DE102008039004A1

DE102008039004A1 - Verfahren zur Mahlung von wässrig suspendierten Zellstofffasern sowie Mahlgarnitur zu seiner Durchführung

Info

Publication number: DE102008039004A1
Application number: DE102008039004A
Authority: DE
Inventors: Markus FÜRSATTEL; Paul-Wilhelm Sepke; Herrmann Post; Michael Kramer
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2010-02-25

Abstract

Das Verfahren dient zur Mahlung von wässrig suspendierten Zellstofffasern und verwendet mindestens zwei Mahlgarnituren (1, 2), von denen eine auf einem Stator (8) und eine andere auf einem Rotor (9) betrieben wird und die zu mahlende Suspension (S) zwischen den beiden Mahlgarnituren (1, 2) bearbeitet wird. Dabei werden die verwendeten Mahlgarnituren (1, 2) zumindest teilweise mit Nuten (4) von unterschiedlicher Nuttiefe (T) verwendet, wodurch sich die Strömungen, insbesondere die Rückströmungen innerhalb der Mahlgarnituren (1, 2) optimal einstellen lassen, was zu einer gleichmäßigen und wirtschaftlichen Mahlung führt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Seit langem ist bekannt, dass Zellstofffasern, d. h. Frischzellstoff- oder Altpapierfasern, gemahlen werden, damit das später daraus hergestellte Papier die gewünschten Eigenschaften, insbesondere Festigkeiten, Formation und Oberfläche, aufweist. Mahlverfahren der hier betrachteten Art benutzen Mahlwerkzeuge, die mit als Messer bezeichneten Leisten versehen sind. Die entsprechenden Maschinen werden zumeist Mahlrefiner genannt. Bei den Mahlwerkzeugen spricht man meist von Garnituren.
Refinergarnituren zur Mahlung von Zellstofffasern mit Mahlleisten und dazwischen liegende Nuten sind z. B. aus der DE 20 2005 007 551 U1 bekannt. Andere in der WO 95/24528 A1 gezeigten Refinergarnituren sind so gestaltet, dass benachbarte Nuten alternierend mit jeweils unterschiedlichen Nuttiefen versehen sind. Der Sinn dieser Maßnahme liegt darin, den bei der Mahlung der ”wood chips” entstehenden Dampf besser abführen zu können
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Zellstoffmahlung zu schaffen, mit dem es möglich ist, die Mahlung ökonomisch und besonders gleichmäßig durchzuführen, d. h. dass die gewünschten mahltechnologischen Veränderungen bei allen Fasern möglichst gleich sind.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Anspruch 13 beschreibt eine für das Verfahren besonders geeignete Mahlgarnitur.
Es ist bereits eine größere Anzahl von verschiedenen Mahlgarnituren entwickelt worden, die sich im Wesentlichen durch Messerbreite, Messeranzahl und den Winkel der Messerkanten zum Radius unterscheiden. Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt als eine wesentliche Verbesserung vor, die Nuttiefe so zu verändern, dass eine zusätzliche Einflussmöglichkeit auf die Mahlwirkung des Refiners genutzt werden kann, nämlich die Veränderung der Rückströmungen innerhalb der Garnituren. Das lässt sich wie folgt erkären:
Die Nuten sind als Strömungskanäle für die Suspension anzusehen. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass in Folge der Rotationsbewegung des Rotors und der durch ihn mitgeschleppten Faserstoffsuspension ein starker Druckaufbau von den radial innen liegenden nach den radial außen liegenden Bereichen erfolgt. Ähnliche Vorgänge treten auch in Kreiselpumpen auf, natürlich in weit stärkerer Form. Auf Grund dieser Druckdifferenz findet in den nicht rotierenden Nuten, also zwischen den Messern des Stators, zumindest bereichsweise, eine Rückströmung der Suspension von radial außen nach radial innen statt. Diese Rückströmung kann durch die Veränderung der Nutbreite in Strömungsrichtung beeinflusst werden. Auf dem Weg, den die zurückströmende Suspension innerhalb einer Nut zurücklegt, kann ein Übergang aus der offenen Seite der Nut zur Gegengarnitur erfolgen. Dieser Effekt wird durch eine in Strömungsrichtung abnehmende Nuttiefe verstärkt. So wird der Austritt der Suspension aus den zwischen den Mahlleisten liegenden Nuten in die Mahlzone, also an die Messerkanten gefördert. Durch diese Wiederholung der Mahlvorgänge wird die Mahlung gleichmäßiger, was technologisch und energetisch von besonderem Vorteil ist. Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen kann dieser Übergang verstärkt werden.
