FI70605C - Foerfarande och anordning foer framstaellning av mekanisk massa - Google Patents

Description

> 70605

Menetelmä ja laite mekaanisen massan valmistamiseksi Förfarande och anordning för framställning av mekanisk massa

Keksinnön kohteena on menetelmä ja laite mekaanisen massan valmistamiseksi lignoselluloosapitoisesta materiaalista siten, että materiaalia puristetaan ainakin yhtä hiomakiekon jommalla kummalla tai molemmilla päätypinnoilla olevaa hioma-aluetta vasten, mikä hiomakiekko pyörii suo-5 rassa kulmassa kiekon päätypintoihin nähden kulkevan akselin ympäri.

Menetelmä on edelleenkehitysmuoto ruotsalaisen patenttihakemuksen n:o 79 05942-4 mukaisesta menetelmästä. Tällöin raaka-aine koostuu kuten hyvin tunnetussa kivihionnassa paperipuusta tai n.k. pölkyistä, s.o. koko-10 naisista tukeista, jotka on katkaistu määrätyn pituisiksi. Siihen että osittain käytetään tasaista kuvioidun teräskiekon päätypintaa sylinteri-mäisen hiomakiven kaarevan vaippapinnan sijasta ja osittain suoritetaan hiominen superatmosfäärisessä paineessa, sisältyy etuja, jotka on tarkemmin esitetty mainitussa patenttihakemuksessa. Kuitenkin raaka-aineen kan-15 naita katsottuna haittana tässä menetelmässä on se, että se rajoittuu paperipuuhun, koska näin ei voida käyttää hyväksi sahausjätettä, kuten kelteitä ja rimoja, pienpuuta, erittäin kaarevia puita jne. Tunnetut menetelmät mekaanisen massan valmistamiseksi puuhakkeesta perustuvat kahden toistensa suhteen pyörivän jauhatuskiekon periaatteeseen. Hake syötetään, ny-20 kyisin tavallisesti höyrynpaineessa, kiekkojen väliseen rakoon, missä se saa liikkua vapaasti. Ks. esim. ruotsalainen patentti n:o 341 322. Osaksi molemmilta uurretuilta kiekoilta tulevan vaikutuksen avulla, osaksi kuitu-hiukkasten välisen sisäisen kitkan avulla, kun ne liikkuvat intensiivisesti ja pyörteilevästi jauhatusraossa, vapautetaan ja fibrilloidaan kuidut höyryn 25 pehmentämästä puusidoksesta. Tällöin saadaan massaa, joka on kuitupituuden ja lujuusominaisuuksien suhteen kaikkia muita teollisesti valmistettuja mekaanisia massoja parempi. Siten voidaan olennaisesti säästää kalliimpaa kemiallista paperin vahvistusmassaa. Tällainen nk. lämpömekaaninen massa vaatii kuitenkin paljon energiaa, ja kiekkoraffinööri ja jauhatuskiekot on 30 valmistettava suurella tarkkuudella ja stabiiliudella, jotta suuret jauhatuskiekot toimisivat tyydyttävästi korkeassa pyörimisnopeudessa ja sillä vähäisellä jauhatuskiekkojen etäisyydellä, jotka ovat tarpeelliset.

2 70605

Maksimaalinen mekaanisen massan lujuus on erityisen haluttu sanomalehtipaperissa, joka joutuu kovaan rasitukseen nopeasti kulkevissa sanomalehtipaperikoneissa ja painepuristimissa. Muille paperilaaduille, esim. moni-värisyväpainantapaperille ovat painatusominaisuudet vähintään yhtä tär-5 keitä. Silloin voidaan käyttää massaa, jossa on lyhyempiä kuituja ja korkeampi hienojakeen pitoisuus ja joka antaa tasaisemman pinnan ja suuremman opasiteetin kuin pitkäkuituiset massat.

Keksinnön tehtävänä on valmistaa sellainen massatyyppi, jonka valmistami-10 seen tarvittava energiankulutus on alhainen ja jossa vältetään kivihionnan haitat konstruktiivisessa mielessä eikä sitä ole rajoitettu paperipuuhun. Tämä aikaansaadaan keksinnön mukaisesti patenttivaatimuksissa esitetyillä tunnusmerkeillä varustetun menetelmän ja laitteen avulla.

