EP0779391A1 - Verfahren zur Malhung von Papierfasern - Google Patents

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EP0779391A1
EP0779391A1 EP96115697A EP96115697A EP0779391A1 EP 0779391 A1 EP0779391 A1 EP 0779391A1 EP 96115697 A EP96115697 A EP 96115697A EP 96115697 A EP96115697 A EP 96115697A EP 0779391 A1 EP0779391 A1 EP 0779391A1
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EP
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grinding
tools
stage
primary
carried out
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Frank Peter Dr. Meltzer
Josef Schneid
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Voith Paper Fiber and Environmental Solutions GmbH and Co KG
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Voith Sulzer Stoffaufbereitung GmbH
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21D—TREATMENT OF THE MATERIALS BEFORE PASSING TO THE PAPER-MAKING MACHINE
    • D21D1/00—Methods of beating or refining; Beaters of the Hollander type
    • D21D1/20—Methods of refining
    • D21D1/30—Disc mills

Definitions

  • the invention relates to a method for grinding paper fibers according to the preamble of claim 1.
  • the grinding tools used for grinding are also called sets and installed in grinding machines - so-called refiners.
  • Such grinding machines have at least one rotor and at least one stator with either disc-ring or truncated cone-shaped surfaces on which the grinding tools or fittings are attached, so that grinding gaps can form between them.
  • Point Grinding tools on the work surfaces webs and grooves one speaks of "knife sets”.
  • grinding tools in which the grinding surfaces facing the material flow have a hard, porous structure with a roughness depth of one tenth to about three millimeters. Between these grinding surfaces there are often still a few channels for material guidance. The structure must not change too much over time. So it must not become smooth even with increasing wear of the clothing.
  • the wear of the grinding tools used in the process should also be as low as possible.
  • the hard-pored grinding surfaces mentioned are present on at least one side of the grinding tools. It is possible to have grinding surfaces of this type work against conventional knife sets. In such a case, the channels located between the knife bars can ensure sufficient transport of the pulp suspension to be ground, for example also without channels being required on the porous grinding surface. Then, due to the hard-pore grinding tool opposite the knife bars, the particularly favorable abrasive grinding treatment takes place. Of the Mass transfer in the grinding machine is increased if the knife set of such a combination is attached to the rotor. Given the large number of possible requirements for grinding development, it is up to the person skilled in the art to design grinding tools that move relative to one another, taking into account the characteristics specified in the claims.
  • each grinding stage can be controlled separately in terms of performance, i.e. optimally adapted to the specific grinding task of this stage and the properties of the grinding surfaces. Furthermore, the grinding becomes more uniform. In addition, it is often advantageous in the method if only a relatively low specific grinding work (kWh / to) is transferred per machine.
  • Fig. 1 shows the primary grinding stage 1 and the following secondary grinding stage 2.
  • the suspension flow with the paper fibers F is indicated as an arrow, which runs through both grinding stages.
  • the example shown is a realization with disc refiners.
  • grinding tools 3 and 3 ' are used which move relative to one another.
  • a stator 7 and a rotor 8 are indicated, which are positioned and movable relative to one another, the actual grinding gap S being formed between the grinding tools 3 and 3 'located on them.
  • two hard-pore grinding tools work against each other.
  • the pulp pre-ground in the primary grinding stage 1 then passes into the secondary grinding stage 2.
  • This is equipped with the grinding tools 4 and 4 ', in each case as conventional knife sets, which are attached to a stator 9 or rotor 10.
  • Fig. 1 The embodiment shown in Fig. 1 is only one of the conceivable possibilities.
  • FIG. 2 shows a variant in which the primary grinding stage 1 has both a hard-pored grinding tool 3 and a grinding tool 3 ′ provided with grinding strips 6.
  • the knife set is attached to the rotor 8, which leads to improved material conveyance. This can sometimes be undesirable if it would build up too much pressure. In such a case, the knife set would be fixed in the stator 7. A more even grinding could also be expected under certain circumstances.
  • Fig. 3 shows the part of a grinding tool with porous abrasive grinding surfaces 5, which - as already mentioned - can either work with knife sets or, in turn, with hard-pored surfaces.
  • the roughness depth T is exaggeratedly large and indicated by arrows.
  • Fig. 5 shows a not-to-scale diagram of the degree of grinding development.
  • the abscissa 12 represents the specific work, e.g. in kWh / to and ordinate 11 the grinding development, e.g. measured in degrees Schopper Riegler. Milling between points A and B takes place in the primary grinding stage and between points B and C in the secondary grinding stage. Correspondingly, sections 13 and 14 are on the abscissa 12.
  • the grinding development according to this method is shown in curve K 1. An energetically more favorable grinding degree development can be seen than if grinding were carried out in only one step (curve K 2).

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  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
  • Multicomponent Fibers (AREA)

Abstract

Bei dem Verfahren zur Mahlung von Papierfasern (F) werden zwei Mahlstufen (1, 2) hintereinandergeschaltet. In der ersten Mahlstufe (1) werden die Papierfasern zwischen Mahlwerkzeugen (3, 3') behandelt, von denen mindestens eines eine hartporige abrasive Oberfläche hat, während in der zweiten Mahlstufe (2) die Behandlung zwischen Messergarnituren erfolgt. Durch das Verfahren sind beträchtliche Energieeinsparungen möglich. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Mahlung von Papierfasern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Verfahren dieser Art werden seit langer Zeit eingesetzt, da die zur Papierherstellung benötigten Zellstoffasern erst durch eine Mahlbehandlung die gewünschten Eigenschaften erhalten. Aber auch aus Altpapier gewonnene Fasern müssen oft vor dem Wiedereinsatz gemahlen werden.
  • Ein beträchtlicher Teil der Betriebskosten, die bei der Mahlung von Faserstoffen in der Zellstoff- und Papierindustrie anfallen, rührt von den Energiekosten her. Daher war es schon immer ein Bestreben, Mahlverfahren zu finden, mit denen - gemessen an dem gewünschten Erfolg - ein nicht zu hoher Energieeinsatz gebraucht wird. Da die Zielsetzungen der Faserstoffbehandlung je nach Anwendungsfall unterschiedlich sind, ist auch die Beurteilung des Mahleffektes unterschiedlich. In vielen Fällen wird die eingesetzte Energie auf den Mahlerfolg so bezogen, wobei z.B. die Mahlarbeit (kWh) entweder pro Tonne Faserstoff und Mahlgradsteigerung oder pro Tonne Faserstoff und Festigkeitssteigerung angegeben wird. Der erzielte Mahlgrad wird meist nach der Methode "Schopper Riegler" gemessen, bei der im wesentlichen die Wasseraufnahme ermittelt wird.
  • Die zur Mahlung eingesetzten Mahlwerkzeuge werden auch Garnituren genannt und in Mahlmaschinen - sogenannte Refiner - eingebaut. Solche Mahlmaschinen haben mindestens einen Rotor und mindestens einen Stator mit entweder scheibenring- oder kegelstumpfförmigen Flächen, auf denen die Mahlwerkzeuge oder Garnituren angebracht werden, so daß sich zwischen ihnen Mahlspalten ausbilden können. Weisen Mahlwerkzeuge an den Arbeitsflächen Stege und Nuten auf, spricht man von "Messer-Garnituren". Es gibt aber auch Mahlwerkzeuge, bei denen die dem Stoffstrom zugewandten Mahlflächen eine harte porige Struktur mit einer Rauhtiefe von einem Zehntel bis etwa drei Millimetern haben. Zwischen diesen Mahlflächen sind oft noch einige Kanäle zur Stofführung frei gehalten. Die Struktur darf sich mit der Zeit nicht allzusehr ändern. Sie darf also auch mit zunehmendem Verschleiß der Garnitur nicht glatt werden.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein neues Mahlverfahren zu schaffen, mit dem die zur Mahlung von Fasern eingesetzte Energie geringer ist als bisher. Auch sollte der Verschleiß der beim Verfahren eingesetzten Mahlwerkzeuge möglichst gering sein.
  • Diese Aufgabe wird durch die Kennzeichen der Ansprüche 1 gelost. Die nachfolgenden Unteransprüche beschreiben besonders vorteilhafte Ausgestaltungen.
  • Mit Hilfe des Verfahrens ist es möglich, die Energie optimal einzusetzen: Zu Beginn der Mahlung, wenn der Mahlgrad des Faserstoffes noch relativ niedrig ist, läßt sich durch die abrasive Wirkung der hartporigen Mahlflächen ein überrraschend schneller Mahlgradanstieg erreichen. Das gilt auch im Vergleich zu speziellen "schneidenden Garnituren", wie sie oft im initialen Bereich der Mahlung verwendet werden. Die so vorgemahlenen Fasern werden anschließend in der sekundären Mahlstufe mit Messergarnituren sehr wirtschaftlich auf den gewünschten Endzustand gebracht.
  • Für die primäre Mahlstufe ist es entscheidend, daß die genannten hartporigen Mahlflächen auf mindestens einer Seite der Mahlwerkzeuge vorhanden sind. Es gibt die Möglichkeit, derartige Mahlflächen auch gegen konventionelle Messergarnituren arbeiten zu lassen. Die sich zwischen den Messerleisten befindenden Kanäle können in einem solchen Fall für einen ausreichenden Transport der zu mahlenden Faserstoffsuspension sorgen, z.B. auch ohne, daß an der porösen Mahlfläche Kanäle erforderlich sind. Dann findet infolge des den Messerleisten gegenüberliegenden hartporigen Mahlwerkzeugs die besonders günstige abrasive Mahlbehandlung statt. Der Stofftransport in der Mahlmaschine wird verstärkt, wenn die Messergarnitur einer solchen Kombination am Rotor befestigt ist. Bei der Vielzahl möglicher Anforderungen an die Mahlentwicklung bleibt es dem Fachmann überlassen, in welcher Weise er relativ zueinander bewegte Mahlwerkzeuge ausgestaltet unter Beachtung der in den Ansprüchen genannten Kennzeichen.
  • Bei der Durchführung des Verfahrens können je nach Anlagengröße mehrere Mahlmaschinen derart verwendet werden, daß für jede Mahlstufe wenigstens eine Maschine zur Verfügung steht. Dadurch läßt sich jede Mahlstufe leistungsmäßig separat regeln, also der speziellen Mahlaufgabe dieser Stufe und den Eigenschaften der Mahlflächen optimal anpassen. Ferner wird die Mahlung gleichmäßiger. Darüberhinaus ist es bei dem Verfahren oft von Vorteil, wenn pro Maschine nur eine relativ geringe spezifische Mahlarbeit (kWh/to) übertragen wird.
  • Es ist möglich, innerhalb einer Mahlstufe, sei es nun die primäre oder sekundäre, mehrere Refiner in Reihe oder auch parallel zu schalten.
  • Bei den in der sekundären Mahlstufe verwendeten Maschinen ist es von weiterem Vorteil, Garnituren mit Messern aus Keramik/Metall- Verbundwerkstoff einzusetzen, die für Fasern mit mittlerem und höherem Mahlgrad besonders gut geeignet sind. Sie haben dann auch einen extrem geringen Abrieb. Solche Garnituren mit einer Verbundstruktur und im wesentlichen glatter, nicht abrasiver Oberfläche sind z.B. aus der EP 0 575 685 A1 bekannt.
  • Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert anhand von Zeichnungen. Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    schematisch: Die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens;
    Fig. 2
    schematisch: Eine Variation der primären Mahlstufe;
    Fig. 3
    schematisch: Ein hartporiges Mahlwerkzeug;
    Fig. 4
    schematisch: Den Teil einer Messergarnitur;
    Fig. 5
    schematisch: Mahlgradentwicklung/Diagramm.
  • Fig. 1 läßt die primäre Mahlstufe 1 und die ihr folgende sekundäre Mahlstufe 2 erkennen. Der Suspensionsstrom mit den Papierfasern F ist als Pfeil angegeben, der durch beide Mahlstufen verläuft. Bei dem gezeigten Beispiel handelt es sich um eine Realisierung mit Scheibenrefinern. In der primären Mahlstufe 1 werden Mahlwerkzeuge 3 und 3' verwendet, die sich relativ zueinander bewegen. Angedeutet sind ein Stator 7 und ein Rotor 8, die gegeneinander positioniert und bewegbar sind, wobei sich zwischen den auf ihnen befindlichen Mahlwerkzeugen 3 und 3' der eigentliche Mahlspalt S bildet. Bei diesem Beispiel arbeiten zwei hartporige Mahlwerkzeuge gegeneinander. Der in der primären Mahlstufe 1 vorgemahlene Faserstoff gelangt anschließend in die Sekundär-Mahlstufe 2. Diese ist mit den Mahlwerkzeugen 4 und 4' ausgestattet, jeweils als konventionelle Messergarnituren, die auf einem Stator 9 bzw. Rotor 10 befestigt sind.
  • Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform ist nur eine der denkbaren Möglichkeiten.
  • In Fig. 2 ist eine Variante dargestellt, bei der die primäre Mahlstufe 1 sowohl ein hartporiges Mahlwerkzeug 3 als auch ein mit Mahlleisten 6 versehenes Mahlwerkzeug 3' aufweist. In dem hier gezeigten Fall ist die Messergarnitur am Rotor 8 befestigt, was zur verbesserten Stofförderung führt. Dies kann gelegentlich unerwünscht sein, wenn dadurch ein zu hoher Druck aufgebaut würde. In einem solchen Falle würde man die Messergarnitur im Stator 7 fixieren. Dabei wäre unter Umständen auch eine gleichmäßigere Ausmahlung zu erwarten.
