(57)【要約】      （修正有）【課題】リグノセルロース材料のメカニカルリファイナー用のリファイナープレート【解決手段】基板に固定されたステーターリファイニング面と、前記ステーターリファイニング面に設置された複数のバー２０及び溝１６と、前記バー２０の少なくとも一つの前方側壁２８上の不規則面と、前記バー２０の少なくとも一つの前方側壁２８の不規則面から隣接するバー２０上の後方側壁３０に向かって延びている複数の突起と、を含み、前記バー２０のそれぞれは、前方側壁２８と、この前方側壁２８と対向する後方側壁３０を含み、前記後方側壁３０は、平滑面を有し且つ不規則面を持たないことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リグノセルロース材料のメカニカルリファイナー用のリファイナープレートであって、
基板に固定されたステーターリファイニング面と、
前記ステーターリファイニング面に設置された複数のバー及び溝と、
前記バーの少なくとも一つの前方側壁上の不規則面と、
前記バーの少なくとも一つの前方側壁の不規則面から隣接するバー上の後方側壁に向かって延びている複数の突起と、
を含み、
前記バーのそれぞれは、前方側壁と、この前方側壁と対向する後方側壁を含み、
前記後方側壁は、平滑面を有し且つ不規則面を持たないことを特徴とするリファイナープレート。
【請求項２】
ステーターリファイニング面は、ローターである対向するリファイナープレートのローターリファイニング面と向き合うようになっている、請求項１に記載のリファイナープレート。
【請求項３】
ステーターリファイナープレートは、主要なリファイニング面を含む少なくとも一つのプレートセグメントから構成される、請求項１に記載のリファイナープレート。
【請求項４】
バー及び溝は、前記プレートの半径に対して湾曲した長手形状を有し、
この長手形状はバーの長さに亘って延びている、請求項１に記載のリファイナープレート。
【請求項５】
バーは、バーの外辺において５°〜７０°の範囲内の任意の供給角を有する半径方向外側部分を少なくとも有する、請求項４に記載のリファイナープレート。
【請求項６】
バーは、前方側壁が平滑面を有し且つ不規則面を持たない半径方向外側部分を含む、請求項４に記載のリファイナープレート。
【請求項７】
各バーの、バーに対応する半径方向線に対する角度が、半径方向外側方向に沿って少なくとも１０°〜１５°増加する、請求項４に記載のリファイナープレート。
【請求項８】
バーは、リファイニング面の半径方向内側の入口において、バーに対応する半径方向線の２０°以内の角度で配列されている、請求項４に記載のリファイナープレート。
【請求項９】
不規則面の突起は、７の字状、鋸歯状、凹状、及び歯状の少なくとも一つの一連の形状である、請求項１に記載のリファイナープレート。
【請求項１０】
不規則面は、前方側壁から隣接するバー上の後方側壁に向かって外側に延びている突起を含み、
前記不規則面は、リファイニング面の外周から又はその近傍から、リファイニング面の入口に達することなくバーに沿って延びている、請求項１に記載のリファイナープレート。
【請求項１１】
不規則面上の突起間の距離は、３ｍｍ〜１８ｍｍの範囲内にある、請求項１０に記載のリファイナープレート。
【請求項１２】
前方側壁上の不規則面上に一連の傾斜路を更に含み、
この傾斜路はそれぞれ、各溝の基板に下側縁を有し、少なくとも部分的に前方側壁へ上方に延びている、請求項１に記載のリファイナープレート。
【請求項１３】
第１リファイニングゾーンと第２リファイニングゾーンとを更に含み、
第１リファイニングゾーンは、比較的に狭いバー及び狭い溝を有する第２リファイニングゾーンと比べて、比較的広いバー及び広い溝を有する、請求項１に記載のリファイナープレート。
【請求項１４】
第２リファイニングゾーンは、第１リファイニングゾーンと比べて、プレートセグメント上の半径方向外側部分に設置されており、
第２リファイニングゾーンの供給角は、５°〜７０°の範囲内の任意の角度である、請求項１３に記載のリファイナープレート。
【請求項１５】
ステーターリファイニング面のうちの少なくとも２５％〜９５％がバーを有し、
バーは、突起を含む不規則面を有する前方側壁を特徴とする、請求項１に記載のリファイナープレート。
【請求項１６】
リファイニング面は、内側リファイニング部分におけるバー密度よりも高いバー密度を有する外側リファイニング面を含む、請求項１に記載のリファイナープレート。
【請求項１７】
不規則面が少なくとも一つの突起を備え、
少なくとも一つの突起が、
第１側壁、第２側壁、及び第１側壁と第２側壁との間にある湾曲した側壁と、
溝の底部から第２側壁の底縁まで上方に延びている傾斜した傾斜路と、
を含み、
第２側壁の頂縁、湾曲した側壁によって形成された内部角部、及び第１側壁が、バーの頂部の稜部にある、請求項１に記載のリファイナープレート。
【請求項１８】
第１側壁及び第２側壁は、互いに実質的に垂直である、請求項１７に記載のリファイナープレート。
【請求項１９】
第１側壁及び第２側壁は、４５°〜１２０°の範囲内の角度を成す、請求項１７に記載のリファイナープレート。
【請求項２０】
ローターリファイナープレートとステーターリファイナープレートとを含む対向するリファイナープレートを有するリファイナーにおいてリグノセルロース材料を機械的にリファイニングする方法であって、
リグノセルロース材料を、ローターリファイナープレートとステーターリファイナープレートとを含む対向するリファイナープレートの少なくとも一つの入口に導入する工程と、
ローターリファイナープレートを回転し、ステーターリファイナープレートを比較的固定した状態に維持して、ローターの回転により生み出された遠心力により前記材料をプレート間のギャップを通して半径方向外側に移動させる工程と、
前記材料を、ステーターリファイナープレートのリファイニング部内のバーを越えてバー間の溝を通して通過させる工程（バーは、前方側壁と前方側壁の反対側の後方側壁とを含む）と、
前記溝を通る繊維材料の移動を、溝に隣接するバーの前方側壁上の不規則面と繊維材との相互作用によって阻害する工程（前方側壁の反対側の後方面は、不規則面を有さない）と、
前記材料をリファイナープレートの外周のギャップから排出する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記材料のバーを越える通過が、ステーターリファイニングプレートの外側部分において起こる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
不規則面は、前方側壁から、隣接するバーの後方側壁に向かって延びている突起を含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
バーは、少なくとも半径方向外側部分において５°〜７０°の範囲内の任意の供給角を有する、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
リグノセルロース材料を、リファイニングゾーン内のバーの前方壁上の不規則面上の突起となる一連の傾斜路を使用して供給する工程を更に含む、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リグノセルロース材料用のディスクリファイナー、例えば、メカニカルパルプやサーモメカニカルパルプの製造、中密度ファイバーボード（ＭＤＦ）、パーティクルボードに使用されるパルプ、ケミカルパルプ、紙料調製物、及び種々のケミカルサーモメカニカルパルプ（メカニカルパルプ及びメカニカルパルプ化プロセスと総称する）の製造、並びに高、中、及び低コンシステンシーリファイニングに使用されるディスクリファイナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
メカニカルパルプ化プロセスで使用されるリファイナーにおいて、原料、典型的には木材又は他のリグノセルロース材料（木材チップと総称する）は、リファイナーディスクの一方の中央を介して供給され、ローターディスクの一方又は両方の回転により生み出される強い遠心力によって外側に押し出される。これらのリファイナーは、高、中、又は低コンシステンシーリファイナーである。リファイナープレートは、リファイナーディスクの対向面のそれぞれに装着される。木材チップは、対向するリファイナープレートの間を、プレート及びディスクの内周部から外周部へと一般に半径方向に移動する。
【０００３】
リファイナーディスクは、高コンシステンシーリファイニングに使用される場合には毎分９００〜２３００回転（ＲＰＭ）、低コンシステンシーリファイニングの場合には毎分４００回転のような低い回転速度で稼働し得る。木材チップがディスク間にある間、この材料にはこのディスクに取り付けられたリファイナープレートを介してエネルギーが伝達される。
【０００４】
