AT510785B1 - Mechanischer halbstoff sowie ein system und ein verfahren zur produktion mechanischen halbstoffes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Herstellung mechanischen Halbstoffes, der z.B. erfindungsgemäß im Herstellungsprozess eines Papierprodukts verwendet wird. Rohmaterial auf Zellulosebasis wird in einer Schnitzelwaschanlage (2) gewaschen und von dort mit Waschwasser in einen Vorzerfaserer (3) transferiert, wobei die Konsistenz des Rohmaterials beim Eintritt 2 bis 6 % ist, und dort unter Verwendung eines Schnittspaltes von 2 bis 6 mm gemahlen. Dann wird in einem Halbstoff-Eindicker (4) Wasser aus dem gewaschenen, vorzerfaserten Rohmaterial entfernt und der Halbstoff in mindestens einem Refiner (6) gemahlen.

Description

Beschreibung

GEBIET DER ERFINDUNG

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Herstellung eines mechanischenHalbstoffes, sowie eine Verwendung des nach diesem Verfahren hergestellten Halbstoffes.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

[0002] Mechanischer Halbstoff wird industriell durch Schleifen oder Mahlen von Holzrohmaterialproduziert. Die Produktion von Halbstoff durch beide Verfahren erfordert eine beträchtlicheMenge Mahlenergie, wodurch in dieser Produktionsstufe besonders hohe Energiekosten ent¬stehen.

[0003] Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere den Prozess der Produktion mechani¬schen Refiner-Halbstoffes, bei der das dem Prozess zugeführte Faserrohmaterial in Form vonStücken, zum Beispiel Holzschnitzeln oder dergleichen, vorhanden ist. Der Prozess zur Herstel¬lung mechanischen Refiner-Halbstoffes weist keinen eigentlichen Vorzerfaserer auf, sonderndas Mahlen wird im ersten Schritt an Holzschnitzeln ausgeführt. Nach dem Mahlen im erstenSchritt wird der Halbstoff im zweiten Schritt in einen Refiner überführt. Nach diesen primärenRefinern wird der Halbstoff sortiert und ein Teil des Halbstoffes wird in einem Rejekt-Refinererneut gemahlen.

[0004] Das Mahlen mechanischen Refiner-Halbstoffes wird normalenweise durch Hochkonsis¬tenzmahlen oder so genanntes HC-Refining in einem Scheibenrefiner zwischen zwei Refiner¬scheiben ausgeführt, die eine profilierte Oberfläche aufweisen. Ein derartiger Refiner weisteinen kleinen Schnittspalt auf, lediglich etwa 0,2 mm.

[0005] Eine andere Art Refiner, der zur Produktion von Halbstoff verwendet wird, ist ein Kegel¬refiner. Beim Kegelrefiner wird das Faserrohmaterial einem Mahlbereich zugeführt, der durcheinen konischen, sich drehenden Rotor und einen den Rotor umgebenden Stator gebildet istund in dem es zu Halbstoff vermahlen wird. Dieser Prozess wird normalerweise in Form einerNiederkonsistenz-Halbstoffverarbeitung bei einer Konsistenz von etwa 4 % derart ausgeführt,dass der Schnittspalt sehr klein, nahezu ein Messerkontakt ist. Das Mahlen basiert auf derTatsache, dass in einem derartig kleinen Schnittspalt die Faser abgeflacht wird, und derSchnittspalt wird mit Wasser geschmiert, das reichlich vorhanden ist. Diese Art der Verarbeitungist jedoch zum Beispiel für das Mahlen im ersten Schritt ungeeignet.

[0006] Zum Beispiel liegt der Energieverbrauch bei der Herstellung von mechanischem Refiner-Halbstoff für LWC-Papier (Light-Weight-Coated-Papier) typischerweise bei etwa 3 MWh/Tonne.Infolge der Energieintensität des Zerfaserungsprozesses können die Wege zur Reduzierungdes Energiebedarfs für eine Tonne des Produktes um nur einige Prozent zu deutlichen Einspa¬rungen bei den Produktionskosten führen.

[0007] Die Fl 53468 B offenbart ein Verfahren zur Produktion mechanischen Halbstoffes, inwelchem Rohmaterial auf Cellulosebasis zu einer ersten Dampfkammer unter Druck geführtwird, in einem ersten Scheibenrefiner gemahlen wird, zu einer zweiten Dampfkammer unterDruck geführt wird und weiter zu einem zweiten Refiner. In jeder Stufe wird das Rohmaterialunter hohem Druck behandelt und durch einen Scheibenrefiner gemahlen.

[0008] Die US 2008035286 A1 offenbart Prozesse und Systeme zum Erzeugen von Halbstoffaus Lignocellulosematerialien, in welchen Imprägnierungs-, Zerfasernngs-, Waschstufen undzumindest zwei Refiner vorhanden sind. Im diesem System ist der Zerfaserer nach dem Im¬prägnieren und vor dem Waschen angeordnet.

[0009] Die Fl 105109 B betrifft Zerfaserung von Cellulosematerialien, bei der das Material zu¬erst in kleinere Stäbchen zerfasert wird, und dann einem Refiner zugeführt wird.

