Procédé de séparation des fibres de bois d'une bille de bois et machine pour la mise en aeuvre de ce procédé La présente invention se rapporte à un procédé de séparation des fibres de bois d'une bille de bois et à une machine pour la mise en oeuvre de ce pro cédé.
On a déjà proposé de déchiqueter des billes de bois à l'aide de meules afin de produire une pâte à papier mécanique formée de fibres de bois, comme cela est décrit dans le brevet suisse No 359019. Se lon ce brevet, les billes de bois devant être trans formées en pâte sont acheminées axialement à tra vers plusieurs postes, où elles sont amenées positi vement en contact avec des meules abrasives appro priées. A chaque poste, la périphérie de la bille de bois est soumise à un effet de meulage mécanique afin de déchiqueter cette bille, de telle sorte que des fibres en soient détachées et qu'elles puissent être utilisées par exemple pour la fabrication du papier.
Le procédé que comprend la présente invention est fondé sur un principe analogue et il permet d'ob tenir un effet de meulage amélioré pour effectuer la séparation des fibres par rapport à la bille de bois, de telle sorte que ces fibres soient produites d'une façon plus économique et soient d'une meil leure qualité pour la fabrication du papier.
Ce pro cédé est caractérisé en ce qu'on soumet simultané ment la surface de la bille de bois à l'action d'un fluide et d'un meulage, qu'on dirige le meulage sur la surface de la bille de bois afin d'exercer une trac tion longitudinale sur les fibres, dans une direction à peu près parallèle à l'axe longitudinal de la bille de bois, et qu'on dirige le fluide sur la couche de fibres superficielle de la bille afin de provoquer le relâchement de ces fibres avant d'effectuer le meu lage.
La machine pour la mise en oeuvre du procédé est caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une meule qui est entraînée positivement en rota tion et montée de manière à attaquer une bille de bois .
le long d'un dispositif transporteur sur lequel cette bille est acheminée longitudinalement à tra vers la machine et en ce que ladite meule est montée et disposée de façon telle que sa surface conique prenne appui sur la périphérie de la bille de bois afin de provoquer une rotation et une avance axiale de cette bille sur le dispositif transporteur, tout en réduisant le diamètre de la bille de bois par un effet de meulage qui sépare les fibres de cette bille par traction.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la machine que comprend l'invention.
La fia. 1 est une vue de profil de ladite forme d'exécution de la machine.
La fia. 2 est une vue d'extrémité prise en regar dant selon la ligne 2-2 en fia. 1, depuis l'extrémité d'entrée de la machine, et vers son extrémité de sortie.
Les fia. 3, 4, 5 et 6 sont des vues schématiques montrant les relations angulaires préférées entre les surfaces des meules coniques et la position de ces meules par rapport à la surface de la bille de bois sur laquelle on agit.
La fi-. 7 montre une variante de dispositif à galets de support et sa relation par rapport à deux postes de meulage voisins.
Dans le brevet précité, les billes de bois à défi- brer pour former la pâte sont introduites axialement dans la machine, de manière à traverser plusieurs zones de défibrage étranglées. Il -semblait jusqu'ici nécessaire de prévoir des organes provoquant une avance positive des billes de bois à travers la machine, afin d'assurer la présentation correcte de ces billes aux meules de travail.
Des recherches ont montré toutefois que des meules de forme conique peuvent être montées dans des positions telles que leurs surfaces de meulage présentent une relation appropriée avec les billes de bois à défibrer, afin que ces billes puissent subir un entraînement en rotation tout en étant soumises simultanément à l'effet de meulage, afin de séparer des billes des fibres individuelles ou des faisceaux de fibres pen dant le passage de chaque bille de bois à travers la machine.
Dans la machine que l'on va décrire on provoque d'abord une compression de la couche de fibres superficielle lorsque la bille de bois est sou mise à l'influence de la meule, puis une décompres sion de cette couche, de sorte que l'une quelconque des solutions chimiques connues, formant solvant, peut être utilisée pour dissoudre les lignines ou autres éléments de liaison de la bille de bois, qui servent à maintenir les fibres réunies.
