FI80097B

FI80097B - Vals i presspartiet av en pappersmaskin och foerfarande foer framstaellning av denna.

Info

Publication number: FI80097B
Application number: FI882006A
Authority: FI
Inventors: Veijo Miihkinen; Jorma Leino; Ari Telama; Jukka Salo
Original assignee: Valmet Paper Machinery Inc
Priority date: 1988-04-28
Filing date: 1988-04-28
Publication date: 1989-12-29
Also published as: CN1037371A; EP0341229A3; ATE124739T1; US4989306A; EP0341229B1; CN1015119B; FI882006A0; DE68923321D1; EP0341229A2; DE68923321T2; FI882006A

Description

80097 Ί Tela paperikoneen puristimessa ja menetelmä sen valmistamiseksi

Vais 1 presspartiet av en pappersmaskln och förfarande för framställnlng av denna 5

Keksinnön kohteena on paperin valmistuksessa käytettävä tela, esimerkiksi puristimen keskitela tai kalanteritela, jonka kanssa raina on suoraan kosketuksessa ja josta raina irrotetaan, jonka telan sylinteri-10 vaipan päälle on muodostettu pinnoite, joka on osittain metallista ja johon myös sisältyy keraamista ainetta.

Keksinnön kohteena on myös menetelmä keksinnön mukaisen telan valmistamiseksi.

15

Tunnetusti paperikoneen puristinosassa käytetään kivitelaa, joka on tehty graniitista. Graniitin suosio perustuu sen pintaominaisuuksiin, jotka saavat aikaan hallitun paperirainan Irtoamisen kiven pinnasta. Lisäksi graniitti kestää hyvin kaapimen kuluttavaa vaikutusta.

20

Graniitilla on kuitenkin erältä haittoja. Luonnonmateriaalina sen ominaisuudet vaihtelevat ja graniitin sisäiset viat ja taipumus halkeiluun muodostavat vakavan esteen sen käytölle eräissä sovellutuksissa. Lisäksi granilttitela on painava, mikä lisää rakenteiden värähtely-25 taipumusta. Kivitelan paino heijastuu myös paperikoneen nostolaitteiden ja perustuksien mitoitukseen.

Ennestään tunnetaan myös synteettisiä kiviteloja, jotka periaatteessa ovat polymeeripintaisla teloja, jossa kovakumln tai polyuretaanin sekaan 30 on lisätty kivijauhetta, kuten kvartsihiekkaa. Näiden telojen haittana on ollut paperirainan liiallinen tarttuminen telan pintaan sekä huono mekaaninen kestävyys.

Hakijan Fl-patentissa 70273 on esitetty puristintela, jonka pintakerros 35 on muodostettu metallijauheen ja epäorgaanisen aineen seoksesta. Metallin tehtävänä on toimia sideaineena ja lisätä telapinnoitteen sitkeyttä. Epäorgaanisen aineen tehtävänä on saada aikaan kulumlskestävä, pinta- 2 80097 1 energialtaan sopiva pinta, koska telan pinnan plntaenergian on oltava tietyissä rajoissa, jotta paperirainan irtoaminen puristintelan pinnasta on hallittua.

5 Hakijan FI-patenttihakemuksen 853544 mukaisessa telassa sopiva pinta-energia on vielä paremmin toteutettu, niin että metallikomponentti on nimenomaan kromia sisältävä ruostumaton teräs, kromin osuuden metallista ollessa 9-35 %. Runsaasti kromia sisältävä ruostumaton teräs on hydrofiilinen aine (kromi lisää hydrofiilisyyttä). Toisaalta kromi-10 seostuksella saatiin rakenteeseen kulumista kestäviä kromikarbideja.

Kromi lisää myös teräksen korroosiokestävyyttä. Tällaisessa "seoksessa" keraaminen aine erkautuu itse teräksestä kromikarbidina.

Esillä olevan keksinnön ensisijainen tarkoitus on saada aikaan 15 tela ja menetelmä sen valmistamiseksi, jota käytettäessä paperirainan irtoaminen telan pinnasta on hallittua ja telan kestävyys lämpötilaa ja mekaanisia rasituksia vastaan on entistäkin parempi.

