ES2863430T3 - Procedimiento para el tratamiento de la superficie de una máquina Yankee de acero - Google Patents

Abstract

Procedimiento para tratar un cilindro Yankee, en donde el cilindro Yankee presenta una envuelta del cilindro de acero con una estructura ferrítica-perlítica, en donde la superficie exterior de la envuelta del cilindro se trata térmicamente con un rayo láser y se endurece de esta manera, caracterizado porque la superficie se calienta mediante el rayo láser hasta una temperatura de entre 800 ºC y 900 ºC, y el enfriamiento de la capa austenitizada permanece por debajo de la velocidad de enfriamiento crítica inferior, de tal manera que se impide la formación de martensita, en donde se mantiene la estructura ferrítica-perlítica.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para el tratamiento de la superficie de una máquina Yankee de acero

El objetivo de esta invención consiste en un procedimiento para el tratamiento de un cilindro Yankee, en donde el cilindro Yankee presenta una envuelta de cilindro de acero con una estructura ferrítica-perlítica.

Para la producción de bandas de papel o papeles tisú es habitual emplear los llamados cilindros Yankee en el proceso de secado.

Los cilindros Yankee tienen casi siempre un diámetro muy grande. Se calientan desde el interior con vapor y su fabricación es dificultosa, ya que es necesario cumplir unos requisitos muy elevados en cuanto a las presiones internas, la estanqueidad y los grandes diámetros.

Los cilindros Yankee disponibles comercialmente presentan por ejemplo las siguientes dimensiones:

Diámetro del cilindro: 2.000 mm a 6.500 mm

Diámetro del árbol hueco: 1.000 mm a 2.500 mm

Longitud del cilindro: 3.000 mm a 8.500 mm

Masa del cilindro 35 t a 180 t

Durante el proceso de secado de una banda de sustancia fibrosa una cuchilla de rascador hace contacto con la superficie perimétrica exterior del cilindro Yankee, con la que se rasca la banda de sustancia fibrosa de la superficie d ella máquina Yankee. Mediante un eventual contacto de la cuchilla de rascado con la superficie del cilindro no puede descartarse que se produzca un erosionado de material de la superficie de la máquina Yankee. Para reducir ese erosionado de material es habitual revestir la superficie de la máquina Yankee con una capa de material duro. El documento EP 2474 665 A1 describe por ejemplo un cilindro Yankee, que está revestido con una capa de sustancia dura correspondiente.

Los cilindros Yankee se producían antiguamente sobre todo con hierro fundido, pero también se conocen ya cilindros Yankee de acero a partir de las patente estadounidense US 4,196,689 y del d cumento WO 2008/105005 A1.

Los cilindros Yankee de acero presentan un mayor rendimiento de secado que los cilindros fundidos, a causa de la mejor conductividad calorífica.

Debido a que el acero (dureza 140 HB) presenta, sin embargo, una dureza menor que la fundición (dureza 240 HB), las máquinas Yankee de acero se revisten térmicamente con una protección contra el desgaste. A este respecto se funde un alambre y se pulveriza sobre la superficie de la máquina Yankee, y la capa térmicamente pulverizada que con ello se produce presenta una fuerza considerablemente mayor que el acero.

Las capas pulverizadas tienen un grosor de capa de aproximadamente 0,75 mm.

Este tipo de tratamiento de la superficie es sin embargo bastante complicado, ya que la superficie del cilindro tiene que ser chorreada con arena antes del revestimiento y, después del revestimiento térmico, ser rectificada y pulida. También existe el riesgo de que el revestimiento se desprenda.

El principal inconveniente de esta capa térmicamente pulverizada, sin embargo, reside en su relativamente escasa conductividad calorífica. La conductividad calorífica de una capa térmicamente pulverizada está dentro de un rango de tan solo 3 - 7 W/mK. Frente a esto, la envuelta de acero de la máquina Yankee presenta una conductividad calorífica de hasta 45 W/mK. El documento DE 102012 104464 A1 describe un cilindro Yankee, en el que la superficie se refina mediante un tratamiento por láser.