15 Keksintö käy selville patenttivaatimuksista ja seuraavasta keksinnön erään suoritusmuodon selityksestä.

Kuv. 1 esittää pystyleikkauskuvaa aksiaalitasossa keksinnön mukaisen menetelmän suorittamiseksi tarkoitetusta laitteesta. Kuv. 2 esittää pystykuvaa 20 tästä laitteesta aksiaalisessa suunnassa katsottuna. Kuv. 3 esittää kuvion 2 kaltaista kuvaa vaihtoehtoisesta suoritusmuodosta. Kuviot 4a,5a esittävät erilaisia hiomakiven kuvioinnin suoritusmuotoja, kun taas kuviot 4b,5b esittävät vastaavia leikkauskuvia viivoja IV-IV ja V-V pitkin kuvioissa 4a,5a.

25

Kuten nähdään kuvioista 1 ja 2, pyöreä hiomakivi 1 on asennettu vaakasuoralle akselille 2, joka on tuettu laakereilla 3 ja jota pyöritetään moottorilla 4. Laakerit voivat vastaanottaa myös aksiaalisia voimia molemmissa suunnissa. Hiomakiekko on varustettu molemmilla tasaisilla päätypin-30 noilla kuvioinnilla 5, joka on kohoumien muodossa, jotka esitetään esim. kuvioissa 4a ja 5a. Kuviointi on valmistettu teräksestä, valuraudasta, kovametallista tai jostakin muusta materiaalista, joka kestää hyvin kulutusta. 1

Hiomakivi on suljettu kammion 6 sisään, joka on varustettu höyryn tuloput-kella 7, kahdeksalla veden tuloputkella 8 ja alaspäin olevalla aukolla 9, joka on liitetty painesäiliöön 10. Kammioon on järjestetty edelleen aukot kahdeksalle hakkeen tuloaukolle 11, joista neljä on sijoitettu symmetrisesti hiomakiekon molempien päätypintojen keskelle. Jokaiseen hakkeen tuloaukkoon 3 70605 on liitetty kartiomainen ruuvisyöttölaite 12, joka on varustettu kartio-maisella ruuvilla 13, joka on sijoitettu kartiomaiseen ruuviputkeen 14 ja jota pyöritetään moottorilla M vaihtelevalla kierrosluvulla. Ruuviputki päätyy tulppaputkeen 15, joka laajenee syöttösuuntaan, jolloin saadaan 5 suurempi hiontapinta, ja päätyy kammiossa olevan aukon 11 kautta hionta-pinnan 5 viereen.

Hake putoaa ruuvisyöttölaitteeseen syöksyputken 16 kautta ja se puristetaan kokoon kuljetettaessa sitä hiomakiekolle höyryntiiviiksi, jatkuvaksi tul-10 paksi tai lyhyeksi pötköksi. Puristusaste määräytyy ruuvin ja ruuviputken kartiomaisuuden avulla. Haketulppa lämmitetään ja pehmennetään kammiossa 6 olevalla painehöyryllä. Kun hakepalaset tulevat kosketuksiin hiomapinnal-la 5 olevien kohoumien kanssa, ne hajotetaan kuitukimpuiksi, yksittäisiksi kuiduiksi ja kuitupalasiksi. Nämä sekoitetaan lämpimän veden kanssa, 15 jota ruiskutetaan hiomapinnalle tuloputken 8 kautta. Kuitu-vesi-seos tai massa kulkeutuu keskipakoisvoimien avulla hiomakiekon kehälle, missä se kerääntyy kammioon 6 ja putoaa aukon 9 kautta painesäiliöön 10 ja puhalletaan venttiilin 17 kautta ilmakehään. Painesäiliö voidaan varustaa myös venttiilillä 18 varustetulla höyryn poistoputkella mahdollisen ylimäärä-20 höyryn poistamiseksi. Massa käsitellään sitten edelleen, jolloin se tavallisesti suodatetaan, pyörrepuhdistetaan ja jalostetaan paperiksi, kartongiksi jne. tunnetulla tavalla.

