用于木片的热机械精制的方法

专利名称：：用于木片的热机械精制的方法
技术领域：
：本发明涉及用于木质纤维材料(尤其是木片)的热机械制浆的设备和方法。
背景技术：
：近十年来，热机械制浆(TMP)技术所制造的机械纸浆的质量已有所提高，但是这些耗能大的技术所增加的能量消耗在保持质量的同时甚至导致了对能量效率的考虑。本发明的发明人已推进了现技术，如具体表现为AndritzRTS、RTPressafiner、以及RTFibration、工艺技术。他披露了一种操作窗，供给材料在高温高压下通过所述操作窗在非常短的停留时间内被预热，之后在上述高温高压下在高速旋转的相对圆盘之间被精制(美国专利No.5,776,305)。另一个改进涉及在预热之前通过在加压蒸汽环境下处理并且在加压蒸汽环境中压缩所处理的碎片而预处理供给的碎片(PCT/US98/14718)。在国际申请PCT/052003/022057中披露了另一项改进，其中从预处理步骤中排出的供给碎片在输送到高强度精制机中之前例如使用低强度精制机在没有纤丝化的情况下被纤维化。在最近发展的改进中的基础原理是，区分和处理不同的设备，从纤维的纤丝化中进行碎片材料的轴向纤维分离和纤维化以便于制造纸浆。在精制机上游的专用设备执行前面的步骤，所述专用设备使用与较低程度的操作和纤维分离相配的低能量消耗，而高能量消耗的精制机没有能量不足的纤维分离功能并且可将所有能量都更有效地投入到纤丝化功能中。由于纤丝化功能需要比纤维分离(脱纤维)更多的能量因此这是必需的。这些发展确实提高了能量效率，尤其是在使用高速圆盘(即，双圓盘大约1500rpm以上而单圓盘精制才凡大约1800rpm以上)的系统中。然而，尤其是对于不使用高速精制机的系统，就眼前来说，由于需要主精制机的更昂贵的或占用空间的装置，因此长期能量效率略微偏差。
发明内容本发明的目的是提供一种用于在较低能量消耗下生产高质量热机械纸浆的简化系统和方法。所述简化包括便于供应能够加速投入生产和启动的4氐成本系统。本质上，甚至是在不使用高速精制机的系统中，本发明也实现了显著的能量效率，同时减小精制机上游所需的装置的范围和复杂性。通过综合以RTS、RTPressafiner以及RTFibration工艺技术为基础的概念，并且使用简化的设备系列而实现该目的。用于执行本发明的设备仅需要加压螺杆排出装置(PSD)和精制机。然而，需要对PSD和相关精制工艺进行明显修正。PSD是具有增加的螺杆根部直径和用逆吹阀(BBV)实现的堵塞区的破坏类型(浸渍加压螺杆排出装置或MPSD)。MPSD入口压力可从大气压力跨越到大约30psig，最好是5-25psig。该工艺的这个部件模拟RTPressafiner预处理。由于MPSD比传统PSD螺杆脱水到更高的固体含量，因此需要更高的稀释流以保持额定精制稠度。主精制机中的精制内部板(内环)被设计得用于有效地供给和脱纤维拆散的木片。工艺的该部分用于模拟RTFibration。主精制机中的高效外部板(外环)被设计得用于取决于产品质量和能量需要而供给(高强度=>最小能量消耗)或抑制(低强度=>最大强度发展)，或这两个极端之间的强度水平。在广义方面中，本发明涉及用于木片的热机械精制的方法，包括以下步骤将所述碎片暴露于蒸汽环境下以便于软化所述碎片，在压缩装置中浸渍和部分脱纤维软化的碎片，将拆散并部分脱纤维的碎片供给到转盘主精制机中，其特征在于相对圆盘每个都具有杆和槽的内环图案以及杆和槽的外环图案，基本在内环中完成碎片的纤维化(脱纤维)以及在外环中对所形成的纤维进行纤丝化。系统设备最好包括内环上的内部供给区域和外部操作区域以及外环上的内部供给区域和外部操作区域，其中内环的操作区域由交替的杆和槽的第一图案限定，而外环的供给区域由交替的杆和槽的第二图案限定。内环上的操作区域上的第一图案具有比外环上的供给区域上的第二图案的槽窄的槽。基本可在低强度精制下完成内环的操作区域中的碎片的纤维化，而在更小的板隙和更高的精制强度下在外环的操作区域中执行纤维的纤丝化。本发明方法最好包括以下步骤将所述碎片暴露于蒸汽环境下以便于软化所述碎片，通过压榨使得软化的碎片被拆散(destructuring)并且脱水到大于约55%的稠度，将拆散并脱水的碎片稀释到大约30%到55%的稠度，将所稀释的碎片供应到其中每个圆盘都具有杆和槽的内环图案和杆和槽的外环图案的转盘精制机中，使得内环中的碎片纤维化(纤维分离)，以及在外环中使得所形成的纤维纤丝化。可在主精制机正上游的一个完整装置件中执行压榨拆散、脱水和稀释，并且只在主精制机的一组相对旋转的圆盘之间实现纤维化和纤丝化。与相对于已知TMP制浆方法的能量关系相比，组合了拆散PSD和纤维化内部板的新的、简化的TMP精制方法示出了有效提高的TMP纸浆特性。该方法改进了三种通用工艺TMP、RT和RTS的纸浆特性/能量关系。RT和RTS精制结构是指低保持力和高压力精制，通常在75psig和95psig之间，在标准精制机圆盘速度(RT)或较高圆盘速度(RTS)下操作。在更高的精制压力下提高了内部精制区的纤维分离效率。在增加精制机圆盘速度的情况下进一步增加了纤维分离水平。使用压住(holdback)外环制造的热机械纸浆与使用排出外环制造的纸浆相比较具有更高的总体强度特性。后一种结构对于给定打浆度来说需要较少能量并且具有较低碎片含量。对于给定打浆度，与控制TMP精制纸浆相比较，对于TMP、RT和RTS系列来说，使用与排出外部板相组合的本发明方法的比能节约分别为15%、22%和32%。将本发明方法与亚硫酸氢盐处理相组合提高了纸浆强度特性并且明显增加了纸浆亮度。高稀释流有效地补偿了退出MSD类型PSD的更高排出固体。稀释/浸渍设备应确保退出PSD的碎片的彻底渗透。一个选项是分裂稀释策略，即，将稀释物加入到MPSD排出装置和内精制机中。