스크린 실린더 및 스크린 실린더 제조 방법{A METHOD OF MANUFACTURING A SCREEN CYLINDER AND A SCREEN CYLINDER}
도 1은 종래 기술의 와이어 스크린 실린더를 개략적으로 도시한다, 도 2는 종래 기술의 지지 엘리먼트에 배열된, 예를 들면 기계가공된 키호올의 다양한 실시예를 개략적으로 도시한다, 도 3a 와 3b는 본 발명의 지지 엘리먼트 스크린 와이어 조합의 바람직한 실시예를 도시한다, 그리고 도 4a 내지 4d는 발명의 바람직한 실시예에 따른 스크린 실린더의 제작을 도시한다.
본 발명은 스크린 실린더 제조 방법, 및 펄프 및 제지 산업의 셀룰로오스 펄프 현탁액을 스크리닝, 필터링, 분별, 또는 분류하기에 특히 적절한 스크린 실린더에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 서로 작은 간격으로 평행하게 위치된 복수의 스크린 와이어들을 포함하는 유형의 스크리닝 디바이스에 관한 것으로, 복수의 스크린 와이어가 스크리닝되는 펄프 현탁액에 면하는 스크리닝 표면을 형성하 며 인접한 와이어들이 그 사이에 스크리닝 개구를 형성하여 펄프 현탁액의 허용부가 그 사이를 유동하도록 허용한다. 예를 들면, EP-A1-0 929 714는 스크린 와이어들이 와이어들의 다운스트림측에서 고상 지지 엘리먼트, 지지 링 또는 지지 바아에 횡으로 연장하는 슬롯에 고정되는 스크리닝 디바이스를 논한다. 이러한 유형의 공지된 스크리닝 디바이스에서, 지지 엘리먼트는, 스크린 와이어들에 대한 지지부를 형성하며, 단면이 주로 직각 또는 라운드이며 대개 통상적으로 스크린 와이어들에 수직으로 위치된 고상 바아로 형성된다. 게다가, 상기 EP-A1-0 929 714는 지지 엘리먼트가 U형 바아인 와이어 스크린들을 개시하며, 스크린 와이어들은 변형에 의해서 지지 바아에 횡으로 기계가공된 그루브에 부착된다. 스크린 와이어들은 일반적으로 가변성 왜곡, 열 응력 및 버어(burrs)와 같은 수많은 단점들을 야기하는 용접 공정에 의해 지지 바아에 고정된다. 용접에 의해 유발된 열은 와이어의 왜곡을 야기하며 인접 와이어간의 스크리닝 개구폭을 변동시킨다. 따라서 완전히 균일한 스크리닝 개구를 얻기 어려우며, 이는 스크린의 효율이 저조함을 의미한다. 오늘날, 스크리닝 개구의 바람직한 폭이 0.1mm만큼 작을 때에, 최소한의 왜곡만이 허용된다. 열응력과 버어는 또한 사용자 처리시의 스크리닝 디바이스에 적재로 인하여 작동중의 실패를 야기할 수 있다. 그러한 적재는 일정한 하중 또는 순환적인 적재의 형태일 수 있으며 피로(fatigue)에 의해 실패를 야기한다. 또한 버어는 현탁액의 화이버들을 캐치하여, 스크린 또는 필터의 점진적인 막힘(clogging), 또는 사용 자 처리시 매우 유해한 소위 "스트링"의 형성을 야기한다. 스크린 와이어들을 일정한 키호올(keyhole) 단면에 의해서 동일한 키호올 형상을 구비하는 지지 바아의 리세스에 연결시키는 것이 예를 들면 US 특허 제5,090,721호 및 제5,094,360호에 제시되어 왔다. 우선 스크린 와이어들을 곧은 지지 바아의 리세스에 삽입시켜, 평탄한 스크린 바아를 만들고, 그후 지지 바아를 링에 굽힘으로써, 스크린 와이어들이 일정 위치로 클램프된다. 그러나, 이러한 설계는 장기간 충분히 신뢰할 수 없으며, 클램핑 형상과 함께 고정되는 키호올은 당 산업분야에서 보다 잘 공지된 수많은 제안에 따라 개선되어 왔다. 