WO2007031234A1 - Heatable calender roller - Google Patents

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WO2007031234A1
WO2007031234A1 PCT/EP2006/008756 EP2006008756W WO2007031234A1 WO 2007031234 A1 WO2007031234 A1 WO 2007031234A1 EP 2006008756 W EP2006008756 W EP 2006008756W WO 2007031234 A1 WO2007031234 A1 WO 2007031234A1
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WO
WIPO (PCT)
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heatable
calender roll
roll according
outer layer
roller body
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/008756
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German (de)
French (fr)
Inventor
Bernhard Brendel
Peter Svenka
Original Assignee
Andritz Küsters Gmbh
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Publication date
Application filed by Andritz Küsters Gmbh filed Critical Andritz Küsters Gmbh
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0253—Heating or cooling the rolls; Regulating the temperature
    • D21G1/0266—Heating or cooling the rolls; Regulating the temperature using a heat-transfer fluid
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21G—CALENDERS; ACCESSORIES FOR PAPER-MAKING MACHINES
    • D21G1/00—Calenders; Smoothing apparatus
    • D21G1/02—Rolls; Their bearings
    • D21G1/0246—Hard rolls

Definitions

  • the invention relates to a heatable calender roll according to the preamble of claim 1
  • the paper web to be treated is treated between rolls using mechanical and thermal energy to treat and deform the paper to conform the paper, especially the paper surface, to final use.
  • the thermal energy required for the treatment is introduced by the heat supply from the heated roll in the nip
  • a heated calender roll which is formed as a hollow roll and has a roll shell which is made of a first material of forged steel, cast steel, cast iron or spheroidal graphite cast iron and with a thin peripheral surface layer of a second hard, ab ⁇ ebs- resistant material is provided.
  • the thin circumferential surface layer has the disadvantage that the abrading of operational markings on the circumferential surface is generally possible only once. Then make a new coating. A larger supply of reserve rollers is therefore required. The use of such thermo rolls is therefore complicated and expensive.
  • thermo rolls are also known with a roll shell made of hard shell.
  • the usable hardening layer is considerably thicker in single-layered roller shells, whereby the service life of the thermo roll is increased.
  • thermo rolls of tempered or surface hardened materials are also known. But the few eligible special materials are expensive, cause difficulties in procurement and put because of their sensitivity extremely high demands on the manufacturing process. Such thermo rolls are therefore very expensive.
  • the requirements for the heated calender roll in operation have also increased significantly in recent years.
  • the required heat input to be supplied has increasingly increased because of the area-related heat requirement for the calendering.
  • the surface temperature of the heated roll must be raised in order to transfer the required amount of heat in the shorter by the increase in production residence time on the paper web. This means an increase in the roll surface temperature for the heated rolls in calenders in addition to increasing the heat output. Also because of this double increase, the thermo rolls used so far have reached their limits.
  • the object of the invention is therefore to provide a heatable calender roll, which combines high heat output with high service life at high production speeds and is inexpensive to produce. This object is solved by the features of claim 1.
  • a heatable calender roller in which a hardfacing circumferential surface for the calendering process is applied to the rollers via a build-up welding.
  • the at least two layers of weld allow that there can be no mixing of the filler metal with the material of the roll body.
  • the functional properties of the outer layer are therefore determined by the filler metal and its properties.
  • This separation from the roll body gives a great deal of freedom in the choice of the support material for the roll body and can optimize it according to its essential properties, e.g. Optimization for good thermal conductivity, forgeability, machinability and high strength.
  • the separation provides optimum utilization of the properties of the filler metal, e.g. high hardness, good wear behavior, reliability against cracking, high specific heat capacity.
  • the weld metal is composed of alloy components such that the required or desired surface hardness is achieved exclusively by the alloy constituents. This has the advantage that no curing is carried out and thus at high operating temperatures no softening is possible, as is the case with tempered or hardened materials.
  • the heatable calender rolls are therefore highly resilient and have a long service life. When used in multinip calenders with double overrolling of the heated calender roll and thus double heat release, roll surface temperatures of over 200 c C can be set at production speeds of over 1500 m / min.
  • the outer layer has a thermal conductivity> 20 W / m ° K as a functional layer.
  • a high thermal conductivity allows the formation of a thick outer layer with a high abrasion potential, without a barrier in the heat transport occurs. Lower flow temperatures for the heat transfer medium are thus possible.
  • the outer layer has a high specific heat capacity, so that sufficient heat is transferred to the product in the nip, without a significant temperature drop occurs.
  • the roll body As a material for the roll body, a commercially available material is used.
  • the roll body of a non-treated steel, z. B St 52 be made.
  • the production of a heatable calender roll is thus significantly cheaper.
  • the outer layer can be reground several times, the thickness being controllable by multi-layer welding. Preferred layer thicknesses are 3 to 10 mm.
  • the build-up welding can be renewed, which also reduces the cost of using the heatable calender roll according to the invention.
  • thermo roll The heating of such a thermo roll can be done in a known manner from the inside and optionally in addition from the outside.
  • the weld layers applied by melt-surfacing can be post-treated by low-stress annealing.
  • the stress-relieving annealing serves to homogenize and reduce residual welding stresses in the roll body and the weld layers, thereby avoiding stress cracks from superimposed thermal stresses in the operating state.
  • FIG. 1 shows schematically a side view of a first embodiment of a calender with a heated calender roll according to the invention
  • FIG. 2 shows schematically a side view of a second embodiment of a calender with heated calender rolls according to the invention
  • FIG. 3 shows schematically a side view of a heated calender roll according to the invention with a central heating
  • FIG. 4 shows schematically a cross section of the heated calender roll according to FIG. 3, FIG.