Haluttu kammion ylipaine saadaan aikaan tuomalla höyryä tuloputken 7 kaut-25 ta. Paine voidaan tällöin pitää arvoissa 100-400 korkeintaan 1000 kPa absoluuttista painetta ja edullisin paine on 150-250 kPa absoluuttista painetta. Vastaava kammion lämpötila on tällöin 110-130°C. Tässä lämpötilassa kuitujen välissä oleva ligniini pehmenee, niin että kuidut irtoavat suhteellisen vahingoittumattomina. Hakepalat on suunnattu erilaisiin kui-30 tusuuntiin päinvastoin kuin paperipuun hionnassa, jolloin kuidut ovat yhdensuuntaisesti hiontapinnan kanssa, tai hakeraffinoinnissa, jolloin kuitupalat ovat liikkuvia. Tämän johdosta saadaan lyhytkuituisempaa massaa, jolla on korkeampi hienosubstanssipitoisuus. Kuten yllä mainittiin, tämä voi kuitenkin olla määrätyille paperilaaduille eduksi, ja sekoittamalla 35 erilaisia massatyyppejä keskenään voidaan saada sopiva lujuuden, painet-tavuuden jne. yhdistelmä. Energiankulutus lyhytkuituisen massan valmistamiseksi on myös huomattavasti alhaisempi kuin pitkäkuituiselle massalle, jolla on suurin lujuus. Sen johdosta, että hakepalat suuntautuvat erittäin 4 70605 pitkälti kuitujen suuntaan, ne tulevat kuitenkin puristettaessa niitä kokoon ja hiomakiveä vasten asettumaan pitkittäin, s.o. pääasiassa suuntautumaan kuitusuunnan mukaan hiomakiekon tasossa. Kuitujen osuus, jotka hiotaan siten, että kuitujen suunta on suorassa kulmassa kiekon tasoon 5 nähden, tulee tästä syystä olemaan pieni. Massalla on tästä syystä tavattoman selvät kuituominaisuudet, vaikkakin keskimääräisestä kuitupituudesta ei tule suurinta, kuten mainittiin. Tärkeä tekijä kuiturakenteen ylläpitämiseksi on painehöyryn ilmakehä. Tämän avulla saatu korkean kosteuden ja korkean lämpötilan yhdistelmä on edullinen kuitujen vapauttamiseksi. Muut 10 tekijät, jotka ovat määrääviä massan laadulle, ovat ruiskutusveden määrä, kiekkokuviointi, kiekon pyörimisnopeus, haketulpan puristuspaine hioma-kiekkoa vasten jne. Viimeksi mainittu määrätään säätämällä ruuvisyöttö-laitteen 12 kierroslukua. Kun ruuvin kierroslukua lisätään, lisääntyy puristuspaine. Massasta tulee silloin karkeampaa, s.o. karkeat ja pitkät 15 palaset lisääntyvät ja hienosubstanssin määrä vähenee. Massan vedenpois-tovastus vähenee. Samanaikaisesti tuotanto ja hiomamoottorin kuormitus kasvaa.

Kaikkia ruuvisyöttölaitteita 12 käytetään edullisesti samalla kierrosluvul-20 la yhteisen nopeudensäädön avulla. Jos massan hienousastetta on vaihdeltava hyvin laajoissa rajoissa, tulee hiomamoottorin teho käytettyä huonosti hyväksi valmistettaessa hienoimpia massalaatuja tai myös moottori ylikuormittuu, kun valmistetaan karkeinta massaa. Viimeksi mainitussa tapauksessa voidaan muutamia ruuvisyöttölaitteista sulkea, mutta aina kahden toi-25 siaan vastapäätä olevan syöttölaitteen on oltava käynnissä. Siten hiomakivi 1 tulee aksiaalisesti tasapainotettua, mikä on suuri etu, mitä tulee laakerikuormitukseen ja kiekon taipumiseen. On nimittäin tärkeää, että haketulppaputken sisäpään ja hiomakivessä olevan ulkoneman välinen etäisyys on mahdollisimman pieni, niin että kuiduttamattomat hakeosaset eivät luis-30 kahda väliin ja päädy massaan. Tätä etäisyyttä voidaan säätää hiomapinnan kulumisen mukaan siten, että tulppaputken 15 sisäosa tehdään aksiaalisesti säädettäväksi. Tätä helpottaa hiomapinnan tasaisuus.

Kuv. 3 esittää vaihtoehtoista suoritusmuotoa, jossa on kaksi syöttölaitet-35 ta ja hakkeen tuloaukkoa 11 neljän sijasta, jotka ovat kumpaakin hioma-kiekon tasaista päätypintaa vasten. Tämä suoritusmuoto ei käytä hyväksi yhtä suurta osaa käytössä olevasta hiomapinnasta, mutta on laitteellisesti yksinkertaisempi ja tästä syystä se on sopiva esim. silloin, kun tuotanto- 5 70605 kapasiteetti on alhainen. Hakkeen syöttö syöttölaitteen syöksyputkeen on näin myös yksinkertaisempi järjestää.