즉, 글루잉, 솔더링, 용접 등은 키호올 고정을 보장하기 위해 제시되어왔다. 상기 어려움 등은 스크리닝의 열악한 품질 또는 기계적 결점 또는 높은 제조 비용(예를 들면, 키호올 클램핑은 키호올 그루브의 매우 정확한 치수를 필요로함)을 야기하는 경향이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기된 결함을 최소화시키며 개선된 스크린 실린더 및 개선된 그 제조 방법을 제공하는 것이다. 그러나, 지지 바아에서, 또는 지지 엘리먼트에서 키호올의 사용이 인접한 스크린 와이어들간의 거리가 대체로 일정함을 보장하더라도, 와이어들이 그루브에서 이동할 수 없는 방식으로 스크린 와이어들을 키호올 그루브에 고정하는 신뢰할만하며 간단한 방식인지 연구되어야 한다. 그루브는 키호올 구조이다, 즉 지지 엘리먼트, 또는 링 또는 바아 내측 전체에 대해 기계가공되거나, 또는 키호올이 지지 엘 리먼트 또는 바아 또는 링의 일측에서 개방되도록 기계가공되어, 와이어가 그 축 방향으로만 이동할 수 있다. 다시 말해서, 키호올은 와이어를 실질적으로 타이트하게 크램프하거나, 또는 와이어가 와이어의 축 방향에서 키호올로 슬라이드되도록 허용한다. 따라서, 키호올은 스크린 와이어가 스크리닝중에 야기되는 압력 펄스의 방향으로 이동하는 것을 방지한다. 또한 본 발명의 목적은 스크린 와이어들의 열 왜곡을 유도하지 않고 제조 및 조립이 용이한 스크린 실린더를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 정확하며 일정한 스크리닝 개구, 즉 스크리닝 슬롯을 지닌 개선된 강력한 스크린 실린더를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 스크린 실린더를 제공하는 개선된 방법을 제공하는 것으로서, 균일한 스크리닝 개구, 즉 양호한 공차가 제공되어 매우 작은 폭을 지닌 슬롯이 제조될 수 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 지지 로드의 업스트림측 표면에 화이버의 퇴적을 야기하는 최소한의 버어 또는 기타 돌출 엘리먼트를 지닌 개선된 스크린 실린더를 제공하는 것이다. 본 발명에 따르면 지지 엘리먼트는 서로 축 거리에 배열된 개별 링의 형태이다. 본 발명의 기본적인 사상은 지지 엘리먼트들중 적어도 하나가 처리되어 그 원형 종방향 축 주위에서 그 원형 형태로 방향전환되어 스크린 와이어들을 지지 엘리먼트의 개구/그루브에 클램프하는 것이다. 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 스크린 실린더 제조 방법은: A) 지지 엘리먼트를 하나의 축을 구비하는 횡 개구/그루브에 제공하는 단계, B) 상기 지지 엘리먼트를 원 형상으로 굽히는 단계로, 단계 A)와 B)가 임의 순서로 실행되며, C) 다수의 상기 지지 엘리먼트를 서로 일정 간격으로 하나를 다른 하나위에 배열하는 단계, D) 스크린 와이어를 상기 개구/그루브에 삽입하는 단계로, 단계 C)와 D)가 임의 순서로 실행되며, E) 상기 지지 엘리먼트중 적어도 하나를 그 종방향 축 주위로 방향전환시켜 개구/그루브의 축이 스크린 와이어의 방향과 부정렬하여 스크린 와이어가 상기 개구/그루브에 클램핑되는 단계; 를 포함한다. 