  • FIG. 5 shows schematically a side view of a heated calender roll according to the invention with a peripheral bore for internal heating
  • FIG. 6 shows schematically a cross section of the heated calender roll according to FIG. 5, FIG.
  • Fig. 7 shows schematically a segment portion of Fig. 4 in an enlarged view with the welding layers.
  • Fig. 1 shows a calender 1 for the treatment of a web, in particular a paper or board web, textile web or plastic web.
  • the calender 1 comprises for this purpose at least one roll stack 2, which here comprises two rolls 3, 4, which are arranged in a known manner on a calender stand 5.
  • the rollers 3, 4 define a nip 6, the nip, which passes through a web W and in which the web is subjected to pressure and temperature.
  • the treatment time of the web W in the nip depends on the length of the nip and the throughput time, which depends on the production speed in online operation.
  • the length of the nip is selectable and is usually between 3 and 300 mm.
  • the roller 3 may further be formed as a bending compensating roller.
  • the other roll 4 is a heatable calender roll according to the invention, the formation of which will be described in detail below.
  • the stack of rollers may be loadable from one or both ends to load selectable distances in the nip 6 set. If the roller 3 is designed as a shoe roller, the line loads can be adjusted via a stroke of the shoe. For guiding the web W between nips or after the nip 6 guide rollers 7 are provided in a known manner.
  • This 1-nip calender can be used both online and offline.
  • FIG. 2 shows a multi-nip calender for smoothing a paper or board web with at least one roll stack 2 with a plurality of rolls 3, 4, 8, 9, 10 which bound nips 6, 11, 12, 13.
  • the number of rolls is preferably between three and twelve rolls.
  • the end rollers 3, 10 of the roller stack 2 are preferably formed as a bending compensating rollers.
  • Each nip 6, 11, 12, 13 is preferably limited by a heated calender roll according to the invention. These are here the rollers 4, 9, which are formed according to the invention, as described below. All rolls can be designed as hard rolls.
  • the nips 6, 11, 12, 13 are formed as soft nips, i. they are bounded by a hard and a soft roller.
  • the heatable calender rolls 4, 9 according to the invention are basically hard rolls with a wear-resistant surface, so that in each case the other roll, which delimit a nip with the heatable calender roll 4, 9 according to the invention, can be soft rolls. According to FIG. 2, these are the rolls 3, 8, 10.
  • the heatable calender roll according to the invention is preferably a center roll which is double-rolled in operation, ie, two nips 8, 11 and 12, 13 delimited. Of the Roll stack 2 can be loaded from one end via a pressure cylinder 14. Between the nips, the web W is guided over guide rollers 7.
  • a second, not shown, roll stack may be provided, which may be before or downstream of the roll stack 2.
  • the roll stack 2 may have a changeover tip.
  • the calender 1 according to FIG. 2 can be operated offline as well as online.
  • the two calender embodiments of FIGS. 1 and 2 can be operated online at production speeds above 1500 m / min, wherein the heatable calender rolls 4, 8 can be driven according to the invention with roll surface temperatures of up to 350 0 C and thereby heating powers of up to 200 kW / m own.
  • the design of the heatable calender rolls 4, 9 according to the invention will be explained below with reference to FIGS. 3 to 7.
  • the heatable calender roll 4 will be described.
  • the statements apply correspondingly to the calender roll 9.
  • the statements apply equally to the heatable calender roll 4 as the end roll (FIG. 1) and the heatable calender roll 4, 9 as the center roll (FIG. 2).
  • the heatable calender roll 4 comprises a hollow, a roll shell having roll body 15, which is designed for the passage of a heat transfer medium.
  • the roller body 15 carries a wear-resistant peripheral surface 16 which is formed by at least one outer layer 17 and a barrier layer 18, which separates the outer layer 17 from the roller body 15 and which are each applied by fusion welding. This structure is shown in FIG.
  • the heatable calender roll 4 As heating for the heatable calender roller internal heating is provided.
  • the heatable calender roll 4 according to FIGS. 3 and 4 is a central one heatable roller with a displacement body 20 having an annular gap 21 for the passage of a heat medium.
  • the connections for the inlet and outlet of the heat transfer medium, in particular oil, is indicated by arrows.
  • Figs. 5 and 6 differs from that of Figs. 3 and 4 only in that no inner body for displacement, but peripheral bores 22 are provided for a flow of the heat transfer medium. For the rest, the above statements apply accordingly.
  • an external heating of any type can be additionally provided.
  • material for the roll body is preferably a non-treated steel, z. B St 52, provided. Particularly preferred is a material with a thermal conductivity of> 30 W / m ° K, more preferably> 40 W / m ° K and most preferably> 50 W / m ° K.
  • the material for the outer layer 17 is preferably one with a thermal conductivity of> 20 W / m ° K and a specific heat capacity of> 400 J / kg ° K provided.
  • the outer layer 17 forms a functional layer which can also be optimized with regard to its hardness and / or wear resistance.
  • the outer layer 17 may consist of a melt additive, which has a greater hardness and / or wear resistance than the melt additive of the barrier layer 18.
  • the filler metal, from which the outer layer 17 is applied by fusion welding to the roller body 15, preferably has a hardness between 450 HV and 650 HV. Furthermore, the reversible hardness drop of the filler metal from room temperature to operating temperature is preferred. less than 5%.
  • the build-up welding is preferably carried out by the so-called strip welding method with welding bands of a width of for example 15 to 60 mm in order to achieve a non-porous surface and homogeneous application layer in terms of Young's modulus and wear resistance.
  • the layer thickness of the outer layer 17 is at least 3 mm and is preferably in the range between 3 and 10 mm.