リファイナープレートは、一般的に、バー及び溝のパターン並びにダムを特徴とし、これらは一体となって、リンゴセルロース繊維材に繰り返しの圧縮作用及びせん断作用を加える。材料に加えられた圧縮作用及びせん断作用によって、原料からリグノセルロース繊維が分離されて、材料の一定量の展開（ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）又はフィブリル化がなされる一方、一部の繊維が切断されるが、この切断は通常望ましいものではない。繊維の分離及び展開は、原料である木材チップをボード又は紙を製造するに好適な繊維成分に転化させるために必要である。
【０００５】
メカニカルパルプ化プロセスでは、例えば、木材チップとリファイナープレートとの間で大量の摩擦が発生し、この摩擦によって、プロセスのエネルギー効率が減少する。
【０００６】
より高いエネルギー効率、例えばより低い摩擦で作動するリファイナープレートを開発する試みがなされており、この試みは、典型的にはディスク間の稼働ギャップを減少させることを含む。エネルギー効率を改善するための公知の技術は、典型的には、リファイナープレートセグメントの前面に対する設計上の特徴を含み、これにより、通常、リファイナープレート上の（一つ又は複数の）リファイニングゾーンを横切る木材チップの供給速度が向上する。この技術は、リファイナープレート間を流れる木材チップによって形成される繊維状パッドの厚さを減少させることができる。エネルギーがリファイナープレートによって、より薄い繊維パッドに加えられると、木材チップに加えられる圧縮率が、与えられたエネルギー入力に対して大きくなり、木材チップのリファイニングにおける、より効率的なエネルギー使用が実現する。
【０００７】
繊維パッドの厚さを減少させることにより、稼働ギャップ、例えば対向するリファイナープレート間の間隙をより狭くできる。しかし、ギャップを狭くすると、木材チップの繊維の切断の増加、ディスクにより製造されるパルプの強度特性の低下、リファイナープレートの摩耗率の上昇、及びリファイナープレートの稼働寿命の短縮化に繋がる。
【０００８】
エネルギー効率は、リファイナーディスクの外周部に行くにつれて最大になると考えられている。リファイナープレートの相対速度は、プレートの外周領域で最大となる。リファイナープレート同士のリファイニングバーは、対向するプレート上で相互に交差し、その速度はリファイナープレートの外周領域ほど高い。リファイニングバーの交差速度が高いと、プレートの外周領域におけるリファイニング効率が増加すると考えられている。
【０００９】
木材繊維は、リファイナープレートの外周領域を迅速に流れる傾向にある。外周領域における繊維の流れの増加は、強い遠心力及びディスク間で発生する水蒸気の順方向の流れによって作り出される力に起因する。外周領域内の保持時間が短いと、リファイニング面の最も効率的な部分において行われる仕事量が限定される。
【００１０】
米国特許第８，１５７，１９５号公報に記載されたような鋸刃状の又はギザギザ状のリファイナープレートの幾何学的形状を開発することは、エネルギー効率の高いリファイニングが実現されると考えられている。このコンセプトでは、プロセスや所望のパルプ特性に応じて、種々の対向プレートを使用するものである。
【００１１】
公知のリファイナープレート及びその構成は、米国特許第８，１５７，１９５号公報、同第７，９００，８６２号公報、米国特許出願第１３／５４７，１４４号明細書に記載されているものを含み、これらの全文は、参照により本明細書に明確に組み込まれる。
【発明の概要】
【００１２】
一態様において、リグノセルロース材料のメカニカルリファイナー用のリファイナープレートがある。このリファイナープレートは、実質的に移動不可能な基板に固定されたステーターリファイニング面を含む。ステーターリファイニング面は、ステーターリファイニング面上に設置された複数のバー及び溝を含み、各バーは、前方側壁（ｌｅａｄｉｎｇ ｓｉｄｅｗａｌｌ）と前方側壁に対向する後方側壁（ｔｒａｉｌｉｎｇ  ｓｉｄｅｗａｌｌ ）とを含む。前方側壁は、複数の突起を含む不規則面を有し、前記突起は不規則面から隣接するバー上の後方側壁に向かって延びている。前記後方側壁は、平滑面を有し、且つ前記前方側壁上の不規則面を持たない。
【００１３】
別の態様では、ローターリファイナープレートとステーターリファイナープレートとを含む対向するリファイナープレートを有するリファイナーにおいてリグノセルロース材料を機械的にリファイニングする方法がある。
【００１４】
この方法は、ローターリファイナープレートとステーターリファイナープレートとを含む対向する２つのリファイナープレートのうち一つの入口にリグノセルロース材料を導入する工程と、前記ローターリファイナープレートを回転させ、前記ステーターリファイナープレートを実質的に固定した状態に維持して、回転により生み出された遠心力により前記材料をプレート間のギャップを通して半径方向外側に移動させる工程と、前記材料がギャップを通過して移動するにつれて、前記材料を前記ステーターリファイナープレートのリファイニング部内のバーを越えてバー間の溝を通過させる工程、（前記バーは前方側壁と前方側壁の反対側の後方側壁とを含む）と、前記溝を通る繊維材の移動を、溝に隣接するバーの前方側壁上の不規則面と繊維材料との相互作用によって阻害する工程（前記バーの前方側壁の反対側の前記後方面は、不規則面を有さない）と、前記リファイナープレートの外周のギャップから前記材料を排出する工程とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、従来技術のステータープレートセグメントである。
【００１６】
【図２】図２は、一実施形態に係るステータープレートセグメントを概略的に示す。
【００１７】
【図３】図３は、一実施形態に係るリファイナープレートセグメントの外側リファイニングゾーンにおけるバーの前方側壁上の「７」の字状の不規則面の外形を概略的に示す。
【００１８】
【図４】図４は、一実施形態に係るリファイナープレートセグメントの外側リファイニングゾーンにおけるバーの前方側壁上の「鋸歯」形状の不規則面の外形を概略的に示す。
【００１９】
【図５】図５は、一実施形態に係るリファイナープレートセグメントの外側リファイニングゾーンにおけるバーの前方側壁上の凹状の不規則面の外形を概略的に示す。
【００２０】
【図６】図６は、一実施形態に係るリファイナープレートセグメントの外側リファイニングゾーンにおけるバーの前方側壁上の「歯」形状の不規則面の外形を概略的に示す。
【００２１】
【図７】図７は、一実施形態に係るリファイナープレートセグメントの外側リファイニングゾーンにおけるバーの前方側壁上の「７」の字状の不規則面の断面を概略的に示す。
【００２２】
【図８】図８は、一実施形態に係るリファイナープレートセグメントの外側リファイニングゾーンにおけるバーの前方側壁上の「７」の字状の不規則面の前面図を概略的に示す。
【００２３】
【図９】図９は、リファイナープレートセグメント上のバーの不規則な側壁の一例の拡大図である。
【００２４】
【図１０】図１０は、バーの前方側壁上に不規則面を含む内側リファイニングゾーン及び外側リファイニングゾーンを有するリファイナープレートセグメントの前面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
リファイナーには、対向する２つのリファイニング面（プレート）が、少なくとも一方のリファイナープレートが他方のリファイナープレートに対して回転するように配置されている。ここで、一方のリファイナープレートは、実質的に固定されていてもよく、これは一般に「ステーター」と呼ばれる。他方の回転するリファイナープレートは、一般に「ローター」と呼ばれる。
【００２６】
大きな抑え角（ｈｏｌｄｉｎｇ  ａｎｇｌｅ）及び鋸刃状の縁部を特徴とするローターエレメントと向き合うように供給ステーターエレメントを使用すると、摩耗が不均一で、供給ステーターエレメントの早期摩耗、リファイナープレートの組み合わせの有効寿命の短縮といったことが起こり得ると考えられている。
【００２７】
米国特許第８，１５７，１９５号公報のローターの鋸刃状の縁部を、同様の特徴を利用したステーターエレメントとを組み合わせると、プレートの組み合わせに起因してエネルギーを節約でき、リファイナープレートの有効寿命を有意に改善し得る。
【００２８】
従って、本開示は、リファイニングプロセスにおけるエネルギー消費を削減し、且つロータープレートとステータープレートとの間の不均一な摩耗を有意に減少させて、リファイナープレートの有効寿命を長くするステーターリファイナープレートの特別な幾何学形状を提案するものである。
【００２９】
このリファイニングプロセスでは、メカニカルリファイナーのディスク間の稼働ギャップ中を移動する、木材チップで形成された繊維状パッドに周期的な圧縮力を適用する。リファイニングプロセスのエネルギー効率は、繊維状パッドの圧縮率を増大させ、例えばリファイニングゾーンの半径方向内側部分において、より低い圧縮率で加えられるリファイニングエネルギーの割合を減少させることによって、改善し得る。圧縮率の増大は、本明細書に開示されるプレート設計を使用すれば、従来の高エネルギー効率リファイナープレートを使用して行われるのと同じ程度に稼働ギャップを必ずしも狭めなくとも達成し得る。