더 발전된 발명의 실시예에 따르면, 스크린 실린더 제조 방법은 단계 E)를 두가지 단계로 분할한: E-1) 엘리먼트중 하나의 측면만이 가열되어, 엘리먼트를 불균등하게 열 팽창시키도록 적어도 하나의 엘리먼트를 가열하는 단계, 및 E-2) 적어도 하나의 엘리먼트를 냉각시켜, 엘리먼트가 불균등하게 수축하여 상기 개구/그루브에 스크린 와이어를 클램핑하는 단계; 를 포함한다. 더 발전된 발명의 실시예에 따르면, 스크린 실린더 제조 방법은, 단계 D) 이전에: - 형상에 있어서 영구적인 변형이 발생하도록 그 항복점을 지나 그 종방향 축 주위로 적어도 하나의 엘리먼트를 방향전환시키는 단계, - 상기 그루브의 축이 축방향이도록 그러한 형상으로 엘리먼트를 방향전환시키는 단계; 를 포함한다. 더 발전된 발명의 실시예에 따르면, 스크린 실린더 제조 방법은: - 단계 A)에서, 굽은 원형 지지 엘리먼트의 그 축이 비축방향(non-axial)이도록 상기 적어도 하나의 엘리먼트의 그루브를 기계가공하며, 그리고 - 단계 D) 이전에, 상기 그루브의 축이 축방향이도록 엘리먼트를 그러한 형상으로 바꾸는 단계; 를 포함한다. 스크린 실린더의 특징적인 특색은, 상기 스크린 실린더가 그 사이에 스크리닝 슬롯을 지닌 적어도 다수의 스크린 와이어들과, 실질적으로는 원형 지지 엘리먼트들로 형성되며, 상기 지지 엘리먼트가 그 내에 스크린 와이어들의 설치를 위해 그 자신의 축을 지닌 개구/그루브를 구비하여, 상기 지지 엘리먼트들중 적어도 하나가 그 종방향 축 주위로 방향전환되어 개구/그루브의 축이 스크린 와이어의 방향과 부정렬되어 스크린 와이어를 개구/그루브에 타이트하게 클램프한다는 것이다. 발명의 기타 특징적인 특색은 첨부된 청구범위로부터 명백해질 것이다.
도 1은 종래 기술의 와이어 스크린 실린더(1)를 개략적으로 나타낸다. 도 1 의 스크린 실린더는 그 중심, 또는 바디 부분에서, 즉 스크린 실린더의 상부 및 하부 사이에서 절단된 것이다. 따라서 단부 링, 또는 스크린 실린더의 상부 및 하부 링이 나타나지 않는다. 스크린 실린더(1)는 실질적으로 축방향으로 지향된 스크린 와이어(10), 소위 쐐기(wedge)로 이루어져(원래 와이어 단면은 쐐기와 유사함), 이는 스크린 실린더의 바디 부분에서 지지 엘리먼트(20)에 그리고 이미 상기에서 논의된 실린더의 단부에서 단부 링에 고정된다. 대개 쐐기 와이어 스크린 실린더는 소위 유출형으로 스크린 와이어는 지지 엘리먼트의 내측에 방사상으로 부착되며 허용부가 스크린 실린더의 내측으로부터 그 외측으로 유동한다. 그러나, 소위 유입형 쐐기 와이어 스크린 실린더가 공지되어 있다. 인접한 와이어(10)간의 거리는 스크리닝 슬롯(15)을 규정한다. 슬롯 폭은 스크린 실린더(1)의 어플리케이션에 따라 통상적으로 약 0.1-0.3mm이다. 지지 엘리먼트간의 축방향 거리는 스크린 실린더(1)의 어플리케이션과 사이즈에 따라 약 20-200mm인 방식으로 스크린 와이어의 길이를 따라 배열되는 다수의 원형 지지 엘리먼트(20)가 있다. 지지 엘리먼트의 높이(스크린 실린더의 축방향에서)는 통상적으로 약 3-10mm이며 방사상 폭은 약 15 내지 약 50mm이다. 그러나, 치수들은 특정 환경에서 상기 언급된 치수로부터 변동될 수 있다. 스크린 실린더는 스크린이 실린더로 롤링되어 지지 바아가 롤링이후의 지지 엘리먼트를 형성하기 이전에 스크린 와이어(10)가 지지 바아에 고정되거나, 또는 상가 바아가 원형 링으로 굽혀진 이후 스크린 와이어가 지지 엘리먼트에 고정되도록 제조된다. 