КОНСТРУКЦИИ МНОГОСТУПЕНЧАТОГО ПРОТЕКТОРНОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО АНОДА ДЛЯ КОРРОЗИОННО-АГРЕССИВНЫХ СРЕД Российский патент 2009 года по МПК D21F1/10 

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к приготовлению цементного теста для применения в производстве волокнистого материала и, более конкретно, изобретение относится к приготовлению цементного теста для применения в производстве волокнистых материалов, таких как волокнистый цемент или бумага.

Уровень техники

Волокнистый цемент широко применяется в качестве наружной обшивки стен в жилищном строительстве из-за ряда преимуществ. Например, волокнистый цемент не разлагается и не разрушается, а, следовательно, является долговечным. Более того, волокнистый цемент является не горючим материалом.

Производство волокнистого цемента начинается с приготовления смеси из специального типа цемента, кварца и волокон. Некоторое время назад в производстве волокнистого цемента применяли асбестовое волокно. Сейчас более широко применяют пластиковое, углеродное и древесное волокно. Указанная смесь примерно на 80% состоит из цемента и на 20% из волокон. Волокна выполняют ту же функцию, что и армирующие стержни в бетоне.

В смесь цемента, кварца и волокон добавляют воду для получения цементного теста с содержанием воды 4-12% в зависимости от объема производства и типа выпускаемой продукции. Цементное тесто имеет необычайно высокую щелочность, которая составляет от 9.0 до 13.0 pH. Цементное тесто переносят в отдельный резервуар или каскадный механизм, в зависимости от типа устройства. В каскадном механизме цементное тесто подается к первому резервуару, из которого оно переливается в следующий. На Фиг.1 изображен пример резервуара.

Затем из цементного теста формируют лист на покрытой проволокой круглосетчатой формовочной машине при использовании разности напоров между внутренней и наружной сторонами формовочной машины. Лист прижимают к войлоку, который контактирует с верхней частью формовочной машины. На войлоке осуществляется перенос жидкой волокнистой матрицы к следующему резервуару (если это необходимо), где на него накладывают еще один слой.

Поскольку на ранних этапах формования бумажный лист имеет низкую прочность, для удаления воды используют в основном не давление, а вакуумное оборудование. И только после того, как лист приобретет достаточную прочность, для удаления остаточной влаги используют давление.

На Фиг.1b представлена поясняющая схема двухрезервуарной машины для производства волокнистого цемента. Машина включает:

- формовочную секцию 70 для получения волокнистого цемента в виде листов;

- шпиндель 80 для накопления полученного слоистого материала;

- конвейерную секцию 90 для переноса накопленного материала от вала на другие участки.

Как видно из Фиг.1b, формовочная секция включает: войлочную ленту 72, которая (в примере, приведенном на Фиг.1b) движется, как правило, против часовой стрелки; два резервуара 74 (каждый из которых может быть таким же, как резервуар, показанный на Фиг.1, или аналогичным). Когда войлок проходит первый резервуар, на его нижней части оседает слой материала. При прохождении через второй резервуар добавляется второй слой. Управление движением войлока осуществляют с помощью системы роликов, включающей: ролики 76 для направления войлока по траектории его движения; главный ведущий ролик 76' для приведения ленты в движение по ее траектории; поплавковый ролик 76'' для поддержания необходимого натяжения ленты. Во время движения в различных точках траектории войлок промывается посредством промывочных головок 77. Войлок сушат в вакуумных камерах 78, расположенных в необходимых точках.

Многослойный материал, сформированный на войлоке в формовочной секции, собирается на шпинделе 80 и переносится с помощью конвейерной секции 90.

Конвейерная секция включает: конвейерную ленту 92; ряд роликов 94 для управления движением конвейерной ленты; поплавковый ролик 94' для управления натяжением ленты.

Выше был описан процесс производства волокнистого цемента. Теперь рассмотрим общие принципы производства бумаги.

