Brevet FR2520769A1 — publié le 19830805

La présente invention est relative à des raffineuses à disques utilisées pour le traitement mécanique de matériaux contenant de la cellulose et elle vise plus particulièrement les éléments appelés "segments de disque de raffi- neuse", qui constituent les surfaces de raffinage. On sait que pour assurer le défibrage et pour raffiner des matériaux contenant de la cellulose, on utilise des appareils appelés raffineuses, qui sont souvent du type à disques Ces raffineuses sont également utilisées pour le raffinage de cellulose et de pâtes mécaniques de différentes sortes lorsqu'on désire développer et améliorer, par un traitement mécanique, les propriétés de formation de papier de ces matériaux Pour de tels traitements de défibrage et de raffinage, il est courant d'obtenir le résultat désiré en traitant le maté- riau en fibre lorsqu'il traverse la raffineuse Un tel traitement est réalisé en amenant le matériau en fibres, après son introduction dans la raffineuse par différents types de dispositifs, à sortir de la raffineuse par un intervalle étroit entre deux surfaces de raffinage, lesquellessont, dans ce but, munies d'éléments de raffinage se présentant sous la forme de barres et de rainures intermédiaires En raison de la rotation de l'une de ces surfaces, et quelque- fois, de ces deux surfaces, le matériau est raffiné de la manière désirée et il est évacué de la raffineuse par les forces développées par la rotation. L'intensité et le type de traitement du matériau en fibres sont détermi- nés notamment par les configurations et le nombre de barres et de rainures des surfaces de raffinage et également par les dimensions de l'intervalle entre les surfaces de raffinage Etant donné qu'il n'est pas possible d'éviter une certaine usure des disques de la raffineuse, les raffineuses à disques sont munies, pour des raisons pratiques, d'éléments de raffinage interchangeables, appelés segments de disques de raffineuse Ces segments de disques de raffi- neuse sont munis, de construction d'une configuration et d'un profil correspon- dants au travail devant être accompli par la raffineuse L'énergie nécessaire au défibrage et au raffinage est transmise au matériau en fibres par l'intermé- diaire des arêtes et des surfaces des barres. On a pu déterminer que la conception (dessin) des barres et des rainures de segments de disques de raffineuse était importante en ce qui concerne la consommation en énergie pour le raffinage du matériau à base de cellulose notamment à forte concentration, supérieure à 20 %, même des modifications 2 2520769 apparemment mineures de la configuration des segments de disque de raffi- neuse peuvent se traduire par des variations considérables de la consommation en énergie. La Demanderesse a constaté avec surprise que la consommation en énergie pouvait être considérablement réduite lorsque les segments de disques de la raffineuse étaient conçus de manière que la largeur des barres, la largeur des rainures et la profondeur de ces rainures remplissent certaines conditions. En conséquence l'invention concerne un segment de disque de raffineuse pour raffineuses à disque destiné au traitement mécanique de matériaux conte- I) nant de la cellulose selon une concentration supérieure à 20 % et avec une con- sommation d'énergie réduite, ce segment étant muni sur sa surface d'éléments de raffinage se présentant sous la forme de barres ayant une surface de raffinage sensiblement plane et de rainures situées entre lesdites barres, ce segmen Mj 5 e disque de raffineuse étant caractérisé en ce que la relation entre la largeu des barres, la largeur/ Is rainures et la profondeur (D) des rainures, exprimées en millimètre, dans une portion au moins de la surface de ce seg- ment de disque réponde à la condition: 2, 7 dans laquelle B est comprise entre 1 et 4 mm, S entre 2 et 5 mm et D entre l et 7 mm. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés qui en illus- trent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif Sur les dessins: la figure l représente un segment de disque de raffinage la figure 2 est une coupe selon II-I r de la figure 1, et les figures 3 et 4 sont des courbes illustrant les consommations spécifiques d'énergie pour quelques types de segments de disques de raffineuses. En vue de déterminer la façon selon laquelle la consommation d'énergie spécifique dépend de la configuration des segments de disques de la raffineuse, c'est-à-dire du dessin et de l'emplacement des barres et des rainures, on a effectué des essais de raffinage Lors de ces essais, on a raffiné des copeaux dans une raffineuse à disques comportant des disques de raffineuse contra rotatifs La concentration en pulpe ou pâte brute dans la raffineuse était de 3 2520769- 33 % et on a poursuivi le raffinage jusqu'à ce que la pâte présente une qualité correspondant à un indice de résistance à la traction de 34 K Nm/kg On a fait varier la production entre 55 et 75 tonnes de pâte sèche par jour, c'est-à-dire dans une gamme qui est couramment utilisée sur une échelle industrielle. Un bon segment de disque de raffineuse, doit bien entendu, permettre d'obtenir une consommation d'énergie spécifique aussi faible que possible; cependant il est important également que la consommation d'énergie ne varie pas trop lors de la production. Les segments de disques de raffineuses utilisés lors de ces essais ont été représentés sur les figures 1 et 2 Un tel segment I de disque de raffineuse comprend trois zones 2, 3 et 4 respectivement, qui sont définies selon la direc- tion axiale, le traitement final étant réalisé dans la zone extérieure 4 On peut voir en détail sur la figure 2, la conception des barres 5 et des rainures 6 Sur cette figure 2, la largeur d'une barre 5, la largeur d'une rainure 6 et la pro- fondeur d'une rainure sont désignées respectivement par les références B, S et D Les segments testés diffèrent, en ce qui concerne les dimensions B, S et D, uniquement dans la zone extérieure 4 La zone externe ne comporte pas d'obstacles à l'écoulement, c'est-à-dire de barres transversales. Parmi les segments soumis aux essais, le segment t comporte une confi- guration classique de barres et dé rainures en ce qui concerne les dimensions B, S et D La consommation en énergie de segments tels que le segment I est généralement de l'ordre de 1800 k Wh/tonne de pâte sèche par jour pour une qualité de p Ste ou de pulpe correspondant à 34 k Nm/tonne et elle est fortement fonction de la production. En ce qui concerne les autres segments, les dimensions B, S et D varient de différentes façons. Sur la figure 3 on a montré comment la consommation d'énergie spéci- fique variait pour différents niveaux de production pour les différents segments de disque de raffineuse Les segments II et III, respectivement dans la partie inférieure et dans la partie supérieure de l'intervalle de production, se carac- térisent par une consommation réduite d'énergie qui, cependant est fortement fonction de la production Par contre les segments de disques de raffineuse IV-VII, présentent une consommation d'énergie spécifique qui est inférieure à 1500 k Wh/ADT, c'est-à-dire par tonne de pâte ou de pulpe sèche par jour, pendant tout l'intervalle de production. 4 2520769 Dans le tableau donné ci-après, on a également calculé la relation B S f pour le segment de disques de raffinage soumis aux essais Comme S+D cela ressort de l'examen de la figure 4, on voit que la consommation d'énergie spécifique dépend fortement de la valeur calculée de cette relation et que cette consommation d'énergie était minimale lorsque cette valeur était d'environ 2 2 3, 5 mm En outre la valeur de cette relation, doit être comprise entre 2, 7 mm et 4, 5 mrn, afin d 'obtenir une consommation d'énergie spécifique inférieure à 1500/k Wh par tonne de pulpe sèche par jour On a pu obtenir une amélioration supplémentaire de la consommation spécifique d'énergie en -maintenant la valeur Z 2 de la relation ci-dessus comprise entre 3, O mm et 4, 0 mm Par ailleurs, B doit être compris entre 1 et 4 mm environ, S entre 2 et 5 mm et D compris entre 1 et 7 mm. TABLEAU B S D. Type Consommation B S D S + D de d'énergie mm mm mm mm 2 segert spécifique k Wh/ADT I 1825 1,6 2,4 5,0 2,59 II 1585 1, 6 2, 4 4, 0 2, 40 III 1590 2, 9 4,2 2,4 4, 43 0 IV 1485 1, 6 2, 8 4, 7 2, 81 V 1435 1,6 2,4 6,0 2, 74 VI 1320 2, 0 2, 4 5, 2 3, 28 VII 1310 2, 9 4, 2 1, 8 3, 65 Concentration en pulpe 33 % Indice de la résistance à la traction 34 k Nm/kg Production 65 tonnes de pulpe sèche par jour En concevant les segments de disques de raffineuse selon la présente invention, il est donc possible de réduire la consommation d'énergie spécifique