【００３０】
リファイナーにおけるロータープレートとステータープレートとの間の比較的広い稼働ギャップ（高エネルギー効率リファイナーの狭いギャップと比較して）は、プレート間に形成されるより厚いパルプパッドの結果でもあり得る。高圧縮比は、同様の高エネルギー効率応用において使用される従来のプレートと比較して有意に粗いリファイナープレートを使用して、厚いパルプパッドで達成し得る。
【００３１】
粗いリファイナープレートは、リファイナーで典型的に使用される細かいリファイナープレートと比較して、比較的に少ないバーを有する。粗いリファイナープレートにおいてバーの数が少ないことは、ローター上のバーがステーター上のバーを通過する際に加えられる圧縮サイクルが少なくなる場合がある。より少ない圧縮サイクルで伝達されるエネルギーは、圧縮及びせん断の各機会における強度を増大させ、またエネルギー効率を増大させる。
【００３２】
米国特許第８，１５７，１９５号公報に記載されるように、ローターエレメントは、供給材料に対し非常に強い抑え効果（ｈｏｌｄｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）を生み出すと考えられている。バーの頂部及びその前縁は、多くの量の繊維状パッドで覆われている。他方、ステーターエレメントは、平滑な前縁を有する強固な供給バーを使用して通常配列されており、この平滑な前縁が、繊維パッドをその表面に沿って且つその表面を横切って容易にスリップさせてしまい、このことは、繊維の実質的な層によって保護されていると考えられるロータープレートと比べて、ステータープレート上でのより早い摩耗を引き起こす。
【００３３】
一実施形態において、リファイナープレートは、バーが設けられた外側リファイニングゾーンを有するステータープレートセグメントの集合体であって、これらのバーは、湾曲した長手形状を有する半径方向外側部分と、ギザギザ状、鋸刃状、又は他の不規則形状の壁面を有する前方側壁とを少なくとも有する。湾曲したバー及びこのバーの間に生じる湾曲した溝により、木材チップ供給材料が外側領域に向かって供給される。
【００３４】
別の実施形態において、第２リファイニングプレートと向き合ったリファイニング面を有するリファイニングプレートが発明された。リファイニング面は、それから立ち上がっている複数のバーを備える。このバーは、プレートの外周縁に向かって外側に延び、バーの少なくとも前方側壁上にギザギザ状の又は不規則面を有する。このバーはまた、例えば、指数関数的なアーク又は螺旋アーク状に湾曲している。
【００３５】
好ましい実施形態において、リファイナープレートは、稼働中回転することなく実質的に一定に保たれるステーターである。
【００３６】
リグノセルロース材料のメカニカルリファイナーのために発明された例示的なリファイニングプレートセグメントは、基板上にリファイニング面を含んでもよい。リファイニング面は、対向するリファイナープレートのリファイニング面と向き合うようになっていてもよく、このリファイニング面は、バーとこのバーの間に設置された溝とを含む。
【００３７】
各バーの、バーに対応する半径方向線に対する角度は、半径方向外側方向に沿って少なくとも１０〜１５°増加してもよい。この各バーの角度は、供給角であって、リファイニング面の外周部において５〜７０°、１０〜６５°、及び１５〜６０°の範囲内の任意の角度であってもよい（そして全ての供給角は、５°超且つ７０°以下である）。各バーは、不規則面を有する前方側壁を含み、この不規則面は、前記側壁から隣接するバー上の側壁に向かって外側に延びている突起を含み、この不規則面は、リファイニング面の外周又はその近傍のいずれかから、バーに沿って半径方向内側方向に延びているが、リファイニング面の入口に達するものではない。
【００３８】
各バーは、プレートの半径に対して湾曲した長手形状を有してもよく、この長手形状はバーの長さに亘って延びている。その角度は、バー上で半径方向外側方向に沿って連続的且つ徐々に増加してもよく、半径方向外側方向に沿って階段状に増加してもよい。リファイニング面の半径方向内側の入口において、各バーは、バーに対応する半径方向線の１０、１５又は２０°以内の角度で配列していてもよい。更に、リファイニングプレートセグメントは、固定されたリファイニングディスクとして作用するように、またリファイナーに装着されたときに、回転しているリファイニングディスクと向き合うようになっていてもよい。
【００３９】
リファイニング面は、複数のリファイニングゾーン、例えば、第１リファイニングゾーンと第２リファイニングゾーンとを含んでいてもよい。第１リファイニングゾーンは、比較的広いバー及び広い溝を有してもよく、第２リファイニングゾーンは、比較的狭いバー及び狭い溝を有してもよい。第２リファイニングゾーンは、プレートセグメント上の第１リファイニングゾーンの半径方向外側部分に設置されてもよく、第２リファイニングゾーンの供給角は、５〜７０°、１０〜６５°、及び１５〜６０°の範囲内の任意の角度であってもよい。
【００４０】
バーの前方側壁上の不規則面は、一連の傾斜路を備えてもよく、この傾斜路はそれぞれ、各溝の基板に下側縁を有し、少なくとも部分的に前方側壁へ上方に延びている。
【００４１】
一態様において、本開示は、供給角を特徴とするステーターエレメント上に鋸刃状の前縁を追加したことに関する。ステーターエレメントは、リファイナープレートセグメントと交差する半径方向線に対して、少なくとも５°の平均供給角を有する。この供給角は、少なくとも１０又は１５°でもよく、供給角は、リファイニングゾーンの内径からリファイニングゾーンの外径（排出口）にかけて増加してもよい。幾つかの実施形態において、０°超且つ７０°以下の供給角が好適である。
【００４２】
ステーターバーの前縁に沿って、その表面の少なくとも２５％且つその表面の多くとも９５％において、バーは、鋸刃状の縁部デザインの或る形状を特徴としており、これにより、繊維がステーターバーに沿って且つそのバーを横切って容易にスリップすることを防止する。鋸刃状の縁部は、ジグザグでも、７、Ｚ、Ｖ若しくはＣの字形状を有する凹部又は突起の組み合わせでも、或いは矩形状の切込又は部分でもよい。そのような凹部を、頂面（バーの頂部）から底面（溝の底部）にかけて、全てに又はその途中まで、延ばすこともできる。或いは、凹部は、外形における深さ（ｐｒｏｆｉｌｅ  ｄｅｐｔｈ）を、底面に近付くにつれて、増したり減らしたりもできる。プレートセグメントはまた、溝幅を横切って部分的に又は全体的に延びていても、延びていなくてもよい傾斜路又はダムも特徴としてもよい。
【００４３】
各突起間又は各凹部間の距離は、３ｍｍ〜１８ｍｍ、好ましくは４ｍｍ〜１２ｍｍの間で変動し得る。
【００４４】
一態様において、本開示は、（リファイナープレートセグメントの外周部に向けた）順方向ポンピング効果（ｆｏｒｗａｒｄ  ｐｕｍｐｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）を生み出す供給角を特徴とするステーターリファイナープレートのデザインにも関するものである。このステーターリファイナープレートはまた、リファイニング面の少なくとも一部の上の鋸刃状の前縁を特徴としてもよく、これにより、繊維はリファイナープレートのバーの前縁に並んで且つその前縁を横切って容易にスリップせず、従って摩耗を減少する。
【００４５】
図１は、内側リファイニングゾーン８２と外側リファイニングゾーン８４とを有する従来技術のロータープレートセグメント８０の前面図である。外側リファイニングゾーン８４内の外側バー８６はそれぞれ、各半径方向線と平行に配列されているか、又は、小さい供給角、例えば半径方向線の１０°又は５°以内に配列されている。外側バー８６は、それらの半径方向外側の端部において１０〜７０°の供給角を形成するように、湾曲している。
【００４６】
内側リファイニングゾーン８２の内側バー８８は、ゼロ°から５０°の大きさの入口角を有する。内側バー８８は、直線状でも、又は湾曲していてもよく、内側リファイニングゾーンと外側リファイニングゾーンとの間の遷移部においてわずかな供給角、例えば、５〜１５°の供給角を徐々に形成する。図示されるように、従来技術のステーターは、米国特許第８，１５７，１９５号公報に記載のような平滑なバーを有する。
【００４７】
図２は、ステータープレートセグメント１０の一実施形態を示す。このプレートセグメントは、内周１２及び外周１３を有する。ステータープレートセグメント１０の主表面上には、一連のバー２０及び溝１６がある。溝１６は、バーの間に設置され、後方側壁３０及び前方側壁２８によって規定される。前方側壁２８は、バーの稜部２６からテーパー状の縁を有してもよく、これにより、ギザギザ状の特徴は、リファイニングの大部分が実施されるバーの上側角部縁で最も顕著であるが、バーの深さにおいては、特に溝深部では、それほど顕著ではない。
【００４８】
前方側壁２８の不規則面という特徴は、バーの半径方向の外側部分に限定されていてもよいが、最も外側のリファイニングゾーンの全長又はリファイニングプレートセグメント１０の主表面上のリファイニングゾーン全体に亘って延ばしてもよい。
