具有内部纤维化区的高强度精制机板的制作方法

专利名称：具有内部纤维化区的高强度精制机板的制作方法
具有内部纤维化区的高强度精制机板分案申请本申请是分案申请，原申请的申请号为200510082553. 7，申请日为2005年7月8 日，发明名称为“具有内部纤维化区的高强度精制机板”。相关申请本申请是2004 年 7 月 8 日申请的、标题为 “Energy Efficient TMPRefining of Destructured Chips”的未审定美国专利申请No. 10/888，135的部分后续申请，在35U. S. C. 120和121下要求其利益，并且这里合并参考其内容。
背景技术：
本发明涉及用于木质纤维材料(尤其是木片)的热机械制浆的设备和方法。近十年来，热机械制浆(TMP)技术所制造的机械纸浆的质量已有所提高，但是这些耗能大的技术所增加的能量消耗在保持质量的同时甚至对于能量效率施加了更大的刺激。在保持质量的同时朝向能量效率发展的最近发展的进程中的基础原理是，不同的设备的区分和处理、从纤维的纤丝化中进行碎片材料的轴向纤维分离和纤维化以便于制造纸浆。在精制机上游的专用设备执行前面的步骤，所述专用设备使用与较低程度的操作和纤维分离相配的低能量消耗，而高能量消耗的精制机没有能量不足的纤维分离功能并且可将所有能量都更有效地投入到纤丝化功能中。由于纤丝化功能需要比纤维分离(分离纤维) 更多的能量因此这是必需的。这些发展确实提高了能量效率，尤其是在使用高速圆盘的系统中。然而，尤其是对于不使用高速精制机的系统，就眼前来说，由于需要主精制机的更昂贵的或占用空间的装置，因此长期能量效率略微偏差。

发明内容
本发明的目的是提供一种精制机板结构，所述结构可在较低能量消耗下促进高质量热机械制浆的生产。本质上，甚至是在不使用高速精制机的系统中，本发明也实现了显著的能量效率， 同时减小精制机上游所需的装置的范围和复杂性。在广义方面中，本发明涉及板元件、板结构、以及用于木片的热机械精制的相关系统，其中拆散(destructured)并且部分分离纤维的碎片被供给到旋转的圆盘主精制机中， 其中相对圆盘中的每个都具有杆和槽的内部带图案以及杆和槽的外部带图案，以使得在内部带中实现基本完全的碎片的纤维化(分离纤维)并且所得到的纤维在外部带中被纤丝化。一个实施例涉及一对相对的协同操作的精制机板元件，所述精制机板元件是为用于两个相对的相对旋转的精制圆盘之间的精制间隙中的纤维材料的区分和精制的平坦圆盘精制机设计的，其中在相对的精制圆盘上所述板元件将被直接布置得彼此面对面，其中所述改进包括两个板元件都形成有包括杆和槽的内部带和包括杆和槽的外部带，每个内部带上的杆和槽形成后面有外部操作区域的内部供给区域，每个外部带上的杆和槽形成后面
3有外部操作区域的内部供给区域，并且在内部操作区域和外部供给区域之间增加了当所述板被布置得彼此面对面时所形成的间隙和/或材料流动区域。最好，内部带的操作区域由交替的杆和槽的第一图案限定，而外部带的供给区域由交替的杆和槽的第二图案限定。内部带上的操作区域上的第一图案具有比外部带上的供给区域上的第二图案的槽窄的槽，从而形成几何形状上的不连续性。基本可在低强度精制下完成内部带的操作区域中的碎片的纤维化，而在更小的板隙和更高的精制强度下在外部带的操作区域中执行纤维的纤丝化。相关方法最好包括以下步骤将所述碎片暴露于蒸汽环境下以便于软化所述碎片，通过压榨使得软化的碎片被拆散(destructuring)并且脱水到大于约55%的稠度，将拆散并脱水的碎片稀释到大约30%到55%的稠度，将所稀释的碎片供应到其中每个圆盘都具有杆和槽的内部带图案和杆和槽的外部带图案的旋转的圆盘精制机中，使得内部带中的碎片纤维化(纤维分离)，以及在外部带中使得所形成的纤维纤丝化。可在主精制机正上游的一个完整装置件中执行压榨拆散、脱水和稀释，并且只在主精制机的一组相对旋转的圆盘之间实现纤维化和纤丝化。与相对于已知TMP制浆方法的能量关系相比，组合了拆散加压螺杆排出装置和纤维化板的新的、简化的TMP精制方法示出了有效提高的TMP纸浆特性。该方法至少改进了 TMP和低保持力/高压力TMP精制系统的纸浆特性/能量关系。低保持力/高压力TMP精制系统通常在75psig和95psig之间在标准精制机圆盘速度或较高圆盘速度下操作。在更高的精制压力下提高了内部带的纤维分离效率。在增加精制机圆盘速度的情况下进一步增加了纤维分离水平。使用压住(holdback)外部带制造的热机械纸浆与使用排出外部带制造的纸浆相比较具有更高的总体强度特性。