在本文中，浸渍应被理解为在压缩剪力下与固体材料相关的物理性机构。木片在蒸汽加压螺杆装置等中的浸渍，在没有破坏晶界的情况下使得材料成为非结构化，导致纤维的明显但非完全的(例如，高达约30%)的轴向分离。主要的浸渍作用发生在螺紋之后的堵塞区中，但是一些初始浸渍可发生在堵塞区之前的螺紋部分中。在早期螺紋部分中堵塞区中的限制可在某种程度上增加压缩和浸渍。在浸渍螺杆装置的出口处将浸渍液(水和/或化学物质)直接加入到膨胀区或腔室中以便于瞬时发生液体吸收到膨胀木结构中。拆散的木片应充分地浸透液体，从而使得精制稠度处于用于优选纸浆的优选范围内。当大量压缩碎片被移除时所有或大部分液体吸收都发生在MPSD的排出口处。在替换实施例中，稀释液体被分开，其中一些稀释物处于MPSD螺杆排出口处而另一些稀释物被引入到内部和外部精制机环之间。当在MPSD螺杆排出口处观察到过于饱和时后一种结构是有用的，但是为了进一步优化纤丝化精制加入稀释物是有益的(在内环之后)。作为示例但非限制性的，塞管区中的稠度通常在58%到65%的范围内，而在浸渍/稀释的膨胀区中，在约30%到55%的范围内。在从封锁区的出口处，以及在进入到精制机带状供给器的入口处，材料通过BBV的封锁区(所述区不是正常的完全密封因此在压力方面与膨胀区相似)保持在该稠度范围内。当输送到精制机供给装置以便于引入到精制机板之间时，这是发生汽化的加压环境，但是目标是最优精制稠度，通常约为35%到55%。在大多数情况中，外环(纤丝化)的操作区域中的杆/槽必须比内环(纤维分离)的操作区域中的杆/槽细。为了制造机械纸浆纤维，必须首先对纤维进行纤维分离(从木结构上分离)之后使其纤丝化(纤维壁材料的剥离)。本发明的主要特性在于内环的操作区域主要进行纤维分离而外环的操作区域主要进行纤丝化。本发明的一个显著新颖特征是最大化了一个机器中这两个机构的分离并且通过这一点可相对于能量关系更有效地优化纤维长度和纸浆特性。由于内环中的纤维分离发生在较大的碎片上，因此相关的杆和槽的操作区域图案不能太细。否则的话，碎片将不能充分地穿过内环的槽并且被均匀地分布。作为材料较小，因此，外环操作区域中的杆和槽的图案比内环中的细。与传统工艺相比较，本发明的另一个优点在于，在内环和外环中都可发生更均匀的分布(即，精制机板上的更高的纤维覆盖率)。更好的供给意味着更好的供给稳定性，这减小了精制机负荷摆动，从而有助于保持更统一的纸浆质量。本发明的重要优点在于工艺的每个功能步骤下的停留时间的最小化。由于纤维材料的尺寸在每个步骤被充分地减小以使得操作压力几乎可瞬间将纤维加热并软化到所需水平，因此这是可能实现的。可认为所述工艺具有三个功能步骤(1)制造碎片、(2)所述所述碎片纤维分离、以及(3)纤丝化所述脱纤维材料。装置结构应实现从步骤(1)的MPSD排出装置排出到精制机入口的最小化停留时间。精制机供给装置(例如，带状供给机或侧进料供给机)几乎瞬时操作以便于启动内环中的步骤(2)。内环设计应实现不受限制的材料穿过的停留时间。一些内环设计可具有比其他内环设计更长的滞留期以便于有效地脱纤维，但是净停留时间仍少于在分离部件中执行纤维化的情况。脱纤维材料几乎瞬时传到外环，在那里执行步骤(3)。这里，停留时间也较低。外环中的实际停留时间将由被选择得使得纸浆特性和能量消耗最优化的板的设计指定。每个处理步骤下的该非常低(最小)的停留时间(此时实现了用于保持纸浆强度特性所需的纤维软化)的优点在于使得光学特性最优化。在我先前的国际申请PCT/052003/022057中所述的系统中，其中在输送到主要的、初级精制机中之前在较小的成纤器精制机中使得碎片脱纤维，在纤维化(脱纤维)步骤中压力将更低。在完全分离的精制机中压力下的纤维化停留时间更长。由于低强度精制密度是柔和的，因此最好保持较低温度以助于保持纸浆亮度。因此在分离纤维化精制机中对于保持纤维强度来说高温既不必要也不期望。在本发明中，在同一个高压精制机壳体中执行脱纤维和纤丝化。在较高压力和较低停留时间下所实现的纤维化(脱纤维)内环中的精制强度仍旧是低的。与高压(高温)无关，这在亮度上没有不利影响，这是由于停留时间如此短。这类似于美国专利No.5,776，305(RTS才几构)中所述的在高温下低预热停留时间的令人惊讶的有益效果。当在RTS系统中执行本发明时，由于碎片在从MPSD正常传输到精制机期间迅速变热，因此不需要精制机供给装置正上游的分离预热传输机。从膨胀容积或腔室到旋转圆盘的环境为精制机操作压力，例如，对于RTS为75到95psig,并且在MPSD与精制机之间的传输期间在相应饱和温度下的"停留时间"最好在10秒钟以下，最好在2-5秒钟的范围内，相当于优选的低停留/高压力精制预热停留时间。通常，在每个处理步骤下以最少时间实现质量TMP纸浆的能量效率生产的工艺优点具有使得用于执行所述工艺的装置的部件、空间、和成本需求最小化的必然优点。依照本发明的至少一些方面，几乎任何安装TMP、RT-TMP、或RTS-TMP系统都可被升级，而无需在制造中增加设备面积。图l是示出了本发明一个实施例的TMP精制机系统的示意图2A和B是示出了适合于与本发明结合使用的具有稀释注入特征的浸渍加压螺杆的替换实施例的示意图3是精制机圆盘板的一部分的示意图，示出了内部成纤器环和截然不同的外部纤丝化环；图4A和B示出了示范性的、分别用于转子和定子的具有成角度的杆和槽的纤维化环对；图5示出了在过渡区域处内部的纤维化环对与外部的纤维化环对的关系；图6A和B示出了另一个示范性的具有主要径向的杆和槽的纤维化环对；图7A和B分别以前视图和侧视图示出了示范性的外部纤丝化环，而图7C和D分别示出了横切外部和中间区域的杆和槽的截面图8A、B和C分别以前视图和截面图示出了另一个示范性的外部纤丝化环；图8D分别示出了用于转盘的具有弯曲的供给杆的外环的侧视图和前视图8E分别示出了将与图8D的外环结合使用的用于定子的示范性相对外环的侧视图和前视图9是用在实验室试验中以模制和获得内部纤维化板的操作特性的测量结果的板的示意图10是用在实验室试验中以模制和获得内部纤维化板的操作特性的测量结果的板的示意图11-18示出了用于达到本发明研究方面的各种精制机系列测试的紙浆特性结果。