en dessous de 1599 k Wh par tonne de pulpe sèche par jour, dans les conditions 0 spécifiées ci-dessus. Afin de pouvoir maintenir les conditions ci-dessus pendant la durée de service des segments de disques de la raffineuse, il est essentiel que les seg- ments soient réalisés en un matériau qui résiste fortement à l'usure, à la corrosion et à l'érosion A titre d'exemple d'un matériau pour réaliser un segments de disque de raffineuse selon l'invention, on peut citer un acier présen- tant la composition suivante: Composants en poids C 0,5 1, 7 Si 0,5 1,0 Mn 0,3 0,8 Cr 16 19 Ni 1,0 2,1 Mo 0,7 1,0 Par ailleurs l'acier peut contenir une petite quantité de titane, de préfé- rence de 1 à 5 % en poids, sous la forme de grains très petits de carbure de titane. Généralement, les barres et les rainures sont formées lors du moulage des segments de disques de la raffineuse La surface de traitement des barres est ensuite obtenue par moulage de la surface des segments Il est difficilement possible d'obtenir, par ce procédé de fabrication, une précision élevée en ce qui concerne les dimensions des barres et des rainures des segments de disques de raffineuse. Etant donné qu'une précision dimensionnelle élevée constitue une exi- gence essentielle selon l'invention, on doit mettre en oeuvre un autre procédé de fabrication De préférence les segments de disques sont réalisés de la façon suivante On commence par mouler une ébauche se présentant sous la forme d'un segment de disque de raffineuse ayant une surface lisse La surface de cette ébauche est meulée et ensuite elle est soumise à un usinage afin de former la configuration voulue de barres et de rainures présentant les dimensions désirées. Il est préférable de réaliser cet usinage sur des machines à usiner par étincel- lage ou par des machines à meuler L'usinage par étincellage est particulière- ment avantageux en ce qui concerne l'usinage des évidements compliqués dans des matériaux durs Par conséquent il est préférable de mettre en oeuvre ce procédé d'usinage lorsqu'on utilise un acier présentant la composition cidessus. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation décrit ou représenté ici, mais qu'elle en englobe toutes les variante s. 6 2520769 REVENDICATIONS 1 Segment de disque de raffineuse pour raffineuses à disque, destiné au traitement mécanique de matériaux contenant de la cellulose selon une concen- tration supérieure à 20 % et avec une consommation d'énergie réduite, ce seg- ment ( 1) étant muni sur sa surface d'élément de raffinage se présentant sous la forme de barres ( 5) ayant une surface de raffinage sensiblement plane et de rainures ( 6) situées entre lesdites barres, ce segment de disque de raffineuse étant caractérisé en ce que la relation entre la largeur (B) des barres ( 5), la largeur (S) des rainures ( 6) et la profondeur (D) des rainures ( 6), exprimées en millimètres dans une portion ( 4) au moins de la surface du segment de disque réponde à la condition: 2, 7 dans laquelle B est comprise entre 1 et 4 mm, S entre 2 et 5 mm et D entre 1 et 7 mmr 2 Segment de disque de raffineuse selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il est divisé en zones de raffinage délimitées radialement ( 2, 3, 4) et en ce que la zone extérieure ( 4) constitue la partie qui répond à ladite condi- tion. 3 Segment de disque de raffineuse selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite portion ( 4) de la surface du segment de disque de raffineuse s'étend sur au moins 1/4 du segment, calculé selon la direction axiale. 4 Segment de disque de raffineuse selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que les rainures ( 6) de ladite portion ( 4) sont sensiblement exemptes à'obstacles à l'écoulement, tels que des barres trans- versales. Procédé pour la réalisation dessegments de disques de raffineuses pour défibrer un matériau contenant de la cellulose, notamment des copeaux de bois, lesdits segments comportant des éléments de raffinage se présentant sous la forme de barres sur leurs surfaces et de rainures situées entre lesdites barres, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on moule une ébauche ayant une surface sensiblement plane, en ce qu'on meule la surface de l'ébauche et en ce qu'ensuite on réalise la configuration désirée de barres et de rainures par usinage par étincellage.