FI70264B - Anordning foer framstaellning av mekanisk massa - Google Patents

Description

ΓΒ1 M\ KUULUTUSJULKAISU

•sSFff ^ 11 UTLÄGGNINGSSKRIFT 7 0264 (45) (51) Kv.lk.*/lnt.CI.« D 21 B 1/1*1, 1 /18 SUOMI —FINLAND (21) Patenttihakemus — Patentans6knlng 8021 A 9 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 0 k. 07.80 (»=») (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 04.0 7.8 0 (41) Tullut {ulkiseksi — Blivit offentlig 07.01 .81

Patentti- ja rekisterihallitus (44) Nähtäväksi panon |a kuul.julkalsun pvm.— „

Patent-och registerstyrelsen ' ' Ansökan utlagd och utl.skriften publlcerad 2o.0Z.oo (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — BegSrd prioritet 06.07.79 Ruotsi-Sverige(SE) 79059^+2 (71) Sunds Defibrator AB, Sandhamnsgatan 81, 115 28 Stockholm,

Ruotsi-Sver ige(SE) (72) Hjal mar Sten Ingemar Bystedt, Enebyberg, Ruotsi-Sverige(SE) (7*0 For ssen £ Salomaa Oy (5*0 Laite mekaanisen massan valmistamiseksi -

Anordning för f ramstä11 ning av mekanisk massa

Keksinnön kohteena on laite mekaanisen massan valmistamiseksi lignoselluloosa-pitoisesta materiaalista, missä laitteessa yhtä tai useampaa materiaalikappa-letta pidätetään ja lisäämällä vettä, joka mahdollisesti sisältää kemikaaleja, puristetaan ainakin yhtä hiomakiekon toisella tai molemmilla päätypinnoilla olevaa hioma-aluetta vasten, joka kiekko pyörii kiekon päätypintoihin nähden suorassa kulmassa kulkevan akselin ympäri suljetussa kammiossa, joka on ylipaineessa.

Tavanomainen tapa lignoselluloosapitoisen materiaalin kuitujen irroittamiseksi hiomalla on se, että materiaalia, s.o. yleensä puukappaleita puristetaan lisäämällä vettä hiomakiven sylinterimäistä vaippapintaa vasten. Kivi pyörii avoimesti ilmankehän paineessa.

Vaikkakin useita parannuksia on tehty vuosien kuluessa, on menetelmällä määrätyt rajoituksensa. Hiomakiven tuotantokykyä voidaan lisätä vain määrättyyn rajaan asti, joka määräytyy hiomakiven pituudesta, läpimitasta ja pyörimisnopeudesta. Kun kiven pituus ja läpimitta kasvaa, kasvaa kiven ja akselin rasitus kiven lisääntyneen painon puun kiven vaippapintaa vasten tulevan puris-tuspaineen johdosta. Kiven suurempi pituus lisää edelleen kiven ja akselin tai- 70264 vutusmomenttia. Dynaamiset rasitukset lisääntyvät kiven koon ja pyörimisnopeuden kasvaessa. Nopeuden ollessa korkea kiven rasitusta lisää keskipakoisvoima, niin että sideaineella varustettu keraaminen materiaali, josta kivi normaalisti on valmistettu, voi murtua. Keskipakoisvoima saa aikaan myös sen, että puu ja ruiskutusvesi lingotaan ulos hiontapinnalta.

Hiominen tarvitsee paljon energiaa, ja suuria lämpömääriä kehittyy puun kitkassa kiveä vasten. Kivi imee suuren osan tästä lämmöstä, joka kivi sitten jäähdytetään ruiskuttamalla vettä hionta-alueen jälkeen. Koska kivimateriaalilla on huono lämmönjohtokyky, tulee kivipinnasta hyvin kuuma ja se voi mennä rikki lämpöjännityksen johdosta.