图19-22分别示出才艮据本发明其它实施例的示意图。图23示出根据本发明的精制机游程概述，在表I-A中，Al使用Dl4B002板-外锥度和k中间区以及外部区被碾出。Al管压力0.69bar，A4、A5、A6、A16、A17和A18管压力0.34bar。A5、A6、A16和A17以相反模式精制；图24示出根据本发明的精制机游程概述，在表I-B中，A2和A3使用DMB002板-外锥度和k中间区以及外部区被碾出。A2管压力0.69bar，A3管压力l.38bar，A19、A20、A21、A40、A41和A42管压力0.34bar。A19、A20、A21以相反模式精制；和图25示出根据本发明的精制机游程概述。具体实施例方式1.综述图l示出了本发明优选实施例所涉及的TMP精制机系统IO.标准大气入口塞螺杆供给器12在大气压力？1=0psig下从源S中接收预蒸煮(presteamed)(软化)碎片并且在压力h=0psig下将预蒸煮的木片输送到蒸汽管14，在蒸汽管14中碎片在压力P3下被暴露于饱和蒸汽的环境下。取决于系统结构，压力P3可在从大气压到大约15psig或从15psig到大约25psig的范围内，其中保持时间在几秒到若干分钟。碎片被输送到浸渍加压螺塞排出装置(MPSD)16。浸溃加压螺塞排出装置16在大约从5psig到25psig的范围内的压力h下具有入口端18,用于接收蒸煮碎片.最好，MPSD16具有与蒸汽管14中的压力P3相同的入口压力P,。MPSD具有用于在高机械压力下在饱和蒸汽的环境下使得碎片经受脱水和浸渍的操作区域20，以及浸渍、脱水和压缩的碎片作为经调整处理的碎片在压力Ps下被排出到膨胀区或腔室的排出端22，其中在压力Ps下经调整处理的碎片膨胀。喷嘴或相似装置被提供得用于将浸渍液和稀释水引入到螺杆装置的排出端中，稀释水借此渗透膨胀的碎片并且与所述碎片一起在进料管24中形成具有30%到55%固体稠度的精制机供给材料。或者，尤其是如果除稀释以外不需要浸渍的话，可在与MSD相连接但不必与其整体形成的稀释腔室中实现稀释。在这方面，碎片的浸渍或拆散是指轴向纤维分离超过大约20%,但是没有纤丝化，高稠度主精制机26在保持在压力P5下的壳体28中具有相对旋转的圃盘，每个圆盘上都具有工作板，所述工作板被布置在面对面的同轴关系中从而限定了基本从圃盘的内径径向向外延伸到圃盘的外径这样一个空间，每个板都具有径向内环和径向外环，每个环都具有交替的杆和槽的图案。内环上的图案具有较大的杆和槽而外环上的图案具有较小的杆和槽。诸如带式供给机的精制机供给装置从与MPSD(直接或通过中间緩冲翼片)相联系的稀释区域中接收供给材料并且在压力Ps下将材料输送到基本为圓盘内径处的圆盘之间的空间中。如稍后将详细描述的，内环完成碎片材料的纤维化(脱纤维)而外环使得所述纤维纤丝化。精制机可为单圃盘精制机(一个旋转的板面对固定的定子板)、双圆盘精制机(相对的反向旋转圆盘)、或可从AndritzInc.,MuncyPa购买到的成对圆盘精制机，其中中心定子在两侧上都具有板，并且目测都面对一个转盘，用于双圆盘或成对圆盘的供给装置将有些不同于用于单圆盘精制机的供给装置，如努力的相关领域中已知的.所述系统可被改装到(1)典型TMP、(2)RT-TMP或(3)RTS-TMP的三个核心工艺的任意一个中。在典型TMP中，第一PSF12或回转阀保持蒸汽管中的上游大气条件与高压之间的分离，所述蒸汽管用作大约0-30psig压力范围中的预热器，通常保留时间为30秒钟到180秒钟。按照本发明，蒸汽管的排出口处的第二PSF(通常称之为螺塞排出装置或PSD)由RTPressafiner(浸渍加压螺塞排出装置=MPSD)螺杆装置，在RT-TMP和RTS-TMP结构中，第一PSF或回转阀基本用作相同的目的并且蒸汽管可在0-30psig范围内操作。在所有结构中，笫一PSF不必为用于在大气条件(Opsig)下操作MPSD(RTPressafiner)入口的压榨机。应该注意的是，失去了当在地区条件下操作时在RTPressafiner预处理期间增压入口的益处，当使用非结构化类型的PSD螺杆处理软木时这可导致纤维损坏。当例如处理硬木时大气条件可为令人满意的，所述硬木具有以其为起点的更短的纤维长度，当在MPSD入口处未执行加压预蒸煮时典型TMP工艺被称作PRMP,之后从MPSD(RTPressafiner)排出的材料排出到更高温度的精制环境中。在RT-或RTS-条件下，精制环境处于对应于精制机中高压(高于75psig，对应于大大高于木质素转变温度Tg的温度)的较高温度下。在本实施例中，在输送到圆盘中之前材料高于Tg的总时间应小于15秒钟，最好小于5秒钟。在下表中进行了概括在三个改装实施例中的本发明系统条件<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>图2A和B是示出了适合于与本发明结合使用的具有稀释注入特征的浸渍加压螺杆16的示意图。依照图2A的实施例，其中示出了碎片材料32处于操作区域20的中心、脱水部分中，这里穿孔管状壁34、可旋转的同轴轴36以及螺紋(flight)38的直径是恒定的。碎片塞40被形成在操作区域的塞部分中恰好位于脱水部分的后面，这里壁是无孔的并且轴没有螺紋但是轴直径基本上增加，产生窄流动截面以及高背压，所述高背压增强了通过形成在中央部分的壁中的排出口液体从碎片中的挤出。