生产纤维料幅、尤其是SC-A纸幅或SC-B纸幅的方法和设备

本发明涉及一种用一种从上料器提供的纤维材料悬浮液生产纤维料 幅、尤其是SC-A纸幅或SC-B纸幅(SC＝super calendered)的方法，其中，纤 维料幅在成型单元之后被导向尤其是压制段、干燥段、砑光机，特别是在 线砑光机、以及卷取机。此外，本发明还涉及一种生产这种纤维料幅的设 备。例如由US 2003/0000673A1已知此类型的一种方法和一种设备。

SC-A质量和SC-B质量的特征在于，它们在其使用方面处于标准的报 纸印刷质量与LWC(light weight coated)质量之间以及适用于凹版印刷法。

与标准的报纸印刷相比，对SC-A和SC-B品种质量的改善除供料外还 通过处于25至35％之间的高填料含量达到。这种含量可以通过砑光过程达 到一种非常好的为凹版印刷过程所需要的表面质量。

然而，尽管作出了巨大的努力，LWC质量在印刷质量方面未能达到。 因为为了进行LWC生产，纸幅表面必须在附加的涂刷机组内涂刷料，所 以进行LWC生产的费用相当高，从而提高LWC纸的成本。

本发明的目的尤其是创造一种方法和一种造纸机用于生产SC-A纸和 SC-B纸，采用该方法和该造纸机可以非常接近LWC质量。所有这些应尤 其以经济的途径达到，也就是说用低的投资成本和低的运行成本以及同时 有最高的生产率。本发明的目的尤其还在于，为SC-A和SC-B纸提供优化 生产过程的措施，以达到前言所述地目的。

按照本发明上述目的尤其采取下列措施达到：使用一种原料，它至少 部分由DIP(脱墨纸浆、废旧纸deinked pulp、Altpapier-)和/或类似物组成。 在这里优选地使用一种由40至100％DIP、0至25％优质纸浆、0至50％木 材纤维和/或热机械纸浆TMP(thermo mechanical pulp)以及25至35％无机填 料(例如高岭土、TiO2、CaCO3、PCC)等组成的原料。

在从属权利要求中给出本发明方法的优选实施方式。

一种按照本发明的用于生产纤维料幅、尤其是SC-A纸幅或SC-B纸幅 的设备，其包括至少一个提供纤维材料悬浮液的上料器、一个成型单元、 一个压制段、一个干燥段、一个砑光机，尤其是在线砑光机、以及一个卷 取机。在权利要求书中还给出了其他按照本发明的设备以及按照本发明的 压制段。

在从属权利要求中给出了所述设备和压制段的优选实施方式。

由下面参见附图从对实施例的说明中给出本发明的优点、详细内容和 特征，附图中：

图1示意性地表示出用于生产SC-A纸和SC-B纸的方法的主要组成部 分；

图2a、2b表示纸幅的不同灰分剖面；

图3示意性地表示出用于生产SC-A纸和SC-B纸的设备的一种师范性 的实施方式；

图4示意性地表示出双层筛成型器的一种师范性的实施方式；

图5示意性地表示出双层筛成型器的另一种师范性的实施方式；

图6表示纤维料幅的不同的特性横断面图；

图7示意性地表示出一种SC在线方案；以及

图8表示安装一高效干燥装置的情况。

附图标记清单

10 上料器

12 成型单元

14 压制段

16 干燥段

18 在线砑光机

20 卷取机

22 设备、造纸机

24 高真空度抽风机

26 成型辊

28 上筛

30 抽吸元件、成型抽风机

32 下筛或支承筛

34 成型箱

36 吸湿器

38 筛吸辊

40 靴状辊

42 上毡

44 下毡

46 传送带

48 冷却辊

按照本发明的方案可以尤其以例如在图1中所示的这样一种已知的用 于SC-A纸和SC-B纸的生产过程为基础。

据此，所涉及的生产方法或所涉及的造纸机由下列过程或设备部分组 成：上料器10、成型单元12、压制段14、干燥段16、在线砑光机18和卷 取机20。

与LWC生产过程相比，这种方法尽管因为不使用涂刷机组而成本低， 但是在高生产率情况下达到的质量还不能满足于对良好的凹版印刷适应性 的要求。虽然这可以通过改进原料供给(更昂贵的原料)和减低造纸机速度加 以优化，然而这些措施提高了生产成本并因而提高了纸的价格。因此本发 明的目的还在于提供优化SC-A纸和SC-B纸生产过程的措施，以达到前言 所述的目的。

