NO144974B - Maleelement for maleapparater. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et maleelement for apparater for maling av fibermateriale, særlig apparater for defibrering av tre eller bearbeidelse av cellulosefibermasse, f.eks. papirmasse eller boardmasse, hvilket maleelement er fremstilt ved støping av en stållegering og inneholder titan i form av titankarbidkorn i en grunnmasse av stål, hvilke titankarbidkorn er vesentlig likeformet fordelt i maleelementet og har en største gjennomsnittstørrelse på ca. lO^um. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen et maleelement be-regnet for å monteres på i forhold til hverandre roterbare bærere i et måleapparat, f.eks. et malesegment for en skivekvern.

Innen celluloseindustrien anvendes ofte skivekverner for defibrering av treflis og for bearbeidelse av fibrene i massen til ønsket tilstand (raffinering). En skivekvern for dette formål brukes å kalles for defibrator og en skivekvern for det andre formål brukes å benevnes som raffinator. I det følgende menes med "skivekvern" en skivekvern for et eller annet av disse formål. En vanlig type av skivekverner har to i forhold til hverandre roterbare, konsentriske skiver, hvis mot hverandre, vendende sider er belagt med utskiftbare, slitesterke malesegmentplater, som på sin utover vendte side har et mønster av kammer og spor.

De med slike malesegmentplater belagte skiver danner en mellomliggende, ringformet spalte, malespalten, som er meget trang. Det materiale som skal males mates inn i malespalten ved sentrum av skiven og utsettes for kammenes malevirkning (dvs. defibreringen av treet og/eller be-arbeidelsen av fibrene) mens det strømmer radielt utover gjennom malespalten.

Malesegmentflater og andre elementer for massemaleapparater bruker vanligvis å fremstilles ved støping av forskjellige slags legeringer. Støpejern, rustfritt stål og andre stållegeringer som inneholder nikkel og molybden og forskjellige andre legeringsstoffer er vanlige materialer.

Maleelementer for massemaleapparater må oppfylle forskjellige krav, som er vanskelige eller rent umulige å forene i ett og samme maleelement når de vanlige materialene benyttes. Et krav er at maleelementene skal ha en god og jevn malevirkning for å gi masse av høy og jevn kvalitet under hele levetiden. Videre bør de være slitesterke for å ha lang levetid, og de bør videre ha god slagseighet for å kunne motstå de slagartede påkjenninger som kan oppstå også under normal drift. Et ytterligere krav er god bestandighet mot korrosjon og erosjon. Det materiale av hvilket maleelementene fremstilles bør også ha god støtbarhet, slik at maleelementene kan støpes med komplisert form, og natur-ligvis bør materialet ikke være altfor kostbart i forhold til de ferdige maleelementenes egenskaper.

Et krav som henger sammen med det ovennevnte krav på god og varig malevirkning er at maleelementene bør være selvskjerpende. Dette innebærer at de maleelementflater som danner den trange malespalten, således kammenes sider eller arbeidsflater, ikke må poleres altfor lett av massen, men må opprettholde en viss begrenset og likeformet skarphet under hele levetiden. De fleste kjente maleelementene av legert stål krever ofte gjentatte omslipinger av bommenes arbeidsflater, da disse flater raskt poleres av fibermaterialet og da bommenes kanter eller egger raskt blir uskarpe.

