纸或纸板幅的成型方法和装置

本发明涉及一种以纤维为原料的纸或纸板幅的成形方法。这方法用在造纸机或类似设备的网部上。该网部由一下网回路和上网回路组成。下网回路与下网回路联合工作。在该方法中，将来自造纸机网前箱的纤维悬浮体送到下网回路上行程的起始部分，该起始部分构成了第一单网脱水区。接着使部分脱水的纤维层送到第二脱水区。在这区内，使上网回路复盖上述部分脱水的纤维层，使这纤维层继续在第二脱水区脱水，接着上网回路与成形的纤维层分离，该纤维层随着下网回路的行程继续移动。

本发明还涉及为实施本发明方法的纸幅成形装置。它包括一个具有基本上是水平的上行程的下网回路和一个与上述下网回路联合工作、并设有上网回路的上网装置，以及网前箱。网前箱用来将纤维悬浮体喷流送到下网回路上行程的单网起始部分。其后，在下网和上网的联合行程之间还形成有一个双网成形区。在该双网成形区设有置于下网回路和上网回路内起脱水作用的各种零部件。

在最古老的纸或纸板幅的成形方法中，纸幅是在一水平的所谓的长网成形器的网部上成形的，纤维悬浮体在网部全长上仅在一个方向-即向下方进行脱水。这样生产出来的纸的上面和下面的质量彼此不同，纸的上面比下面光滑，其下面或多或少有清晰的由成形网产生的痕迹，即所谓网迹。在纤维组织方面，纸的上面和下面也彼此不同，纸的上面包含的短细纤维和填充物比下面多得多，这是由于在单方向脱水时，下面的大部分细纤给被洗掉造成的。对印刷用纸，使两面质量尽量相同是重要的。纸两面之间差别被称为“不等面度”（unequal-sidedness）。

在现有技术中，已知一些造纸机可用来减少纸的不等面性。可将这些机器分为两大类，即专用的双网成形器和所谓的混合成形器（hybridformer）。在专用的成形器中，纸幅的成形是在两网之间自始至终都在进行。在混合成形器中，纸幅首先在一个网上成形，接着让该部分成形的纸幅通过两网之间，以最后固化纤维的相互位置。

混合成形器的优点之一是，可用现有的长网成形器的网部通过相对简单的改装而成，即，在下网的上行程中间部分或最后部分装上一个与下网上行程联合工作的上网回路。除提高了生产出的纸的质量外，还可以增强在网部进行的脱水作用，因而提高了造纸机的生产速度。在申请人的芬兰专利申请820742号中介绍了一种混合成形器，它主要用于生产新闻印刷纸和类似质量的印刷用纸，它的生产速度约为900米/分或更高。

通常，现有技术的混合成形器都不适于生产厚纸和纸板，因为跟在第一单网脱水区后面的双网部分的开始部分，网和置于两网之间已部分变成纸幅的纤维层的行程立即被相对陡地导向，并在一段长的距离上被弯过回转辊或弯过称之为成形垫的静止表面上。弯曲的成形使纸幅产生一种内剪切效应，当纸的厚度增加时，这种效应会变得更厉害。因此给两网间的纤维施加一个相当高的脱水压力，该压力正此于外网的拉伸，反比于有关导向面的曲率半径。

由于空间问题和其它的结构因素，在现有混合成形器中，如芬兰专利75375号（相当于美国专利4614566号）所介绍的，改变网方向的构件的曲率半径是如此之小，以致如果利用这种成形器来生产相对厚的纸和板的话，在这阶段加到正在成形纸幅上的相对瞬时压缩效应就太大了。因此，过大的压缩会损害纤维层，降低成品的质量，特别是降低了它的强度，因而也降低了印刷质量。在最坏的情况下，过大的压缩会导致纸幅的所谓“碎裂”，造成生产中断。

关于本发明的现有技术状况，请进一步参考Messrs.A.Ahlstrom公司的美国专利4769111号和与本申请一起提交的本申请人的芬兰专利申请和Messrs.Valmet-Ahlstrom    Inc公司的芬兰专利申请。

