FI115985B

FI115985B - Calender with an extended nip

Info

Publication number: FI115985B
Application number: FI973954A
Authority: FI
Inventors: Pekka Koivukunnas; Mikko Tani
Original assignee: Metso Paper Inc
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1997-10-14
Publication date: 2005-08-31
Also published as: ATE286171T1; FI973954A; CA2274820A1; CA2274820C; FI973954A0; EP0944761A1; AU9445098A; JP2001512539A; DE69828376T2; EP0944761B1; WO1999028551A1; DE69828376D1

Abstract

The invention concerns a calender provided with an extended nip for calendering of a paper or board web. The calender comprises at least one calendering nip (N), which is formed between a heatable hard roll (1) and a calendering belt (10) which has been formed as an endless loop and which is loaded against the heatable hard roll (1) by means of a backup roll (3) or a press shoe (24). The paper or board web (W) to be calendered is arranged to run through said calendering nip (N). According to the invention, in respect of at least a part of its thickness, the calendering belt (10) is made of a material of compressible volume. According to a second embodiment of the invention, the necessary resilience in the nip (N) is provided by means of a separate support belt, which runs underneath the calendering belt in relation to the web (W).

Description

115985115985

Pidennetyllä nipillä varustettu kalanteri Kalander försedd med ett förlängt nyp 5 Keksinnön kohteena on pidennetyllä nipillä varustettu kalanteri paperi- tai karton-kirainan kalanteroimiseksi, joka kalanteri käsittää ainakin yhden kalanteroin-tinipin, joka muodostuu kuumennettavan kovan telan ja vastatelan tai puristus-kengän avulla kuumennettavaa kovaa telaa vasten kuormitetun, päättömäksi lenkiksi muodostetun kalanterointihihnan väliin, jolloin kalanteroitava paperi- tai 10 kartonkiraina on järjestetty kulkemaan kyseisen kalanterointinipin läpi.The present invention relates to a calender with an extended nip for calendering a paper or cardboard web comprising at least one calendering nip formed by a heated hard roll and a counter roll or a press roll. between a loaded calendered endless loop calender belt, the calenderable paper or board web being arranged to pass through said calendering nip.

Haluttaessa parantaa kalanteroinnin tasoa on nykyisillä ratkaisuilla oikeastaan ainoana mahdollisuutena ollut lisätä kalanterointinippien määrää. Tämä johtaa kalanterin monimutkaisempaan rakenteeseen ja vaikeampaan paperiradan hallin-15 taan ja päänvientiin. Erityisesti on-line koneiden kyseessä ollen tulee voida ratkaista suuresta ajonopeudesta ja täysinopeuksisesta päänviennistä aiheutuvat ristiriidat. Näitä ongelmia on pyritty ratkaisemaan erilaisilla hihna- ja kenkäkalante-reilla, joilla kalanterointinippiä pidennetään ja siten tehostetaan nipin toimintaa.To improve the calendering level, current solutions have actually had the only option to increase the number of calendering nips. This results in a more complicated calender structure and more difficult paper path control and threading. In particular, in the case of on-line machines, it must be possible to resolve conflicts caused by high running speed and full speed head restraint. Attempts have been made to solve these problems with various belt and shoe calendars, which extend the calendering nip and thereby enhance the nipple function.