L'agitation mécanique résultant de la compression et de la décompression de la surface du bois favorise l'action du solvant, qui est amené ainsi en contact intime avec la matière à dissoudre, de sorte que les fibres ne sont plus réunies l'une à l'autre que de façon plus lâche lofsque la meule agit ensuite sur la sur face pour séparer de la bille de bois les fibres qui sont déjà partiellement détachées.
Comme montré sur la fig. 1, les billes de bois sont amenées aux différentes zones de meulage ou de défibrage étranglées 10, 11 et 12, et elles sont sup portées par un transporteur à rouleaux ou galets 13-13, 14-14, 15-15, 16-16 et 17-17, qui est disposé de manière à coopérer avec les billes de bois depuis le dessous.
Les galets de support sont montés à rota tion par paires sur un arbre et sur des paliers appropriés; l'axe de cet arbre étant d'une façon générale parallèle à l'axe de la bille de bois. Comme on le remarquera à l'examen des fig. 1 et 2, cha cune des paires de galets 13-13, etc., est conjuguée à une paire de-galets correspondante, prévue de l'au tre côté de la machine, de manière à former un couloir ou une gouttière qui reçoit les billes de bois, et chaque groupe de galets 13-13, 14-14, etc., est disposé entre deux postes de défibrage, à l'endroit où le diamètre de la bille de bois est constant.
De cette manière, chacune des billes est supportée d'une façon lui permettant de tourner librement autour de son axe longitudinal, et elle peut être déplacée axialement par poussée, à la main ou de façon positive, pour pénétrer dans la première zone étranglée de défibrage de la machine.
Comme expliqué plus en détail plus loin, la meule conique 20 du premier poste attaque la bille de bois dans une position telle que la surface de cette meule présente une relation sensiblement tan gentielle avec la périphérie de la bille de bois, afin de déclencher la rotation de celle-ci autour de son axe longitudinal.
Au fur et à mesure que la surface de la meule entraînée positivement continue de se déplacer sur la surface de la bille de bois, la réac tion complète produite assure une avance axiale de la bille de bois à travers la machine tant que la meule tourne en contact avec cette bille, de sorte que celle-ci glisse le long des galets de support mon tés fous 13-13, 14-14, etc.
La meule est entraînée de toute manière appro priée, par exemple au moyen du moteur M repré senté sur la fig. 2, et elle est montée à rotation dans une tête 21 pouvant coulisser verticalement. La tête 21 est montée sur des colonnettes 22 qui coulissent dans des paliers 23, et elle est réglable verticalement afin d'amener la meule 20 dans la position désirée, formant par exemple la zone étranglée 10. La tête 21 est montée à l'extrémité inférieure d'une tige de piston 24, et des écrous 25 et 26 peuvent être dépla cés sur cette tige 24 et amenés dans la position vou lue, afin de déterminer la position inférieure de la meule 20.
L'extrémité supérieure de la tige de piston 24 porte un piston 30, qui est maintenu normalement appliqué contre la paroi inférieure du cylindre 31, laquelle sert alors de butée, par l'air comprimé admis dans la partie supérieure du cylindre. Cet air comprimé peut être fourni par n'importe quel dispositif approprié, et normalement la meule 20 est maintenue dans sa position inférieure avec une pression suffisante pour obtenir dans la zone étran glée 10 une dimension relativement fixe entre les galets de transporteur 14-14, 15-15 et la face active de la meule 20, de telle sorte que la bille de bois soit comprimée aux points de contact entre la totalité des galets de support et la meule,
tandis que la sur face de cette bille de bois est soumise à l'abrasion et subit simultanément l'effet d'une traction longi tudinale capable d'assurer son acheminement et de séparer les fibres relâchées de la surface de cette bille de bois. Toutefois, si une situation inhabituelle se présente, la meule 20 peut passer par exemple au-dessus d'un point dur existant dans la bille de bois, ou bien si celle-ci présente un faux-rond la meule peut alors être soulevée, tandis qu'une pres- sion.de défibrage continue d'être assurée entre cette meule et la bille de bois par le piston pneumatique supérieur 30.