스크린 와이어를 지지 엘리먼트에 고정하는 일반적인 방법은 스크린 와이어(10)가 삽입되는 횡 그루브 또는 개구의 지지 엘리먼트에서 사용하는 것이다. 종래 기술의 지지 엘리먼트에서 그루브 또는 개구는 엘리먼트가 원형 링으로 굽혀질 때 지지 엘리먼트의 평면에 수직인 축을 갖는다. 그루브 축은 각 그루브의 중심선으로서 이해되며, 상기 중심선은 그루브 표면과 평행하다. 따라서, 원통형 스크린 드럼의 경우, 그루브 축은 스크린 드럼의 축과 평행하다. 본래, 스크린이 원뿔형이라면, 그루브 축은 비축방향이다. 또한, 더 일반적으로는, 그루브의 축들이 그루브에 설치된 스크린 와이어의 방향이라고 말한다. 도 2는 지지 엘리먼트 또는 지지 바아에서 소위 키호올 또는 도브테일(dovetail) 그루브의 형상에 대한 몇가지 대안을 도시한다. 그루브 및 개구는 몇가지 공통적인 특색을 갖는다. 첫째, 개구/그루브(30)는 보통 바아 또는 엘리먼트에 대체로 직각으로 기계가공된다. 그리고, 둘째, 도면들에 의해 도시된 것처럼, 키호올 그루브(30)(및 본래 개구)의 기본적인 아이디어는 그루브(30)에 스크린 와이어를 고정시키는 것으로 스크린 와이어가 와이어 축 방향으로, 즉 지지체 엘리먼트의 직각으로 이동할 수 있다. 즉, 소위 잠금 형상이 사용된다. 본래, 스크린 와이어의 이동이 그 축 방향에서 소정의 특색이 아니지만, 스크린 실린더의 제조에서 이용될 수 있다. 즉, 미국 특허 제5,090,721호 및 제5,094,360호에서 논의된 것처럼 그루브에서 와이어의 클램핑은 그루브에 와이어를 고정하기 위해 사용되지 않는더라도, 지지 바아가 원형 지지 엘리먼트에 쉽게 굽혀지며 그후 와이어가 그루브(30)에 푸시된다(도 4a와 4c에 도시됨). 이러한 경우, 그루브(30)의 사이즈 및 형상은 스크린 와이어의 단면중 하나에 가능한한 밀접해야 한다. 그후, 와이어가 그 축방향으로 이동하는 것을 방지하기 위해서, 와이어가 지지 바아에 용접, 글루 또는 솔더링되거나, 또는 와이어가 그 이동을 방지하기 위해서 변형된다. 그러나, 논의된 모든 고정 방법들이 복잡하며, 화이버를 수집하는 버어를 야기하거나, 또는 이와 달리 그 바람직한 목적에 이상적이지 못하다. 도 3a는 다수의 천공된 형상중 하나인 스크린 와이어 또는 쐐기 와이어의 단면과 지지 엘리먼트(20)를 나타내는 확대한 스크린 실린더의 부분 방사상 단면도를 도시한다. 도 3b는 지지 엘리먼트(20)의 단면을 나타내는 스크린 실린더의 부분 축방향 단면 이다. 도 4a 내지 4d에 기술된, 본 발명에 따른 스크린 실린더를 제조하는 바람직한 방법이지만, 물론 유일한 방법이 아닌 것으로 엘리먼트가 원형 링(도 4b)으로 굽혀지기 전 또는 후에 기계가공된 적절한 키호올 또는 도브테일 그루브 또는 해당 개구를 지닌 원형 링(도 4a)의 형태로 지지 엘리먼트(20)가 지그에 부착된다. 다음, 스크린 와이어(10)는 도 4c에 도시된 것처럼 지지 엘리먼트(20)의 그루브 또는 개구를 통하여 푸시된다. 바람직하게는, 모든 엘리먼트/링의 그루브 또는 개구가 유사하다. 모든 스크린 와이어(10)가 지지 엘리먼트(20)의 개구/그루브에 삽입된 후, 스크린 와이어가 고정되어 그것이 그 축 방향으로 더 이상 이동할 수 없다. 