【００４９】
図３〜６は、各々、例示的な稜部１２６の上面図、特にリファイナープレートセグメントの外側リファイニングゾーンにおけるバーの前方側壁上の不規則面の外形を概略的に示す。各バー１２０の上側稜部１２６は、前方側壁１２８と後方側壁１３０との上側角部の外形を含む。前方側壁１２８は、不規則面、例えば、前方側壁１２８の上側角部で最も顕著となる鋸刃状の特徴を有する。不規則面は、前方側壁１２８上の各鋸刃状の特徴を規定する一連の突起１７６を含む。
【００５０】
不規則面という特徴としては、種々の形状があり、例えば、図３に示す一連の「７」の字状、図４に示す鋸歯状の特徴、図５に示す前方側壁内の一連の凹状の溝、及び一連の歯状、例えば、図６に示す矩形状の歯状の形状が挙げられる。不規則な特徴の形状は、設計上の選択の問題であり、採用される形状は、供給材料やプレートセグメントの構成、製造及び成形を考慮して定め得る。
【００５１】
図７は、平滑な後方側壁１３０と前方側壁１２８上の不規則面、例えば、一連の「７」の字形状とを有するバー１２０の断面を示す。図８は、図７に示したものと同一の、バーの前方側壁上の不規則面という特徴を、突起１７６のアングルから見た前面図を示す。この不規則面という特徴は、リファイニングの大部分が行われるバー稜部１２６近傍のバーの側壁で、より顕著である。不規則面という特徴及び突起１７６の顕著な形は、前方側壁１２８上でプレート基板１２２の方向にいくに従って漸次より少なくし得る。不規則面の突起１７６は、溝を通る供給材料の移動を遅らせ、これにより、プレートの（一つ又は複数の）リファイニングゾーンにおける供給材料の保持時間を長くする傾向がある。突起１７６は、稜部１２６から基板１２２までテーパー状にし得る。プレートの基板１２２の近傍では、突起１７６は、前方側壁１２８の平滑な下面１７８に融合し得る。図７及び図８の両方は、稜部１２６及び突起１７６の先端から基板１２２まで不規則面という特徴が先細りして、平滑な下面１７８を形成していることを示している。
【００５２】
図９は、バー２０の前方側壁１２８上の不規則面の一実施形態を示す。この不規則面は、第１直線状側壁１６４、第２直線状側壁１６６、及び第１直線状側壁１６４と第２直線状側壁１６６との間にある湾曲した側壁１６８を有する繰り返される突起で形成し得る。傾斜した傾斜路１７２が、（溝１６の底部にある）基板１２２から第２側壁１６６の底縁まで上方に延びてもよい。第２側壁１６６の頂縁、湾曲した側壁１６８で形成された内側角部、及び第１側壁１６４は、バー２０の頂部の稜部２６にある。第１側壁１６４及び第２側壁１６６は、互いに実質的に垂直であってもよく、４５°〜１２０°の範囲内の角度を成してもよい。前記傾斜路１７２の代替として、バー２０の稜部２６まで延びている傾斜路１７２が挙げられ、傾斜路１７２は、溝１６の底部の基板１２２の上方に下側縁を有してもよく、また、上記設計には、傾斜路１７２を備えなくともよい。
【００５３】
基板１２２から延びている傾斜した傾斜路１７２は、溝１６から繊維を引き上げ又は持ち上げて、リファイニングの多くが実施されると考えられているバー２０の上側領域に繊維を移動させ得る。傾斜した面１７２の長さ及び角度は、不規則面の寸法の望まれる程度に依存しており、また傾斜した面のために選択された角度及び長さに依存している。
【００５４】
図１０は、内側リファイニングゾーン９２と外側リファイニングゾーン９０とを有する例示的なプレートセグメント１０の前面図を示す。外側リファイニングゾーン９０内のバー２０は、それぞれの半径方向線と平行であってもよく、又は、小さい供給角若しくはホールドバック角（ｈｏｌｄｂａｃｋ  ａｎｇｌｅ）、例えば、半径方向線の１０°又は５°以内の角度で配列されていてもよい。バー２０は、それらの半径方向外側の端部において１０°〜４５°のホールドバック角を形成するように、湾曲していてもよい。外側リファイニングゾーン９０内のバー２０への入口を、Ｚパターンに形成することができ、前方側壁１２８上の各不規則面の半径方向内側部分が、それぞれが３つのバーからなる群による階段状のパターンを形成する。
【００５５】
内側リファイニングゾーン９２のバー２０は、零度の入口角を有してもよく、直線状でも、又は湾曲していて、内側リファイニングゾーン９２と外側リファイニングゾーン９０との間の遷移部においてわずかな、例えば５°〜１５°のホールドバック角を徐々に形成するようにしてもよい。内側リファイニングゾーン９２内のバー２０の前方側壁１２８上の不規則面は、任意でよく、外側リファイニングゾーン９０内のバー２０の半径方向外側部分上の不規則面よりも実質的に粗くてもよい。或いは、不規則面の粗さは、プレート全体に亘って均一でもよい。更に、不規則面は、内側リファイニングゾーン９２内よりも外側リファイニングゾーン９０内の方が細かくてもよい。半高ダム１８は、内側リファイニングゾーン９０の溝１６内、又は外側リファイニングゾーン９０の溝１６内に配置してもよい。
【００５６】
以上、本発明を、現在最も実用的で好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明したが、本発明は、開示された実施形態に限定されず、逆に、添付の特許請求の範囲の要旨及び範囲内に含まれる種々の改変や均等な構成を包含することを意図していると理解されたい。
【図１】
2014177731.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
【Title of Invention】
STATOR REFINER PLATE ELEMENT HAVING CURVED BARS AND SERRATED LEADING EDGES
【TECHNICAL FIELD】
【0001】This invention relates to disc refiners for lignocellulosic materials, such as disc refiners used for producing mechanical pulp, thermomechanical pulp, manufacture of medium density fiberboard (MDF), pulp used particle board, chemical pulp, stock preparation, and a variety of chemi-thermomechanical pulps (collectively referred to as mechanical pulps and mechanical pulping processes) as well as high, medium and low consistency refining.
【BACKGROUND ART】
【0002】In refiners used in the mechanical pulping processes, raw material, typically wood or other lignocellulosic material (collectively referred to as wood chips), is fed through the middle of one of a refiners discs and propelled outwards by a strong centrifugal force created by the rotation of one or both rotor discs.  These refiners can be high, medium or low consistency refiners. Refiner plates are mounted on each of the opposing faces of the refiner discs. The wood chips move between the opposing refiner plates in a generally radial direction from the inner perimeter to the outer perimeter of the plates and disc.
【0003】The refiner discs may operate at rotational speeds of 900 to 2300 revolutions per minute (RPM) when used for high consistency refining and as low as 400 revolutions per minute for low consistency refining. While the wood chips are between the discs, energy is transferred to the material via refiner plates attached to the discs. 