本发明的主要目的是提供一种多性能的成形器，利用它可以获得宽范围的生产速度和宽范围克重的产品，因此，利用同一成形器可以制造纸和纸板的克重范围可达30克/米2到500克/米2，生产速度范围可达100米/分到1200米/分。

本发明的起点之一是本申请人的“Sym-Former    R”（TM）Sym型叠式双网成形器芬兰专利75375号），在使用中业已发现，它在较小的克重和高速情况下工作得最好。因此，本发明的目的是进一步改进本申请人的“Sym-Former    R”成形器，使其使用范围能扩大，可包括厚纸和纸板，并可采用低速。

当试图用这种“Sym-Former”成形器来达到较高克重纸的生产时，已注意到它生产的纸的质量，特别是纸的成形均匀度和光滑度都受到了影响。本发明的目的是还要避免这个缺点并能在生产速度和克重范围均很宽的情况下生产出纸的成形均匀性和对称性都具有良好质量的纸和纸板。

本发的另一目的是要提供一种成形器，其某些实施例特别适用于对现有的长网成形器的网部进行改装。

本发明又一目的是要提供一种方法和成形器，其中，可在脱水的适当阶段，将改善纸的成形和光滑度的微湍加到该纸幅上。

本发明的目的是提供一种多性能的成形器，它至少在纸幅成形的初始部分能够避免因纸幅拉伸出现的过大脱水压力，并直到纸有时间去达到适当的层次（Couching）以后，在纸成形的最后阶段才施加该压力。

本发明的附带目的是提供这样一种多用途的方法和纸幅成形器，其中双网脱水区不低于下网线平面的水平面。这在纸的成形和能够在改装的情况下利用现有的长网成形器网部的框架结方面都有优点。

本发明的另一附带目的提供这样一种方法和多性能成形器，这种成形器在必要时可以采用第二网前箱，利用它可将第二种质量的纸浆或相同质量的纸浆送到正在成形的纤维层上。

为达到上述目的和以后出现的目的，本发明方法的主要特征在于：在通过下网的单网脱水区进行初始脱水后，正在成形的纤维层通过一个构成上述单网脱水区的直接延伸部分的下网支承系统。在该支承系统区域内，可很大程度上防止通过下网由重力作用引起的脱水。

按照要生产的纸的克重来选择纸幅成形的方式，当生产较大克重的纸时，使纸幅通过单网脱水区以后，到达双网脱水区的起始部分。这起始部分是由置于下网回路内侧的支承系统和吸水及案板（foil）装置确定的。该吸水及案板装置置于上网回路内例，并与支承系统相对。脱水主要在该起始部分内通过上网进行。在第二种可供选择的纸幅成形方式中，当生产较薄的纸幅时，上述吸水和案板装置不与对着它的下网接触;

在上述纸幅成形阶段之后，有一个双网脱水部分，这部分由一个置于上网回路内的成形辊或类似部件导向，并在一较短的扇形段内向上弯曲。于是，由成形板或相应零件导向的双网成形区被导向而向下弯曲。该成形板具有较大的曲率半径。在通过双网成形区后，纸幅随着其中一网运动，最好是随着下网运动。

另一方面，本发明装置的主要特征在于：在其相当的和较长的起始部分，它的双网第二脱水区是平坦的，并构成了单网起始部分的直接直线延伸部分。而双网区是由置于上网回路内，并有空心衬面的成形辊的一短扇形段导向而向上弯曲。之后，在下网回路内装有一个成形板。成形板的导向面将双网区导向而向下弯曲。成形板的导向面最好带有肋板和具有较大的曲率半径。在上网回路内端的起始，置有吸水及案板装置。当这成形装置被调到用来生产较薄的纸质（通常在30至120g/m2的克重范围内）时，可以利用促动器将吸水和案板装置从用于生产厚纸质的下面工作位置抬起到上面的位置。

在高的运转速度和低克重范围（通常在120g/m2以下）内，按照本发明的成形装置可用作Sym型成形器的混合成形器，其上网装置的吸水和案板装置抬起至上面位置。因此，它的运转速度通常处于800至1200m/min的范围内。

