WO1999022040A1 - Barre de couchage pour l'industrie papetiere - Google Patents

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Peter Brodbeck
Christian Coddet
Bernard Hansz
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    • D21H23/58—Details thereof, e.g. surface characteristics, peripheral speed
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    • Y10T29/49563—Fabricating and shaping roller work contacting surface element with coating or casting about a core

Definitions

  • the present invention relates to a coating bar for the paper industry.
  • the coating bar or rod is used in the paper industry to bring a coating material (or "sauce") generally on cardboard or paper to make a cardboard or coated paper.
  • the coating bar consists of a metal rod having a diameter generally between 10 and 20 mm.
  • the sleeping bar is generally held in any support such as a polymer sheath, also called a bed, in which it can rotate.
  • the coating bar in turning, constitutes in a way a doctor blade which removes the excess coating material or "sauce” on the paper, the dosage of the coating material or obtaining a desired thickness of material on the paper, being obtained by varying the pressure of application of the coating bar on the paper and / or by varying the speed of rotation.
  • Coated paper is a strong paper added value and generally of very high quality, the paper being obtained by depositing two or three layers of coating material on each side.
  • the machines include four and even more coating heads. It follows that intensive use of the coating bars in the manufacturing machines leads to rapid wear of the said bars, said wear being accelerated when using a pigmented coating material due to the high abrasion of the pigments on the bars. Sleeping. The consequence of this rapid wear is that it is necessary to change the coating bars of each machine every two days. As the machines currently each comprise eight coating bars, it is easy to measure the economic impact of the coating bars on papermaking.
  • the object of the present invention is to propose a smooth or grooved coating bar whose lifespan has been considerably increased, by at least 50%.
  • An object of the present invention is to produce a coating bar which is coated with a coating constituted by a mixture of ceramics, said coating having a wetting or wetting angle between 30 ° and 90 ° and a porosity of less than 5%, the size of the pores not exceeding 5 ⁇ m.
  • the behavior of the coating material may vary from one situation to another. Indeed, it has been found that it is necessary that the surface tension between the transfer cylinder and the coating material should be greater than the surface tension existing between said coating material and the coating bar, if we want all or almost all of the coating material contained, for example, in the hollow of the grooves is transferred. Therefore, if the wettability of the coating of the coating bar is not sufficient, then there is a dry friction between the coating and the coating material; if the wettability is too high, then at least part of the coating material remains on the coating, for example in the bottom of the grooves. In the latter case, the grooves no longer play their metering role perfectly since a certain amount of coating material remains trapped in the bottom of the grooves.
  • the wetting angle or wettability of the coating is between 30 ° and 90 ° and preferably between 60 ° and 85 °.
  • the wettability of the coating of the coating bar is modified, by varying certain parameters of said coating, such as the porosity or pore size, the structure of the coating, for example within the network of ceramic mixture used to constitute said coating. Since the coating may consist of grains of ceramics juxtaposed, it will be preferable, in certain cases, to vary the concentration or molar content of the ceramics used in the mixture.
  • the present invention recommends using in said mixture a main constituent whose molar content is between 40 and 60%.
  • the coating is obtained by spraying onto the coating bar, a powder of agglomerated ceramic grains or of sintered or split agglomerated grains ground with a size of each agglomerate less than
  • the particle size of the sprayed powder is less than 80 ⁇ m and preferably between 10 and 45 ⁇ m.
  • the coating thus obtained has a thickness of between 15 and 60 ⁇ m and a porosity of less than 5% with an average pore size of less than 5 ⁇ m.
  • the preferred ceramics according to the invention are chosen from Cr 2 O 3 , MgO, Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 and ZrO 2 .
  • a particular mixture consists of 50% Cr 2 O 3 and 50% MgO.
  • Another particular mixture of ceramics has the following composition, in moles: 48% Al 2 O 3 ,
  • Torch power 30 KW, Intensity: 600 A,
  • Powder flow rate of the mixture 32 g / min, Rod rotation speed: 500 rpm
  • Torch movement speed 50 mm / second.
  • the coating bar is maintained at a temperature below 50 ° C by means of a CO 2 jet for example.
  • the final coating obtained according to the invention has a certain surface roughness which it is necessary to largely eliminate in order not to alter the surface condition of the finished coating bar.
  • a treatment is applied to the coated coating bar so as to obtain a surface roughness of less than 1 ⁇ m.
  • the surface treatment may for example be wet polishing.
  • Another treatment consists in placing the coating bar in a rubber roller or between two rubber rollers which rotate on the coating bar, the coating bar-rubber roller assembly being immersed in a slip loaded with 50% by volume. CaCO 3 , TiO 2 or other grain but whose diameter is less than one nanometer.