可使用无孔壁中的管压缩插入物(未示出)或从所述壁中突出到塞紧的材料中的刚性销等(未示出)进一步增强或调节收缩的流动和浸渍效果。所述塞在通常为1000psi到3000psi或更高的范围内的机械压力下被高度压缩。在所述塞中发生大部分(如果不是全部的话)浸溃。碎片基本完全被拆散，其中部分纤维分离超过了20%(通常接近30%或更高)。在塞的端部处，MPSD的排出端22具有限定在向外扩张的壁42和面对面的倒流阀46的间隔锥形表面44之间的增加的横截面积。倒流阀46可从嵌套在MPSD轴36端部处的锥形槽48中的停止位置轴向调节到最大内缩位置。这调节了膨胀区或容积50的流动面积同时通过靠着扩张壁外端的阀之间的碎片材料保持了密封52的和緩度，这可响应于供给管24与MPSD16之间的瞬变压力差被控制。在膨胀区50中，浸渍液体在高温下通过多个压力管54和相关喷嘴(未示出)或者通过加压圆环被供给。进入到膨胀区50中的脱水碎片快速吸收浸渍液体并且膨胀，有助于在膨胀区的端部处形成弱密封区。图2B示出了替换实施例，其中通过在锥形倒流阀的表面中提供流体流动开口56实现膨胀区50中的浸渍，所述浸渍液体通过倒流阀的轴经由高压管净皮供应。供给管24最好是用于将来自于MPSD16的稀释碎片引入混合于精制机的供给装置30中的竖直落差管。然而，应该理解的是，供给管24中的压力P5为与供给装置30和精制机壳体28中相同的压力。在供给装置30和精制机壳体28之间可预期小增压或压降，通常在TMP的领域中是这样的。无论如何，从MPSD后面到精制机壳体的整个区域的压力通常最好在30psig以上，通常在45psig以上，这远高于加压螺杆排出装置入口蒸汽压力P"然而，塞40被如此机械压缩，即，甚至在管压力高至95psig或更高时，由于未压缩状态下纤维中气孔的膨胀，压缩塞也将在膨胀区中迅速膨胀。因此可理解的是，在有助于膨胀容积的有效性方面，供给管可用作膨胀腔室。该领域中的从业者可容易地修正膨胀区和供给管的设计和关系，以使得膨胀和稀释主要发生在连接于MPSD但不与之整体形成的指定膨胀腔室中。图3是精制机圓盘板100的一部分的示意图，示出了内部成纤器环102和外部纤丝化环104。每个环都可为可附于圆盘的截然不同的板元件，或者所述环可被整体形成在可附于圆盘的共同基底上。每个环都具有内部供给区域106、108和外部操作区域110、112。内环的操作(脱纤维)区域都由交替的杆114和槽116的第一图案限定，而外环的供给区域都由交替的杆118和槽120的第二图案限定。内环的供给器区域106中的非常粗的杆122和槽124将先前拆散的碎片材料指引到较细的杆和槽的脱纤维区域110中。之后纤维化材料在转换环面126中和上面相混合，在那里它进入到外环的供给区域108中。通常，内环上的操作区域110上的第一图案具有比外环上的供给区域108上的第二图案的槽更窄的槽。外环的操作(纤丝化)区域112具有杆128和槽130的图案，其中槽130比内环的操作区域110的槽116窄。在一个圆盘上的内环的供给区域106的粗杆和槽可与不具有杆和槽的相对圆盘上的供给区域并列，只要供给流径的形状容易地将供给材料从带状供给装置指引到相对内环的操作区域中就可以。因此，每个内环102都将具有具有交替杆和槽114、116图案的外部、纤维化区域110但是相关的内部区域106将不必具有杆和槽的图案。以TMP精制机中用于"精制区"的公知的方式，纤丝化环104的外部区域112可具有多个径向排列区，诸如132、134，和/或多个不同但横向交错的领域，诸如136、138。在图3中，外环104具有交替杆和槽的内部、供给区域108，并且操作区域112具有在区域132中作为横向重复的梯形出现的交替的杆128和槽130的第一图案，以及在延伸到板的圆周144的区域134中作为横向重复的梯形出现的交替的杆140和槽142的另一个图案。内环102和外环104之间的环形空间126可完全清除，或者如图3中所示的，一些杆(诸如外环供给区域108中的146)可延伸到该环形空间中。环形空间126勾画了内环和外环的径向尺寸，从而内环102的径向宽度小于外环104的径向宽度，最好小于从内环102的内缘148到外环104的围缘144的板的总半径的大约35%。另外，内环102的供给区域106的径向宽度大于内环的操作区域110的径向宽度，而内环104中的供给区域108的径向宽度小于操作区域112的径向宽度。出于便利，上面参照图3所述的类型的板将被称作"RTF"板。拆散并部分脱纤维的碎片材料进入到其中不会发生进一步脱纤维的内部供给区域106中，但是所述材料被供给到操作区域110中，其中杆和槽114、116的能量效率低强度作用基本使得所有材料脱纤维。所述板可有利地用作精制机系统中的置换板，它们可能不具有相关的加压浸渍排出装置。在存在MPSD的情况下，完全拆散并部分脱纤维连同精制机上游的高热的组合允许板设计者使得用于完成纤维分离的内环的操作区域110中的径向宽度和能量使用最小化。杆和槽114、116的图案和操作区域110的宽度可随着强度和停留时间的变化而变化。甚至在少于理想上游拆散和部分脱纤维的情况下，板设计者也可增加内部操作区域IIO的径向宽度并且选择稍微保留材料以便于增强操作的图案，同时对于给定质量的原浆来说，仍然实现缩短的高密度外环112中令人满意的纤丝化和总体能量节约。而且，本发明不排除这种情况，即，通过RTF板，在外环104中可能发生一些脱纤维，或在内环102中可能发生一些纤丝化。图3中所示的复合板仅是表示法。图4和图6示出了用于内环的其他可行区域。图4A示出了一个内环150A而图4B示出了相对的内环150B。图5示出了的并列的相对内环150A和150B的示意图，其中相关外环152A和152B的部分被安装在精制机中。内环的供给间隙154最好是弯曲的，以便于将从轴向传输方向的圆盘的"孔眼，，处接收的供给材料朝向内环的径向操作间隙156改变方向。