, Kenkäkalantereissa käytetään hyväksi yleensä pitkänippipuristimista hyvin tun- • i · 4 20 nettua tekniikkaa, jonka mukaisesti pidennetty nippi saadaan aikaan puristamalla « · · paperirataa vastatelaa vasten muotoillun liukukengän ja sen yli kulkevan päättö- 4 * · : ·, ·, män hihnan avulla. Hihnakalanterissa pyritään hihnan avulla saamaan aikaan ka- · 4 · ;·, lanterointinippiin tarvittava jousto puristettaessa paperirataa kalanterointinipin * «« , -: , muodostavien telojen väliin. Hihnakalanterit ovat sinänsä suhteellisen uusia kon- a 25 struktioita ja ne voidaan muodostaa myös siten, että kalanteroitava paperi viedään | : ; päättömän hihnan avulla esikontaktiin kuuman kalanteritelan kanssa, jolloin pys- • a · · tytään kalanteroinnin kannalta luomaan edullinen jyrkkä lämpötilagradientti. Täi- # » a : ’ >, löin hihnan avulla nipin tehollinen pituus kasvaa esikontaktin ansiosta sekä siitä . - ·. syystä, että hihnamateriaalina on mahdollista käyttää huomattavasti pehmeämpiä 30 polymeerejä kuin telapinnoitteissa ilman lämmön muodonmuutoksesta aiheutuvia ongelmia. Super- tai softkalanteria pitemmällä nipillä saadaan paperiin kohdistettua puristusimpulssia kasvatettua ilman, että painehuippu tulee liian suureksi ja 2 115985 bulkkisuus alkaa pienentyä. Hihnakalantereihin liittyvän tekniikan tason osalta viitataan esimerkiksi suomalaiseen patenttijulkaisuun nro 95 061., Shoe calendars generally utilize the well-known technique of long nip presses, whereby an extended nip is obtained by squeezing a paper web by means of a sliding shoe formed against the back roll and a 4 * ·: ·, end strap over it. In the belt calender, the belt aims to provide the elasticity required for the calender nip when squeezing the paper path between the rollers forming the calender nip * ««, - :. Belt calendars as such are relatively new machine structures and can also be formed by exporting the paper to be calendered | :; the endless belt pre-contacts the hot calender roll to allow for a steep temperature gradient favorable for calendering. With the help of the strap, the effective length of the nip is increased by and through the pre-contact. - ·. due to the fact that it is possible to use considerably softer polymers as belt material than in roller coatings without the problem of heat deformation. With a nip longer than the super or soft calender, the press pulse applied to the paper can be increased without the pressure peak becoming too high and the 2 115985 bulk begins to decrease. As regards the prior art relating to belt calendars, reference is made, for example, to Finnish Patent Publication No. 95 061.

Tähän asti käytettyihin hihna- ja kenkäkalantereihin on liittynyt varsin merkittävä 5 ongelma, joka on aiheutunut käytetyn hihnan rakenteesta. Käytetyt hihnat ovat olleet lähes täysin kokoonpuristumattomia ja rakenteeltaan ne ovat yleisesti olleet sellaisia, että hihnoissa on keskellä tukikudos ja sen molemmilla puolilla polyure-taanikerros. Vaikka hihna onkin sinänsä voinut olla joustava, se ei ole ollut tilavuudeltaan kokoonpuristuva. Tällainen tilavuudeltaan olennaisesti kokoonpuris-10 tumaton hihna käyttäytyy kalanterointinipissä, jossa sitä puristetaan voimakkaalla paineella ohuemmaksi, siten, että hihnan materiaali joutuu virtaamaan hihnan pinnan suuntaisesti pois nipistä. Tästä aiheutuu mm. se, että nipin eteen muodostuu hihnamateriaalista aalto. Kokoonpuristumattomuudesta johtuen hihnamateriaaliin muodostuu pinnansuuntaisia voimia, jotka edesauttavat paperin kuiturakenteen 15 luhistumista eli paperin paksuuden pienenemistä. Nipissä tapahtuu aina palautuvaa ja palautumatonta paperin kokoonpuristumista. Leikkausvoimat nipissä lisäävät palautumattoman kokoonpuristumisen määrää, millä on haitallinen vaikutus paperin bulkkisuuteen. Edelleen äkillisesti suuntaansa muuttava leikkausvoima , nipissä pyrkii täristämään paperia, jolla mekanismilla voi olla varsin huomattava 20 vaikutus paperin kalanteroituun tiheyteen. Kokoonpuristumattoman hihnan käyttö i * t näin ollen luhistaa paperin kuiturakennetta ja lisää hihnan pinnan rasituksia, kulu-; · f * t mistä ja väsymistä.The belt and shoe calenders used so far have had quite a significant problem with the structure of the belt used. The belts used have been almost completely non-compressible and generally have a structure such that the belts have a center fabric and a polyurethane layer on both sides. Although the strap itself may have been flexible, it has not been compressible in volume. Such a substantially bulk compact 10-strap belt behaves thinner in the calendering nip, where it is compressed at high pressure so that the material of the belt is forced to flow away from the nip along the belt surface. This causes eg. that a wave material is formed in front of the nip. Due to the non-compression, the belt material exerts surface forces which contribute to the collapse of the fibrous structure of the paper, i.e. the reduction in the thickness of the paper. There is always reversible and irreversible paper compression in the nip. Shear forces in the nipple increase the amount of irreversible compression, which has a detrimental effect on the bulk of the paper. Still abruptly reversing shear, the nip tends to vibrate the paper, which mechanism can have quite a significant effect on the calendered paper density. The use of a non-compression strap i * t thus reduces the fibrous structure of the paper and increases the stress on the surface of the belt; · F * t from fatigue and fatigue.