因此本发明一个重要的方面是使用尽可能便宜的原料生产SC-A纸或 SC-B纸。使用的这种原料有利地由0-25％高质量的纸浆、0至50％木材纤 维和/或热机械纸浆TMP(thermo mechanical pulp)以及25至35％无机填料(例 如高岭土、TiO2、CaCO3、PCC)等组成。

重要的是，昂贵纸浆尽可能低的份额，采取按照本发明的措施在设计 生产方法时可以减少昂贵纸浆的有利DIP。

随着纸浆份额的降低而减小了纸幅的强度。通常纸幅的强度潜能尤其 在提高速度和生产率时甚至提高，以降低在更高的速度下由于纸幅承受更 大负荷而出现纸幅断裂的危险。

因此，按照本发明的措施特别有利地在速度V＞1500m/min，尤其V＞ 1650m/min和优选地V＞1700m/min时产生效果。

采用按照本发明的方案，在高生产率和低成本的同时达到非常好的纸 质量。所生产的纸应有平滑度＜1.4μm，优选地＜1.2μm PPS(Parker Print Surf Test)。这尤其对于在凹版印刷法中达到良好的可印刷性是重要的。

纸的光泽相宜地应该≥47％(按Lehmann75°测量)。光泽作为反射特性的 度量尤其对于终端顾客例如广告印刷品的读者的印象影响起重要作用以及 最终对于纸的市场销售效果是重要的。此外，白度(按ISO测量)的质量参数 相宜地应该大约在64％至68％范围内，以及尤其大于66％。原则上还可以 设想加入规定填料。

若研究凹版印刷法的过程，则重要的是将纸幅尽可能均匀地放置在凹 版印刷模上以及即使对于小的面积部分也尽可能以均匀的压力与着小盘 (Farb-Napfchen)接触，以便将印刷墨均匀地转移到纸上。在这方面尤其对于 至少纸幅表面附近的层提出了可压缩性或弹性以及可变形性的要求。不过 总体上过高的可压缩性对于砑光过程却是有害的，因为加重了黑饱和(纤 维断裂、白度降低)的危险。因此应保持可压缩性不变。为了即使在砑光后 仍获得尽可能高的纸幅刚性，纸幅必须有弹性特性，以避免紧缩以及因而 避免体积损失。

对于可压缩性或弹性还没有建立标准的测量方法。

纸张的结构沿厚度方向(Z方向)应几乎是对称的。

值得注意的是，采取按照本发明的措施不仅提高了纸幅质量值的平均 水平，而且改善了质量参数的横断面和纵断面图。由此减小低质量纸或甚 至废品的比例。尤其在高速时纸幅的边缘是特别有问题的区域。

图2a和2b表示纸幅的不同灰分断面。

图3示意性地表示用于生产SC-A纸和SC-B纸的设备的一种师范性实 施方式，在本实施方式中涉及一种SC在线方案。

由图3可以看出，设备或造纸机包括上料器10、成型单元12、压制段 14、干燥段16、在线砑光机18和卷取机20。

所述生产方法包括下列工艺步骤：

将纤维材料悬浮液通过上料器10送往成型单元12，其中，上料器10 本身沿宽度观察具有分区控制稠度的入流。由此可以非常准确地调整面积 重量的横断面。这尤其对于砑光和/或釉光整理过程是重要的，在此过程中 厚度横断面必须处于狭窄的界限内。另外，上料器10的至少其中一个分区 沿高度，亦即沿Z方向，可以设计为能够分区和沿Z方向供给附加的填料。