  • the layer thickness of the separating layer 18 is preferably chosen to be equal to or less than the layer thickness of the outer layer 17 and is preferably 2 to 5 mm.
  • roller body 15 and the wear-resistant peripheral surface 16 may be post-treated by low-stress annealing.
  • the roller body 15 is arranged in a known manner as a support body via roll neck 23, 24 in the calender stand.

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  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)
  • Paper (AREA)

Abstract

The invention relates to a heatable calender roller which comprises a hollow roller body (15) having a calender bowl and configured to conduct a heat transfer medium. The roller body (15) carries a wear-resisting peripheral surface (16), said wear-resisting peripheral surface (16) being formed by at least one outer layer (17) and a blocking layer (18), spacing the outer layer (17) from the roller body (15), both layers being applied by fusion welding.

Description

Beheizbare Kalanderwalze Heatable calender roll
Die Erfindung betrifft eine beheizbare Kalanderwalze nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1The invention relates to a heatable calender roll according to the preamble of claim 1
Beim Kalandrieren wird die zu behandelnde Papierbahn zwischen Walzen behandelt, wobei mechanische und thermische Energie zur Behandlung und Verformung des Papiers eingesetzt wird, um das Papier, insbesondere die Papieroberflache, der endgültigen Verwendung anzupassen. Die zur Behandlung erforderliche thermische Energie wird durch die Wärmezufuhr aus der beheizten Walze in den Walzenspalt eingebrachtIn calendering, the paper web to be treated is treated between rolls using mechanical and thermal energy to treat and deform the paper to conform the paper, especially the paper surface, to final use. The thermal energy required for the treatment is introduced by the heat supply from the heated roll in the nip
Aus EP 0 710 741 B1 ist eine beheizte Kalanderwalze bekannt, die als Hohlwalze ausgebildet ist und eine Walzenschale aufweist, die aus einem ersten Material aus Schmiedestahl, Gußstahl, Gußeisen oder Gußeisen mit Kugelgraphit hergestellt und mit einer dünnen Umfangsoberflachenschicht aus einem zweiten harten, abπebs- beständigen Material versehen ist. Die dünne Umfangsoberflächenschicht hat den Nachteil, daß das Abschleifen betriebsbedingter Markierungen an der Umfangs- oberfläche im allgemeinen nur einmal möglich ist. Danach ist eine neue Beschichtung vorzunehmen. Ein größerer Vorrat an Reservewalzen ist deshalb erforderlich. Der Einsatz solcher Thermowalzen ist deshalb aufwendig und teuer.From EP 0 710 741 B1 a heated calender roll is known which is formed as a hollow roll and has a roll shell which is made of a first material of forged steel, cast steel, cast iron or spheroidal graphite cast iron and with a thin peripheral surface layer of a second hard, abπebs- resistant material is provided. The thin circumferential surface layer has the disadvantage that the abrading of operational markings on the circumferential surface is generally possible only once. Then make a new coating. A larger supply of reserve rollers is therefore required. The use of such thermo rolls is therefore complicated and expensive.
Bekannt sind ferner beheizte Kalanderwalzen mit einer Walzenschale aus Schalenhartguß. Die nutzbare Härteschicht ist bei einschichtig aufgebauten Walzenschalen wesentlich dicker, wodurch die Standzeit der Thermowalze erhöht wird. Bekannt sind schließlich auch Thermowalzen aus vergüteten oder oberflächengehärteten Materialien. Doch die wenigen in Frage kommenden Sonderwerkstoffe sind teuer, bereiten Schwierigkeiten in der Beschaffung und stellen wegen ihrer Empfindlichkeit außerordentlich hohe Anforderungen an den Herstellungsprozeß. Solche Thermowalzen sind folglich sehr teuer.Heated calender rolls are also known with a roll shell made of hard shell. The usable hardening layer is considerably thicker in single-layered roller shells, whereby the service life of the thermo roll is increased. Finally, thermo rolls of tempered or surface hardened materials are also known. But the few eligible special materials are expensive, cause difficulties in procurement and put because of their sensitivity extremely high demands on the manufacturing process. Such thermo rolls are therefore very expensive.
Die Anforderungen an die beheizte Kalanderwalze im Betrieb haben sich zudem in den letzten Jahren deutlich erhöht. Mit der Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit der Papiermaschinen ist wegen des flächenbezogenen Wärmebedarfs für die Kalandrierung die erforderliche zuzuführende Wärmeleistung zunehmend angestiegen. Bei Papier, wie es beim Kalandrieren aus papiertechnologischen Gründen vorliegt, das ein guter Wärmeisolator ist, muß die Oberflächentemperatur der beheizten Walze angehoben werden, um die erforderliche Wärmemenge in der durch die Produktionssteigerung kürzeren Verweildauer auf die Papierbahn zu transferieren. Dies bedeutet für die beheizten Walzen in Kalandern zusätzlich zur Erhöhung der Wärmeleistung eine Erhöhung der Walzenoberflächentemperatur. Auch wegen dieser zweifachen Erhöhung sind die bisher verwendeten Thermowalzen an ihre Grenzen gestoßen.The requirements for the heated calender roll in operation have also increased significantly in recent years. With the increase of the production speed of the paper machines, the required heat input to be supplied has increasingly increased because of the area-related heat requirement for the calendering. For paper, as it is in calendering for paper technology reasons, which is a good heat insulator, the surface temperature of the heated roll must be raised in order to transfer the required amount of heat in the shorter by the increase in production residence time on the paper web. This means an increase in the roll surface temperature for the heated rolls in calenders in addition to increasing the heat output. Also because of this double increase, the thermo rolls used so far have reached their limits.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine beheizbare Kalanderwalze zu schaffen, die bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten eine hohe Heizleistung mit hohen Standzeiten kombiniert und dabei kostengünstig herstellbar ist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The object of the invention is therefore to provide a heatable calender roll, which combines high heat output with high service life at high production speeds and is inexpensive to produce. This object is solved by the features of claim 1.