Nyt esillä olevan keksinnön päämääränä on saada aikaan olennainen parannus » 25 olemassaoleviin, pidennetyllä nipillä varustettuihin kalantereihin. Tähän päämää- • ; ‘; rään pääsemiseksi on keksinnölle pääasiassa tunnusomaista, että kalanterointihih- :'"; na on monikerrosrakenteinen siten, että se käsittää tilavuudeltaan kokoonpuris- * I t : ‘ ·, tuvan tukikerroksen sekä ainakin kalanteroitavaa materiaalia vasten olevalla pin- , · · ·. nallaan tiiviin polymeerikerroksen.It is an object of the present invention to provide substantial improvement to existing calendars with an extended nip. This is the purpose •; '; To achieve this, the invention is essentially characterized in that the calendering belt is a multilayer structure comprising a bulk compression volume, a polymeric layer at least facing the calendering material. .

^ ·^ ·

Keksinnöllä saadaan aikaan merkittävää etua tekniikan tasoon nähden ja keksinnöllä aikaansaatavista eduista voidaan tässä yhteydessä tuoda esiin mm. seuraavat.The invention provides significant advantages over the prior art, and the advantages provided by the invention can be disclosed in this connection, e.g. following.

30 3 11598530 3 115985

Keksinnölle olennaisena piirteenä on näin ollen se, että kalanterissa käytettävä hihna on tilavuudeltaan oleellisesti kokoonpuristuvaa materiaalia. Suoritetuissa tutkimuksissa ja koeajoissa on havaittu, että tällaisella tilavuudeltaan kokoonpuristuvalla hihnalla saadaan paperin ja/tai hihnan pinnan suuntaiset voimat poistet-5 tua nipistä lähes kokonaan. Hihnan kokoonpuristuvuuden ansiosta paperin palautumattoman kokoonpuristumisen määrä nipissä vähenee oleellisesti, jolloin paperin paksuus ja bulkkisuus saadaan säilytettyä mahdollisimman hyvin. Merkittävänä lisäetuna on pidettävä edelleen sitä, että ns. "mällinkesto" on aiempia ratkaisuja olennaisesti parempi, koska mällit pääsevät hihnan kokoonpuristuvuuden ansiosta 10 menemään helposti nipistä läpi aiheuttamatta leikkauskuormitusta. Valmistustek-nisesti uudentyyppinen hihna on huomattavasti helpompi tehdä kuin aiempi tuki-kudoksella varustettu hihna ja esimerkiksi tasaisen paksuuden aikaansaaminen hihnaan on aiempaa helpompaa. Toisaalta etuna voidaan tuoda esiin myös se, että kalanterointiprosessi ei ole hihnan kokoonpuristuvuuden ansiosta niin herkkä hih-15 nan pienille paksuusvaihteluille kuin aikaisemmin. Valmistustekniikan kannalta uusi hihna on olennaisesti halvempi tehdä kuin nykyisin käytössä olevat ratkaisut. Keksinnön muut edut ja ominaispiirteet käyvät ilmi jäljempänä seuraavasta keksinnön yksityiskohtaisesta selostuksesta.It is thus an essential feature of the invention that the belt used in the calender is a material of substantially compressible volume. Studies and test runs carried out have found that such a volume-compressible belt almost eliminates paper and / or belt surface forces from the nip. Due to the compressibility of the belt, the amount of irreversible compression of the paper in the nip is substantially reduced, so that the thickness and bulk of the paper can be maintained as well as possible. A further significant advantage is that "gutter resistance" is substantially better than previous solutions, because the memories allow the belt to compress easily through the nip without causing shear stress. Technically, a new type of belt is much easier to make than the previous belted belt and, for example, it is easier to achieve a uniform thickness on the belt. On the other hand, it can also be pointed out that due to the compressibility of the belt, the calendering process is not as sensitive to the small thickness variations of the belt as before. From a manufacturing technology point of view, a new belt is substantially cheaper to make than the solutions currently in use. Other advantages and features of the invention will become apparent from the following detailed description of the invention.