【0004】The refiner plates generally feature a pattern of bars and grooves, as well as dams, which together provide a repeated compression and shear actions on the lingo-cellulosic fiber material.  The compression and shear actions acting on the material separates lignocellulosic fibers from the raw material, provides a certain amount of development or fibrillation of the material, and generates some fiber cutting which is usually less desirable. The fiber separation and development is necessary for transforming the raw wood chips into a suitable board or paper making fiber component.
【0005】In the mechanical pulping process, a large amount of friction occurs, such as between the wood chips and the refiner plates. This friction reduces the energy efficiency of the process. 
【0006】Efforts to develop refiner plates which work at higher energy efficiency, e.g., lower friction, have been achieved and typically involve reducing the operating gap between the discs. Known techniques for improving energy efficiencies typically involve design features on the front face of refiner plate segments that usually speed up the feed of wood chips across the refining zone(s) on the refiner plates. These techniques may result in reducing the thickness of the fibrous pad formed by the wood chips flowing between the refiner plates. When energy is applied by the refiner plates to a thinner fiber pad, the compression rate applied to the wood chips may become greater for a given energy input, and may result in a more efficient energy usage in refining the wood chips.
【0007】Reducing the thickness of the fiber pad allows for smaller operating gaps, e.g., the clearance between the opposing refiner plates. Reducing the gap may result in an increase in cutting of the fibers of the wood chips, a reduction of the strength properties of the pulp produced by the discs, an increased wear rate of the refiner plates, and a reduction in the operating life of the refiner plates. 
【0008】The energy efficiency is believed to be greatest towards the periphery of the refiner discs. The relative velocities of refiner plates are greatest in the peripheral region of the plates. The refining bars on the refiner plates cross each other on opposing plates at a higher velocity in the peripheral regions of the refiner plates. The higher crossing velocity of the refining bars is believed to increase the refining efficiency in the peripheral region of the plates.
【0009】The wood fibers tend to flow quickly through the peripheral region of the refiner plates. The increase in flow of the fibers in the peripheral region is due to the strong centrifugal forces and forces created by the forward flow of steam generated between the discs. The shortness of the retention period in the peripheral region limits the amount of work that can be done in that most efficient part of the refining surface.  
【0010】Development of serrated or jagged refiner plate geometry as described in U.S. Patent No. 8,157,195 is believed to provide energy-efficient refining.  The concept uses a variety of opposing plates, depending on the process and the pulp properties desired.  
【0011】Known refiner plates and configurations include those described in U.S. Patent Nos. 8,157,195 & 7,900,862 as well as U.S. App. No. 13/547,144, the entirety of each of which are expressly incorporated by reference herein.
【BRIEF SUMMARY OF INVENTION】
【0012】In an aspect, there is a refiner plate for a mechanical refiner of lignocellulosic material.  The refiner plate includes a stator refining surface affixed to a substantially immovable substrate. The stator refining surface comprises multiple bars and grooves situated on the stator refining surface, and the bars each comprises a leading sidewall and a trailing sidewall that is opposite of the leading sidewall. The leading sidewall has an irregular surface that includes multiple protrusions extending out of the irregular surface towards a trailing sidewall on an adjacent bar. The trailing sidewall has a smooth surface and lacks the irregular surface on the leading sidewalls.
