El secador Yankee es el corazón de cualquier máquina de tisú. Cuando la vibración y las variaciones superficiales del Yankee se han convertido en un misterio continuo, después de haber sido verificado todos los elementos habituales, los problemas de molienda y operación pueden generarse debido a la metalurgia básica de cobertura de hierro fundido en el secador.
John Holton
En máquinas de tisú, los daños de vibración en los secadores Yankee de hierro fundido se hecho más común en los últimos años, como las vibraciones siendo la razón principal para el aumento de frecuencia de molienda del Yankee. El principal contribuyente para la mayor vibración es la tendencia a la operación en humedades de la bobina cada vez más bajas, un medio creciente de la suavidad del producto. Los Yankee están propensos a las vibraciones, donde la molienda anteriormente podía normalmente llevarse en intervalos de 18-24 meses, conforme la cubierta del Yankee se hace más fina, los problemas son más evidentes y la molienda puede ser a menudo cada 6 meses.
Hace poco realizamos nuevos estudios acerca de los estándares de desgaste de vibración y variaciones de superficie, incluyendo el examen detallado de las propiedades de los metales de la superficie de hierro fundido Yankee. La investigación involucró el análisis de superficie de Yankee a través de métodos estandarizados y realización de microfotografías para determinar si había alguna diferencia entre las áreas que presentaban desgaste y vibración, en comparación con áreas que no eran usadas. Eso nos ha dado una nueva comprensión del mecanismo del comienzo de la vibración y del medio para ser evitado. Al mismo tiempo, confirmaron la utilidad de los recubrimientos metálicos homogéneos en la superficie Yankee.
EN PRIMER LUGAR: EL SISTEMA DE CONDENSADO. Cuando se tiene áreas calientes o frías en la cubierta Yankee, la primera cosa que se debe observar siempre, por supuesto, es el sistema de condensado, ya que podría decirse que es la fuente más común del comienzo de vibración. Pero, si has analizado completamente el sistema de condensado y otras cuestiones, tales como la corona y aún tienes problemas, eso puede ocurrir debido a la metalurgia del hierro fundido. Por definición, el hierro fundido es un material no homogéneo. En máquina cada vez más con altas velocidades y metas de humedad más bajas, el hierro fundido, por su propia naturaleza, puede convertirse en una limitación para la producción.
EL TIPO Y EL CONTENIDO DE GRAFITO SON FUNDAMENTALES. El objetivo principal de este estudio fue determinar si existen diferencias significativas en las características del grafito en áreas de alto desgaste en comparación con áreas de bajo desgaste. Por lo tanto, hemos realizado un análisis profundo de las formas en la superficie del hierro fundido y en la concentración de grafito. El grafito es necesario para reducir la fricción y permitir que la lámina de cuchillas de crepado se deslice sobre la superficie de una manera suave y uniforme. Normalmente, hay variaciones en el tipo y en la concentración de las escamas de grafito del hierro fundido.
Como puede ser visto en la figura 1, las formas pueden ser de escamas (tipo I y tipo II) o más nodulares como el tipo V y tipo VI. Idealmente, se desean concentraciones de grafito bajos y uniformes con menos de 10% del área de superficie expuesta y todas las formaciones de tipo I y tipo II. Este porcentaje observado no está relacionado con el porcentaje de carbono en peso. El tipo y la concentración de grafito varían según la metalurgia y de la tasa de enfriamiento del hierro fundido cuando es formado. Si las áreas de Yankee se enfrían muy lentamente, eso creará más grafito del tipo V y tipo VI, que tienen una tendencia de ser arrancado de la superficie por la lámina, como es visto en la figura 2. Cuando eso ocurre, esta área afectada del Yankee se hace más áspera, el área de la superficie aumentada crea un revestimiento orgánico más tenaz, que es también es un contribuyente conocido como el comienzo de la vibración.
EL GRAFITO ES IMPORTANTE POR DOS RAZONES: en primer lugar, tiene muy baja conductividad y por lo tanto para concentraciones de tipos nodulares V y VI hará con que el área se enfrié (Figura 3). Estas áreas aparecen como “fantasmas” en análisis de infrarrojo de alta velocidad, mismo directamente después de una molienda de Yankee. Las áreas enfriadas crean de inmediato, área baja, la presión de aprieto local también es baja, pues eso dificulta para construir un revestimiento orgánico Yankee robusto y protector. A su vez, hace con que haya un desgaste de la superficie, profundizando en el área baja y el ciclo continúa. Eso llevará a la molienda para vibraciones o simplemente, molienda para área baja creada, si la vibración no comienza.
En segundo lugar, el Grafito también es importante porque proporciona una forma de lubricación a la superficie. Cuanto mayor es la concentración de grafito, menor será la fricción, que mejora las características de vida útil y liberación de la lámina. La tasa de concentración y la fricción del grafito es lineal, como puede ser visto en la figura 4. Y la inclinación de la curva de fricción se acentúa más en ambientes húmedos, que es sin duda, como en el caso de la fabricación de papel.
CUANDO SE TIENE VIBRACIONES, LA LÁMINA SALTA EN LA SUPERFICIE. Eso significa que tiene presión alta, seguida de baja presión. Como la lámina salta lejos de la cubierta, ella presenta contacto de baja presión; como encajar alrededor de la superficie, ella entra en contacto con la presión. Por lo tanto, un único punto bajo en la cubierta del secador, que puede ser causado por las variaciones de contenido de grafito, puede llevar a varios puntos bajos (es decir, vibración) debido a la continua sacudida. La vibración es un fenómeno de auto propagación; a medida que la lámina escava un punto, ella se encaja sobre el siguiente punto y excava el área siguiente. Y así sucesivamente. Es como un efecto del lavadero en una carretera de tierra: a largo plazo, un solo agujero puede causar millas de efectos lavadero.
