JP2005520062A - 抄紙機及び板紙抄紙機のニップロール - Google Patents

Abstract

本発明は、抄紙機及び板紙抄紙機のニップロールに関し、該ロールは、スチールで製造される加熱可能なロールである。該ロールの熱衝撃抵抗が６０００Ｗ／ｍ^２を超える

Description

発明の詳細な説明

本発明は、請求項１のプリアンブル部によるロールに関する。

種々のカレンダ処理概念が、先行技術から知られており、その１つにロングニップカレンダ処理が知られている。シューカレンダ処理では、プレスセクションから知られるシュープレス技術が使用され、シューロールは、シューと、荷重負荷部材と、潤滑油システムと、ベルトとを含む。熱ロールは、水式、蒸気式、油式若しくはインダクション式加熱ロールであることができるカレンダニップの他のロールとして使用される。ベルトカレンダは、熱ロール、ハード若しくはソフトロールであってよいベルトループ及びバッキングロールを含み、ベルトは、バッキングロール及びガイド／テンションロール上を循環する。ロングニップカレンダ処理では、大量の熱が熱ロールから紙に移動し、大きな熱量が熱ロールにおいて高い熱応力及び急速な応力勾配を生成し、この場合、現在使用される鋳造鉄ロールの特性（耐久性）は、所望のプロセス条件に対してもはや十分でなくなる。更に、その使用中におけるロールの応力状態は、ロールの材料の厚さの方向に変化し、これに対して、現在使用される材料、例えばチル鋳造は抵抗が乏しい。

今日の抄紙機及び板紙抄紙機において、カレンダ処理は、しばしば、抄紙機及び板紙抄紙機にオンライン型として接続され、この場合、ロールの交換及び清浄は、価値のある能力を無駄にしないように素早く行われなければならない。これは、問題があり、というのは、産業上の安全規則により、ホットロールの温度は、交換される前に６０℃未満でなければならず、一方では、ロールの動作温度は、２００℃もの高さであるためである。先行技術のチルドロールは、２℃／ｍｉｎの温度変化率に耐え、これにおり、相当な時間及び能力が該ロールの交換及び清浄に関連して失われる。これは、例えば圧力ウォッシャを用いるといったように、部分的に、ロールを素早く清掃しようとする試みをもたらし、ロールが、その強度に対して早く冷却されすぎ、従って、重大なダメージがロールに引き起こされうる。

スチール表面を有するロールも先行技術から知られている。一例は、ＵＳ６，２０３，３０７号に開示される。この特許で開示されるホットソフトニップカレンダでは、スチールの外面のロールが、加熱されるカレンダロールとして使用される。しかし、従来のソフトカレンダ処理では、移動される熱量は、ロングニップカレンダに比して相当に小さい。

スチールロールの耐摩擦性がコーティングにより提供される構成が先行技術から知れている。このような構成の幾つかは、ＵＳ４，４５２，６４７号及びＵＳ５，１６７，０６８号で開示される。

典型的には３０ｍｍを超える非常に長いニップ、及び、ロールの表面が典型的には１６０℃を超える高温（ロール内部はより相当に熱い）、及び、可能性として紙／板紙ウェブの水若しくは蒸気による水分付与は、ロングニップカレンダ処理において必要とされる。これらのファクターは、従来的な技術では、マシーン、特にニップの熱ロールの製造を可能とせず、若しくは、従来的に製造される場合、マシーンは、プロセス欠陥の場合に低い耐故障性しかもたない。

現代の抄紙機及び板紙抄紙機では、プロセス条件の動的な変化に耐えるロール、特にニップロールが必要とされ、本発明の重要な目的はかかるロールを提供することである。

本発明の特別な目的は、ロングニッププロセスにより生ずる高い熱応力に耐え、紙への効率的な熱移動を可能とするロングニップロングニップロールを提供することである。

本発明の目的は、熱衝撃（サーマルショック）に耐性のあるロールを提供することである。熱衝撃は、本“Ｔｈｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ” ｂｙ Ｄｏｎａｌｄ Ｒ． Ａｓｋｅｌａｎｄ， ｐｐ． ７４０−７４１， Ｃｈａｐｍａｎ ＆ Ｈａｌｌ， １９９６ （Ｔｈｉｒｄ Ｓ．Ｉ． Ｅｄｉｔｉｏｎ）で扱われている。

本発明の目的は、また、急速な温度変化に耐えるロールを提供することである。

上述の目的及び後に出てくる目的を達成するため、本発明によるロングニップカレンダロールは、主に、請求項１の特徴部に示されるもので特徴付けられる。

本発明の基底をなす問題点は、使用する材料を鋳造鉄からスチールに変更する新規で進歩性のある方法で解決でき、それが意味するところは、本発明によると、ロングニップカレンダの加熱可能な熱ロールがスチールで製造される。

本発明によるロールは、熱衝撃に耐え、その熱衝撃係数は、ロールの特性、延性、非常に高い強度特性、耐磨耗性に起因して、６０００Ｗ／ｍ^２を超える。同時にこれら３つの重要な物理量を有し、それにより相当な効果が達成されるロールは、先行技術から知られている。本発明によるロールの材料は、純粋で、壁の厚さ方向で均一であり、即ち、最も適切には、熱移動プロセスに伴われる全体層は、均質、即ち１つの相、即ち１つの結晶構造を含む。最も効果的には、ロール壁は、マルテンサイト若しくはベイナイトであり、残留オーステナイトを含まない。ロールは、また、全体として均質であってよい。