이는 도 4d에 나타난 본 발명의 제 1 바람직한 실시예에 따라 적어도 하나의 지지 엘리먼트(20)를 그 하나의 측면(25)를 통하여 가열함으로써 실행된다. 즉, 가열이 지지 엘리먼트(20)의 일 측면에만 불균등하게 실행된다. 그 결과, 예를 들면, 도 3b와 도 4d에서 지지 엘리먼트의 하부면이 열 팽창하여 특히 지지 엘리먼트의 프리 림(free rim)이 파선으로 도 4d의 상부 도면에 나타난 것처럼 그 원형 종방향 축 주위에서 상향으로 방향전환한다. 스테인레스 스틸로 만들어진 지지 엘리먼트에 대한 가열 온도는 섭씨 약 450-900도이다. 가열 후 지지 엘리먼트는 실온에서 냉각되며 지지 엘리먼트가 뒤로 방향전환하기 시작하고, 결국에는 지지 엘리먼트의 프리 림이 하향(도 4d의 하부 도면의 고딕선)으로, 즉 그 최초 위치(도 4d의 하부 도면에서 파선)를 지나 방향전환한다. 스테인레스 스틸의 특징적인 특색은 그 온도가 상기 범위로 상승될 때 제품의 내부 응력이 풀려, 입자의 냉각이 열 팽창이 있었던 것보다 더 큰 열 수축을 야기한다는 것이다. 모든 이러한 결과는 지지 엘리먼트가 그 '수평의' 최초 위치를 지나 방향전환하는 동안 지지체 엘리먼트의 그루브 축이 비축방향이 되어 방향전환하며, 지지 엘리먼트의 개구/그루브의 벽과 와이어 사이에 스크린 와이어 설치를 위해 요구되는 작은 갭이 밀접하며, 지지 엘리먼트가 개구/그루브의 스크린 와이어를 크램프한다는 것이다. 상기 논의된 한가지 가열 처리에 대한 대안은 지지 엘리먼트(20)의 일측면상에 빔(beam)을 용접하는 것이다. 상기 빔은, 지지 엘리먼트와 냉각시, 수축 및 지지 엘리먼트를 효율적으로 방향전환시켜 스크린 와이어(10)가 그루브(30)에서 클램프된다. 이러한 종류의 가열 처리는 스크린 실린더의 모든 지지 엘리먼트에 대해 실행될 필요가 없지만, 그들중 적어도 하나에 대해 수행될 필요가 있다. 그러나, 와이어와 개구/그루브의 벽간의 모든 작은 갭이 밀접한 경우에는, 적어도 몇몇, 가장 바람직하게는 모든 지지 엘리먼트가 가열 처리에 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 스크린 실린더를 제조하는 바람직한 방법은, 모든 지지 엘리먼트가 가 열되지 않는다면, 가열된 링이 스크린 실린더의 전체 길이에 걸쳐 규칙적인 간격으로 위치된다. 예를 들면, 매 2번째 또는 3번째 링이 가열된다. 지지 엘리먼트를 가열시 또 다른 선택사항으로는, 예를 들면, 제 1, 제 3, 제 5 지지체 엘리먼트 등의 상부면과 제 2, 제 4, 제 6 지지체 엘리먼트 등의 하부면이 가열된다. 지지 엘리먼트의 열처리를 실행하는 바람직한 방법은, 모든 스크린 와이어가 모든 지지 엘리먼트의 그루브로 삽입된 이후에, 스크린 실린더를 롤에 위치시키는 것이다. 그후 상기 실린더를 천천히 회전시키고, 1개 이상의 지지 엘리먼트/들중 한개면을 한번에 가열하여 지지 엘리먼트/들의 온도가 450 내지 900도 사이로 국부적으로 그리고 일시적으로 상승한다. 가열은 일시적이므로 스테인레스 스틸의 특징(주로 부식 저항)은 변하지 않는다(특징을 변화시키데 수시간을 필요로하지만, 발명의 가열 처리는 단지 몇분을 필요로한다). 지지 엘리먼트/들의 매우 제한된 표면 영역을 가열할 수 있기 위해서, 바람직한 용접 토치(welding torch)는 수동으로 또는 자동으로 사용된다. 