NO150288B - Apparat for disintegrering av fibermateriale - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en trommelraffinør av

den art som er angitt i krav l's ingress for fremstilling av masse og for etterraffinering av sådan masse fra fibrøse ligno-cellulose råmaterialer for fremstilling av papir, papp, fiberplater, formede produkter for shipping beholde-re, tørre formede bord og mange andre nyttige produkter. Materialet under behandling vil i det følgende kalles "flis". I raffinøren vil materialet pakkes inn i en lukket eller nesten lukket sylinder som i det følgende kalles trommelen og akselereres ved et rotasjonsorgan som er kon-sentrisk i forhold til sylinderen og utstyrt med blader, i det følgende kalt "skovler", hvilke gjennom sentrifugalkraften komprimerer flisen i radialretning mot veggene i trommelen og raffineringsorganer som i det følgende kalles "staver" plassert på innsiden av veggen til sylinderen eller trommelen utstyrt med kanter perpendikulært på den ak-selererte flisens bane, hvilke beveger seg mellom de roterende skovler og de stasjonære kantene og skaper innenfor flisen overflater med fiberraffinerende friksjonskrefter.

Ifølge det svenske patent nr. 326097 beskrives et lignende utstyr hvor den indre vegg til sylinderen i aksial retning er forsynt med riller med begrenset radial utstrekning hvor små mengder av flisen retarderes mens skovlene på samme tid holder hovedmengden av flisen i rask rotasjon. Flisskiktene som beveges av skovlene og flisskiktene som retarderes av rillene på innsiden av sylinderen raffineres i friksjons-flaten som dannes mellom de to skiktene av flis. Hindrin-gene som rillene danner ifølge den kjente metode etter-følger hverandre med gradvise skråninger for at raffineringsvirkningen skal oppnås hovedsakelig gjennom den interne friksjon som dannes mellom fibrene selv når de passerer den konsentriske spalten mellom skovlene og bølgeformen til sylinderens innervegg.

Formålet for foreliggende oppfinnelse er videre å forbedre raffineringsvirkningen til en raffinør som virker ifølge det ovenfor beskrevne prinsipp for å gi en mer virknings-full fibrilering og en separasjon av fibere og fibriller som gir en masse med egenskaper som er velegnet for fremstilling av papir og lignende produkter. Dette oppnås hovedsakelig gjennom en simultan virkning på den komprimerte flisen ved sentrifugalkrefter som danner overflater med in-tern friksjon når den påvirkes av ytre krefter fra kantene av raffineringsorganene som er anbragt på den indre vegg av den lukkede sylinder og spalter overflateskiktene til fibrene. En trommel konstruert ifølge oppfinnelsen kan også langs sin indre vegg være utstyrt med aksialt anordnede raffineringsorganer, formålstjenlig med rektangulære tverrsnitt, som fremstilles fra hårdere materialer enn materialet i trommelen og som med sine kanter samarbeider med skovlene for å raffinere flisen til fibre. Disse raffineringsorgan har derfor form av staver som følger den indre vegg av trommelen og generelt bare stikker 1-2 mm ut fra veggem ned en formålstjenlig avstand seg imellom på 20 mm eller mer eller mindre avhengig av den ønskede raffineringsvirkning. Overflaten til trommelen mellom stavene kan følge den sy-lindriske form til trommelen eller kan formes som svakt utdypede riller som vist på de vedlagte tegninger. Den en-delige raffinering av råmaterialet oppnås ifølge oppfinnelsen ved påvirkningen på flisen både gjennom bruken av friksjonsoverflater som skapes innenfor flisen og gjennom skjæ-revirkningen på fibrene som dannes når flislegeraet med høy hastighet beveges forbi kantene til raffineringssta-vene. En raffinør ifølge oppfinnelsen vil ha en større kapasitet enn den tidligere kjente konstruksjon.

Raffineringseffekten dannes ved retardasjonsvirkningen som flisstrømmen utsettes for når den med stor hastighet beveger seg perpendikulært forbi kantene til stavene.