[0010] Nach der Zerfaserung und vor dem Refiner befindet sich ein Wässerungsprozess, in welchem das zerfaserte Rohmaterial mit Wasser benetzt wird.

[0011] Das System der DE 2053419 A1 basiert auf einem Doppelscheibenrefinen unter Druck.Mit anderen Worten arbeiten die Refiner unter einem hohen Druck. Der Zyklonabscheider zwi¬schen dem ersten Doppelscheibenrefiner und dem zweiten Doppelscheibenrefiner ist mit einerDüseneinrichtung versehen, um einen Schauer von Druckwasser zu liefern, um die Faserpro¬dukte zu benetzen und abzukühlen.

[0012] Die Fl 66660 B offenbart einen Doppelschrittrefiner des Standes der Technik, der einenersten Refiner und eine Trennvorrichtung, um akzeptiertes Material von zurückzuweisendemMaterial zu trennen, enthält, wobei das zurückgewiesene Material dem zweiten Refiner zuge¬führt wird.

[0013] Alle vorgenannten Verfahren und Vorrichtungen sind energieintensiv und erfordernmehrere Verdünnungs- und Eindickungsschritte.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0014] Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Lösung des oben erwähnten Problems des Energie¬verbrauchs dergestalt darzubieten, dass mechanischer Halbstoff mit deutlich geringerem Ener¬gieverbrauch hergestellt werden kann als nach dem Stand der Technik und mit einem Verfah¬ren, das möglichst wenige Verdünnungs- und Eindickungsschritte enthält.

[0015] Die Lösung gemäß der Erfindung für die Produktion mechanischen Halbstoffes umfasstim Wesentlichen einen separaten Niedrigenergie-Vorzerfaserungsschritt, der eine deutlicheVerringerung des Energieverbrauchs von einem oder mehreren Refinern ermöglicht, die zurProduktion von Halbstoff verwendet werden. Darüber hinaus verbraucht das Mahlverfahren derLösung weniger Mahlenergie als Lösungen nach dem Stand der Technik. Bei dem Verfahrengemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wird Halbstoff, der im Mahlschritt bereits vorzerfa¬sert wurde, vorzugsweise als Hochkonsistenz- Halbstoff in einem Kegelrefiner derart gemahlen,dass das Mahlen vorzugsweise mit einem Schnittspalt ausgeführt wird, der größer als üblich ist.

[0016] Um das Ziel der Erfindung zu erreichen, ist das Verfahren gemäß der Erfindung primärdurch das gekennzeichnet, was im kennzeichnenden Teil des angefügten Anspruchs 1 darge¬legt ist. Das System gemäß der Erfindung ist durch das gekennzeichnet, was im kennzeichnen¬den Teil des angefügten Anspruchs 4 dargestellt ist. Die Verwendung mechanischen Halbstof¬fes im Herstellungsprozess eines Papierproduktes gemäß der Erfindung ist durch das gekenn¬zeichnet, was im kennzeichnenden Teil des angefügten Anspruchs 10 dargestellt ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0017] Im Folgenden wird die Erfindung anhand der angefügten Zeichnungen ausführlicherbeschrieben. Es zeigen: [0018] Fig. 1 ein Beispiel eines Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, [0019] Fig. 2 einen Vorzerfaserer gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, [0020] Fig. 3a-b einen Rotor für einen Vorzerfaserer gemäß einer Ausführungsform der Erfin¬ dung, [0021] Fig. 4 einen Rotor für einen Refiner gemäß einem Beispiel der Erfindung in einem Längsschnitt in axialer Richtung und

[0022] Fig. 5 einen Rotor eines Refiners gemäß Fig. 4 aus Blickrichtung von vorn.AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0023] Figur 1 zeigt eine allgemeine Ansicht des energiesparenden Verfahrens zur Herstellungmechanischen Halbstoffes gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung. Holz¬schnitzel in einem Rohmaterial auf Zellulosebasis, das einem Vorwärmbehälter 1 zugeführtwird, wurden vorzugsweise derart geschnitzelt und gesiebt, dass die dem Vorwärmbehälter 1 zugeführten Schnitzel im Wesentlichen eine längliche Form aufweisen. Typischerweise sind dieSchnitzel keine regelmäßigen Stücke, sondern ihre Form und Größe kann variieren. Um derKlarheit Willen kann die Form der Schnitzel jedoch als ein dreidimensionales Stück mit mindes¬tens drei verschiedenen Abmessungen beschrieben werden: eine erste Länge, eine zweiteLänge und eine dritte Länge. Die Schnitzel weisen typischerweise mindestens eine Seite auf,die länger als die anderen Seiten ist. Darüber hinaus sind die zwei kürzeren Seiten der Schnit¬zel gewöhnlich nicht gleich lang, sondern die zweitlängste Seite des Schnitzels, die sogenannteBreite des Schnitzels, ist oftmals größer als die kürzeste Seite des Schnitzels, die sogenannteDicke des Schnitzels. Die Bezeichnungen längste Seite, zweitlängste Seite und kürzeste Seitefür die Seiten des Schnitzels können in der vorliegenden Beschreibung verwendet werden,ohne den Schutzumfang dieser Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken. In diesemZusammenhang sei jedoch angemerkt, dass die Seiten der Schnitzel nicht zwangsläufig regel¬mäßig sind, sondern Unregelmäßigkeiten umfassen können, und dass die oben angeführteDefinition der drei Seiten nicht immer genau mit der Form jedes Schnitzels übereinstimmt.