20 Seuraavaksi keksintöä selitetään esimerkinomaisesti oheisen piirustuksen kuvioi- • · · hin viittaamalla.The invention will now be described, by way of example, with reference to the figures in the accompanying drawing.

< I I<I I

* * t* * t

* * I* * I

* · · * · l. <' Kuvio 1 esittää täysin kaaviomaisena sivukuvana yksinippistä kalanteria, jossa * · » , ·; ·, käytetään kalanterointihihnaa.* · · * · L. <'Figure 1 is a full schematic side view of a single nip calender with * · », ·; ·, A calender belt is used.

» i · 25 : . , Kuvio 2 on suurennettu yksityiskohta kuvion 1 mukaisen kalanterin kalanteroin- • » · • i « i , · · ‘. tinipin kohdalta.»I · 25 :. Fig. 2 is an enlarged detail of the calender of Fig. 1. for the tinip.

• < I• <I

Kuvio 3 on kuviota 1 vastaava esitys kenkäkalanterista.Figure 3 is a view similar to Figure 1 of a shoe calender.

Kuvio 4 on suurennettu yksityiskohta kuvion 3 mukaisen kalanterin nipin kohdalta.Figure 4 is an enlarged detail at the nip of the calender of Figure 3.

30 4 11595530 4 115955

Kuviot 1 ja 2 esittävät siis hihnakalanteria, jossa kalanterointinippi N muodostuu kuuman kalanteritelan 1 ja vastatelan 3 väliin. Nipin N läpi on johdettu kulkemaan lisäksi kalanterointihihna 10 antamaan nippiin N tarvittava jousto siten, että 5 paperiraina W kulkee nipin N läpi kalanterointihihnan 10 ja kuuman telan 1 pinnan välistä. Kuviossa 2 on lähemmin havainnollistettu kalanterointihihnan 10 käyttäytymistä nipissä, jonka pituutta on merkitty viitemerkinnällä a. Hihnakalan-terin tapauksessa kalanterointihihna 10 muodostuu näin ollen tilavuudeltaan kokoonpuristuvasta tukikerroksesta 12 sekä kyseisen tukikerroksen 12 toiselle pin-10 nalle sovitetusta tiiviistä polymeerikerroksesta 11. Kuvion 2 esittämällä tavalla polymeerikerros 11 on paperirainaa W vasten tulevalla tukikerroksen 12 pinnalla. Itse tukikerros 12 on vastatelaa 3 vasten. Olennaisena piirteenä hihnalle 10 on näin ollen se, että tukikerros 12 on rakenteeltaan sellaista, että se pääsee nipissä N puristumaan kokoon, ts. sen tilavuus pienenee, jolloin nipin eteen ei pääse muo-15 dostumaan vastaavaa aaltoa kuin tekniikan tason mukaisissa ratkaisuissa. Tilavuudeltaan kokoonpuristuva tukikerros 12 on edullisesti huopa, joskin myös muita materiaaleja voidaan käyttää tukikerroksessa 12. Näistä muista materiaaleista voidaan mainita esimerkiksi solukumit, solumuovit ja vastaavat, jotka ovat kokoon-: _ puristuvia. Paperia vasten tuleva tiivis polymeerikerros on materiaaliltaan esimer- : , 20 kiksi kerta- tai kestomuovia, edullisesti polyuretaania.Figures 1 and 2 thus show a belt calender in which the calendering nip N is formed between the hot calender roll 1 and the counter roll 3. Further, the necessary elasticity is provided through the nip N to provide the necessary flexibility to the nip N so that the paper web W passes through the nip N between the surface of the calender belt 10 and the hot roll 1. Figure 2 further illustrates the behavior of the calendering belt 10 in a nip, the length of which is denoted by reference numeral a. is on the surface of the support layer 12 facing the paper web W. The support layer 12 itself is against the counter roll 3. Thus, an essential feature of the belt 10 is that the support layer 12 is of such a design that it can be compressed in the nip N, i.e. its volume is reduced, so that a wave corresponding to the prior art solutions cannot be formed. The bulk compressible support layer 12 is preferably felt, although other materials may also be used in the support layer 12. These other materials include, for example, cellular gums, foams, and the like, which are compressible. The dense polymer layer facing the paper is made of, for example, one-piece or thermoplastic, preferably polyurethane.

