FI112963B

FI112963B - Roll for paper-board device

Info

Publication number: FI112963B
Application number: FI971542A
Authority: FI
Inventors: Juhani Vestola; Kari Niemi
Original assignee: Metso Paper Inc
Priority date: 1997-04-11
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 2004-02-13
Also published as: FI971542A0; FI971542A

Abstract

A roll for a paper/board machine or finishing machine where the frame part (1) of the roll is coated with a ceramic layer (3) 3100-2000 ~mm thick. The ceramic contains 50-95%, preferably 55-80% chromium oxide, 3-50%, preferably 20-45% titanium oxide, and possibly other metal oxides. The roughness Ra of the outer face of the roll is 0.2-2.0 ~mm, preferably 0.4-1.5 ~mm. Also claimed are: (i) the production of the above roll by applying the appropriate ceramic and finishing to the required degree of roughness; and (ii) a ceramic composition as set out above

Description

112963112963

Uusi keraaminen puristintela, menetelmä telan valmistamiseksi ja telan pinnoitekoostumusNew ceramic press roll, roll manufacturing method and roll coating composition

En ny keramisk pressvals, ett förfarande för att framställa valsen i och en ytbeläggningssammansättning för valsen 5En ny keramisk pressvals that förfarande för att framställa valsen i och en ytbeläggningssammansättning för valsen 5

Keksinnön kohteena on paperin ja kartongin valmistuksessa käytettävä puristintela, etenkin puristimen keskitela, pitkänippipuristintelan vastatela, kuumapuristintela tai 10 vastaava, joka on suoraan kosketuksessa märkään paperirataan, menetelmä telan valmistamiseksi ja telan pinnoitekoostumus.The present invention relates to a press roll for use in the manufacture of paper and board, in particular a center roll of a press, a counter nip of a long nip press, a hot press roll or the like which is in direct contact with a wet paper web.

Paperi- tai kartonkikoneen puristintela on ensimmäinen tela, jonka pinta on suoraan kontaktissa paperirainaan. Viiraosalta puristinosalle tulleessaan paperiraina on märkää, 15 kuiva-ainepitoisuus noin 18 %. Puristuksen tarkoituksena on paitsi poistaa rainasta vettä myös tiivistää rainaa lujuusominaisuuksien saamiseksi ja parantaa paperin pinnan laatua. Suora kontakti puristintelan pinnan kanssa vaikuttaa merkittävästi paperin pintaominai- ! suuksiin, mikä asettaa suuria vaatimuksia telan pinnan laadulle. Telan pintaominaisuudet ovat kriittiset myös prosessin kannalta. Märän paperiradan tulee tarttua telaan sopivasti, , : 20 mutta toisaalta irrota telasta helposti. Telan tulee olla hyvin kaavaroitavissa, helposti .:. puhtaana pidettävä sekä säilyä pitkään hyvässä käyttökunnossa.The press roll of a paper or board machine is the first roll whose surface is in direct contact with the paper web. Upon entering the press section into the press section, the paper web is wet with a dry solids content of about 18%. The purpose of the compression is not only to remove water from the web but also to seal the web to obtain strength properties and to improve the surface quality of the paper. Direct contact with the press roll surface significantly affects the surface properties of the paper! which places great demands on the quality of the roll surface. The surface properties of the roll are also critical to the process. The wet paper web should grip the roll properly,,: 20 but easily remove it from the roll. The roll should be well scrapable, easy to handle. kept clean and in good working order for a long time.

• | Ajettavuuden kannalta on edelleen oleellista, että pintaominaisuudet eivät saa muuttua Γ .. prosessin aikana siten, että esim. radan irtoavuutta telan pinnasta ei hallita. Suorasta ' : 25 ratakontaktista johtuen telan pintaan tarttuu kuitua ja likaa, jotka tukkivat pintakerroksen ja sen seurauksena telan pintaominaisuudet muuttuvat. Likaantumisefektin korjaamiseksi telaa kaavaroidaan, mikä puolestaan asettaa omat vaatimuksensa telan mekaanisille pintaominaisuuksille.• | From the point of view of runnability, it is still essential that the surface properties must not change Γ .. during the process such that the release of the web from the surface of the roll, for example, is not controlled. Due to the 'straight': 25 web contacts, the surface of the roll adheres to fibers and dirt which clog the surface layer and consequently the surface properties of the roll are changed. To correct the fouling effect, the roll is scraped, which in turn sets its own requirements for the mechanical surface properties of the roll.