后一种结构对于给定打浆度来说需要较少能量并且具有较低碎片含量。与控制TMP和低保持力/高压力TMP精制纸浆相比较，对于给定打浆度来说，使用与排出外部带相组合的本发明方法的比能节约为15%到32%。在大多数情况中，外部带(纤丝化)的操作区域中的杆/槽必须比内部带(纤维分离)的操作区域中的杆/槽细。为了制造机械纸浆纤维，必须首先对纤维进行纤维分离 (从木结构上分离)之后使其纤丝化(纤维壁材料的剥离)。本发明的主要特性在于内部带的操作区域主要进行纤维分离而外部带的操作区域主要进行纤丝化。本发明的一个显著新颖特征是最大化了一个机器中这两个机构的分离并且通过这一点可相对于能量关系更有效地优化纤维长度和纸浆特性。由于内部带中的纤维分离发生在较大的碎片上，因此相关的杆和槽的操作区域图案不能太细。否则的话，碎片将不能充分地穿过内部带的槽并且被均勻地分布。作为从内部带中接收在外部带供给区域中并且分布到外部带操作区域的纤维分离材料较小于内部带供给区域中的纤维分离材料，因此，外部带操作区域中的杆和槽的图案比内部带中的细。与传统工艺相比较，本发明的另一个优点在于，在内部带和外部带中都可发生更均勻的分布(即，精制机板上的更高的纤维覆盖率)。更好的供给意味着更好的供给稳定性，这减小了精制机负荷摆动，从而有助于保持更统一的纸浆质量。为了与传统TMP系统兼容，尽管内部板的操作区域处具有较紧密的间隙，但本发明的复合板可被修正得允许蒸汽回流。通常，至少一个面对板可包括用于将一些蒸汽从外部间隙指引到内部供给区域或更上游位置处的内部间隙中的蒸汽回流沟道，同时分支内部操作区域处的内部间隙。本发明的重要优点在于它有助于总体TMP工艺的每个功能步骤下的停留时间的最小化。由于纤维材料的尺寸在每个步骤被充分地减小以使得操作压力几乎可瞬间将纤维加热并软化到所需水平，因此这是可能实现的。可认为所述工艺具有三个功能步骤(1)制造碎片、(2)所述所述碎片纤维分离、以及(3)纤丝化所述分离纤维材料。装置结构应实现从浸渍加压螺杆排出装置排出到精制机入口的最小化停留时间。精制机供给装置(例如， 带状供给机或侧进料供给机)几乎瞬时操作以便于启动内部带中的步骤O)。内部带设计应实现不受限制的材料穿过的停留时间。一些内部带设计可具有比其他内部带设计更长的滞留期以便于有效地分离纤维，但是净停留时间仍少于在分离部件中执行纤维化的情况。 分离纤维材料几乎瞬时传到外部带，在那里执行步骤(3)。这里，停留时间也较低。外部带中的实际停留时间将由被选择得使得纸浆特性和能量消耗最优化的板的设计指定。每个处理步骤下的该非常低(最小)的停留时间(此时实现了用于保持纸浆强度特性所需的纤维软化)的优点在于使得光学特性最优化。这些板的主要特征包括用于分离纤维的内部带和用于纤维化的内部带在所述带之间具有不连续区域因此可存在松驰区域。在国际申请PCT/052003/022057中所述的系统中，其中在输送到主要的、初级精制机中之前在较小的成纤器精制机中使得碎片分离纤维，在纤维化(分离纤维)步骤中压力将更低。在完全分离的精制机中压力下的纤维化停留时间更长。由于低强度精制密度是柔和的，因此最好保持较低温度以助于保持纸浆亮度。因此在分离纤维化精制机中对于保持纤维强度来说高温既不必要也不期望。在本发明中，在同一个高压精制机壳体中执行分离纤维和纤丝化。在较高压力和较低停留时间下所实现的纤维化(分离纤维)内部带中的精制强度仍旧是低的。与高压(高温)无关，这在亮度上没有不利影响，这是由于停留时间如此短。这类似于美国专利No. 5，776，305中所述的在高温下低预热停留时间的令人惊讶的有益效果。当在低停留/高压力精制系统中执行本发明时，由于碎片在从加压螺杆排出装置正常传输到精制机期间迅速变热，因此不需要精制机供给装置正上游的分离预热传输机。 从膨胀容积或腔室到旋转圆盘的环境为精制机操作压力，例如，75到95psig，并且在加压螺杆排出装置与精制机之间的传输期间在相应饱和温度下的“停留时间”最好在10秒钟以下，最好在2-5秒钟的范围内，相当于优选的低停留/高压力精制预热停留时间。通常，可在多种精制机系统中实现在每个处理步骤下以最少时间实现质量TMP纸浆的能量效率生产的工艺优点，并且具有使得用于执行所述工艺的装置的部件、空间、和成本需求最小化的必然优点。依照本发明的一个方面具有精制机板的不连续区域的双带几何形状可用于各种平坦板类型，所述板不局限于(但包括)单方向平坦、反向旋转的二合一精制机，以及双圆盘精制机。


