoitteiden abrasiivinen kulumiskestävyys.

* 5 Taulukko 1

10 A

Tilavuus- 37 häviö KX\

[mm3] VV

' ™ 14.8 13 2 13.7 ^ ^ il ^ 20 11! |

Kvl ν?λ M Ml > ’ 1 2 3 4 5 6 25 - ..

’ ' Keraamien abrasiivista kulumiskestävyyttä tutkittiin kumipyöräabraasiolaitteistolla, jossa . näytettä painettiin pyörivää kumitelaa vasten 13 N:n voimalla. Abrasiivina käytettiin kvartsihiekkaa ja kulutusmatkana oli 5904 m. Tulokset on ilmoitettu tilavuushäviöinä 30 (mm3).

6 103998 1. Plasmaruiskutettu AljOg-pinnoite 2. Plasmaruiskutettu AI2O3-pinnoite + lujituskäsittely 3. Sintrattu AI2O3 (alumiinioksidi).

4. Sintrattu SiC (piikarbidi).

5 5. Sintrattu S13N4 (piinitridi).

6. Sintrattu ZTA (zirkoniumoksidilla sitkistetty alumiinioksidi).

Abrasiivisen kulumiskokeen tulosten perusteella voidaan sanoa, että lujituskäsitelty plasmaruiskutettu Al203-pinnoite oli selvästi muita pinnoitteita kulumiskestävämpi.

10

Sintrattu keraamilista voidaan myös istuttaa rungon molemmille puolille riippuen listan käyttötarkoituksista. Keksinnön mukaisen ratkaisun etuja ovat tavanomaista umpikera-miikkalistaa selvästi alhaisempi hinta, helppo käsiteltävyys, jättöpinnan muotoilu halutun muotoiseksi on mahdollista, mm. kaareva malli on helposti toteuttavissa. Lista on 15 erittäin hyvin kulutusta kestävä, kuluminen on tasaista ja kitkakerroin on alhainen. Lista voidaan myös kunnostaa uudelleen ja sintratut keramiikkapalat voidaan vaihtaa tarpeen vaatiessa. Edelleen tulokulman muotoa voidaan säätää vaihtamalla kulmaan eri muotoisia keramiikkakappaleita. Listaan ruiskutetun keraamin alueelle voi myös integroida esim. reikiä tai muita vastaavia viiran pesua varten tai ontelolta mittausantureita varten. 20 Vaihtoehtoisesti keraamipalat voidaan sovittaa lisäksi viiran jättösuunnan puolelle, jolloin lista on symmetrinen ja listan toinen sivupinta tai molemmat sivupinnat tai keraamipalo-jen kiinnityslista voidaan myös pinnoittaa keraamisella materiaalilla ruiskuttamalla, jolloin suojataan listaa veden ja veden seassa olevien partikkeleiden kuluttavalta vaikutukselta.

25

Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin oheisten piirustusten avulla.

« I

Kuviossa 1 on esitetty kaavionomaisesti keksinnön mukainen edullinen suoritusmuoto, jossa viiraosan lista 1 käsittää kahta erilaista keräämiä. Viiraosan lista 1 käsittää rungon 30 2, joka on haponkestävä metallinen T-uraprofiili, U-ura tai vastaava. Runko on valmis tettu alumiinista, ruostumattomasta teräksestä tai vastaavasta. Metalliprofiilin yläpintaan 7 103998 3 on ruiskutettu termisesti keraamikerros 4, joka voi käsittää A1203, Cr203, Ti02, Zr02-keraameja tai niiden seoksia. Tulopuolelle 5 on istutettu sintrattuja keraamipaloja 6, jotka käsittävät SiC, Zr02, A1203, tai vastaavaa. Sintratut keraamipalat 6 on kiinnitetty peräkkäin liimaamalla ja/tai mekaanisesti haponkestävään runkoprofiiliin 2. 5 Keraamipinnoite 4 voidaan vielä käsitellä pinnan tiivistämiseksi teflonoimalla tai epäorgaanisella alumiinifosfaatilla. Kun sintratut keraamipalat on kiinnitetty peräkkäin runkoon, suoritetaan listan jälkihionta mahdollisten epätasaisuuksien poistamiseksi.