30 Erityisen vaativia pintaominaisuuksia edellytetään puristimen keskiteloilta, joissa rata ....: puristuu telapintaa vasten kahdessa nipissä, sekä pitkänippipuristimen vastateloilta, joissa radan ja telan kontaktipinta on pitempi ja nippikuorma suurempi. Näissä tapauksissa 2 112963 rainan tarttumistaipumus ja telan likaantuminen rainakontaktissa on erityisen voimakasta. Mainituissa positioissa käytetään erityisesti leveissä paperikoneissa taipumakompensoitu-ja teloja. Erityisen vaativiin olosuhteisiin telapinta joutuu edelleen silloin, kun puristus tapahtuu korotetussa lämpötilassa joko lämmittämällä rataa ennen keskitelaa (esim. 5 höyrylaatikolla) tai telan välityksellä radan ollessa sen pinnalla (kuumennettava keskitetä tai ns. impulssikuivatus).Particularly demanding surface properties are required for press rollers having a web ....: pressed against the roll surface in two nipples, and for long nip press rolls having a longer contact surface between the web and roll and a higher nip load. In these cases, the adhesion tendency of the 2 112963 web and the fouling of the roll in the web contact is particularly strong. In the said positions, especially in wide paper machines, deflection compensators and rollers are used. Particularly demanding conditions continue to occur when the roll surface is pressed at elevated temperature, either by heating the web before the central roll (e.g. 5 steam boxes) or by means of a roll while the web is on its surface (central heating or so-called impulse drying).

Paperinkoneen puristinosassa on perinteisesti käytetty telaa, joka yleensä valmistettiin graniitista. Graniittiteloja on käytetty graniitin erinomaisten pintaominaisuuksien vuoksi, 10 paperiraina irtoaa hallitusti graniitin pinnasta ja tämän seurauksena saadaan hyvä : ajettavuus ja vähäiset katkot. Graniittitela on ollut mahdollista hioa sopivaan karheuteen.The press section of a papermaking machine has traditionally used a roll, usually made of granite. Granite rollers have been used because of the excellent surface properties of granite, the 10 paper webs are controlled release from the granite surface, resulting in good: runnability and minor breaks. It has been possible to grind the granite roll to a suitable roughness.

Se kestää kohtuullisen hyvin kaavaroinnin ja nipin aiheuttamaa kulutusta, mikä on johtanut yleensä varsin pitkiin huolto- ja kunnostusväleihin. Toisaalta koska graniitti on luonnon materiaalia, se on epähomogeenista ja sen pintaominaisuudet ovat epätasaisesti 15 jakautuneet massaan. Lisäksi sen lujuusominaisuudet, erityisesti vetolujuus ja iskunkestä-vyys ovat huonot. Edelleen koska paperikoneiden ajonopeudet sekä telojen lämpötilat, nippipaineet ja profilointitarve ovat kasvaneet, lujuus- ja kulutuskestävyysvaatimukset telojen suhteen ovat kasvaneet. Näiden syiden seurauksena muista materiaaleista j valmistetut telat ovat vähitellen alkaneet korvata graniittiteloja. Yleisemmin nykyisin :· 20 käytetään metallirunkoisia teloja, jotka pinnoitetaan telan pinnalle kiinnitettävällä : metallilla, cermeteillä, keraamisilla materiaaleilla, polymeereillä ja elastomeeripohjaisilla “· yhdisteillä tai niiden erilaisilla seoksilla. Synteettiset kivitelat, jotka on pinnoitettu kovakumin tai polyuretaanin tai muun polymeerin sekaan lisätyllä kivi- tai keraami-: jauheseoksella, ovat osoittautuneet heikoiksi huonon mekaanisen kestävyytensä ja 25 paperirainan liiallisen telan pintaan tarttumisen vuoksi.It is reasonably well resistant to abrasion and nip wear, which has generally resulted in quite long service and repair intervals. On the other hand, because granite is a natural material, it is inhomogeneous and its surface properties are unevenly distributed in the mass. In addition, its strength properties, in particular tensile strength and impact resistance, are poor. Further, as paper machine driving speeds, roller temperatures, nip pressures and need for profiling have increased, the strength and wear resistance requirements for rollers have increased. As a result of these reasons, rolls made of other materials have gradually begun to replace granite rolls. More generally nowadays: · 20 rolls with metal frames are used which are coated with metal, cermets, ceramic materials, polymers and elastomer-based “· compounds or various mixtures thereof. Synthetic stone rolls coated with a hard rubber or polyurethane or other polymer blend of stone or ceramic powder have proven to be poor due to their poor mechanical strength and excessive adhesion of the paper web to the surface of the roll.