最好，供给器杆(非常粗的杆)被隔开得大于供给中的材料的尺寸。例如，限定碎片(碎片厚度)的三种尺寸中最小的一个通常为3-5mm。这可避免剧烈撞击，所述剧烈撞击会导致木基质中的纤维损坏。在大多数情况中，操作期间的最小间隙应为5nnn。粗供给器杆具有向内环的外部部分供以适当供料分配的唯一功能并且不应在碎片上起作用，供给器杆被设在转子内环上，但是不是绝对必须设在定子内环上。在图4的实施例中，内环中的杆和槽相对于半径成角度，从而如果向左侧旋转的话压住内环中的自由离心流动并且增加停留时间，而如果向右侧旋转的话加速流动。在图6的实施例中，内环162A和162B具有既不会抑制也不会增强离心流动的基本径向的定向。如图3和图5中所示的，脱纤维区域入口处的杆，例如内环的外部区域具有长刻槽164，或者逐渐楔入的封闭形状。通常，朝向内环之间的纤维化间隙156的入口是径向的或近似于径向的(没有明显的离散转换)。这也可避免对于木片上的强撞击。在15-50mm的径向距离上所述刻槽的斜度通常应为5mm的落差高度。所获得的斜度为1:5到1:10，但是在3到10的落差高度下l:3到1:15的斜度也是可取的。与在紧密隙下操作的传统刀轮的高强度沖击相对，是楔形限定了碎片的低强度"剥离"。内部板的操作区域中的操作间隙156可约为1.5_4.Omm,并且可向外逐渐变窄。如果刻槽164处于角度的较低范围(例如，1:3)的话，那么应使用大间隙156的锥度，例如，至少1:40。这将易于向更紧密的间隙中供料。当外环出于标准操作间隙处时短操作区域110应在3和5mm之间的间隙下操作。外环入口处的间隙158应略大于内环外部处的间隙。内环的外部部分最好被磨以锥度，取决于应用，其范围从平坦到大约2度。更大的锥度和更大的操作间隙将减小在内环中的操作量。内环的外部区域的结构是这样的，即，它应使得供给材料上的最小化，以便于将纤维长度保持在最大，同时适当地分离纤维。纤维化区域110中的槽宽度应小于小木块，最好大约为纤维化区域的最小操作间隙。通常，不会由槽宽于4mm。这确保了小木块将在间隙中被处理而不是被楔在杆之间并且被相对圆盘的杆撞击。在纤维化内部区域110(或单片精制机板的板入口)中，在穿过环形空间160并且进入到外环104之前，碎片被还原为纤维和纤维束。所述环可类似于已知高稠度精制机板结构。当纤维被大部分分离时，它们将不再经受高强度冲击。可从图3和图5中看出的是，如果未处理的碎片可进入外环的供给器区域108的话，当碎片被楔入在两个粗杆118、120之间时它们将经受高强度冲击。如果碎片在纤维内环102中被适当地分开的话，那么就不再有大块留下，因此它们不能经受这种类型的作用。也可在所谓的"锥形圆盘，，中执行内环和外环之间的功能性的划分，它具有平坦初始精制区，之后是相同精制机中的锥形精制区。在这种情况下，本发明纤维化环将用平坦精制区代替，之后将为锥形部分中的传统"主板"精制。通常，用于所述精制机的锥形部分具有30或45度的角度锥体，例如，它与圓锥形表面的角度为15或22.5度。在1981年8月11日所申请的美国专利No.4，283，016中描述了这样一种锥形盘精制机的示例。因此，当用在本文中时，"圆盘"包括锥形盘，而"基本径向"包括锥形精制机的通常向外定向但是成角度的间隙。内环的外部区域的入口具有径向过渡部分，或接近于径向。当大于间隙的块被迅速地迫入到间隙中时，研磨表面开始的径向位置中的大改变通常导致纤维长度的损失。在区域的开始处具有长刻槽(越长越好)，所供给的材料的尺寸将逐渐减小直到小(粗度减小)得足以进入到工作面所形成的间隙。内环的外部区域的槽宽度必须足够窄以防止较大的无支承的纤维颗粒进入到槽中之后被迫入到间隙中，从而导致纤维切断。通常，槽宽度应不宽于研磨表面入口处的间隙。为了增加操作效率和/或增加内部板中的能量输入，可使用表面下挡板或表面挡板。在图7和图8中示出了外部、纤丝化环的两个实施例。它们可具有从高密度到非常低密度的范围。为了示出其概念，图7是高密度定向外环166的典型示例。图8示出了非常低密度的双定向设计182。可使用各种其他杆/槽结构，诸如具有可变节距的(见美国专利No.5，893，525)。定向环166较粗并且具有正向供给区域172，这减小了所述区域中的停留时间和能量输入能力，迫使更多的能量被供应到所述环的外部部分中，这转而增加了施加于其上的劳动强度，从而将在更紧密的间隙下操作。外环的操作区域具有两个区域168、170，其外部区域168具有比前面的区域170更细的槽。一些或全部槽(诸如区域168中的176)可限定与所述环的实际半径略成角度的专用沟道，而其他槽(诸如另一个区域170中的180)可具有表面或表面下挡板174、178。总之，外环166与图3的外环112相似。作为另一个示例，图8的可变节距图案182具有主要径向沟道，而没有任何离心供给角度。供给区域190非常短，并且操作区域188可具有均匀或交替的槽宽度，或如184和186处所示的，具有交替或可变的槽宽度。这容许板中的更长的停留时间，并且与大量的杆交叉口相组合，容许低强度的能量转换，这导致更大的板间隙。在外环的变化中，外环的内部供给区域被设计得防止纤维从外环处回流到内环。图8D示出了转盘的外环192，具有具有弯曲供给杆195的供给区域194。图8E中所示的相对定子环196在内部供给区域中不具有与弯曲杆相对的杆，从而将相对的弯曲供给杆1"容纳在外环1M上。这样一种方法还确保了分别处于内环和外环中的脱纤维步骤和纤丝化步骤之间的完全分离。如图中所示的，在转子和/或定子环的供给区域中(诸如棱锥和相对的径向杆)，弯曲供给(注射器)杆195可随意地具有其他结构，以助于将材料从弯曲杆分配到操作区域中。