Kuviossa 2 on esitetty kaaviomaisesti toinen keksinnön mukainen edullinen suoritusmuoto to, jossa viiraosan lista 1 käsittää kahta erilaista keräämiä. Viiraosan lista 1 käsittää haponkestävän rungon 2, joka on metallinen T-uraprofiili, edullisesti alumiinista tai ruostumattomasta teräksestä. Metalliprofiilin yläpintaan 3 on ruiskutettu termisesti keraamikerros 4, joka voi käsittää A1203, Cr203, Ti02, Zr02 tai niiden seoksia. Sekä tulopuolelle 5 että jättöpuolelle 7 on istutettu sintrattuja keraamipaloja 6, jotka käsittävät 15 SiC, Zr02, A1203, Si3N^ tai vastaavaa. Tulopuolen 5 ja jättöpuolen 7 keraamipalat voivat olla samanlaisia tai erilaisia riippuen käyttökohteesta. Sintratut keraamipalat 6 on kiinnitetty liimaamalla ja/tai mekaanisesti haponkestävään runkoprofiiliin 2. Keraamipinnoite 4 voidaan vielä valinnaisesti tiivistää teflonoimalla tai epäorgaanisen alumiinifosfaatin avulla. Lista voidaan hioa mahdollisten epätasaisuuksien poistamiseksi ennen 20 käyttöä.

«

Kuviossa 3a on esitetty keksinnön mukainen edullinen suoritusmuoto, jossa viiraosan lista 1 käsittää kahta erilaista keräämiä. Metallisen uraprofiilirungon 2 yläpintaan 3 on termisesti ruiskutettu keraamikerros 4, joka voi käsittää A1203, Cr203, Ti02, Zr02 -25 keräämiä tai niiden seoksia. Tulopuolelle 5 on istutettu sintrattuja keraamipaloja 6, jotka käsittävät SiC, Zr02, A1203, Si3N^ tai vastaavaa. Sintratut keraamipalat 6 on kiinnitet- ** «» ty peräkkäin mekaanisesti kiinnityslistan 8 kiinnitysruuvin 9 avulla. Rako 11 on . tiivistetty tarvittaessa liimaamalla. Kiinnityslistan pintaan voidaan tarvittaessa valmistaa ruiskutuspinnoite 10 keräämillä kulumisen estämiseksi. Tästä ratkaisusta voidaan myös 30 valmistaa symmetrinen rakenne, joka on esitetty kuviossa 3b. Tällöin sintratut keraami- 8 103998 palat on kiinnitetty sekä listan tulopuolelle 5 että jättöpuolelle 7. Tällöin kiinnityslista voidaan ruiskuttaa keräämillä vastaavasti sekä tulopuolelta että jättöpuolelta.

Kuviossa 4a on esitetty keksinnön mukainen edullinen suoritusmuoto, jossa viiraosan ' 5 lista 1 käsittää myös kahta erilaista keräämiä. Viiraosan lista 1 käsittää metalliprofiili-rungon 2, jonka yläpintaan 3 on ruiskutettu termisesti keraamikerros 4, joka voi käsittää AI2O3, Cx^ö^, TiC>2, ZrC>2 tai niiden keraameja ja/tai niiden seoksia. Sekä tulopuolelle 5 että jättöpuolelle 7 on istutettu sintrattuja keraamipaloja 6, jotka käsittävät SiC, ZrC^, AI2O3, S13N4 -keraameja tai vastaavia. Tulopuolen 5 ja jättöpuolen 7 keraamipalat 10 voivat olla samanlaisia tai erilaisia riippuen listan käyttökohteesta. Tässä ratkaisussa metallinen uraprofiili runko 2 käsittää sekä alalistan 12 että ylälistan 13, joiden muoto lukitsee keraamipalat 6 paikalleen. Alalista 12 ja ylälista 13 on kiinnitetty toisiinsa kiinnitysruuvin 14 avulla listan pohjasta. Keraamipalat 6 kiinnitetään listaan muodon avulla ja liimaamalla. Listan sivupinnat 15 ja 16 voidaan myös pinnoittaa ruiskuttamalla 15 keräämillä tarvittaessa. Vastaava lista voidaan myös valmistaa epäsymmetrisenä, joka ratkaisu on esitetty kuviossa 4b. Tällöin sintratut keraamipalat kiinnitetään ainoastaan toiselle puolelle, esimerkiksi tulopuolelle 5 riippuen käyttökohteesta.