Edellä olevan päämäärän saavuttamiseksi keksinnön mukainen tela on 20 pääasiassa tunnettu siitä, että pinnoitteen ulkopinta muodostuu kar-bidirikkaista alueista ja näiden välissä olevista matrlisialuelsta.

Keksinnön mukainen menetelmä edellä olevien päämäärien saavuttamiseksi on puolestaan pääasiassa tunnettu siitä, että pinnoite muodostetaan jauhees-25 ta, joka muodostuu karbiidirikkaasta jauheesta ja matrllsijauheesta.

Keksinnön mukaista menetelmää soveltaen voidaan käyttää ennestään tunnetulla valutekniikalla valmistettuja telarunkoja päätyineen ja akseli-tappeineen, jolla telarungolla pääasiallisesti saadaan aikaan telan 30 mekaaninen kestävyys, kun taas telan pintaominaisuudet ja pinnan kestävyys saadaan aikaan uudella tavalla.

Keksinnön mukainen tela voidaan valmistaa useilla erilaisilla menetelmillä, joita on kuvattu FI-patentissa 70273 ja Fl-patenttihakemuksessa 35 853544.

3 80097 1 Karbidipinnoitteen tehtävänä on erityisesti toimia telan puristuspinta-na, jonka erikoispiirre on hyvät paperirainan irrotusominaisuudet.

Irroitusominaisuudet perustuvat karbidipinnoitteen ominaisuuksiin, jotka 5 ovat mikrohuokoisuus, pieni kitka, pinnan sopiva karheus ja näiden säilyminen .

Seuraavassa keksinnön mukaisen pinnoitteen morfologiaa, kemiallista koostumusta ja muita ominaisuuksia selostetaan yksityiskohtaisesti.

10

Keksinnön mukainen telapinnoite muodostuu karbidirikkaista alueista, jotka ovat halkaisijaltaan noin 10-50 ^um sekä halkaisijaltaan noin 10-50 ^um olevista matriisialueista näiden välissä. Karbidialueissa karbidit ovat noin 0,5-10 ^um:n kokoisia ja karbidien osuus n. 50-95 %.

15 Matriisialueella esiintyy myös karbideja, mutta ne ovat submikroskoop-pisia kooltaan noin 0,001-0,01 ^um, joiden osuus valhtelee välillä 5-50 tilavuus-%. Osa karbideista on vielä erkautumatta ja hiili lujittaa matriisia lluoslujitusmekanlsmllla. Karbidialueiden osuus valhtelee käyttötarkoituksen mukaan. Kun osuus on pieni, noin 5-20 tilavuus-%, 20 pinnoite on pehmeämpi ja sitkeämpi kuin silloin kun osuus on suuri, esim. 70-95 tilavuus-%, jolloin kovuuden ja haurauden mukana kasvaa abrasiivinen kulumiskestävyys. Esim. G-telan wolframikarbidipinnalla karbidialueiden osuus on sopivasti 20-30 tilavuus-%.

25 Kemiallisesti telapinnoite on wolframin, kromin ja hiilen seos tai wolframikarbidin, wolframin, koboltin, kromin ja hiilen seos. Koostumuksen ainesosien prosenttiosuudet ovat matriisialueella suuruusluokkaa W 70-88 paino-%, edullisesti 81 paino-%, Co 7-13 paino-%, edullisesti 10 paino-%, Cr 4-10 paino-%, edullisesti 4 paino-%, C 4-8 paino-%, 30 edullisesti 4-5 paino-%. Karbidirikkaalla aluella koostumuksen ainesosat ovat prosenttiosuuksiltaan suuruusluokkaa WC 70-95 paino-%, edullisesti n. 85 % (esim. 86 %), Co 7-13 paino-%, edullisesti 10 %, Cr 4-8 paino-%, edullisesti n. 5 % (esim. 4 %). Wolframikarbidien koostumus muodostuu erilaisista karbideista, joiden prosenttiosuudet on suuruusluokkaa 35 wc 30-100 %, edullisesti 50 %, WC^ 0-50 %, edullisesti 40 %, W2C 0-30 %, edullisesti 10 %. Matriisialueella koostumus vastaa keskimääräistä koostumusta, mutta osa hiilestä on sitoutunut submikroskooppi-siin karbideihin ja osa on liuenneena metallimatrlisissa.

4 80097 1 Pinnan karheutta säädellään pinnoitteen huokoisuuden, karbidien koon ja viimeistelyhionta-asteen avulla. Huokoisuuteen vaikutetaan pinnoitus-parametreilla. Huokoisuuden lisääntyessä pinnan karheus lisääntyy. Karbidien koon määrää pääasiassa jauheen, josta pinnoite muodostetaan, 5 karbidien koko. Pinnoitusparametreillä voidaan vain vähän pienentää karbi-dikokoa. Karbidikoon kasvaessa kasvaa myös pinnan karheus. Viimeistely-hionnalla vaikutetaan pinnan karheuteen hiomalla pinnassa olevien karbidien huiput pois ja näin pienennetään pinnan karheutta samalla ja samalla hioutuvat makroskooppiset epätasaisuudet pois. Tavoitepinnan kar-10 keus riippuu käyttötarkoituksesta, kun halutaan lisätä kitka- ja irro-tusominaisuuksia, valitaan suurempi pinnan karheus esim. 1-2 ^um ja kun halutaan korostaa pientä kitkaa ja kuluttavuutta pinnan karkeus on esim. R 0,2-1 ,um. a / 15 Pinnoitteen kovuus on suurempi kuin 1000 HV 300 ja sen sisäinen lujuus 2 on suurempi kuin 100 N/mm .

Keksinnön mukaisen telan pinnoite valmistetaan jauheesta, jonka ominaisuuksia käsitellään yksityiskohtaisesti seuraavassa.

20

Jauhe muodostuu karbidirikkaasta jauheesta ja matriisijauheesta. Jauheen hiukkaskoko on 5-50 ^um, jakauma riippuu menetelmästä ja on esim.: < 45 ^um 99 %, < 20 ^um 20 % ja < 15 yum 7 %. Mitä lyhyempi altistusalka lämmölle tai matalampi pinnoituslämpötila sitä pienempi hiukkaskoko.

25 Pulverin pitää kuitenkin olla riittävän suurta, jotta sitä voitaisiin syöttää pinnoituslaitteessa. Lisäksi vaikuttaa hiukkasten pinta-ala; mitä suurempi se on sitä tehokkaampi on kuumeneminen. Jauheen hiukkasissa olevien karbidien koko vaihtelee käyttötarkoituksen mukaan ja on 1-10 ^um pinnan karheusvaatimuksesta riippuen. Karbidikoko 1 ^um vastaa 30 pinnan karheutta noin 0,5 ^um ja karbidikoko 3 ^um vastaa pinnan karheutta noin 1,5 ,um R . Matriisijauhe on valmistettu sulasta nopeasti

/ S

jähmettämällä (rapid solidification-tekniikka) siten, että hiili jää rakenteeseen submikroskooppisiksi karbideiksi ja/tai liuenneena metalli-matriisiin. Karbidihiukkasten muoto pinnoitteessa ja jauheessa on pyö-35 reä. Jauheen kemiallinen koostumus vastaa pinnoitteen koostumusta.

Matriisi voi olla kiteinen, amorfinen tai kiteisen ja amorfisen aineen rakenteen seos.

5 80097 1 Jauhe (matriisipulveri) valmistetaan esim. jauhatus-sintraus- ja rouhinta-teknlikalla (milling-sintering and crushing). Pinnoittaminen suoritetaan ennestään tunnetuilla menetelmillä esim. nauhahitsauksella, termisesti ruiskuttamalla, valamalla, kiertämällä sylinterin ympärille sintrattua 5 ja/tai valssattua nauhaa tai telapinnolte aikaansaadaan käyttämällä taipuisaa mattoa, joka sulautetaan kiinni telan runkoon induktio-, laser- tai muuta sopivaa kuumennusta käyttäen. Näitä menetelmiä on yksityiskohtaisesti selostettu hakijan FI-patentissa 70273) ja FI-hakemuk-sessa 853544. Kun pinnoite tehdään ruiskuttamalla, se tehdään ruiskutit) tamalla kahta jauhekomponenttia, jotka ovat a) karbidi ja sidosmetalli ja b) matriisimetalli.

Pinnoite on kostutus- ja pintajännitysominaisuuksiltaan lähellä perinteisesti ko. telassa käytetyn graniitin ominaisuuksia.

15

Karbidiplnnoltteen pitkän aikavälin toimivuuden turvaa suuren kovuuden (1100 HV) aikaansaama hyvä kulumiskestävyys ja seostukseen perustuva hyvä korroosionkestävyys. Molemmat säilyttävät rainan Irtoamiselle olennaiset mikrohuokoisuuden ja pinnan karheuden. Alkuperäinen mikrohuokoisuus-20 taso voidaan säätää plnnoltusprosessln parametreillä.

Karbldiplnnoitus kestää myös tulevaisuudessa paperikoneolosuhtelssa ennustettavat muutokset, jotka ovat korroosiorasitus ja suurenevat lämpötilat, täyteainepitoisuudet ja kasvavat viivakuormat. Pinnoitus 25 kestää myös lämpöshokkitilanteet.

Keksintöä valaistaan lisäksi eeuraavien esimerkkien ja kuvioiden avulla.

30 Hakijan koekoneessa tehtyjen koeajojen perusteella karbidipinnoitteelle todettiin pienet irtoamiskulmat ja pienet irrotusvoimat muihin testipin-tolhln verrattuna.

Kuvio kuvaa rainan irtoamiskulmia rainan ja telan välisen nopeuseron funktiona paperikoneen nopeuden ollessa 18 m/s.

6 80097 1 Esimerkkej ä

Koekoneessa suoritettiin koeajoja seuraavilla teloilla 5 1. A Vanha kit'itela 2. B Ketallitela 3. C Konventionaalinen polymeeritela 4. D Keksinnön mukainen tela 10 paperikoneen nopeudella 18 m/s. Kuviossa tulokset on rekisteröity ralnan irrotuskulmina rainan ja telan välisen nopeuseron funktiona. Kuviosta näkee, että karbidipinnoitteella D on parhaat irtoamisominaisuudet, koska tietyllä vetovoimalla rainan irtoamispiste on aikainen (pieni kulma). Koeajojen yhteydessä mitattiin myös suhteelliset irrotustyöt.

15 Tulokset on nähtävissä taulukossa 1. Karbidipinnoitteen D irrotustyö on vain n. 40 % vertailutelan A irrotustyöhön nähden.

Taulukko 1 20 Suhteellinen irrotustyön arvo Wg eri teloilla: W 2

Teoria: T = _ + mv l-cos0

oc W W

Λ Vertailuksi saadaan: sa = sb l-cos0 l-cos0. a b W:n arvot koeajotulosten perusteella: 30

Tela W

A 1 B 0,64 D 0,41 11 35 1 Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksin nöllisen ajatuksen puitteissa yksityiskohdat voivat vaihdella.

7 80097 5 10 15 20 25 30 35

Claims

1 W 70-88 paino-%, edullisesti 80 %, Co 7-13 paino-%, edullisesti 10 %, Cr 4-10 paino-%, edullisesti 4-5 % ja C 4-8 paino-%, edullisesti 5 %. 9 80097

1. Paperinvalmistuksessa käytettävä tela, esimerkiksi puristimen keski-tela tai kalanteritela, jonka kanssa ralna on suoraan kosketuksessa ja 5 josta raina irrotetaan, jonka telan sylinterivaipan päälle on muodostettu pinnoite, joka on osittain metallista ja johon myös sisältyy keraamista ainetta, tunnettu siitä, että pinnoitteen ulkopinta muodostuu karbidirikkaista alueista ja näiden välissä olevista matriisi-alueista. 10

1 Patenttivaatimukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tela, tunnettu siitä, että karbidialueiden ja matriisialueiden osuudet vaihtelevat käyttötarkoituksen mukaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tela, tunnettu siitä, että karbidirikkaiden alueiden halkaisija on 10-50 ^um ja matriisi-alueiden halkaisija 10-50 ^um.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tela, tunnettu siitä, 20 että karbidialueissa karbidit ovat 0,5-10 ^um kokoisia ja karbidien osuus niissä 50-95 %.

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tela, tunnettu siitä, että matriislalueella karbidit ovat 0,001-0,01 ^um kokoisia ja niiden 25 osuus niissä välillä 5-50 %.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen tela, tunnettu siltä, että pinnoitteessa osa karbideista on erkautumatta ja hiili lujittaa matriisia liuosluj itusmekanismi11a. 30

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen tela, tunnettu siitä, että pinnoite on kemiallisesti wolframikarbidien, wolframin, koboltin, kromin ja hiilen seos tai wolframin, koboltin, kromin ja hiilen seos. 35

8. Jonkin patentcivaatimuksen 1-7 mukainen tela, tunnettu siitä, että pinnoitteen ainesosien osuudet ovat matriislalueella suuruusluokkaa

8 80097

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen tela, tunnettu 5 siitä, että karbidirikkaalla alueella koostumus on pääasiallisesti WC 70-95 %, edullisesti 85 %, Co 7-13 painc-%, edullisesti 10 %, Cr 4-10 paino-%, edullisesti 4-5 %.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen tela, tunnettu siitä, että 10 wolframikarbidien eri karbidien osuudet ovat WC 30-100 %, edullisesti 50 %, WC1-x 0-50 %, edullisesti 40 %, W2C 0-30 %, edullisesti 10 %.

11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen tela, tunnettu siitä, että matrlisialueella osa hiilestä on sitoutunut submlkroskooppisiin karbi- 15 deihin ja osa on liuenneena metallimatrlisiin.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen tela, tunnettu siitä, että pinnoitteen kovuus on >1000 HV 300 ja sisäinen lujuus >100 N/mm^. 20

13. Menetelmä jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukaisen telan valmistamiseksi, jonka telan kanssa raina on välittömässä kosketuksessa ja josta raina irrotetaan, jonka telan pinnoite on osittain metallista, ja johon sisältyy myös keraamista ainetta, tunnettu siltä, että 25 pinnoite muodostetaan jauheesta, joka sisältää karbidirikasta jauhetta ja matrlisijauhetta.

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jauheen hiukkaskoko on 5-50 ,um. 30

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hlukkaskoon jakautuma riippuu menetelmästä ja on esim. < 45 ^um 99 %, < 20^um 20 % ja < 15 ^um 7 %.

16. Jonkin patenttivaatimuksen 13-15 mukainen menetelmä, tunnet-t u siltä, että matrllsijauhe valmistetaan sulasta nopeasti jähmettä- 1C 80097 1 täällä siten, että hiili on rakenteessa submikroskooppina karbideina ja/tai liuenneena metallimatriisissa.

17. Jonkin patenttivaatimuksen 13-16 mukainen menetelmä, tunnet-5 t u siitä, että karbidihiukkasten muoto on pyöreä.

18. Jonkin patenttivaatimuksen 13-17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että matriisipulveri valmistetaan jauhatussintraus- ja rouhinta-tekniikalla.

19. Jonkin patenttivaatimuksen 13-18 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pinnoite valmistetaan nauhahitsauksella, termisesti ruiskuttamalla, valamalla, kiertämällä sylinterin ympärille sintrattua ja/tai valssattua nauhaa. 15

20. Jonkin patenttivaatimuksen 13-18 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että telapinnoite aikaansaadaan käyttämällä taipuisaa mattoa joka sulatetaan kiinni telarunkoon Induktio-, laser- tai muuta sopivaa kuumennusta käyttäen. 20

21. Jonkin patenttivaatimuksen 13-20 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että pinnan karheutta säädellään pinnoitteen huokoisuuden ja/tai karbidin koon ja/tai viimeistelyhionnan avulla.

22. Jonkin patenttivaatimuksen 13-21 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että telapinnoitteen huokoisuuteen vaikutetaan pinnoitus-parametreillä.

23. Jonkin patenttivaatimuksen 13-22 mukainen menetelmä, tunnet-30 t u siitä, että pinnan karheus valitaan käyttötarkoituksen mukaan, huokoisuuden, karbidien koon ja viimeistelyhionta-asteen avulla. 35 π 80097