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Abstract

Elle est du type comprenant un substrat revêtu sur au moins la majeure partie de sa longueur par un revêtement comportant une céramique, et elle est caractérisée en ce que ledit revêtement est constitué par un mélange de céramiques, ledit revêtement présentant un angle de mouillabilité compris entre 30 DEG and 90 DEG , et une porosité inférieure à 5 %, la taille des pores étant inférieure à 5 mu m.

Description

Barre de couchage pour l'industrie papetière
La présente invention concerne une barre de couchage pour l'industrie papetière.
La barre de couchage ou rod est utilisée dans l'industrie papetière pour amener une matière de couchage (ou "sauce") généralement sur du carton ou du papier pour réaliser un carton ou papier couché. La barre de couchage est constituée par une tige métallique présentant un diamètre compris généralement entre 10 et 20 mm. La barre de couchage est généralement maintenue dans un support quelconque tel qu'une gaine en polymère, qu'on appelle également un lit, dans lequel il peut tourner. La barre de couchage, en tournant, constitue en quelque sorte une racle qui enlève l'excédant de matière de couchage ou "sauce" sur le papier, le dosage de la matière de couchage ou l'obtention d'une épaisseur souhaitée de matière sur le papier, étant obtenu en variant la pression d'application de la barre de couchage sur le papier et/ou en variant la vitesse de rotation. Les limites industrielles d'une telle technique ont amené à concevoir une autre génération de barre de couchage qui permette d'augmenter la quantité de matière de couchage déposée sur le papier. Le perfectionnement a consisté à enrouler un fil métallique autour de la barre de couchage. En utilisant des fils métalliques de différents diamètres, on peut varier le volume libre entre deux spires de fil consécutives, ce qui permet d'obtenir un réservoir doseur de matière de couchage, plus ou moins grand. Par la suite, on a préféré graver des cannelures dans la barre de couchage, lesdites cannelures ayant la même fonction que les fils métalliques enroulés. La vitesse de production du papier augmentant continuellement, on utilise de plus en plus des cylindres de transfert dans les machines de fabrication du papier, la barre de couchage étant toujours utilisée pour déposer la quantité déterminée de matière de couchage sur le papier. Sur ces nouvelles machines, la barre de couchage est utilisée pour un "précouchage sur size-press". Le papier couché est un papier à forte valeur ajoutée et en général de très haute qualité, le papier étant obtenu en déposant deux ou trois couches de matière de couchage sur chaque face. A cet effet, les machines comprennent quatre têtes de couchage et même davantage. Il s'ensuit qu'une utilisation intensive des barres de couchage dans les machines de fabrication conduit à une usure rapide desdites barres, ladite usure étant accélérée lorsqu'on utilise une matière de couchage pigmentée en raison de la forte abrasion des pigments sur les barres de couchage. La conséquence de cette usure rapide est qu'il est nécessaire de changer les barres de couchage de chaque machine tous les deux jours. Comme actuellement les machines comprennent chacune huit barres de couchage, on peut mesurer sans peine l'impact économique des barres de couchage sur la fabrication du papier.
Pour tenter de réduire l'usure des barres de couchage, on a réalisé sur ces dernières un revêtement au chrome. Mais les barres de couchage ainsi réalisées ne donnent pas entière satisfaction même si des progrès sensibles ont été réalisés.
La présente invention a pour but de proposer une barre de couchage lisse ou cannelée dont la durée de vie a été considérablement augmentée, d'au moins 50 % .
Un objet de la présente invention est de réaliser une barre de couchage qui soit revêtue par un revêtement constitué par un mélange de céramiques, ledit revêtement présentant un angle de mouillance ou mouillabilité comprise entre 30° et 90° et une porosité inférieure à 5 %, la taille des pores n'excédant pas 5 μm.
En raison des tensions superficielles différentes qui existent entre la barre de couchage et le cylindre de transfert avec lequel elle coopère, le comportement de la matière de couchage peut varier d'une situation à une autre. En effet, on a trouvé qu'il est nécessaire que la tension superficielle entre le cylindre de transfert et la matière de couchage devait être supérieure à la tension superficielle existant entre ladite matière de couchage et la barre de couchage, si on veut que la totalité ou quasi totalité de la matière de couchage contenue, par exemple, dans le creux des cannelures soit transférée. De ce fait, si la mouillabilité du revêtement de la barre de couchage n'est pas suffisante, alors il se produit une friction à sec entre le revêtement et la matière de couchage ; si la mouillabilité est trop importante, alors au moins une partie de la matière de couchage reste sur le revêtement, par exemple dans le fond des cannelures. Dans ce dernier cas, les cannelures ne jouent plus parfaitement leur rôle de dosage puisqu'une certaine quantité de matière de couchage reste prisonnière dans le fond des cannelures.
Selon une caractéristique de la présente invention, l'angle de mouillance ou mouillabilité du revêtement est compris entre 30° et 90° et, de préférence, entre 60° et 85° .
On modifie la mouillabilité du revêtement de la barre de couchage, en faisant varier certains paramètres dudit revêtement, tels que la porosité ou taille des pores, la structure du revêtement, par exemple au sein du réseau du mélange de céramiques utilisé pour constituer ledit revêtement. Le revêtement pouvant être constitué par des grains de céramiques juxtaposés, il sera préférable, dans certains cas, de faire varier la concentration ou teneur molaire des céramiques utilisées dans le mélange. La présente invention préconise d'utiliser dans ledit mélange un constituant principal dont la teneur molaire est comprise entre 40 et 60 % .
Le revêtement est obtenu en projetant sur la barre de couchage, une poudre de grains de céramiques agglomérés ou de grains agglomérés frittes ou fendus broyés avec une taille de chaque agglomérat inférieure à
5 μm et, de préférence, de l'ordre du micromètre. La granulométrie de la poudre projetée est inférieure à 80 μm et de préférence comprise entre 10 et 45 μm. Le revêtement ainsi obtenu présente une épaisseur comprise entre 15 et 60 μm et une porosité inférieure à 5 % avec une taille moyenne des pores inférieure à 5 μm.
Les céramiques préférées selon l'invention sont choisies parmi le Cr2O3, le MgO, l' Al2O3, le TiO2, le SiO2 et le ZrO2.
Un mélange particulier est constitué par 50 % de Cr2O3 et 50 % de MgO.
Un autre mélange particulier de céramiques présente, en mole, la composition suivante : 48 % d'Al2O3,
35 % de TiO2, 15 % de Cr2O3, 2 % de SiO2. On peut également utiliser un mélange comprenant des céramiques de ZrO2, Al2O3, SiO2 et TiO2 ou des carbures et nitrures. Les conditions de projection du mélange de céramiques choisi sont les suivantes :
Torche du type F4 de SULZER-METCO,
Puissance distribuée à la torche : 30 KW, Intensité : 600 A,
Argon : 42 1/mn,
Hydrogène : 12 1/mn,
Distance entre la torche et le rod : 110 mm
Débit de poudre du mélange : 32 g/mn, Vitesse de rotation du rod : 500 tr/mn
Vitesse de déplacement de la torche : 50 mm/seconde.
Pendant la projection, la barre de couchage est maintenue à une température inférieure à 50 °C grâce à un jet de CO2 par exemple.
Le revêtement final obtenu selon l'invention présente une certaine rugosité de surface qu'il est nécessaire d'éliminer en grande partie pour ne pas altérer l'état de surface de la barre de couchage terminée. Un traitement est appliqué sur la barre de couchage revêtue de manière à obtenir une rugosité de surface inférieure à 1 μm. Le traitement de surface peut être par exemple un polissage humide. Un autre traitement consiste à disposer la barre de couchage dans un rouleau en caoutchouc ou entre deux rouleaux en caoutchouc qui tournent sur la barre de couchage, l'ensemble barre de couchage-rouleau en caoutchouc étant plongé dans une barbotine chargée à 50 % en volume de CaCO3, TiO2 ou autre grain mais dont le diamètre est inférieur à un nanomètre.