In vielen Fällen ist davon auszugehen, dass es zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ausreicht, die Nuten nur bei den Mahlgarnituren ungleichmäßig tief zu machen, die auf dem Stator verwendet werden.
Es ist aber ebenso gut denkbar, die Tiefe der Nuten auch bei den Rotorgarnituren zu variieren, also auch dort insbesondere von innen nach außen größer werden zu lassen, um auch die rotorseitigen Strömungskanäle an den infolge der Rezirkulationsströmung gestiegenen Volumenfluss anzupassen. In welchem Maße, das hängt davon ab, ob eine große interne Zirkulation das Mahlergebnis verbessern soll. Eine andere Überlegung geht dahin, die Nuttiefe der Rotorgarnituren von innen nach außen zu verkleinern, um die darin fließende Fasersuspension verstärkt in die Mahlzone zwischen den Garnituren zu zwingen.
Die Erfindung wird erläutert an Hand von schematischen Zeichnungen. Dabei zeigen:
1: die Durchführung des Verfahrens am Beispiel eines Scheibenrefiners;
1a: Detail der 1 in abgewandelter Ausführungsform
2: einen Teil einer erfindungsgemäß verwendbaren Mahlgarnitur in Draufsicht;
3: Details zur Nut-Gestaltung in zwei Ansichten;
4: Details einer abgewandelten Nut-Gestaltung
5: die Durchführung des Verfahrens mit einem Doppelscheibenrefiner;
6: die Durchführung des Verfahrens mit einem konischen Refiner.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer Mahlvorrichtung durchgeführt werden, wie sie in 1 schematisch im Schnitt dargestellt ist. Auf einem Stator 8 ist eine Mahlgarnitur 1 und auf einem Rotor 9 eine Mahlgarnitur 2 lösbar mit Hilfe von Schrauben 12 befestigt. Bei den Mahlgarnituren 1 und 2 handelt es sich um Messergarnituren, welche mit Mahlleisten 3 bzw. 3' versehen sind, die z. B. in der 2 etwas deutlicher zu sehen sind. Die zu mahlende Suspension S gelangt bei dem hier gezeigten Beispiel durch das Zentrum des Stators 8 an die Zulaufseite 5 der Mahlgarnituren 1 und 2. Bei dieser Darstellung ist der Abstand, den die Mahlgarnituren 1 und 2 voneinander haben, übertrieben dargestellt. Im Betrieb beträgt er nur Bruchteile von Millimetern. Die Suspension S passiert die zusammenwirkenden Mahlgarnituren 1 und 2, tritt an der Ablaufseite 6 wieder aus, sammelt sich im Ringraum 7 und verlässt den Ringraum 7 über einen entsprechenden Stutzen Ein anderer Anteil der Suspension fließt durch die zwischen den Mahlleisten 3 liegenden Nuten 4 im Stator 8 zumindest durch einen Teil ihrer Länge wieder zurück. In speziellen Fällen kann es von Vorteil sein, wenn die Nuten 4 im Stator 8 an der Innenseite geschlossen sind, weil auch dadurch die Rückströmungen begünstigt werden. Das kann mit einer die Nut verschließenden Barriere erfolgen oder wie in. 4 gezeigt. Mit Vorteil befinden sich zwischen den Mahlleisten 3 der Mahlgarnitur 1 Nuten mit einer Nuttiefe T, die hier von außen (radial) nach innen gleichmäßig kleiner wird. Die rotorseitige Mahlgarnitur 2 hat gleichmäßige Nuten 4, kann aber abweichend von dieser Darstellung ebenfalls Abschrägungen im Nutgrund aufweisen (siehe auch 3). Der Rotor 9 wird durch eine Welle 13 angetrieben. Nicht dargestellt sind die an sich bekannten Mittel, mit denen eine Kraft erzeugt wird, um die beiden Mahlgarnituren gegeneinander zu drücken.
Um die Strömungsverhältnisse zu vergleichmäßigen, werden mit Vorteil benachbarte Nuten 4 einer Mahlgarnitur 1 bzw 2 mit gleicher Nuttiefe T versehen. Dann variiert diese zwar in Strömungsrichtung der Suspension, nicht jedoch quer dazu, ist also jeweils an den Stellen auf dem gleichen Umfang der Mahlgarnitur gleich groß.
