SE435942B - Sett och malmaskin for behandling av fiberuppslamningar, sasom pappersmassa, samt styckeformigt malgods, sasom treflis och span - Google Patents

Description

veosnzs-3 trycket bringas att öka under en kompressionsfas med till- tagande inre friktionssamverkan mellan enskilda fibrer för att därefter momentant sänkas under en följande expanskxßfiäs De kraftiga tryckstötarna och den intensiva friktions- samverkan mellan enskilda fibrer medför, att den rörformade fiberstrukturen kollapsar, att fibern blir flexibel och att inre vätebindningar brytes, varvid fibern tar upp vatten och sväller.

Enligt uppfinningen kan nämnda tryckstötar och bearbet- ning åstadkommas med utnyttjande av en skivraffinör med mal- garnityr som är så utförda, att små kvantiteter av malgodset innestänges i utrymmen mellan i koncentriska ringar på mot- stående ytor hos malskivorna anordnade, tandformade malorgan, vilka kvantiteter utsättes för ett ökande tryck med till- tagande inre friktionssamverkan mellan enskilda fibrer till följd av att nämnda utrymmen minskas successivt, då de på skivorna anordnade tänderna passerar varandra, varefter en momentan trycksänkning sker till följd av en expansion av nämdna utrymmen, då tänderna helt passerat varandra.

För uppnående av ständiga omlänkningar av det väsent- ligen radiella flödet mellan malskivorna föredrages,att det mellan tänderna i varje ring är anordnad en från respektive malskiva utskjutande bom. Vidare föredrages att varje tand i sidled begränsas av bågformade linjer, som från tandens spets sträcker sig ut till delningscirklarna för ifrågavarande ring av tänder. För att effektivisera utmatningen av malgodset i malspalten föredrages vidare, att varje malskiva är försedd med minst en inre ring av tänder,som är motsatt riktade mot övriga tänder och vilka har branta, främre ytor som bildar en för nämnda matning lämplig vinkel med radien hos respektive skiva.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan under hänvisning till bifogade ritningar.

Fig. l är en planvy över ett konventionellt malsegment försett med bommar och spår av det slag som utnyttjas i skiv- raffinörer. _ Fig. 2 är en delsektion i större skala genom tvâ mal- skivor försedda med malsegment enligt fig. l. '78081423-3 3 Fig. 3 illustrerar i än större skala två mötande bom- mar enligt fig. 2 med mellanliggande fibrer.

Fig. 4 är en skivraffinör försedd med malorgan enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 5 är en planvy över ett segment av en malskiva vid raffinören enligt fig. 4.

Fig. 6 är en sektion genom en yttre del av skivraffi- nören enligt fig. 4.

Fig. 7 är en sidovy längs linjen X-X i fig. 5.

Fig. 8 är en sidovy längs linjen Y~Y i fig. 5.

Fig. 9 illustrerar hur tänderna i en ring i den övre malskivan skjuter in mellan tänderna i två intilliggande ringar i den undre malskivan.

Fig. 10 och ll illustrerar en passage mellan en tand i den undre malskivan och en i den övre.

Malning av cellulosafibrer för framställning av pappers- massa utföres med fibern uppslammad i vatten väsentligen inom två koncentrationsområden, ett lågkoncentrationsområde 2-6% och ett högkoncentrationsområde 25-40%. Den nyttiga energin vid malning är utomordentligt låg och verkningsgraden för mal- ningsprocessen är betydligt lägre än 1%. Endast en ringa del av malningsenergin absorberas av fibern, då inom det låga kon- centrationsområdet huvuddelen förbrukas för pumpverkan, turbu- lens samt för klippning och krossning av fibern, medan inom det högre koncentrationsomrâdet huvuddelen förbrukas för elas- tiska transformationer och värmegenerering i fibermaterialet.

En viktig faktor vid malning är emellertid att fibern får till- fälle att ta upp vatten och svälla, då de flesta av papperets styrkeegenskaper är beroende av fiberns svällning.

Vidare är det önskvärt att produktionen av finmaterial begränsas, ty denna fraktion försämrar dräneringen av vattnet från fiberuppslamningen på pappersmaskinen och reducerar det framställda papperets rivstyrka. Vid malning är det vidare av stor betydelse, att påverkan på fibermaterialet i möjligaste mån är homogen, ty en heterogen malning innebär hög energiför- brukning och lägre styrkeegenskaper hos det färdiga papperet.