尤其这样一些设计也是有利的，即，在这些设计中，可以将材料沿横 向(X方向)看导入到上料器10中的边缘区内和/或沿Z方向看导入到上料器 10中的纤维材料悬浮液的上层和下层内。

因此，例如沿X方向和沿Z方向的灰分断面鉴于可印刷性可以修正或 调整(参见图2b)。

在上料器10后面的成型单元12优选地设计为间隙式成型器或双层筛 式成型器。这在原则上可以实现纤维材料悬浮液向两侧脱水，并因而构成 沿Z方向建立对称的纸张结构的前提条件。

此外，作为附加的措施例如还可以设想应如此控制脱水，即，使脱出 的水量向上和向下，亦即通过上筛和下筛，至少大体上同样多。为此，直 接在排出通道或管道内测量脱出水的体积流量，或间接地例如通过对在双 层筛区域内要脱水的悬浮液或所形成的纤维料幅的层高和/或层厚的测量来 测定脱出水的体积流量。

向上脱出的水量Qos与向下脱出的水量Qus的关系例如为： Qos＝Qus±10％·Qus，尤其是Qos＝Qus±5％和优选地Qos＝Qus±2％。

图4和5示意性地表示出用于生产SC纸的双层筛式成型器的师范性实 施方式。

对于对称的纸张结构而言重要的是吸水或脱水元件优选地交替排列。 尤其可以使用分区段的脱水元件。按照图4的实施方式涉及一种带有可调 整的成型板条和一个所谓D单元的滚片式间隙成型器 (Rollblade-Gapformer)。此外，在图4中还可以看到两个高真空度抽风器24。 在这里可尤其采用一种所谓的干含量调整(Trockengehaltsregelung)，它尤其 可以涉及通过分区脱水元件实现一种湿度横断面调整。其中，例如借助红 外传感器当场测量料幅的湿度以及通过调整单元改变抽风器的真空度，以 达到湿度额定值。

在按照图5的实施方式中，一个成型辊26处于上筛28内，随后一个 尤其通过成型抽风器构成的抽吸元件30处于下筛或支承筛32内。在上筛 28内还有一些带一吸湿器36的成型板条24。在下筛32内还可看到高真空 度抽风器24。此外，在下筛32内还可看到一个筛吸辊38。也可以设想， 筛吸辊38的抽吸作用由在后面的抽吸箱提供。在这种情况下抽吸辊设计为 实心导辊。

本发明人认识到，必须在成型单元12内已经采取措施，才能例如达到 良好的平滑度横断面。应当清楚地认识到，料幅的干含量在成型器后应＞ 18％且优选地＞20％，以便能在成型单元12之后已经达到一种没有湿度峰 值的良好的湿度横断面。这一点这样达到，即，在入筛区内，亦即在下筛 或支承筛的回路内，必须通过装入一个附加的带有例如8至13个缝隙的抽 吸元件或者通过将其中一个抽吸元件增多到尤其超过13个以及优选地为14 至18个抽吸缝来强化脱水。尽管在这里增强了筛的磨损和增大了所需的驱 动功率，但是这一措施基于由此改善的纸的质量因而是值得采用的。抽吸 元件被施加例如6至7kPa的真空度。为了造成纸幅尽可能小的孔隙率，必 须柔和地实施脱水，这可以通过遵守最大脱水压力的一个上限来达到。此 上限可例如约为7kPa。

例如结合图4已论及一种可能的湿度横断面调整。湿度横断面的改变 例如可以通过在高真空抽风器24的区域内对湿度横断面调整或控制的方法 来实现。借助于“NIR”测量仪(红外测量仪)既测量湿度横断面也测量湿度值， 以及然后通过调整第一和/或第二高真空度抽风器24的真空度值和/或通过 在第一和/或第二高真空度抽风器24内分区地调整真空度，可以按期望的方 式调整湿度横断面。