Hierdurch wird eine beheizbare Kalanderwalze geschaffen, bei der über ein Auftragsschweißen eine verschleißfeste Umfangsoberfläche für den Kalandrierprozeß auf den Walzen körper aufgebracht ist. Es besteht also eine Funktionstrennung zwischen dem Walzenkörper als Tragkörper und dem Walzenkörper als Oberflächeπkörper, der beispielsweise die papiertechnologischen Eigenschaften und die Walzenstandzeit bestimmt.As a result, a heatable calender roller is provided, in which a hardfacing circumferential surface for the calendering process is applied to the rollers via a build-up welding. Thus, there is a separation of functions between the roller body as a support body and the roller body as Oberflächenπkörper, for example, determines the paper technology properties and the roller life.
Die mindestens zwei Schweißschichten erlauben, daß es zu keiner Vermischung des Schweißzusatzwerkstoffes mit dem Material des Walzenkörpers kommen kann. Die Funktionseigenschaften der Außenschicht werden deshalb durch den Schweißzusatzwerkstoff und dessen Eigenschaften bestimmt. Durch diese Trennung vom Walzenkörper erhält man eine weitgehende Freiheit bei der Wahl des Trägerwerkstoffs für den Walzenkörper und kann diesen nach dessen wesentlichen Eigenschaften optimieren, z.B. Optimierung auf gute Wärmeleitfähigkeit, Schmiedbarkeit, Zerspanbarkeit und hohe Festigkeit. Des weiteren erhält man durch die Trennung eine optimale Nutzung der Eigenschaften des Schweißzusatzwerkstoffes, z.B. hohe Härte, gutes Verschleißverhalten, Betriebssicherheit gegen Rißbildung, hohe spezifische Wärmekapazität.The at least two layers of weld allow that there can be no mixing of the filler metal with the material of the roll body. The functional properties of the outer layer are therefore determined by the filler metal and its properties. This separation from the roll body gives a great deal of freedom in the choice of the support material for the roll body and can optimize it according to its essential properties, e.g. Optimization for good thermal conductivity, forgeability, machinability and high strength. Furthermore, the separation provides optimum utilization of the properties of the filler metal, e.g. high hardness, good wear behavior, reliability against cracking, high specific heat capacity.
Das Schweißgut ist so aus Legierungsbestandteilen zusammengesetzt, daß die erforderliche bzw. gewünschte Oberflächenhärte ausschließlich durch die Legierungsbestandteile zustande kommt. Das hat den Vorteil, daß keine Härtung vorgenommen wird und somit bei hohen Betriebstemperaturen auch keine Enthärtung möglich ist, wie dies bei vergüteten oder gehärteten Werkstoffen der Fall ist. Die beheizbaren Kalanderwalzen sind folglich hoch belastbar und besitzen hohe Standzeiten. Bei einem Einsatz in Multinip-Kalandern mit doppelter Überrollung der beheizten Kalanderwalze und somit doppelter Wärmeabgabe können Walzenoberflächentemperaturen von auch über 200cC bei Produktionsgeschwindigkeiten von über 1500 m/min eingestellt werden.The weld metal is composed of alloy components such that the required or desired surface hardness is achieved exclusively by the alloy constituents. This has the advantage that no curing is carried out and thus at high operating temperatures no softening is possible, as is the case with tempered or hardened materials. The heatable calender rolls are therefore highly resilient and have a long service life. When used in multinip calenders with double overrolling of the heated calender roll and thus double heat release, roll surface temperatures of over 200 c C can be set at production speeds of over 1500 m / min.
Bevorzugt ist, daß die Außenschicht als Funktionsschicht eine Wärmeleitfähigkeit > 20 W/m°K besitzt. Eine hohe Wärmeleitfähigkeit erlaubt die Ausbildung einer dicken Außenschicht mit viel Abschleifpotential, ohne daß eine Barriere im Wärmetransport auftritt. Niedrigere Vorlauftemperaturen für das Wärmeübertragungs- medium sind dadurch möglich. Bevorzugt ist ferner, daß die Außenschicht eine hohe spezifische Wärmekapazität aufweist, damit im Nip genügend Wärme auf das Produkt übertragen wird, ohne daß ein maßgeblicher Temperaturabfall eintritt.It is preferred that the outer layer has a thermal conductivity> 20 W / m ° K as a functional layer. A high thermal conductivity allows the formation of a thick outer layer with a high abrasion potential, without a barrier in the heat transport occurs. Lower flow temperatures for the heat transfer medium are thus possible. It is further preferred that the outer layer has a high specific heat capacity, so that sufficient heat is transferred to the product in the nip, without a significant temperature drop occurs.
Als Werkstoff für den Walzenkörper ist ein handelsüblicher Werkstoff verwendbar. Beispielsweise kann der Walzenkörper aus einem unvergüteten Stahl, z. B St 52, gefertigt sein. Die Herstellung einer beheizbaren Kalanderwalze wird dadurch deutlich billiger.As a material for the roll body, a commercially available material is used. For example, the roll body of a non-treated steel, z. B St 52, be made. The production of a heatable calender roll is thus significantly cheaper.