在使用同一造纸机的情况下，当需要生产较厚的纸质或纸板，例如100-500g/m2甚至更高的克重范围，而又要采用较低的运转速度时，按照本发明的成形装置的运转可被调整，上网装置的吸水和案板装置可被转动到位于下网装置内侧的一组支承梁的自调节面上。在经过单网起始部分以后，可将脱水方向反过来，主要利用吸水和案板装置，通过上网来进行。而利用位于下网下面并与吸水和案板装置相对布置的一组支承梁，基本上可防止通过下网的脱水。于是，大部分水份被除去以后，最后的脱水是利用“Sym成形器”适当弯曲的双网部分进行的。安排这个弯曲的双网部分，使较厚的已部分平放（Couched）的纸不受到方向上的过度剧烈或长时间的变化或因这种变化产生的剪切力的影响。

在本发明中，经过单网初始脱水区后，需要控制它的脱水，使它的脱水主要通过上网回路来进行。就此而论，它可以利用置于上网回路内的脱水装置，例如如本申请人的瑞典专利申请8703468号中所介绍的脱水装置。该装置包括组合有相应的集水室的助吸或刮水刀。集水室与抽吸源联接是很方便的。另外，这种脱水装置至少包括一个集水室，该室由几个案板组成并与抽吸源相通。另外，在下网回路，面对上网回路内的脱水装置，置有一系列网支承梁。这些支承梁的作用是减少或基本上防止通过下网发生脱水。一方面，在这区域内给上网下面已部分成形的纸施加一个增强向上方向脱水的压力和该压力的适当脉动。另一方面，正在成形的纸的成形也因利用了该压力和脉动得到改善。这些网支承梁的每一根梁都如利用充压缩空气软管对下网回路加载。因此，施加给纸的压缩是自调节的。

必要时，在本发明中可以采用一个或几个第二网前箱。利用这些网前箱，在双网成形区之前，可将同一质量或不同质量的纸浆流送到正在成形的纸上，因此，可以控制纸成形的全过程，必要时，可用来生产不同的叠层结构，例如用于生产纸板时。

利用一组网支承梁，即按照本发明使用的网板，产生微湍。这些网支承梁置于下网回路内，并作为单网脱水区的直接直线延伸部分。微湍改善了纸幅的成形和光滑度。而且，自调节的间隙区是在双网部分的起始端产生的。这自调节间隙区也在脱水的灵敏性方面和纸成形方面带来优点，使因网的拉伸产生的压力不加到纸幅上，而且网之间的间隙区可按照排出水决定的情况很自由地进行调节和成形。

下面，将参考附图中各图所示的本发明的一些实施例来详细叙述本发明。本发明丝毫没有局限于这些实施例的细节。

图1显示本发明的第一实施例，它被调整到“Sym型成形器”的工作方式，利用这种成形器可以高速生产较低克重的纸或纸板。

图2显示图1所示的同一成形器，被调整到工作方式，甚至可以在低速下生产出高克重的纸或纸板。

图3显示本发明的第二实施例，被调整到生产较高克重产品的工作方式。

图4显示本发明第三实施例的工作方式，其中，在其上网装置中使用两个案板和或吸水箱。

图5表示本发明的第四实施例，它采用一个第二网前箱，利用它可制造较厚的纸板。

图6是按照本发明的一套案板和吸水箱以及置于下网回路内并对着案板和吸水箱的网支承和支承（blocking）装置的垂直剖视图。

图1-5中所示的纸成形器包括一个网前箱19和一个下网回路20。下网回路的行程基本上由胸辊21、导网辊22、成形板26、伏辊28和驱网辊29导向。另外，在下网回路20内侧，在第一脱水区20a内，有一组脱水构件23。在第二脱水区有网支承装置30以及吸水箱27。这些吸水箱被置于成形板26和辊25（图3）和伏辊28之间的下网20的行程上。

