JPH10508070A - 抄紙機ロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 高温のプレスロール（22）は、鋳造又は組立てられた鋼製ロール本体（38）にモリブデン含有合金のコーティングが施されている。合金は好ましくは、モリブデン１４〜１６％、ニッケル２８〜３０％、クローム３０〜３４％、珪素1.2〜1.8％、硼素４〜4.5％、炭素最高0.2％、銅３〜3.8％、残部は鉄の組成のものである。ロール本体には先ずニッケル及びクロームからなる結合用コーティングを施す。この結合層には次にモリブデン合金をフレーム溶射又はプラズマ溶射する。コーティングは次に３０ＲＡ又はより滑らかな表面粗さに研削される。モリブデン合金はほぼ４０／１０００インチの表面深さを達成するように溶射される。

Description

【発明の詳細な説明】 抄紙機ロール 〔技術分野〕 本発明は、一般に抄紙機のプレス部に関し、特にプレス用ロールの構成に関す る。 〔背景技術〕 製紙は資本集約的な産業である。高生産性の要請のために抄紙機は増々広巾の ウエブを生産するようになっている。現在、４００インチ巾クラスの連続した紙 ウエブを生産する機械が知られている。毎分６，０００フィートで運転される抄 紙機が今や実際的と考えられている。 抄紙機は４部分に分けることができる。即ち、木材繊維の水中懸濁物から紙を 形成し、これを例えば長網スクリーン又はワイヤにより脱水する紙層形成部、新 しく形成された繊維の集まりをプレスして脱水し、残りの水分を紙層重量の３０ 〜７０％にするプレス部、紙層の水分を一般に５％近辺まで乾燥させるドライヤ 部及び紙を巻上げて搬送、貯蔵、更なる工程又は販売へと送るワインダー部であ る。 抄紙速度の増加につれて、乾燥部門のサイズも必然的に大きくなっている。そ のため、抄紙機の乾燥部門は、特に抄紙速度の増大に伴う資本コストの実質部分 を占めている。乾燥部門はまた、抄紙プロセスにおける主要なエネルギー消費部 分である。こうした乾燥システムにおける特性のため、水分を７０％から５０％ 以下に減少させるプレス部において効率を改善することが注目されるに至った。 これを達成する一方法が広巾ニッププレス（ＥＮＰ）による加熱プレス法である 。 広巾ニッププレスでは、長い凹状のシューが、バッキングロールに押付けられ その両者間に広巾のプレス部分を形成しており、ここを紙ウエブが通過するよう になっている。ループ状の支持ブランケットが上記プレス部分を通り、シューの 凹表面と摺動自在に係合しており、こうして紙ウエブはこのブランケットに支持 されてプレス部分を通過する。更にまた、バッキングフェルトが紙ウエブの下側 に添ってあり、上記プレス部分を通過する。 広巾ニッププレスの主たる利点は、このプレス部分における紙ウエブの滞留時 間が大きいことである。特にバッキングロールを高温に加熱することにより、広 巾のプレス部分に水蒸気が発生し、これが紙ウエブ中に残留する液相の水分をバ ッキングフェルト中に押出すことに役立つ。 加熱された広巾ニッププレスに伴う問題は、プレスされた紙ウエブが広巾ニッ プを離れた後バッキングロールの外表面に付着しがちなことである。過去におい て抄紙機のプレス部には、花崗岩ロールがその優れた表面剥離特性の故に用いら れてきた。花崗岩ロールの使用は、近代の高温の広巾ニッププレスにおいてはい くつかの問題がある。第一には、異質の花崗岩ロールを広巾ニップに接触させて 支持することの困難性であり、特に製造する紙ウエブの巾が増々大きくなるにつ れてこの問題が生じるようになる。第二の問題は、花崗岩の熱伝導率が比較的低 く、そのため高速で走行する紙ウエブ中に伝達し得る熱量が制限されることであ る。花崗岩ロールの第三の、かつ、大きな問題はその入手コストが高いことであ る。第四の問題は、加熱が花崗岩ロールの損壊の原因となり得ることである。 こうして、花崗岩には上記の問題があるため、高温に加熱される広巾ニッププ レスには金属のバッキングロールが使用される。