Die Außenschicht ist mehrfach nachschleifbar, wobei die Dicke durch ein Mehrlagenschweißen steuerbar ist. Bevorzugte Schichtdicken liegen bei 3 bis 10 mm. Die Auftragsschweißung kann erneuert werden, was den Einsatz der erfindungsgemäßen beheizbaren Kalanderwalze ebenfalls verbilligt.The outer layer can be reground several times, the thickness being controllable by multi-layer welding. Preferred layer thicknesses are 3 to 10 mm. The build-up welding can be renewed, which also reduces the cost of using the heatable calender roll according to the invention.
Die Beheizung einer solchen Thermowalze kann in bekannter Weise von innen und gegebenenfalls zusätzlich von außen erfolgen.The heating of such a thermo roll can be done in a known manner from the inside and optionally in addition from the outside.
Die durch Schmelz-Auftragsschweißen aufgetragenen Schweißschichten können durch spannungsarmes Glühen nachbehandelt sein. Das spannungsarme Glühen dient zur Homogenisierung und zum Abbau von Schweißeigenspannungen im Walzenkörper und den Schweißschichten, wodurch Spannungsrisse aus überlagerten Thermospannungen im Betriebszustand vermieden werden. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.The weld layers applied by melt-surfacing can be post-treated by low-stress annealing. The stress-relieving annealing serves to homogenize and reduce residual welding stresses in the roll body and the weld layers, thereby avoiding stress cracks from superimposed thermal stresses in the operating state. Further advantages and embodiments of the invention can be taken from the subclaims and the following description.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the accompanying drawings.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kalanders mit einer beheizten Kalanderwalze gemäß der Erfindung,1 shows schematically a side view of a first embodiment of a calender with a heated calender roll according to the invention,
Fig. 2 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Kalanders mit beheizten Kalanderwalzen gemäß der Erfindung,2 shows schematically a side view of a second embodiment of a calender with heated calender rolls according to the invention,
Fig. 3 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer beheizten Kalanderwalze gemäß der Erfindung mit einer zentralen Beheizung,3 shows schematically a side view of a heated calender roll according to the invention with a central heating,
Fig. 4 zeigt schematisch einen Querschnitt der beheizten Kalanderwalze gemäß Fig. 3,4 shows schematically a cross section of the heated calender roll according to FIG. 3, FIG.
Fig. 5 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer beheizten Kalanderwalze gemäß der Erfindung mit einer peripheren Bohrung für eine Innenbeheizung,5 shows schematically a side view of a heated calender roll according to the invention with a peripheral bore for internal heating,
Fig. 6 zeigt schematisch einen Querschnitt der beheizten Kalanderwalze gemäß Fig. 5,6 shows schematically a cross section of the heated calender roll according to FIG. 5, FIG.
Fig. 7 zeigt schematisch einen Segmentabschnitt der Fig. 4 in vergrößerter Darstellung mit den Schweißschichten.Fig. 7 shows schematically a segment portion of Fig. 4 in an enlarged view with the welding layers.
Fig. 1 zeigt einen Kalander 1 für die Behandlung einer Warenbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, Textilbahn oder Kunststoffbahn. Der Kalander 1 umfaßt dazu mindestens einen Walzenstapel 2, der hier zwei Walzen 3, 4 umfaßt, die in bekannter Weise an einem Kalanderständer 5 angeordnet sind. Die Walzen 3, 4 begrenzen einen Walzenspalt 6, den Nip, den eine Warenbahn W durchläuft und in dem die Warenbahn mit Druck und Temperatur beaufschlagt wird. Die Behandlungsdauer der Warenbahn W im Nip hängt ab von der Länge des Nips und der Durchlaufzeit, die beim Online-Betrieb von der Produktionsgeschwindigkeit abhängt. Die Länge des Nips ist wählbar und liegt üblicherweise zwischen 3 und 300 mm. Dazu ist eine Walze, hier die Walze 3, als harte Walze, weiche Walze oder Schuhwalze ausbildbar. Die Walze 3 kann ferner als Biegeausgleichswalze ausgebildet sein.Fig. 1 shows a calender 1 for the treatment of a web, in particular a paper or board web, textile web or plastic web. The calender 1 comprises for this purpose at least one roll stack 2, which here comprises two rolls 3, 4, which are arranged in a known manner on a calender stand 5. The rollers 3, 4 define a nip 6, the nip, which passes through a web W and in which the web is subjected to pressure and temperature. The treatment time of the web W in the nip depends on the length of the nip and the throughput time, which depends on the production speed in online operation. The length of the nip is selectable and is usually between 3 and 300 mm. This is a roller, here the roller 3, as a hard roller, soft roller or Shoe roll can be formed. The roller 3 may further be formed as a bending compensating roller.
Die andere Walze 4 ist eine beheizbare Kalanderwalze gemäß der Erfindung, deren Ausbildung nachfolgend im einzelnen beschrieben wird.The other roll 4 is a heatable calender roll according to the invention, the formation of which will be described in detail below.
Der Walzenstapel kann von einem oder beiden Enden her belastbar sein, um wählbare Strecken lasten im Nip 6 einzustellen. Ist die Walze 3 als Schuhwalze ausgebildet, können über einen Hub des Schuhs die Streckenlasten eingestellt werden. Zur Führung der Warenbahn W zwischen Nips oder nach dem Nip 6 sind in bekannter Weise Leitrollen 7 vorgesehen.The stack of rollers may be loadable from one or both ends to load selectable distances in the nip 6 set. If the roller 3 is designed as a shoe roller, the line loads can be adjusted via a stroke of the shoe. For guiding the web W between nips or after the nip 6 guide rollers 7 are provided in a known manner.
Dieser 1-Nip-Kalander ist im Online- als auch Offline-Betrieb einsetzbar.This 1-nip calender can be used both online and offline.