Wie an sich bekannt, hat eine übliche Mahlgarnitur eine große Anzahl von Mahlleisten. Das wird durch 2 gezeigt, ohne dass hier eine maßstäbliche Zeichnung vorliegt. Bei dieser Darstellung sind die Nuten 4 erkennbar, deren Nutbreite b z. B. zwischen 1 und 6 mm liegen kann. Auch die Leistenbreite a kann zwischen 1 und 6 mm betragen. Die Nuttiefe T der Mahlleisten 3 über dem Grund 11 der Nuten 4 liegt mit Vorteil zwischen 2 und 10 mm. Die auf Grund der Erfindung unterschiedliche Nuttiefe ist in dieser Ansicht nicht erkennbar.
In der Regel werden die Mahlleisten 3 – wie in 2 gezeigt – in Gruppen zusammengefasst, in denen sie zueinander parallel angeordnet sind. Das ermöglicht bei günstiger Herstellung eine große Anzahl von Mahlleisten, die in einem wählbaren Schnittwinkel zum Radius stehen. Hier ist die Erfindung mit besonders gutem Effekt anwendbar.
Viele Garnituren für Scheiben und Doppelscheibenrefiner sind so aufgebaut, dass auf einer Grundplatte 14 (ringförmig oder sektioniert) leistenförmige Erhebungen, also die Mahlleisten 3 oder Messer vorhanden sind. Diese Verhältnisse sind in 3a dargestellt. Der Querschnitt der Mahlleisten 3 ist im Allgemeinen rechteckig, wobei es auch andere Formen gibt. Die Oberseite 10 dieser Mahlleisten 3, also die die Mahlkanten tragenden Flächen, die die Garnitur in Richtung Gegengarnitur abschließen, liegen in einer Radialebene. Zwischen den Mahlleisten 3 befinden sich die Nuten 4, die z. B. ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt haben, wobei dieser bisher zumindest über den größten Anteil ihrer Länge gleich ist. Um die Garnitur für das erfindungsgemäße Verfahren auszugestalten, kann typischerweise die Nut in ihrer Tiefe T in Abhängigkeit von der radialen Position geändert werden, insbesondere indem die Tiefe T bei den radial weiter außen liegenden Nuten größer ist als bei den weiter innen liegenden. Das kann z. B. dadurch erreicht werden, dass der Grundkörper für die Mahlgarnitur nicht eben ist, sondern radial außen dünner als weiter innen ist, also die Form eines Kegelstumpfes mit sehr steilem Winkel z. B. 174° hat. Bei dem in 3a eingezeichneten Schrägwinkel α gegenüber der von der Oberseite 10 der Mahlleisten 3 gebildeten Mahlfläche entspricht das einem Betrag von 3°. Diese Darstellung zeigt außerdem eine Ausführungsform, bei der die Nut im radial inneren Bereich zunächst einmal eine konstante Tiefe hat. 3b zeigt denselben Gegenstand in Draufsicht, also mit Blick auf die Messeroberfläche.
Wie 4 zeigt, kann die Nut, insbesondere die der Statorgarnitur auch so ausgestaltet sein, dass die Schräge des Nutgrundes erst in einem Abstand c von der radialen Innenseite beginnt. Dieser Abstand c kann z. B. zwischen 0 und 20 mm liegen.
Das Verfahren kann auch so ausgestaltet werden, dass zusätzlich zu den, insbesondere in Kombination mit den in den Ansprüchen beschriebenen Maßnahmen der Strömungsquerschnitt in den Nuten 4 durch unterschiedliche Nutbreite verändert wird. Dann nimmt also die Nutbreite von innen nach außen zu oder ab, wobei die Abnahme der Nutbreite in Strömungsrichtung beim Stator und die Zunahme beim Rotor besonders vorteilhaft ist. Auch dadurch lässt sich die Rückströmung in den Nuten beeinflussen, insbesondere der Übertritt der in den Nuten zurückströmenden Suspension in die Mahlzone fördern.
Typischerweise wird die Erfindung mit einem Doppelscheibenrefiner durchgeführt; dann kann gemäß 5 vorgegangen werden. Man erkennt dort einen zwischen zwei die Garnituren 1 bzw. 1' tragenden Statoren 8 bzw. 8' liegenden Rotor 9, der auf beiden Seiten jeweils Mahlgarnituren 2 bzw. 2' aufweist. Die Stellung von Rotor und Stator ist hier im Betriebszustand dargestellt, d. h. die Mahlleisten werden gegeneinander gedrückt. Bei dem hier gezeigten Beispiel sind alle Mahlgarnituren, also am Stator und am Rotor, mit ungleichmäßigen Nuten versehen, deren Querschnitt also nicht konstant ist.