还可以设想例如由两个按照筛吸辊的抽吸元件组合成一个抽吸单元， 该抽吸单元具有沿机器运行方向的两个区，其中第一区可以在约40至60kPa 的平均真空度范围内工作，以及第二区可以作为在约55至70kPa的范围内 工作的真空区。

这两个区应能按选择地(第一区或第二区)沿机器横向实施真空度的分 区调整和控制，以便能调整湿度基弧或局部湿度峰值。

对下一个工艺区段、亦即压制段进行恰当的设计具有重要意义。首先 重要的是全面支承纸幅，也就是说至少基本上没有自由牵引地将料幅从成 型单元12通过压制段14导引到干燥段16。由此避免料幅边缘过度伸展。

与此同时必须为进一步的生产步骤在有关湿度横断面和有关光泽水平 和平滑度水平方面创造良好的前提条件，因为这些参数又会影响涉及纸质 量的砑光机工作能力。

压机方案，即由两个串联的靴状压模组成的(例如参见图3)“Tandem Nipco Flex-压机”提供了满足这些要求的良好前提条件。

本发明人认识到，压机必须将纸幅脱水至干含量≥50％。优选地≥52％。 只有这样，湿度横断面才能在砑光机后达到用于均匀的平滑度横断面的品 质和质量(参见图6)。

为了在干燥段16前修正湿度横断面，也可以在至少一台压机内使用带 有分区压制系统的挤压靴(基弧调整+局部修正性调整)。这例如可以在纸幅 内在具有湿带的地方局部(沿横向看)更强地挤压。

此外，可以在压制段14内为修正湿度横断面使用一个可按区域调整的 蒸汽干燥装置。它可以例如包括至少一个蒸汽喷吹箱和/或一个蒸汽湿润器。 它们可分区调整。局部润湿强度和/或脱水强度可以借助一调整和/或控制电 路在接通横断面湿度测量装置的情况下调整。与喷嘴湿润器相比，蒸汽喷 吹箱的优点是不增大湿度，而是通过在辊隙前加热料幅来更有效地脱水， 并因而可以达到更高的干含量水平。优选地，修正装置仅使用于精修正， 因为纸幅被湿润并因而违背干含量≥52％的要求。这尤其在压制后对于高的 所谓的“初始湿态强度”也是重要的。这一强度越高，纸幅越能承载或边缘开 裂的危险越小以及抢购能力(Runability)越好。

迄今提出要求保护的措施的目的都在于要有良好的横断面，而按照本 发明通过设计压制段14还影响平滑度和光泽水平以及双面性等质量参数。

本发明人认识到，尤其在第一个辊隙内使用双层毡以及在第二个辊隙 内在靴状辊侧使用一层毡和在对辊侧使用传送带时，必须改变经由压制段 14的脱水过程，以便一方面获得≥52％的干含量以及另一方面对于平滑度和 光泽获得良好的值并因而获得良好的可印刷性。

第一个辊隙的脱水功率必须大于第二个辊隙的脱水功率。

在辊隙内向上和向下的脱水强度必须彼此协调并按这样的要求选择， 即，使沿Z方向的灰分分布尽可能对称。只有这样才能在可印刷性方面达 到小的两面性。这还伴随着这样的要求，即不仅表面结构(地貌)或粗糙度而 且纸幅上下侧的孔隙率按理想是一致的。与迄今的观点相反，按照这种观 点粗糙度仅取决于压机内与纸幅接触的元件的粗糙度(毡粗糙，传送带光 滑)，而本发明人认为，还可以通过控制在压制段14中第一和第二辊隙内的 脱水方向和脱水功率并因而通过移动和/或影响灰分Z断面，强烈地影响例 如纸幅侧面的平滑度或表面结构。这尤其适用于高填料含量的纸张(填料含 量＞20％)。在第一和第二辊隙内的脱水功率(Arbeitsfenster-工作窗)必须比 在较少填料的纸张品种时大和更加可变通。这尤其涉及第一和第二辊隙之 间的脱水功率之比以及向上和向下的脱水功率之比。