i « a * · «i «a * ·«

Kuviot 3 ja 4 esittävät kenkäkalanteria, jossa pidennetty kalanterointinippi N j*. muodostuu kuuman kovan telan 1 ja kenkätelan 2 väliin. Kenkätela 2 puolestaan : ’ j ’; käsittää kiinteän palkin 25 kannattavan puristuskengän 24 sekä puristuskengän 24 25 ja palkin 25 ympäri viedyn ja päättömäksi lenkiksi muodostetun kalanterointi-i hihnan 20. Puristuskengällä 24 saadaan aikaan tarvittava kuormitus nippiin N.Figures 3 and 4 show a shoe calender with an extended calender nip N j *. is formed between the hot hard roll 1 and the shoe roll 2. Shoe roll 2 in turn: 'j'; comprising a support beam press shoe 24 supporting a fixed beam 25 and a calendering belt 20 wrapped around the press shoe 24 25 and a beam 25 and formed as an endless loop. The press shoe 24 provides the necessary load to the nip N.

: : Kuten kuviossa 4 on havainnollistettu, tässä suoritusmuodossa kalanterointihihna ; , ·, 20 koostuu kolmesta päällekkäisestä kerroksesta, eli keskellä olevasta tilavuudel-As illustrated in Figure 4, in this embodiment, a calendering belt; , ·, 20 consists of three overlapping layers,

l s Il s I

taan kokoonpuristuvasta tukikerroksesta 22 ja sen kummallakin sivulla olevasta 30 tiiviistä polymeerikerroksesta 21, 23. Materiaaleiltaan tukikerros 22 sekä poly-, : meerikerrokset 21, 23 voivat olla samoja kuin kuvioiden 1 ja 2 suoritusmuodossa siten, että polymeerikerrokset ovat edullisimmin polyuretaania ja tilavuudeltaan 115985 5 kokoonpuristuvana tukikerroksena 22 käytetään huopaa, solukumia, solumuovia tai vastaavaa. Kuvioiden 3 ja 4 suoritusmuodossa tarvitaan tiivis polymeerikerros 23 myös puristuskengän 24 puolella, koska puristuskengän 24 ja kalanterointihih-nan 20 välinen kitka on saatava riittävän pieneksi. Tunnetuin ja käytetyin tapa 5 kitkan pienentämiseen on öljykalvon aikaansaaminen puristuskengän ja kalante-rointihihnan 20 välille. Puristuskenkää 24 vasten tuleva kalanterointihihnan 20 pinta on näin ollen oltava tiivis, jolloin polymeerikerros 23 on tarpeen. Vastaavanlaista hihnaa voidaan toki käyttää myös kuvioiden 1 ja 2 suoritusmuodon yhteydessä. Kuten kuvioilla 2 ja 4 on pyritty havainnollistamaan, tukikerros 12; 22 10 pääsee nipin N pituudella a puristumaan kokoon aiheuttamatta mitään aaltoa nipin eteen.The material of the support layer 22 and of the polyester layer 21, 23 may be the same as that of the embodiment of Figures 1 and 2, with the polymer layers being preferably of the polyurethane and bulk material size 115985. 22 use felt, cellular rubber, cellular plastic or the like. In the embodiment of Figures 3 and 4, a dense polymer layer 23 is also required on the side of the press shoe 24, since the friction between the press shoe 24 and the calendering belt 20 must be sufficiently small. The best known and most commonly used way of reducing friction 5 is to provide an oil film between the press shoe and the calendering belt 20. The surface of the calendering belt 20 facing the press shoe 24 must therefore be tight, requiring a polymer layer 23. A similar belt may of course also be used in connection with the embodiment of Figures 1 and 2. 2 and 4, the support layer 12; 22 10 can be compressed over a length N of the nip without causing any wave in front of the nip.