因此，转子的供给区域194的径向伸长的表面可完全或部分地由突出的弯曲杆195占据，并且定子的供给区域198的径向伸长的表面可整个为平坦的，或部分由分配结构占据。转子环的弯曲杆195在供给区域194中突出大于操作区域中的杆高度的距离，但是供给区域198中的相对表面的平坦性调节该较大高度。通常，内环的整个操作区域上的杆和槽的图案具有第一平均(最好是均匀的)密度而外环的整个供给区域上的杆和槽的图案具有第二平均(最好是均匀但较低)的密度。2.实验工厂实验室体会因此纤维化内环和高效外环的组合是该工艺的重要部分。通过在两个步骤中运行Andritz加压36-lCP单圓盘精制机而执行该工艺的最优化，首先只使用内部板，之后只使用外部板。使用具有^外部中间区和整个外部区碾出的专用DurametalD14B002三区精制机板作为内部板(见图9)。中间区域的内部^用于纤维化拆散的木片。在供给(排出)和保持(抑制)精制结构中使用Durametal36604定向精制机板作为外部板(见图IO)。使用精制机内部板形成了三个精制结构以便于模拟以下工艺变化1.RT[2-3sec停留(i)85psig,1800rpm]ii)见数据表A1。2.RTS[2-3secH亭留(i)85psig,2300rpm]ii)见数据表A23.TMP[2-3sec停留(i)50psig，1800rpm]iii)见数据表A3。i)从PSD排出到精制机入口的停留。ii)蒸汽管压力=5Psi，停留=30秒。iii)蒸汽管压力-20psi，停留=3分钟。用于表示MPSD拆散和纤维化内部板组合的前缀为f-。因此用于前述结构的名称为1)f-RT2)f-RTS3)f-TMP制纤维化(f)材料，即1)f-RT外部板:85psig，1800rpm2)f-RTS外部板85psig，2300rpm3)f一TMP外部板50psig，1800rpm在精制机外部板运行期间施加大部分比能被供应。在该研究中在外部板运行期间评价精制机板定向(排出和抑制)和施加功率的不同条件。接着在所施加的三级比能下在次级大气Andritz401精制机中精制每种初级精制纸浆。在PMSD中在没有木片的拆散的情况下也产生了控制TMP系列。这是通过将内部控制运行的生产速度从24.10DMTPD降4氐到9.4ODMTPD而实现的。这有效地减少了PMSD中碎片的堵塞。在控制内部运行期间使得所述板后退以使得可仅使用刀轮执行尺寸减小。即，在刀轮后面没有精制机纤维化杆的有效精制操作。之后使用外部板在36-1CP精制机中精制内部碎片。之后在几级比能下在Andritz401精制机中精制初级精制纸浆。TABLEA示出了该试验研究中产生的每种精制机系列的名称。也示出了相应的样品标识。表A<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>名称*=工艺，lry精制机速度(1800rpm或2300rpm)，lry夕卜部结构(ex或hb)，lry精制打浆度**由于初级精制机打浆度太高因此不好。部板所生产的相应系列更大的板间隙和更高的长纤维含量。这允许将压住系列精制为较低初级打浆度同时保持纸浆的长纤维含量。图ll-18示出了该研究中所产生的大部分精制机系列的纸浆特性结果。由于密集因此从图中排除了在非常低的初级打浆度下(<500ml)所产生的两个系列。图ll.打浆度对比能控制TMP系列对于给定打浆度具有最高的比能要求。f-TMP系列具有第二高的比能要求，之后是f-RT系列。f-RTS系列对于给定打浆度具有最低的比能要求。TABLEB比较150ml的打浆度下每个图示精制机系列的比能要求。其结果来自于直线性内插法。表B.150ml下的比能<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>*通过外推法对于150ml的打浆度，f-RTS2300ex系列(纤维化、RTS和高强度板的组合)具有比控制TMP系列低32。/。的能量要求。对于150ml的打浆度，f-RT1800hb和f-RT1800ex系列分别具有比控制TMP系列低18。/0和22%的能量要求。f-TMPhb和f-TMPex系列分别具有比控制TMP系列低10%和15%的能量要求。其结果示出了改造/更换PSD和精制机板可在存在TMP系统的投资方面产生实质性的恢复。图12.抗拉系数对比能f-RTS系列纸浆在给定施加的比能下具有最高的抗拉系数，之后是f-RT系列而后是f-TMP系列。控制f-TMP系列纸浆在给定施加的比能下具有最低的抗拉系数。相对于没有化学处理的相应系列来iJL,为PSD添加大约3%的亚硫酸氢钠(NaHS03)增加了抗拉系数。通过具有3.1。/。NaHS03和1754kWh/ODMT的应用，f-RTS2300ex(3.1%NaHS03)系列获得了52.5Nm/g的抗拉系数。图13.抗拉系数对打浆度未化学处理的系列存在两条抗拉系数结果的线。较低的线表示使用压住外部板所产生的系列。使用压住外部板在抗拉系数方面的平均增加大约为10%。应该注意的是，由于纤维化A3材料的缺点，在该试验中未执行f-RTShb系列。亚硫酸氢盐处理系列向f-RTex系列和f-RTSex系列添加约3。/。的亚硫酸氩盐将抗拉系数升高到与抑制纸浆相似或更高的水平。TABLEC在150ml的打浆度下比较每个精制机系列。内插法中所使用的回归方程式包含在图13中。<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>*通过外推法图14.破损系数比打浆度使用压住外部板所产生的精制机系列具有最高的破损系数和长纤维含量。TABLED在150ml的打浆度下比较精制机系列。使用直线性内插法获得了破损系数值。