图1是示出了本发明一个实施例的TMP精制机系统的示意图；图2A和B是示出了适合于与本发明结合使用的具有稀释注入特征的浸渍加压螺杆的替换实施例的示意图3是精制机圆盘板的一部分的示意图，示出了内部成纤器带和截然不同的外部纤丝化带；图4A和B示出了示范性的、分别用于转子和定子的具有成角度的杆和槽的纤维化带对；图5示出了在过渡区域处内部的纤维化带对与外部的纤维化带对的关系；图6A和B示出了另一个示范性的具有主要径向的杆和槽的纤维化带对；图7A和B分别以前视图和侧视图示出了示范性的外部纤丝化带，而图7C、D和E 分别示出了横切外部、中间和内部区域中的杆和槽的截面图；图8A、B和C分别以前视图和截面图示出了另一个示范性的外部纤丝化带；图8D分别示出了用于转盘的具有弯曲的供给杆的外部带的侧视图和前视图；图8E分别示出了将与图8D的外部带结合使用的用于定子的示范性相对外部带的侧视图和前视图；图9是用在实验室试验中以模制和获得内部纤维化板的操作特性的测量结果的板的示意图；图10是用在实验室试验中以模制和获得内部纤维化板的操作特性的测量结果的板的示意图；图11-18示出了用于达到本发明研究方面的各种精制机系列测试的纸浆特性结^ ο图19示出了在内部定子带中具有用于管理精制期间产生的蒸汽的回流的支路的转子和定子内部带对；图20是与图19相似的视图，示出了用于通过圆盘支撑内部定子带中的支路管理蒸汽回流的另一个实施例；图21是与图19相似的视图，示出了用于通过内部带的操作区域的表面上的槽管理蒸汽回流的另一个实施例；以及图22是与图4B相似的视图，根据图21中所示的实施例在内部带的操作区域的前表面上添加有反向流动蒸汽槽。优选实施例的描述1.综述图1示出了本发明优选实施例所涉及的TMP精制机系统10。标准大气入口塞螺杆供给器12在大气压力P1 = 0 psig下从源S中接收预蒸煮(presteamed)(软化)碎片并且在压力P2 = Opsig下将预蒸煮的木片输送到蒸汽管14，在蒸汽管14中碎片在压力P3 下被暴露于饱和蒸汽的环境下。取决于系统结构，压力P3可在从大气压到大约15psig或从15psig到大约25psig的范围内，其中保持时间在几秒到若干分钟。芯片被输送到浸渍加压螺杆排出装置16。浸渍加压螺杆排出装置16在大约从5psig到25psig的范围内的压力P4下具有入口端18，用于接收蒸煮碎片。最好，浸渍加压螺杆排出装置16具有与蒸汽管14中的压力 &相同的入口压力P4。浸渍加压螺杆排出装置具有用于在高机械压力下在饱和蒸汽的环境下使得碎片经受脱水和浸渍的操作区域20，以及浸渍、脱水和压缩的碎片作为经调整处理的碎片在压力P5下被排出到膨胀区或腔室的排出端22，其中在压力P5下经调整处理的碎片膨胀。喷嘴或相似装置被提供得用于将浸渍液和稀释水引入到螺杆装置的排出端中，稀释水借此渗透膨胀的碎片并且与所述碎片一起在进料管M中形成具有30%到55%固体稠度的精制机供给材料。或者，尤其是如果除稀释以外不需要浸渍的话，可在与浸渍螺杆排出装置相连接但不必与其整体形成的稀释腔室中实现稀释。在这方面，碎片的浸渍或拆散是指轴向纤维分离超过大约20%，但是没有纤丝化。高稠度主精制机在保持在压力P5下的壳体观中具有相对旋转的圆盘，每个圆盘上都具有工作板，所述工作板被布置在面对面的同轴关系中从而限定了基本从圆盘的内径径向向外延伸到圆盘的外径这样一个空间。每个板都具有径向内部带和径向外部带，每个带都具有交替的杆和槽的图案。内部带上的图案具有较大的杆和槽而外部带上的图案具有较小的杆和槽。诸如带式供给机的精制机供给装置从与浸渍加压螺杆排出装置(直接或通过中间缓冲翼片)相联系的稀释区域中接收供给材料并且在压力P6下将材料输送到基本为圆盘内径处的圆盘之间的空间中。如稍后将详细描述的，内部带完成碎片材料的纤维化 (分离纤维)而外部带使得所述纤维纤丝化。所述系统可被改装到典型TMP或低保持力/高压力精制系统中。在下表中概括了工艺或部件条件的范围本发明范围内的系统条件的范围
件条件I范围I优选
在碎片源S处的压力__Opsig__0 psig_
在 12 出口处的压力0-30psig0 -30psig
在蒸汽管14处的压力0 -30psig_ 0 -30psig
保持时间蒸汽管14__10-180秒__10-40秒_
在 16处的入口压力P40 -30psig0 -30psig
16中的处理时间<15秒<15秒
在膨胀容积22、精制机供给器30-95psig75-95psig
