专利名称：用于强腐蚀环境的多阶牺牲阳极金属构造的制作方法
技术领域：
本发明涉及纤维材料生产中的料浆制备，特别地，本发明涉及用于诸如纤维水泥或纸等纤维材料生产中的料浆制备。
背景技术：
由于纤维水泥所提供的多项优点，纤维水泥常用于住宅建筑业作为墙板。例如纤维水泥不易腐朽或劣化，因而提供长期的耐用性。此外，纤维水泥具有不可燃性。
纤维水泥的制造始于特殊类别的水泥、二氧化硅与纤维的混合物。虽然石棉纤维曾经用于制造纤维水泥，但现在，塑料纤维、碳纤维及木纤维更常用于纤维水泥。混合物约含80％水泥和二氧化硅、以及20％纤维。纤维的作用方式类似于混凝土中使用的钢筋。
加水至该水泥、二氧化硅及纤维的混合物，以形成稠度在4％至12％范围内的料浆，稠度依据制造速度及所制造产品的类别决定。料浆具有pH在9.0至13.0范围的非常高的碱性。根据加工机器的类型，将料浆加入单独的工作缸或串级排列的工作缸。在串级排列中，料浆被送至第一工作缸，并从第一缸溢流至下一缸。图1示出工作缸实例。
随后，通过网笼内侧与外侧间的高位压差(head-differential)，在金属丝网覆盖的网笼上，将料浆形成为薄片。薄片被叠放于接触网笼顶部的带，并载运湿的含纤维垫至下一缸，如果需要，从下一缸拾取另一层。
由于早期形成阶段所形成片材的韧度，不是将压力施加于片材，而是使用多种真空设备在真空区从所形成片材进行除水。一旦片材经过充分固化，使用压机去除游离水。
图1b为双缸纤维水泥制造机器的示意平面图。机器包括成形部70，产生层状形式的纤维水泥；心轴80，用于收集产生的层状材料；以及输送部90，从心轴将收集的材料传送至其它位置。
从图1b可知，成形部包括毡带72，该毡带通常在图中的逆时针方向移动；以及双缸74，各与图1所示缸相同或类似。当带通过第一缸时，一层材料沉积于带的底侧。当带通过第二缸时，添加上第二层。带的移动经由辊系统来控制，该辊系统包括多个辊76，用于沿其路径对带进行引导；主驱动辊76′，用于沿其移动方向对带进行驱动；以及浮辊76″，用于维持期望的带张力。沿带的路径，在多个位置处由数个清洗头77对带进行清洗。可通过使用真空箱78，在期望位置处对带进行干燥。
在成形部的带上形成的多层材料收集于心轴80上，并由输送部90从心轴80传送而出。
输送部包括输送带92、控制输送带移动的一系列辊94、控制输送带张力的浮辊94′。
上文大致讨论了纤维水泥的制造，现在将大致讨论纸张的制造。
造纸首先要处理木材。木材主要由两种主要物质组成，皆为有机物，即这些物质的分子由碳原子链和碳原子环构成。植物细胞壁上的纤维素是用于造纸的纤维材料。庞大而复杂的木质素分子作为一类粘合剂把纤维素纤维凝聚在一起，并增强细胞壁，使木材具有机械强度。要把木材转变成适于造纸的纸浆，就必须脱除纤维素纤维中的木质素。图2示出制浆程序的实例。机械制浆通过物理方法把木材纤维撕开而制成磨木浆，而大部分木质素仍完整地残留在纸浆中。磨木浆中的木质素含量高，使纸制品不耐用并易于随着时间降解(如发黄)。机械制浆主要用于制造新闻用纸和一些杂志用纸。
制浆多采用化学方法从纤维中分离出木质素。例如，硫酸盐法工艺中，在氢氧化钠和硫化钠溶液中加热(“蒸煮”)木片。木质素分解成较短的链段并溶解于溶液中。在随后步骤中进行“漂前洗涤”，把分解产物和化学试剂从纸浆中洗出并送往回收炉。因为变黑的残留木质素，未漂白的硫酸盐浆带有明显的暗褐色，但强度特别高，适于做包装纸、纸巾和面巾纸。