Kuv. 4 esittää erästä hiomakiven kuvioinnin suoritusmuotoa, jossa on käy-5 tetty ylöspäin olevia puomeja 20, jotka on suunnattu pääasiassa säteittäi-sesti. Puusubstanssin hajottaminen ja muokkaus suoritetaan näillä puomeilla, ensi sijassa niiden pyörimissuuntaan olevilla reunoilla. Puomien väliset urat tai kanavat 21 huolehtivat massan kuljetuksesta keskipakovoiman avulla kiekon kehälle. Kuv. 5 esittää vaihtoehtoista kuviointia, jossa on 10 käytetty korokkeita 22 puomien sijasta, jotka on sijoitettu säteitä pitkin hiomapinnalle. Puomien ja korokkeiden korkeus hiomapinnasta on vähintään 1-2 mm ja mieluiten 3-5 mm. Kuviopinta voidaan valmistaa yhtenä kappaleena, mutta se valmistetaan sopivimmin useista levyistä, jotka asennetaan hiomapinnalle ja vaihdetaan kulutuksen mukaan toisiin.

15

Yllä esitettyä menetelmän ja laitteen suoritusmuotoa voidaan muuntaa eri tavoin. Voidaan järjestää yksi, kaksi, kolme tai useampia hioma-alueita jommalle kummalle tai molemmille hiomakiekon päätypinnoille. Materiaali-hiukkasten kuljetus hiomapinnalle voi tapahtua eri tavoin. Pidätys-, 20 kokoonpuristus- ja puristuselimet voivat olla toisenlaisia, esim. paine-mäntiä tai ketjuja. Kammion ylipainetta voidaan ylläpitää toisen paine-aineen kuin vesihöyryn, esim. ilman tai inertin kaasun avulla. Hiomapinta voidaan valmistaa esim. keraamisista rakeista, jotka on upotettu sideaineeseen. Massan poisto painekammiosta voi tapahtua eri tavoin.

25

Materiaalia voidaan esikäsitellä eri tavoin, esim. se voidaan kyllästää erilaisilla kemikaaleilla kuitusidoksen pehmentämiseksi, happamuusasteen (pH) muuttamiseksi tai valkaisemiseksi. Kemikaalit voidaan myös lisätä suoraan hionnan yhteydessä, jolloin ne on sopivasti liuotettu ruiskutus-30 veteen. Materiaalia ei saa kuitenkaan hajottaa kemiallisesti tai mekaanisesti, niin että se menettää ominaisuutensa erillisistä hiukkasista, joilla on alussa mainitut summittaiset mitat. Tämä ryhmittymämuoto on nimittäin tarpeellinen, jotta materiaalia voidaan pitää paikallaan hionnan aikana päin vastoin kuin raffinoinnissa.

Keksinnön kohteena on siten menetelmä ja laite mekaanisen massan valmistamiseksi lignoselluloosapitoisesta materiaalista, jolloin materiaali on 35 6 70605 irtotavaran muodossa ja muodostuu suuresta määrästä hiukkasia, tavallisesti puuhakkeesta, se pidätetään paikallaan lisäämällä vettä ja puristetaan ainakin yhtä hiomakiekon jommalla kummalla päätypinnalla tai molemmilla päätypinnoilla olevaa hioma-aluetta vasten, mikä hiomakiekko pyörii suo-5 rassa kulmassa kiekon päätypintoihin nähden kulkevan akselin ympäri suljetussa kammiossa, joka on ylipaineessa. Keksinnön toteutuksessa käytettävän materiaalin sopiva hiukkaskoko on tällöin: pituus kuitusuunnassa n. 20-30 mm, leveys n. 10-20 mm ja paksuus 5-10 mm, s.o. normaalia selluloosahaketta.

Claims (15)

1. Menetelmä mekaanisen massan valmistamiseksi lignoselluloosapitoi-sesta materiaalista, jolloin materiaalia puristetaan hiomakiekkoa (1) 5 vasten, joka pyörii keskeisen ja suorassa kulmassa hiomakiekon molempiin päätypintoihin nähden kulkevan akselin (2) ympäri, jolloin materiaali syötetään irtotavarana hiukkasmuodossa, mieluummin puuhakkeena, hioma-kiekolle pitämällä suurta määrää materlaalihiukkasia samanaikaisesti paikallaan, puristamalla niitä kokoon ja lisättäessä vettä puristamalla 10 niitä yhtä tai useampaa hionta-aluetta (5) vasten, tunnettu siitä, että hionta-alueet (5) on muodostettu toiselle tai molemmille hiomakiekon päätypinnoille, jolloin kiekkoa ympäröi suljettu kammio (6), joka on ylipaineessa.