30和壳体28处的压力___
膨胀容积22、精制机供给器30 <10秒<10秒
和壳体28中的停留时间__图2A和B是示出了适合于与本发明结合使用的具有稀释注入特征的浸渍加压螺杆16的示意图。依照图2A的实施例，其中示出了碎片材料32处于操作区域20的中心、 脱水部分中，这里穿孔管状壁34、可旋转的同轴轴36以及螺纹(flight)38的直径是恒定的。碎片塞40被形成在操作区域的塞部分中恰好位于脱水部分的后面，这里壁是无孔的并且轴没有螺纹但是轴直径基本上增加，产生窄流动截面以及高背压，所述高背压增强了通过形成在中央部分的壁中的排出口液体从碎片中的挤出。可使用无孔壁中的管压缩插入物 (未示出)或从所述壁中突出到塞紧的材料中的刚性销等(未示出)进一步增强或调节收缩的流动和浸渍效果。所述塞在通常为IOOOpsi到3000psi或更高的范围内的机械压力下被高度压缩。在所述塞中发生大部分(如果不是全部的话)浸渍。碎片基本完全被拆散， 其中部分纤维分离超过了 20% (通常接近30%或更高)。在塞的端部处，浸渍螺杆排出装置的排出端22具有限定在向外扩张的壁42和面对面的倒流阀46的间隔锥形表面44之间的增加的横截面积。倒流阀46可从嵌套在浸渍螺杆排出装置轴36端部处的锥形槽48中的停止位置轴向调节到最大内缩位置。这调节了膨胀区或容积50的流动面积同时通过靠着扩张壁外端的阀之间的碎片材料保持了密封52 的和缓度，这可响应于供给管M与浸渍螺杆排出装置16之间的瞬变压力差被控制。在膨胀区50中，浸渍液体在高温下通过多个压力管M和相关喷嘴(未示出)或者通过加压圆环被供给。进入到膨胀区50中的脱水碎片快速吸收浸渍液体并且膨胀，有助于在膨胀区的端部处形成弱密封区。图2B示出了替换实施例，其中通过在锥形倒流阀的表面中提供流体流动开口 56 实现膨胀区50中的浸渍，所述浸渍液体通过倒流阀的轴经由高压管被供应。供给管M最好是用于将来自于浸渍螺杆排出装置16的稀释碎片引入混合于精制机的供给装置30中的竖直落差管。然而，应该理解的是，供给管M中的压力P5为与供给装置30和精制机壳体观中相同的压力。在供给装置30和精制机壳体观之间可预期小增压或压降，通常在TMP的领域中是这样的。无论如何，从浸渍加压螺杆排出装置后面到精制机壳体的整个区域的压力通常最好在30psig以上，通常在45psig以上，这远高于加压螺杆排出装置入口蒸汽压力P4。然而，塞40被如此机械压缩，即，甚至在管压力高至95psig或更高时，由于未压缩状态下纤维中气孔的膨胀，压缩塞也将在膨胀区中迅速膨胀。因此可理解的是，在有助于膨胀容积的有效性方面，供给管可用作膨胀腔室。该领域中的从业者可容易地修正膨胀区和供给管的设计和关系，以使得膨胀和稀释主要发生在连接于浸渍加压螺杆排出装置但不与之整体形成的指定膨胀腔室中。作为示例(但非限制)，塞-管区中的稠度通常在58% -65%的范围内，并且在具有浸渍/稀释的膨胀区内，稠度在30 % -55 %的范围内。目标是达到最优精制稠度，通常在 35 % -55 %左右，从而输送到精制机供给装置以便于弓丨入到精制机板之间。图3是精制机圆盘板100的一部分的示意图，示出了内部成纤器带102和外部纤丝化带104。每个带都可为可附于圆盘的截然不同的板元件，或者所述带可被整体形成在可附于圆盘的共同基底上。每个带都具有内部供给区域106、108和外部操作区域110、112。 内部带的操作(分离纤维)区域都由交替的杆114和槽116的第一图案限定，而外部带的供给区域都由交替的杆118和槽120的第二图案限定。内部带的供给器区域106中的非常粗的杆122和槽IM将先前拆散的碎片材料指引到较细的杆和槽的分离纤维区域110中。 之后纤维化材料在转换环面126中和上面相混合，在那里它进入到外部带的供给区域108 中。通常，内部带上的操作区域110上的第一图案具有比外部带上的供给区域108上的第二图案的槽更窄的槽。外部带的操作(纤丝化)区域112具有杆1 和槽130的图案，其中槽130比内部带的操作区域110的槽116窄。一个圆盘上的内部带的供给区域106的粗杆和槽可与不具有杆和槽的相对圆盘上的供给区域并列，只要供给流动通道的形状容易地将供给材料从带状供给装置指引到相对内部带的操作区域中就可以。因此，每个内部带102都将具有具有交替杆和槽114、116图案的外部、纤维化区域110但是相关的内部区域106将不必具有杆和槽的图案。