靴状辊(在这里表示为上辊)和/或带槽和/或盲孔的下辊的挤压套 (Pressmntel)的储存容积必须比在生产填料较少的纸张时的大。靴状辊挤压 套的储存容积应＞250ml/m2，尤其＞340ml/m2以及优选地＞420ml/m2，其中， 敞开的表面恰当地应在29与40％之间。

在两个辊隙的压机构型中，存在取决于过程的在第一与第二辊隙之间 的任务分配。第一次挤压负责纸幅的主脱水，以及第二次挤压负责剩余脱 水、湿度横断面修正以及对称的纸张特性。

第一次挤压的总脱水量可例如在每米工作宽度约200至300l/min的范 围内。

第二次挤压的脱水量在用传送带时尤其在约50至125l/min·m的范围内 以及在用第二个下部毡时在约75至175l/min·m的范围内。

这些作为举例的数值适用于速度＞1500m/min的范围，它们大体与速度 成正比地增大。

由此按照本发明应导出在第一台压机内挤压套的储存容积应尤其＞ 340ml/m2，以及优选地＞420ml/m2。

在压机内挤压套的储存容积可尤其＞340ml/m2，以及优选地＞ 380ml/m2。

按照迄今的观点尤其取决于在第二辊隙内毡和传送带不同的粗糙度造 成的明显的粗糙度两面性，按照本发明可以采取措施克服，即，在第一个 辊隙内朝传送带一侧的方向提高脱水功率，以增加在这一侧的结构密度。 因为在第二辊隙内的脱水仅朝向另一侧(毡侧)进行，所以重新将这种增高降 低到这样的程度，即，使得在压机末端存在一种均匀的结构密度。

因此有意义的是，在第一和第二辊隙内不对称地实施脱水，以获得对 称的纸张特性。

传送带优选是不透水的。通过在第二辊隙内使用局部透水的传送带， 可以减小或甚至避免在第一辊隙内脱水的非对称性。

下面列举一些向上方的脱水量与向下方的脱水量之间比值的例子：

第一辊隙：

$\frac{Q_{\mathrm{oben}}}{Q_{\mathrm{unten}}}=\frac{140-175l/\min ·m}{70-125l/\min ·m}=1.2÷2.3$

有传送带的第二辊隙：(例如在V＝1500m/min时)

$\frac{Q_{\mathrm{oben}}}{Q_{\mathrm{unten}}}=\frac{50-125l/\min ·m}{0l/\min ·m}$

带有局部透水的传送带的第二辊隙：

$\frac{Q_{\mathrm{oben}}}{Q_{\mathrm{unten}}}=\frac{45-90l/\min ·m}{10-30l/\min ·m}=1.33÷8$

用下毡取代传送带的第二辊隙：

$\frac{Q_{\mathrm{oben}}}{Q_{\mathrm{unten}}}=\frac{45-80l/\min ·m}{45-80l/\min ·m}=0.56÷1.77$

下列本发明的思想基于不对称的尤其向上方脱水的现象：

基于将纸幅用抽吸辊从成型器的上毡上取下的事实，在一侧通过毛细 管作用进行一种向上方的初始的水输送，以及在另一侧所述下毡带动空气 边界层，然后空气边界层在辊隙前形成背压并因而在物理学上有限地引起 优选地向上方的辊隙脱水作用，尽管挤压套的(例如340至420ml/m2)储存容 积小于压辊的例如660ml/m2的储存容积。这一情况导致一种不希望的向上 强烈的脱水(见上面的数值)。

只能通过下辊有相应的槽并与一种盲孔图案相结合的新型设计表面达 到明显地增强向下方的脱水。

由此，将所述储存容积提高到＞1100ml/m2和将所述敞开的表面从22 增大到40％(参见本申请人的德国专利申请PC 11665DE：官方的文件登记 号码：DE 10330966.7，2003年7月8日)。