[0024] Die längste Seite des Schnitzels (die Länge des Schnitzels) ist vorzugsweise mindes¬tens doppelt, bevorzugter mindestens drei- oder viermal so lang wie die zweitlängste Seite desSchnitzels (die Breite des Schnitzels).

[0025] Die gesiebten Schnitzel werden im Vorwärmbehälter 1 vorgewärmt, zum Beispiel durchDampf, der während des Mahlens produziert wird. Die Haltezeit im Vorwärmbehälter 1, dasheißt die durchschnittliche Zeit, während der der Halbstoff im Behälter gehalten wird, beträgtvorzugsweise etwa 3 bis 6 Minuten. Vom Vonwärmbehälter 1 aus werden die Schnitzel vor¬zugsweise einer Schnitzelwaschanlage 2 zugeführt. Die Einstellung der Produktionsmenge wirdvorzugsweise über einen Schneckendosierer vorgenommen, der zum Beispiel eine geschwin¬digkeitsgesteuerte Schnecke sein kann, die zwischen dem Vonwärmbehälter 1 und der Schnit¬zelwaschanlage 2 angeordnet ist. Die Aufgabe der Schnitzelwaschanlage 2 besteht darin,Fremdkörper von den in das System eingegebenen Schnitzeln, wie zum Beispiel Sand, der mitden Schnitzeln in das System geführt wird, abzuwaschen oder mindestens ihre Menge deutlichzu verringern. Das Entfernen von Sand und ähnlichen Fremdkörpern von den Schnitzeln wirdvorzugsweise vorgenommen, bevor die Schnitzel in den Vorzerfaserer 3 überführt werden, sodass die Messer des Vorzerfaserers 3 eine längere Lebensdauer im arbeitsfähigen Zustandaufweisen.

[0026] Von der Schnitzelwaschanlage 2 werden die Schnitzel vorzugsweise in einem stetigenStrom zum Vorzerfaserer 3 geführt, welcher die Feinzerfaserung ausführt. Der Zweck der Vorz¬erfaserung besteht darin, die Schnitzel mit geringem Energieverbrauch in eine derartige Formumzuwandeln, dass die Schnitzel mit den eigentlichen Refinern 6, 7 in energieeffizienter Weisezerfasert werden können. Die Vorzerfaserung wird in Verbindung mit Fig. 2 und 3 ausführlicherbeschrieben. Die Überführung der Schnitzel aus der Waschanlage zum Vorzerfaserer 3 wird mitWaschwasser derart ausgeführt, dass die Konsistenz des Rohmaterials, das in den Vorzerfase¬rer 3 eintritt, 2 bis 6 % beträgt.

[0027] Die Position des Vorzerfaserers 3 liegt zwischen der Schnitzelwaschanlage 2 und einemHalbstoff-Eindicker 4, so dass kein separates Verdünnen oder Eindicken ausgeführt werdenmuss, das im Wesentlichen nicht zum System gehört. Der oben angeführte Vorzerfaserer 3 istvorzugsweise eine Vorrichtung, die in der wässrigen Phase arbeitet, die Schnitzel fein auf¬schließt und die Schnitzel zu „Stäbchen” umwandelt. In der vorliegenden Anmeldung bezeich¬net das Herstellen von Stäbchen einen Vorgang, in welchem die Schnitzel zu einem deutlichdünneren, stäbchenähnlichen Stück als zuvor werden. Ein derartiges einzelnes Stück, das zueinem Stäbchen gemacht wurde, weist eine durchschnittliche Länge von 10 bis 15 mm und eineBreite von etwa 0,2 bis 0,8 mm auf.

[0028] Die Vorzerfaserung trägt die Schnitzel vorzugsweise Schicht für Schicht von außen nachinnen ab, so dass der Schnitzel zu einer Fraktion von Stäbchen fein „abgewickelt” wird. ImSystem ist mindestens ein Vorzerfaserer 3 vorhanden, es können aber auch mehrere von ihnenvorhanden sein. Für die Vorzerfaserung ist es entscheidend, dass die durch die Vorzerfaserung gebildete Fraktion von Stäbchen mit besonders geringem Energieverbrauch produziert wird, dervorteilhafterweise nicht mehr als 50 kWh/t, vorteilhafter nicht mehr als 40 kWh/t und am vorteil¬haftesten nicht mehr als30 kWh/t beträgt. Das Mahlen der Fraktion von Stäbchen, die durch dieVorzerfaserung mit geringem Energieverbrauch gebildet wurde, wird dann mit den eigentlichenRefinern 6, 7 mit deutlich geringerem Energieverbrauch ausgeführt, als er für das Mahlen grö¬ßerer Schnitzel erforderlich ist.

[0029] Einige vorteilhafte Beispiele des Vorzerfaserers 3 werden in Verbindung mit Fig. 2 und 3ausführlicher dargestellt. Ein alternatives Beispiel des Vorzerfaserers 3 wird außerdem in Ver¬bindung mit Fig. 4 und 5 dargestellt.