本発明によるロールの動的な特性は、高いレベルであり、これにより、振動の問題が無くなる。

本発明によるロールの動的な特性は、最も適切には焼き入れ及び焼き戻し状態でのスチールロールは、好ましくは、次の通りである。表面硬度４００−５００ＨＶ_２０、２０００００ＭＰａを超える弾性係数、１０００ＭＰａを超える引張強度、３５０ＭＰａを超える曲げ疲れ強度、３０Ｗ／ｍＫを超える熱伝導性、７％を超える破損点伸び、及び２０Ｊを超える延性。

本発明によるロールは、将来のプロセスでの使用に特に好適であり、というのは、良好な延性、強度及び耐磨耗性によって非常に耐久性があり、更に、その構造が非常に均質であり、これが耐久性を増加させるためである。

本発明によるロールの材料は、最も好ましくは、焼き戻しスチールであり、その結晶構造は、最も適切にはマルテンサイト組織若しくはベイナイト組織である。最も効果的には、本発明によるロールの材料は、インダクションで硬化され焼き戻しされた均質焼き戻しスチールである。

この説明では、ニップロールは、他のロールと共にニップを形成するロールをいい、ロール間の接触は、通常的にＭＰａで与えられ、ニップ長は４ｍｍを超える。

本発明の効果的な特徴によると、ロールの表面特性、例えば硬度は、必要な場合、ロールをハードコーティングすることにより変更でき、従って、ロールの基本材料の硬度は２５０ＭＰａのオーダーであってよい。

本発明によるロールは、一若しくはそれ以上の次の特性を有する。
−ロールのシェルは、スチールスラブから鍛造され、若しくは、スチール鋳造であり、又は、プレートからの曲げ加工のように、スチールから製造される。
−ロールは、例えばロール内部を流れる熱伝導媒体、例えば水、蒸気、油、エアにより、抵抗、外部若しくは内部のインダクション（ロール内部にあってよい熱生成ユニット）により、若しくは、上記の２若しくはそれ以上の組み合せにより加熱される。ロールは、熱が均等にロールのシェルの表面上に分散されるように最も適切に加熱される。
−ロールのスチールシェルは、耐磨耗材料でコーティング（例えば、ウェルディング若しくはプラズマ噴射）されてよく、これにより、表面硬度が増加される。コーティングは、化学的な磨耗に対する保護として機能できる。
−ロールのスチールシェルは、表面硬化若しくは透過硬化されてよく、又は硬化されなくてよい。適切な硬化法は、例えば、インダクション硬化、フレーム硬化、レーザー硬化、ケース硬化、ニトレート（硝酸塩）硬化若しくは焼入れ及び焼き戻しによる他のかかる熱処理を含む。
−スチールロールは、一若しくはそれ以上の異なる材料からも製造できる。
−異なる材料から生成されるロール表面は、ロールの内部を覆う数ミリの厚さのシェルであってよく、例えば鋳造鉄の中心部まわりの焼き戻しスチールシェルであってよい。
−ロールの構造は、ニップ内の水の蒸発を可能とし得る。ロールは従来的なロールであってもよく、若しくは、ロールは、商標ＳｙｍＲｏｌｌで出願人により市販されるものに類するロールのような、回転シェルのみから形成されてもよい。
−ロールは、例えば水のような媒体により冷却及び加熱できる。ロール表面の特性、例えば硬度及び熱伝導性は、クロスマシーン方向（ロール軸の方向）で変化してよい。

熱衝撃、即ち材料における熱衝撃は、幾つかのファクター、即ち、熱膨張係数、熱伝導性、弾性係数、破壊応力及び相遷移により実現される。従って、熱衝撃は、次の式、σ_ｆｋ／Ｅαから導出できる。ここで、σ_ｆは材料の破壊応力、ｋは熱伝導性、Ｅは弾性係数、αは線熱膨張係数である。

本発明によるロールは、効果的には、抄紙機及び板紙抄紙機において、特にロールからウェブへの大きな熱伝導が生ずるニップにおいて、ニップロールとしての使用に好適である。効果的なアプリケーションは、例えば、カレンダ（スーパーカレンダ、マルチロールカレンダ、ＯｐｔｉＬｏａｄカレンダ、ロングニップカレンダ及びソフトカレンダ）の熱ロールである。

本発明によるロールは、急速な温度変化に耐え、これにより、例えば、交換や清浄に多くの時間が掛からず、更に、多くの能力が失われる加熱及び冷却段階が必然的に相当に迅速になる。

次の表は、チル鋳造材料から製造される先行技術のロールと、本発明の好ましいアプリケーションによる焼き戻しスチールから製造されるロールと材料特性の比較を例示的に示す。

Claims (8)

1. 抄紙機及び板紙抄紙機のニップロールであって、スチールで製造される加熱可能なロールであり、該ロールの熱衝撃抵抗が６０００Ｗ／ｍ^２を超えることを特徴とする、ロール。
2. 当該ロールは、良好な強度特性を有し、１０００ＭＰａを超える引張強度、急な熱応力に対して特に高い耐性、７％を超える破損点伸び、２０Ｊを超える動的延性、良好な耐久特性、表面硬さ４００ＨＶ_２０を有する、請求項１記載のロール。
3. 当該ロールの材料は、焼き入れ及び焼きもどしスチールである、請求項１記載のロール。
4. 当該ロールの表面は、耐磨耗性を高めるためにハードコートされている、請求項１記載のロール。
5. 当該ロールの表面は、耐磨耗性を高めるために熱処理、好ましくはインダクション硬化処理をなされている、請求項１記載のロール。
6. 前記焼きもどしスチールは、約２５０ＨＶ_２０の基本硬度であり、若しくは、焼き入れ及び焼きもどしで約４００ＨＶ_２０である、請求項４又は５記載のロール。
7. 当該ロールのシェルは、２若しくはそれ以上の異なる材料を含む、請求項１記載のロール。
8. 当該ロールは、ロングニップカレンダのロールである、請求項１記載のロール。