FI-patenttihakemuksessa 853544 kuvataan telan pinnoite, joka koostuu metallista tai .. i · * metallin ja keraamisen materiaalin seoksesta. FI-patentissa 70 273 on puristintelan pinnoitteeksi esitetty metallijauheen ja epäorgaanisen aineen seoksia. FI-patenttihake-·:·: 30 muksessa 861803 puolestaan on esitetty puristintelarakenne, jossa metallisen rungon pintaan on valmistettu metallinen tartuntakerros, jonka lämpölaajenemiskerroin on 3 112963 pienempi kuin metallirungolla ja tartuntakerroksen päälle on valmistettu keraaminen pintakerros. FI-patentissa 84 506 on esitetty puristintela, jonka metallinen runkosylinteri on pinnoitettu välikerroksella, joka koostuu keraamisen materiaalin ja metallin kom-posiittiyhdisteestä siten, että komposiittiyhdisteen komponenttien seossuhde on erisuuri 5 välikerroksen eri osissa telan säteen suunnassa sekä keraamisesta pintakerroksesta. FI-patentissa 86 566 on esitetty puristimen keskitela, joka on valmistettu päällystämällä telarungon vaippa korroosionsuojakerroksella, joka koostuu kromipitoisesta ruostumattomasta teräksestä sekä pintakerroksesta, joka on valmistettu termisesti ruiskuttamalla jauhetta, jossa metalli- ja keraamifaasit ovat samassa jauhepartikkelissa. Patenttijul-10 kaisussa WO 93/01326 on esitetty puristintelan pinnoitekoostumus, joka käsittää alumiinisilikaatin ja maa-alkalimetallioksidin seoksen, joka on plasmaruiskutettu telan pintaan. Eurooppalaisessa patenttihakemuksessa 0 657 237 on kuvattu kobolttia sisältävien volframikarbidirakeiden ja nikkeliä sisältävien kromikarbidirakeiden terminen ruiskutus telan pintaan. FI-patentissa 89 950 on kuvattu paperikoneen puristintela, jossa 15 telan metallisydämen vaippa on pinnoitettu metallikerroksella, joka käsittää molybdeeni-ja nikkelipohjaiset metallilejeeringit. Metallikerroksen päälle valmistetaan keraaminen pinnoite termisellä ruiskutuksella. Sopivia keraamisia yhdisteitä ovat harmaa alumiiniok-sidi (95 % AI2O3 - 2,5 % TK^), valkea alumiinioksidi (99 % AI2O3), titaanidioksidi (T1O2) jne. sekä niiden seokset. Eurooppalaisessa patenttihakemuksessa 0 481321 on :.: : 20 esitetty puristintela, jossa metalliytimen päälle on valmistettu molybdeeni- tai nikkelipoh- * · jäinen lejeerinkivälikerros esimerkiksi plasmaruiskuttamalla, ja tämän päälle on plasma- I · • " ruiskutettu keraaminen kerros, joka koostuu metallioksideista tai niiden seoksista.FI Patent Application 853544 describes a roll coating consisting of a metal or a mixture of a metal and a ceramic material. FI Patent 70,273 discloses blends of metal powder and inorganic material as coating for a press roll. In contrast, U.S. Patent Application Serial No. 861803 discloses a press roll structure in which a metal adhesive layer is produced on a metal body surface having a coefficient of thermal expansion of 3 112963 lower than a metal body and a ceramic surface layer on a metal body. U.S. Patent No. 84,506 discloses a press roll having a metal body barrel coated with an intermediate layer consisting of a composite compound of ceramic material and metal such that the ratio of the components of the composite compound is different across the intermediate portions of the intermediate layer and the ceramic top layer. U.S. Patent No. 86,566 discloses a center roll of a press made by coating a casing of a roll body with a corrosion protection layer consisting of chromium-containing stainless steel and a surface layer made by thermally spraying a powder in which the metal and ceramic phases are in the same powder. WO 93/01326 discloses a press roll coating composition comprising a mixture of aluminum silicate and alkaline earth metal oxide sprayed on the surface of a roll. European Patent Application 0 657 237 discloses thermal injection of cobalt-containing tungsten carbide granules and nickel-containing chromium carbide granules onto a roll surface. U.S. Patent No. 89,950 describes a papermaking press roll, in which the metal core sheath of the 15 rolls is coated with a metal layer comprising molybdenum and nickel-based metal alloys. A ceramic coating is made on the metal layer by thermal spraying. Suitable ceramic compounds include gray alumina (95% Al 2 O 3 - 2.5% TK 4), white alumina (99% Al 2 O 3), titanium dioxide (T 1 O 2), etc., and mixtures thereof. European Patent Application 0 481321 discloses:.:: 20 a press roll having a molybdenum or nickel-based alloy interlayer on a metal core, for example by plasma spraying, and having on it a plasma-injected ceramic layer consisting of metal oxides or alloys thereof .

'·' Lopuksi tela päällystetään orgaanisella polymeerillä keraamisen pinnan huokosten täyttämiseksi. Kansainvälinen patenttihakemus WO 96/41 918 on esimerkkinä kuumapu-25 ristintelasta, jonka pinnoite on termisesti ruiskutettu metallikeraamista ja keraamin sekä » · · tietyn metalliseoksen seoksesta.Finally, the roll is coated with an organic polymer to fill the pores of the ceramic surface. International Patent Application WO 96/41,918 is an example of a hot-rolled crossover roll which is thermally sprayed with a mixture of ceramic and ceramic and a certain alloy.