[0030] Vorzugsweise wird der Halbstoff, der Stäbchen enthält, vom Vorzerfaserer 3 zum Halb¬stoff-Eindicker 4 geführt, in welchem überschüssiges Wasser aus dem Halbstoff entfernt wird,bis der Halbstoff vor dem eigentlichen Mahlen in einen Vorwärmer geführt wird. Das im Halb-stoff-Eindicker 4 entfernte Wasser wird vorteilhafterweise derart in das System zurückgeführt,dass das Wasser zum Beispiel in den Vorwärmbehälter 1 zurückgeführt wird. Der Halbstoff-Eindicker 4 kann eine Vorrichtung nach dem Stand der Technik sein, wie beispielsweise eineSchnecke, um die herum eine perforierte Trommel angeordnet ist.

[0031] Die Fraktion von Stäbchen wird im ersten Schritt vom Halbstoff-Eindicker 4 vorzugswei¬se über den Vorwärmer 5 zu einem Kegelrefiner 6 geführt, wo mit einem großen Schnittspaltvon 0,5 bis 5 mm ein Kompressionsmahlen (compression refining) ausgeführt wird. Im Mahl¬schritt werden die Schnitzel, die im Vorzerfaserer 3 zu Stäbchen geformt wurden, entweder ineinem oder in zwei Schritten komprimiert und gemahlen. Dieses Mahlverfahren verbrauchtdeutlich weniger Energie als die Lösungen nach dem Stand der Technik; die von einem einzel¬nen Kegelrefiner verbrauchte spezifische Energie kann so gering sein, dass sie etwa 500 kWh/tbeträgt.

[0032] Wird das eigentliche Mahlen nach der Vorzerfaserung in zwei Schritten ausgeführt, wirdder Halbstoff vorzugsweise vom Refiner 6 im ersten Schritt über einen Dampfabscheider 9 zueinem Refiner 7 im zweiten Schritt geführt, wo das Kompressionsmahlen zum Beispiel auf diegleiche Weise wie im ersten Mahlschritt ausgeführt wird. Die von den Refinern 6, 7 verbrauchtespezifische Energie kann sowohl im ersten als auch im zweiten Mahlschritt gleich sein, dochkann die von den Refinern verbrauchte spezifische Energie zwischen dem Refiner 6 im erstenSchritt und dem Refiner 7 im zweiten Schritt auch variieren. Nach dem Mahlen im zweitenSchritt wird der Halbstoff vorzugsweise vom Refiner 7 im zweiten Schritt über einen Dampfab¬scheider 10 zu einem Behälter 8 zum Beseitigen von Latenz geführt. Wird das Mahlen im zwei¬ten Schritt ganz vom Prozess ausgelassen, wird der Halbstoff vorzugsweise bereits nach demRefiner im ersten Schritt in den Behälter 8 zum Beseitigen von Latenz geführt. Nach dem Behäl¬ter 8 zum Beseitigen von Latenz kann der Halbstoff zur Siebung überführt werden, wo eineRejekt-Fraktion abgetrennt wird, die mit einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik gemah¬len werden soll. Die Verarbeitung der Rejekt-Fraktion ist kein Teil der Erfindung und wird in dervorliegenden Anmeldung nicht näher beschrieben.

[0033] Figur 2 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform des Vorzerfaserers 3 in einer Quer¬schnittsansicht. Der Vorzerfaserer 3 der Fig. 2 kann zum Beispiel ein aus der Papierindustriebekannter Rejekt-Zerfaserer mit Drei-Stufen-Messern sein, oder eine entsprechende Einrich¬tung, in deren Messern das Komprimieren und dadurch die Mahlzerfaserung stattfindet. DerVorzerfaserer umfasst einen Stator S und einen Rotor R sowie entsprechende Zerfaserungs¬elemente. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfassen die Zerfaserungs¬elemente ein erstes Messer und ein zweites Messer, wobei das zweite Messer als Gegenstückzum ersten Messer dient. Der Abstand zwischen dem ersten Messer und dem Gegenstückbestimmt den Schnittspalt.

[0034] Im Vorzerfaserer 3 werden die vorgewärmten Schnitzel durch einen Wasserstrahl undmit besonderes geringem Energieverbrauch, der vorzugsweise nur bei etwa 30 kWh/t liegt, feinzu einer Fraktion von Stäbchen zerkleinert. Die Konsistenz des in den Vorzerfaserer 3 eintre¬tenden Halbstoffes beträgt vorteilhafterweise 2 bis 6 %, vorzugsweise 3 bis 5 %. Im System ist mindestens ein Vorzerfaserer 3 vorhanden, es können jedoch auch mehrere Vorzerfaserervorhanden sein, zum Beispiel zwei.

[0035] Der Faserhalbstoff wird dem Vorzerfaserer 3 in Richtung der Drehachse A des Rotors Rdarin zugeführt. Die Außenfläche des Rotors R und die Innenfläche des Stators S weisen imAllgemeinen eine Kegelform auf und bilden zwischen sich den oben angeführten Verarbei¬tungsbereich Z, wobei sich der Durchmesser des Bereichs in Zufuhrrichtung vergrößert und derBereich in der Querschnittsebene senkrecht zur Drehachse des Rotors R eine ringähnlicheForm aufweist. Der Schnittspalt im Bereich Z liegt im Bereich von 2 bis 6 mm, am bevorzugtes¬ten im Bereich von 3 bis 5 mm.