【0013】In another aspect, there is a method of mechanically refining lignocellulosic material in a refiner having opposing refiner plates comprising a rotor refiner plate and a stator refiner plate.  
【0014】The method includes the steps of: introducing lignocellulosic material to an inlet in one of two opposing refiner plates, the opposing refiner plates include a rotor refiner plate and a stator refiner plate; rotating the rotor refiner plate and maintaining the stator refiner plate substantially stationary such that the material moves radially outwardly through a gap between the plates due to centrifugal forces created by the rotation; as the material moves through the gap, passing the material over bars in a refining section of the stator refiner plate and through grooves between the bars, the bars comprise a leading sidewall and a trailing sidewall opposite of the leading sidewall; inhibiting the movement of the fibrous material through the grooves by interaction of the fibrous material and an irregular surface on the leading sidewall of the bar adjacent the groove, but the trailing surface opposite of the leading sidewall does not have an irregular surface; and discharging the material from the gap at an outer periphery of the refiner plates. 
【BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS】
【0015】FIGURE 1 is a prior art stator plate segment;
【0016】FIGURE 2 schematically illustrates a stator plate segment in accordance with an embodiment;
【0017】FIGURE 3 schematically illustrates a profile of the irregular surface in a “7” shape on a leading sidewall of a bar in the outer refining zone of a refiner plate segment in accordance with an embodiment;
【0018】FIGURE 4 schematically illustrates a profile of the irregular surface in a “saw tooth” shape on a leading sidewall of a bar in the outer refining zone of a refiner plate segment in accordance with an embodiment; 
【0019】FIGURE 5 schematically illustrates a profile of the irregular surface in a concave shape on a leading sidewall of a bar in the outer refining zone of a refiner plate segment in accordance with an embodiment;
【0020】FIGURE 6 schematically illustrates a profile of the irregular surface in a “teeth” shape on a leading sidewall of a bar in the outer refining zone of a refiner plate segment in accordance with an embodiment;
【0021】FIGURE 7 schematically illustrates a cross-section of the irregular surface in a “7” shape on a leading sidewall of a bar in the outer refining zone of a refiner plate segment in accordance with an embodiment; 
【0022】FIGURE 8 schematically illustrates a front view of the irregular surface in a “7” shape on a leading sidewall of a bar in the outer refining zone of a refiner plate segment in accordance with an embodiment;
【0023】FIGURE 9 is an enlarged view of an example of an irregular sidewall of a bar on a refiner plate segment; and
【0024】FIGURE 10 is a front view of a refiner plate segment with an inner and an outer refining zone that include irregular surfaces on leading sidewalls of bars.
【MODE FOR CARRYING OUT INVENTION】
【0025】In a refiner, two opposing refining surfaces (plates) may be positioned such that at least one refiner plate rotates relative to the other refiner plate.  In this respect, there may be one refiner plate that is held substantially stationary; this is generally called a “stator.”  The other refiner plate that rotates is generally called a “rotor.”
【0026】It is believed that when using feeding stator elements to face a rotor element featuring a strong holding angle and serrated edges, the wear may be uneven, may lead to fast wear of the feeding stator element, and may limit the useful lifetime of the refiner plate combination. 
【0027】Combining the serrated edges of the rotor of U.S. Patent 8,157,195 with a stator element using similar features may provide energy savings that attributes to the plate combination, and may significantly improve the useful lifetime of the refiner plates.
【0028】This disclosure thus proposes special stator refiner plate geometry to provide low energy consumption in the refining process, while significantly reducing the uneven wear between rotor and stator plates, thus increasing the useful lifetime of the refiner plates.
【0029】The refining process applies a cyclical compression to a fibrous pad formed of wood chips moving in the operating gap between discs of a mechanical refiner. The energy efficiency of the refining process may be improved by increasing the compression rate of the fibrous pad, and reducing the percentage of the refining energy applied at lower compression rates, such as at the radially inward portions of the refining zone. The increased compression rate may be achieved with the plate designs disclosed herein without necessarily reducing the operating gap to the same extent done with conventional higher energy efficiency refiner plates. 
【0030】A relatively wide operating gap between the rotor and stator plates in a refiner (as compared to the narrow gap in high energy efficiency refiners) may be the result of a thicker pulp pad formed between the plates. A high compression ratio may be achieved with a thick pulp pad using a significantly coarser refiner plate, as compared to conventional plates used in similar high energy efficiency applications. 
【0031】A coarse refiner plate has relatively few bars as compared to a fine refiner plate typically used in refiners. The fewer number of bars in a coarse refiner plate may reduce the compression cycles applied as the bars on the rotor pass across the bars on the stator. The energy being transferred into fewer compression cycles may increase the intensity of each compression and shear event, and may increase energy efficiency. 
【0032】As described in U.S. Patent No. 8,157,195, the rotor element is believed to create a very strong holding effect on the feed material.  The tops of the bars and its leading edges are covered with a generous amount of fibrous pad.  On the other hand, stator elements are usually arranged using strong feeding bars with a smooth leading edge, which may allow the fiber pad to easily slip along and across its surface.  This may result in faster wear on the stator plate compared to the rotor plate which is believed to be protected by a substantial layer of fiber.
【0033】In one embodiment, the refiner plate is an assembly of stator plate segments having an outer refining zone with bars that have at least a radially outer section with a curved longitudinal shape and leading sidewalls with wall surfaces that are jagged, serrated or otherwise irregular.  The curved bars and resulting curved grooves between the bars feed the wood chip feed material toward the outer zone. 
【0034】In another embodiment, a refining plate is conceived with a refining surface facing a second refining plate. The refining surface includes a plurality of bars upstanding from the surface.  The bars extend outwardly towards an outer peripheral edge of the plate, and have a jagged or irregular surface on at least the leading sidewall of the bars. The bars are also curved, e.g., with an exponential or in an involute arc. 
【0035】In a preferred embodiment, the refiner plate is a stator, which is held substantially constant without rotation during operation.
【0036】An exemplary refining plate segment conceived for a mechanical refiner of lignocellulosic material may comprise a refining surface on a substrate. The refining surface may be adapted to face a refining surface of an opposing refiner plate, and the refining surface includes bars and grooves that are situated between the bars. 
【0037】An angle of each bar with respect to a radial line corresponding to the bar may increase at least 10 to 15 degrees along a radially outward direction. The angle of each bar is a feeding angle, and may be in any of a range of 5 to 70 degrees, 10 to 65 degrees, and 15 to 60 degrees at the periphery of the refining surface (and any and all feeding angles greater than 5 degrees and up to 70 degrees).  The bars each include a leading sidewall with an irregular surface, wherein the irregular surface includes protrusions extending outwardly from the sidewall towards a sidewall on an adjacent bar, and the irregular surface extends from either at or near the outer periphery of the refining surface towards a radially inward direction along the bars without reaching an inlet of the refining surface. 
【0038】The bars may each have a curved longitudinal shape with respect to a radial of the plate, the longitudinal shape extending through the length of the bar. The angles may increase continuously and gradually along the radially outward direction on a bar, or may increase in steps along the radially outward direction. At the radially inward inlet of the refining surface, the bars may be each arranged at an angle within 10, 15 or 20 degrees of a radial line corresponding to the bar. Further, the refining plate segment may be adapted to act as a stationary refining disc, and to face a rotating refining disc when mounted in a refiner. 