图1至图5所示的纸成形器还包括一个由导辊11、11a和11b导向的上网回路10，它复盖着双网脱水区段内的下网回路。另外，在上网回路10内侧，有一脱水装置40，它在图6中说明得较具体。作为第一部件，装置40包括一个真空刮刀型的脱水刮刀，最好使它与吸水室相联接。脱水装置40还包括两个叁个集水槽，槽的底部由案板（foil）组成，它置靠在上网10上。

下面，就图1到图5所示的各种成形器的彼此不同点加以叙述。

图1和图2说明同一成形器的两种不同的工作方式。在图1的“Sym成形器”的工作方式中，以高速生产较薄的纸质，通常约为30至120g/m2。图2说明同一成形器的一种工作方式，通常以较低速生产较厚的纸质，约为120至500g/m2。

如图1和图2所示，在双网成形区内，在带有空心衬面16′的成形辊16后面，有一个带有肋板26′的成形板26，该肋板具有较大的曲率半径R，通尚R＝5至9m。成形板26之后有一些真空吸水箱27。在图1中，双网区从辊16的扇形部分的起始线A1开始，到线B终止。在图2中，双网区从朝着导辊11a的线Ao开始，到线B终止。

在图3中，图1和图2中所示的成形板26被一较短的成形板26A和随后的成形辊25所取代。成形辊最好有光滑坚硬的衬面。成形辊25的半径大大小于成形板26A的肋板26A′的曲率半径RA。该曲率半径通常在RA＝0.8至1.5m的范围内，其它方面的结构类似于上述图1和图2所示的结构。

图4所示的结构，除了在成形板26的上方配有吸水和案板装置40A以外，其它都与图1和图2所示的结构相似。该装置40A除限定其下侧的案板系统的轮廓有一个相应于成形板26的肋板26′的曲面形状这一点有不同外，它的结构和操作都类似于上述的脱水装置40。成形板26后面跟有一个置于下网回路20内侧的真空吸水箱27a。在上述真空吸水箱27a后面有一个第二成形辊16a，它置于上网回路10内侧，并最好有光滑和坚硬的衬面。

图5所示的结构类似于图1和图2所示的结构，其差别在于图5中使用了一个第二网前箱60。通过其刀锥61，将第二纸浆喷流J1在送到双网成形区之前已在单网长网成形器的网部20a上成形的纤维层上。主喷流J和第二喷流J1的纸浆质量可以是相同的也可以是彼此不同的。例如，在后一种情况下，是用于生产叠层结构的纸板。

对于厚纸质（120g/m2至500g/m2）的生产，图2到图5所示纸幅成形器的工作情况如下。网前箱19将纸浆喷流J送到下网回路20的水平起始部分20a上，即送到第一脱水区上，在该脱水区内，脱水工作仅仅通过下网20缓慢向下进行，还利用适当的脱水构件23，如案板箱来（foilbox）来适当增强脱水作用。在下网回路20表面上成形的纤维层继续其行程移到第二脱水区，当上网回路10以一小的角度d（图6）导向到下网回路20的附近时，便形成了这个脱水区。最适当的角度d是2至5°，并可以通过装置18（图1）调整上网回路10校准辊11a在垂直方向的位置进行调节。

在图2至图5中，第二双网脱水区分为几个区段。置于上网回路10内侧的脱水装置40和置于下网回路20内侧并与脱水装置40联合工作的网支承装置30形成了第二脱水区的第一区段。第一脱水区20a和第二脱水区较长的第一区段在到成形辊16之前均处于相同水平面上。成形辊16转动，使网10和20的行程形成一向上的小的角度。这角度等于扇段形a的大小。在这扇形段a上，网10和20的联合行程与成形辊16相接触。这扇形段a形成双网脱水区的第二区段。网10和20之间的压力（P＝T/R）从成形的纸幅W中除去更多的水。这些水利用离心力的作用抛入集水槽13。

上网10利用导辊11b与置于下网20表面上的纸幅W脱离，上述纸幅继续移动到辊14。吸水箱27可保证纸幅W不跟随网10移动，网10返回到辊11a。在伏辊28附近，备有吸水区14a的引纸辊14与分离毛毯15放在一起，利用毛毯15将纸幅W从网部传送到压榨部（未示出）。