Det er i og for seg kjent å benytte titan som legeringselement i støpte maleelementer for skivekverner (GB-PS 1.339.420). Titanet har da form av titankarbid som er et materiale med stor hårdhet og slitestyrke. De kjente titanholdige maleelementene greier imidlertid av forskjellige årsaker ikke å oppfylle de ovennevnte krav tilstrekkelig godt, og fremfor alt har kravet til tilstrekkelig selvskjerpingsevne ikke kunnet oppnås.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å fremskaffe et maleelement som får en av de ovennevnte krav på en formålstjenelig måte. Oppfinnelsen grunner seg på innsikten i at oppgaven kan løses ved hensiktsmessig valg av området for titaninnholdet og i tillegg hensiktsmessig relaterte områder for kornstørrelsen og kornavstand, samt dessuten hensiktsmessig valg av grunnmassens sammensetning. Maleelementet ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at minst 9 5% av det totale antallet titankarbidkorn har en størrelse under lO^um, at middelavstanden mellom nærliggende titankarbidkorn er 3-30 yum, fortrinnsvis 10-30^um, og at legeringen foruten 1,5 - 3,5 vekt% titan inneholder 0,5 - 1,8 vekt% karbon, maksimalt 2,0 vekt% silisium, maksimalt 2,0 vekt% mangan, maksimalt 0,03 vekt% fosfor, maksimalt 0,03 vekt% svovel, 14-20 vekt% krom, maksimalt 3,0 vekt% nikkel, maksimalt 2,0 vekt% molybden, idet resten i det vesentlige utgjøres av jern. Med "middelavstanden" menes her middelavstanden bestemt med en metode som her benevnes "Nearest Neighbor Measuring Technique", forkortet til NNMT. NNMT-metoden beskrives detaljert i Underwood E.E.: "Quantitive Stereology", Addison-Wesley, Reading, Mass. (1970), side 84.

En alternativ metode, her benevnt som "Linear Measuring Technique", forkortet til LMT, går ut på at man. bestemmer middelavstanden mellom nærliggende korn på et stort antall tilfeldig fordelte og orienterte linjer på

et mikrofotografi. LMT-verdien for en bestemt prøve er i alminnelighet vesentlig høyere enn NNMT-verdien for samme prøve, og målinger på maleelementer ifølge oppfinnelsen har vist at NNMT-verdier på 3 ^um og 10 um omtrent tilsvarer LMT-verdiene på 15^um resp. 3 0^um.^ NNMT-verdien på ca. 30^um NNMT tilsvarer omtrent lOOyum LMT. Der hvor ikke annet spesielt angis, benyttes fortrinnsvis NNMT-verdier.

Som kjent har titankarbid egenskaper som passer

bra der det kreves hårdhet og slitestyrke. Tidligere har man vanligvis benyttet pulvermetallurgiske metoder for fremstilling av gjenstander av titankarbidholdige legeringer. En årsak til dette er at det er vanskelig å unngå at titankarbidkornene blir altfor store eller at de danner store dendritiske. aggregater eller strøk. Ettersom det neppe er praktisk mulig å benytte noen annen metode enn støping for fremstilling av maleelementer av den her aktuelle type, må de problemer som henger sammen med titan-

karbid i forbindelse med smeltemetallurgiske metoder tas med som en viktig faktor.

Ved fremstilling av maleelementer ifølge oppfinnelsen kan de nevnte problemer unngås ved at man først fremstiller en smelte som er vesentlig fri for titan, men har et karboninnhold som tilsvarer det ønskede totale karboninnhold på de ferdige maleelementene, og deretter umiddelbart før støpingen sammenfører denne smelte med titan og øvrige legeringskomponenter. Fortrinnsvis til-settes titan som ferrotitan til smeiten (som da inneholder alle de øvrige viktige legeringskomponentene) i den øse eller annen beholder fra hvilken den smeltede legering tappes i støpeform. Titan forenes meget raskt med en del av karbonet og danner titankarbid, og ved at titanet til-settes på et sent stadium er den tid som står igjen inntil metallet i støpeform har stivnet ikke tilstrekkelig for å tillate titankarbidkornene i å vokse altfor meget eller å danne ikke ønskede aggregater. Maleelementer av den aktuelle art er ganske tynne, og det smeltede metall i støpeformen-stivner derfor raskt.

Ved praktiske prøver av maleskivesegmenter ifølge oppfinnelsen har det vist seg at disse gir masse av høy og jevn kvalitet i lange perioder uten omsliping av kammene. F.eks. har malesegmentplater utført i overensstemmelse med oppfinnelsen (omtrent sammensetning: C 1,6%, Si 0,65%,

Mn 0,45%, P 0,030% S 0,02%, Cr 17,0%, Ni 1,60%, Mo 0,70%,

Ti 2,3% resten hovedsaklig Fe) blitt benyttet for massefremstilling under perioder på 1600-1900 timer uten omsliping. Konvensjonelle malesegmentplater med omtrent samme sammensetning, som hadde vært benyttet under identiske like eller lignende forhold, har krevet omsliping med intervaller på gjennomsnittlig 600 timer. Forutsatt at begge typene av malesegmenter kan slipes om like mange ganger innen de må kasseres, har således malesegmentplater ifølge oppfinnelsen oppvist en nyttig levetid på ca. tre ganger den nyttige levetid for de titanfrie malesegmentplatene.