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kammion (6) ylipainetta ylläpidetään vesihöyryn avulla.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kammion (6) ylipainetta ylläpidetään ilman tai inertin kaasun avulla. 20

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kammion (6) paine on 100-400, korkeintaan 1000 ja parhaiten 150-250 kPa absoluuttista painetta.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että materiaali syötetään hiomakiekolle (1) yhden tai useamman kammiossa (6) olevan aukon (11) kautta jatkuvan, höyrytiiviin tulpan muodossa .

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että materiaalihlukkaset kyllästetään ennen hiontaa tai sen yhteydessä kemikaaleilla tai lisätään muulla tavalla kemikaaleja kultusidok-sen pehmentämiseksi, happamuusasteen (pH) muuttamiseksi tai valkoisuuden parantamiseksi. 35

7. Laite jonkin patenttivaatimuksista 16 mukaisen menetelmän suorittamiseksi, mikä laite käsittää hiomakiekon (1), joka pyörii keskeisen ja suo- 8 70605 1 rassa kulmassa hiomakiekon molempiin päätypintoihin nähden kulkevan akselin (2) ympäri, ja elimet (12) lignoselluloosamateriaalin pidättämiseksi, kokoonpuristumiseksi, puristamiseksi ja syöttämiseksi hiomakiekkoa vasten lisäämällä vettä, tunnettu siitä, että on järjestetty elimet, 5 jotka samanaikaisesti syöttävät suuren määrän materiasiihiukkasia, kuten puuhaketta yhtä tai useampaa, toisella tai molemmilla hiomakiekon pääty-pinnoilla olevaa hioma-aluetta (5) vasten, ja että kiekkoa ympäröi suljettu kammio (6), joka on ylipaineessa.

7 70605

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että kammio on varustettu yhdellä tai useammalla aukolla (11), joiden kautta materiaali syötetään jatkuvana, höyrytiiviinä tulppana tai lyhyenä pötkynä.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siltä, että 15 siinä on yksi tai useampi ruuviputkessa (14) pyörivä, kokoonpuristava ruuvi (13) materiaalin syöttämiseksi eteenpäin ja puristamiseksi kokoon jatkuvaksi höyrytiiviiksi tulpaksi tai pötkyksi.

10. Jonkin patenttivaatimuksista 7-9 mukainen laite, tunnettu 20 siitä, että kummallakin hiomakiekon (1) päätypinnalla on yksi tai useampi materiaalin tuioaukko (11), jotka on sijoitettu toisella päätypinnalla olevaa tuloaukkoa vastapäätä.

11. Jonkin patenttivaatimuksista 7-10 mukainen laite, tunnettu 25 siitä, että hiomapinta tai -pinnat on valmistettu kuvioidusta, kovasta ja kulutustakestävästä materiaalista, kuten teräksestä, valuraudasta, kova-metallista tai myös keraamisista rakeista, jotka on upotettu sideaineeseen.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 30 että hiomapinta tai -pinnat on varustettu ylöspäin olevilla hiomaelimillä, jotka ovat puomien tai korokkeiden muodossa, jotka muodostavat välilleen pinnan kehään päin suunnattuja kanavia tai uria, joilla on mieluummin säteittäinen suunta. 1

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite, tunnettu siitä, että ylöspäin suuntautuvien hlomaelinten korkeus hiontaplnnasta on vähintään 12 mm ja mieluiten 3-5 mm. 9 70605

14. Jonkin patenttivaatimuksista 12-13 mukainen laite, tunnettu siitä, että hiomaelimet on koottu useista erillisistä, vaihdettavista levyistä.

15. Jonkin patenttivaatimuksista 7-14 mukainen laite, tunnettu siltä, että painekammion (6) laskuaukko (9) on yhdistetty suljettuun säiliöön (10), joka on samassa paineessa kuin kammiokin ja joka on varustettu laskuaukolla, joka on varustettu venttiilillä (17) tai muulla laitteella massan poistamiseksi säiliöstä ilmakehään, jolloin poisto säädetään niin, 10 että massan taso säilytetään säiliössä. 15 20 25 30 35 70605 10