以TMP精制机中用于“精制区”的公知的方式，纤丝化带104的外部区域112可具有多个径向排列区， 诸如132、134，和/或多个不同但横向交错的领域，诸如136、138。在图3中，外部带104具有交替杆和槽的内部、供给区域108，并且操作区域112具有在区域132中作为横向重复的梯形出现的交替的杆128和槽130的第一图案，以及在延伸到板的圆周144的区域134中作为横向重复的梯形出现的交替的杆140和槽142的另一个图案。内部带102和外部带104之间的环形空间1 可完全清除，或者如图3中所示的， 一些杆(诸如外部带供给区域108中的146)可延伸到该环形空间中。环形空间1 勾画了内部带和外部带的径向尺寸，从而内部带102的径向宽度小于外部带104的径向宽度，最好小于从内部带102的内缘148到外部带104的围缘144的板的总半径的大约35%。另夕卜，内部带102的供给区域106的径向宽度大于内部带的操作区域110的径向宽度，而内部带104中的供给区域108的径向宽度小于操作区域112的径向宽度。拆散并部分分离纤维的碎片材料进入到其中不会发生进一步分离纤维的内部供给区域106中，但是所述材料被供给到操作区域110中，其中杆和槽114、116的能量效率低强度作用基本使得所有材料分离纤维。所述板可有利地用作精制机系统中的置换板，它们可能不具有相关的加压浸渍排出装置。在存在加压浸渍螺杆排出装置的情况下，完全拆散并部分分离纤维连同精制机上游的高热的组合允许板设计者使得用于完成纤维分离的内部带的操作区域110中的径向宽度和能量使用最小化。杆和槽114、116的图案和操作区域 110的宽度可随着强度和停留时间的变化而变化。甚至在少于理想上游拆散和部分分离纤维的情况下，板设计者也可增加内部操作区域110的径向宽度并且选择稍微保留材料以便于增强操作的图案，同时对于给定质量的原浆来说，仍然实现缩短的高密度外部带112中令人满意的纤丝化和总体能量节约。图3中所示的复合板仅是表示法。图4和图6示出了用于内部带的其他可行区域。 图4A示出了一个内部带150A而图4B示出了相对的内部带150B。图5示出了的并列的相对内部带150A和150B的示意图，其中相关外部带152A和152B的部分被安装在精制机中。 内部带的供给间隙IM最好是弯曲的，以便于将从轴向传输方向的圆盘的“孔眼”处接收的供给材料朝向内部带的径向操作间隙156改变方向。最好，供给器杆(非常粗的杆)被隔开得大于供给中的材料的尺寸。例如，限定碎片(碎片厚度)的三种尺寸中最小的一个通常为3-5mm。这可避免剧烈撞击，所述剧烈撞击会导致木基质中的纤维损坏。在大多数情况中，操作期间的最小间隙应为5mm。粗供给器杆具有向内部带的外部部分供以适当供料分配的唯一功能并且不应在碎片上起作用，供给器杆被设在转子内部带上，但是不是绝对必须设在定子内部带上。应该理解的是，用在平坦圆盘精制机上的传统板的几何形状具有从板的内缘到外缘的半径。当安装在精制机中时两个平坦板构成了相对的一对，每个都具有包括突起和起伏结构(例如，杆、槽、凹槽)的工作面，当诸如图5中所示的横向于轴线看过去时，在板之间形成径向延伸的精制间隙。该间隙具有从板的内径到外径改变的形状。所述间隙以及间隙形状由相对的突起结构(杆)的顶表面之间的尺寸限定并且当材料在板之间径向行进时直接影响材料可用的流动面积。在任何径向位置处，总流动面积还包括杆之间的任何凹槽或槽的横截面积。在板内缘处的氏到外缘处的I 。的整个径向距离上流动面积上的总体改变，包括传统平坦圆盘之间的间隙，可表示为dA/dr < 0。
在本发明的情况下，流动面积的改变率可表示为从氏到RadA/dr < 0从Ra 到 RbdA/dr > 0从Rb 到 R。dA/dr < 0其中，Ri< Ra < Rb < R。。Ra与Rb之间增加的面积可看作是内部带和外部带过渡部分之间或过渡部分处或者外部带的供给区域处的不连续或者松驰容积。在内部带的操作区域中被分离纤维的材料进入到该松驰容积中，在那里材料被外部带的供给区域中的供给管和槽混合并分配。如图5中所示的间隙形状具有传输内部供给部分154，之后是最好径向会聚于可在基本均勻的间隙下径向延伸的内部最小间隙的内部操作区域间隙156。在会聚了大约一英寸的距离上的10%到30%的比率之后，操作区域间隙达到了约1.5-3. Omm的最小程度， 最好约2. 0mm。该操作区域中的槽宽度小于约4. 0mm，最好不大于3. 0mm。当所述材料被分离纤维时，该槽取向最好促进材料的向外泵送。不连续的过渡部分160在间隙中具有大于 4. Omm的陡然增加，与外部带的供给区域相联系。