Foruten fordelene med en meget vesentlig økt levetid og en jevn massekvalitet, har malesegmentplater ifølge oppfinnelsen vist seg å minske skivekvernenes spesifikke energiforbruk i meget stor grad. I skivekverner med konvensjonelle malesegmentplater blir kammenes arbeidsflater etterhvert polert av massen, noe som medfører et gradvis økende spesifikt energiforbruk inntil kammene slipes om. I malesegmentplater ifølge oppfinnelsen med-fører titankarbidkornene derimot en stadig selvskjerping av arbeidsflatene, og som en følge av denne selvskjerping forblir det spesifikke energiforbruk i det vesentlige kon-stant, og på et lavt nivå under hele den nyttige levetiden for malesegmentplatene.

Eksempler på hensiktsmessige legeringssammen-setninger for malesegmentplater og andre maleelementer ifølge oppfinnelsen gis" nedenfor i tabell I. For noen legeringskomponenter er det angitt to prosentområder, idet det minste område er det foretrukne område. Alle siffer-verdier er angitt i vektprosent.

Som det fremgår av tabell I ligger de foretrukne innhold alltid mellom 2\ og ca. 4 vektprosent. Det mest hensiktsmessige titaninnhold er normalt fra 2\ - Z\, vektprosent. Om titaninnholdet er altfor høyt kan det være vanskelig å unngå opphopninger eller strøk av titankarbidkorn og av disse forårsak-ede bruddanvisninger. Dessuten blir maleelementenes selvskjerp-ning nedsatt ved høye titaninnhold, over 5 prosent. Årsaken til dette er at middelavstanden mellom titankarbidkornene da blir altfor liten i forhold til massefibrenes diameter. Diameteren på fibrene i de typer av fibermateriale for hvilke maleelementene av den aktuelle art normalt benyttes for, er ca. 30^um (denne verdi er en grov normalverdi), og med hensyn til dette bør middelavstanden mellom titankarbidkornene være minst tre 3^,um og helst ikke mindre enn lO^um.

Selvskjerpingen avtar imidlertid også dersom gjennomsnittsavstanden mellom titankarbidkornene er altfor stor, f.eks. mer enn 30^um, og aV denne årsak kan et titaninnhold under ca. 1.0 og i visse tilfelle under ca. 1.5 vektprosent ikke for-ventes å gi tilstrekkelig selvskjerping.

Malmsegmentplater fremstilt på den ovenfor beskrevne måte av legeringer med de i tabell I angitte, sammenset-ningene har foruten andre ønskelige egenskaper også vist seg å ha en evne til å motstå polering, som uttrykt i en flatejevnhets-størrelse som her benevnes middelflate middelflateayvikelse (definisjon gis lengre nede i beskrivelsen) er fra to til fire ganger større enn for malesegmentflater fremstilt av det bruk-hare materiale (legert støpejern).

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til den skjematiske tegningen. Figur 1 viser en malesegmentplate av kjent konstruksjon. Figur 2 viser en del av et snitt etter bue-linjen II-II i figur 1. Figur 3 er et diagram som tjener til anskue-liggjørelse av definisjonen av en viktig, egenskap på malesegmentplater og andre maleelementer, Figur 4 viser skjematisk en fremgangsmåte til fremstilling av malesegmenter ifølge oppfinnelsen.

I figur 1 vises fremsiden eller arbeidsflaten på et maleelement i form av en malesegmentplate 10 for en skivekvern for papir- eller boardmasse. Malesegmentplaten 10 er av kjent konstruksjon og har åpninger eller andre midler (ikke vist) for fastsettelse av platen på en sirkulær bæreskive, på hvilken flere lignende malesegmentplater sammen danner en malering. Skivekvernen ha.r to slike koaksiale maleringer, hvis mothverandre vendende sider ligger tett inntil hverandre for å danne en trang malespalte. Når skivekvernen er i drift bearbeides fibermaterialet av de i forhold til hverandre roterende maleringene idet materialet strømmer radielt utover gjennom malespalten.

Som det fremgår av figur 1 og 2 har malesegmentplaten 10 en plan bæreskive 11 som på sin ene side (fremsiden) oppviser flere vesentlige radielle kammer eller åser 12 og tvers mellom disse forløpende, korte broer 13. Kammene og bryggene er gjort i et stykke med bæreskiven. Når skivekværnen er i drift, kan kammene samvirke med kammene på den motstående maleringens segmentplater for å bearbeide fibermaterialet.

Det skal fremholdes at malesegmentplatens 10 tverrsnitt er forholdsvis tynn over hele platen. Ved støpingen av malesegmentplaten stivner derfor det smeltede metallet temmelig raskt over hele tverrsnittet.

I de senere år har det vært vanlig å gjøre kammene på malesegmentplatene for skivekverner temmelig smale, f.eks. 2-3 mm, for å motvirke de ulemper som oppstår ved at kammene poleres av det malte fibermateriale. På grunn av selvskjerpingen på malesegmentplatene ifølge foreliggende oppfinnel-se behøver kammene ikke gjøres så smale som tidligere, men kan ha en bredde på f.eks. 3-5 mm. Dette innebærer en fordel,

da bredere kammer letter støpingen.

Figur 3 viser en flatejevnhetsstørrelse, her benevnt som "middelflateavvikelse", som er av betydning for kvali-teten på det ferdigmalte materiale. Figuren viser en idealisert profilkurve 14 for fremsiden eller arbeidsflaten på en av kammene 12. Profilkurvens 14 middellinje 0 ér en rett linje, beliggende slik at flaten mellom linjen og de ovenfor denne beliggende avsnitt av profilkurven er lik flaten mellom linjen og de nedenfor linjene beliggende avsnitt av profilkurven. De avsnitt av profilkurven som ligger nddenfor middellinjen 0 er speilvendt omkring middellinjen, som vist med prikkede linjer ved 14', og for definisjonen av middelflateavvikelsen Ra_ .anvendes bare de ovenfor middellinjen liggende avsnitt og de speilvendte avsnitt, således den "likerettede" sluttprofilkurve.

Middelflateavvikelsen R_ er definert her som

cl avstanden mellom middellinjen 0 pg en annen rett linje R som er parallell med middellinjen 0 og beliggende slik at flaten mellom denne andre linje er og det ovenfor denne beliggende avsnitt av den "likerettede" profilkurve er lik flaten mellom linjen R og de under denne beliggende avsnitt av den "likerettede" profilkurven (disse to flater er markert med horisontale skraveringer i figur 3) . Den andre linjen R kan således betraktes som middellinjen på den "likerettede" profilkurve.

Figur 4 viser skjematisk hovedmomentene i en metode for fremstilling av malesegmentplater 10 eller andre elementer ifølge oppfinnelsen. En øse 20 inneholder en smelte 21 som er tappet fra en kupolovn 22. Bortsett fra titanet og en liten mengde jern stemmer smeltens 21 sammensetning overens med sammensetningen på det ferdige maleelementet, dvs. den stemmer overens med sammensetningen på den grunnmasse (matrise, kontinu-erlig fase) i hvilken titankarbidkornene er innleiret i det ferdige maleelement. Titan i form.av granulerte ferrotitan (70% titan og 30% jern) tilføres fra en beholder 23 til smeiten 21

i en mengde som tilsvarer det ønskede titaninnhold i det ferdige maleelement. I det minste en del av ferrotitanen kan også til-settes i ovnen umiddelbart før tappingen.

Umiddelbart etter at ferrotitanet er tilsatt til smeiten 21 og godt blandet med denne, tappes metallet i en skallform 24 gjennom øsens 20 bunn. Den maksimale tid som kan tillates å medgå fra det øyeblikk da titanet og den karbonholdige smeiten 21 sammenføres og inntil metallet har stivnet i formen 24 kan variere etter omstendighetene i hvert enkelt tilfelle. Tiden bør imidlertid være så kort som mulig og ihvertfall helst maksimalt 30 minutter. I mange tilfelle er det i virkeligheten nødvendig å gjøre denne tid vesentlig kortere, og som en generell maksimumstid kan man regne ca. 15 min. Etterat det støpte maleelement er tatt ut av formen underkastes det en varmebehandling

på vanlig måte.

Den nedenstående tabell 2 gir fire eksempler på legeringer for malesegmentplater ifølge oppfinnelsen, og angir hårdheten og middelflateavvikelsen R a. for malesegmentplater fremstilt av disse legeringer. For sammenligningsskyld opptar tabellen også tilsvarende data for malesegmentplater fremstilt av en sammenligningslegering av en type som ofte anvendes for malesegmentplater. Sifferverdien på sammensetningen angir vektprosent. Foruten de legeringskomponenter for hvilke innholdet er angitt i tabellen, inneholder legeringene jern som basismetall og en eller flere av de øvrige i tabell 1 angitte legeringskomponenter, og da i de mengder som angis i den tabellen.

Malesegmentplatene ble fremstilt på den ovenfor beskrevne måte, allikevel med den modifikasjon at en del av den totale mengde av ferrotitan ble tilsatt til det smeltede grunnmassemetall allerede i smelteovnen, mens resten av ferrotitanet ble tilsatt mens det smeltede metallet ble tappet i øsen.

Den første og den siste malesegmentplaten i hver serie ble prøvet med hensyn til titankarbidkornenes størrelse og. fordeling og med hensyn til middelflateavvikelsen. Prøven av størrelsen og fordelingen av titankarbidkornene viste at den maksimale middelstørrelsen var ca. 5^um i de fleste tilfeller, idet en stor majoritet av kornene var større enn ca. 1.5 ^um. Fordelingen var vesentlig jevn over hele platetverrsnittet, selv-om i visse tilfelle kornene i kammene var noe mindre enn kornene i bæreskiven. Forholdsvis få korn, ca. 0.5% av det totale antallet, hadde en størrelse over 10^,um. Middelavstanden mellom hosliggende titankarbidkorn varierte mellom ca. lO^um og ca. 16^,um.

Malesegmentplater fremstilt av legering E i tabell 2 er blitt anvendt ved massefremstilling og gitt de fordel-aktige resultatene som angitt i beskrivelsens innledning.

Claims (2)

1. Maleelement for apparater for maling av fiber-materialer,særlig apparater for defibrering av tre eller bearbeidelse av cellulosefibermasse, hvilket maleelement er fremstilt ved støping av en stållegering og inneholder titan i form av titankarbidkorn i en grunnmasse av stål, hvilke titankarbidkorn er vesentlig likeformig fordelt i maleelementet og har en største gjennomsnittelig størrelse på ca. 10^,um, karakterisert ved at minst 95% av det totale antallet titankarbidkorn har en størrelse under lO^um, at middelavstanden mellom nærliggende titankarbidkorn er 3-30yum, fortrinnsvis 10-30^,um, og at legeringen foruten 1,5 - 3,5 vekt% titan inneholder 0,5 - 1,8 vekt% karbon, maksimalt 2,0 vekt% silisium> maksimalt 2,0 vekt% mangan, maksimalt 0,03 vekt% fosfor, maksimalt 0,03 vekt% svovel, 14-20 vekt% krom, maksimalt 3,0 vekt% nikkel, maksimalt 2,0 vekt% molybden, idet resten i det vesentlige utgjøres av jern.

2. Maleelement ifølge krav 1, karakterisert ved at legeringen inneholder 0,6 - 1,6 vekt% karbon, 0,3 - 1,0 vekt% silisium, 0,2 - 1,0 vekt% mangan, 16-18 vekt% krom, 1,0 - 2,0 vekt% nikkel, 0,5 - 1,0 vekt% molybden.