  • Wenn auch nicht dargestellt, da selbstverständlich, kann das Verfahren auch in an sich bekannten Kegelrefinern realisiert werden, wobei wieder eine primäre und eine sekundäre Mahlstufe gemäß den Ansprüchen zu wählen wäre.
  • Fig. 3 zeigt den Teil eines Mahlwerkzeuges mit porigen abrasiven Mahlflächen 5, die - wie bereits ausgeführt - entweder mit Messergarnituren oder auch wiederum mit hartporigen Flächen zusammenarbeiten können. Die Rauhtiefe T ist übertrieben groß gezeichnet und durch Maßpfeile angegeben.
  • Der Vollständigkeit halber ist in Fig. 4 ein Teil einer an sich bekannten Messergarnitur mit Mahlleisten 6 dargestellt.
  • Fig. 5 zeigt ein nicht unbedingt maßstäbliches Diagramm zur Mahlgradentwicklung. Die Abszisse 12 stellt die spezifische Arbeit, z.B. in kWh/to dar und die Ordinate 11 die Mahlentwicklung, z.B. gemessen in Grad Schopper Riegler. Zwischen den Punkten A und B wird in der primären Mahlstufe gemahlen und zwischen den Punkten B und C in der sekundären. Entsprechend sind die Abschnitte 13 und 14 auf der Abszisse 12. Die Mahlentwicklung gemäß diesem Verfahren zeigt die Kurve K 1. Man erkennt eine energetisch günstigere Mahlgradentwicklung, als wenn nur in einer Stufe (Kurve K 2) gemahlen würde.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Mahlung von Papierfasern (F) in wässriger Suspension, bei dem die Fasern zwischen relativ zueinander bewegten und gegeneinander positionierten Mahlwerkzeugen (3, 3', 4, 4') mechanisch so beansprucht werden, daß sich ihre Länge verringert und/oder ihre Oberfläche vergrößert,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Papierfasern (F) nacheinander in mindestens zwei Mahlstufen (1, 2) gemahlen werden, wobei die primäre Mahlstufe (1) mit solchen Mahlwerkzeugen (3, 3') durchgeführt wird, von denen mindestens eines an einer dem Gegenwerkzeug zugewandten Seite mindestens eine porige abrasive Mahlfläche (5) mit einer Rauhtiefe von mindestens 0,2 mm aufweist und wobei in der sekundären Mahlstufe (2) Mahlwerkzeuge (4, 4') mit faserberührenden Mahlleisten (6), sogenannte Messergarnituren, gegeneinander arbeiten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Rauhtiefe (T) der in der primären Mahlstufe (1) verwendeten Mahlwerkzeuge (3, 3') mindestens 1 mm ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Korndurchmesser der porigen abrasiven Mahlfläche (5) in der primären Mahlstufe (1) mindestens 2 mm beträgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Rauhtiefe (T) mindestens 1 mm ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die in der primären Mahlstufe (1) verwendeten Mahlwerkzeuge (3, 3'), die die poröse abrasive Mahlfläche (5) haben, zumindest teilweise aus einem porösen keramisch-metallischen Verbundmaterial bestehen.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in der primären Mahlstufe (1) Mahlwerkzeuge (3, 3') mit abrasiven Flächen gegeneinander arbeiten.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß in der primären Mahlstufe (1) Mahlwerkzeuge (3) mit abrasiven Flächen (5) gegen andere Mahlwerkzeuge (3') mit Mahlleisten (6'), sogenannte Messergarnituren, positioniert und bewegt werden.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die primäre Mahlstufe (1) bis zu einem Mahlgrad zwischen 18 bis 24 o Schopper Riegler geführt wird.
  9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß Mahlwerkzeuge (4, 4') der sekundären Mahlstufe (2) Messergarnituren sind, deren mahlwirksamen Teile aus einem Keramikverbundmaterial mit im wesentlichen glatter Oberfläche bestehen.
  10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Mahlwerkzeuge (3, 3', 4, 4') mit einstellbarer Kraft gegeneinander gedrückt werden.
  11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß für die beiden Mahlstufen (1, 2) verschiedene Mahlmaschinen verwendet werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die in den verschiedenen Mahlmaschinen auf die Papierfasern übertragene spezifische Arbeit unterschiedlich ist.
  13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß mindestens eine der beiden Mahlstufen (1, 2) in mehreren hintereinandergeschalteten Mahlmaschinen ausgeführt werden.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die beiden Mahlstufen (1, 2) in derselben Mahlmaschine ausgeführt werden.
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