Existerande malverktyg hos konventionella kvarnar för malning av pappersmassa har malgarnityr konstruerade kring 7soau2s-3 4 grundidêerna med bommar och spår. Ett sådant känt utförande illustreras i fig. 1-3, varvid beteckningen l avser malgarni- tyrets bommar, medan 2 avser mellanliggande spår. Eftersom ar- betssätten är något annorlunda vid låg och hög koncen- tration hos massan kommer båda fallen att beskrivas nedan.

Vid låg koncentration finns stora kvantiteter vatten närvarande i malzonen, varför viskositeten hos massan är låg, varvid även friktionen fiber mot fiber är liten. Spalten mel- lan bommarnas l tobpar måste därvid hållas liten, storleksord- ningen 3-5 fibertjocklekar, motsvarande 0,1-0,2 mm. Det huvud- sakliga arbetet sker vid bommarnas mötande kanter 3, 4, se fig. 3. I denna figur har fibrerna 5 för tydlighets skull visats i överdriven skala . _ Då malspalten måste vara mycket liten krävs efterjuste- ringar med jämna mellanrum för att kompensera förslitningen, vilken emellertid är ojämnt fördelad över malorganens yta.

Detta förhållande medför att redan efter en kort förslitnings- tid uppstår en ojämn behandling av fibermaterialet. Vissa de- lar av detta utsättes för en alltför hård behandling, varvid fibrerna kläms av, krossas eller fragmenteras, medan andra delar passerar mer eller mindre opåverkade genom malzonen. En väsentlig försämring av raffineringseffekten erhålles därvid redan efter en-kort tids användning.

KI. 7 Raffinering vid låg koncentration ger således bl.a. heterogen fiberpåverkan, stora mängder finmaterial, och hög energiförbrukning till följd av hydrauliska förluster.

Vid arbete inom högkoncentratíonsområdet 25-30% finns en ringa mängd fritt vatten närvarande mellan fibrerna i mal- zonen. Detta gör att en sammanhängande fibermatta bildas mel- lan malverktygens bommar med en tjocklek av cirka 0,5-1,0 mm.

P.g.a. friktionen fiber mot fiber och fiber mot malyta alstras stora mängder värme i malzonen. Värme hämmar bildningen av vätebindningar och då även endast en ringa mängd vatten finns närvarande hålles fiberns svällning tillbaka med reducerade styrkeegenskaper som följd.

Sammanfattnigsvis ger således raffinering vid hög kon- centration en fiber som endast lämpar sig förettnflcket ringa 7808423 - 3 5 antal papperskvaliteter. Styrkan i pappersprodukten blir låg och energiförbrukningen i processen hög.

Med utnyttjande av ett mægamityrenligt föreliggande uppfinning kan man spara energi och väsentligt reducera de negativa effekterna på fibrerna samt optimera de inlednings- vis omnämnda önskade fiberegenskaperna. Vidare medges malning vid koncentrationer, där en mer optimal kvantitet vatten finns närvarande i malzonen, storleksordningen l0-25%, och undvikes att den'huvudsakliga fiberpâverkan sker genom kant- effekter enligt fig. 3. Detta uppnås enligt uppfinningen ge- nom att man utnyttjar tryckstötar för att bringa fiber- väggen att kollapsa och genom att bearbetningen av fibern sker till följd av en intensiv friktionssamverkan fiber mot fiber. _ Uppfinningen grundar sig således på insikten om för- delarna att behandla cellulosafibrer inom koncentrationsom- 'rådet 10-25%. Inom detta område är fibermassan så samman- hängande, att ytterligare vatten kan avgå vid kompression för uppbyggande av spänningar i fibermassan, vilket medför att en maleffekt kan erhållas på fibrerna till följd av frik- tion mellan de enskilda fibrerna. Kvarvarande vattenmängd är emellertid tillräcklig för att hålla temperaturen nere i malzonen, vilket är nödvändigt för att fibern efter behand- lingen skall kunna ta upp vatten, svälla och bli flexibel.

I fig. 4 illustreras en skivraffinör vid vilken före- liggande uppfinning kan tillämpas. Den visade raffinören innefattar ett inmatningsrör 6, i vilken en matarskruv 7 är anordnad. 8 betecknar en homogeniseringspropeller. Efter pro- pellern 8 inmatas malgodset mellan en stator 9 och en rotor l0, vardera försedd med en malskiva ll resp. l2. Malgodset omlänkas således från ett axiellt flöde till ett radiellt sådant innan det tillföres malspalten mellan skivorna ll och l2. Under denna oflänkning frammatas malgodset med hjälp av på rotorn 10 anordnade spiralformade vingar 13, vilka sam- verkar med på statorn 9 anordnade spiralformade ledskenor 14. Malskivornas ll och 12 mot varandra vända ytor är för- sedda med i form av tänder utförda malorgan 15 resp. 16.