[0036] Der Bereich Z kann aus aufeinander folgenden Unterbereichen Z1, Z2 und Z3 gebildetsein, welche das Fasermaterial in einer Abfolge durchläuft. So werden die Schnittspalte inZufuhrrichtung vorzugsweise derart schrittweise verkleinert, dass der Spalt im ersten Unterbe¬reich Z1 am größten und im dritten Unterbereich Z3 am kleinsten ist. Zum Beispiel können dieSpalte derart bereitgestellt sein, dass der Spalt im ersten Unterbereich Z1 5 mm (±1 bis 2 mm),der Spalt im zweiten Unterbereich Z2 4 mm (±1 bis 2 mm) und der Spalt im dritten UnterbereichZ3 3 mm (±1 bis 2 mm) beträgt. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, können sich die Unterbereiche inaxialer Richtung im Verhältnis zur Drehachse in einem niedrigeren Steigungswinkel als bei dergewöhnlichen Kegelform erstrecken. Im vorliegenden Fall sind die Unterbereiche Z1, Z2, Z3 imVerhältnis zueinander derart schrittweise angeordnet, dass zwischen zwei aufeinander folgen¬den Unterbereichen ein Durchgangsweg in Radialrichtung besteht, über den der zu verarbei¬tende Halbstoff in den nächsten Unterbereich überführt wird.

[0037] Im Verarbeitungsbereich Z sind die Kämme auf derselben Messerfläche im Wesentli¬chen parallel und die Kämme auf den gegenüberliegenden Messern sind vorteilhafterweiseleicht gekreuzt, d. h. liegen im Verhältnis zur axialen Richtung (Richtung der Drehachse) ineinem kleinen Winkel zueinander. Vorteilhaftenweise trifft dies für alle Unterbereiche zu, wennim Verarbeitungsbereich mehrere Unterbereiche vorhanden sind. Es können auch mehr als diedrei in Fig. 2 dargestellten Unterbereiche vorhanden sein. Zum Beispiel ist es möglich, Vorzer¬faserer 3 zu nutzen, in denen der konische Rotor R und Stator S zum Beispiel vier oder fünfschrittweise Verarbeitungsbereiche bilden.

[0038] Figur 3a und 3b zeigen eine vorteilhafte Ausführungsform für die Messer des Rotors desVorzerfaserers 3, der zum Mahlen der Schnitzel zu Stäbchen gut geeignet ist. Anstelle des inFig. 2 gezeigten Vorzerfaserers 3 kann der Vorzerfaserer 3 zum Beispiel einer sogenanntenAstzerkleinerungsmaschine ähneln, die zum Beispiel in der Zellstoffindustrie verwendet wird.Figur 3a zeigt eine allgemeine Ansicht des Rotors R. Figur 3b zeigt einen vorteilhaften Messer¬winkel der Zerfaserungselemente R.1 des Rotors R gemäß einer Ausführungsform der Fig. 3ain Bezug zur Mitte des Rotors oder eines Gegenstücks, wie zum Beispiel eines Gegenmessers.Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfassen die Zerfaserungselemente einerstes Messer R.1 und ein zweites Messer (in Fig. 3 nicht gezeigt), wobei das zweite Messer alsGegenstück zum ersten Messer R.1 dient. Der Abstand zwischen dem ersten Messer und demGegenstück bestimmt den Schnittspalt.

[0039] Wird das in Fig. 3a und 3b gezeigte Messersystem des Vorzerfaserers 3 angewandt,werden die Schnitzel bei einer geringen Konsistenz von 2 bis 6 % und vorzugsweise 3 bis 5 %in den Zwischenraum zwischen dem Messer R.1 und seinem Gegenstück geführt. Dank desreichlichen Vorhandenseins von Wasser richten sich die länglichen Schnitzel tendenziell imWesentlichen in Strömungsrichtung aus, wodurch die Vorzerfaserung derart erhöht wird, dassdas Messer R.1 zusammen mit dem Gegenstück die Schnitzel mit geringem Energieverbrauchsacht zu einer Fraktion von Stäbchen abschält.

[0040] Der Zwischenraum zwischen dem Gegenstück und dem Rotor R, in den die Schnitzelmit der Strömung geführt werden, ist zuerst vorteilhafterweise ein relativ großer Zwischenraum,zum Beispiel mit einer Höhe von etwa 10 bis 20 mm, und wird schrittweise derart schmaler,dass am Ende der Zerfaserung der Schnittspalt vorteilhafterweise nur etwa 2 bis 6 mm beträgt.Das Messersystem des Rotors R ist vorteilhafterweise höher und weist Zähne mit größeren

Spalten auf als das Messersystem des Stators, das als Gegenstück verwendet wird. Die Rotor¬messer R.1 weisen mit dem Gegenstück eine Wirkung auf, die vorzugsweise sowohl Kompres¬sion als auch Mahlen ist.