Fig. 2 zeigt einen Multi-Nip-Kalander für das Glätten einer Papier- oder Kartonbahn mit mindestens einem Walzenstapel 2 mit einer Mehrzahl Walzen 3, 4, 8, 9, 10, die Nips 6, 11 , 12, 13 begrenzen. Die Walzenzahl liegt vorzugsweise zwischen drei und zwölf Walzen. Die Endwalzen 3, 10 des Walzenstapels 2 sind vorzugsweise als Biegeausgleichswalzen ausgebildet. Jeder Nip 6, 11 , 12, 13 wird vorzugsweise durch eine beheizte Kalanderwalze gemäß der Erfindung begrenzt. Dies sind hier die Walzen 4, 9, die gemäß der Erfindung ausgebildet sind, wie nachfolgend beschrieben ist. Alle Walzen können als harte Walzen ausgebildet sein. Vorzugsweise werden die Nips 6, 11 , 12, 13 als Soft-Nips ausgebildet, d.h. sie werden von einer harten und einer weichen Walze begrenzt.FIG. 2 shows a multi-nip calender for smoothing a paper or board web with at least one roll stack 2 with a plurality of rolls 3, 4, 8, 9, 10 which bound nips 6, 11, 12, 13. The number of rolls is preferably between three and twelve rolls. The end rollers 3, 10 of the roller stack 2 are preferably formed as a bending compensating rollers. Each nip 6, 11, 12, 13 is preferably limited by a heated calender roll according to the invention. These are here the rollers 4, 9, which are formed according to the invention, as described below. All rolls can be designed as hard rolls. Preferably, the nips 6, 11, 12, 13 are formed as soft nips, i. they are bounded by a hard and a soft roller.
Die beheizbaren Kalanderwalzen 4, 9 gemäß der Erfindung sind grundsätzlich harte Walzen mit einer verschleißfesten Oberfläche, so daß jeweils die andere Walze, die einen Nip mit der beheizbaren Kalanderwalze 4, 9 gemäß der Erfindung begrenzen, weiche Walzen sein können. Gemäß Fig. 2 sind dies die Walzen 3, 8, 10. Die beheizbare Kalanderwalze gemäß der Erfindung ist vorzugsweise eine Mittelwalze, die im Betrieb doppelt überrollt wird, d.h. zwei Nips 8, 11 bzw. 12, 13 begrenzt. Der Walzenstapel 2 ist von einem Ende her über einen Druckzylinder 14 belastbar. Zwischen den Nips wird die Warenbahn W über Leitrollen 7 geführt.The heatable calender rolls 4, 9 according to the invention are basically hard rolls with a wear-resistant surface, so that in each case the other roll, which delimit a nip with the heatable calender roll 4, 9 according to the invention, can be soft rolls. According to FIG. 2, these are the rolls 3, 8, 10. The heatable calender roll according to the invention is preferably a center roll which is double-rolled in operation, ie, two nips 8, 11 and 12, 13 delimited. Of the Roll stack 2 can be loaded from one end via a pressure cylinder 14. Between the nips, the web W is guided over guide rollers 7.
Für eine zweiseitige Behandlung der Warenbahn W kann ein zweiter, nicht dargestellter Walzenstapel vorgesehen sein, der dem Walzenstapel 2 vor oder nachgeordnet sein kann. Alternativ kann der Walzenstapel 2 einen Wechselnip aufweisen. Der Kalander 1 gemäß Fig. 2 kann offline als auch online betrieben werden.For a two-sided treatment of the web W, a second, not shown, roll stack may be provided, which may be before or downstream of the roll stack 2. Alternatively, the roll stack 2 may have a changeover tip. The calender 1 according to FIG. 2 can be operated offline as well as online.
Die beiden Kalanderausführungen der Fig. 1 und 2 können bei Produktionsgeschwindigkeiten über 1500 m/min online betrieben werden, wobei die beheizbaren Kalanderwalzen 4, 8 gemäß der Erfindung mit Walzenoberflächentemperaturen von bis zu 3500C gefahren werden können und dabei Heizleistungen von bis zu 200 kW/m besitzen.The two calender embodiments of FIGS. 1 and 2 can be operated online at production speeds above 1500 m / min, wherein the heatable calender rolls 4, 8 can be driven according to the invention with roll surface temperatures of up to 350 0 C and thereby heating powers of up to 200 kW / m own.
Die Ausbildung der beheizbaren Kalanderwalzen 4, 9 gemäß der Erfindung wird anhand der Fig. 3 bis 7 nachfolgend erläutert. Beispielhaft wird die beheizbare Kalanderwalze 4 beschrieben. Die Ausführungen gelten entsprechend für die Kalanderwalze 9. Die Ausführungen gelten in gleicher Weise für die beheizbare Kalanderwalze 4 als Endwalze (Fig. 1 ) und die beheizbare Kalanderwalze 4, 9 als Mittelwalze (Fig. 2).The design of the heatable calender rolls 4, 9 according to the invention will be explained below with reference to FIGS. 3 to 7. By way of example, the heatable calender roll 4 will be described. The statements apply correspondingly to the calender roll 9. The statements apply equally to the heatable calender roll 4 as the end roll (FIG. 1) and the heatable calender roll 4, 9 as the center roll (FIG. 2).
Die beheizbare Kalanderwalze 4 umfaßt einen hohlen, eine Walzenschale aufweisenden Walzenkörper 15, der für das Durchleiten eines Wärmeübertragungsmediums ausgebildet ist. Der Walzenkörper 15 trägt eine verschleißfeste Umfangsoberfläche 16, die gebildet ist von mindestens einer Außenschicht 17 und einer die Außenschicht 17 von dem Walzenkörper 15 beabstandende Sperrschicht 18, die jeweils durch Schmelzschweißen aufgetragen sind. Dieser Aufbau ist in Fig. 7 dargestellt.The heatable calender roll 4 comprises a hollow, a roll shell having roll body 15, which is designed for the passage of a heat transfer medium. The roller body 15 carries a wear-resistant peripheral surface 16 which is formed by at least one outer layer 17 and a barrier layer 18, which separates the outer layer 17 from the roller body 15 and which are each applied by fusion welding. This structure is shown in FIG.
Als Beheizung für die beheizbare Kalanderwalze ist eine Innenbeheizung vorgesehen. Die beheizbare Kalanderwalze 4 gemäß Fig. 3 und 4 ist eine zentral beheizbare Walze mit einem Verdrängerkörper 20, der einen Ringspalt 21 für den Durchfluß eines Wärmemediums aufweist. Die Anschlüsse für den Ein- und Austritt des Wärmeübertragungsmediums, insbesondere Öl, ist durch Pfeile angedeutet.As heating for the heatable calender roller internal heating is provided. The heatable calender roll 4 according to FIGS. 3 and 4 is a central one heatable roller with a displacement body 20 having an annular gap 21 for the passage of a heat medium. The connections for the inlet and outlet of the heat transfer medium, in particular oil, is indicated by arrows.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 5 und 6 unterscheidet sich von dem der Fig. 3 und 4 lediglich dadurch, daß zur Innenbeheizung kein Verdrängerkörper, sondern periphere Bohrungen 22 für einen Durchfluß des Wärmeübertragungsmediums vorgesehen sind. Im übrigen gelten die vorstehenden Ausführungen entsprechend.The embodiment of Figs. 5 and 6 differs from that of Figs. 3 and 4 only in that no inner body for displacement, but peripheral bores 22 are provided for a flow of the heat transfer medium. For the rest, the above statements apply accordingly.
Bei beiden Ausführungsformen der Innenbeheizung kann eine Außenheizung beliebiger Art zusätzlich vorgesehen sein.In both embodiments of the internal heating, an external heating of any type can be additionally provided.
Als Material für den Walzenkörper ist vorzugsweise ein unvergüteter Stahl, z. B St 52, vorgesehen. Besonders bevorzugt ist ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit von > 30 W/m°K, besonders bevorzugt > 40 W/m°K und ganz besonders bevorzugt > 50 W/m°K.As material for the roll body is preferably a non-treated steel, z. B St 52, provided. Particularly preferred is a material with a thermal conductivity of> 30 W / m ° K, more preferably> 40 W / m ° K and most preferably> 50 W / m ° K.
Als Material für die Außenschicht 17 ist vorzugsweise ein solches mit einer Wärmeleitfähigkeit von > 20 W/m°K und einer spezifischen Wärmekapazität von > 400 J/kg°K vorgesehen. Die Außenschicht 17 bildet eine Funktionsschicht, die auch hinsichtlich ihrer Härte und/oder Verschleißfestigkeit optimierbar ist. So kann die Außenschicht 17 aus einem Schmelzzusatzwerkstoff bestehen, der eine größere Härte und/oder Verschleißfestigkeit besitzt als der Schmelzzusatzwerkstoff der Sperrschicht 18. Ein mehrlagiges Auftragsschweißen, hier von mindestens zwei Lagen, hat nicht nur Eigenschaftsvorteile, sondern auch Herstellungsvorteile, da ein geringerer örtlicher Wärmeeintrag beim Schweißen mögliche Herstellungsfehler, wie ein Verzug des Materials, minimiert.The material for the outer layer 17 is preferably one with a thermal conductivity of> 20 W / m ° K and a specific heat capacity of> 400 J / kg ° K provided. The outer layer 17 forms a functional layer which can also be optimized with regard to its hardness and / or wear resistance. Thus, the outer layer 17 may consist of a melt additive, which has a greater hardness and / or wear resistance than the melt additive of the barrier layer 18. A multi-layer build-up welding, here of at least two layers, not only has property advantages, but also manufacturing advantages, since a lower local heat input during welding possible manufacturing defects, such as a distortion of the material, minimized.
Der Schweißzusatzwerkstoff, aus dem die Außenschicht 17 durch Schmelzschweißen auf den Walzenkörper 15 aufgetragen ist, besitzt vorzugsweise eine Härte zwischen 450 HV und 650 HV. Ferner beträgt der reversible Härteabfall des Schweißzusatzwerkstoffes von Raumtemperatur bis Betriebstemperatur Vorzugs- weise weniger als 5%. Das Auftragsschweißen erfolgt vorzugsweise durch das sogenannte Bandschweißverfahren mit Schweißbändern einer Breite von beispielsweise 15 bis 60 mm, um eine porenfreie Oberfläche und homogene Auftragsschicht hinsichtlich E-Modul und Verschleißfestigkeit zu erzielen.The filler metal, from which the outer layer 17 is applied by fusion welding to the roller body 15, preferably has a hardness between 450 HV and 650 HV. Furthermore, the reversible hardness drop of the filler metal from room temperature to operating temperature is preferred. less than 5%. The build-up welding is preferably carried out by the so-called strip welding method with welding bands of a width of for example 15 to 60 mm in order to achieve a non-porous surface and homogeneous application layer in terms of Young's modulus and wear resistance.
Die Schichtdicke der Außenschicht 17 beträgt mindestens 3 mm und liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 3 und 10 mm. Die Schichtdicke der Trennschicht 18 ist vorzugsweise gleich oder kleiner der Schichtdicke der Außenschicht 17 gewählt und beträgt vorzugsweise 2 bis 5 mm.The layer thickness of the outer layer 17 is at least 3 mm and is preferably in the range between 3 and 10 mm. The layer thickness of the separating layer 18 is preferably chosen to be equal to or less than the layer thickness of the outer layer 17 and is preferably 2 to 5 mm.