这可通过供给区域会聚并且之后是径向会聚于0. 5-1. Omm范围内的外部最小纤丝化间隙的外部操作部分。该间隙具有从到内部操作区域的入口到外部操作区域的出口径向延伸的、直线中心。所述间隙的内部供给部分包括具有供给器杆和槽的粗图案的粗面结构，而内部操作区域包括杆和槽的较细的分离纤维图案。获得不连续或松弛效果的过渡部分可包括另一个杆和槽的供给器粗图案，而外部操作区域包括杆和槽的较细的纤丝化图案。在大多数执行过程中，内部带的操作区域中的槽将小于外部带的供给区域中的槽。内部带的操作区域中的槽将大于外部带的操作区域中的槽。综合地，内部带的操作区域中材料所经历的强度低于外部带的操作区域中的加工材料所经历的强度。应该理解的是，过渡部分处的流动面积的增加可通过间隙和槽宽度中的改变的组合而实现。如果间隙增加较大，那么外部带的供给区域就不必比内部带的操作区域粗。在分离纤维区域的最小间隙宽度之后立刻发生松弛材料流动面积增加dA/dr > 0 (其中面积A 在分离纤维区域中也处于最小)。可通过以下任意一种或多种实现松弛面积增加(a)两个板上的相对的光滑环形凹槽，径向设置在内部带和外部带之间；(b) —个板上的光滑环形凹槽，和相对板上的一些外部供给器杆上的相对的粗和/或刻槽的引入端(见图8D和E)； (c)每个相对板上的环形结构，具有一些外部供给器杆上的引入端(见图7)；以及(d)没有环形结构，但是粗供给器杆具有或不具有刻槽或者细供给器杆在所有供给器杆上具有引入端槽。在图4的实施例中，内部带中的杆和槽相对于半径成角度，从而如果向左侧旋转的话压住内部带中的自由离心流动并且增加停留时间，而如果向右侧旋转的话加速流动。 在图6的实施例中，内部带162A和162B具有既不会抑制也不会增强离心流动的基本径向的定向。如图3和图5中所示的，分离纤维区域入口处的杆，例如内部带的外部区域具有长刻槽164，或者逐渐楔入的封闭形状。通常，朝向内部带之间的纤维化间隙156的入口是径向的或近似于径向的(没有明显的离散转换)。这也可避免对于木片上的强撞击。在 15-50mm的径向距离上所述刻槽的斜度通常应为5mm的落差高度。所获得的斜度为1 5到1 10，但是在3到10的落差高度下1 3到1 15的斜度也是可取的。与在紧密隙下操作的传统刀轮的高强度冲击相对，是楔形限定了碎片的低强度“剥离”。内部板的操作区域中的操作间隙156可在高达3英寸的距离上向外逐渐变窄。如果刻槽164处于角度的较低范围(例如，1 3)的话，那么应使用大间隙156的锥度，例如，至少1 40。这将易于向更紧密的间隙中供料。内部带的外部部分最好被磨以锥度，取决于应用，其范围从平坦到大约2度。更大的锥度和更大的操作间隙将减小在内部带中的操作量。内部带的外部区域的结构是这样的，即，它应使得供给材料上的最小化，以便于将纤维长度保持在最大，同时适当地分离纤维。纤维化区域110中的槽宽度应小于小木块，最好大约为纤维化区域的最小操作间隙。通常，不会由槽宽于4mm。这确保了小木块将在间隙中被处理而不是被楔在杆之间并且被相对圆盘的杆撞击。在纤维化内部区域110中，在穿过环形空间126并且进入到外部带104的160处之前，碎片被还原为纤维和纤维束。所述带可类似于已知高稠度精制机板结构。当纤维被大部分分离时，它们将不再经受高强度冲击。可从图3和图5中看出的是，如果未处理的碎片可进入外部带的供给器区域108的话，当碎片被楔入在两个粗杆118、120之间时它们将经受高强度冲击。如果碎片在纤维内部带102中被适当地分开的话，那么就不再有大块留下，因此它们不能经受这种类型的作用。内部带的外部区域的入口具有径向过渡部分，或接近于径向(即，朝向其看过去时具有基本恒定半径的弧形)。当大于间隙的块被迅速地迫入到间隙中时，研磨表面开始的径向位置中的大改变通常导致纤维长度的损失。在区域的开始处具有长刻槽(越长越好)， 所供给的材料的尺寸将逐渐减小直到小(粗度减小)得足以进入到工作面所形成的间隙 (图5中未示出)。为了增加操作效率和/或增加内部板中的能量输入，可使用表面下挡板或表面挡板。也可在所谓的“锥形圆盘”中执行内部带和外部带之间的功能性的划分，它具有平坦初始精制区，之后是相同精制机中的锥形精制区。在这种情况下，本发明纤维化带将用平坦精制区代替，之后将为锥形部分中的传统“主板”精制。通常，用于所述精制机的锥形部分具有30或45度的角度锥体，例如，它与圆锥形表面的角度为15或22. 5度。在1981年8 月11日所申请的美国专利No. 