表D.150ml下的破损系数破损系数(mNm7g)f-RT1800ex661ml9.0f-RT1800hb588ml9.9f-RTS2300ex617ml8.7f-TMP1800ex597ml8.6f-TMP1800hb524ml9.3TMP1800hb664ml9.1f-RT1800ex640ml(2.8%NaHS03)*9.7f-RTS2300ex538ml(3.1%NaHS03)*8.8*通过外推法f-RThb纸浆具有最高的破损系数。f-RTex和f-RTSex纸浆具有类似的破损系数结果。图15.破裂系数比打浆度使用压住外部板所产生的f-RT1800hb和f-TMPhb系列在给定的打浆度下具有最高的破裂系数。使用排出外部板、卜RT1800ex、f-TMPex、f-RTS2300ex系列在给定的打浆度下具有较低的破裂系数。添加约3%的亚硫酸氢盐将使用排出外部板所产生的系列的破裂系数升高到与压住外部板所传输到未化学处理的系列相似的水平。TABLEE相对于150ml的打浆度比较以内插值替换的破裂系数结果。表E.150ml下的破裂系数破裂系数(kPa.mVg)f-RT1800ex661迈l2.51f-RT1800hb588ml2.85f-RTS2300ex617ml2.30f-TMP1800ex597ml2.38f-TMP1800hb524ml2.76TMP1800hb664ml2.45f-RT1800ex640ml(2.8%NaHS03)*2.98f-RTS2300ex538ml(3.l%NaHS03)*2.67*通过外推法图16.碎片含量比打浆度控制TMP纸浆具有最高的碎片含量水平。使用排出外部板所产生的精制机系列具有比通过压住外部板所产生的相应系列低的碎片含量水平。可清楚看出的是，f-预处理有助于减小碎片含量。TABLEF相对于150ml的打浆度比较以内插值替换的每个精制机系列的碎片含量水平。表F.150ml下的碎片含量<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>*通过外推法通过或不通过亚硫酸氢盐添加产生的f-RTSex系列具有最低的碎片含量水平。亚硫酸氢盐的添加降低了碎片含量。图17.散射系数比打浆度使用排出外部板所产生的精制机系列具有最高的散射系数水平。TABLEG示出了150ml的打浆度下每个系列的散射系数结果。表G.散射系数比打浆度散射系数(m7kg)f-RT1800ex661ml57.1f-RT1800hb588ml55.1f-RTS2300ex617ml56.8f-TMP1800ex597ml56.3f-TMP1800hb524ml53.6TMP1800hb664ml54.4f-RT1800ex640ml(2.8%NaHS03)*55.9f-RTS2300ex538ml(3.l%NaHS03)*53.8*通过外推法大约3%的亚硫酸氢盐的添加将散射系数减小了大约l-3mVkg。图18.亮度比打浆度所有的f-系列都具有比控制TMP纸浆高的亮度TABLEH相对于150ml的打浆度比较以内插值替换的每个精制机系列。表H.150ml下的IS0亮度ISO亮度f-RT1800ex661ml52.0f-RT1800hb588ml51.3f-RTS2300ex617ml52.8f-TMP1800ex597ml49.4f-TMP1800hb524ml48.9TMP1800hb664ml47.3f-RT1800ex640ml(2.8%NaHS03)*56.5f-RTS2300ex538ml(3.l%NaHS03)*59.1*通过外推法f-TMP系列具有比控制TMP系列高大约2。/。的亮度。从f-预处理的高压缩PSD部件中大量去除抽提物更可有助于亮度增加。f-RTS系列具有最高亮度(52.8)，之后是f-RT系列(平均=51.7)，之后是f-TMP系列(平均=49.2)。大约3%的亚硫酸氢盐的添加明显增加了亮度，其中f-TMPBex系列增加到了高达59.1。3.在内部区精制期间比较脱纤维条件TABLEI比较内部板下的纤维化特性。如前面所述的，执行三个精制机游程A1、A2和A3以模拟f-RT、f-RTS和f-TMP结构。这些内环中的每个都被供以来自于PSD的拆散的碎片。<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>可清楚的是，在内部区精制期间工艺条件在脱纤维效果上具有主要影响。在较高压力下精制的拆散碎片(Al、A2)与在典型TMP压力下(50psi)的精制相比较具有较低碎片含量(更多脱纤维的纤维)。在较高压力下脱纤维所需的能量也较低。当组合高压力与高速度(A2)时获得了最高的脱纤维水平。A2(f-RTS)材料证明了最高的纤维分离，之后是A1(f-RT)材料。A3(f-TMP)无疑是最粗糙的纤维化样品。应该注意的是，由于内部板为双定向的，因此在内部精制运4亍期间杆的方向性不是要素。脱纤维的能量随压力的增加而减小。当在传统条件下脱纤维时能量损失较大。例如，与在85psig下精制相比较，在50psig的压力下，当产生相同碎片水平的纤维化材料时，将需要大大超过IOOkWh/MT的辅助比能要求。4.实验室工作程序来自于威斯康星州的白云杉碎片用于这些示例。在TABLEII中示出了云杉碎片的材料标识、固体含量和堆集密度。最初，利用具有外部区和H中间区被碾出的板图案D14B002在36-lCP加压可变速度精制4几上执行若干游程。在O.4bar、5.87bar精制机壳体压力下通过蒸汽管中30秒钟预蒸煮停留以及1800rpm加工速度下产生第一游程A1。对于A2，加工速度增加到UOOrpm。在l."bar、3.45bar精制机壳体压力下通过3分钟预蒸煮停留以及1800rpm精制机圓盘速度下产生A3游程。除生产率从24.10DMTPD被减小到9.4ODMTPD以便于避免在供给到精制机中之前碎片被拆散，也在与A3相似的条件下执行游程A3-1。