[0041] Die Kanten des Rotors R und des Gegenstücks bilden einen Schnittwinkel a, der vorteil¬hafterweise 0° bis 40° und vorteilhafter 5° bis 30° beträgt. Vorzugsweise ist dieser Schnittwinkela (in Fig. 3b gezeigt) derart gebildet, dass die Kanten des Gegenstücks (in Fig. 3 nicht gezeigt)gerade sind und die Kanten des Rotors R schräg. Der Winkel kann jedoch auch derart gebildetsein, dass der Rotor R gerade Kanten aufweist und das Gegenstück schräge Kanten, oderderart, dass sowohl das Gegenstück als auch der Rotor R schräge Kanten aufweisen. DieDrehgeschwindigkeit und/oder -richtung des Rotors R kann als eine Steuervariable verwendetwerden, um Halbstoff mit gewünschter Qualität zu produzieren.

[0042] Wird der Winkel α verwendet, ist die Verarbeitung des Rohmaterials dank der Vorzerfa¬serung feiner als zuvor, so dass die Schnitzel in einer Weise vorzerfasert werden können, diekaum eine Faserbeschädigung verursacht, welche die Fasereigenschaften verschlechternwürde. Darüber hinaus wird dank des Schnittwinkels a, der für das vorteilhafte Messerverhältniszwischen dem Rotor R und seinem Gegenstück gewählt ist, eine besondere Pumpwirkungproduziert, um den Halbstoff zu bewegen. Durch Einstellen der Pumpwirkung ist es möglich, dieStrömungsrate des Halbstoffes zu beeinflussen, der den Vorzerfaserer 3 durchläuft. In derPraxis kann dies zum Beispiel durch Beeinflussen der Drehgeschwindigkeit und/oder -richtungdes Rotors R erfolgen, um entweder über eine Halte- oder eine Pumpwirkung einer gewünsch¬ten Stärke zu verfügen.

[0043] Zusätzlich zu diesen in Fig. 2 und 3 gezeigten Beispielen kann der Vorzerfaserer 3 zumBeispiel auch ein Kegelrefiner 21 sein (in Fig. 4 bis 5 gezeigt), dessen Messersystem aus einemhaltenden äußeren Messer mit kurzen Zähnen und einem Rotormesser mit hohen, beabstande-ten Zähnen besteht.

[0044] Figur 4 zeigt ein Beispiel eines Kegelrefiners 21 der im System gemäß der Erfindungangewandt wird, vorzugsweise als Refiner 6 im ersten Schritt und/oder als Refinder 7 im zwei¬ten Schritt. Der Kegelrefiner 21 der Fig. 4 ist mit Parametern, die zur Vorzerfaserung geeignetsind und sich von denen des Hauptrefiners unterschieden, außerdem zur Verwendung alsVorzerfaserer 3 geeignet. Der Refiner 6, 7 umfasst einen Stator S und einen Rotor R sowieZerfaserungselemente. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfassen dieZerfaserungselemente ein erstes Messer und eine zweites Messer, wobei das zweite Messerals Gegenstück zum ersten Messer dient. Der Abstand zwischen dem ersten Messer und demGegenstück bestimmt den Schnittspalt.

[0045] Das Mahlen mit dem Refiner 6 im ersten Schritt und dem Refiner 7 im zweiten Schritt istein Hochkonsistenzmahlen, bei dem die Halbstoffkonsistenz mindestens 10 %, vorteilhafter¬weise mindestens 18 % beträgt. Das Mahlen kann auch in einer noch trockneren Umgebungerfolgen, wobei die Halbstoffkonsistenz mindesten 30 % betragen kann, zum Beispiel in derGrößenordnung von 50 %. Die Konsistenz des zu mahlenden Halbstoffes wird vorteilhafter¬weise durch Zusetzen einer geeigneten Wassermenge zum Holzrohmaterial, das in den Refiner6, 7 eintritt, eingestellt. Wird als Vorzerfaserer 3 der Kegelrefiner 21 verwendet, wird der Halb¬stoff vorzugsweise mit Waschwasser bei einer Konsistenz von 2 bis 6 % in den Kegelrefiner 21geführt, der als Vorzerfaserer 3 verwendet wird.

[0046] Der Kegelrefiner 21 umfasst einen Rotor R, der drehbar um eine Achse A im Innereneines Stators S angeordnet ist, und Messer, die am Umfang des Rotors, gegenüber dem Stator,bereitgestellt sind. Somit ist zwischen dem Rotor und dem Stator in axialer Richtung ein ring¬förmiger Mahlzwischenraum 22 gebildet, der den Schnittspalt zwischen den Messern des Ro¬tors R und der Innenfläche des Stators S umfasst, in welchem das Mahlen stattfindet. Derhochkonzentrierte Halbstoff kann durch die vom Rotor verursachte Zentrifugalkraft in denSchnittspalt geführt werden.