将图1所示的成形器调整到用于生产通常克重约为30至120g/m的较薄纸质的工作方式。在这种情况下，脱水装置30作为单网起始部分20a的直接直线延伸部分，并利用脱水装置和它的支承梁（图6）之间的槽35产生的微湍完成通过下网20发生的脱水工作，并对纸起成形作用。

基本上水平的单网脱水区的起始部分20a，系属于图1所示的下网装置，其后面接着有从线A1至B之间的双网部分，其中纸幅W随着下网20移动。例如，下网部分是一个带有框架结构100的早有的长网成形器的网部。它是早已有的，将本发明的特定上网装置70组合到它的上面组合成新设备。

例如，在单网起始部分20上有来自现有长网成形器网部的脱水装置，比如案板和/或吸水箱以及在双网部分末端的吸水箱27。

上网装置70包括一框架，它具有水平和垂直梁71、72，各种零件固定在框架上。上网回路10的行程是利用有空心衬面16′的开口辊16和随后的成形板26，从双网部分的起点A1开始导向的。成形板26有一曲率半径为R的肋板26′。双网脱水区终止在最后的吸水箱27的区域内。

按照图1，上网装置70包括一框架75。这框架75在垂直平面内绕枢转转动，并利调整螺钉17a和17b或类似件将其安装到水平梁71上。上网10的第一导网辊11a安装在框架75上。在图1中，显示框架75和安装在其支架上的脱水装置40′以及第1导辊11a均位于向上回转的位置，当要生产的纸质改变时，它可从这位置返回到图2所示的位置，在后一位置上，装置30和40彼此相对地联合工作。

在单网脱水区的起始部分20a，利用位于网前箱19的卸料口和例如成形板和案板之类的装置30之间的脱水构件23进行脱水，在单网起始部分20a，通过下网20向水脱水到一定程度，使足够比例的剩余部分作为向上方脱水。经过线A1后，网10和20的联合行程以短扇形部分a的角度向上弯曲，这个角度a＝10°至35°最好是a＝15°至25°。

利用网支承装置30中一组梁内的槽35（图6）产生微湍，从而可在双网区开始之前，完成和改进纸幅W的成形。

在扇形段a之后，有一段很短的网10和20的直行程，在成形板26区域内，利用网10和20之间的压缩和利用离心力的作用，通过上网10向方进行脱水。在成形板26后缘之后，有一段网10和20的直的联合行程。

在图1的工作方式中，本发明的成形器是按照如上所述混合式双网成形器的方式生产较薄纸质。关于它的具体结构和操作，请参考本申请人的上述芬兰专利75375号。

图6显示了属于图1到图5的网部的脱水装置40和它的最重要结构细节，以及与上述脱水装置40联合工作的下网支承件系统。

脱水装置40是一个组合体，通常包括2至4个（图中是3个）吸水和集水室46，47，48。各室由隔板47b和48b彼此隔开。每室46、47和48均备有联接到抽吸源的气口（未示出）和排水管49。属于第一吸水室46的集水管46a是在脱水装置40的架梁46b和导板46c之间形成的。在管46a的下端有一个横向的案板刮刀51和一个可利用调节轴53来进行调整的楔形块52。该刮刀和楔形块形成一个局部可调的间隙E。间隙E横跨成形器的宽度，从网10和20之间的纤维层挤压出来的水通过槽E流入第一室46。

图6所示装置40的案板刮刀51之后，有一些类似的案板刮刀51′和51″，它们的底面均处于同一水平。案板刮刀51′聚集从第一吸室46底下的纤维结构分离出来的水。这些水通过管47a引导到吸水室47中，管47a是在隔板47b和导板47c之间形成的。同样，由下步的刮刀51″聚集的水通过管48a被引导到第三吸水室48中，而管48a是在脱水装置的后壁48d和导板48c之间形成的。