纸浆经漂白才能制成更白更耐用的纸制品。漂白处理采用中和(通过破坏发色团)或脱木质素的方法去掉残留木质素的颜色。对于硫酸盐浆，通常采用氯漂白来完成此处理，一般随后进行洗涤，并对化学试剂和分解产物进行提取。该过程类似于洗衣服，衣服纤维中的污点通过漂白而中和、或分解，并洗出。
目前制浆工艺中，木质素溶液通常要经过两次或更多次单独的洗涤操作。例如，通常用硫酸盐法工艺或亚硫酸法工艺，首先在一定的压力和温度下用化学试剂对磨木浆或木片进行处理。在任意一种处理方法中，蒸煮使木质素溶解，从而使木质素成分溶解于溶液中而纤维游离出来。这两种处理方法中，得到的液体都是暗色的，必须将纸浆中未排出的残余液体和残留杂质洗出纸浆。此外，需要以尽可能高的浓度回收废液，以使随后的化学试剂回收成本最小化。
这样洗过的未漂浆，仍带有一定程度的褐色，留下来的纸浆通常颜色太深，不能用于做白纸。此外，如果存在任何木质素，则用这种纸浆制成的纸张持久性差，随时间流逝最终会发黄。因此，一般的常规方法是对纸浆进行漂白处理，从而不仅提高纸张的白度，还改善白度的持久性。
通常，在氯化阶段，通过施加溶解有氯气的水来进行漂白。也可使用其它漂白处理方法，例如本领域内公知的连二亚硫酸钠处理法。目前漂白处理常用的三种化学试剂是氢氧化钠(NaOH)，二氧化氯(ClO2)和过氧化氢(H2O2)。漂白可以不在一步完成，可在两步或多步完成，每一步漂白后都要洗涤。经过漂白处理后，对纸浆进行洗涤工序，以除去含有失效漂白剂和溶解的木质素的水。
例如，一种使含有失效漂白剂及溶解的木质素的水去除的方法，包括使用带式洗浆机，该洗浆机包括脱水段(或“成形区”)和多个逆流洗涤段(或总起来说“置换区”)。该机器的成形区使用环状移动有孔滤带，滤带围绕限定进料端的胸辊和限定出料端的伏辊延伸，在辊间延伸的带通常为水平方式上面操作。成形区中，滤带下面设有一系列用于纸浆初始脱水的吸水箱，以及在置换区中，吸水箱与一系列喷水管联合，以提供淋洗和脱水。
如图3所示，在该带式洗浆机的下游，设置一系列洗涤区段或阶段，从上方施加洗涤液，用于穿过浆板排水。如图4可知，在最靠近最末工作阶段的区段，施加最新鲜或最干净的洗涤液，以及，将在该区段通过板排出的液体进行收集并输送至紧邻的前一洗涤区段。如此逐区反复，使最干净的纸浆用最干净的水处理，最脏的纸浆用最脏的水处理。
纤维水泥的制造及纸浆的制造都利用辊筒，该辊筒覆盖有由两个单独的织造金属丝网构成的双层辊筒覆盖物。第一金属丝网通称为“底衬”金属丝网，先固定于辊筒，底衬金属丝网典型由较高等级的青铜经向金属丝及较低等级的青铜纬向金属丝组成。第二金属丝网通称为“表衬”金属丝网，表衬金属丝网为双层辊筒系统的主要支撑，制成表衬金属丝网的金属合金等级高于底衬金属丝网所用金属合金。
发明内容
本发明的发明人了解现有双层辊筒覆盖物的若干缺点。
特别地，发明人发现，由于使用中的高度腐蚀环境，底衬金属丝网及表衬金属丝网容易腐蚀，结果导致辊筒金属丝网无法使用。如前文提及的，表衬金属丝网是双层辊筒系统的主要支撑。因此优选尽可能延缓表衬金属丝网的腐蚀。
为了克服现有双层辊筒覆盖物的缺点，本发明的双层辊筒覆盖物利用“牺牲阳极”原理。更具体地，本发明利用多种金属合金来形成多阶牺牲阳极。多阶牺牲阳极提供的优点包括延长辊筒寿命、减少更换辊筒覆盖物的频率。
从而，通过本发明可实现本发明的目的及优点，下面将结合附图进行说明，附图中图1为用于形成纤维水泥的工作缸的示意图；图1b为说明双工作缸纤维水泥制造机的平面图；图2为制浆加工的示意图；图3为逆流旋转漂前洗浆机流动顺序的示意图；
图4为漂前洗涤程序的示意图；图5为适合用于逆流旋转式漂前洗浆机的辊筒的剖视图；以及图6为根据本发明双层辊筒覆盖物的示意图。
具体实施例方式