On comprendra que les meules qui se trouvent dans chaque zone étranglée <B>10, 11,</B> 12, etc., peuvent être supportées par des organes identiques à ceux décrits, et que chaque meule peut être réglée par rapport au transporteur pour être amenée à la posi tion désirée à chaque poste de défibrage différent. Si la machine comporte plusieurs postes de défibra- ges, les meules peuvent être réglées de façon à défi- brer toutes les dimensions de billes de bois, de la plus grosse à la plus petite, au cours d'une seule passe à travers la machine.
Comme montré sur les dessins, la meule conique 20 prévue à chaque poste a un diamètre relativement grand à la base du cône par rapport au diamètre de la bille de bois soumise au défibrage. En outre, la surface de la meule se présente à la bille de bois de façon telle que, si l'on considère la section droite de la bille représentée sur la fig. 3, et si l'on regarde perpen diculairement à l'axe longitudinal de cette bille, la surface conique de la meule soit sensiblement tan gente à la surface supérieure de la bille de bois.
Pour parvenir à ce résultat, l'axe de la broche 40 autour de laquelle la meule tourne fait un angle a par rapport à la verticale, cet angle étant égal à l'angle a (Fig. 4) formé entre la base de la meule et sa face conique.
Afin d'obtenir un effet de meulage positif entre la meule et la bille de bois, la face de cette meule se présente à la bille de bois de façon telle que le diamètre de celle-ci soit réduit lors de son passage longitudinal sous la meule. Des recherches ont mon tré que cette relation est obtenue de façon optimum quand l'axe autour duquel la meule tourne est incliné vers l'extrémité d'entrée de la machine, de préférence selon un angle approximativement égal à la moitié de l'angle a formé entre la face de la meule et sa partie supérieure.
En effet, cette posi tion permet à la bille de bois d'être attaquée dans une commissure formée entre la meule et les galets de support, de telle sorte que la surface de la meule conique exerce une pression contre la bille de bois pour fournir l'effet de meulage désiré.
Des recherches ont montré toutefois que, dans la pratique, l'angle exact selon lequel la broche est disposée n'est pas tellement critique, et qu'il peut varier entre certaines limites pour réduire le degré de meulage exercé sur les bois durs, ou bien que la meule peut être montée de façon à pénétrer plus profondément dans la bille lors du défibrage de bois plus mou.
De même, on peut faire varier la vitesse de rotation, qui ne constitue pas un facteur critique, mais les billes de bois doivent tourner à une vitesse telle que le système présente une inertie suffisante pour entraîner ces billes de bois de façon telle qu'elles conservent sensiblement la même vitesse, même si la meule rencontre des zones plus molles ou des noeuds. Des recherches ont montré également à cet égard que la surface .de la meule doit être appliquée contre la bille de bois par le dispositif décrit précédemment avec une pression uniforme prédéterminée, qui dépend du type de bois soumis au défibrage et de la dimension de fibres désirée.
La vitesse d'entraînement doit donc être déterminée en fonction du degré de pression requis. Le poids nor mal de la meule et de son support, ainsi que la pression d'air engendrée au-dessus du piston ten dent à repousser la meule contre la surface de la bille de bois.
La butée contre laquelle la face infé rieure du piston 30 s'applique sert à déterminer la position relative de la meule, de façon telle que celle-ci ne pénètre normalement dans la surface de la meule que sur une profondeur qui est fonction de la séparation des fibres qui ont pu être relâchées par l'effet de déchiquetage mécanique longitudi- rial obtenu et par l'effet de relâchement qui tend à libérer les fibres pendant les phases de compression et de décompression alternées exercées sur la sur face de la bille de bois lors de sa rotation en pré sence du fluide. Si toutefois la bille de bois présente un faux-rond, ou si l'on rencontre un point dur tel qu'un n#ud comme indiqué précédemment,
la meule continue normalement à effectuer le défibrage dans la même position et, tandis que la bille de bois con tinue de tourner à la même vitesse, sa vitesse d'avance axiale est réduite jusqu'à ce que le n#ud ait été enlevé par défibrage ou jusqu'à ce que le point haut ait été nivelé. Mais l'inertie de la bille de bois tend à l'entraîner axialement vers l'avant, ou bien les billes accumulées derrière la bille con sidérée tendent à la déplacer vers l'avant malgré le n#ud ou le point haut sur lequel passe la meule.