【0039】The refining surface may include multiple refining zones, e.g., a first refining zone and a second refining zone. A first refining zone may have relatively wide bars and wide grooves, and a second refining zone may have relatively narrow bars and narrow grooves in comparison. The second refining zone may be situated in a radially outer section on the plate segment from the first refining zone, and the feeding angle for the second refining zone may be in any of a range of 5 to 70 degrees, 10 to 65 degrees, and 15 to 60 degrees.
【0040】The irregular surface on the leading sidewall of the bars may include a series of ramps each having a lower edge at the substrate of each groove, extending at least partially up the leading sidewall. 
【0041】In an aspect, the present disclosure relates to adding serrated leading edges on the stator element which features a feeding angle.  The stator element has an average feeding angle of at least 5 degrees compared to a radial line crossing the refiner plate segment.  The feeding angle may be at least 10 or 15 degrees, and the feeding angle may increase from the inner radius of the refining zone to the outer radius (discharge) of the refining zone.  Feeding angles greater than 0 degrees and up to and including 70 degrees may be suitable in some embodiments.
【0042】Along the leading edges of the stator bars, on at least 25% of its surface, and as much as 95% of its surface, the bars feature some form of serrated edge design to help prevent the fiber from slipping easily along and across the said stator bars.  The serrated edges can be a zig-zag, a combination of recesses or protrusions having the shape of 7s, Zs, Vs, Cs, or even rectangular cuts or sections.  The recesses can extend from the top surface (top of bars) all the way to the bottom surface (bottom of grooves), part of the way, or can also increase or reduce in profile depth as it goes to the bottom surface.  The plate segments may also feature ramps or dams that may or may not extend part way or all the way across the groove width.  
【0043】The distance between each protrusion or each recess can vary from 3 mm to 18 mm, preferably 4 mm to 12 mm.
【0044】In an aspect, the present disclosure may relate to a stator refiner plate design, featuring a feeding angle that is creating a forward pumping effect (towards the periphery of the refiner plate segment). The stator refiner plate may also feature a serrated leading edge on at least part of the refining surface so that the fiber does not easily slip alongside and across the said refiner plate bar’s leading edge, therefore reducing wear.
【0045】FIGURE 1 is a front view of a prior art rotor plate segment 80 having an inner refining zone 82 and an outer refining zone 84. The outer bars 86 in the outer refining zone 84 are each arranged parallel a respective radial line or are arranged at a small feeding angle, such as within 10 or 5 degrees of a radial line. The outer bars 86 are curved such that at their outer radial end they form a feeding angle of 10 to 70 degrees. 
【0046】The inner bars 88 of the inner refining zone 82 have an inlet angle of zero to as high as 50 degrees. The inner bars 88 may be straight or curved to gradually form a slight feeding angle, e.g., 5 to 15 degrees feeding angle at the transition between the inner and outer refining zones. As illustrated, the prior art stator has smooth bars, such as described in U.S. Patent No. 8,157,195. 
【0047】FIGURE 2 illustrates an embodiment of a stator plate segment 10.  The plate segment has an inner periphery 12 and an outer periphery 13.  On a major surface of the stator plate segment 10, there are a series of bars 20 and grooves 16.  The grooves 16 are situated between the bars, and defined by the trailing sidewall 30 and the leading sidewall 28.  The leading sidewall 28 may be a tapered edge from a ridge 26 of the bars so the jagged feature is most prominent at the upper corner edge of the bar where most of the refining is accomplished, and less prominent along the depth of the bar, particularly deep in the groove.  
【0048】The irregular surface feature of the leading sidewalls 28 may be confined to the outer radial portions of the bar, but may extend through the entire length of the outermost refining zone or the entire refining zone on a major surface of the refining plate segment 10.
【0049】FIGURES 3-6 schematically each illustrate a top down view of an exemplary ridge 126, particularly the profile of the irregular surface on a leading sidewall of a bar in the outer refining zone of a refiner plate segment. The upper ridge 126 of each bar 120 includes a profile of the upper corner of the leading sidewall 128 and the trailing sidewall 130.  The leading sidewall 128 has an irregular surface, e.g., a serrated feature that may be most pronounced at the upper corner of the leading sidewall 128. The irregular surface includes a series of protrusions 176 that defines each of the serrated features on the leading sidewall 128. 
【0050】The irregular surface features may have a variety of shapes, including the series of “7”s shown in FIGURE 3, the saw tooth feature shown in FIGURE 4, the series of concave grooves in the leading sidewall shown in FIGURE 5, and a series of teeth, e.g., rectangular teeth, shown in FIGURE 6.  The shape of the irregular features is a matter of design preference. The shape to be used may depend on the feed material, and plate segment composition, manufacturing and molding considerations.
【0051】FIGURE 7 shows in cross section a bar 120 having a smooth trailing sidewall 130 and an irregular surface, e.g., series of “7”s, on the leading sidewall 128. FIGURE 8 shows a front view of the same irregular surface feature on the bar leading sidewall as shown in FIGURE 7, from the angle of the protrusion 176. The irregular surface feature may be more pronounced on the bar sidewall near the bar ridge 126 where most refining occurs. The irregular surface feature and protrusions 176 may become progressively less pronounced on the leading sidewall 128 in the direction of the plate substrate 122. The protrusions 176 of the irregular surface tend to retard the movement of feed material through the grooves, and thereby increase the retention time of feed material in the refining zone(s) of the plates. The protrusions 176 may be tapered from ridge 126 to substrate 122. Near substrate 122 of the plate, the protrusions 176 may blend into a smooth lower surface 178 of the leading sidewall 128. Both FIGURE 7 and FIGURE 8 show a tapering off of the irregular surface feature from the ridge 126 and tip of protrusions 176 to the substrate 122, forming the smooth lower surface 178. 
【0052】FIGURE 9 shows an embodiment of the irregular surface on the leading sidewall 128 of the bar 20.  The irregular surface may be formed of repeating protrusions having a first straight sidewall 164, a second straight sidewall 166, and a curved sidewall 168 between the first straight sidewall 164 and second straight sidewall 166. A sloped ramp 172 may extend up from the substrate 122 (at the bottom of the groove 16) to the bottom edge of the second sidewall 166. The top edge of the second sidewall 166, the interior corner may be formed by the curved sidewall 168, and the first sidewall 164 are at the ridge 26 at the top of the bar 20. The first sidewall 164 and second sidewall 166 may be substantially perpendicular to each other, or may form an angle in a range of 45 degrees to 120 degrees. Alternatives to the ramp 172 include: the ramp 172 extending to the ridge 26 of the bar 20, the ramp 172 may have a lower edge above the substrate 122 at the bottom of the groove 16, or the design may not include the ramp 172.  
【0053】The sloped ramp 172 extending from the substrate 122 may raise or lift fiber out of the groove 16 and move the fiber to the upper regions of the bar 20 where it is believed that much of the refining may be accomplished. The length and angle of the sloped surface 172 may be dependent on the desired extend of the irregular surface dimension, and may also be dependent on the angle and length selected for the sloped surface.