紙ウエブ付着の問題を解決する ため、加熱されたバッキングロールの上流部分の表面に剥姉剤をスプレーし霧化 により層を形成することが行われている。しかしながら、こうした剥離剤は比較 的高価であるばかりでなく、でき上るプレスされた紙ウエブに弊害を及ぼす可能 性がある。表面をクロームめっきした鋼製のバッキングロールにより種々の実験 が行われている。しかしながら、クロームめっきした表面をもってしても、プレ スされた紙ウエブの均一な剥離は必ずしも充分には行われない。 紙ウエブが加熱プレスの後容易に剥離するような表面を有するバッキングロー ルが必要とされている。 〔発明の開示〕 本発明の高温プレスロールは、モリブデン含有合金でコーティングされた鋳造 又は組立による鋼製ロールを採用する。この合金は好ましくは、モリブデン１４ 〜１６％、ニッケル２８〜３０％、クローム３０〜３４％、珪素1.2〜1.8％、硼 素４〜4.5％、炭素最高0.2％、銅３〜3.8％及び残部は鉄の合金である。 バッキングロールには先ず、クローム及びニッケルの混合物、典型的にはニッ ケル６０％、クローム４０％の混合物、からなる結合用コーティングが施される 。次にこの結合用層には、フレーム（火炎）溶射又はプラズマ溶射によりモリブ デン合金が溶射される。３〜７０％のモリブデン合金が剥離特性を改善するが、 最も効果のあるモリブデン含有率は１４％であった。ロール表面の腐食を防止す るには、クロームが最低２５％必要であった。高温の広巾ニッププレスの性能を 最高にする充分な伝熱能力を有する合金としてニッケル含有率を少くとも２０％ にする必要があった。実施されたコーティングは研削により３０ＲＡ又はより滑 らかな表面粗さにされる。モリブデン合金はほぼ４０／１０００インチの表面深 さを達成するように溶射される。場合により、運転温度が華氏３００〜５００度 のロールにコーティングとする時にはより深いコーティングとすることができる 。 本発明の特徴の一つは、剥離特性を改善した紙ウエブの加熱広巾ニッププレス 用ロールを提供することである。 本発明の別の特徴は、紙ウエブの膨れ又は紙ウエブからの繊維むけを避ける加 熱広巾ニッププレスを提供することである。 本発明の更なる特徴は、プレスされ乾燥される紙ウエブに通常存在する化学成 分による腐食に耐える加熱広巾ニッププレス用のプレスロールを提供することで ある。 本発明の更なる特徴は、良好な剥離特性、耐腐食性及び熱伝導率を有する表面 を結合された加熱広巾ニッププレス用のプレスロールを提供することである。 本発明の更なる目的、特徴及び利点は付随する図面並びに以下の詳細説明から 明らかとなろう。 〔図面の簡単な説明〕 図１は、本発明の高モリブデン含有のコーティングを施したプレスロールを含 む加熱広巾ニッププレスの側面断面図である。 〔発明を実施するための最良の形態〕 図において同じ符号は類似の部品を示しており、図１において加熱広巾ニップ プレスドライヤ２０は、シュー２４とのニップ２６を形成するプレスロール２２ を有する。プレスロール２２は、例えば誘導加熱装置６２により加熱される。シ ュー２４は、プレスロール２２に対向する凹表面を有し、この面が上方にプレス ロール２２に押付けられるように取付けられている。プレスニップ２６はプレス ロール２２とシュー２４の間に形成される。ニップ２６を通過する紙ウエブ２８ は広巾部分の通過時間中プレス圧を受ける。ここで実施された実験では、モリブ デン含有合金をコーティングされた表面３４を有するプレスロール２２において 滞留時間は５〜３００ミリ秒であった。プレスフェルト３２が紙ウエブ２８の下 面を移動し、またループ状ベルト３０がシュー２４の上面にあり、紙ウエブ２８ とプレスフェルト３２がニップ２６を通過する間これらを支持する。 油がシュー２４とループ状ベルト３０の間に供給される。油はループ状ベルト ３０とシュー２４の間に流体の動力学的楔を形成させる。流体楔は紙ウエブに圧 力を伝達すると同時にニップ２６を通過する紙ウエブ２８の動きを潤滑にする。 紙ウエブ２８、プレスフェルト３２及びループ状ベルト３０、並びにプレスロー ル２２は互いに係合しており、従って同じ速度で駆動される。 