또한, 스크린 와이어들이 동일한 종류의 열 절연재로 커버될 필요가 있다고 여겨지므로 그것들이 열-처리될 필요가 또한 없다. 바람직한 열 차폐물은 가열을 시작하기 이전에 스크린 와이어들 위의 2개의 인접한 지지 엘리먼트간에 위치된 금속 스트립이다. 비록 지지 엘리먼트의 일측면 가열 처리가 상세히 상기되어 있지만, 스크린 실린더를 제조하며 동일한 기본적인 원리를 이용하는 바람직한 방법이 있다. 스크린 와이어 또는 쐐기 와이어를 지지 엘리먼트의 그루브 또는 개구에 고정시 기본적 인 원리는, 최종 스크린 실린더에서 스크린 와이어들용 지지 엘리먼트에서 그루브의 축이 비축방향이며, 설치 단계에서 스크린 와이어들이 지지 엘리먼트의 그루브에 위치될 때 그루브가 축방향으로 정렬되도록, 지지 엘리먼트 또는 지지 엘리먼트들이 형성된다는 것이다. 상기 원리는 일측면 가열에 의해서 뿐만 아니라 기계적 수단에 의해서 달성될 수 있다. 또 다른 바람직한 실시예는 지지 엘리먼트로 시작하며, 이는 스크린 와이어용 그루브가 제공되며, 그리고 상기 논의된 가열 처리와 관련하여 이미 기술된 지지 엘리먼트에 동일한, 원형 링으로 굽혀진다. 그루브들은 상기 엘리먼트를 원형 링으로 굽히기 전후에 기계가공된다. 굽혀진 원형 지지 엘리먼트에서 쐐기 와이어용 그루브는 축방향으로 그 축을 갖는다. 원형 지지 엘리먼트가 그 원형 종방향 축 주위로 기계적으로 방향전환되어 그루브의 축이 비축방향 방향으로 방향전환하고 그 방향전환이 지지 엘리먼트 재료의 항복점을 지나 지속되어 엘리먼트의 형태에 있어서 영구적인 변형이 달성된다, 즉, 방향전환의 종료 이후 지지 엘리먼트는 그 최초 형태로 방향전환하지 않는다. 예를 들면, 지지 엘리먼트는 최초 원형링으로 굽혀진 이후, 그 측면들이 환형면(radial plane)으로 위치된다면, 상기된 방향전환 작동이후, 그리고 방향전환이 해제된 이후, 상기 측면들이 환형면들과 각을 형성하며 원뿔면에 위치된다. 스크린 실린더를 조립시 상기된 방식으로 형성된 지지 엘리먼트는 지그 또는 툴(tool)에 놓여져 지그가 상기 엘리먼트를 방향전환시켜 그루브의 축이 축으로 방향전환하여 쐐기 와이어가 그루브에 설치된다. 지그에 의한 방향전환이 해제되어 지지 엘리먼트는 그 재형성 위치로 방향전환하여 그루브에 쐐기 와이어를 클램프한다. 상기 논의된 방법에 대한 대안의 바람직한 방법은, 지지 엘리먼트가 자유로이 원형 형태일 때 그 축이 약간 비축방향이도록(약간의 기울기면 충분함) 지지 엘리먼트의 쐐기 와이어용 그루브가 기계가공된다. 기계가공은 엘리먼트를 원형 링으로 굽히기 전후에 실행될 수 있다. 스크린 실린더의 조립체는 지지 엘리먼트를 지지하며 스크린 와이어들을 그루브에 설치하는데 사용된 툴(tool)이 지지 엘리먼트를 방향전화시켜 그루브 축이 방향전환된 축이도록 수행된다. 쐐기 와이어들을 설치후 지지 엘리먼트들이 툴로부터 해제되고 그것들이 그루브의 스크린 와이어들을 클램핑하는 최초 형상으로 방향전환한다. 상기된 것은 스크린 실린더를 제조하는 새롭고 진보적인 방법의 예시적인 설명임이 이해되어야 한다. 상기된 것은 발명의 전체 범위가 첨부된 청구범위에 의해서만 규정된 임의의 수단에 의해 발명을 제한하는 것으로서 이해되지 말아야 한다.
따라서, 상기된 상세한 설명에 따라 본 발명을 구현함으로써 상기된 결함을 최소화시키며 개선된 스크린 실린더 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. |