Производство бумаги начинается с обработки древесины. Основными составными компонентами древесины являются два вещества; оба они являются органическими, то есть их молекулы состоят из цепочек и колец, содержащих атомы углерода. Целлюлоза, которая присутствует в стенках растительных клеток, представляет собой волокнистый материал, который используется в производстве бумаги. Лигнин представляет собой большую сложную молекулу; он действует как клей, который удерживает вместе волокна целлюлозы и придает стенкам клетки жесткость, благодаря чему древесина обладает механической прочностью. Для того чтобы превратить древесину в целлюлозную массу и сделать ее пригодной для производства бумаги, волокна целлюлозы необходимо освободить от лигнина. На Фиг.2 изображен пример процесса превращения в целлюлозную массу. При механическом размягчении результат достигается путем механического отрывания волокон древесины друг от друга для создания мягкой древесной массы. При этом большая часть лигнина остается в полученной массе. Из-за высокого содержания лигнина в древесной массе бумага со временем становится непрочной и портится (то есть желтеет). Механическое размягчение, главным образом, применяют для производства газетной бумаги и бумаги для некоторых журналов.

В большинстве производств целлюлозной массы лигнин отделяют от волокон химическим путем. Например, в процессе сульфатной варки целлюлозы древесную стружку нагревают («варят») в растворе гидроксида натрия и сульфида натрия. Лигнин расщепляется на более мелкие сегменты и разлагается в растворе. На следующем этапе («промывка сульфатной целлюлозы») продукты расщепления и химические вещества вымывают из целлюлозной массы и направляют в содорегенерационный котел. Неотбеленная целлюлозная масса после сульфатной варки имеет характерный темно-коричневый цвет, так как содержит потемневшие остатки лигнина. Однако масса по-прежнему обладает исключительной прочностью и пригодна для производства упаковки, папиросной бумаги и полотенец.

Для получения более светлой и прочной продукции целлюлозную массу необходимо подвергнуть отбеливанию. В процессе отбеливания цвет в оставшемся лигнине или нейтрализуется (путем разрушения хромофорных групп), или исчезает вместе с удалением лигнина. До настоящего времени для небеленой сульфатной целлюлозы этот процесс обычно сопровождался хлорным отбеливанием с последующей промывкой и удалением химических веществ и продуктов распада. Указанный процесс не сильно отличается от процесса стирки белья, при котором пятно, въевшееся в волокна ткани, также нейтрализуется с помощью отбеливания или разрушается и вымывается.

В современных процессах получения целлюлозной массы раствор лигнина обычно подвергают двум или более независимым операциям промывки. Например, сначала древесное волокно или древесную стружку обрабатывают химическими веществами под давлением и при температуре: в этом случае может быть применен или процесс обычной сульфатной варки, или процесс обработки сернистой кислотой. В любом из указанных процессов лигнин растворяется при расщеплении, высвобождая при этом волокна, а компоненты лигнина переходят в раствор. В обоих процессах получают темную жидкость. Остаточную жидкость, которая не удаляется отеканием, и загрязняющие вещества, оставшиеся в целлюлозной массе, удаляют из целлюлозной массы вымыванием. Более того, необходимо регенерировать израсходованную жидкость до максимальной практически достижимой концентрации, с тем чтобы свести к минимуму расходы на последующую утилизацию химических веществ.

Коричневая целлюлозная масса, промытая как описано выше, сохраняет коричневый цвет. Оставшаяся целлюлозная масса обычно имеет слишком интенсивный цвет для производства белой бумаги. К тому же, если в целлюлозной массе присутствует хоть какое-то количество лигнина, произведенная из нее бумага не будет долговечной и со временем пожелтеет. Поэтому общепринято отбеливать целлюлозную массу не только для улучшения белизны, но и с тем, чтобы достичь устойчивости белизны.

Обычно отбеливание выполняют путем хлорирования с применением воды, в которой растворен газообразный хлор. Существуют и другие виды отбеливания, такие как отбеливание гидросульфитом натрия. Наиболее широкое применение в современных процессах отбеливания имеют три химических вещества: гидроксид натрия (NaOH), диоксид хлора (СlO₂) и пероксид водорода (H₂O₂). Процесс отбеливания может проходить не только в одну стадию, но и в две и более, причем после каждой стадии отбеливания следует промывка. После отбеливания целлюлозную массу промывают для удаления воды, содержащей использованные отбеливающие вещества и растворенный лигнин.

Например, один из способов удаления воды, содержащей использованные отбеливающие вещества и растворенный лигнин, включает применение машины ленточного типа для промывки целлюлозной массы. Машина имеет участок обезвоживания (или «формовочную зону») и множество промывочных уровней (их совокупность называется «зоной очистки»), направленных против движения размягченной массы. В формовочной зоне машины применяется бесконечная движущаяся перфорированная лента, которая перемещается между боковым роликом и гауч-валом. Боковой ролик определяет входной конец ленты, а гауч-ролик определяет выходной конец ленты. Верхняя ветвь ленты, натянутая между роликами, всегда находится в горизонтальном положении. Ряд сушильных камер, расположенный под лентой, предусматривает начальное осушение целлюлозной массы в формовочной зоне. В зоне очистки ряд сушильных камер объединен с рядом душевых установок и происходит промывка и обезвоживание целлюлозной массы.