[0047] Die Zufuhrelemente 11 des Refiners sind angeordnet, um hochkonzentrierten Halbstoffin den Mahlzwischenraum 22 einzuführen. Vorteilhafterweise ist der Schnittspalt relativ groß, etwa 0,5 bis 5 mm, vorzugsweise 1 bis 3 mm. Die sich gegenüberliegenden Flächen (die Mahl¬fläche des Rotormessers und die Innenfläche des Stators) sind mit einer ausreichenden Rau¬heit / feinen Zahnung ausgestattet, um mit dem Halbstoff dazwischen ausreichend Reibung zuhaben. Auf diese Weise können im Halbstoff Scherkräfte erzeugt werden und die Fasern wer¬den außerdem im Schnittspalt gegeneinander gerieben. Somit kann die Mahlenergie mit guterEffizienz auf den Halbstoff gerichtet werden.

[0048] Holzbasiertes Rohmaterial, das ein vom Vorzerfaserer 3 (oder einem Refiner im erstenSchritt) bereits teilweise gemahlener Halbstoff ist, wird zum Beispiel durch eine Zufuhrschneckein Richtung eines Pfeils V dem ersten Ende des Rotors zugeführt, d. h. dem Anfangsende desMahlbereichs. Am Anfangsende des Mahlzwischenraumes zwischen dem Rotor und dem Statorbefinden sich am Rotor angebrachte Zerkleinerungszähne 12, die die Aufgabe besitzen, daszugeführte Rohmaterial zu zerkleinern, bevor es in den eigentlichen Mahlzwischenraum eintritt,wo er zu Fasern vermahlen wird. Das zu mahlende Rohmaterial durchläuft den Mahlzwischen¬raum zwischen dem Rotor und dem Stator in axialer Richtung in einer vorgegebenen Haltezeit,nach deren Ablauf es als gemahlener Halbstoff aus dem Refiner entnommen wird. Die Haltezeitin einem derartigen Kegelrefiner ist länger als die in herkömmlichen Scheibenrefinern, in denendie Zentrifugalkraft den Halbstoff eher wegträgt und ihn nicht in den Mahlbereich pressen kann.

[0049] Figur 5 zeigt ein Beispiel eines Rotors eines Kegelrefiners gemäß Fig. 4, vom Anfangs¬ende des Mahlbereichs aus betrachtet. Der Rotor des Refiners gemäß dem Beispiel umfassttypischerweise axial gerichtete Messer 13, die an seinem Umfang mit bestimmten Intervallenbeabstandet sind, wobei zwischen ihnen Durchgangswege 14 gebildet sind und der Boden derDurchgangswege durch den Körper des Rotors R gebildet ist. Die thermische Energie, die beimHochkonsistenzmahlen erzeugt wird, wandelt im Halbstoff vorhandenes Wasser in Dampf um,wobei die Durchgangswege 14, die sich vom Zufuhrende aus in axialer Richtung zum Auslas¬sende erstrecken, den Dampf aus dem Mahlbereich führen. Die Messer 13 und die Durch¬gangswege 14 erstrecken sich in einem Winkel entsprechend der Kegelform des Rotors R nachaußen. Die Höhe der Messer 13 vom Körper des Rotors R aus, d. h. die Tiefe der Durchgangs¬wege 14 kann zum Beispiel 5 bis 15 mm, vorteilhafterweise etwa 10 mm betragen.

[0050] Darüber hinaus ist es für die Durchgangswege 14 des Rotors R typisch, dass die Durch¬gangswege 14 bei Verwendung des Kegelrefiners als Refiner 6 im ersten Schritt oder als Re¬finer 7 im zweiten Schritt vorzugsweise keine Hindernisse, so genannte „Dämme”, aufweisen,die vom Niedrigkonsistenzmahlen bekannt sind, sondern die dadurch gebildeten Durchgangs¬wege vom Anfangsende (Zufuhrende) des Rotors zum hinteren Ende (Auslassende) des Rotorshin offen sind, so dass der während des Mahlens erzeugte Dampf im Wesentlichen frei zumhinteren Ende des Rotors und aus dem Mahlbereich strömen kann. Auf diese Weise wird Mah¬lenergie derart auf die mechanische Berarbeitung des Halbstoffes im Mahlzwischenraum ge¬richtet, dass die energieverbrauchende Erzeugung von Dampf aus Wasser im Halbstoff mini¬miert wird. Wird jedoch insbesondere ein Kegelrefiner als Vorzerfaserer 3 verwendet, könnendie Durchgangswege seines Rotors auch diese sogenannten Dämme aufweisen.

[0051] Der Gesamtbedarf an Mahlenergie ist mit der allgemeinen Anordnung gemäß der Erfin¬dung deutlich geringer. Zum Beispiel kann der für die Produktion eines LWC- Grades erforderli¬che Gesamtbedarf an Mahlenergie mit der Anordnung gemäß der Erfindung etwa die Hälfteoder weniger als die Hälfte des Bedarfs an Mahlenergie bei Lösungen nach dem Stand derTechnik betragen, das heißt, sogar nur 900 bis 1100 kWh/t. Wird nur ein eigentlicher Refiner 6zusätzlich zum Vorzerfaserer 3 verwendet, kann die erforderliche Mahlenergiemenge sogarnoch geringer sein.

[0052] Mechanischer Halbstoff, der mit dem Verfahren und System gemäß der oben beschrie¬benen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung hergestellt wird, kann zum Beispiel imHerstellungsprozess eines Papierproduktes verwendet werden.