Keksinnön mukaisella tilavuudeltaan kokoonpuristuvalla kalanterointihihnalla 10; 20 saadaan kalanteroitua paksumpaa ja jäykempää paperia tai kartonkia siten, että 15 kalanteroidun rainan kiilto ja sileys ovat yhtä hyvällä tasolla kuin kokoonpuristu-mattomalla hihnalla. Koeajoissa havaittiin lisäksi tilavuudeltaan kokoonpuristuvan hihnan olevan ajettavuudeltaan parempi, koska etenkin ohuilla paperilajeilla ratakatkojen määrä oli olennaisesti pienempi kuin aikaisemmin. Tähän on syynä esitetty se, että kokoonpuristumattomalla hihnalla tapahtuva hihnamateriaa- « * · ;·· 20 Iin virtaus hihnan pinnan suuntaisesti rasittaa paperia siinä määrin, että katkojenWith the volumetric compression calendering belt 10 according to the invention; 20 obtains calendered thicker and stiffer paper or board so that the calendered web has a level of gloss and smoothness as good as that of an uncompressed belt. In test runs, the volume of the compressible belt was also found to be better in runnability, since the number of web breaks was significantly lower, especially in the case of thin paper grades. The reason given for this is that the flow of the belt material on the uncompressed belt with the «* ·; ·· 20 inch parallel to the surface of the belt causes the paper to be stressed to such an extent that

I « II «I

; ; määrä lisääntyy.; ; the number is increasing.

t · • * · i · · * · ·t · • * · i · · * · ·

* I* I

* Edellä on keksintöä selitetty esimerkinomaisesti oheisen piirustuksen kuvioihin • * » . viittaamalla. Keksintöä ei kuitenkaan ole rajoitettu koskemaan pelkästään kuviois- • · · 25 sa esitettyjä esimerkkejä, vaan keksinnön mukaista tilavuudeltaan kokoonpuristu-; , > t vaa hihnaa voidaan käyttää myös muissa yhteyksissä. Näistä muista sovelluksista i i i * s I * , * · ·. voidaan mainita esimerkkeinä erilaiset kenkäpuristimet, hihnaa käyttävät liimapu- • · , *( ristimet, hihnapäällystimet, hihnarullaimet ja vastaavat. Myös muilta osin on to-* The invention has been described above by way of example with reference to the accompanying drawings. by reference. However, the invention is not limited to the examples illustrated in the figures but also to the compressible volume according to the invention; ,> t belt can also be used in other contexts. Of these other applications, i i i * s I *, * · ·. may be mentioned as examples of various shoe presses, belt-using adhesive presses, · ·, * (crossovers, belt coaters, belt rollers and the like.

» ( I»(I

*!!, * dettava, että keksintöä voidaan muunnella oheisissa patenttivaatimuksissa määri- ‘! ’ 30 tellyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.It should be understood that the invention may be modified in the appended claims. 30 within the scope of the inventive idea.

* »* »

Claims

A calender provided with an extended nip for calendering a paper or cardboard web, said calender comprising at least one calendering nip (N) formed between a heated hard roll (1) and one by means of a counter roll (3) or a pressure shoe (24) loaded against the heater-cured roller (1), as an endless loop shaped calender belt (10; 20), the paper or cardboard web (W) being calendered being arranged to run through the calendering nip (N), characterized thereof, that the calendering belt (10; 20) is constructed of several layers in such a way that it comprises a tile volume compressible support layer (12; 22) and a dense polymeric layer at least on the facing surface of the calendered material.

Calender according to claim 1, characterized in that the calender belt (15) in the thickness direction has a dense polymer layer (21, 23) on each side of the support layer (22).

3. A calender according to claim 1 or 2, characterized in that the volume-compressible support layer (12; 22) of the calender belt (10; 20) of the material is felt. • · · • · · · »ti • · *» t | t

• * · '; 4. A calender according to claim 1 or 2, characterized in that the support layer (12; 22) of the calender strap (10; 20) is compressed to the volume by the volume. '; the rial is made of cellular rubber, cellular plastic or the like. 25

Calender according to any of the preceding claims, characterized in that: the tight polymer layer (11) or the tight polymer layers (21; 23) on the calender belt are of thermosetting or thermoplastic.

6. Calendar according to any one of claims 1-4, characterized in that it is tight. the polymeric layer (11) or the tight polymeric layers (21; 23) of the calendering belt of the material are of polyurethane.