Stavene som er anordnet perpendikulært eller nesten slik

på den indre vegg til trommelen har en sterkt retarderende virkning på strømmen av den komprimerte flis og sterke friksjonsoverflater dannes på grunn av den store hastighetsfor-skjell mellom flisfraksjonensom retarderes av kantene og delen av flis som fortsetter å rotere med skovlene. Når

en del av flisen retarderes av kantene til stavene og den andre del fortsetter å bevege seg, vil flisen påvirkes ikke bare mellom de interne friksjonsoverflater som oppstår mellom de stasjonære og bevegelige deler av flisen, men også ved direkte mekanisk påvirkning på flisen ved kantene til stavene hvilket resulterer i en intens og utstrakt separasjon av fibrene.

Stavene på den innvendige vegg av trommelen holdes formålstjenlig i aksialt fresede spor med slik dybde at en av de langsgående kanter stikker noe ut, f.eks. 1 eller 2 mm fra trommelens innvendige vegg.

Raffinøren er spesielt velegnet for fremstillingen av termomekanisk masse samt for etterraffinering av papirmasse generelt.

Råmaterialet som tilføres raffinøren akselereres av skovlene til rotoren som kaster det mot innsiden av trommelveg-gen. Ifølge svensk patent nr. 326097 er det kjent å anven-de en plog, som kan bevege flisen aksialt. Plogvirkningen er blitt forbedret ved å utvide plogene radielt inn i tilsvarende spalter i skovlene. Aksialstrømmen av flisen under behandling i trommelen lettes således når det stasjonære plogorgan strekker seg videre inn i strømmen av flis som føres av skovlene. Raffinøren er særpreget ved det som er angitt i krav l's karakteriserende del.

Ved denne styring av flisen kan mengden av flisen økes eller reduseres. Ved konstant rotasjonshastighet av rotoren vil et varierende trykk utøves av flisen mot stavene avhengig av hvilken mengde komprimert flis som får oppsam-

les på skovlene.

Størrelsen av trykket i raffineringssonen er også avhengig av overflatevinkelen til skovlene i forhold til deres rota-sjonsretning. Hvis disse overflater er rettet radialt vil kraften utover på flisen være lavere enn når de har en negativ vinkel i forhold til rotasjonsretningen. Virkningen til raffinøren kan derfor justeres ved et skifte av skovler eller ved å endre skovlenes vinkel. Flisen komprimeres her i det kileformede rom mellom den modifiserte skovl 23 og den indre flaten 11 av trommelen 10, og det her sterkt sam-mentrykte legeme av flisen skjæres av kanten 19 på staven 12.

Jo mindre vinkel jo høyere sammenpresning oppnås.

Raffineringsorganene eller stavene er fortrinnsvis laget

av keramisk materiale f.eks. fra siliciumkarbid, som har stor motstandsevne mot slitasje og derfor lenger vil holde sin angrepsvinkel mot flisen. Samtidig vil krystallstruk-turegenska<p>ene begunstige bibeholdelse av raffineringsegen-skapene til deres aktive kant.

Raffineringsstaver av wolframkarbid i en koboltmatrise kan også brukes. Videre er det viktig at kantene ikke stikker for langt frem fra trommelens indre overflate, generelt fra 1-2 mm innover for effektivt å utnytte den maksimale skjærevirkning.

Monteringen av stavene i spaltene deres gjør det mulig å fjerne dem og på nytt innsette dem i en ny stilling for å bruke alle fire kanter før de kastes eller deres raffine-ringsevne fornyes ved slipning av kantene.

Den geometriske formen til arbeidskantene til stavene bør på grunn av den naturlige slitasje være 90° med ca. 1° av-vik i negativ retning.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives under henvisning tLl de vedlagte tegninger for å eksemplifisere mulige kon-struksjoner av raffinøren.

I fig. 1 er det vist et snitt langs linjen 1 - 1 i figur 2 som viser ovenfra en raffinør og tilførselsanordning med den øvre halvpart av raffinøren fjernet.

I fig. 3 er vist et tverrsnitt av en del av raffinerings-trommelen og rotoren.

I fig. 4 er vist sett fra enden to ploger som regulerer ak-sialstrømmen av flisen gjennom raffinøren.

I fig. 5 er vist et tverrsnitt gjennom en del av raffinør-trommelen og to ploger vist i fig. 4 sett i tverretningen til raffinøren.

I fig. 6 er vist et tverrsnitt av raffinørtrommelen og plog sett i raffinørens lengderetning.

I alle tegningene er de samme tall brukt på tilsvarende deler .

I figurene 1 og 2 er vist fra sidene og ovenfra en raffinør ment for industriell bruk for fremstilling av mekanisk raf-finørmasse eller termomekanisk masse (TMP). Raffinøren har en rotor 14 med fire skovler 21. Trommelen 10 er utstyrt med raffineringsmidler 12 laget av materialet med en høy-ere slitestyrke enn materialet i foringen av trommelen.

I figur 1 er flensen 42 (figur 2) fjernet for å vise trans-portskruen 15 som fører forvarmet flis inn i raffineringssonen hvor dan akseleres av de roterende skovler. Trommelen 10 til raffinøren ifølge figur 1 og 2 er i begge ender lukket av flenser 40 og 42 med åpninger for akselen 22. Akselen 22 går gjennom flensen 40 gjennom en pakkboks 41 og på sin andre ende gjennom flensen 42 gjennom en pakkboks 43. Raffinøren kan derfor brukes for raffinering ved høyere temperaturer som ved termomekanisk raffinering av tre.

Raffinøren er utstyrt med en forvarmer 62 hvor flisen bringes opp til den nødvendige temperatur for TMP raffinering. Flisen føres inn i TMP raffinøren ved materen 60 og den ferdige masse forlater raffinøren gjennom utløpsventilen 16 og røret 17. Kapasiteten til raffinøren reguleres ved hjelp av materen 60 og utgangsventilen 16. Materen 60 kan være en kontinuerlig skrutype som forhindrer damp i å ut-slippe fra innsiden av trommelen. I trommelen kan det holdes et høyere damptrykk ved tilførsel av damp eller ved bruk av damp som utvikles under raffineringsprosessen fra fuktighe-ten som er tilstede i flisen.

Rotoren 14 kan roteres av motor (ikke vist) ved en aksel 22. Skovlene 21 på navet 20 av rotoren foreligger i et antall av 4 på tegningen, men kan være 8 eller flere avhengig av raffinørens kapasitet. Skovlene 14 går utover mot den innvendige overflate av trommelen, hvorpå den viste enhet stavene 12 er vist med et rektangulært tverrsnitt innsatt i rillene 13 her aksialt festet i den innvendige overflate 11 av trommelen som også vist i figur 3. Stavene 12 såvel som skovlene 14 dekker den hele eller praktiskt talt hele del av innsiden av trommelen 10. Rillene 13 følger den innvendige vegg av trommelen og er fortrinnsvis anordnet som dia-mentralt motstående par og passeres derforsamtidig av to like-ledes diamentralt motstående skovler 21. Skovlene 21 går til en begrenset avstand fra stavene 12 som vist ved den brutte linje 18 i fig. 3.

Stavene 12 er laget av et meget slitesterkt materiale som f. eks. siliciumkarbid eller karborundum og er her vist med rektangulært tverrsnitt. De er hovedsakelig med en del av bredden forsenket ned i rillene 13 og stikker bare 1 eller 2 mm ut over den indre vegg til trommelen. Det rektangulære tverrsnitt til stavene kan være 3 x 15 eller 4 x 18 mm. De danner således kanter langs langsidene med en vinkel på 90° eller nær innpå.

Festemåten for stavene 12 i spaltene 13 av sylindersegmente-ne 45 er av viktighet for den tekniske funksjonen til raffi-nøren og hvor økonomisk den vil fungere.

Høyden av den virksomme kant 19 til stavene 12 over den innvendige vegg 11 av trommelen (fig. 3) er av stor betydning for frembringelsen av friksjonsflater innenfor den bevegende flisen og hvordan overflaten til de enkelte fibere vil påvirkes av kanten. Hvis dybden av spalten er laget lik eller nesten lik bredden av stavene 12, bestemmes den valgte høy-de av kanten 19 ve<*>d en metallstrimmel 44 innsatt på bunnen av spalten. Innsiden av stavene 12 er derfor belagt med et metallfestende lim og presset pålitelig ned. Stavene 12

bør holdes på plass inntil limet har herdet tilstrekkelig. Når raffinøren brukes for fremstilling, av termomekanisk masse, må varmemotstandsegenskapene til limet tas i betraktning. Trommelen kan også utstyres med en eller flere radiale hull 32 for hver stav langs spaltene 13, hvor verktøy kan brukes for å fjerne stavene 12. Byttet av stavene 12 gjøres derfor lettere og de ubenyttede kanter til stavene kan anvendes suksessivt. Stavene 12 kan også skjerpes igjen.

Dybden av sporene bør fortrinnsvis være slik at man kan velge en arbeidsdistanse av kanten 19 over overflaten 11 fra 0,5 opp til 2 eller 3 mm. Under spesielle betingelser kan en større avstand komme i betraktning, men bør ikke overskride 10 mm da derved den jevne strøm og skifte av materiale i rommet avgrenset mellom stavene kan forstyrres.

Lengden av bruksperioden tilden funksjonerende kant til raf-finørstavene avhenger av den abrasive virkningen, og når staver av metallmateriale anvendes også av den kjemiske påvirkning av visse komponenter i flisen. Kanten vil avrundes og-så ved forurenset råmaterial, en virkning som i meget stor grad kan akselereres ved mineralforurensninger. Det er funnet at valget av staver laget av mineralmateriale er viktig og at for visse typer av raffinering oppnås de beste resultater med materiale som ikke lett tar polering, men som utvikler en grov overflate ved slitasje.

Raffinøren kan fortrinnsvis utstyres, med tilbehør 30 for å holde og regulere aksialstrømmen av flis gjennom raffinø-ren fra tilførselen til utløpet. Flere slike aksialstrøm-ningstilførsler er vist i figurene 3 - 6. De har alle en sylindrisk munningspropp 31 skrudd inn i et hull 32 i trommelen 10. Munningsproppen 31 kan dreies fra utsiden og låses i den ønskede stilling ved låsemutteren 33 holdt ved hjelp av låsemuttere 46, 47 i en holder 48 for munningsproppen 31. Munningsproppen 31 har også en forbindelse 29 for tilsetning av vann, kjemikalier eller lignende gjennom en aksial kanal i munningsproppen 31.

Munningsproppen har på innsiden en plog 34 som går innover i radial retning ført gjennom rommet mellom stavene 12 og skovlene 21. I skovlene er det gjort tilsvarende åpninger 35 for at skovlene skal kunne passere (fig. 5). Ved å dreie plogen 34 fra en virkelig radialstilling 34a indikert med brutte linjer i fig. 4 inntil en ønsket vinkel, kan aksial-strømmen av flis gjennom raffinøren justeres for å opprett-holde en ønsket raffineringsvirkning av raffinøren.

Munningsproppen 31 med sin plog 34 kan også beveget ved mut-teren 33 i radial retning og låses i stilling ved låsemutteren 46 for å øke eller minska mengden av flis som beveges mot hver passasje av skovlene 21 forbi plogen 34.

Ved den vinklede eller radiale stilling av munningsproppen 31 og plogen 34 kan mengden av flis som føres av skovlene 21 således reguleres og derved kan også trykket som dannes av sentrifugalkraften på flisen mot raffineringskanten 19 en-dres innen vide grenser.

Jo raskere flisen beveges aksialt gjennom raffinøren, dess mindre vekt fiis føres av skovlene 21 pr. tidsenhet. Trykket mot kantene vil da avta.

Som vist i fig. 3 kan den innvendige flaten 11 av trommelen 10 være enten rent sylindrisk eller gis formålstjenlig pro-filerte spor 36 mellom hvert par staver 12. Rillene kan gis en myk strømlinjekontur.

Under rotasjonen i den retning som er anaitt ved pilen 38 (fig. 1) vil flisen bli ført av de enkelte skovler 21 i større eller mindre mengder avhengig hovedsakelig av mengden tilført flis til raffinøren og justeringen av plogene 34. Som man kan se fra fig.l og fig. 3 er vinkelen mellom skovlen 21 <p>g plogen 34 negativ eller litt mindre enn 90°. En større mengde som føres av skovlene gir et høyere trykk av flisen mot kantene til stavene 12, hvilket resulterer i en mer aktiv raffineringsvirkning.

For å øke strømmen av flis mot utløpet kan diameteren til trommelen økes til et konisk forhold på 1:100 eller også

mer for å oppnå den ønskede strømning.

Etter at flisen er kommet inn i raffinøren akselereres den ved skovlene 21 og ved sentrifugalkreftene komprimeres den i roterende strømning langs den innvendige flaten til trommelen. Flisen kan her bevege seg med en hastighet fra 20

til 60 m pr. sekund eller mer avhengig av den innvendige diameter til trommelen og rotorens hastighet. Når legemet av strømmende flis retarderes ved kantene til stavene utvikles sterke raffineringskrefter som virker på fibrene og si-multant utvikles interne skjærkrefter fiber mot fiber i flislegemet. Den kinetiske energi til delene av flisen som bringes til fullstendig stans vil overføres til varme som øker temperaturen i flisen og forårsaker at en del av dens vanninnhold fordamper. Avhengig av fuktighetsinnholdet i flisen kan vann derfor måtte tilsettes flisen for å forhindre en skadelig senkning i fuktighetsforholdet.

Det er observert at i rommet langs overflaten mellom stavene vil ingen skadelig retensjon av fibermassen finne sted. Strømmen av flis er tilstrekkelig til å forhindre at degra-dert masse akkumulerer.

Ved mikroskopiske observasjoner av massen fra grantre som er raffinert for fremstilling av avispapir er det funnet at raffineringsvirkningen på de primære og sekundære skikt av trakeidene også er bedre enn den virkning som erholdes ved konvensjonelle skiveraffinører.

Stroboskopiske observasjoner utført på strømmen av flis inne i raffinøren under drift viser at partiklene i flisen etter å ha blitt retardert ved kantene til stavene, mister sin hastighet og etter å ha passert tvers over kantene opp-samles på overflaten av den neste skovlen hvor den nødven-dige mengde akkumuleres for å bygge opp det ønskede raffine-ringstrykk når det igjen barberes av mot en etterfølgende stasjonær kant.

Akkumuleringen av flis på skovlene er statistisk tilfeldig og en stor del av fibrene har mistet mesteparten av stiv-hetsegenskapene for konvensjonell mekanisk masse.

Claims (3)

1. Trommelraffinør for raffinering av lignocellulose-masse som innføres i en stasjonær sylindrisk trommel og drives i lineær retning på en pulserende måte ved hjelp av en koaksial rotor (20) omfattende et antall skovlvinger (21) med for- og bakkanter, som går i inngrep med massen med en vinkel i en kilevirkning når massen føres frem av de fremre kanter av skovlene for å frembringe indre skjærkrefter i massen når denne presses gjennom et gap definert mellom de frie ender av skovlvingene (21) og en serie ad-skilte skjærelementer (12) anordnet aksielt langs den indre veggoverflate i trommelen, karakterisert ved et antall plogelementer (34) som er justerbart montert i trommelens vegg og som pas-ser inn i fordypninger (35) i skovlenes vinger for å tillate at vingene (21) kan passere plogelementene (34) under rotasjonen for derved å regulere strømmen av masse gjennom kla-ringen i gapet.

2. Raffinør ifølge krav 1, karakterisert ved at skjærelemeitene omfatter staver (12) med i det vesentlige rektangulært tverrsnitt og som er løsbart montert i spalter i tromme1veggen, for å muliggjøre variering av gapklaringen.

3. Raffinør ifølge krav 2, karakterisert ved at stavene (12) ytterligere er dreibart montert rundt sin lengdeakse.