• · · • « » • · ·;·* Edellä mainituilla tunnetun tekniikan mukaisilla ja nykyisillä markkinoilla olevilla keraamipintaisilla teloilla on kuitenkin havaittu esiintyvän lukuisia ongelmia, puutteita ·...· 30 tai rajoituksia. On havaittu, että paperikoneen ajonopeuden kasvaessa ja paperin neliöpainon pienentyessä radan irtoaminen ja kaavaroituvuus vaikeutuvat. Erityisen 4 112963 ongelmallisia nämä ovat puristimen keskiteloilla ja pitkänippipuristimen vastateloilla. Pinnoitteilla on puutteita mekaanisen ja kemiallisen kestävyyden suhteen. Kromioksidit ovat kovia, mutta niiden sitkeys on huono ja syntyy helposti mekaanisia vaurioita. Voimakkaasti mekaanisesti kuluttavissa olosuhteissa telan pinta kuluu ja hioutuu sileäksi 5 erityisesti A^Oypohjaisten keraamien tapauksessa, eivätkä AI2O3-pohjaiset keraamipin-noitteet kestä kaavarointia terästerällä. Kemiallisen rasituksen kestävyys keraamisilla | pinnoitteilla on puutteellinen, mikä johtaa telan pintakerroksen vaurioihin, kuten | korroosioon ja delaminaatioon. Etenkään A^C^-pohjaiset keraamiset pinnoitteet eivät kestä lipeäpesuja. Keraamiset pinnoitteet on usein termisesti ruiskutettu telan pintaan, 10 mistä väistämättä seuraa pinnan huokoisuus. Huokoisuuden vuoksi korroosiota aiheuttavat aineet voivat kulkeutua telan ja tartuntapinnoitteen rajapinnalle ellei tartunta- ja korroosiosuojapinnoitteen tiiveys ole riittävä. Keraamisen kerroksen alla olevan tartunta-kerroksen viat voivat johtaa telan korroosioon pinnoitteen alla ja näin koko telan pilaantumiseen pitkän ajanjakson kuluessa. Vaikeuksia aiheuttaa lisäksi telan pintaan 15 kertyvä materiaali, joka tukkii helposti pintakerroksen huokoiset, jolloin telan tartunta-ominaisuudet muuttuvat.However, a number of problems, shortcomings, or limitations have been found in the above-mentioned prior art ceramic rollers on the market today. It has been found that as the speed of the papermaking machine increases and the basis weight of the paper decreases, the separation and scrapability of the web becomes more difficult. Particularly problematic of 4112963 are these with the center rolls of the press and the counter rolls of the long nip press. Coatings have shortcomings in mechanical and chemical resistance. The chromium oxides are hard, but their toughness is poor and mechanical damage can easily occur. Under high mechanical abrasion conditions, the surface of the roll is abrasive and abrasive, particularly in the case of Al 2 O-based ceramics, and Al 2 O 3-based ceramic coatings do not withstand scraping with a steel blade. Resistance to chemical stress by ceramics the coatings are defective, resulting in damage to the roll surface, such as | corrosion and delamination. In particular, A ^ C ^ -based ceramic coatings do not withstand lye washing. Ceramic coatings are often thermally sprayed onto the roll surface, which inevitably results in porosity of the surface. Due to the porosity, corrosive substances can migrate to the interface between the roll and the adhesive coating unless the sealing of the adhesive and corrosion protection coating is sufficient. Defects in the adhesive layer beneath the ceramic layer can lead to corrosion of the roll under the coating and thus to the deterioration of the entire roll over a long period of time. In addition, the material accumulating on the surface of the roll 15, which easily clogs the porous surface layer, causes difficulties, thus changing the adhesive properties of the roll.

Tämän keksinnön päämääränä on uusi, kestävämpi ja parannettu keraaminen keskitela, * I f menetelmä keksinnön mukaisen keskitelan valmistamiseksi sekä telan pinnoitekoostumus.The object of the present invention is a new, more durable and improved ceramic center roll, a method for manufacturing the center roll according to the invention and a coating composition of the roll.

: ·; 20 * * » ’ ‘ Keksinnön mukaiselle paperi- tai kartonkikoneen puristintelalle, menetelmälle puristutte- lan valmistamiseksi ja telan pinnoitekoostumukselle on tunnusomaista se, mitä on esitetty ·. itsenäisissä patenttivaatimuksissa 1, 9 ja 17.: ·; 20 * * »'' The press roll of a paper or board machine according to the invention, a process for making a press roll and a coating composition of a roll are characterized by what is shown in ·. independent claims 1, 9 and 17.

25 Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan valmistaa uusia teloja tai pinnoittaa käytettyjä teloja uudelleen, joista teloista vanha pinnoite on ensin poistettu.The process according to the invention can be used to make new rolls or to re-coat used rolls from which the old coating has first been removed.

? * » , *. Keksinnön päämääriin pääsemiseksi ja tekniikan tasossa ilmenneiden ongelmien ratkaise miseksi paperikoneen puristintela päällystetään pinnoitteella, joka sisältää 50 - 95 % * » · * ’. 30 ja 5 - 50 % T1O2· Telan ulkopinnan karheus Ra on alueella 0,4 - 2,0 μνα ja sen 5 112963 ulkopinnan huokoisuus alueella 1 - 20 %. Näin pinnoitetulla telalla on todettu olevan optimaaliset ominaisuudet tarttuvuuden, irtoavuuden ja kaavaroitavuuden suhteen.? * », *. In order to achieve the objects of the invention and to solve the problems encountered in the prior art, the press roll of a papermaking machine is coated with a coating containing 50-95% * »· * '. 30 and 5 - 50% T1O2 · The roughness Ra of the outer surface of the roll is in the range of 0.4 - 2.0 μνα and the porosity of its outer surface of 5 112963 is in the range of 1 - 20%. The roll so coated has been found to have optimum properties in terms of adhesion, release and scrapability.

Kromioksidipitoisuudella 50 - 95 % saadaan pinnoitteelle tarvittava kovuus ja kulumis-I 5 kestävyys. Puhtaan kromioksidin sitkeys on huono, minkä vuoksi kromioksidipitoisuus j ei voi ylittää 95 %. 5 - 50 % titaanioksidilisäyksellä pinnalle saadaan sitkeyttä iskumai sia rasituksia vastaan, mikä parantaa myös kulumiskestävyyttä iskumaisessa kulutustilan-teessa. Myös pinnoitteen delaminoituminen estyy. Lisäksi titaanioksidi kromidioksidin seassa lisää pinnan hydrofiilisyyttä, joka ratkaisevasti parantaa radan irtoamista ja 10 vähentää myös selvästi likaantumistaipumusta. Titaanioksidipitoisuuden kohottaminen yli 50 % kuitenkin alentaa kovuusarvoja ja heikentää kulumiskestävyyttä. Titaanioksidi voidaan myös korvata osittain tai kokonaan alumiinin, piin, zirkonin, magnesiumin, mangaanin ja volframin oksideilla tai niiden seoksilla.With a chromium oxide content of 50-95%, the coating hardness and wear resistance are obtained. Pure chromium oxide has poor ductility and therefore the chromium oxide content j cannot exceed 95%. The addition of 5 to 50% titanium oxide gives the surface toughness against impact stress, which also improves wear resistance in the impact wear condition. Delamination of the coating is also prevented. In addition, titanium oxide among chromium dioxide increases the hydrophilicity of the surface, which significantly improves web release and also significantly reduces the tendency to soiling. However, raising the titanium oxide content by more than 50% reduces hardness values and reduces wear resistance. Titanium oxide may also be partially or completely replaced by oxides of aluminum, silicon, zirconium, magnesium, manganese and tungsten, or mixtures thereof.

15 Keksinnön mukainen tiivis ja luja keraamikerros parantaa tartuntapinnoitteen antamaa korroosiosuojavaikutusta telassa. Kromioksidin korroosiokestävyys on selvästi parempi kuin esim. Al203:n, jolloin esim. telan pesuissa käytettävät emäksiset tai happamat kemikaalit eivät aiheuta telapinnan syöpymistä. Titaanioksidiseostus ei kavenna saavutet- • tua laajempaa pH-aluetta, jolla voidaan toimia kuten Taulukko 1 esittää.The dense and rigid ceramic layer according to the invention improves the corrosion protection effect of the adhesive coating on the roll. The corrosion resistance of chromium oxide is clearly better than that of, for example, Al 2 O 3, whereby alkaline or acidic chemicals used in, for example, roll cleaning do not cause corrosion of the roll surface. The titanium oxide alloy does not reduce the broader • achieved pH range for operation as shown in Table 1.

20 • Taulukko 1.20 • Table 1.

Pinnoitteiden liukoisuudet (ppm) happamissa (pH 1) ja emäksisissä (pH 13) olosuhteissa. : Koeaika 1 viikko.Solubility (ppm) of coatings under acidic (pH 1) and basic (pH 13) conditions. : Trial 1 week.

2525

Pinnoite pH 1 pH 13Coating pH 1 pH 13

Al203 (97 %) 4,9 4,6Al 2 O 3 (97%) 4.9 4.6

Cr203 (75 %) + Ti02 (25 %) 0,1 0,6 ; Cr203 (92 %) 0,1 0,6 6 112963Cr 2 O 3 (75%) + TiO 2 (25%) 0.1 0.6; Cr 2 O 3 (92%) 0.1 0.6 6 112963

Keksinnön mukaisen keraamisen pinnan karheusarvo Ra on välillä 0,4 - 2,0 jam, edullisesti Ra on 0,6 -1,5 jam. Käytännön kokeiden perusteella on havaittu, että karheuden kasvattaminen tiettyyn rajaan saakka helpottaa radan irtoamista, mutta taas liian suuri karheus huonontaa kaavarin pitoa ja lisää terän kulumista.The ceramic surface of the invention has a roughness value Ra of between 0.4 and 2.0 µm, preferably Ra of 0.6 to 1.5 µm. Practical tests have shown that increasing the roughness up to a certain limit facilitates the removal of the web, but too much roughness reduces the grip of the scraper and increases the wear of the blade.

; 5; 5

Termisesti ruiskutetun keraamipinnoitteen huokoisuus on tyypillisesti välillä 1 - 20 %.The porosity of the thermally sprayed ceramic coating is typically between 1 and 20%.

| Lian tunkeutuminen pinnoitteeseen pienenee kun huokoisuus alenee. Titaanioksidin j C^O^-pinnoitetta tiivistävä vaikutus edistää siten myös puhtaanapysymistä edullisten sitkeys- ja pintaominaisuuksien lisäksi.| Dirt penetration into the coating is reduced as porosity decreases. The C jO C coating effect of titanium oxide thus promotes purity in addition to the advantageous toughness and surface properties.

1010

Keksinnön mukainen menetelmä telojen pinnoittamiseksi sekä keksinnön mukainen pinnoite soveltuvat paperin ja kartongin valmistuksessa käytettävän telan, etenkin puristimen keskitelan, pitkänippipuristintelan vastatelan tai kuumapuristintelan tai vastaavan, jotka yleensä ovat taipumakompensoituja, pinnoittamiseen.The method of coating rolls according to the invention and the coating according to the invention are suitable for coating rolls used in the manufacture of paper and board, in particular the center roll of a press, a long press nip roll or a hot press roll or the like, which are generally deflection compensated.

1515

Erästä keksinnön mukaista ratkaisua havainnollistetaan liitteenä olevan kuvion 1 avulla.An embodiment of the invention is illustrated by the attached Figure 1.

!!

Kuvioissa 2-5 on verrattu keksinnön mukaisen telan ominaisuuksia mm. tunnetun . ’ : tekniikan mukaisten telojen ominaisuuksiin.Figures 2-5 compare the properties of a roll according to the invention e.g. known. ': The properties of prior art rolls.

• » 20 i : : Kuvaluettelo: 1. Keksinnön mukainen ratkaisu.• »20 i:: Picture list: 1. Solution according to the invention.

' ·'': 2. Telan pinnan hydrofiilisyys.'·' ': 2. Hydrophilicity of roll surface.

'·· 3. Paperiradan irtoaminen telan pinnasta.'·· 3. Detaching the web from the surface of the roll.

: 4. Telan karheuden vaikutus radan irtoamiseen.: 4. Effect of roll roughness on track release.

25 5. Telapinnoitteiden kulumiskestävyys.25 5. Abrasion resistance of roller coatings.

Kuviossa 1 on esitetty keksinnön mukainen ratkaisu telan pinnan poikkileikkauksen muodossa. Telan sydämen 1 päälle valmistetaan 100 - 400 μιη paksuinen nikkelikromi-, ‘ tartuntapinta 2, ja sen päälle valmistetaan 100 - 2000 μηι paksuinen keraaminen pinnoite : 30 3, joka käsittää 50 - 95 % C^C^a ja 5 - 50 % TiC^.a.Figure 1 shows a solution according to the invention in the form of a cross-section of a roll surface. On the roll core 1, a nickel-chrome adhesive surface 2 of 100-400 μιη thick is made and a ceramic coating of 100-2000 μηι thick is made on the roll core 1 comprising 50-95% C ^ C ^ and 5-50% TiCl ^. .a.

7 1129637, 112963

Kuviossa 2 on esitetty telan pinnan hydrofiilisyys eli vesihakuisuus veden kosketuskul-man eli kontaktikulman avulla. Kuviossa on verrattu graniitti-, AI2O3-, C ^()3-, 75 % + T1O2 25 % ja Cr203 50 % 4- T1O2 50 % pintoja. Mitä pienempi kosketus-kulma on, sitä suurempi hydrofiilisyys. Tämän kuvion perusteella voidaan havaita, että | 5 (^2()3 75 % + 25 % Ti02-pitoinen pinta on selvästi kaikkein hydrofiilisin. Hydrofiili- seen pintaan muodostuva vesikalvo estää tahmoaineita tarttumasta telan pintaan. Samalla riittävä vesikalvo helpottaa radan irtoamista.Figure 2 illustrates the hydrophilicity or water solubility of the surface of the roll by the contact angle or contact angle of the water. The figure compares the surfaces of granite, Al 2 O 3, C 4 - (3), 75% + T 1 O 2 25% and Cr 2 O 3 50% 4 - T 1 O 2 50%. The smaller the contact angle, the higher the hydrophilicity. From this pattern it can be seen that | 5 (^ 2 () 3 A 75% + 25% TiO 2 -containing surface is by far the most hydrophilic. The water film formed on the hydrophilic surface prevents stickers from sticking to the surface of the roll. At the same time, a sufficient water film facilitates the release of the web.

Kuviossa 3 on esitetty radan irrotustyö radan irtoamiskulman funktiona. Radan irtoami-10 sen helppoutta kuvataan parhaiten irrotustyöllä (J/m^). Vertailukelpoisissa olosuhteissa kuviossa olevat irrotustyön arvot on esitetty irtoamiskulman funktiona verrattaessa graniittitelaa 75 % + 25 % T1O2 pintaiseen puristintelaan ja puristintelaan, joka sisälsi (^2()3 92 % + 3 % TiC>2 + 5 % SiC^· Parhaat arvot saatiin telalla, joka oli pinnoitettu 75 % + 25 % TiC^lla.Figure 3 illustrates the web removal work as a function of the web release angle. The ease of stripping-10 is best described by the stripping work (J / m ^). Under comparable conditions, the release values in the figure are plotted as a function of the release angle when compared to a granite roller with a 75% + 25% T1O2 surface press roll and a press roll containing (^ 2 () 3 92% + 3% TiC> 2 + 5% SiC ^. which was coated with 75% + 25% TiCl 2.

1515

Kuviossa 4 on esitetty irtoamiskulma puristintelan pinnan karheuden funktiona. Radan irtoamista voidaan mitata irtoamiskulman avulla pidettäessä kaikki muut tekijät, esim. radan ominaisuudet ym. vakiona. Pieni irtoamiskulma korreloi helpon irtoamisen kanssa.Figure 4 shows the release angle as a function of the surface roughness of the press roll. Track release can be measured by the release angle, keeping all other factors, such as track characteristics, etc. constant. The small detachment angle correlates with the ease of detachment.

