ES2631186T3 - Cuchilla de crepado revestida de cermet de larga duración - Google Patents

Cuchilla de crepado revestida de cermet de larga duración Download PDF

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Abstract

Cuchilla para crepado de una banda de papel a partir de una superficie de cilindro Yankee, comprendiendo dicha cuchilla un sustrato de acero que tiene un espesor de 0,7 mm a 2 mm, en la que el sustrato de acero tiene un filo de trabajo adaptado para el contacto con la indicada superficie y una zona de impacto de banda sobre la cual la banda impacta durante el crepado, en la cual al menos el filo de trabajo está provisto de un revistimiento de cermet, caracterizada porque el revestimiento de cermet comprende carburos de cromo y carburos de tungsteno en una matriz de metal a base de níquel y porque el revestimiento de cermet tiene una porosidad de <2% en volumen y una dureza de 1100 HV0,3.

Description

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DESCRIPCION
Cuchilla de crepado revestida de cermet de larga duracion
CAMPO TECNICO
La invencion se refiere a una cuchilla de crepado para la fabricacion de tisues y productos de papel relacionados. La cuchilla de crepado dispone de una banda de acero endurecido con resistencia al desgaste mejorada mediante la aplicacion de un revestimiento fino de cermet, usando una tecnica de recubrimiento por pulverizacion termica.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
En la industria del papel, se usan cuchillas de crepado para la fabricacion de tisues y otros productos de papel relacionados. Las cuchillas de crepado pueden estar hechas de diferentes materiales tales como bandas de acero al carbono, bandas de acero para herramientas, materiales compuestos y polfmeros. Ademas, pueden aplicarse diferentes tipos de revestimiento mediante recubrimiento por rociado termico para reforzar el filo de trabajo de la cuchilla de crepado tal como se describe en el documento US 7,244,340 B2.
Las cuchillas revestidas de ceramica son las cuchillas de crepado elegidas en muchas fabricas de tisues debido al hecho de que aportan una dureza relativamente alta y por lo tanto resistencia al desgaste, pero al mismo tiempo pueden soportar las altas temperaturas que resultan del funcionamiento en contacto con un cilindro “Yankee” rellenado con vapor. Ademas, no son sensibles a uno de las principales causas de desgaste que limita la vida util de las cuchillas de acero, es decir, el desgaste adhesivo. La vida util de las cuchillas de crepado revestidas de ceramica es mas larga incluso que la de las mejores cuchillas de acero endurecido, pero aun no es suficientemente tan larga como se requiere para las eficientes fabricas modernas de tisues. Esto puede deberse a limitaciones respecto de la dureza que se puede conseguir con los recubrimientos ceramicos y tambien por la relacion entre dureza y resistencia, en la que los revestimientos extremadamente duros pueden ser propensos a desprenderse del filo de trabajo de la cuchilla.
Un inconveniente adicional de las cuchillas de crepado revestidas de ceramica es el hecho de que generalmente se depositan mediante un proceso de pulverizacion de plasma y, por lo tanto, necesitan una capa de union suave tal como Ni-Cr. Durante la vida de la cuchilla, a medida que avanza el desgaste, esta capa de union puede quedar expuesta en la superficie sobre la que la banda impacta durante el crepado, lo que lleva a la necesidad de realizar ajustes en la configuracion de la maquina para mantener la calidad del papel.
El documento GB 2 128 551 A describe una cuchilla de crepado segun el preambulo de la reivindicacion 1. DESCRIPCION DE LA INVENCION
Un objeto de la presente invencion es proporcionar una cuchilla de crepado recubierta que proporcione una mayor vida util en las aplicaciones de fabricacion de tisues que las cuchillas de crepado con revestimiento ceramico existentes debido a sus propiedades mejoradas de resistencia al desgaste y anti-desconchado. Un objeto adicional es proporcionar una cuchilla de crepado recubierta que produzca tisu con una alta calidad de papel y con una minima necesidad de que los operadores de la maquina modifiquen progresivamente las condiciones operativas.
La invencion se define en las reivindicaciones.
DESCRIPCION DETALLADA
Las cuchillas de crepado revestidas de ceramica han alcanzado amplia aceptacion en la industria de fabricacion de tisues porque generalmente ofrecen una buena vida util a la vez que son compatibles con la mayona de los cilindros Yankee. En las industrias relacionadas, las cuchillas revestidas de carburo de tungsteno se han preferido a las cuchillas revestidas de ceramica debido a su resistencia superior al desgaste. En la fabricacion de tisues, el uso de cuchillas de carburo de tungsteno ha sido limitado por el temor a los danos que se producen en los cilindros Yankee. Prevenciones adicionales con respecto al uso de cuchillas revestidas de carburo de tungsteno en aplicaciones de crepado van referidas a su capacidad para resistir las temperaturas mas altas que necesitan ser soportadas por una cuchilla de crepado. Aunque los recubrimientos de carburo de tungsteno funcionan bien en aplicaciones en las que los mecanismos principales de degradacion son el desgaste abrasivo o la erosion de lechada, su funcionamiento en circunstancias en las que el desgaste adhesivo es uno de los principales mecanismos de degradacion no esta ampliamente documentado. El desgaste adhesivo (micro-soldadura) es conocido por ser el principal mecanismo de degradacion de las cuchillas de acero en contacto con los cilindros Yankee.