Edellä kuvattu viiraosan keraamilista soveltuu hyvin viiraa tai huopaa vasten asetetuksi 20 vedenpoistoelementeiksi. Tätä voidaan myös luonnollisesti soveltaa muihin paperi- tai kartonkikoneen vedenpoistoelementteihin, jotka ovat kosketuksissa liikkuvaan viiraan tai huopaan. Tällöin käytetyn kappaleen ulkomuoto luonnollisesti saattaa muuttua riippuen käyttötarkoituksesta. Nämä eri käyttötarkoitukset ja muodot ovat kuitenkin ammattimiehelle itsestään selviä.

25 • · *

Claims (15)

103998

1. Paperi- tai kartonkikoneen runkoelementin (2) käsittävä vedenpoistoelementti (1), tunnettu siitä, että runkoelementin (2) yläpinta (3) käsittää termisesti ruiskutetun 5 keraamikerroksen (4) ja tulopuoli (5) käsittää sintratuista keraamipaloista (6) muodostuvan reunan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vedenpoistoelementti, tunnettu siitä, että termisesti ruiskutettu keraamikerros (4) käsittää AI2O3, Cr203, Ti02, Zr02 tai niiden seoksia. 10

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen vedenpoistoelementti, tunnettu siitä, että sintrattu keraamipala (6) käsittää SiC, Zr02, AI203, Si3N4 tai niiden seoksia.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen vedenpoistoelementti, tunnettu siitä, 15 että sintratut keraamipalat (6) on kiinnitetty runkoelementtiin (2) liimaamalla ja/tai mekaanisesti.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen vedenpoistoelementti, tunnettu siitä, että runkoelementti (2) muodostuu yhdestä tai useammasta osasta siten, että listamuo- 20 dolla lukitaan keraamipala runkoelementtiin (2). *

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen vedenpoistoelementti, tunnettu siitä, että vähintään runkoelementin (2) yläpinta, johon ruiskutuspinnoite tehdään, on metallinen.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen vedenpoistoelementti, tunnettu siitä, että keraamipalojen kiinnityslistalla on termisesti ruiskutettu keraamipinnoite ja/tai veden- - poistoelementin toinen sivu tai molemmat sivut on ruiskutettu keräämillä.

8. Paperi- tai kartonkikoneen runkoelementin (2) käsittävä vedenpoistoelementti (1), 30 tunnettu siitä, että runkoelementin (2) yläpinta käsittää termisesti ruiskutetun m 103998 keraamikerroksen (4), tulopuoli (5) käsittää sintratuista keraamipaloista (6) muodostuvan reunan ja jättöpuoli (7) käsittää sintratuista keraamipaloista muodostuvan reunan.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen vedenpoistoelementti, tunnettu siitä, että termises-5 ti ruiskutettu keraamikerros (4) käsittää A1203, Cr203, Ti02, Zr02 tai niiden seoksia.

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen vedenpoistoelementti, tunnettu siitä, että sintratut keraamipalat (6) käsittävät SiC, Zr02, A1203, Si3N4 tai niiden seoksia.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 8 - 10 mukainen vedenpoistoelementti, tunnettu siitä, että sintratut keraamipalat (6) on kiinnitetty runkoelementtiin (2) liimaamalla ja/tai mekaanisesti.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 8-11 mukainen vedenpoistoelementti, tunnettu siitä, 15 että runkoelementti (2) muodostuu yhdestä tai useammasta osasta siten, että listamuo- dolla lukitaan keraamipala runkolistaan.

13. Jonkin patenttivaatimuksen 8-12 mukainen vedenpoistoelementti, tunnettu siitä, että vähintään runkoelementin (2) yläpinta, johon ruiskutuspinnoite tehdään, on 20 metallinen.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 8-13 mukainen vedenpoistoelementti, tunnettu siitä, että keraamipalojen kiinnityslistalla on termisesti ruiskutettu keraamipinnoite ja/tai vedenpoistoelementin toinen sivu tai molemmat sivut on ruiskutettu keräämillä. 25 .

15. Jonkin patenttivaatimuksen 8-14 mukainen vedenpoistoelementti, tunnettu siitä, että runkoelementti (2) on poikkileikkaukseltaan uralista, koostuu yhdestä tai useammsta osasta ja on materiaaliltaan alumiinia, ruostumatonta terästä vähintään niiltä osin, joihin keraaminen materiaali kiinnitetään termisesti ruiskuttamalla. 30 103998