【0054】FIGURE 10 shows a front view of an exemplary plate segment 10 having an inner refining zone 92 and an outer refining zone 90.  The bars 20 in the outer refining zone 90 may be parallel to a respective radial line, or may be arranged at a small feeding or holdback angle, e.g., within 10 or 5 degrees of a radial line. The bars 20 may be curved such that at their outer radial end they form a holdback angle of 10 to 45 degrees. The inlet to the bars 20 in the outer refining zone 90 may form a Z-pattern and the radially inward portion of each of the irregular surfaces on the leading sidewall 128 may form a step pattern of groups of three bars.
【0055】The bars 20 of the inner refining zone 92 may have an inlet angle of zero, and may be straight or curved to gradually form a slight holdback angle, e.g., 5 to 15 degrees at the transition between the inner refining zones 92 and outer refining zone 90. The irregular surface on the leading sidewall 128 of the bar 20 in the inner refining zone 92 may be optional, and may be substantially coarser than the irregular surface on the radially outward portion of bar 20 in the outer refining zone 90. Alternatively, the coarseness of the irregular surface may be uniform across the entire plate.  Further, the irregular surface may be finer in the outer refining zone 90 than in the inner refining zone 92.  A half-height dam 18 may be positioned in the groove 16 of the inner refining zone 90, or in the groove 16 of the outer refining zone 90. 
【0056】While the invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not to be limited to the disclosed embodiment, but on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims.
1.      A refiner plate for a mechanical refiner of lignocellulosic material comprising: 
a stator refining surface affixed to a substrate; 
multiple bars and grooves situated on the stator refining surface, and the bars each comprising a leading sidewall and a trailing sidewall that is opposite of the leading sidewall; 
an irregular surface on the leading sidewall of at least one of the bars; and
multiple protrusions extending from the irregular surface of the leading sidewall of at least one of the bars towards a trailing sidewall on an adjacent bar; 
wherein the trailing sidewall has a smooth surface and lacks the irregular surface.  
2.     The refiner plate in claim 1, wherein the stator refining surface is adapted to face a rotor refining surface of an opposing refiner plate that is a rotor. 
3.     The refiner plate in claim 1, wherein the stator refiner plate is made up of at least one plate segment that includes a major refining surface. 
4.     The refiner plate in claim 1, wherein the bars and grooves have a curved longitudinal shape with respect to a radial of the plate, the longitudinal shape extending through the length of the bar.
5.     The refiner plate in claim 4, wherein the bars have at least a radially outer section having a feeding angle in any of a range of 5 to 70 degrees at an outer periphery of the bars.
6.     The refiner plate in claim 4, wherein the bars include a radially outward section in which the trailing sidewalls have a smooth surface and lack the irregular surface.
7.     The refiner plate in claim 4, wherein an angle of each bar with respect to a radial line corresponding to the bar increases at least 10 to 15 degrees along a radially outward direction.
8.     The refiner plate in claim 4, wherein the bars at a radially inward inlet of the refining surface are each arranged at an angle within 20 degrees of a radial line corresponding to the bar.
9.     The refiner plate in claim 1, wherein the protrusions of the irregular surface are in series of shapes of at least one of a seven, saw tooth, concave, and teeth. 
10.    The refiner plate in claim 1, wherein the irregular surface includes protrusions extending outwardly from the leading sidewall towards a trailing sidewall on an adjacent bar, and the irregular surface extends from at or near an outer periphery of the refining surface along the bars without reaching an inlet of the refining surface.
11.    The refiner plate in claim 10, wherein a distance between protrusions on the irregular surface is in the range of 3mm to 18mm. 
12.    The refiner plate in claim 1 further comprising a series of ramps on the irregular surface on the leading sidewall, the ramps each have a lower edge at a substrate of each groove and extends at least partially up the leading sidewall. 
13.    The refiner plate in claim 1 further comprising a first refining zone and a second refining zone, wherein the first refining zone has relatively wide bars and wide grooves compared to the second refining zone that has relatively narrow bars and narrow grooves.
14.    The refiner plate in claim 13, wherein the second refining zone may be situated in a radially outer section on the plate segment compared to the first refining zone, and the feeding angle for the second refining zone is in any of a range of 5 to 70 degrees.
15.    The refiner plate in claim 1, wherein at least 25% to 95% of the stator refining surface have bars that feature the leading sidewall with an irregular surface that includes protrusions. 
16.    The refiner plate of claim 1, wherein the refining surface includes an outer refining surface having a higher density of bars than a density of bars in an inner refining section.
17.    The refiner plate of claim 1, wherein the irregular surface includes at least one protrusions comprising: 
a first sidewall, a second sidewall, and a curved sidewall between the first sidewall and second sidewall; 
a sloped ramp extends up from a bottom of a groove to the bottom edge of the second sidewall; and 
a top edge of the second sidewall, an interior corner formed by the curved sidewall, and the first sidewall are at a ridge at the top of the bar. 
18.    The refiner plate of claim 17, wherein the first sidewall and second sidewall are substantially perpendicular to each other.
19.    The refiner plate of claim 17, wherein the first sidewall and second sidewall form an angle in a range of 45 degrees to 120 degrees.
20.    A method of mechanically refining lignocellulosic material in a refiner having opposing refiner plates comprising a rotor refiner plate and a stator refiner plate, the method comprising:
introducing lignocellulosic material to an inlet of at least one opposing refiner plates, the opposing refiner plates comprising a rotor refiner plate and a stator refiner plate;
rotating the rotor refiner plate and maintaining the stator refiner plate relatively stationary such that the material moves radially outwardly through a gap between the plates due to centrifugal forces created by rotor rotation;
passing the material over bars in a refining section of the stator refiner plate and through grooves between the bars, the bars comprising a leading sidewall and a trailing sidewall opposite of the leading sidewall; 
inhibiting the movement of the fibrous material through the grooves by interaction of the fibrous material and an irregular surface on the leading sidewall of the bar adjacent the groove, wherein the trailing surface opposite of the leading sidewall does not have an irregular surface; and
discharging the material from the gap at an outer periphery of the refiner plates. 
21.    The method in claim 20, wherein the passing of material over bars occur in the outer sections of the stator refining plate.
22.    The method in claim 20, wherein the irregular surface includes protrusions that extends from the leading sidewall towards a trailing sidewall of an adjacent bar.
23.    The method in claim 20, wherein the bars have at least a radially outer section with a feeding angle in any of a range of 5 to 70 degrees.
24.    The method in claim 20, further comprising feeding the lignocellulosic material using a series of ramps that lead into the protrusions on the irregular surfaces on leading walls of bars in a refining zone. 
1.Abstract
A refining system and process using a specially designed stator refiner plate that includes a major refining surface comprising a series of bars and grooves, the bars include a leading surface that comprises an irregular surface hosting a series of protrusions extending along the bar, and a trailing surface that is relatively smooth compared to the leading surface that lacks an irregular surface. 
2. Selected drawing
Fig. 2
【Ｆｉｇ．１】
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【Ｆｉｇ．２】
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【Ｆｉｇ．３】
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【Ｆｉｇ．４】
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【Ｆｉｇ．５】
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【Ｆｉｇ．６】
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【Ｆｉｇ．７】
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【Ｆｉｇ．８】
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【Ｆｉｇ．９】
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【Ｆｉｇ．１０】
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