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En un intento por superar la limitada resistencia del carburo de tungsteno a las altas temperaturas, los inventores buscaron soluciones de recubrimiento alternativas relacionadas. Sorprendentemente, se encontro un revestimiento de cermet del que se destaco que tema una temperatura de servicio maxima de 700°C, conservando no obstante una dureza por encima de HV03 1000. Ademas, el revestimiento de cermet identificado tema un volumen relativamente bajo de matriz metalica (entre 15 y 20% en volumen), para minimizar el riesgo de que el revestimiento sufriese desgaste adhesivo durante el contacto prolongado con un cilindro Yankee.
Los ensayos iniciales de pulverizacion de HVOF usando los parametros de pulverizacion del fabricante para el polvo detallado en la presente invencion tuvieron exito en la produccion de un recubrimiento denso (<2% de porosidad) con una dureza inesperadamente alta excediendo HV0,3 1100. Ademas, las pruebas de adhesion y resistencia general del revestimiento revelaron que superaba algunas de las limitaciones presentadas por los revestimientos ceramicos.
Un desarrollo adicional de los parametros de pulverizacion condujo a mejoras tanto en la porosidad como en la dureza sin reduccion significativa de la resistencia. Los niveles de dureza en el recubrimiento optimizado fueron de un promedio HV03 1250 y la porosidad fue inferior al 1,5%. El revestimiento resultante se pudo pulverizar en la geometna requerida para aplicaciones comunes de crepado con un alto grado de estabilidad dimensional y sin evidencia de descascarillado en el filo de trabajo ni en ninguna otra zona.
El analisis del recubrimiento de cermet mediante SEM/EDS revelo la siguiente composicion qmmica:
Elemento
Composicion semi-cuantitativa del recubrimiento (% en peso)
Co
3
Cr
40
C
9
Ni
10
Fe
0,4
W
35
Debe observarse que el analisis SEM/EDS es semicuantitativo e implica cierta imprecision, en concreto para los elementos ligeros. El analisis medido para el carbono es, por lo tanto, impreciso y solo se proporciona con fines de exhaustividad.
El revestimiento de cermet de esta invencion se puede aplicar mediante cualquier procedimiento de recubrimiento por pulverizacion termica, es decir, plasma, HVOf o HVAF, o cualquier combinacion de uno o mas de ellos. El metodo optimo de deposicion encontrado para este revestimiento fue HVOF.
El tamano de partfcula del polvo y el metodo de fabricacion del polvo desempenan un papel significativo en el logro de los bajos niveles de porosidad necesarios para proporcionar la dureza optima para esta aplicacion.
La resistencia al desgaste y, lo que es mas importante, el efecto del contacto prolongado con un cilindro Yankee, se evaluaron llevando a cabo pruebas en una plataforma de ensayo de desgaste a pequena escala disenada para simular el proceso de crepado. Despues del contacto prolongado, las marcas en el cilindro del simulador de crepado eran de un nivel similar a las marcas que se producen despues de una exposicion de duracion similar usando una cuchilla de acero de referencia estandar. Estos resultados dieron a los inventores la confianza para proceder a ensayos completos en fabricas de tisues.
EJEMPLOS
Ensayos en fabricas de tisues
Una serie de cinco cuchillas de esta invencion con un recubrimiento a base de polvo WOKA 7502 de Oerlicon Metco, se ensayaron en una fabrica de tisues que utiliza rutinariamente cuchillas de crepado de revestimiento ceramico tradicionales. Los parametros del ensayo fueron los siguientes:
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Parametro
Valores de ensayo
Calidad de papel
Blanqueado Virgen fibra 16,3 g/m2
Humedad de la bobina SP
6,0%
Suministro
94% de fibra corta: 6% de fibra larga
Velocidad Yankee
1800 m/min
Velocidad de la bobina
1332 m/min
Ratio de crepado
28%
Carga lineal de la bobina
8-9 MPa
Presion de vapor Yankee
4.9 Bar
Temperatura de los calentadores de
Humedo: 399°C
condensacion
Seco: 399°C
Presion de la cuchilla
4 Bar
Saliente de la cuchilla
26 mm
Angulo de contacto de la cuchilla
FS: 23,7°/ DS: 23,3°
Tendencia a la vibracion
Baja y estable (825-880 mg)
Tendencia al desconchado
Ninguna
Tendencia al chatter
Ninguna
Presion de la bomba de pulverizacion
4 Bar
Temperatura de pulverizacion
51 °C