图1为剖视图，示出包括辊筒60的工作缸50。图5为剖视图，示出包括辊筒200的洗涤区段100。双层辊筒覆盖物300保护工作缸50中的辊筒60(参见图1)以及保护洗涤区段100中的辊筒200(参见图5)。双层辊筒覆盖物300由底衬金属丝网310以及表衬金属丝网320组成(参见图6)。
双层辊筒覆盖物根据“牺牲阳极”原理设计。在牺牲阳极设计中，底衬金属丝网310及表衬金属丝网320两者的非载重构件由比各自载重构件等级低的金属合金制成。如此，在各金属丝网中，非载重构件作为载重构件的牺牲阳极。此外，底衬金属丝网310作为牺牲阳极来保护表衬金属丝网320。由于此种配置，以下述顺序进行腐蚀1.底衬金属丝网的非载重较低等级构件。
2.底衬金属丝网的非载重较高等级构件。
3.表衬金属丝网的非载重较低等级构件。
4.表衬金属丝网的非载重较高等级构件。
如图6所示，底衬金属丝网310由经向高级金属合金311(载重构件)组成(诸如8％磷青铜经向金属丝)以及纬向交替金属合金312及313(非载重构件)组成。金属合金312及313的等级比金属合金311的等级低。此外，金属合金312及313的腐蚀速度倾向于比金属合金311的腐蚀速度快。可用于底衬金属丝网的金属合金包括但不限于铝合金、铜合金、黄铜合金、钛合金、镍合金及镁合金。通过在纬向交替两种金属合金312及313，可在底衬金属丝网310形成二阶牺牲阳极。
金属合金312及313可由不同等级的合金制成。例如金属合金312可具有比金属合金313更低的等级。因此，金属合金312可以较快速度腐蚀，可作为金属合金313的牺牲阳极。
表衬金属丝网320以与底衬金属丝网310类似的方式组成。即，表衬金属丝网320具有经向合金321，以及排列在纬向的交替合金322及323。合金322及323的等级比合金321的等级低。优选地，合金321、322及323为不锈钢合金。
由于在多种环境下不锈钢具有较高耐腐蚀性，因此为优选。为使钢归类为不锈钢，钢必须含有至少12％铬。铬形成表面氧化物，表面氧化物保护铁-铬合金，从而使不锈钢产生高度耐腐蚀性。
概括地说，有四类不锈钢合金铁氧体、马氏体、奥氏体、及沉淀硬化体。钢的类别以其晶体结构分类。
类似金属合金312及313，合金322及323也由不同等级的合金制成。例如，金属合金322的等级可以比金属合金323的等级低。如此，由于金属合金322以较快速度腐蚀，因此金属合金322可作为金属合金323的牺牲阳极。
由于表衬金属丝网320用金属合金的等级比底衬金属丝网310用金属合金的等级高，因此，表衬金属丝网320用合金的腐蚀速度比底衬金属丝网合金的腐蚀速度慢。例如，用于表衬金属丝网的不锈钢合金的腐蚀速度比用于底衬金属丝网经向金属丝的8％磷青铜合金的腐蚀速度慢。
多阶牺牲阳极可提供多项优于常规辊筒覆盖物构造的优点。例如，通过在底衬金属丝网纬向提供两种交替金属合金，表衬金属丝网的自然腐蚀效应被延迟。原因在于，实际上表衬金属丝网的腐蚀只在底衬金属丝网的两种金属合金完全腐蚀后才出现。如此，由于纬向使用交替金属合金，故底衬金属丝网寿命延长，延长表衬金属丝网与辊筒覆盖物整体的寿命，从而延长辊筒寿命。此外，由于延长了辊筒覆盖物寿命，因此无需如同常规辊筒覆盖物一样频繁更换辊筒覆盖物。
本领域技术人员应了解的是，本发明的双层材料可具有前文所述用途以外的用途。双层材料可用于多种腐蚀环境作为覆盖物。
对于本领域技术人员来说，在本发明权利要求范围内，可以容易地对上述实施方案进行多种修改和改进。本发明的范围由所附权利要求及其等效置换所限定。
权利要求
