FI108556B - Process for calendering a material web and a calendering system which implements the process - Google Patents

Abstract

The invention relates to a process and calendering system for calendering a material web W, especially a paper or cardboard web, in a long-nip calender, in which the supporting roll 11 of the long-nip roll 15 is constituted by a heatable roll with case-hardened surface. The length of the long nip N in the running direction of the material web W is within the range of ca. 10 mm - 500 mm. As the long-nip roll 15, a roll is used in the invention whose band casing 30, at least along the calenderable elongated middle section 31, consists of metal. In the process, the material web W is subjected to a nip pressure within the range of ca. 0.1 MPa - ca. 50 MPa, and the surface temperature of the rolls 11, 15 before the nip N is set to a value of ca. 60 degrees C - ca. 350 degrees C. <IMAGE>

Description

Menetelmä materiaalirainan kalanteroimiseksi sekä menetelmän toteuttava kalanterijärjestely.A method for calendering a material web and a calender arrangement implementing the method.

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä materiaalirainan kalanteroimi-5 seksi sekä menetelmän toteuttava kalanterijärjestely.The present invention relates to a method for calendering a material web and to a calender arrangement implementing the method.

Keksinnön kohteena on menetelmä materiaalirainan, erityisesti paperi- tai kartonkiradan, kalanteroimiseksi pitkänippikalanterissa, jossa pitkänippitelan vastatelana on kuumennettava metallipintainen tela, jolloin nipin pituus materi-10 aalirainan etenemissuunnassa on alueessa noin 10 mm - 500 mm. Keksinnön kohteena on myös kalanterijärjestely materiaalirainan, edullisesti paperiradan tai kartonkiradan, kalanteroimiseksi, johon järjestelyyn kuuluu pitkänippikalan-teri, jossa pitkänippitelan vastatelana on kuumennettava metallipintainen tela, jotka telat muodostavat väliinsä pitkänipin, jonka pituus rainan etenemissuun-15 nassa on alueessa noin 10 mm - 500 mm.The invention relates to a method for calendering a material web, in particular a paper or board web, in a long-nip calender, wherein the long-nip roll counter roll has a heated metal surface roll, the nip having a length of about 10 mm to 500 mm. The invention also relates to a calender arrangement for calendering a web of material, preferably a paper or board web, which comprises a long nip roller having a heated metal surface roll between the rolls forming a long nip having a length of about 10 mm in the web. .

Kalanteroinnin laatua parannettaessa on käytännössä ainoana mahdollisuutena ollut aiemmin lisätä kalanterointinippien määrää, joka on johtanut kalanterin monimutkaisempaan rakenteeseen ja vaikeampaan paperiradan hallintaan ja 20 päänvientiin. Näitä ongelmia on pyritty ratkaisemaan erilaisilla hihna- ja kenkä-kalantereilla, joilla kalanterointinippiä pidennetään ja siten tehostetaan nipin toimintaa. Esim. hihnakalantereilla kalanteroitava paperi viedään päättömän hihnan avulla esikontaktiin kuuman kalanteritelan kanssa, jolloin pystytään luomaan kalanteroinnin kannalta edullinen jyrkkä lämpötilagradientti. Hihnan 25 avulla nipin tehollinen pituus kasvaa esikontaktin ansiosta sekä siitä syystä, että hihnamateriaalina on mahdollista käyttää huomattavasti pehmeämpiä polymeerejä kuin telapinnoitteissa ilman lämmön aiheuttamasta muodonmuutoksesta johtuvia ongelmia. Super-tai softkalanteria pitemmällä nipillä saadaan paperiin kohdistettavaa puristusimpulssia kasvatettua ilman, että painehuippu 30 tulee liian suureksi ja bulkkisuus alkaa pienentyä.In practice, the only way to improve the quality of calendering has been to increase the number of calendering nipples in the past, which has resulted in a more complex calender structure and more difficult paper path management and 20 headings. Attempts have been made to solve these problems by means of various belt and shoe calendars, which extend the calendering nip and thus make the nip more efficient. For example, the paper to be calendered with belt calendars is pre-contacted with a hot calender roll by means of an endless belt, thereby creating a steep temperature gradient favorable for calendering. By means of the belt 25, the effective length of the nip is increased due to the pre-contact and also because it is possible to use substantially softer polymers as belt material than in roller coatings without the problems caused by the deformation caused by heat. With a nip longer than the super or soft calender, the compression pulse applied to the paper can be increased without the pressure peak 30 becoming too high and the bulking begins to decrease.

Eräs hihnakalanteriratkaisu on aikaisemmin esitetty esim. suomalaisessa patenttijulkaisussa nro 95061, jossa kalanterointinippi muodostuu kuumennet 1' B 5 56 2 tavan kovapintaisen telan ja joustavalla pinnoitteella päällystetyllä kalanterite-lalla tuetun metallihihnan väliin. Tämän ratkaisun eräänä haittapuolena on maksiminippipaineen jääminen riittämättömäksi monille korkeaa kalanteroin-tiastetta vaativille paperilaaduille.One belt calender solution has previously been disclosed, e.g., in Finnish Patent Publication No. 95061, wherein a calendering nip is formed between a hard surface roll of a heater 1 'B 5 56 2 and a metal belt supported by a flexible coating calender roll. One disadvantage of this solution is that the maximum nip pressure is insufficient for many paper grades requiring a high degree of calendering.

55

Esillä olevan keksinnön eräänä päämääränä on aikaansaada ratkaisu, jolla voidaan suorittaa kalanterointi kahden kovan pinnan välissä ilman perinteiseen konekalanterointiin liittyviä haittapuolia kuten suhteellisen suuret kiiltovaihtelut ja bulkin pieneneminen. Nämä haittapuolet aiheutuvat konekalanteroinnissa 10 käytettävästä suhteellisen suuresta nippipaineesta, joka on tyypillisesti suuruusluokkaa noin 100 MPa.It is an object of the present invention to provide a solution that can perform calendering between two hard surfaces without the drawbacks of conventional machine calendering, such as relatively high gloss variations and bulk reduction. These disadvantages result from the relatively high nip pressure used in machine calendering 10, typically in the order of about 100 MPa.

! Esillä olevan keksinnön päämäärien toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että pitkänippitelana käytetään telaa, jonka 15 hihnavaippa on muodostettu ainakin kalanteroivan pituussuuntaisen keskialueensa osalta metallista; että menetelmässä materiaalirainaan W kohdistetaan nippipaine alueessa noin 0,1 MPa - noin 50 MPa, ja että telojen pintalämpötila ennen nippiä N säädetään arvoon noin 60°C - noin 350°C. Nippipaine on edullisesti alueessa noin 0,2 MPa - noin 15 MPa ja pintalämpötila edullisesti ···. 20 alueessa noin 120°C - noin 300°C. Keksinnön mukaisella ratkaisulla aikaan- saadaan konekalanterointiin nähden mm. tasaisempi kiilto, bulkin säilyminen ja :·: hyväsileys : ’' ’: Keksinnön mukaiselle kalanterijärjestelylle on puolestaan tunnusomaista se, : 25 että pitkänippitelan hihnavaippa on ainakin kalanteroivan pituussuuntaisen keskialueensa osalta metallia.! In order to achieve the objects of the present invention, the method according to the invention is characterized in that a long nip roll is provided with a roll having at least its calendering longitudinal center region made of metal; that in the process, the material web W is subjected to a nip pressure in the range of about 0.1 MPa to about 50 MPa, and that the surface temperature of the rolls prior to nip N is adjusted to about 60 ° C to about 350 ° C. The nip pressure is preferably in the range of about 0.2 MPa to about 15 MPa and the surface temperature is preferably ···. 20 to about 300 ° C. The solution according to the invention provides e.g. smoother gloss, bulk retention, and: ·: good smoothness: '' ': The calender arrangement of the invention is characterized in that: the belt of the long nip roll is at least in its calendering longitudinal center region of metal.

Seuraavassa keksintöä kuvataan yksityiskohtaisemmin oheisiin piirustuksiin viitaten, joissa: = 30 • ] ; kuvio 1 esittää kaaviollisena päästä nähtynä kuvantona keksinnön • · · [ mukaista pitkänippikalanterijärjestelyä, ja 1 08 556 3 kuvio 2 esittää erästä keksinnön mukaiseen kalanterijärjestelyyn soveltuvan pitkänippitelan hihnavaipan suoritusmuotoa kaaviollisena perspektiivikuvantona.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: = 30 •]; Fig. 1 is a schematic end view of a long nip calender arrangement according to the invention, and 1 08 556 3 Fig. 2 shows a schematic perspective view of an embodiment of a long nip roll belt belt suitable for a calender arrangement according to the invention.

5 Kuvio 3 esittää erästä toista keksinnön mukaiseen kalanterijärjestelyyn soveltuvan pitkänippitelan hihnavaipan suoritusmuotoa kaaviollisena päästä nähtynä kuvantona.Fig. 3 is a schematic end view of another embodiment of a long nip roll belt belt suitable for a calender arrangement according to the invention.

Kuvion 1 mukaisesti keksinnön mukaiseen kalanterointijärjestelyyn kuuluu 10 kenkätela 15, jossa stationääriselle akselille 16 on järjestetty nipin N kohdalle kuormituselementti 17, johon kuuluu nipin leveydelle (telan pituussuunnassa) ulottuva kenkäosa 19 ja sitä kuormittavat männät 20. Kengän 19 ympäri kulkee hihnavaippa 30, joka on muodostettu ainakin kalanteroivalta keskialueeltaan metallista, kuten kuviossa 2 on esitetty. Kuvion 2 suoritusmuodossa hihnavai-15 pan 30 keskialue on muodostettu teräshihnasta 31, joka ulottuu kengän 19 pituuden yli, ja siihen on liitetty joustavaa materiaalia olevat päätyosat 32, jotka voivat olla esim. polymeeriä, kumia, silikonia jne. Päätyosat 32 on liitetty teräshihnaan 31 joustavalla tavalla, esim. liimaamalla tai vulkanoimalla. Liitos on tehty kenkäosan 19 ulkopuolisessa kohdassa, jotta vältetään väsyttävän 20 kuormituksen kohdistuminen teräshihnaan.According to Figure 1, the calendering arrangement of the invention includes a shoe roll 15 wherein a stationary shaft 16 is provided with a loading member 17 at the nip N which includes a shoe portion 19 extending across the nip width (longitudinally of the roll) and piston at least in the calendering center region of the metal as shown in Figure 2. In the embodiment of Fig. 2, the central region of the strap belt 15 is formed of a steel strap 31 extending over the length of the shoe 19, and is provided with end portions 32 of resilient material, e.g. polymer, rubber, silicone, etc. by gluing or vulcanization. The joint is made at the outside of the shoe section 19 to avoid exerting a tiring load on the steel belt.

Teräshihna 30 voidaan toteuttaa myös kokonaan metallista, esim. järjestämällä : hihnavaipan päätyalueisiin elastiset tiivistysrenkaat, jotka on sovitettu pyöri- ,···. mään mainitun vaipan mukana, kuten kuvattu Fl-patentissa 66932.The steel strap 30 may also be made entirely of metal, e.g. by providing: elastic sealing rings fitted to the end regions of the strap, which are fitted with rotating, ···. with said diaper as described in Fl patent 66932.

2525

Kuviossa 3 on esitetty ratkaisu, jossa kenkätelan 15 polymeerihihnan 40 päälle :" *: on pujotettu ohutseinämäinen metallilieriö 41, joka on kiristetty paikoilleen telan sisäisen ilmanpaineen avulla. Lieriön 41 pituus on sama kuin materiaaliradan f ‘ · t leveys ja sitä ei ole kiinnitetty kenkätelan päätyrakenteisiin, jolloin vältytään 30 metallimateriaalin väsyttävältä kuormitukselta kengän reuna-alueella.Figure 3 shows a solution where the shoe roll 15 has a strap on the polymer belt 40: "*: has a thin-walled metal cylinder 41 tensioned by the internal air pressure of the roll. The length 41 is equal to the width of the material web f '· t , thus avoiding the fatigue loading of the metal material at the periphery of the shoe.

Pitkänippitelan 15 ja sen kuumennettavan, metallipintaisen vastatelan 11 väliin muodostuu pitkänippi N, jonka läpi materiaaliraina W johdetaan sen kalanteroi- 4 108556 miseksi. Rainaan kohdistetaan nippipaine, joka on alueessa noin 0,1 - noin 50 MPa, edullisesti alueessa noin 0,2 - noin 15 MPa, joka on huomattavasti pienempi kuin normaalissa konekalanteroinnissa käytettävä paine, joka on i suuruusluokkaa noin 100 MPa. Telojen pintalämpötila ennen nippiä N sääde- 5 tään arvoon noin 60°C - noin 350°C ja edullisesti arvoon noin 120°C - noin 300°C kun tavanomaisessa konekalanteroinnissa käytettävä pintalämpötila on tyypillisesti alueessa noin 60°C - noin 120°C. Nipin N pituus materiaalirainan etenemissuunnassa on edullisesti alueessa noin 10 mm - noin 500 mm. Sekä pitkänippitelan 15 teräshihnan 30 että vastatelan 11 ulkopinnan pinnan kar-10 heus Ra on edullisesti alle 0,3 pm, jolloin materiaalirainaan W saadaan kohdistettua kiillotuskäsittely. Keksinnön mukaista kalanterijärjestelyä voidaan käyttää myös toispuoliseen tai molemminpuoliseen matta-ajoon käyttämällä riittävän suurta Ra arvoa teräshihnalle ja/tai vastatelan pinnalle, esim. alueessa Ra = n. 0,4 - n. 2,0 pm.Between the long nip roll 15 and its heated metal surface counter roll 11 there is formed a long nip N through which the web of material W is guided for its calendering. The web is subjected to a nip pressure in the range of about 0.1 to about 50 MPa, preferably in the range of about 0.2 to about 15 MPa, which is significantly lower than the pressure used in normal machine calendering of about 100 MPa. The surface temperature of the rolls before nipple N is adjusted to about 60 ° C to about 350 ° C, and preferably to about 120 ° C to about 300 ° C, while the surface temperature used in conventional machine calendering is typically in the range of about 60 ° C to about 120 ° C. The length of the nip N in the direction of propagation of the material web is preferably in the range of about 10 mm to about 500 mm. Preferably, both the steel belt 30 of the long nip roll 15 and the outer surface of the counter roll 11 have a surface Ra of less than 0.3 µm, whereby the material web W is subjected to a polishing treatment. The calender arrangement according to the invention can also be used for one-sided or two-sided matt driving, using a sufficiently high Ra value for the steel belt and / or the surface of the counter roll, e.g. in the range Ra = about 0.4 to about 2.0 µm.

1515

Keksinnön mukainen ratkaisu soveltuu sekä on-line käyttöön että off-line käyttöön. Keksinnön mukaista kalanterijärjestelyä voidaan ajatella käytettäväksi esimerkiksi puristinosalla materiaalirainan kuivaamiseen, esikalanterointiin ennen päällystyskonetta ja loppukalanterointiin päällystyskoneen jälkeen.The solution according to the invention is suitable for both on-line and off-line use. The calender arrangement according to the invention can be contemplated for use with, for example, a press section for drying the material web, pre-calendering before the coating machine and final calendering after the coating machine.

20 I « j Käytettäessä keksinnön mukaista laitteistoa paperikoneen kuivatusosassa ' t.,: voidaan paperikonetta lyhentää jättämällä osa kuivatussylintereistä pois.When using the apparatus according to the invention in the drying section of the papermaking machine, i.e., the papermaking machine can be shortened by omitting part of the drying cylinders.

• · * · · • k k > »• · * · · • k k> »

Claims (10)

1. Förfarande för kalandering av en materialbana (W), särskilt en pappers- eller kartongbana, i en längnypskalander, där längnypsvalsens (15) motvals (11) är 5 en upphettbar vals, varvid nypets (N) längd i materialbanans (W) löpriktning är inom intervallet ca 70 mm - 270 mm, kännetecknat därav, att som langnyps-vals (15) används en vals, vars bandmantel (30) bestär ätminstone beträffande j det längsträckta mittomradet (31), som skall kalanderas, av metall; att i forfa- randet riktas pa materialbanan (W) ett nyptryck inom intervallet ca 0,1 MPa - ca 10 50 MPa, och att valsarnas (11,15) temperatur före nypet (N) regleras till ca 60°C - ca 350°C.A method of calendering a web of material (W), in particular a paper or cardboard web, in a longitudinal nip calendar, wherein the longitudinal roll (11) of the long nip roll (15) is a heated roll, the length of the nip (N) in the running direction of the web of material (W). is within the range of about 70 mm - 270 mm, characterized in that as a long nip roller (15), a roller is used whose belt sheath (30) determines at least about the elongated central region (31) to be calendered, of metal; in the process, a nip pressure is directed to the material web (W) within the range of about 0.1 MPa - about 10 50 MPa, and that the temperature of the rollers (11,15) before the nip (N) is adjusted to about 60 ° C - about 350 ° C. 2. Förfarande enligt patentkravet 1, kännetecknat därav, att nyptrycket är inom ! intervallet ca 0,2 MPa - ca 15 MPa, och att valsarnas yttemperatur före nypet 15 (N) är inom intervallet ca 120°C - ca 300°C.Method according to claim 1, characterized in that the nip pressure is within! the range of about 0.2 MPa - about 15 MPa, and that the surface temperature of the rollers before the nip 15 (N) is in the range of about 120 ° C - about 300 ° C. 3. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, kännetecknat därav, att i förfarandet används valsar (11,15), vars mantels utsidas ytjämnhet Ra är under 0,3 pm. 20Method according to Claim 1 or 2, characterized in that rolls (11,15) are used in the process, the outer surface roughness Ra of which of the jacket is below 0.3 µm. 20 4. Förfarande enligt nägot av föregaende kraven, kännetecknat därav, att i för-farandet används en längnypsvals (15), vars bandmantel (30) bestär helt av * ·:··: metall. • · · • t ·Method according to any of the preceding claims, characterized in that a longitudinal nip roller (15) is used in the process, the strip jacket (30) consisting entirely of * ·: ··: metal. • · · • t 5. Kalanderarrangemang för kalandering av en materialbana (W), företrädesvis : ‘ ‘ b en pappersbana eller kartongbana, vilket arrangemang bestär av en längnyps- kalander, där längnypsvalsens (15) motvals utgörs av en upphettbar vals (11) ': ’ *: med metallyta, vilka valsar (11,15) mellan sig bildar ett längnyp (N), vars längd ...·* i banans (W) löpriktning är inom intervallet ca 70 mm - 270 mm, kännetecknat 30 därav, att längnypsvalsens (15) bandmantel (30) inom ätminstone det läng-: ’": sträckta mittomrädet (31), som skall kalanderas, är av metall. 1 0 8 556 8A calender arrangement for calendering a web of material (W), preferably: '' b a paper web or cardboard web, which arrangement consists of a long nip calender, wherein the long nip roll (15) counter-roll consists of a heated roll (11) ':' *: with metal surface, which rolls (11,15) form between them a longitudinal nip (N) whose length ... · * in the running direction of the web (W) is in the range of about 70 mm - 270 mm, characterized in that the longitudinal nip roll (15) ) strap jacket (30) within at least the longitudinal: "stretched" middle region (31) to be calendered is of metal. 1 0 8 556 8 6. Kalanderarrangemang enligt patentkravet 5, kännetecknat därav, att band-manteln (30) inom mittomrädet är bildat av ett stalband (31), vid vars kanter an-slutits pa ett flexibelt sätt ändpartier (32) av ett flexibelt icke-metalliskt material.6. A calender arrangement according to claim 5, characterized in that the band sheath (30) is formed in the middle region of a steel band (31), at the edges of which are connected in a flexible manner end portions (32) of a flexible non-metallic material. 7. Kalanderarrangemang enligt patentkravet 6, kännetecknat därav, att änd- partierna (32) är anslutna genom limning eller vulkanisering tili stälbandet (31).7. Calendar arrangement according to claim 6, characterized in that the end portions (32) are connected by gluing or vulcanizing to the frame band (31). 8. Kalanderarrangemang enligt patentkravet 5, kännetecknat därav, att band-manteln (30) är helt av metal I. 108. Calendar arrangement according to claim 5, characterized in that the belt sheath (30) is entirely of metal I. 9. Kalanderarrangemang för kalandering av en materialbana (W), företrädes-vis en pappersbana eller kartongbana, vilket arrangemang bestär av en läng-nypskalander, där längnypsvalsens (15) motvals utgörs av en upphettbar vals (11) med metallyta, vilka valsar (11,15) mellan sig bildar ett langnyp (N), vars 15 längd i banans (W) löpriktning är inom intervallet ca 10 mm - 500 mm, kännetecknat därav, att längnypsvalsens (15) bandmantel bestär av ett band (40) av polymer, pä vilket en tunnvägig metallcylinder (41) päträtts.A calender arrangement for calendering a web of material (W), preferably a paper web or cardboard web, which arrangement consists of a long nip calender, wherein the long nip roll (15) of the long nip consists of a heatable roller (11) with metal surface, which rolls (11). 15) between them forms a long nip (N), the length of which in the running direction of the web (W) is in the range about 10 mm - 500 mm, characterized in that the band jacket of the long nip roller (15) consists of a band (40) of polymer, to which a thin-walled metal cylinder (41) is fitted. 10. Kalanderarrangemang enligt patentkravet 9, kännetecknat därav, att 20 metallcylindern (41) har spänts pä plats med hjälp av valsens inre lufttryck eller . ’": har anslutits genom limning eller vulkanisering tili polymerbandet (40) för att rotera med det. » 1 ♦ · • · 1 · 1 > I » 1 1 I10. The calender arrangement according to claim 9, characterized in that the metal cylinder (41) is tensioned in place by means of the internal air pressure of the roller or. Has been connected by bonding or vulcanizing to the polymer band (40) to rotate with it. »1 ♦ · • · 1 · 1> I» 1 1 I