Tändernas utformning och placering framgår tydligare av fig. 5-B. 7808423-3 6 Som framgår av fig. 5 är tänderna l6 på malskivan l2 anordnade i koncentriska ringar. Detta gäller även tänderna 15 på malskivan ll. Tänderna 15 och 16 är kilformade och har en från basen och ut från respektive malskiva avtagande tjocklek. Den främre något rundade spetsen är riktad i respek- tive skivas rotationsriktning. De koncentriska ringarna av tänder på malskivorna är anordnade vid sådana radiella av- stånd, att en ring av tänder på den ena malskivan skjuter in mellan två ringar av tänder hos motstående malskiva, så- som framgår av fig. 6.

Varje tand begränsas i sidled av två bågformade linjer, som från tandens avrundade spets sträcker sig ut till del- ningscirklarna för ifrågavarande ring av tänder. Denna form illustreras tydligast i fig. 9-ll. Mellan tänderna i varje enskild ring finns en bom l7, vilken skjuter ut från respek- tive malskiva. Såsom visats kan bommarna l7 vara ringformade, varvid tänderna anbringas över respektive bom.

Bommarna 17 har till uppgift att omlänka det radiella flödet av malgods i malspalten, för att undvika att detta passerar i radiell riktning utmed respektive malskivas plana yta utan att nämnvärt påverkas av malorganen 15 resp..l6.

Till följd av bommarna tvingas flödet till upprepade rikt- ningsändríngar, såsom indikeras medelst den streckade linjen i fig. 6, vilket medför att allt malgods utsätts för en om- fattande bearbetning.

Malsegmentet enligt fig. 5 är försett med tvålínre' ringar med tänder l8 riktade i motsatt riktning mot övriga. tänder. Tänderna 18 bildar vidare.en vinkeltï med radien för malskivan 12, vilket innebär att dessa tänders främre, tvära begränsningsyta åstadkommer en effektiv pumpmatning av mal- godset radiellt ut i malspalten mellan malskivorna. Malgodset matas således genom raffinören under samverkan mellan trans- portvingarna 13 och ledskenorna 14, den av rotationen erhåll- na centrifugalkraften, samt tändernas 18 och motsvarande tänders l9 hos den andra malskivan ll pumpverkan. Detta garanterar ett kontinuerligt, jämnt flödeïav malgods genom malspalten. ' 'do Tänderna l8 och 19 bildar en förbehandlingszon 20. vaosnzz-z 7 Nämnda tänder är av kraftigare utförande än övriga tänder och har en desintegrerande och homogeniserande effekt på mal- godset innan detta inmatas i själva behandlingszonen 21. I zonen 20 är spalten 22 mellan tändernas flanker avsevärt större än motsvarande spalt 23 i behandlingszonen. Spalten 23 hålles företrädemäsvücfirka 0,2-0,6 mm och är inställbar genom axiell förskjutning av rotorn 10.

I fig. 7 visas en sidovy längs linjen X-X i fig. 5 av tänderna i behandlingzonen 21. Fig. 8 är en motsvarande sido- vy längs linjen Y-Y i fig. 5, visande en tand 18 i förbehand- lingszonen 20.

Vid drift av malmaskinen bildas ständiga kompressions- zoner och expansionszoner när tänderna hos rotorn respektive statorn passerar varandra. Före varje expansionsfas erhålles en intensiv inre friktionssamverkan fiber mot fiber. Förloppet illustreras schematiskt i fig. 9-ll, varvid det av fig. 9 fram- går hur två ringar av tänder 16 hos rotorn 12 passerar två tänder 15 anbringade vid statorn 11. När två tänder 15 och 16 möts enligt fig. 10 ökar det hydrauliska trycket i den sus- pensionsvolym som innestängs i det kilformiga utrymmet mellan tändernas lutande flanker och bommarna 17. I den i fig. ll illustrerade positionen har en väsentlig tryckökning skett till följd av minskning av nämnda utrymme, varvid man erhåller en intensiv inre friktionssamverkan fiber mot fiber för upp- mjukning av dessa. I ett senare, ej illustrerat skede, då respektive tands bakre flank passerar den andra tandens bakre flank erhålles en momentan trycksänkning, som bidrar till att fiberväggen kollapsar.