该游程的板间隙也被增加以便于消除中间杆区的任何有效作用，以使得碎片只接受刀轮处理。由于碎片接收刀轮处理不仅仅是纤维化形式的，因此不可能在样品A1-1上执行纤维质量分析；因此碎片或BauerMcNett分析是不适用的。这些纸浆中的每种都用于制造附加系列。在A1材料上执行六个系列。外部板(Durametal36604)被安装在36-lCP精制机中以便于模拟精制的外部区。所有这六个初级外部区游程都在5.87bar的壳体压力下以及在1800rpm的圆盘速度下被精制。这些游程的工艺名称为RT。亚减*酸氢钠液体被加入到A17中，导致2.8。/。NaHS03的化学加料(在O.D.木基上)。在每种系列上产生三个次级精制机游程。在A2材料上产生两个系列。在5.87bar精制机壳体压力下以及在2300rpm的加工速度下制造36-lCP外部区游程(A19和A20)。这些游程的工艺名称为RTS。亚硫酸氢钠液体被加入到A20中(3.l%NaHS03)。在每种系列上再产生三个次级精制机游程。在A3材料上也产生若干系列。每个都在3.45bar精制机壳体压力下以及在1800rpm下。在每种系列上产生三个次级精制机游程。这些游程的工艺名称为TMP。在A3-1碎片上产生两个控制TMP系列(A43和A44)，它们仅在内部区精制期间经历刀轮处理。A43和A44都在3.45bar蒸汽压力下以及在1800rpm的加工速度下被精制。之后在这些纸浆上执行若干大气精制机游程以便于将打浆度减小到与早期制造的系列可比的范围内。根据标准Tappi程序测试所有纸浆。测试包含加拿大标准打浆度、PulmacShives(0.10mmscreen)、BauerMcNett分类、光纤长度分析、物理和光学特性。表M材料识别材料%O.D.SOLIDS絲"(kg/m')湿01云杉木66.5169.8112.9浸湿的47.权利要求1.用于木片的热机械精制的方法，包括将所述碎片暴露于蒸汽环境下以便于软化所述碎片；在压缩装置中浸渍和部分脱纤维软化的碎片；将拆散并部分脱纤维的碎片供给到转盘主精制机中，其特征在于相对圆盘每个都具有杆和槽的内环图案以及杆和槽的外环图案；以及基本在内环中完成碎片的纤维化以及在外环中对所形成的纤维进行纤丝化。2.依照权利要求l所述的方法，其特征在于每个环都包括内部供给区域和外部操作区域；内环的操作区域由交替的杆和槽的第一图案限定，而外环的供给区域由交替的杆和槽的第二图案限定；内环上的操作区域上的所述笫一图案具有比外环上的供给区域上的所述第二图案的槽窄的槽；基本可在低强度精制下完成内环的操作区域中的碎片的纤维化；并且在较高的精制强度下在外环的操作区域中执行纤维的所述纤丝化。3.用于木片的热机械精制的方法，包括将所述碎片暴露于蒸汽环境下以便于软化所述碎片；通过压榨使得软化的碎片被拆散并且脱水到大于约55%的稠度；将拆散并脱水的碎片稀释到大约30%到55%的稠度；将所稀释的碎片供应到其中每个圓盘都具有杆和槽的内环图案和杆和槽的外环图案的转盘精制机中；使得内环中的碎片纤维化，以及在外环中使得所形成的纤维纤丝化。4.依照权利要求3所迷的方法，其特征在于，所述碎片在大气压力下在蒸汽环境中被软化。5.依照权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述碎片被以压缩力拆散之前，所述软化的碎片被输送到具有约0-30psig范围内的压力的蒸汽管中停留大约30-180秒钟的保留周期。6.依照权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述碎片被以压缩力拆散之前，所述软化的碎片被输送到具有约0-30psig范围内的压力的蒸汽管中停留大约10-40秒钟的保留周期。7.依照权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述碎片被以压缩力拆散之前，所述软化的碎片被输送到具有约5-30psig范围内的压力的蒸汽管中停留大约10-40秒钟的保留周期。8.依照权利要求3所述的方法，其特征在于，在具有约0-30psig范围内的蒸汽入口压力的浸渍螺塞排出装置中执行压缩拆散和脱水。9.依照权利要求3所述的方法，其特征在于，在具有约0-30psig范围内的蒸汽入口压力的浸渍螺塞排出装置中执行压缩拆散和脱水，执行小于15秒钟的周期。10.依照权利要求3所述的方法，其特征在于，精制机的相对旋转的圆盘处于具有操作压力大于30psig的蒸汽环境的壳体中，并且在处于基本与精制机操作压力系统压力下的蒸汽环境中执行稀释和供给。11.依照权利要求3所述的方法，其特征在于，精制机的相对旋转的圓盘处于具有操作压力大于75psig的蒸汽环境的壳体中，在处于基本与精制机操作压力系统压力下的蒸汽环境中执行稀释和供给，并且碎片被稀释、供给到精制机并在小于1O秒钟的时间周期内被引入到圆盘之间。全文摘要用于木片的热机械精制的系统，包括通过以下步骤制备用于精制的碎片，所述步骤即，将所述碎片暴露于蒸汽环境下以便于软化所述碎片；通过压榨使得软化的碎片被拆散并且脱水到大于约55％的稠度；将拆散并脱水的碎片稀释到大约30％到55％的稠度。所述拆散部分地使得所述材料脱纤维。将所稀释的材料供应到其中每个圆盘都具有杆和槽的内环图案和杆和槽的外环图案的转盘精制机中。在内环中使得拆散并部分脱纤维的碎片基本完全脱纤维，并且在外环中使得所形成的纤维纤丝化。可在主精制机的正上游的整体形成的装置中执行压缩拆散、脱水和稀释，并且只在主精制机的一组相对旋转的圆盘之间实现纤维化和纤丝化。文档编号D21C3/22GK101619546SQ20091014170公开日2010年1月6日申请日期2005年7月8日优先权日2004年7月8日发明者L·金格拉斯,M·J·萨布林申请人:安德里兹有限公司