Der Walzenkörper 15 und die verschleißfeste Umfangsoberfläche 16 können durch spannungsarmes Glühen nachbehandelt sein.The roller body 15 and the wear-resistant peripheral surface 16 may be post-treated by low-stress annealing.
Der Walzenkörper 15 ist in bekannter Weise als Tragkörper über Walzenzapfen 23, 24 in dem Kalanderständer angeordnet.The roller body 15 is arranged in a known manner as a support body via roll neck 23, 24 in the calender stand.
Die vorstehenden Ausführungen gelten für jede Art von Innenbeheizung der beheizbaren Kalanderwalze 4, 9. The above explanations apply to any type of internal heating of the heatable calender roll 4, 9.

Claims

Patentansprüche claims
1. Beheizbare Kalanderwalze mit einem hohlen, eine Walzenschale aufweisenden Walzenkörper (15), der für das Durchleiten eines Wärmeübertragungsmediums ausgebildet ist, und der Walzenkörper (15) eine verschleißfeste Umfangs- oberfläche (16) trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die verschleißfeste Umfangsoberfläche (16) gebildet wird von mindestens einer Außenschicht (17) und einer die Außenschicht (17) von dem Walzenkörper (15) beabstandende Sperrschicht (18), die jeweils durch Schmelzschweißen aufgetragen sind.1. Heatable calender roll with a hollow, a roll shell having roll body (15), which is designed for the passage of a heat transfer medium, and the roller body (15) wearing a wear-resistant peripheral surface (16), characterized in that the wear-resistant peripheral surface (16 ) is formed by at least one outer layer (17) and a the outer layer (17) of the roller body (15) spaced barrier layer (18), which are each applied by fusion welding.
2. Beheizbare Kalanderwalze nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht (17) als Funktionsschicht eine Wärmeleitfähigkeit > 20 WAn0K besitzt.2. Heatable calender roll according to claim 1, characterized in that the outer layer (17) as a functional layer has a thermal conductivity> 20 WAn 0 K.
3. Beheizbare Kalanderwalze nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenkörper (15) aus einem unvergüteten Stahl besteht.3. Heatable calender roll according to claim 1 or 2, characterized in that the roller body (15) consists of a non-treated steel.
4. Beheizbare Kalanderwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht (17) aus einem Schmelzzusatzwerkstoff besteht, der eine größere Härte besitzt als ein Schmelzzusatzwerkstoff der Sperrschicht.4. Heatable calender roll according to one of claims 1 to 3, characterized in that the outer layer (17) consists of a melt additive, which has a greater hardness than a melt additive of the barrier layer.
5. Beheizbare Kalanderwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beheizung als eine Innenbeheizung ausgebildet ist.5. Heatable calender roll according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heating is designed as an internal heating.
6. Beheizbare Kalanderwalze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenkörper (15) periphere Bohrungen (22) für einen Durchfluß des Wärmeübertragungsmediums aufweist.6. Heatable calender roll according to claim 5, characterized in that the roller body (15) has peripheral bores (22) for a flow of the heat transfer medium.
7. Beheizbare Kalanderwalze nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenbeheizung (20, 21) zentral erfolgt. 7. Heatable calender roll according to claim 5, characterized in that the internal heating (20, 21) takes place centrally.
8. Beheizbare Kalanderwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenkörper (15) eine Wärmeleitfähigkeit von > 30 W/m°K besitzt.8. Heatable calender roll according to one of claims 1 to 7, characterized in that the roller body (15) has a thermal conductivity of> 30 W / m ° K.
9. Beheizbare Kalanderwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenkörper (15) eine Wärmeleitfähigkeit von > 40 W/m°K besitzt.9. Heatable calender roll according to one of claims 1 to 8, characterized in that the roller body (15) has a thermal conductivity of> 40 W / m ° K.
10. Beheizbare Kalanderwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenkörper (15) eine Wärmeleitfähigkeit von > 50 W/m°K besitzt.10. Heatable calender roll according to one of claims 1 to 9, characterized in that the roller body (15) has a thermal conductivity of> 50 W / m ° K.
11. Beheizbare Kalanderwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht eine spezifische Wärmekapazität von > 400 J/kg°K besitzt.11. Heatable calender roll according to one of claims 1 to 10, characterized in that the outer layer has a specific heat capacity of> 400 J / kg ° K.
12. Beheizbare Kalanderwalze nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die durch Auftragsschweißen hergestellte Außenschicht (17) durch spannungsarmes Glühen nachbehandelt ist.12. Heatable calender roll according to one of claims 1 to 11, characterized in that the outer layer produced by build-up welding (17) is post-treated by low-stress annealing.
13. Kalander zum Behandeln einer Warenbahn, insbesondere einer Papier- oder Kartonbahn, mit mindestens einem Walzenstapel (2) mit zwei oder mehreren Walzen (3, 4; 3, 4, 8, 9, 10) unter Ausbildung von einem oder mehreren Nips (6; 6, 11, 12, 13), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine beheizbare, harte Walze (4, 9) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet ist.13. calender for treating a web, in particular a paper or board web, with at least one roll stack (2) with two or more rolls (3, 4; 3, 4, 8, 9, 10) to form one or more nips ( 6, 6, 11, 12, 13), characterized in that at least one heatable, hard roller (4, 9) according to one or more of claims 1 to 12 is formed.
14. Kalander nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die beheizbaren, harten Mittelwalzen (4, 9) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet sind. 14. A calender according to claim 11, characterized in that the heatable, hard center rollers (4, 9) are formed according to one or more of claims 1 to 12.
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