Brevet FR2600088A1 — publié le 19871218

La présente invention concerne le domaine des appareils utilisés pour la fabrication du papier. Parmi les nombreuses étapes menant d'une matière initiale, généralement organique, à une feuille de papier ou de carton, on s'intéressera ici plus particulièrement à l'étape de raffinage des pâtes à papier. Dans cette étape, on transforme une pâte initiale dite pâte brute triturée en une pâte raffinée dont les diverses caractéristiques correspondent à ce que l'on souhaite pour fabriquer un papier déterminé. Les qualités d'une pâte à papier raffinée se définissent essentiellement par des paramètres dits paramètres d'égouttabilité de la pâte qui comprennent notamment la longueur moyenne (LM) des fibres et la distribution (Sigma) de ces longueurs, le degré de fibrillation d'une fibre (OSR), le degré de rétention d'eau (WRV), la surface spécifique, le volume spécifique et le taux de buchette. La figure 1 représente de façon extrêmement schématique les aspects principaux d'un raffineur de pâte à papier. Cet appareil comprend de façon générale un stator 1 et un rotor 2 constitués de deux disques à faces parallèles en regard entre lesquels circule le fluide dans lequel est diluée la pâte à raffiner introduit par une tubulure d'entrée 3. La pâte passe entre le stator et le rotor et est extraite par une tubulure de sortie 4. Les faces en regard des disques de stator et de rotor portent des garnitures 5 et 6 dont la configuration d'ensemble a la forme d'une couronne. A titre d'exemple d'ordre de grandeur, le diamètre des stator et rotor peut varier entre 30 et 120 cm et, en fonctionnement, la distance entre les faces en regard des garnitures 5 et 6 est de l'ordure de quelques dizaines de micromètres. Les garnitures 5 et 6 sont des pièces d'usure qui sont fixées de façon amovible sur les plaques de rotor et de stator 1 et 2. Les couronnes de garnitures peuvent être fabriquées d'une seule pièce en couronne ou être constituées d'un assemblage en forme de couronne de segments d'angles d'ouverture déterminés disposés côte à côte. Chaque garniture porte des motifs géométriques se répétant périodiquement ou secteurs dont chacun comprend une configuration en relief de nervures et de rainures d'allures déterminées. Les figures 2A et 2B représentent à titre d'exemple et à des échelles différentes une vue de face et une vue en coupe selon la ligne BB, respectivement, d'un segment de garniture classique qui, dans ce cas particulier, se confond avec un secteur. Comme le représentent ces figures, chaque secteur de garniture 5 ou 6 porte habituellement un motif de stries (nervures 8 et rainures 9) parallèles. De façon habituelle, des motifs similaires sont présents au rotor et au stator. On s'est aperçu dans l'art de la papeterie que les motifs en relief présents sur les garnitures avaient une influence fondamentale sur les paramètres d'égouttabilité de la pâte raffinée obtenue. Néanmoins, jusqu'a présent, il n'a pas été possible de prédéterminer de façon théorique la structure à donner aux motifs des garnitures pour obtenir un résultat souhaité. Tout au plus, les papetiers ont accumulé des résultats d'expérience et utilisent des procédés empiriques pour, à partir d'une pâte brute donnée, obtenir une pâte raffinée donnée. Par exemple, il a été constaté que le pas des stries, leur inclinaison, l'inclinaison relative des stries des garnitures du stator par rapport à celles du rotor, et le nombre de secteurs élémentaires (pas ou périodicité) ont une influence sur le résultat final. Un objet de la présente invention est de prévoir une nouvelle structure de raffineur de pâte à papier telle que l'on puisse déterminer a priori les caractéristiques de longueur moyenne des fibres et de distribution de cette longueur moyenne par action sur les motifs portés par les garnitures. Pour atteindre cet objet ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un raffineur de pâte à papier comprenant un ensemble de deux garnitures en eis à vis tournant l'une par rapport à l'autre et entre lesquelles passe la pâte, chaque garniture comportant des motifs en relief se répétant périodiquement selon des secteurs élémentaires semblables, l'ouverture angulaire des secteurs étant distincte pour chacune des garnitures. Selon un mode de réalisation de l'invention, dans ce raffineur, les garnitures sont formées de segments fixés à des plaques supports. Selon un mode de réalisation de la présente invention chacun des segments correspond à au moins un secteur élémentaire. Selon un mode de réalisation de la présente invention chacun des secteurs élémentaires est constitué d'un assemblage de segments. D'autre part, la présente invention prévoit un procédé de raffinage de pâte à papier permettant notamment d'obtenir à partir d'une pâte brute triturée une pâte raffinée présentant une longueur moyenne de fibre souhaitée en utilisant un raffineur comportant des garnitures en vis à vis tournant l'une par rapport à l'autre et entre lesquelles passe la pâte, chaque garniture comportant des motifs en relief se répétant périodiquement selon des secteurs élémentaires semblables, ce procédé comprenant les étapes suivantes : prévoir des secteurs élémentaires d'ouvertures angulaires différentes sur chacune des couronnes ; faire varier l'angle d'ouverture des plus grands secteurs pour agir sur la longueur moyenne ; et faire varier l'angle d'ouverture des plus petits secteurs pour agir sur la distribution statistique des longueurs. Selon un mode de réalisation de- la présente invention on fait varier l'angle d'ouverture des plus grands secteurs (oui) dans le sens où l'on souhaite faire varier la longueur moyenne. Selon un mode de réalisation de la présente invention on fait varier l'ouverture angulaire des plus petits secteurs (0m) dans le sens où l'on souhaite faire varier la distribution des longueurs. Bien entendu, en plus des enseignements de la présente invention qui consistent à prévoir des secteurs d'amplitudes angulaires distinctes sur chacune des plaques de stator et de rotor du raffineur, il est possible de continuer à utiliser, pour l'obten- tion d'autres résultats choisis, les enseignements empiriques de l'art antérieur. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1 représente de façon extrêmement schématique un raffineur de pâte à papier classique ; les figures 2A et 2B représentent à titre d'exemple des garnitures de raffineur de pâte à papier selon l'art antérieur la figure 3 représente en vue de face une couronne de stator et une couronne de rotor d'un raffineur selon l'invention et la figure 4 représente une courbe de distribution de longueurs de fibres à la sortie d'un raffineur. Dans les raffineurs classiques, comme on l'a vu précédemment, certaines tentatives empiriques avaient été réalisées pour optimiser l'allure des motifs en relief formés sur les garnitures. Néanmoins, de façon classique, on n' avait pas attaché une grande importance au nombre de secteurs périodiques formés sur chacune des couronnes. Généralement, ces secteurs présentent une ouverture angulaire de 22"30 (seize secteurs par couronne) ou bien de 20 (dix-huit par couronne). Mais, dans tous les cas, le nombre de secteurs sur le stator était égal au nombre de secteurs sur le rotor. Selon la présente invention, il a été constaté que pour des motifs donnés de secteurs le choix du nombre de secteurs sur le stator et sur le rotor avait une influence pratique sur les résultats obtenus. Par exemple, si l'on choisit un stator 5 et un rotor 6 tels que représentés en figure 3, le stator comprenant un nombre de secteurs identiques plus petit que le nombre de secteurs du rotor (huit secteurs sur le stator et vingt sur le rotor dans l'exemple représenté) on peut agir de façon préférentielle sur certains paramètres de la pâte à papier obtenue. En particulier, si l'on appelle ou l'ouverture des secteurs sur le disque portant le plus petit nombre de secteurs (dans l'exemple le stator) et OM l'ouverture angulaire des secteurs sur le disque portant le plus grand nombre de secteurs (le rotor dans l'exemple représenté), on arrive à régler de façon indépendante la longueur moyenne des fibres et la répartition statistique de cette longueur. La figure 4 représente une courbe caractéristique d'une pâte raffinée obtenue à la sortie d'un raffineur. En ordonnées figurent des longueurs de fibres et en abcisses, selon la représentation statistique classique, le nombre de fibres relevées pour une longueur donnée. Habituellement, cette répartition statistique a l'allure d'une gaussienne ou analogue et on constate l'existence d'un pic pour une valeur moyenne de longueur LM et une largeur à mi-hauteur Sigma. Ainsi, plus Sigma est grand moins les longueurs des fibres obtenues sont homogènes. En utilisant un dispositif selon la présente invention, on staperçoit que l'on peut agir indépendamment sur les valeurs de LM et Sigma. La valeur de LM dépend de OM et augmente avec OM. Par contre, la valeur de Sigma dépend de m et augmente avec 0m La présente invention a été exposée dans le cas d'un raffineur schématique particulier illustré en figure 1. Bien entendu, elle s'applique à d'autres types de raffineurs, par exemple des raffineurs dans lesquels le stator et le rotor sont des cônes et non pas des disques plans ou encore des raffineurs à plusieurs rotors et stators. Dans ce dernier cas on pourra envisager des pièces fixes ou tournantes portant des garnitures sur leur deux faces. REVENDICATIONS 1. Raffineur de patte à papier comprenant un ensemble de deux garnitures en vis à vis tournant l'une par rapport à l'autre et entre lesquelles passe la pâte à raffiner, chaque garniture comportant des motifs en relief se répétant périodiquement selon des secteurs élémentaires semblables, caractérisé en ce que l'ouverture angulaire des secteurs est distincte pour chacune des garnitures. 2. Raffineur de pâte à papier selon la revendication 1, caractérisé en ce que les garnitures (5,6) sont formés de segments fixés à des plaques supports (1,2). 3. Raffineur de pâte à papier selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des segments correspond à au moins un secteur élémentaire. 4. Raffineur de pâte à papier selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des secteurs élémentaires est constitué d'un assemblage de segments. 5. Procédé de raffinage de pâte à papier permettant notamment d'obtenir à partir d'une pâte brute triturée une pâte raffinée présentant une longueur moyenne de fibres souhaitée avec une distribution souhaitée en utilisant un raffineur à garnitures en vis à vis tournant l'une par rapport à l'autre entre lesquelles passe la pâte à raffiner, chaque garniture portant des motifs en relief se répétant périodiquement selon des secteurs élémentaires semblables, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - prévoir des secteurs élémentaires d'ouvertures angulaires distinctes sur chacune des couronnes, - faire varier l'angle d'ouverture (OM) des plus grands secteurs pour agir sur la longueur moyenne (LM), - faire varier l'angle d'ouverture (0m) des plus petits secteurs pour agir sur la distribution statistique des longueurs. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on fait varier l'angle d'ouverture des plus grands secteurs (OM) dans le sens où l'on souhaite faire varier la longueur moyenne. 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on fait varier l'ouverture angulaire des plus petits secteurs (0m) dans le sens où l'on souhaite faire varier la distribution des longueurs. 8. Jeu de garnitures pour un raffineur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.