1.一种双层辊筒覆盖物，包括底衬金属丝网，由经向的金属合金与纬向的多种金属合金组成；以及表衬金属丝网，由经向的金属合金与纬向的多种金属合金组成，其中，所述表衬金属丝网中使用的金属合金的等级高于所述底衬金属丝网中使用的金属合金的等级。
2.根据权利要求1所述的双层辊筒覆盖物，其中所述底衬金属丝网的经向的金属合金为8％磷青铜。
3.根据权利要求1所述的双层辊筒覆盖物，其中所述底衬金属丝网纬向的多种金属合金的等级低于所述底衬金属丝网经向的金属合金的等级。
4.根据权利要求1所述的双层辊筒覆盖物，其中所述表衬金属丝网经向的金属合金为不锈钢合金。
5.根据权利要求1所述的双层辊筒覆盖物，其中在所述表衬金属丝网纬向的多种金属合金为不锈钢合金。
6.根据权利要求1所述的双层辊筒覆盖物，其中所述表衬金属丝网纬向的多种金属合金的等级低于所述表衬金属丝网经向的金属合金的等级。
7.根据权利要求1所述的双层辊筒覆盖物，其中，用于所述表衬金属丝网的金属合金的腐蚀速度低于用于所述底衬金属丝网的金属合金的腐蚀速度。
8.一种用于辊筒的双层辊筒覆盖物的制造方法，包括下列步骤将底衬金属丝网固定于所述辊筒，所述底衬金属丝网由经向的金属合金与纬向的多种金属合金组成；以及将表衬金属丝网固定于所述辊筒，所述表衬金属丝网由经向的金属合金与纬向的多种金属合金组成，其中，用于所述表衬金属丝网的金属合金的等级高于用于所述底衬金属丝网的金属合金的等级。
9.根据权利要求8所述的双层辊筒覆盖物的制造方法，其中所述底衬金属丝网的经向的金属合金为8％磷青铜。
10.根据权利要求8所述的双层辊筒覆盖物的制造方法，其中所述底衬金属丝网的纬向的多种金属合金的等级低于所述底衬金属丝网的经向的金属合金的等级。
11.根据权利要求8所述的双层辊筒覆盖物的制造方法，其中所述表衬金属丝网的经向的金属合金为不锈钢合金。
12.根据权利要求8所述的双层辊筒覆盖物的制造方法，其中所述表衬金属丝网的纬向的多种金属合金为不锈钢合金。
13.根据权利要求8所述的双层辊筒覆盖物的制造方法，其中所述表衬金属丝网的纬向的多种金属合金的等级低于所述表衬金属丝网的经向的金属合金的等级。
14.根据权利要求8所述的双层辊筒覆盖物的制造方法，其中，所述表衬金属丝网使用的金属合金的腐蚀速度低于所述底衬金属丝网使用的金属合金的腐蚀速度。
15.一种双层辊筒覆盖物，包括底衬金属丝网，由经向的金属合金与纬向的多种金属合金组成；以及表衬金属丝网，由经向的金属合金与纬向的多种金属合金组成，其中，所述底衬金属丝网的纬向多种金属合金由两种相区别的较低等级组成，使得纬向的所述多种金属合金以不同速度腐蚀。
16.一种双层辊筒覆盖物，包括底衬金属丝网，由经向的金属合金与纬向的多种金属合金组成；以及表衬金属丝网，由经向的金属合金与纬向的多种金属合金组成，其中，所述表衬金属丝网纬向的多种金属合金由两种相区别的较低等级组成，使得纬向中的所述多种金属合金以不同速度腐蚀。
全文摘要
提供一种双层辊筒覆盖物及其制造方法。该双层辊筒覆盖物包括底衬金属丝网，该底衬金属丝网由经向的相对高等级金属合金与交替纬向的相对低等级金属合金组成。该双层辊筒覆盖物还包括表衬金属丝网，该表衬金属丝网由经向相对高等级金属合金与交替纬向相对低等级金属合金组成。所有表衬金属丝网用金属合金的等级都高于底衬金属丝网用金属合金的等级。
文档编号B01D39/12GK1954118SQ200580015908
公开日2007年4月25日 申请日期2005年5月9日 优先权日2004年5月19日
发明者马克·J·李文尼, 汤玛斯·L·伊斯列, 葛瑞哥里·D·吉克 申请人:阿尔巴尼国际公司