紙ウエブ２８のプレスロール表面３４との圧力下の密な係合はプレスロール２ ２の表面３４と紙ウエブ２８の間の急速な伝熱を促進する。プレスロール２２と 紙ウエブ２８の間の急速な伝熱は加熱広巾ニッププレスの特徴であるが、この点 の乾燥メカニズムは充分には解明されていない。紙ウエブの急速加熱は、紙ウエ ブ中の水分を一部蒸発させる。紙ウエブ中の水から生じた水蒸気はプレスロール ２２の表面３４と紙ウエブ２８の間に閉じこめられ、その唯一の逃げ道は紙ウエ ブ２８を通ってプレスフェルト３２中に入ることである。紙ウエブ２８の上面か ら下向きにプレスフェルト３２中に水蒸気が急激に動くことは、紙ウエブ２８中 の水分をプレスフェルト３２中に吹き出す効果を有する。この「急激乾燥」のプ ロセスは紙ウエブ２８から水分を急激に除去する結果となる。 紙ウエブ２８は広巾ニップを通過する時、プレスフェルト３２又はプレスロー ル２２のいずれかに付着することがある。理想的なプレスであれば、紙ウエブは プレスロール表面３４にもプレスフェルト３２にも付着することはない。紙ウエ ブがプレスロール表面３４に付着すると、紙ウエブの個々の繊維が紙ウエブ表面 から部分的又は完全に引き離される「紙の繊維むけ」として知られる現象が起る 。更に、プレスロール表面３４への付着は、紙ウエブ、特に段ボール原紙のウエ ブの上面及び下面の間の膨れ又は分離を引起すことがある。他方、紙ウエブがプ レ スフェルトに付着すると、熱及び圧力によりプレスフェルト中に移動した水は再 び紙の方に吸収され、加熱プレスの効果を制限する。かくして、プレスロール表 面３４とプレスフェルト３２の間の付着はバランス良く、かつ、各表面への付着 が最少となるようにすることが重要である。 本発明により改善された剥離特性を有するプレスロール２２は、フレーム溶射 によりロール上に４０／１０００インチ厚のモリブデン含有合金の層を形成する 。この材料の好ましい組成は、モリブデン１４〜１６％、ニッケル２８〜３０％ 、クローム３０〜３４％、珪素1.2〜1.8％、硼素４〜4.5％、炭素0.2％以下、銅 ３〜3.8％及び残部は鉄である。この組成は、アーマコール（Armacor）Ｃ合金の 改良である。アーマコールＣは米国カリフォルニア州アーバイン市ミュアランド １００５番地スィート５のアモルファス・メタル・テクノロジーズ社(Amorphous Metal Technologies, Inc.)から入手可能である。アーマコールＣの通常の組成 は、クローム４０％、ニッケル３０％、硼素５％、モリブデン４％、銅４％、珪 素３％及び残部が鉄である。 今までのところ、モリブデン含有が４％、７％、１４％及び７０％の合金につ いて実験が行われた。これらの合金のうち、１４％モリブデンのものと７０％モ リブデンのものが最高の剥離特性を有しており、かつ、１４％モリブデンの方が 熱伝導率が良く従って伝熱特性も良好であった。どの程度の高速乾燥が実施でき るかを決定するには、いくらの熱量をニップを通過する時の紙ウエブに伝達し得 るかによるため、伝熱係数が重要となる。 加熱広巾ニップにおいては、プレスロール２２は華氏３００〜５００度に維持 することが望ましい。ロールの表面温度が高いと、湿った紙ウエブがニップを通 過する時、急速にこれを加熱し、紙の繊維を軟らかくする。これにより水分の除 去、及び紙ウエブの強度特性の進展は大巾に高められる。しかしながら、このよ うな高いロール温度では、プレスロールからの紙ウエブシートの剥離は困難とな ることがあり、そのため、より良い剥離特性を有するロールが必要となる。 歴史的に花崗岩ロールがその優れた剥離特性の故に製紙プレスに使用されてき た。にも拘わらず、花崗岩ロールは、近代の抄紙機における加熱広巾ニッププレ スにはその使用を不適とする特性がある。第一に、花崗岩のプレスロールを加熱 することは現実的でないばかりでなく、危険性さえあることである。第二に、花 崗岩ロールは高価であり、特に近代の抄紙機が必要とする長さ１００〜４００イ ンチのものでは高価となる。