El objetivo de la invención consiste en proporcionar un procedimiento para el tratamiento de la superficie de un cilindro Yankee de acero, que produzca una capa superficial lo más dura posible con una elevada conductividad calorífica. Esta tarea es resuelta con un procedimiento conforme a la reivindicación 1.

Conforme a la invención, la superficie exterior de la envuelta del cilindro se trata térmicamente con un rayo láser y de esta manera se endurece.

A este respecto toda la superficie de la envuelta del cilindro Yankee se examina, calienta y de esta forma se endurece con un rayo láser.

Conforme a la invención, la superficie del cilindro Yankee se calienta brevemente mediante un rayo láser hasta una temperatura de entre 800 °C y 900 °c, en donde a continuación el enfriamiento de la capa austenitizada permanece por debajo de la velocidad de enfriamiento crítica inferior, de tal manera que se impide la formación de martensita.

Un máquina Yankee endurecida conforme a la invención tiene por medio de esto una transferencia de calor superior en un 7 % y hace posible un aumento de la producción en un 5 % con relación a los cilindros Yankee revestidos convencionales de acero.

El grosor de la capa superficial endurecida es de entre 0,3 mm y 1,5 mm.

En los endurecimientos convencionales por rayo láser se trata de un endurecimiento de transformación, en el que el acero ferrítico-perlítico se calienta muy rápidamente (con aproximadamente 1.000 K/s) hasta una temperatura, a la que la estructura de rejilla se transforma en una austenita fina. Las láminas de cementita en la perlita se disuelven y el carbono liberado se difunde en el interior del grano de austenita. Cuando sigue avanzando el rayo láser, el material se enfría rápidamente a causa del templado brusco y la estructura de rejilla se transforma de nuevo. En un procedimiento convencional para endurecimiento por láser, el enfriamiento extremadamente rápido suprime la difusión del carbono disuelto homogéneamente en la austenita. De esta manera se impide la formación de la microestructura ferríticaperlítica y se forma la dura martensita. Si bien la martensita es muy dura, la formación de martensita sobre la superficie de la máquina Yankee supondría un inconveniente. La martensita favorece la formación de microgrietas, que pueden acortar considerablemente la vida útil del cilindro de acero.

En el procedimiento conforme a la invención no se produce ninguna modificación de estructura, sino solo un cambio de granulado, con lo que se produce un endurecimiento de grano fino. La estructura ferrítica-perlítica se mantiene y la formación de martensita se suprime. El enfriamiento de la capa austenizada debe mantenerse, a este respecto, por debajo de la velocidad de enfriamiento crítica. A la velocidad de enfriamiento crítica inferior todavía comienza a formarse la martensita.

Es favorable que como material básico para la envuelta del cilindro se usen aceros de ASME SA516, ASME SA36 y aceros AD2000 W12.1 a 2.4.

Por ejemplo, el P355NH (DIN EN 10028-3) es muy adecuado como material básico.

Este acero de construcción de grano fino está caracterizado por un límite de estiramiento mínimo de 275-460 Mpa, así como por una buena capacidad de soldadura y seguridad contra rotura frágil. Mediante el endurecimiento por rayo láser pueden conseguirse de esta manera durezas de hasta 400 HB, si se endurece por una vía convencional. En este nuevo procedimiento se persigue una dureza máxima de 320HB, con una excelente conductividad calorífica en un rango de 45 W/mK.

La dureza de los cilindros de fundición está en comparación en un rango de 230 - 280 HB.

Para el tratamiento térmico se usa de forma preferida un láser de diodo de alta potencia o un láser de CO2, con lo que pueden obtenerse las velocidades de calentamiento de > 1.000 °C/s.

Con ayuda del rayo láser puede producirse también un modelo sobre la superficie del cilindro, mediante el cual puede facilitarse la formación de una película de Chemical Coating. Con la Chemical Coating pueden cumplirse distintas tareas secundarias (adhesión de la banda de sustancia fibrosa sobre la superficie del cilindro, desprendimiento de la banda de sustancia fibrosa al final del proceso de secado, así como influencia en las características del papel tisú producido). Por ejemplo, mediante el rayo láser pueden practicarse por calcinamiento en la superficie unas depresiones repartidas homogéneamente por la superficie de la envuelta, de tal manera que se produzca una superficie porosa.

De forma preferida, la superficie del cilindro Yankee se pule después del tratamiento térmico. Por lo general ya no es necesario un rectificado de la superficie.

Para acortar la duración del tratamiento también es concebible que la superficie superior de la envuelta del cilindro se trate térmicamente al mismo tiempo con varios rayos láser.

A continuación se describe a modo de ejemplo el procedimiento conforme a la invención.

El cilindro Yankee, en gran medida acabado de mecanizar, se arriostra de forma preferida horizontalmente de forma que puede girar con sus muñones del eje. A través de uno o varios rayos láser se trata térmicamente la superficie de la envuelta. A este respecto la máquina Yankee se gira lentamente, de tal manera que el rayo láser pase por encima de toda la zona perimétrica. Mediante el procedimiento del láser en dirección axial (en paralelo al eje de la máquina Yankee), puede tratarse térmicamente toda la superficie de la envuelta del cilindro. Mediante el uso de varios láseres puede acortarse la duración del tratamiento. El tratamiento puede realizarse a través de láseres de diodos de alta potencia, que generan un rayo láser de gran potencia y con mucha energía. A este respecto se produce un calentamiento parcial muy rápido del componente (> 1.000 °C/s). A continuación se produce un autotemplado, a causa de la disipación de calor en el interior del componente y en el entorno. A causa de ello se obtiene una pista endurecida con una microestructura de grano fino. De este modo también puede prescindirse de un pavonado de la máquina Yankee.

La máquina Yankee se pule todavía después del tratamiento térmico, aunque también es concebible que pueda prescindirse de un pulido.

También es concebible que la máquina Yankee se trate con calor directamente en su emplazamiento. De esta forma pueden endurecerse también a posteriori cilindros Yankee ya usados.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. - Procedimiento para tratar un cilindro Yankee, en donde el cilindro Yankee presenta una envuelta del cilindro de acero con una estructura ferrítica-perlítica, en donde la superficie exterior de la envuelta del cilindro se trata térmicamente con un rayo láser y se endurece de esta manera, caracterizado porque la superficie se calienta mediante el rayo láser hasta una temperatura de entre 800 °C y 900 °C, y el enfriamiento de la capa austenitizada permanece por debajo de la velocidad de enfriamiento crítica inferior, de tal manera que se impide la formación de martensita, en donde se mantiene la estructura ferrítica-perlítica.

2. - Procedimiento para tratar un cilindro Yankee según la reivindicación 1, caracterizado porque como acero para la envuelta del cilindro se usa acero de construcción de grano fino soldable P355NH.

3.- Procedimiento para tratar un cilindro Yankee según una de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque el tratamiento térmico se lleva a cabo con ayuda de un láser de diodo o un láser de CO2.

4.- Procedimiento para tratar un cilindro Yankee según la reivindicación 3, caracterizado porque mediante el rayo láser se practica por calcinamiento en la superficie una pluralidad de depresiones repartidas homogéneamente por la superficie de la envuelta, de tal manera que se produce de este modo una superficie porosa.

5.- Procedimiento para tratar un cilindro Yankee según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la superficie del cilindro Yankee se pule después del tratamiento térmico.

6.- Procedimiento para tratar un cilindro Yankee según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la superficie exterior de la envuelta del cilindro se trata térmicamente con varios rayos láser al mismo tiempo.