Claims

REVENDICATIONS
1. Barre de couchage comprenant un substrat revêtu sur au moins la majeure partie de sa longueur par un revêtement comportant une céramique dont la porosité est inférieure à 5 % , caractérisée en ce que ledit revêtement est constitué par un mélange de céramiques, ledit revêtement présentant un angle de mouillabilité compris entre 30° et 90° et une taille des pores inférieure à 5 μm.
2. Barre de couchage selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le mélange de céramiques comprend un constituant principal dont la teneur molaire est comprise entre 40 et 60 % par rapport à la teneur globale du mélange.
3. Barre de couchage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle de mouillabilité est compris entre 60° et 85 ° .
4. Barre de couchage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le revêtement présente une rugosité de surface inférieure à 1 μm.
5. Barre de couchage selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les céramiques sont choisies parmi le Cr2O3, MgO,
Al2O3, TiO2, SiO2 et le ZrO2.
6. Barre de couchage selon la revendication 5, caractérisée en ce que le mélange est constitué par 50 % en mole de Cr2O3 et MgO.
7. Barre de couchage selon la revendication 5, caractérisée en ce que le mélange présente une teneur molaire de
48 % d'Al2O3, 35 % de TiO2, 15 % de Cr2O3, 2 % de SiO2.
8. Barre de couchage selon la revendication 5, caractérisée en ce que le mélange est constitué par du ZrO2, Al2O3, SiO2 et TiO2.
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