Grâce à cet agencement, la pression correcte est exercée de façon constante entre la meule et la bille de bois, ce qui assure une attaque appropriée de la surface de la bille pour détacher les fibres, sans exercer en même temps un effet de défibrage inad missible qui aurait tendance à briser les fibres plu tôt qu'à les séparer de la bille de bois.
Par suite de l'agitation mécanique produite sur la surface de la bille de bois par les organes décrits précédemment, on constate qu'on peut utiliser avan tageusement une solution acide ou alcaline. Cette solution peut être pulvérisée au moyen de buses sur la surface des meules, afin de les maintenir propres, et elle peut s'écouler ensuite sur la surface de la bille de bois, afin d'attaquer cette dernière.
Par suite de l'effet de relâchement produit par cette phase de dissolution, les fibres ont tendance à se détacher aisément sous l'effet de la traction longitudinale relative exercée par chacune des surfaces des meu les dans le sens axial. Cet effet combiné de relâche ment de meulage expliqué précédemment sépare les fibres de la bille de bois sans provoquer de rupture inadmissible de ces fibres, de sorte qu'on obtient alors des fibres de qualité nettement meilleure.
La mise en place de la surface de meulage coni- que par rapport à la bille de bois et la direction de rotation de la meule fournissent les résultats décrits précédemment. Comme on le voit en se rapportant aux fig. 3, 5 et 6, l'assise de la bille de bois sur les galets de support montés fous permet à cette bille de tourner librement sous l'effet de la meule, qui constitue donc le seul élément de la machine qui est entraîné positivement.
Le contact de la périphérie externe de la meule conique avec la surface supé rieure de la bille de bois est étudié de façon telle que, pendant la rotation de cette bille de bois sous l'effet de l'entraînement exercé par la meule coni que, on obtienne la traction désirée entre la surface de la meule et la bille. Cette traction sépare donc les fibres de la bille de bois et, au cours de cette opération, elle provoque simultanément l'avance axiale de la bille de bois à travers la machine. On a représenté sur la fig. 7 une variante de disposi- tion des galets de support.
Dans ce cas, des paires de galets ou de rouleaux à surface lisse 14', 15', 16' s'étendent d'un poste de défibrage à l'autre sur les côtés opposés des billes de bois. On a constaté égale ment que des résultats optima sont obtenus quand le galet de droite (en regardant la fig. 3) est centré sur un axe qui se trouve à un niveau supérieur à celui du galet qui supporte le côté gauche des billes de bois.
Suivant une variante de la machine, les galets 15-15, 16-16, etc., que montre la fi-. 1 peuvent être munis d'une surface rainurée qui tend à retarder l'effet d'avance axiale des billes de bois à travers la machine. Ce rainurage agit également sur la sur face de la bille de bois qui est appliquée contre les rainures, afin de favoriser l'effet de la solution chi mique mentionné précédemment, et on peut utiliser par exemple ces galets pour supporter les bois les plus durs devant être transformés en pâte.
La rotation de la meule conique, combinée au mouvement des galets montés fous, assure une coor dination automatique de la production de la pâte avec le mouvement de la bille de bois, grâce à son propre effet d'entraînement, et le contact est étudié de manière à réduire l'effet de meulage au mini mum tout en exerçant une force de traction maxi mum, afin de séparer les fibres de la surface de la bille de bois et d'assurer l'acheminement de celle-ci jusqu'à la zone de défibrage suivante.
La périphérie de la bille de bois est ainsi réduite d'une façon héli coïdale jusqu'à la profondeur désirée dans une même zone étranglée, et l'effet de meulage peut être reproduit sur la surface de la bille de bois aux postes de défibrage successifs 10, 11, 12 et en des postes additionnels si cela est nécessaire, jusqu'à ce que sensiblement la totalité de la bille de bois ait été réduite en pâte.
Pour la mise en marche de la machine repré sentée sur la fig. 1, on assure l'entraînement des meules 20 et les billes de bois, dont l'écorce a d'abord été enlevée et qui doivent être réduites en pâte, sont placées sur les galets 13-13 du transpor teur, afin d'être acheminées longitudinalement pour pénétrer dans la première zone de défibrage étran glée 10.