4，283，016中描述了这样一种锥形盘精制机的示例。因此， 当用在本文中时，“圆盘”包括锥形盘，而“基本径向”包括锥形精制机的通常向外定向但是成角度的间隙。区别使用术语“平坦圆盘”，其中如附图中所示的，圆盘和/或板在整个工作面上基本是平坦的，。在图7和图8中示出了外部、纤丝化带的两个实施例。它们可具有从高密度到非常低密度的范围。为了示出其概念，图7是高密度定向外部带166的典型示例。图8示出了非常低密度的双定向设计182。可使用各种其他杆/槽结构，诸如具有可变节距的(见美国专利 No. 5，893，525)。定向带166较粗并且具有正向供给区域172，这减小了所述区域中的停留时间和能量输入能力，迫使更多的能量被供应到所述带的外部部分中，这转而增加了施加于其上的劳动强度，从而将在更紧密的间隙下操作。外部带的操作区域具有两个区域168、170，其外部区域168具有比前面的区域170更细的槽。一些或全部槽(诸如区域168中的176)可限定与所述带的实际半径略成角度的专用沟道，而其他槽(诸如另一个区域170中的180) 可具有表面或表面下挡板174、178。总之，外部带166与图3的外部带112相似。作为另一个示例，图8的可变节距图案182具有主要径向沟道，而没有任何离心供给角度。供给区域190非常短，并且操作区域188可具有均勻或交替的槽宽度，或如184和 186处所示的，具有交替或可变的槽宽度。这容许板中的更长的停留时间，并且与大量的杆交叉口相组合，容许低强度的能量转换，这导致更大的板间隙。在外部带的变化中，外部带的内部供给区域被设计得防止纤维从外部带处回流到内部带。图8D示出了转盘的外部带192，具有具有弯曲供给杆195的供给区域194。图8E 中所示的相对定子带196在内部供给区域中不具有与弯曲杆相对的杆，从而将相对的弯曲供给杆195容纳在外部带192上。这样一种方法还确保了分别处于内部带和外部带中的分离纤维步骤和纤丝化步骤之间的完全分离。如图中所示的，在转子和/或定子带的供给区域中(诸如棱锥和相对的径向杆)， 弯曲供给(注射器)杆195可随意地具有其他结构，以助于将材料从弯曲杆分配到操作区域中。因此，转子的供给区域194的径向伸长的表面可完全或部分地由突出的弯曲杆195占据，并且定子的供给区域198的径向伸长的表面可整个为平坦的，或部分由分配结构占据。 转子带的弯曲杆195在供给区域194中突出大于操作区域中的杆高度的距离，但是供给区域198中的相对表面的平坦性调节该较大高度。通常，内部带的整个操作区域上的杆和槽的图案具有第一平均(最好是均勻的) 密度而外部带的整个供给区域上的杆和槽的图案具有第二平均(最好是均勻但较低)的密度。如下面将描述的，当在其中主精制圆盘直径为36英寸的实验工厂中论证时本发明已示出了显著的优点。当在具有约45到60英寸范围内或更大的圆盘直径的更大精制机中执行时本发明尤其适用。2.实验工厂实验室体会因此纤维化内部带和高效外部带的组合是该工艺的重要部分。通过在两个步骤中运行Andritz加压36-1CP单圆盘精制机而执行该工艺的最优化，首先只使用内部板，之后只使用外部板。使用具有外部中间区和整个外部区碾出的专用Durametal D14 B002 三区精制机板作为内部板(见图9)。中间区域的内部1/2用于纤维化拆散的木片。在供给 (排出)和保持(抑制)精制结构中使用Durametal 36604定向精制机板作为外部板(见图 10)。使用精制机内部板形成了三个精制结构以便于模拟以下工艺变化1. TMPA[2-3sec 停留(i)85psig, 1800rpm]ii)见数据表 Al。2. TMPB[2-3sec 停留(i) 85psig，2300rpm] ii)见数据表 A23. TMP[2-3sec 停留(i)50psig, 1800rpm]iii)见数据表 A3。i)从加压螺杆排出到精制机入口的停留。ii)蒸汽管压力=5psi，停留=30秒。iii)蒸汽管压力=20psi，停留=3分钟。用于表示浸渍加压螺杆排出装置拆散和纤维化内部板组合的前缀为f_。因此用于前述结构的名称为