* Kokeissa vertailukelpoisissa olosuhteissa saatiin kuviossa 4 esitetty riippuvuus, jonka • s ; 20 perusteella puristintelan pinnan karheus on pidettävä tietyllä alueella radan läpilaskuris- ; kin minimoimiseksi ja toisaalta irtoamishelppouden maksimoimiseksi.* In experiments under comparable conditions, the dependence shown in Fig. 4 was obtained with • s; 20, the roughness of the surface of the press roll must be kept within a certain range of the track throughput; on the one hand, and on the other hand, to maximize ease of removal.

• ‘ Kuviossa 5 on esitetty eri pinnoitteiden kulumiskestävyys kumipyöräabraasiokokeessa.Figure 5 shows the wear resistance of various coatings in the rubber wheel abrasion test.

: Graniitin, AI2O3 97 % pinnoitteen, 92 % pinnoitteen ja 75 % + T1O2 25 25 % pinnoitteen painohäviötä mitattiin kvartsihiekka-abraasion jälkeen. Titaanioksi- diseostus (25 %) parantaa abrasiivista kulumiskestävyyttä, koska pinnoitteen sitkeys on parempi kuin puhtaammalla (92 %) kromioksidilla. Pinnoitteen graniittia suurempi kovuus puolestaan antaa paremman kulumiskestävyyden. Voidaan todeta, että ,,: 75 % + TiC>2 25 % pinnoitteen painohäviö oli pienin ja kulumiskestävyys oli paras.: Weight loss of granite, Al2O3 97% coating, 92% coating and 75% + T1O2 25% coating was measured after quartz sand abrasion. Titanium oxide alloy (25%) improves abrasive wear resistance because the toughness of the coating is better than cleaner (92%) chromium oxide. The higher hardness of the granite coating, on the other hand, gives better wear resistance. It can be noted that,: 75% + TiC> 2 25% coating had the lowest weight loss and the best abrasion resistance.

30 8 11296330 8 112963

Seuraava esimerkki kuvaa keksintöä lähemmin. Oikein valitulla telan pinnoitteella on pyritty säätämään kiinteän aineen, eli telan pinnan, ja nesteen ja märän paperipinnan välinen vuorovaikutus eli adheesio optimialueelle.The following example further illustrates the invention. The correct choice of roll coating has been used to adjust the interaction between the solid, i.e. the surface of the roll, and the liquid and the wet paper surface, i.e. adhesion, to the optimum range.

5 Telan rungon vaippa, joka voi olla rautaa, terästä tai muuta vastaavaa, pinnoitetaan tartuntapinnalla, joka on metallia tai metallien seosta, edullisesti nikkelikromiseosta, ja jonka paksuus on 100 - 400 μτη käyttäen termistä ruiskutusmenetelmää. Tartuntapinnan päälle valmistetaan keraaminen pintakerros, joka sisältää Ch^O^a 50 - 95 % ja TiC^a 5 - 50 % käyttäen suurnopeusliekkiruiskutusmenetelmää (HVOF) tai plasmaruisku-! 10 tusmenetelmää (APS), joka aikaansaa tarvittavan partikkelien sulamisen ja johtaa tiiviiseen ja lujaan pintaan. Pinnoitteella on erittäin suuri kovuus, sitkeys ja korroosionkestävyys. Pinnalla ei esiinny lainkaan delaminaatio-ilmiötä, kuluminen ja pinnan siliäminen mekaanisen rasituksen takia on erittäin vähäistä. Tämän vuoksi pinnoitteen yhteydessä voidaan käyttää teräskaavaria, joka ei naarmuta pintaa. Märkä paperirata 15 tarttuu keksinnön mukaiseen telaan sopivasti, mutta irtoaa telasta helposti siten, että irtoamiskulma on optimialueella kovillakin ajonopeuksilla. Tela on hyvin kaavaroitavissa ja helposti puhtaanapidettävä. Lisäksi telan pinta on sopivan hydrofiilinen torjuen likaantumista ja tarjoten paperiradalle optimaaliset tarttumis- ja irtoamisominaisuudet.5 The casing of the roll body, which may be iron, steel or the like, is coated with a bonding surface made of metal or an alloy of metals, preferably nickel-chromium alloy, of a thickness of 100 to 400 μτη using a thermal injection process. On the adhesive surface, a ceramic surface layer containing 50-95% Ch 2 O 5 and 5-50% Ch 2 O 5 is prepared using the high-speed flame spraying method (HVOF) or plasma spraying. 10 (APS), which provides the required particle melting and leads to a dense and firm surface. The coating has a very high hardness, toughness and corrosion resistance. There is no delamination effect on the surface, and wear and smoothing due to mechanical stress is very low. Therefore, a steel scraper which does not scratch the surface can be used with the coating. The wet paper web 15 conveniently grips the roll according to the invention, but is easily detached from the roll so that the release angle is within the optimum range even at high speeds. The roller is highly scrapeable and easy to clean. In addition, the surface of the roll is suitably hydrophilic to prevent fouling and provide optimum adhesion and release properties to the paper web.