图6所示的管46a和有关的案板刮刀51以及调整楔形块52形成一个助吸式脱水构件。当利用这成形器以低速生产较厚纸和厚纸板时，最好利用真空吸水来帮助自动刮刀系统工作。最适当的真空度是6-8kpa（千帕斯卡）。在此阶段向上方进行的脱水量（部分地也是产生真空的幅度），可以利用调节楔形块52和案板刮刀51之间的间隙E高度来改变。

图6中，助吸式脱水件和相关的第一吸水室46的脱水效果是局部的，被限定在第一案板刮刀51的尖端附近。第二吸水室47的脱水区较宽，是由案板刮刀51′的数量决定的，在图6中表示为7个，是一个具体例子。案板刮刀51′的效果是以其与置于下网回路20内侧的网支承装置30的联合工作为基础的。支承装置30和它工作的主要特征是，利用它，可以在脱水装置40的区域内，以所要求的方式，连续增加由下网20施加给成形纸幅的压缩。利用这种压缩作用，使纸幅W的脱水主要通过上网回路10进行，水进到吸管47a，并通过吸管47a进入吸水室47。第三吸水室48的工作类似于第二吸水室47的工作。

图6所示的第二和第三室47和48呈现的负压最好要大大高于第一室，即47室约为10至20kpa，48室约为15至30kpa，其具体数值取决于正在生产的纸的材料。

图4中示出的集水装置40A包括两个前后放置的吸水室。置于两吸水室下面的两个楔形块可与网10接触。这两个楔形块以其在网10的运动方向的嘴部后侧限定装置40A的吸管。

关于图4，本发明的主要特征应进一步明确，在本发明的一些实施例中，特别是在那些最适于对长网成形器网部进行改造的实施例中，成形区完全不需要伸到由单网起始部分20a确定的T-T平面的下面。按照图4，在成形辊16a之后，在下网回路20内有吸水箱27的双网区又返回到由单网起始部分20a所确定的水平面T-T。该单网起始部分20a最好是水平的。

就图6所示的装置而言，当用图2到图5的成形器生产厚质纸时，其脱水过程如下。在成形器的第一脱水区20a，在下网回路20表面上部分成形的纤维层进入网10和20之间的空间，它的间隙角d由导辊11a的位置决定。导辊11a对网10进行导向，辊的位置可利用装置18来调整。纤维网的表面在楔形块52前面与上网10接触。在此位置，支承下网回路20的网支承装置30部分也开始，利用它的作用，纤维层的脱水开始并主要向上方发生。

图6所示装置30的梁构件31利用充有压缩空气的橡胶管32的中间部分支承在纵向支承梁33上。支承梁33再由横向的箱形梁34支承。橡胶管32的压力作用是可以调节的，使作用在下网20和纤维网构件的载荷可在网10，20的运动方向上依次增加。在橡胶管32中，使用较纸的压力，如10至50cmH2O（厘米水柱），以此给成形阶段的纸幅W施加一很适度的压缩。脱水压力是自调节的。装置30的构件表面设有横贯网20整个宽度的横向槽35。这些槽通过下网20也有一些脱水作用。利用这些槽产生微湍，以改善幅W的成形。

图6中，脱水过程在纸幅W上表面的接触线和楔形块52之间的区域内继续进行。其中，在上网10的内面形成有水层。该水层被聚集在网10和楔形块52之间的楔形空间和其后的楔形块52和案板之间的间隙E。通过这个间隙，利用它的动能作用和/或真空室的真空作用，使水通过管46a压入脱水装置的第一室46。楔形块52可利用调节装置53进行垂直调整，以此可以调节进入导管46a的水量，同时也可调节空气量。自然，网10和20之间倾角d的调节，进入管46a间隙的调整，以及由支承系统施加的压力调节均取决于生产的纸或纸板。

在某些情况下，利用图6所示的调节楔形块52为基础的助吸式系统可以用另一种结构来取代。在这种结构中，调节楔形块52被一辊子代替，辊子的转速以及它的高度位置，即它与网10的距离是可调节的。

下面将给出本发明的权利要求，籍借这些权利要求，本发明的各种细节都可以在这些权利要求规定的发明思想的范围内加以改变，并且不同于上述仅作为例子介绍的那些实施例。