[0053] Die Erfindung ist nicht ausschließlich auf die in Fig. 1 bis 5 und in der obenstehendenBeschreibung dargestellten Beispiele beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzumfangsder angefügten Ansprüche modifiziert werden.

Claims (10)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung mechanischen Halbstoffes, wobei in dem Verfahren Rohmaterialauf Zellulosebasis in einer Schnitzelwaschanlage (2) gewaschen wird, in einem Halbstoff-Eindicker (4) Wasser aus dem gewaschenen Rohmaterial entfernt wird und der Halbstoff inmindestens einem Refiner (6) gemahlen wird, der mindestens ein erstes Messer und einGegenstück umfasst, wobei der Abstand zwischen dem ersten Messer und dem Gegen¬stück den Schnittspalt bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner vordem Entfernen des Wassers im Halbstoff-Eindicker (4) und vor dem Mahlen des Halbstof¬fes im Refiner (6) das Vorzerfasern des in der Schnitzelwaschanlage (2) gewaschenenRohmaterials durch mindestens einen Vorzerfaserer (3) umfasst, wobei der Transfer derSchnitzel aus der Waschanlage (2) in der Vorzerfaserer (3) mit Waschwasser erfolgt, so-dass die Konsistenz des in den Vorzerfaserer (3) eintretenden Rohmaterials 2 bis 6 % ist,und dass das Rohmaterial im Vorzerfaserer (3) unter Verwendung eines Schnittspaltes von2 bis 6 mm gemahlen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohmaterial vor derVorzerfaserung in einer Schnitzelwaschanlage (2) gewaschen wird und dass das Entfernenvon Wasser mit dem Halbstoff-Eindicker (4) nach der Vorzerfaserung ausgeführt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vom Halbstoff-Eindicker (4) Wasser aus dem Rohmaterial nach der Vorzerfaserung und vor dem Mahlenin dem mindestens einen Refiner (6) entfernt wird, wobei das Rohmaterial in dem mindes¬tens einen Refiner (6) unter Verwendung eines Schnittspaltes von 0,5 bis 5 mm gemahlenwird und das Material eine Konsistenz von mehr als 10 % aufweist.
4. 4. System zur Herstellung mechanischen Halbstoffes aus Rohmaterial auf Zellulosebasis,wobei das System eine Waschanlage (2), einen Halbstoff- Eindicker (4) und mindestenseinen Refiner (6) umfasst, der einen Mahlzwischenraum und mindestens ein erstes Messerund ein Gegenstück umfasst, wobei der Abstand zwischen dem ersten Messer und demGegenstück den Schnittspalt in dem mindestens einen Refiner (6) bestimmt, dadurch ge¬kennzeichnet, dass das System einen Vorzerfaserer (3) umfasst, der vor dem Refiner (6)angeordnet ist, dass der Vorzerfaserer (3) einen Mahlzwischenraum und mindestens einerstes Messer und ein Gegenstück umfasst, wobei der Abstand zwischen dem ersten Mes¬ser und dem Gegenstück den Schnittspalt bestimmt, der 2 bis 6 mm breit ist, und dass derVorzerfaserer (3) Zufuhrelemente umfasst, um dem Mahlzwischenraum des VorzerfaserersRohmaterial zuzuführen, wobei die Waschanlage (2) ausgestaltet ist, um das Rohmaterialdem Vorzerfaserer (3) mit Waschwasser in einer Konsistenz von 2 bis 6 % zuzuführen.
5. 5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorzerfaserer (3) zwischender Waschanlage (2) und dem Halbstoff-Eindicker (4) angeordnet ist.
6. 6. System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittspalt desmindestens einen Refiners (6) 0,5 bis 5 mm beträgt und dass der mindestens eine Refiner(6) Zufuhrelemente umfasst, um dem Mahlzwischenraum Rohmaterial zuzuführen, wobeider Halbstoff-Eindicker (4) ausgestaltet ist, um Wasser aus dem Rohmaterial nach derVorzerfaserung und vor dem Mahlen in dem mindestens einen Refiner (6) zu entfernen, sodass das Rohmaterial eine Konsistenz höher als 10 % hat.
7. 7. System nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorzerfaserer (3)einen Mahlbereich Z umfasst, der aus mindestens drei aufeinanderfolgenden Unterberei¬chen Z1, Z2 und Z3 gebildet ist, die jeweils einen vorgegebenen Schnittspalt aufweisen,wobei sich die Schnittspalte in Zufuhrrichtung derart schrittweise reduzieren, dass derSchnittspalt im ersten Unterbereich Z1 am größten ist und der Schnittspalt im dritten Un¬terbereich Z3 am kleinsten.
8. 8. System nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindes¬tens eine Refiner (6) ein Kegelrefiner ist.
9. 9. System nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Systemferner einen zweiten Refiner (7) für das Ausführen eines zweiten Mahlschrittes für denHalbstoff umfasst, der im ersten Refiner (6) gemahlen wurde.
10. 10. Verwendung mechanischen Halbstoffes, der mit einem Verfahren nach einem der Ansprü¬che 1 bis 4 produziert wurde, im Herstellungsprozess eines Papierproduktes. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen