FI115389B

FI115389B - Menetelmä kiekkohakkurin kulutuslevyn valmistamiseksi ja kiekkohakkurin kulutuslevy

Info

Publication number: FI115389B
Application number: FI20030464A
Authority: FI
Inventors: Arvo Jonkka
Original assignee: Metso Paper Inc
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2005-04-29
Also published as: FI20030464A0; EP1608493A1; EP1608493B1; BRPI0405653A; DE602004026425D1; FI20030464A; WO2004085124A1

Description

5 115389

MENETELMÄ KIEKKOHAKKURIN KULUTUSLEVYN VALMISTAMISEKSI JA KIEKKOHAKKURIN KULUTUSLEVY

Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä kiekkohakkurin kulutuslevyn valmistamiseksi, ja kiekkohakkurin kulutuslevy.

Massanvalmistukseen käytettävän hakkeen tekemiseen käytetään yleisesti kiekkohakkuria.

10 Kiekkohakkurin teräkiekkoon on kiinnitetty suunnilleen säteen suuntaisesti teriä, jotka ha-kettavat puun kiinteää vastaterää vasten. Terien välisissä sektoreissa on kulutuslevyt, joita vasten puu syötetään. Puista kohdistuu kulutuslevyihin jatkuva hankaus, joten kulutuslevyn etupinta pinnoitetaan kulutusta kestävällä aineella. Muuten kulutuslevyt tehdään sitkeästä suhteellisen alhaisen lujuuden omaavasta aineesta, jota on helppo työstää. Terät 15 kiinnitetään terän painimien avulla kärkimäisiä kulutuslevyjä vasten. Haketuksen aikana puista kohdistuu teriin ja terien kautta kulutuslevyjen kärkeen iskumaisia voimia, jotka pyrkivät taivuttamaan kulutuslevyn kärkiosaa. Koska perinteisen noin vuoteen 1990 asti käytetyn kulutuslevyn terän vastaiset pinnat ovat kovuudeltaan yleistä rakenneterästä (kovuus n. HB 150), ne ei aina muodosta riittävän lujaa tuentaa terää vasten ja antavat 20 vähitellen myöten ja taipuvat. Myötäämisen seurauksena terän ja kulutuslevyn väliin . j · muodostuu pieni rako, johon alkaa kertyä kuituja. Terän tuenta heikkenee tukipinnan : ; *; muodonmuutoksen seurauksena. Terän tukipinnan pyöristymisen yhteydessä terän siirtyvä •: · painin kääntyy ja aiheuttaa terän aseman muuttumisen, jolloin terien ja vastaterän välinen : : välys vaihtelee teräkiekossa samanaikaisesti olevien eri terien välillä. Kiekkohakkuria ja * · · • ’. · 25 sen kulutuslevyjä on käsitelty hakemuksessa PCT/FI96/00113.

• · · • * • *· • · *

Tunnettu ratkaisu edellä mainitulle ongelmalle on vuoden 1980 jälkeen kehitetty ’’kasetti- : järjestelmä”, joka muodostuu teriä kiinnipitävistä kovaksi karkaistusta kulutuslevystä tu- • · *···’ kea ottavista osista. Yleisin tunnettu kasettijärjestelmä on kuvattu mm. julkaisussa DE-A1- • · · • V 30 33 14 127 (Iggesunds Tools). Kasettijärjestelmä koostuu monesta koneistetusta osasta, mi- • · · •... · kä luonnollisesti lisää hakun investointikustannuksia. Kasettijärjestelmälle on myös omi- : Y: naista useampi työvaihe terien vaihdossa.

• · * • · »

Valmistuksessa kulutuslevyjen aihiot esikoneistetaan, jonka jälkeen etupinta pinnoitetaan 2 115389 kulutusta kestävällä aineella. Pinnoitukseen käytetään yleisesti jauhetta, joka ruiskutetaan ja sulatetaan (sintrataan) lämpökäsittelyllä levyn pintaan. Sulatus tapahtuu yli 1000° C uunissa. Lämpökäsittelyssä kulutuslevyaihioon yleensä tapahtuu jonkin verran muodon muutoksia ennalta määrittelemättömässä määrin, joten kulutuslevyn toiminnan kannalta tär-5 keimmät mitat koneistetaan vasta lämpökäsittelyn jälkeen.

Kulutuslevyn terän vastaisen pinnan pysyvän muodonmuutoksen estämiseksi kulutuslevy tulisi karkaista. Koko massiivisen noin 100 mm vahvan kulutuslevyn karkaisussa tapahtuvan lämpökäsittelyn ongelmana on kulutuslevyn mittojen muuttuminen ja aihion työstämi-10 nen vaikeutuu karkaisun jälkeen. Lisäksi on kokonaan karkaistu levy liian hauras ja voi hakun vauriotilanteissa hajota paloiksi tuhoten koko hakun. Tämän keksinnön mukaisella menetelmällä kulutuslevyn terän rasittama kärki karkaistaan paikallisesti sintrauksessa tapahtuvan lämpökäsittelyn yhteydessä siten, että sen lujuus ja myötöraja lisääntyy 2-3 kertaiseksi. Kohdistetun karkaisun johdosta kulutuslevyn sitkeys pysyy pääosin hyvänä. Kek-15 sinnön huomattava etu on se, että kohdistettu paikallinen karkaisu on kustannuksiltaan edullinen sen tapahtuessa sintrauksen lämpökäsittelyn yhteydessä.

Keksintöä ja sen yksityiskohtia selostetaan lähemmin seuraavassa viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa 20 kuvio 1 esittää kiekkohakkurin teräkiekkoa puiden syöttösuunnasta katsottuna, • - kuvio 2 esittää kuvion 1 leikkausta A - A haketuksen aikana, I * ‘’ kuvio 3 esittää terän kiinnitystä kulutuslevyä vasten, ';; kuvio 4 esittää tekniikan tason mukista terän kiinnitystä ’’kasettijärjestelmällä” • » .! ’ kuvio 5 esittää kulutuslevyn lämpötilaa sintrausuunista poistamisen jälkeen, • it \, 25 kuvio 6 esittää kulutuslevyn kärjen lämpötilaa vesisammutuksen aikana, kuvio 7 esittää kulutuslevyn paikallista karkaisua ja : v, kuvio 8 esittää kulutuslevyn osan jälkityöstökohtia.

Kuviossa 1 on esitetty vaakasuoran akselin 1 ympäri pyörivää kiekkohakkurin teräkiekkoa 30 2 etupuolelta katsottuna. Kiekkoon kiinnitetyt terät 3 ulottuvat kiekon keskiosasta kiekon ulkoreunaa kohti. Terien 3 kärkiviivat ovat suoria ja keskenään samassa, kiekon akselia 1 vastaan kohtisuorassa tasossa. Terät 3 on kiinnitetty niiden välillä oleviin kalteviin kulu-tuslevysektoreihin 4 (kuvio 2). Haketuksen aikana pyörivässä kiekossa 2 olevat kulutusle- 3 115389 vyt 4 hankaavat kiinteästä vastaterästä 5 tukensa saavaa puuta 6 vasten. Kulutuslevyn etupinta 7 onkin altis voimakkaalle kulumiselle, joten se päällystetään kulutusta kestävällä aineella 8.

5 Kulutuslevy 4 on kiinnitetty teräkiekkoon ruuveilla 9, kuten kuviossa 3 on esitetty. Terä puristetaan kulutuslevyn terän puoleista pintaa 10 vasten terän painimen Ilja ruuvin 12 avulla. Mikäli terää painetaan liian voimakkaasti kulutuslevyn pintaa 10 vasten, pinta 10 saattaa antaa myöten. Puun haketuksessa terään 3 kohdistuu kuvion 3 mukainen voima F, joka voidaan jakaa komponentteihin FN ja FP. FP kohdistuu terän päätytukeen 13, jonka 10 muodostaa kulutuslevyssä 4 oleva uloke. Terä 3 on kosketuksissa päätytukeen 13 leveytensä säätöruuvien 14 välityksellä, jolloin voima FP kohdistuu suhteellisen pienelle pinta-alalle. Päätytuki on siis kulumiselle tai myötäämiselle altis. Voimakomponentti Fn kohdistuu kulutuslevyn pintaan 10 ja erityisesti sen kärkiosaan 15. Myös tämän vaikutuksesta pinta 10 kärkiosan 15 osalta antaa myöten perinteisellä tavalla valmistetussa kulutuslevys-15 sä.

Kulutuslevyn kärjen 15 myötäämisen seurauksena pinnan 10 ja terän 3 väliin muodostuu pieni rako, jonne pakkautuu purua ja puun kuituja. Terien vaihdossa terävän terän kiinnitys ei ole enää yhtä tukeva. Tällöin syntyy myös välys terän 3 ja painimen 11 väliin kohtaan 20 23 terän taipuessa kulutuslevyn kärjen 15 taipuman mukaan haketusvoimakomponentin Fn · ; vaikutuksesta. Kiinnityksen tukevuuden heikkeneminen on erityisesti ongelmallinen le- ’ '; ’ veydeltään kapeammilla terillä, jolloin terä muodostuu terästä 3 ja lisäpalasta 24 liitoksen ‘; 25 ollessa taipuisa (kuvio 3).

• » a t *..! 25 Terä pääsee liikkumaan tai värähtelemään, mikä kiihdyttää kulutuslevyn muodon muutos ta. Kulutuslevyn tukiosan 13 kuluessa ja kulutuslevyjen pintojen 10 aseman muuttuessa : V, myös eri terien kärkiviivojen asemat poikkeavat toisistaan. Tällöin myös terävälys V vaih-

• I

• · ,1··. telee terien välillä. Seurauksena on terävälyksen säätämisen vaikeus ja hakelaadun heikke- • a » neminen. Suurella terävälyksellä syntyy hienojakeita ja jatkoprosesseille haitallisia pitkiä

» I

\.! 30 rihmoja pintapuusta. Kuvioissa 1-3 esitetty ratkaisu ei täten sovellu kapeille terille.

» t

III

; ’, Nykyään on pyrkimys keventää teriä kaventamalla niitä. Tällöin korostuvat kuvion 3 mu-

I I I

1 kaiset kapean terän ongelmat. Ongelman ratkaisuksi ovat useat hakun teräjärjestelmien 4 115389 valmistajat kehittäneet kääntöterillä varustettuja järjestelmiä. Kuvion 4 esittämässä ”kaset-tijärjestelmässä” kulutuslevyyn tai vaihtoehtoisesti teräkiekon pinnassa olevaan terän painimeen 27 voimat kohdistuvat tasaisemmin. Teräkasetin muodostaa karkaistut osat 28, 29 ja ne toisiinsa lukitseva ruuvi 30. Asetettaessa kääntöterä 31 kasettiin ruuvi 30 aukaistaan 5 riittävästi, jotta terä 31 mahtuu osien väliin. Ruuvi 30 kiristetään, jolloin osat 28, 29 puristavat kääntöterän 31 paikoilleen. Teriä vaihdettaessa hakkuun terän 31 sisältävä kasetti asetetaan terän painimen 27 ja teräkiekon 2’ väliin. Kulutuslevyn 4’ ja terän välissä oleva terän painin 27 puristetaan kasettia vasten ruuvin 32 avulla. Haketusvoimat terästä 31 kohdistuvat karkaistuihin osiin 28, 29, joiden myötääminen on vähäisempää. Siten myös terän 10 painimeen 27 kohdistuva voima on tasaisempi. Terän painin on yleensä keskikovaa nuor-rutusterästä ja kovuudeltaan 300 HB. Kasettijärjestelmät sisältävät kuitenkin monta karkaistua osaa, jotka tuhoutuvat romu-ja kiviajoissa. Tästä seuraa suuret huoltokustannukset.

Hakun käytön ja hakkeen laadun kannalta on kuitenkin eduksi, että osia on vähän ja puuta 15 vastaan hankaavassa pinnassa ei ole pykäliä tai syvennyksiä. Lisäksi halutaan käyttää kapeita teriä. Nämä vaatimukset ovat johtaneet keksinnön mukaiseen jatkokehitykseen. Edellä mainitut vaatimukset täytetään keksinnön mukaisessa menetelmässä, jossa kulutuslevyn kärki 15 ja tukiosa 14 karkaistaan sintrauslämpökäsittelyn yhteydessä. Tämän johdosta ne kestävät terästä kohdistuvia voimia ja tukevat terää paremmin haketuksen aikana. Myöskin 20 kulutuslevyn kärjen pysyvän muodonmuutoksen ongelmat poistuvat. Paikallinen karkaisu ..! · ’ ei estä kulutuslevyn karkaisemattoman ja pehmeän takapinnan koneistamista eikä aiheuta *.:. * kulutuslevyn varsinaisen rakenteen haurastumista. Kulutuslevyllä pitää nimittäin olla riit- « • * · '· tävä sitkeys, jotta vältetään kulutuslevyn murtuminen onnettomuustapauksissa. Satunnai- * · ·; sesti hakkuriin saattaa joutua kiviä tai muuta ei toivottua kovaa ainesta.

: 25 '' Kulutuslevyn kärjen 15 lämpötilaa karkaisutapahtuman aikana on kuvattu kuvioissa 5 ja 6.

Kuvioiden vaaka-akselit kuvaavat aikaa ja pystyakselit lämpötilaa. Lämpötilan muutokset kulutuslevyssä on mitattu karkaisukokeissa. Kuvion 5 suora C kuvaa kärjen 15 pintalämpötilan muutosta sintrauksen päätyttyä ja välittömästi kulutuslevyn uunista 30 poistamisen jälkeen. Kuviosta nähdään, että kärjen 15 lämpötila laskee alkuvaiheessa noin 20 °C asteisessa ilmassa nopeasti. Sammutus vedellä on aloitettu noin 1 minuutin kuluttua uunista poistamisen jälkeen, jolloin kärjen lämpötila on vielä austeniittisella alueella.

* Austeniittisen lämpötilan alaraja on hiilipitoisuudesta riippuen 840-870 °C. Kuviossa 6 käyrä D kuvaa kärjen 15 lämpötilaa sammutuksen aikana. Noin 17 min sammutuksen jäi- 5 115389 vaa kärjen 15 lämpötilaa sammutuksen aikana. Noin 17 min sammutuksen jälkeen kärjen lämpötilan ollessa alle 100 °C sammutus lopetettiin. Tämän jälkeen kulutuslevyn perusaineen omaama lämpö kohottaa lämpötilan kärjessä 15 uudelleen yli 200 °C asteen, jolloin saadaan vielä kulutuslevyn kärjelle 15 päästö. Käyrä E kuvaa kulutuslevyn keskiosan pin-5 nan mitattua maksimilämpötilaa.

Sammutus voidaan myös suorittaa öljyllä, sammutusnesteellä tai paineilmalla. Tällöin pitää muistaa ympäristöongelmat, käsittely ongelmat ja vaikeus saavuttaa haluttu nopea jäähdytys ja kovuus.

10

Kuviossa 7 on esitetty kulutuslevyn 4 vesikarkaisu, missä kärki 15 (kuvattu ristikkäisvii-voituksella) ja tukiosa 13 jäähdytetään terään 3 kosketuksissa oleviin pintoihin suunnatuilla vesisuihkuilla 16 ja 17 sintrauksen lämpökäsittelyn jälkeen. Nykyiset booriteräkset mahdollistavat helposti rajoitetun karkaisun, koska boori tehostaa karkenemista 1000-1500 15 kertaisesti. Metallitekniikasta on tunnettua, että aineen myötöraja eli lujuus kasvaa samassa suhteessa kovuuden kanssa. Kokeet osoittavat, että paikallisella karkaisulla saadaan kulutuslevyn kärkeen 15 noin kaksinkertainen kovuus ja täten myös pysyvän muodonmuutos-rajan lisäys kulutuslevyn muihin osiin nähden. Kulutuslevyn normaalin kovuuden ollessa noin HB 150, saavutetaan karkaisussa kärkiosassa jopa yli 400 HB:n kovuus. Kulutuslevyn 20 kärjen ja tukiosan kyky vastaanottaa haketuksesta syntyviä voimia myötäämättä kasvaa ...: siten huomattavasti. Käytetyn teräksen sopiva koostumus on: C = 0,20-0,25 %, Si = 0,2 :·Ν: %, Μη = 1,2 %, Ni = 0,04 %, Cr = 0,27 %, AI = 0,03 %, B = 0,002 % ja Fe on noin 98 % i i » • · · »

Karkaisukokeissa on todettu, että aivan karkaistun kohdan pinnassa tapahtuu hiilikatoa, ’,25 jonka seurauksena ohut 1 - 3 mm pintakerros on pehmeämpää ainesta. Kovempi aines muodostuu pintakerroksen alle. Siten koneistukset lämpökäsittelyssä tapahtuvien muo-: · t« _ donmuutosten korjaamiseksi kulutuslevyn kärjen 15 ja tukiosan 13 osalta ovat helppoja ja kova pinta tulee esille muutaman millin aineen poiston jälkeen. Muotovirheet näissä osissa ovat pienemmät kuin kulutuslevyn takapinnassa 18 ja ovat korjattavissa karkaisussa 30 jäävän pehmeämmän pintakerroksen rajoissa. Koneistukset karkaisun jälkeen tehdään kuten kuviossa 8 on katkoviivoin 19, 20 ja 21 esitetty. Kulutuslevyn etupintaan 7 voidaan tehdä kulman a suuruinen viisto koneistus 19, jolloin puu ei hankaa pintaa 7 osalta, jossa ei ole kulutusta kestävää pinnoitusta 8. Lisäksi varmistetaan kärkiosan 15 kärjen 22 aset- 6 115389 tuminen terän 3 suojaan. Kärjen 22 kulutuskestävyys paranee, kun myötäävä pehmeämpi aines on poistettu. Kulutuslevyn kovuus aivan terävimmän kärjen 22 osalta on tärkeää, jotta vältetään purun ja kuitujen tunkeutuminen terän 3 ja kulutuslevyn koneistetun pinnan 20 väliin.

3

Tukiosan terälle 3 voi muodostaa myös kulutuslevystä erillinen osa 23 kuten kuviossa 2 on esitetty. Tällöin osan 23 valmistus tapahtuu kulutuslevystä erillisenä.

Claims

115389

1. Menetelmä kiekkohakkurin kulutuslevyjen valmistamiseksi, missä kulutuslevyn aihion (4) etupinta (7) päällystetään sintraamalla uunissa 900-1100 °C lämpötilassa 5 kulutusta kestävällä aineella (8), tunnettu siitä, että kulutuslevyn aihion lämpötilan ollessa sintrauskäsittelyn jälkeen vielä austeniittisellä alueella (yli 840-870 °C) suoritetaan paikallinen sammutus ja karkaisu tehostetulla paikallisella jäähdytyksellä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paikalliskarkaisu kohdistetaan kulutuslevyn kärkiosaan (15).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paikalliskarkaisu kohdistetaan myös kulutuslevyn terätukiosaan (13). 15

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että karkaisu tehdään karkaistaville alueille paikallisen jäähdytysväliainesuihkun avulla.

5. Kiekkohakkurin kulutuslevy, missä kulutuslevyn aihion (4) etupinta (7) on pääl- 20 lystetty sintraamalla pinnalle uunissa 900-1100 °C lämpötilassa kulutusta kestävää • ainetta (8), tunnettu siitä, että kulutuslevyn aihion lämpötilan ollessa sintrauskäsit- telyn jälkeen vielä austeniittisellä alueella (yli 840-870 °C) on kulutuslevyn ainakin yhdelle hakkuriterää (3) tukevalle pinnalle (20; 21) suoritettu paikallinen sammutus , ja karkaisu tehostetulla paikallisella jäähdytyksellä, jolloin tämä, vastaavasti nämä 25 pinnat omaavat kulutuslevyn muita osia korkeamman kovuuden ja myötörajan.

’: 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen kiekkohakkurin kulutuslevy (4), tunnettu siitä, et- ; ” *: tä hakkuriterää (3) tukevan pinnan (20) kärkiosa (15) on huomattavasti kovempi ; * ’ ·. kuin pinnan (20) keskikovuus. !···. 30 T,

7. Patenttivaatimuksen 5 ja 6 mukainen kiekkohakkurin kulutuslevy (4), tunnettu sii- \ tä, että kärkiosan (15) etupinnasta hiilikadon osuus on koneistettu pois kovaan ma teriaalipintaan (19). 115389

8. Jonkin patenttivaatimuksen 5-7 mukainen kiekkohakkurin kulutuslevy, tunnettu siitä, että kulutuslevyaihio on valmistettu booriteräksestä sisältäen noin C = 0,20-0,25 %, Si = 0,2 %, Mn = 1,2 %, Ni = 0,04 %, Cr = 0,27 %, AI = 0,03 %, B = 0,002 % 5 ja Fe on noin 98 %.