Behandlingen av fibermaterial vid denna typ av mal- garnityr sker såsom nämnts företrädesvis vid massakoncentra- tioner inom området 10-25%. Viskositeten är därvid så hög, att fibersuspensionen bildar sammanhängande fibernätverk, som utsättes för upprepade, effektiva behandlingar mellan tand- flanker. Vid en malskivediameter på cirka 700 mm och ett ro- torvarvtal av 1.450 varv/min. utsättes det radiellt ström- mande fiberskiktet för cirka 350.000 kompressions- och expan- sionsfaser med mellanliggande bearbetningsmoment per sek.

Detta ger en effektiv malning av fibrerna utan ovan nämnda 7808423-3 8 icke önskade krossningar och klippningar av dessa, till följd av bearbetning mellan skarpa kanter enligt känd teknik. Vid de som malorgan tjänande tänderna enligt uppfinningen förekom- mer ej några skarpa kanter utan samtliga med fibrerna sam- verkande ytor är avrundade.

Claims (7)

78-081123-3 Patentkrav

1. Sätt vid malning av fiberuppslamningar, såsom pappers- massa, samt styckeformigt malgods, såsom träflis och spån, varvid malgodset bringas att passera väsentligen radiellt utåt mellan två i motsatta riktningar relativt varandra roterande malskivor (11, 12) med för bearbetning av malgodset avsedda tänder (15, 16), k ä n n e t e c k n a t av att små kvantiteter av malgodset innestänges varje gång tänder (15, 16) hos den övre och undre malskivan (11, 12) passerar varandra mellan mot varandra vända snedställda flankytor hos tänderna och utsättes för en successiv kompression, då nämnda flankytor vid tändernas passage närmar sig varandra och minskar tillgängligt utrymme för respektive malgodskvan- titet, vilken kompression åstadkommer en successiv avvattning av den innestängda fibermängden och en uppbyggnad av spän- ningskedjor samt ett tilltagande friktionsarbete mellan en- skilda fibrer, varefter den innestängda fibermängden utsättes för en momentan trycksänkning, då tänderna helt passerat varandra.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att koncentrationen hos det tillförda malgodset hålles inom intervallet 10-25%.

3. . Malmaskin för behandling av fiberuppslamningar, så- som pappersmassa, samt styckeformigt malgods, såsom trä- flis och spån, innefattande minst tvâ, i motsatta riktningar relativt varandra roterande malskivor (11, 12), som mellan sig bildar en malspalt genom vilken malgodset passerar väsentligen radiellt utåt från malskivornas centrum, vilka malskivor (11, 12) är försedda med i koncentriska ringar anordnade, tandformade malorgan (15, 16), så att en ring malorgan på den ena skivan skjuter in mellan två ringar på den andra skivan, varvid malorganen (15, 16) är kilformade och riktade med sin smalaste ände i rotationsriktningen samt har en från basen avtagande tjocklek, k ä n n e- t e c k n a d av att avståndet mellan nämnda ringar är så avpassat i förhållande till tändernas (15, 16) tjocklek, att man erhåller en successiv kompression av var och en av ett flertal, mellan mot varandra vända, snedställda flank- 7808423-3 10 ytor hos tänder ntskjutande från olika skivor (ll, 12) av- gränsade kvantiteter av malgodset till följd av en successiv minskning av tillgängligt utrymme för respektive malgods- kvantitet i samband med tändernas passage av varandra, vilken kompression åstadkommer en avvattning av den inne- stängda fibermängden som medger uppbyggnad av spännings- kedjor samt en intensiv inre friktionssamverkan mellan enskilda fibrer utan klippande samverkan mellan tänderna.

4. Malmaskin enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att mellan tänderna (15, lå) i varje ring är en frân respek- tive malskiva (ll, 12) utskjutande bom (l7) anordnad.

5. Malmaskin enligt krav 3 eller 4, k ä n n e t e c k - n a d av att tänderna (15, 16) har branta bakre ändytor.

6. ,Malmaskin enligt något av krav 3-5, k ä n n e - t e c k n a d av att varje tand (15, 16) i sidled begränsas av bågformade linjer, som från tandens spets sträcker sig ut till delningscirklarna för ifrågavarande ring av tänder.

7. Malmaskin enligt något av krav 3-6, k ä n n e - t e c k n a d av att varje malskiva (ll, 12) är försedd med minst en inre ring av tänder (l8, 19) som är motsatt riktade mot övriga tänder (15, 16) och vilka har branta, främre ändytor, som bildar en sådan vinkel «JC) med radien hos respektive skiva (ll, 12), att en effektiv utmatning av malgodset i malspalten erhålles.