Lorsque les billes de bois sont transférées des galets 13-13 aux galets 14-14, l'extrémité avant de la bille de bois parvient sous la face inférieure de la première meule 20, et cette bille de bois com mence immédiatement à tourner sous l'influence de la meule, comme cela est mieux visible sur les fig. 3 et 5.
A ce moment, la bille de bois repose sur le groupe de galets 14-14, qui sont disposés aussi près que possible du poste de défibrage, afin de supporter efficacement la bille de bois et, étant donné que celle-ci tourne sous l'influence de la meule, une nouvelle surface de la bille de bois est présentée à chaque - instant à la meule.
Dans cer tains cas, tandis que l'extrémité de la bille de bois passe sous la meule et traverse l'intervalle demeu rant entre les galets 14 et 15, l'extrémité de la bille reposant sur les galets 13-13 peut être maintenue vers le bas par un galet occupant une position appropriée et supporté élastiquement, afin d'empê cher l'extrémité libre de la bille de bois d'être sou levée à l'écart de sa position correcte sur les galets du support 13-13.
Des galets de maintien de ce type peuvent être disposés entre chaque paire de zones de défibrage si cela est nécessaire, mais les postes de défibrage sont de préférence suffisamment rappro chés pour qu'une bille de bois soit attaquée simul tanément par deux meules au moins, de sorte que des organes de maintien ne sont pas requis aux pos tes intermédiaires.
Outre la rotation de la bille de bois, la meule 20 agissant sur la surface de cette bille provoque éga lement son déplacement axial jusqu'au groupe sui vant de galets de support 15-15. L'effet combiné de roulement et d'avance axiale est tel que la totalité de la surface périphérique de la bille de bois est ainsi soumise à l'action de la meule 20, de sorte que la couche superficielle de cette bille est transfor mée en pâte par l'effet de meulage et de traction exercé par la meule sur la surface de la bille de bois, les fibres étant séparées par la traction qui s'effectue selon une composante de la rotation de la meule, de la rotation -de la bille de bois, et de l'avance axiale de cette bille.
On remarquera que les galets 15-15 qui sont montés afin de recevoir la bille de bois provenant du premier poste de défibrage sont réglés de manière à coopérer avec le diamètre réduit de la bille de bois quittant le poste de défibrage 10, et la bille ainsi défibrée repose sur ces galets dans une position telle que son axe soit sensiblement hori zontal au cours de son acheminement longitudinal à travers la machine jusqu'au second poste de défi- brage 11.
La longueur des billes de bois introduites dans la machine n'est pas critique, étant donné que les meules sont toutes entraînées de manière à four nir la même vitesse de rotation des billes en fonc tion du diamètre de la bille qui se trouve à un poste particulier. La bille de bois se déplace de façon con tinue à travers la machine pour parvenir aux postes de défibrage successifs 11, 12 servant à transformer cette bille en pâte de la manière indiquée précé demment.
On conçoit ici que la bille de bois peut être sou mise à l'action d'un solvant chimique à chaque poste de défibrage au cours de la production de la pâte. La pression de la meule sur la bille de bois reposant sur le transporteur produit des zones localisées dans lesquelles la surface de la bille est agitée afin de favoriser l'action du solvant chimique qui parti cipe au relâchement des fibres ; de sorte que celles- ci peuvent être séparées plus aisément de la surface de la bille de bois aux différents postes de défibrage, à un état relativement intact.
La solution chimique vient baigner la bille de bois au cours du défibrage, de sorte qu'il se forme une bouillie de pâte dans les conditions les plus avantageuses. En outre, la solution elle-même peut être pulvérisée sur les surfaces des différentes meu les, afin de les maintenir propres et d'empêcher que l'une quelconque des meules puisse brûler la sur face de la bille de bois.
Des recherches ont montré que ce mode de défi- brages fournit une pâte de qualité inhabituelle, avec une dépense d'énergie minimum. Ceci est vrai en particulier quand on combine l'action d'un solvant au processus de défibrage.