Kaikki nämä tekijät rajoittavat hiomakiven tuotantokykyä. Siten tulee myös energiankulutus/tonni tuotettua massaa korkeaksi. Sitä massalaatua, joka voidaan saavuttaa, rajoittavat myös määrätyt edellytykset. Hiomapinta on muodostettu keraamisesta materiaalista valmistetuista terävistä rakeista, joita ympäröi sideaine. Kun rakeet kuluvat, hiomapinnasta tulee tasainen ja tuotanto laskee samalla, kun massasta tulee aivan liian hienoksi jauhettua. Pinta on tällöin teroitettava teroitusrullalla, joka hieroo uuden hiomakuvion. Koska kiekon työpinta tämän johdosta muuttuu jatkuvasti hiomisen aikana, massalaatu vaihtelee. Terävät hiomarakeet repivät kuidut, niin että saadaan lyhytkuituista massaa, jossa on huonot lujuusominaisuudet. Tässä suhteessa on saatu aikaan määrätynlainen parannus nk. lämpöhiomisen avulla, jolloin suljetaan vesijärjestelmä niin, että kivelle tuleva ruiskutusvesi muodostuu prosessissa olevasta lämpimästä poistovedestä. Lämmitettäessä puut pehmenevät, niin että kuidut hiotaan irti vähemmän vahingoittuneina kuin kylmähiomisessa. Lämmitystä rajoittaa kuitenkin kiven yllä mainittu tarpeellinen jäähdyttäminen. Koska prosessi tapahtuu avoimesti ilmakehän paineessa, hioma-alueen lämpötila on rajoitettu 100°C:en. Korkeassa lämpötilassa esiintyy myös niin voimakasta haihtumista, että puut kuivuvat, mikä ei ole edullista massalaadulle. Näiden haittojen välttämiseksi on viime aikoina hiomakivi asetettu ylipaineeseen. Kuitenkin hiomakiven muut haitat jäävät jäljelle.

Keraamisen hiomapinnan haittojen eliminoimiseksi on tehty kokeita asettamalla sylinterimäiselle vaippapinnalle kuvioitu hiomapinta, joka on valmistettu teräksestä. Näin on muodostunut mm. muoto, jossa on pieniä esiintyöntyviä harjoja, joissa on määrätyt kaarevuussäteet ja korkeus. Tällaisen hiomapinnan avulla on onnistuttu valmistamaan hyvää massaa, mutta menetelmää ei ole käytetty käytännössä. Tällaiset kaarevat hiomaelimit tulevat hyvin kalliiksi, koska ne on valmistettava hyvin hyvillä toleransseilla ja ne on vaihdettava usein, koska ne samoin kuin muutkin hiomaelimet kuluvat ja siten menettävät 3 70264 kokonaan hyvät ominaisuudet.

Käytetään myös kiekkoraffinöörejä mekaanisten massojen valmistamiseksi. Kiekko-raffinööreissä on kaksi kuvioitua jauhatuskiekkoa, jotka on tavallisesti valmistettu teräksestä tai valuraudasta. Jauhatuskiekot pyörivät toisiaan vasten, jolloin joko toinen kiekko pyörii ja toinen on paikallaan tai molemmat pyörivät vastakkaisiin suuntiin. Puuta ei kuitenkaan pidätetä, kuten hionnassa, vaan sitä viedään jatkuvasti hakkeen muodossa jauhatuskiekkojen väliin. Tästä syystä voidaan käyttää myös pienpuuta, sahausjätettä, kutterinlastuja, sahanpuruja jne., jotka eivät sovellu hiomiseen. Menetelmä antaa tuloksena hyvänlaatuista massaa, mutta energiankulutus on suuri.

Keksinnön päätehtävänä on saada aikaan laite, joka eliminoi mainitut haitat ja saa aikaan hiomalaitteen tuotantokyvyn olennaisen lisäyksen, energiankulutuksen vähenemisen/tonni tuotettua massaa ja parannetun massalaadun.

Tämä ja muut tehtävät toteutetaan hiomalaitteessa, joka käsittää hiomakiekon, joka pyörii hiomakiekon molempien päätypintojen keskusten läpi kulkevan akselin ympäri, elimet yhden tai useamman materiaalikappaleen pidättämiseksi ja puristamiseksi toista päätypintaa tai molempia päätypintoja vastaan, jotka muodostavat hiomapinnan, jolloin materiaalin kuidut on olennaisesti suunnattu hiomapinnan tasoon, lisäämällä vettä, joka mahdollisesti sisältää kemikaaleja, olennaisesti siten, että hiomapintaa ympäröi suljettu kammio, joka on ylipaineessa, että on järjestetty pidätyselimet pitämään materiaalikappaleet siten, että kuidut on olennaisesti suunnattu ulospäin hiomakiekon keskuksesta, sekä että on järjestetty vedensyöttöe1 imet veden syöttämiseksi hiomakiekon keskukseen .

Keksinnön mukaisen laitteen muut tunnusmerkit käyvät ilmi patenttivaatimuksista. Seuraavassa keksinnön erästä suoritusmuotoa selitetään viitaten oheisiin piirustuksiin.

Piirustuksissa kuv. 1 esittää vaakaleikkauskuvaa laitteesta, kuv. 2 on pysty-leikkauskuva kahdesta vastakkain olevasta hiomaosastosta, kuv. 3 on pystysuora ulkokuva laitteesta aksiaalisessa suunnassa nähtynä, kuv. 4 ja 5 esittävät kahta hiomakiekon kuvioinnin vaihtoehtoista suoritusmuotoa.

Hiomakiekko 1 on tuettu vaakasuoralle akselille 2, joka on laakereissa 3. Nämä voivat ottaa vastaan myös aksiaalisia voimia molemmissa suunnissa. Akselia käytetään moottorilla 4. Hiomakiekossa on hiomapinta molemmilla tasaisilla sivuilla. Hiomapinta on kuvioitu ja valmistettu teräksestä, valuraudasta, kovametallista 70264 tai muusta materiaalista, jossa on hyvä kulutuskestävyys. Kuvio muodostuu poikkipuista (kuv. 4) tai korokkeista (kuv. 5), jotka on varustettu reunoilla, jotka suorittavat olennaisen osan muokkauksesta ja kuitujen irroittamisesta puukappaleista. Poikkipuiden tai korokkeiden reunat on suunnattu olennaisesti ulospäin hiomakiekon keskuksesta. Siten, että reunat on näin suunnattu samaan suuntaan kuin puun kuidut, vältetään kuitujen katkeaminen, niin että ne irroitetaan siten, että kuitupituudet ovat olennaisesti koskemattomia. Näin saadaan massaa, jossa on hyvät vahvuusominaisuudet.

Hiomakiekko on suljettu kammioon 5, joka on varustettu höyrynottolaitteilla 6, neljällä vedenottolaitteella 7 ja aukolla 8 alaspäin, joka on liitetty paine-säiliöön 9. Kammiossa on edelleen aukot neljää hiomaosastoa 10 varten, joista kaksi hiomakiekon kummallakin sivulla ja toisiaan vastapäätä. Jokaisen osaston ulkopäätyyn on liitetty painesylinteri 11, joka on varustettu painemännällä 12, joka on yhdistetty osastossa olevaan puristuslevyyn 13.

Osaston yläsivulla on aukko kouruun 14. Aukko voidaan sulkea kannella 15 ohjaus-sylinterin 16 avulla. Kouru voidaan sulkea myös ylhäältä samanlaisella kannella 17 ohjaussylinterin 18 avulla. Kouru on edelleen varustettu höyryntuloputkella 19 ja höyryn- ja ilmanpoistoputkella 20.

Kun hiominen aloitetaan, saatetaan akseli 2 pyörimään moottorin 4 avulla. Tuore höyry johdetaan sisään höyrynottolaitteen 6 kautta ja hiomalaite lämmitetään. Tämän jälkeen suljetaan painesäiliön pohjassa oleva laskuventtiili 21 ja hioma-laite asetetaan höyrynpaineeseen. Kouru 14 täytetään puunkappaleilla, minkä jälkeen kannet 17 suljetaan. Kourussa oleva ilma ajetaan ulos höyryn- ja ilman-poistoputken 20 kautta höyryllä, joka syötetään höyryntuloputken 19 kautta.

Tämän jälkeen poistoputki 20 suljetaan ja kouru asetetaan höyrynpaineeseen. Kannet 15 avataan ja kourussa oleva puu putoaa alas hiomaosastoon 10. Kannet 15 suljetaan. Vedenottolaitteen 7 kautta ruiskutetaan lämmintä vettä hiomapin-noille. Hiominen aloitetaan nyt asettamalla puristuslevyt 13 puuta vasten paine-mäntien 12 avulla. Tuotettu hiokemassa, joka muodostuu puukuitujen ja veden seoksesta kerätään kammioon 5 ja se putoaa alas painesäiliöön 9. Laskuventtiili 21 avataan ja massa puhalletaan ulos. Venttiiliaukkoa säädetään niin, että massan taso pysyy vaikiona painesäiliössä.

Laskuventtiilin eteen sijoitetaan parhaiten desintegraattori tai "fibrilizer" 22, joka muodostuu esim. pyörivistä akselilla olevista veitsistä, jotka rikkovat mahdollisesti mukanatulevat suurehkot puukappaleet pienemmiksi palasiksi, niin että putkijohdot, venttiilit tai muut sellaiset eivät tukkeudu.

Ulospuhaltamisen jälkeen massa kootaan ammeeseen, jossa se laimennetaan poisto- 70264 vedellä sopivaan konsentraatioon märkäseulontaa, pyörrepuhdistusta, paksuntamista jne. varten ja edelleenmuokkausta varten paperiksi, kartongiksi jne.

Hiomisen aikana kourusta 14 poistetaan höyry poistoputken 20 kautta. Kannet 17 avataan, uutta puuta täytetään, kannet 17 suljetaan ja kouru tuuletetaan ja asetetaan höyrypaineeseen kuten yllä on kuvattu.

Kun kaikki osastossa olevat puut on hiottu, viedään puristuslevy 13 takaisin, kansi 15 avataan ja uutta puuta putoaa osastoon. Näiden neljän osaston puristus-jaksot on ajallisesti siirrettyjä, niin että vain yksi puristuslevy on kuormitettu kerrallaan. Siten rajoitetaan moottorin 4 kuormituksen väheneminen 25%:iin.

Massan hienousastetta säädetään puristusmäntien puristuspaineella. Korkeammalla puristuspaineella massasta tulee karkeampaa samalla, kun tuotanto nousee.

Käytössä, jolloin kaikki neljä puristuslevyä on asetettu samaan puristuspai-neeseen, tulee hiomakiekosta aksiaalisesti tasapainotettu. Tällöin ei esiinny mitään taivutusvoimia kiekolla eikä myöskään mitään aksiaalista laakereiden kuormitusta. Vain osaston vaihdossa kuormitetaan kiekkoa ja laakeria 25%:11a yhteenlasketusta puristusvoimasta.

Kuv. 4 esittää osaa hiomakiekon pinnasta. Hiomapinta voi olla muodostettu yhtenä kappaleena, mutta valmistetaan parhaiten useista erillisistä vaihdettavista levyistä, jotka on valmistettu teräksestä, valuraudasta, kovametalliseoksesta, kovametallista tai jostakin muusta kulutusta kestävästä materiaalista. Kuvioissa esitetyssä suoritusmuodossa muodostuu kuvio olennaisesti säteittäisesti suunnatuista, pinnalta ulospäin työntyvistä poikkipuista, jotka muodostavat väliinsä uria. Puumateriaalin muokkaus suoritetaan poikkipuilla, etenkin pyörimissuunnassa johtavalla poikkipuureunalla siten, että muodostunut massa, s.o. kuitu-vesiseos kuljetetaan ulos keskipakoisvoimalla urien kautta ja kootaan kammioon 5.

Kuviossa 5 on esitetty vaihtoehtoinen kuviomalli, jossa on hiomapinnan säteitä pitkin järjestettyjä korokkeita.

Kun johtava poikkipuu- tai korokereuna on jonkin aikaa tapahtuneen käytön jälkeen pyöristynyt kulutuksen johdosta, pyörintäsuunta voidaan kääntää, niin että toisesta reunasta tulee johtava. Poikkipuun kulumisen johdosta teroittuu sitten aikaisemmin johtava reuna ja pyörintäsuunta vaihdetaan uudestaan jonkin ajan kuluttua. Osaston seinämät on varustettu hiomapinnan lähellä säädettävillä kaavinlaitteilla tai myös koko osasto voidaan siirtää, kun poikkipuut tai 70264 korokkeet kuluvat, niin että koko ajan vain vähäinen etäisyys säilytetään osaston reunojen ja hioraapinnan välillä.

Hiomalaitteen tuotantokykyyn vaikutetaan kuten mainittiin massan sillä hie-nousasteella, joka säädetään puristuspaineen avulla. Siihen vaikuttaa myös kiekon läpimitta ja pyörimisnopeus, jotka voivat olla huomattavasti suurempia kuin tavanomaisissa hiomalaitteissa.

Hioraakiekon keskukseen syötetty neste voi olla vettä, kuten mainittiin. Veden tulee olla lämmintä, n. 40-90°C ja parhaiten se on prosessista johdettua poistovettä. Prosessin kitkalämmön tai mahdollisesti höyryn lisäämisen johdosta veden ja massan lämpötila nousevat nopeasti siihen lämpötilaan, joka vastaa höyryn kyllästystilaa kammioon asetetussa ylipaineessa. Sopiva paine on 150-250 kPa absoluuttista painetta, joka vastaa n. 100-130°C: (Nk. ruskean puuhiokkeen valmistamiseksi käytetään kuitenkin huomattavasti korkeampaa painetta, 500 kPa tai tämän yli). Mahdollinen ylimäärähöyry johdetaan poistoputken 23 kautta, jota säädetään venttiilillä 24 paineen pitämiseksi vakiona. Tässä lämpötilassa pehmenee puukuitujen välissä oleva ligniini, niin että kuidut irtoavat vahingoittumattomina alhaisella energiankulutuksella. Voidaan myös lisätä kemikaaleja veteen massan pH-arvon säätämiseksi, sen valkoisuuden parantamiseksi tai kuitujen irroittamisen helpottamiseksi ligniiniin tapahtuvan kemiallisen vaikutuksen johdosta.

Yllä oleva keksinnön mukaisen laitteen suoritusmuodon selitystä voidaan muunnella eri tavoin. Voidaan järjestää yksi, kaksi tai useampia hioma-alueita eri tavoin hiomakiekon toiseen päätypintaan tai molempiin päätypintoihin.

Puun syöttö osastoon voi tapahtua eri tavoin. Pidätys- ja puristuselimet voivat olla toisentyyppisiä, esim. ketjuja tai ruuveja. Kammiossa oleva paine voidaan ylläpitää toisen paineaineen kuin vesihöyryn avulla, esim. ilman tai inertin kaasun avulla. Hiomapinta voi muodostua esim. keraamisista rakeista, jotka on ympäröity sideaineella. Massan poisto painekammiosta voi tapahtua eri tavoin.

Claims (9)

1. Laite mekaanisen massan valmistamiseksi llgnoselluloosapitoisesta materiaalista, mikä laite käsittä hiomakiekon (1), joka pyörii keskeisen ja hioma-kiekon molempiin päätypintolhln nähden suorassa kulmassa kulkevan akselin (2) ympäri, elimet (10-13) yhden tai useamman materiaalikappaleen pidättämiseksi ja puristamiseksi toista päätypintaa tai molempia päätypintoja vasten, jotka muodostavat hiomapinnat, jolloin materiaalin kuidut on suunnattu olennaisesti hiotnaplnnan tasoon, lisäämällä vettä, joka mahdollisesti sisältää kemikaaleja, tunnettu siltä, että hlotnakiekkoa ympäröi suljettu kammio (5), joka on ylipaineessa, että pidätyselimet on järjestetty pitämään materiaalikappaleet siten, että kuidut on suunnattu olennaisesti ulospäin hiomakiekon keskuksesta, sekä että on järjestetty vedensyöttöelimet (7) veden syöttämiseksi hiomakiekon keskukseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että kammion (5) paine on 100 - 400 a 1000 ja parhaiten 150 - 250 kPa absoluuttista painetta.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että pidätys-elimet muodostuvat yhdestä tai useammasta hiomakiekon suhteen kiinteästä osastosta (10), joihin syötetään materlaallkappale tai -kappaleet kourusta (14), joka voidaan sulkea ja asettaa ylipaineeseen ja että puristuselimet (13) toimivat yhdessä osaston tai osastojen kanssa materiaalikappaleen tai -kappaleiden pitämiseksi puristeltuina hiomapintaa tai -pintoja vasten.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että jokaisen hiomakiekon (1) päätypinnan vieressä on kaksi osastoa (10), jotka on sijoitettu toisen hiomapinnan vieressä olevaa vastaavaa osastoa vastapäätä.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen laite, tunnettu siitä, että kammion (5) paine ylläpidetään aineen avulla, joka on vesihöyryä, ilmaa tai inerttlä kaasua. 70264 8

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen laite, tunnettu siitä, että hiomapinta tai -pinnat muodostuvat kuvioidusta, kovasta ja kulutusta kestävästä materiaalista, kuten teräksestä, valuraudasta, kovametailista tai myös sideaineella varustetusta keramiikasta.

7. Patenttivaatimkuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että kulu-tuspinta tai -pinnat on varustettu ylöspäin työntyvillä hiomaelimillä, jotka ovat poikkipuiden tai korokkeiden muodossa ja jotka muodostavat väliinsä pinnan kehän päin suunnattuja kanavia tai uria ja joissa on lähinnä säteittäi-nen suunta.

7 70264

8. Jonkin patenttivaatimuksista 5-7 mukainen laite, tunnettu siitä, että ylöspäin työntyvien hiomaelinten korkeus hiomapinnan yläpuolella on ainakin 1 - 2 mm ja mieluiten 3-5 mm.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen laite, tunnettu siitä, että hiomaelimet on muodostettu useille erillisille vaihdettaville levyille. 9 . . . · ; 70264