Как показано на Фиг.3, ниже моечной машины ленточного типа расположен ряд моечных зон или уровней, к которым сверху подводится моющая жидкость для осуществления дренажа через матрицу целлюлозной массы. Как можно увидеть на Фиг.4, наиболее свежая или чистая моющая жидкость подводится к зоне, расположенной ближе остальных к последнему рабочему уровню. Жидкость, прошедшая дренаж через матрицу в этой зоне, собирается и подается в предшествующую моечную зону. Это повторяется от зоны к зоне, таким образом, наиболее чистая целлюлозная масса обрабатывается самой чистой водой, а наиболее грязная целлюлозная масса обрабатывается самой грязной водой.

И в производстве волокнистого цемента, и в производстве бумажной массы применяют барабан с двухслойным покрытием, выполненным их двух независимо сплетенных металлических сеток. Первая сетка, которую обычно называют «вспомогательной», крепится на барабан первой и обычно бывает выполнена из высококачественной бронзовой основы и более низкого по качеству бронзового утка. Вторая сетка, которую обычно называют «лицевой», является основой двухслойной барабанной системы. Лицевую сетку изготавливают из сплавов металлов, качество которых выше, чем качество материалов, применяемых в вспомогательной сетке.

Краткое описание изобретения

Авторами настоящего изобретения были обнаружены некоторые недостатки прежних двухслойных покрытий барабанов.

В частности, оказалось, что вследствие высокой агрессивности рабочей среды вспомогательная и лицевая сетка корродируют, что приводит к их выходу из строя. Как было указано выше, лицевая сетка является основой двухслойной системы барабана. Следовательно, предпочтительно, добиться как можно более значительного замедления коррозии лицевой сетки.

Для того чтобы преодолеть недостатки предшествующих двухслойных покрытий барабанов, в двухслойном покрытии барабана настоящего изобретения применяется принцип «протекторного анода». В частности, используется несколько различных сплавов металлов с целью создания многоступенчатого протекторного анода. К преимуществам многоступенчатого протекторного анода относятся увеличение срока службы барабана и снижение частоты замены его покрытия.

Краткое описание чертежей

Задачи и преимущества настоящего изобретения станут понятны из последующего описания чертежей, где:

на Фиг.1 представлено графическое изображение резервуара для формования волокнистого цемента;

на Фиг.1b представлена поясняющая схема двухрезервуарной машины для производства волокнистого цемента;

на Фиг.2 представлено графическое изображение процесса получения целлюлозной массы;

на Фиг.3 представлено графическое изображение последовательности движения жидкости в ротационном оборудовании для промывки сульфатной целлюлозы, действующем против движения целлюлозной массы;

на Фиг.4 представлено графическое изображение процесса промывки сульфатной целлюлозы;

на Фиг.5 представлен поперечный разрез барабана, подходящего для применения в ротационном оборудовании для промывки сульфатной целлюлозы, действующем против движения размягченной массы;

на Фиг.6. представлено графическое изображение двухслойного покрытия барабана в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание предпочтительного вариантов реализации изобретения

На Фиг.1 представлен поперечный разрез резервуара, включающего барабан 60. На Фиг.5 представлен поперечный разрез зоны 100 промывки, включающей барабан 200. Двухслойное покрытие 300 защищает барабан 60 в резервуаре 50 (см. Фиг.1) и барабан 200 в зоне 100 промывки (см. Фиг.5). Покрытие 300 выполнено из вспомогательной сетки 310 и лицевой сетки 320 (см. Фиг.6).

Двухслойное покрытие барабана разработано в соответствии с принципом «протекторного анода». В конструкциях с протекторными анодами не несущие элементы вспомогательной сетки 310 и лицевой сетки 320 изготавливают из металлических сплавов более низкого качества, чем соответствующие несущие элементы. По существу, не несущие элементы конструкции действуют как протекторные аноды для несущих элементов в соответствующих сетках. Более того, вспомогательная сетка 310 действует как протекторный анод для защиты лицевой сетки 320. Благодаря такому устройству коррозия происходит в следующей последовательности:

1. Не несущие элементы конструкции вспомогательной сетки, выполненные из материалов более низкого качества.