'. : Edelleen telan pinnan huokoisuus ja karheus ovat alueella, jossa paperiradan irtoamis- « ;» 20 ja tarttumisominaisuudet ovat optimit ja toisaalta telan kaavaroitavuusominaisuudet : : : säilyvät hyvinä.'. : Further, the porosity and roughness of the surface of the roll are in an area where the paper web peelability and adhesion properties are optimal and on the other hand the roll scraping properties::: remain good.

t ’ \t '\

» I»I

f t ff t f

Claims

112963

1. A press roll for a paper machine / board machine having a first layer of adhesive (2) and then a ceramic layer (3) having a thickness of 100 to 2000 μιη 5 and a roughness Ra of the outer surface of the roll of 0.4 to 2, 0 μιη and the porosity of the roll surface is 1 -! 20%, characterized in that the ceramic layer (3) comprises 50-95% Q 2 Og and! 5 to 50% TiO?: A. 1 of 5 [

Press roll according to Claim 1, characterized in that the content of ceramic 10 in the layers (3) is 60-80%.

Press roll according to Claim 1 or 2, characterized in that the concentration of TiCl 2 in the ceramic layer (3) is 20-30%.

Press roll according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the ceramic layer (3) contains, in addition to TiO 2, oxides of aluminum, silicon, zirconium, magnesium, manganese or tungsten or mixtures thereof. * · J

Press roll according to one of Claims 1 to 4, characterized in that at least one 100 - 400 »* · *» »'' 'is coated between the frame body (1) and the ceramic layer (3). . * μπι: η thick adhesive layer (2) of metal or metal alloy by thermal spraying: · la. • «·

Press roll according to one of Claims 1 to 5, characterized in that the ceramic surface layer (3) is manufactured by high-speed flame injection or ''; plasma spraying. '

Press roll according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the outer surface of the roll has a roughness Ra of between 0.6 and 1.5 μιη. V \ 30 • {· I »1 * 112963

Press roll according to one of claims 1 to 7, characterized in that the roll is a deflection compensated roll, in particular a center roll of a press or a counter roll of a long nip press or a hot press roll.

A method for manufacturing a press roll of a paper / board machine, wherein first a gripping layer (2) and then a ceramic layer (3) having a thickness of 100 to 2000 μιη and a roughness Ra of the outer surface of the roll of 0.4 are superimposed on the roll body shell (1). - 2.0 and the porosity of the outer surface of the roll is from 1 to 20%, characterized in that the ceramic layer (3) comprises 50 - 95% C2O2 and 5 - 50% TiCl2.

Process according to claim 9, characterized in that the concentration of C2O2 is 60-80%.

Process according to Claim 9 or 10, characterized in that the concentration of TiCl 2 is 20-30%.

Method according to one of Claims 9 to 11, characterized in that the ceramic layer contains, in addition to TiCl 2, aluminum, silicon, zirconium, magnesium, | * Oxides of manganese or tungsten or mixtures thereof. ; ; 20 * * #> * ·

Method according to one of Claims 9 to 12, characterized in that at least one 100 to 400 is coated between the body (1) and the ceramic layer (3). ·, Μιη: η thick adhesive layer (2) by thermal spraying. . ·. 25

Method according to one of Claims 9 to 13, characterized in that the surface layer (3) is manufactured by high-speed flame injection technology or plasma spraying.

Method according to one of Claims 9 to 14, characterized in that the outer surface of the roll 30 has a roughness Ra of between 0.6 and 1.5 μιη. - * »112963

Method according to one of Claims 9 to 15, characterized in that the roll is a deflection compensated roll, in particular a center roll of a press or a counter roll of a long nip press or a hot press roll.

A coating composition for a press roll, wherein the top coating of the roll body (1) is a ceramic layer (3) having a thickness of 100 to 2000 μτη with a roughness Ra of 0.4 to 2.0 and a porosity of 1 to 20%, characterized in that: wherein the ceramic layer (3) comprises 50 -95% Q2C3 and 5-50% TiCl2. j 10

Coating composition according to claim 17, characterized in that the concentration of C CO Om is 60-80%.

Coating composition according to claim 17 or 18, characterized in that the TiCl2 content is 20-30%. 15

Coating composition according to one of Claims 17 to 19, characterized in that the ceramic layer (3) contains oxides of aluminum, silicon, zirconium, magnesium, manganese or tungsten or mixtures thereof in addition to TiCl 2. r>> · »'t <· | ; · | ! '; 20

A coating composition according to any one of claims 17 to 20, characterized in that: ''! at least one adhesive layer (2) having a thickness of 100 to 400 μm, which is thermally sprayed, between the body part (1) and the ceramic layer (3). • t I

Coating composition according to one of Claims 17 to 21, characterized in that: '25 that the outer surface of the roll has a roughness Ra of 0.6 to 1.5 µΐη.

A coating composition according to any one of claims 17 to 22, characterized in that,. that the roll is a deflection compensated roll, particularly a center roll of a press or a counter roll of a long nip press or a hot press roll. 30, 112963