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1) f-TMPA2) f-TMPB3) f-TMP之后在相似的各个压力条件和精制机速度下使用精制机外部板精制纤维化(f) 材料，即1) f-TMPA 外部板85psig，1800rpm2) f-TMPB 外部板:85psig, 2300rpm3) f-TMP 外部板:50psig, 1800rpm在精制机外部板运行期间施加大部分比能被供应。在该研究中在外部板运行期间评价精制机板定向(排出和抑制)和施加功率的不同条件。接着在所施加的三级比能下在次级大气AndritZ401精制机中精制每种初级精制纸浆。在加压浸渍排出装置中在没有木片的拆散的情况下也产生了控制TMP系列。这是通过将内部控制运行的生产速度从24. 10DMTPD降低到9. 40DMTPD而实现的。这有效地减少了 PMSD中碎片的堵塞。在控制内部运行期间使得所述板后退以使得可仅使用刀轮执行尺寸减小。即，在刀轮后面没有精制机纤维化杆的有效精制操作。之后使用外部板在36-1CP 精制机中精制内部碎片。之后在几级比能下在AndritZ401精制机中精制初级精制纸浆。TABLE A示出了该试验研究中产生的每种精制机系列的名称。也示出了相应的样品标识。表 A
权利要求
1.用于木质纤维材料的圆盘精制机，具有一对面对面的相对旋转圆盘，该旋转圆盘具有平坦精制机板，包括具有内径和外径的第一板以及包括突起和起伏结构图案的工作面，当沿横向于旋转轴的方向看过去时所述结构具有径向可变形状，具有内径和外径的第二板以及包括突起和起伏结构图案的工作面，当沿横向于旋转轴的方向看过去时所述结构具有径向可变形状，所述第二板与第一板轴向面对面但是相隔开，从而形成径向延伸的精制间隙，当沿横向于旋转轴的方向看过去时所述间隙具有从板的内径到外径改变的形状，因此径向内部供给部分向外径向会聚到内部操作区域； 内部操作部分以1.5-3. Omm范围内的最小间隙径向延伸到过渡部分； 过渡部分在间隙中具有大于4. Omm的向外部操作部分的陡然增加部分； 外部操作部分径向会聚到0. 5-1. Omm范围内的外部最小间隙。
2.依照权利要求1所述的圆盘精制机，其特征在于间隙内部供给部分处的至少一个所述板的表面包括供给器杆和槽的粗图案； 间隙内部操作部分处的板的表面包括杆和槽的细的分离纤维图案； 间隙的过渡部分处的至少一个所述板的表面包括供给器杆和槽的粗图案；以及间隙的外部操作部分处的板的表面包括杆和槽的细的纤丝化图案。
3.依照权利要求2所述的圆盘精制机，其特征在于内部操作间隙最小部分处的分离纤维图案的槽比间隙的过渡部分处的粗供给器图案的槽窄。
4.用于木质纤维材料的圆盘精制机，其具有一对面对面的相对旋转平坦圆盘具有相应的精制板，包括具有内径和外径Ru、R1。的第一板以及包括突起和起伏结构图案的工作面， 具有内径和外径1^、&。的第二板以及包括突起和起伏结构图案的工作面， 从而用于木质纤维材料的径向依赖流动区域A从内径I^、I 2i向外径I^。、R2。延伸，以使得从 Rli 到 Ra dA/dr < 0 从 Ra 到 Rb dA/dr > 0 从 Rb 到 R10 dA/dr < 0 其中，Rli < Ra < Rb <队。，以及从 R2i 到 Ra dA/dr < 0 从 Ra 到 Rb dA/dr > 0 从 Rb 到 R20 dA/dr < 0 Ji^,R2i<Ra<Rb<R2o,其中，Ra> Rb 为任意值且满足 Rli < Ra < Rb < R10 和 < Ra < Rb < R2o0
5.依照权利要求4所述的圆盘精制机，其特征在于，所述板的直径至少为36英寸，A是由相对板之间的径向延伸间隙部分地限定，并且外侧的半径Ra处的dA/dr由所述间隙和一个过渡部分的组合限定该过滤部分为从Ra处的每个相对板上的杆和槽的较细图案到半径 Ra正外侧的杆、槽或凹槽的粗图案。
全文摘要
用于木片的热机械精制的板元件、板结构以及相关系统，其特征在于，拆散并部分分离纤维的碎片被供给到转盘主精制机中，其中相对圆盘每个都具有杆和槽的内部带图案以及杆和槽的外部带图案，因此在内部带中实现碎片的基本完全纤维化(分离纤维)并且所得到的纤维在外部带中被纤丝化。一个实施例涉及一对相对的协同操作的用于平坦圆盘精制机的精制板元件，其中每个内部带上的杆和槽形成后面有外部操作区域的内部供给区域，每个外部带上的杆和槽形成后面有外部操作区域的内部供给区域，并且在内部操作区域和外部供给区域之间增加了当所述板被布置在彼此面对面时所形成的间隙和/或材料流动区域。
文档编号D21D1/30GK102505552SQ2011103560
公开日2012年6月20日 申请日期2005年7月8日 优先权日2004年7月8日
发明者L·金格拉斯, M·J·萨布林 申请人:安德里兹有限公司