Se llevo a cabo una vigilancia de la vibracion durante el ensayo para verificar la estabilidad de la interaccion entre la cuchilla y el cilindro Yankee. La supervision continua de las vibraciones revelo resultados excelentes y consistentes a lo largo de la vida util de la cuchilla. Los niveles de vibracion medidos fueron ligeramente mas bajos y mas consistentes en comparacion con las anteriores cuchillas revestidas de ceramica, segun el personal de la fabrica. Los resultados de la vibracion indican chatter cero o insignificante.
Se analizo la calidad del papel del tisu producido y se encontro que estaba dentro del rango aceptable. Despues de la afinacion inicial del proceso en el primer rollo de papel, solo se hicieron cambios menores en la proporcion de crepado y de MD/CD durante el ensayo para mantener esta calidad de papel. La acumulacion de revestimiento y papel en la parte posterior de la cuchilla parecfa ser minima para la vida de la cuchilla, lo que daba excelentes resultados de crepado.
La primera cuchilla de prueba duro un penodo de tiempo que correspondio al 153% de la vida media de una cuchilla de crepado revestida de ceramica y al 134% de la vida util de la cuchilla de crepado revestida de ceramica que se uso inmediatamente antes del ensayo. La cantidad de rotura de hojas durante el ensayo fue minima y aceptable para el personal de la planta. El examen de la primera cuchilla de prueba al retirarla debido a una rotura de la hoja que no estaba relacionada con el rendimiento de la cuchilla, revelo que habna sido posible usar la cuchilla durante un penodo de vida adicional.
Otras cuchillas de prueba realizadas de una manera similar a la primera cuchilla superan ampliamente las expectativas en vida util, con una calidad de papel aceptable y minima evidencia de vibraciones.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Cuchilla para crepado de una banda de papel a partir de una superficie de cilindro Yankee, comprendiendo dicha cuchilla un sustrato de acero que tiene un espesor de 0,7 mm a 2 mm, en la que el sustrato de acero tiene un filo de trabajo adaptado para el contacto con la indicada superficie y una zona de impacto de banda sobre la cual la banda impacta durante el crepado, en la cual al menos el filo de trabajo esta provisto de un revistimiento de cermet, caracterizada porque el revestimiento de cermet comprende carburos de cromo y carburos de tungsteno en una matriz de metal a base de mquel y porque el revestimiento de cermet tiene una porosidad de <2% en volumen y una dureza de 1100 HVq,3.
  2. 2. Cuchilla segun la reivindicacion 1, en la que el revestimiento de cermet tiene un contenido de carburo de cromo que es mas alto que el contenido de carburo de tungsteno.
  3. 3. Cuchilla segun la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, en la que el revestimiento de cermet tiene un contenido de carburo de cromo en el rango de 35% a 60% en peso.
  4. 4. Cuchilla segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el revestimiento de cermet tiene un contenido de carburo de tungsteno en el rango de 25% a 45% en peso.
  5. 5. Cuchilla segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la matriz metalica del revestimiento de cermet esta en el rango de 15% a 20% en % de volumen.
  6. 6. Cuchilla segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la matriz metalica del revestimiento de cermet tiene la siguiente composicion en peso:
    Co 18% a 25%
    Fe 0,5% a 5%
    opcionalmente
    Cr 0,1% a 10%
    Ni y el resto de impurezas.
  7. 7. Cuchilla segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho revestimiento se aplica mediante una tecnica de pulverizacion termica.
  8. 8. Cuchilla segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el revestimiento de cermet tiene una dureza media de entre HVq,3 1200 y HVq,3 1400.
  9. 9. Cuchilla segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el espesor del revestimiento de cermet en el filo de trabajo de la cuchilla esta en el rango de 120 a 300 pm.
  10. 10. Cuchilla segun la reivindicacion 9, en la que el espesor del revestimiento de cermet en el filo de trabajo de la cuchilla esta en el rango de 200 a 300 pm.
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  11. 11. Cuchilla segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que no hay capa de union entre el sustrato de acero y el revestimiento de cermet.
  12. 12. Cuchilla segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el sustrato de acero tiene un bisel pre- molido, sobre el que se deposita el revestimiento de cermet.
  13. 13. Cuchilla segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el sustrato de acero tiene un espesor en el rango de 0,75 a 1,50 mm, preferiblemente en el rango de 0,8 a 1,30 mm.
  14. 14. Cuchilla segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el sustrato de acero tiene una anchura en el rango de 50 a 150 mm, preferiblemente en el rango de 75 a 120 mm.
  15. 15. Cuchilla segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el revestimiento de cermet tiene una porosidad <1,5% en volumen, preferiblemente <1% en volumen.
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