2. Не несущие элементы конструкции вспомогательной сетки, выполненные из материалов более высокого качества.

3. Не несущие элементы конструкции лицевой сетки, выполненные из материалов более низкого качества.

4. Не несущие элементы конструкции лицевой сетки, выполненные из материалов более высокого качества.

Как показано на Фиг.6, вспомогательная сетка 310 в основном направлении (несущий элемент конструкции) изготовлена из высококачественного металлического сплава 311 (например, трос, на 8% состоящий из фосфористой бронзы), с которым в направлении утка перемежаются металлические сплавы 312 и 313 (не несущие элементы конструкции). Качество металлических сплавов 312 и 313 ниже, чем сплава 311. Кроме того, сплавы 312 и 313 корродируют быстрее, чем сплав 311. Металлические сплавы, которые могут быть применены при изготовлении вспомогательной сетки, включают (но не ограничиваются ими) алюминиевые, медные, латунные, титановые, никелевые и магниевые сплавы. Благодаря перемежению сплавов 312 и 313 в направлении утка в вспомогательной сетке 310 создается двухступенчатый протекторный анод.

Сплавы 312 и 313 могут быть получены из сплавов различного качества. Например, сплав 312 может быть более низкого качества, чем сплав 313. Следовательно, сплав 312 будет действовать как протекторный анод для сплава 313, так как будет корродировать быстрее.

Конструкция лицевой сетки 320 похожа на конструкцию вспомогательной сетки 310. Иными словами, лицевая сетка содержит сплав 321 в основном направлении и перемежающиеся сплавы 322 и 323 в направлении утка. Сплавы 322 и 323 имеют более низкое качество, чем сплав 321. Предпочтительно, чтобы сплавы 321, 322 и 323 представляли собой нержавеющую сталь.

Нержавеющие стали более предпочтительны по причине их высокой стойкости к коррозии под воздействием многих сред. Чтобы сталь можно было отнести к группе нержавеющих, она должна содержать как минимум 12% хрома. Именно хром придает нержавеющей стали высокую стойкость к коррозии. Это достигается за счет того, что хром образует на поверхности стали оксидную пленку, которая защищает железо-хромовый сплав.

Всего выделяют четыре типа нержавеющей стали: ферритную, мартенситную, аустенитную и сталь дисперсионного твердения. Типы сталей классифицируют по кристаллической структуре.

Так же, как и в случае со сплавами 312 и 313, сплавы 322 и 323 могут быть разного качества. Например, сплав 322 может быть более низкого качества, чем сплав 323. Соответственно, сплав 322 будет действовать как протекторный анод для сплава 323, так как будет корродировать быстрее.

Так как металлические сплавы, применяемые в лицевой сетке 320, имеют более высокое качество, чем сплавы вспомогательной сетки 310, сплавы лицевой сетки 320 будут корродировать медленнее, чем сплавы вспомогательной сетки. Например, сплав нержавеющей стали лицевой сетки должен корродировать медленнее, чем сплав, содержащий 8% сплава фосфористой бронзы троса вспомогательной сетки.

Многоступенчатый протекторный анод дает множество преимуществ по сравнению с традиционными покрытиями барабанов. Например, благодаря двум перемежающимся сплавам металлов вспомогательной сетки в направлении утка естественная коррозия лицевой сетки замедляется. Это происходит потому, что коррозия лицевой сетки имеет место только после полной коррозии обоих сплавов металлов вспомогательной сетки. По существу, срок службы вспомогательной сетки увеличивается благодаря чередованию сплавов в направлении утка. Увеличенный срок службы вспомогательной сетки способствует увеличению срока службы лицевой сетки и покрытия барабана в целом, а это, в свою очередь, увеличивает срок службы самого барабана. Кроме того, благодаря увеличению срока службы покрытия барабана, отсутствует необходимость заменять покрытие так же часто, как в случае с традиционными покрытиями барабанов.

Как очевидно для специалиста, двухслойный материал изобретения может иметь и другие области применения, кроме тех, что описаны выше. Двухслойный материал может быть применен в качестве покрытия во многих коррозионно-агрессивных средах.