Durch die vorliegende Erfindung kann nicht nur die Mahlung mit Scheiben- bzw. Doppelscheibenrefinern verbessert werden, sondern auch mit Kegelrefinern, wobei der Effekt bei steilem Konuswinkel größer ist als bei einem flachen. Hierzu zeigt 6 in schematischer Weise die Anwendung bei einem Kegelrefiner, bei dem also der Rotor 9' kegelstumpfförmig ist und an seinem Umfang die Mahlgarnitur trägt. Die damit zusammenwirkende Mahlgarnitur befindet sich an der Peripherie des Rotors und ist mit dem kegelstumpfförmigen Stator 8' verbunden. Die Suspension S wird in axialer Richtung zwischen den Garnituren von der Zulaufseite 5 zu der Ablaufseite 6 geführt. Man erkennt deutlich, dass hier die Mahlgarnituren des Stators mit Nuten ungleicher Nuttiefe versehen sind. Die Darstellung in 6 ist sehr stark vereinfacht, reicht aber aus, um das Prinzip der Erfindung an diesem Beispiel zu erläutern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 202005007551 U1 [0003]
- WO 95/24528 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Mahlung von wässrig suspendierten Zellstofffasern, bei dem diese Fasern in einer wässrigen Suspension (S) zwischen mit Mahlleisten (3, 3') versehenen Mahlgarnituren (1, 2) geführt werden, die sich entweder auf einem Rotor oder einem Stator befinden und relativ zueinander rotierend bewegt und gegeneinander gedrückt werden, wodurch mechanische Mahlarbeit auf die Zellstofffasern übertragen wird und wobei die Suspension (S) an die Zulaufseite (5) der Mahlgarnituren (1, 2) zugeführt und dann von der Ablaufseite (6) der Mahlgarnituren (1, 2) wieder abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest teilweise Mahlgarnituren (1, 2) verwendet werden, bei denen zumindest ein Teil der zwischen den Mahlleisten (3) liegenden Nuten (4) mit einer Nuttiefe (T) versehen sind, die sich von außen nach innen in radialer Richtung gesehen verkleinert oder vergrößert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nuttiefe (T) über mindestens 80% ihrer Länge von außen nach innen gleichmäßig verkleinert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nuttiefe (T) über mindestens 80% ihrer Länge von außen nach innen gleichmäßig vergrößert.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der Nut (4) und der radialen Innenseite der statorseitigen Mahlgarnitur (1) ein Abstand (c) befindet, der vorzugsweise größer als 0 und nicht größer als 20 mm ist.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuttiefe (T) benachbarter Nuten (4) gleich ist.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuttiefe (T) zwischen 1 und 20 mm, vorzugsweise zwischen 2 und 10 mm, beträgt.
Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrägwinkel (α) in dem zumindest der überwiegende Teil des Nutgrundes (11) zur von der Oberseite (10) der Mahlleisten (3) gebildeten Mahlfläche steht, einen Wert zwischen 1° und 15°, vorzugsweise 2° bis 5°, einnimmt.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Strömungsquerschnitt in einer Nut (4) mindestens 20%, vorzugsweise mindestens 40% größer ist als der minimale Strömungsquerschnitt derselben Nut (4).
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mahlleisten (3, 3') eine Leistenbreite (a) von höchstens 20 mm, vorzugsweise höchstens 6 haben.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Mahlleisten (3, 3') frei bleibenden Nuten (4) eine Nutbreite (b) von mindestens 1 mm und höchstens 6 mm aufweisen.
Verfahren nach einem der voran stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Mahlgarnitur (1) oder die Mahlgarnituren (1), deren Nuten (4) die sich verkleinernden Strömungsquerschnitte aufweisen, auf dem Stator (8) befindet bzw. befinden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Mahlgarnitur (1) oder Mahlgarnituren (1), deren Nuten (4) die sich verkleinernden Strömungsquerschnitte aufweisen, nur auf dem Stator (8) und nicht auf dem Rotor (9) befindet bzw. befinden.
Mahlgarnitur (1, 2) zur Anwendung des Verfahrens nach einem der voran stehenden Ansprüche, welche mit Mahlleisten (3, 3') versehen ist, mit einer Zulaufseite (5) für die Suspension (S) und einer Ablaufseite (6), dadurch gekennzeichnet, dass bei der Mahlgarnitur (1, 2) zumindest ein Teil der zwischen den Mahlleisten (3) liegenden Nuten (4) Querschnitte aufweist, die sich in radialer Richtung von außen nach innen hin verkleinern.