最後に、図に示されたようなクラウン制御システム ５０を花崗岩ロールに設けることは現実的でないことである。長いロール巾によ り引起される撓みは、花崗岩ロールに割れを生じさせることとなるため金属ロー ルの使用が必要となる。 しかしながら、従来の鋳鋼、鋳鉄又は鉄板組立の金属ロールでは、剥雌特性が 不充分であるため、その表面にコーティングを施して改善することが必要である 。ここで説明するコーティング４０は、ステンレス鋼、鋼又は鉄のロール３８の 円筒のロール表面に金属粉又はワイヤの溶融したものをフレーム溶射又はプラズ マ溶射によりスプレーするものである。このコーティングとロール表面の間をし っかりと結合させるため、ロールは先ず、例えばニッケル６０％、クローム４０ ％の合金のようなクロームとニッケルの混合物からなる結合用コーティングを施 しその後モリブデン含有合金をその上に盛り重ねる。 モリブデン含有合金は通常鉄よりも小さい熱膨張係数を有するため、層の厚み がほぼ４０／１０００インチを超えると、ロールが運転温度に加熱された時その コーティングに亀裂又は割れが生じる傾向がある。これは、バッキングロールが 運転温度に加熱された状態でモリブデン合金をフレーム溶射することにより克服 できる。 好ましい剥離特性を有するモリブデン合金は、モリブデン３％、残りの９７％ がクローム、ニッケル、鉄、硼素、銅及び珪素からなる合金からモリブデン７５ ％、残りの２５％がクローム、ニッケル、鉄、硼素、銅及び珪素からなる合金に 及ぶ範囲内のものである。これらの合金は鉄及び銅については特別顕著な量を加 えることを要しない。 しかしながら、実際的な合金としては腐食を防止するため充分な量のクローム を含有すべきであり、実験によればその含有量は最低ほぼ２５％とすべきことが 判明した。熱伝導率も重要であり、そのためにニッケル含有量は少くとも２０％ とする。かくして実際的な合金のグループは、モリブデン３〜５５％、クローム ２５〜４０％及びニッケル少くとも２０％の範囲内のものである。 別の有効な合金の組合せは、モリブデン6.7％、クローム３２％、ニッケル２ ９％、鉄２８％、硼素3.74％及び銅3.7％からなるものである。 場合により、コーティングは間隙率３０％までの多孔のものとすることが望ま しい。これはプレスロール２２上にフレーム溶射又はプラズマ溶射される材料中 に蒸発によりコーティング表面に気孔を残すようなプラスチック材を含めること により達成される。気孔は好ましくはテフロンで充填しておく。テフロンは細孔 中に高圧でスプレーするか噴出させることにより充填することができる。 また、重要なことであるが、ここに説明したロールコーティング用合金は、サ ーメット（CerMet）として知られるセラミック金属コーティングを形成すること に使用することができる。従って、金属合金をＺｒＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、モリブデン ・クローム・アルミナ、クローム・アルミナ、ＳｉＯ₃、ＢｅＯ、ＭｇＯ、Ｃａ Ｏ又はＴｈＯ₂と共にロール上にフレーム溶射して結合させ、モリブデン含有合 金の剥離特性とセラミックスの剥離特性を併せもつコーティングを形成すること ができる。特に実験によれば、酸化ジルコニウム及び酸化アルミニウムが優れた 剥離特性を有することが判明した。セラミックスは優れた剥離特性を提供する一 方、その伝熱特性は高くなく、それ故望ましいものではない。 従って、上記のような二つの組合せ、特に金属を５０％以上含む組合せが好ま しい特性を有する。 なお、本発明のロールは抄紙機におけるカレンダーにも使用することができる 。 また、本発明はここに図示し説明した特定の構成、部品の配置に限定されず、 以下の請求の範囲内にある修正形態をも含むものである。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年４月２日 【補正内容】 請求の範囲 １．第一の金属で形成され最外面の円筒表面を規定するロール本体と；前記ロ ール本体の最外面の円筒表面にコーティングされた金属合金層と；を備え、前記 金属合金層は基本的に１４〜１６パーセントのモリブデン、２８〜３０パーセン トのニッケル、２.