可以附加地通过在下毡内第一辊隙前设置一抽吸装置(抽风箱)和/或通 过在第一辊隙内使用抽吸式压辊作为靴状辊的对应作用元件来影响向下的 非对称式的脱水。

减小或消除纸张结构(例如灰分)内剩余不对称性的影响的另一种方法 是，将纸张最终非对称地砑光。将纸幅以这样的方式导引通过砑光机，即， 例如使纸幅的传送带侧多次与砑光机的热辊接触，并因而更强烈地被压平。 这一措施当在第一辊隙内进行脱水的非对称性过小时是有利的，以便在第 二辊隙内在毡侧补偿灰分富集。

当经过压制后纸质量特征的Z断面、尤其灰分断面不对称时，不对称 地砑光是特别有利的。灰分少的一侧例如通过与砑光机的热辊频繁接触较 强地被砑光。

此外，在第一辊隙内在上侧和下侧可以使用具有不同脱水特性的毡。

按照本发明思想有利的是，将干燥段16的始端设计为使纸幅在从加热 面排出前已被至少干燥到60％，优选地＞62％。这例如可以借助一个由具 有用于提高干燥率的气雾采集罩(Impingementhauben)的大尺寸圆筒组成的 装置实现(参见按图8的高效干燥装置的配置)来实现。通过这种更强烈的干 燥来提高纸幅的强度，使得即使在更高的速度下也能避免断裂。

另一种按照本发明的技术方案涉及的难点是，力图直接在砑光机前达 到尽可能高的干含量，以在砑光机前获得良好的湿度横断面并因而在砑光 机后获得良好的光泽/平滑度横断面或更好的平滑度值和光泽值。干含量应 尤其在90％与96％之间。高的干含量也有利于减少通过砑光造成的体积损 失和刚度损失和减少黑饱和度。

然而，在卷绕装置或卷取机20处纸幅干含量必须≤95％以获得良好的 卷取结果又不影响纸幅质量的要求与此目的相矛盾。

对于工艺方面的目标尤其列举如下：

-改善湿度横断面

-由此达到更好的平滑度和光泽横断面

-更好的光泽值和平滑度值

-将黑饱和度减小4个点

-减小经过砑光机、尤其是上釉光砑光机后的纸幅收缩，得到更高的宽 度利用率并因而导致更高的产量。

另外对于技术方案尤其列举如下：

-在经过砑光机后、尤其经过上釉光砑光机后将纸幅冷却到最高纸幅温 度的理想点，由此可在砑光机或上釉光砑光机前将干含量从89％提高到约 90至91％。

通过在砑光过程期间加热纸幅，在砑光机区域内和在从砑光机到卷绕 装置的行程中蒸发和/或汽化纸幅中的水，由此提高干含量。

按照本发明的技术方案现在规定，采取下列措施防止在砑光机与卷绕 装置之间纸幅中的水分蒸发，即，直接在砑光机后冷却纸幅，例如通过至 少一个冷却辊，并由此减小蒸汽压力或干含量。优选地将纸幅冷却约15℃ 从而达到约45℃。

为了得到满意的纸幅质量，卷绕装置或卷取机22有一个直线力控制装 置和用于鼓形柱(Tamboure)的中心驱动装置。优选地，将用于直线力控制装 置的支承滚筒调整为压紧到所述鼓形柱(卷取辊)上。优选地，支承滚筒具有 一种软的涂有橡胶的表面，以便能实现一种保护体积的(volumenschonend) 措施。保持纸幅大的体积并因而还保持纸幅期望的高硬度。图6表示纤维 料幅的不同特性断面。

图7用示意图表示SC在线方案。其中所涉及的装置尤其仍包括上料器 10、成型单元12、压制段14、干燥段16、在线砑光机18以及卷取机20。

由图7可以看出，压制段14包括两个位于上方的靴状辊40、两个上毡 42、一个下毡44以及一条下传送带46。此外，在砑光机18与卷取机20之 间的区域内可看到一个冷却辊48。

按照图8的高效干燥装置的配置例如可由德国专利申请公开说明书DE 19841768A1中获知。它主要包括两个大的抽吸辊50以及三个可运动的撞 击罩。