Также специалисту будут очевидны различные модификации настоящего изобретения, которые могут быть созданы на основе описания изобретения в рамках прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к покрытиям, используемым при работе в коррозионно-агрессивных средах, и может быть использовано, в частности, в бумагоделательной промышленности и при производстве волокнистого цемента. Двухслойное покрытие барабана содержит вспомогательную и лицевую сетки. Вспомогательная сетка выполнена из сплава металлов относительно высокого качества в основном направлении и перемежающихся сплавов металлов относительно низкого качества в направлении утка. Лицевая сетка выполнена из сплава металлов относительно высокого качества в основном направлении и перемежающихся сплавов металлов относительно низкого качества в направлении утка. Все сплавы лицевой сетки имеют более высокое качество, чем сплавы вспомогательной сетки. Обеспечивается повышение срока службы барабана и снижение частоты его замены за счет замедления коррозии лицевой сетки. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Двухслойное покрытие барабана, включающее:
вспомогательную сетку, выполненную из сплава металлов в основном направлении и множества сплавов металлов в направлении утка;
лицевую сетку, выполненную из сплава металлов в основном направлении и множества сплавов металлов в направлении утка,
при этом сплавы металлов лицевой сетки имеют более высокую сортность, чем металлические сплавы вспомогательной сетки.

2. Двухслойное покрытие барабана по п.1, отличающееся тем, что сплав металлов вспомогательной сетки в основном направлении выполнен из 8% фосфористой бронзы.

3. Двухслойное покрытие барабана по п.1, отличающееся тем, что множество сплавов металлов вспомогательной сетки в направлении утка имеют более низкое качество, чем сплав металлов вспомогательной сетки в основном направлении.

4. Двухслойное покрытие барабана по п.1, отличающееся тем, что сплав металлов лицевой сетки в основном направлении представляет собой нержавеющую сталь.

5. Двухслойное покрытие барабана по п.1, отличающееся тем, что множество сплавов металлов лицевой сетки в направлении утка представляют собой нержавеющую сталь.

6. Двухслойное покрытие барабана по п.1, отличающееся тем, что множество сплавов лицевой сетки в направлении утка имеют более низкое качество, чем сплав металлов лицевой сетки в основном направлении.

7. Двухслойное покрытие барабана по п.1, отличающееся тем, что сплавы металлов лицевой сетки корродируют медленнее, чем сплавы металлов вспомогательной сетки.

8. Способ изготовления двухслойного покрытия барабана, включающий следующие стадии:
прикрепление к барабану вспомогательной сетки, состоящей из сплава металлов в основном направлении и множества сплавов металлов в направлении утка;
прикрепление к барабану лицевой сетки, состоящей из сплава металлов в основном направлении и множества сплавов металлов в направлении утка, при этом сплавы металлов лицевой сетки имеют более высокое качество, чем сплавы металлов вспомогательной сетки.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что сплав металлов вспомогательной сетки в основном направлении на 8% состоит из фосфористой бронзы.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что множество сплавов металлов вспомогательной сетки в направлении утка имеют более низкое качество, чем сплав металлов вспомогательной сетки в основном направлении.

11. Способ по п.8, отличающийся тем, что сплав металлов лицевой сетки в основном направлении представляет собой нержавеющую сталь.

12. Способ по п.8, отличающийся тем, что множество сплавов металлов лицевой сетки в направлении утка представляют собой нержавеющую сталь.

13. Способ по п.8, отличающийся тем, что множество сплавов металлов лицевой сетки в направлении утка имеют более низкое качество, чем сплав металлов лицевой сетки в основном направлении.

14. Способ по п.8, отличающийся тем, что сплавы металлов лицевой сетки корродируют медленнее, чем сплавы металлов вспомогательной сетки.

15. Двухслойное покрытие барабана, включающее:
вспомогательную сетку, состоящую из сплава металлов в основном направлении и множества сплавов металлов в направлении утка;
лицевую сетку, состоящую из сплава металлов в основном направлении и множества сплавов металлов в направлении утка,
при этом множество сплавов металлов вспомогательной сетки в направлении утка состоят из двух отличающихся по качеству материалов, благодаря чему множество сплавов металлов в направлении утка корродируют с разной скоростью.

16. Двухслойное покрытие барабана, включающее:
вспомогательную сетку, состоящую из сплава металлов в основном направлении и множества сплавов металлов в направлении утка;
лицевую сетку, состоящую из сплава металлов в основном направлении и множества металлических сплавов в направлении утка,
при этом множество сплавов металлов указанной лицевой сетки в направлении утка состоят из двух отличающихся по качеству материалов, благодаря чему указанное множество сплавов металлов в направлении утка корродируют с разной скоростью.