１〜１.８パーセントの珪素、４〜4.5パーセントの硼素、0.2 〜０パーセントの炭素、３〜3.8パーセントの銅及び残部は鉄からなる金属合金 組成を有し；かつ、前記金属合金は付着を防止するものである抄紙機ロール。 ２．第一の金属で形成されたロール本体（22）を備えた抄紙機ロールにおいて 、前記ロール本体（22）は、１４〜１６パーセントのモリブデン、２８〜３０パ ーセントのニッケル、３０〜３４パーセントのクローム、1.2〜1.8パーセントの 珪素、４〜4.5パーセントの硼素、0.2パーセント以下の炭素、３〜3.8パーセン トの銅及び残部を鉄とする組成を有する金属合金の層をコーティングされた円筒 表面（34）を有してなることを特徴とする抄紙機ロール。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ２３Ｃ 4/18 Ｃ２３Ｃ 4/18

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第一の金属で形成され円筒表面（34）を有するロール本体（22）を備えた 抄紙機ロール（22）において、前記円筒表面（34）は、３〜５５パーセントのモ リブデン、少くとも２５％のクローム及び少くとも２０％のニッケルの組成を有 する金属合金の層（40）をコーティングされてなることを特徴とする抄紙機ロー ル。 ２．第一の金属で形成されたロール本体（22）を備えた抄紙機ロールにおいて 、前記ロール本体（22）は、１４〜１６パーセントのモリブデン、２８〜３０パ ーセントのニッケル、３０〜３４パーセントのクローム、1.2〜1.8パーセントの 珪素、４〜4.5パーセントの硼素、0.2パーセント以下の炭素、３〜3.8パーセン トの銅及び残部を鉄とする組成を有する金属合金の層をコーティングされた円筒 表面（34）を有してなることを特徴とする抄紙機ロール。 ３．第一の金属で形成され円筒表面（34）を有するロール本体（22）を備えた 抄紙機ロールにおいて、前記円筒表面は、セラミックスと３〜５５パーセントの モリブデン、少くとも２５パーセントのクローム及び少くとも２０％のニッケル の組成を有する金属合金が混合された金属セラミックスを熱溶射されてなること を特徴とする抄紙機ロール。 ４．鋳鋼、鋼板組立及び鋳鉄からなるグループから選択された第一の金属で形 成された円筒ロール本体を備えた抄紙機ロールにおいて、前記ロール本体は円筒 表面を有し、かつ、前記円筒表面は基本的に３〜７５パーセントのモリブデンと 残部をクローム、ニッケル、鉄、硼素、銅及び珪素からなるグループから選択さ れたものとする組成を有する金属合金の層をコーティングされてなることを特徴 とする抄紙機ロール。 ５．鋳鋼、鋼板組立及び鋳鉄からなるグループから選択された第一の金属で形 成された円筒ロール本体を備えた抄紙機ロールにおいて、前記ロール本体は円筒 表面を有し、かつ、前記円筒表面は基本的に３〜７５パーセントのモリブデンと 残部をクローム、ニッケル、硼素、鉄、銅及び珪素から選択されたものとする組 成を有する金属合金の層をコーティングされてなることを特徴とする抄紙機ロー ル。 ６．前記残部は、クローム、ニッケル、硼素及び珪素から選択されてなること を特徴とする請求の範囲５記載の抄紙機ロール。 ７．ステンレス鋼、鋼又は鉄ベース材の層で造られた抄紙機ロールにおいて、 前記層の外面層は、３〜７５パーセントのモリブデンと残部をクローム、ニッケ ル、硼素、鉄、銅及び珪素からなるグループから選択されたものとする組成を有 してなることを特徴とする抄紙機ロール。 ８．第一の金属で形成され円筒表面を有するロール本体を備えた抄紙機ロール において、前記円筒表面は、セラミックスと３〜７５パーセントのモリブデンと 残部をクローム、ニッケル、硼素、鉄、銅及び珪素からなるグループから選択さ れたものとする組成を有する金属合金の混合物をコーティングされてなることを 特徴とする抄紙機ロール。