DOS ESTUDIOS DE CASO. Por ejemplo, en un Yankee que trabajamos hace poco, ocurrió un problema al ‘Cavar’, que significa un área baja. El problema se produjo desde el primer día, se realizó una reconstrucción del condensado, pero las áreas frías eran visibles directamente después de la molienda, incluso con el sistema de condensación siendo tres veces comprobado por los especialistas. Cuando eso ocurre, y ha pasado por todas las causas posibles y no se encuentra una solución o respuesta correcta, la vibración puede ser debido a la metalurgia de la cubierta en hierro fundido y por la distribución o el tipo de grafito. Se analizaron tres áreas convexas, que fueron históricas, junto con tres áreas adyacentes y seis áreas adyacentes y seis áreas aleatorias.
Las tres áreas convexas mostraron concentraciones muy altas de grafito (más de 5%) y todas las escamas de grafito tipo V y VI (ver figuras 5 y 6). En este caso, la única solución razonable fue aplicar una superficie metalizada sobre el hierro fundido. Ahora, este Yankee está funcionando más de 2000 rpm y sin problema histórico de vibraciones.
CON RESPECTO A LAS SUPERFICIES METÁLICAS, las aplicaciones más comunes son de acero pseudo-inoxidables, que son más duros y más resistentes a la vibración que del hierro fundición. Estos revestimientos de metales pulverizados son completamente homogéneos, en comparación con hierro fundido, que ciertamente no es homogénea. Además de eso, la conductividad térmica es tan solo de 25% que la del hierro fundido, que es bueno, porque tiene el efecto de distribuir la transferencia de calor más uniforme para un mejor perfil. Debido a esta pérdida de transferencia de calor, las máquinas de secado limitadas con espesura restante de hierro fundido antes de la evaluación deben considerar la extracción del hierro fundido adicional para mejorar la transferencia de calor, mientras permanezca arriba del punto de evaluación.
Cabe mencionar que los secadores Yankee son de acero metalizado con el mismo tipo de material antes de la entrega, porque el acero es demasiado frágil para el crepado y las tasas de desgaste sería inaceptables. Esta es el motivo fundamental por el cual los Yankees de acero son mucho menos propensos a desarrollar vibraciones.
OTRO CASO, QUE TRABAJAMOS FUE CON UNA SECADORA QUE NUNCA SUFRIÓ VIBRACIONES pero enfrentaba un problema con el estándar de grabado Yankee extraño y aleatorio. La primera conclusión es siempre – “tenemos que cambiar el sistema de condensado”. Y, en la mayoría de los casos, es el sistema de condensado, especialmente porque hay algunos proyectos pobres que fueron usados en el pasado y todavía están en uso en muchas secadoras. Pero, en este caso, el sistema de condensado estaba bien.
Ese extraño estándar de grabado (ejemplo: área 5 en la figura 7) había aparecido directamente después de una molienda del perfil, mismo antes de la fábrica de poner cualquier papel en la secadora. Tan luego, ellos cargaron la lámina, aparecieron esos estándares. Entonces, realizamos nuestros análisis de grafito con estándar acondicionado de Nital 2% y realizamos microfotografías de los estándares extraños, así como de las áreas sin la grabación. Fueron examinadas ocho áreas marcadas y comparadas con las ocho áreas circundantes. Los resultados fueron idénticos.
LLEGAMOS A LA CONCLUSIÓN QUE LA CAUSA ERA UNA VARIACIÓN SIGNIFICATIVA EN EL CONTENIDO DE GRAFITO. En este caso, fue un nivel muy bajo de grafito en las áreas grabadas, que creó una condición de alta fricción, y eso causó las marcas, a medida que la lámina ‘cavaba’, porque no había lubricación suficiente en la lámina para deslizarse con facilidad en toda la superficie. Sin tener que explicar toda la ciencia, la conclusión para ambos casos es que, cuando la secadora está más fina, cuando la humedad de la bobina está baja, la tasa de transferencia de calor sube. Por lo tanto, los problemas se manifiestan más rápidamente con cada molienda sucesiva, porque hay menos aislamiento y la falta de uniformidad se hace más evidente. Hemos estudiado muchos otros casos, pero estos dos ejemplos pueden dar una idea de cómo la forma, la uniformidad y la concentración de grafito pueden causar problemas muy diferentes a la secadora Yankee.
DEMANDAS MÁS ELEVADAS EN LOS ÚLTIMOS AÑOS. Estos desvíos metalúrgicos en la cobertura del hierro fundido del secador probablemente estuvieron presentes en los Yankees durante mucho tiempo. Pero, solamente en los últimos años, como han aumentado las velocidades y las demandas de secado en Yankee aumentaron, la propia naturaleza del hierro fundido se convirtió en un factor limitante Como un factor relacionado, cabe destacar que los secadores Yankee en acero, recientemente se han hecho más populares y están funcionando bien. Una ventaja es que el acero hace mejor transferencia de calor en comparación con un nuevo Yankee de hierro fundido estándar. Esto no es porque el acero tiene una mayor tasa de transferencia de calor. Es simplemente porque el acero es un material más fuerte y, por lo tanto, puede proporcionar la presión necesaria de funcionamiento con un cilindro mucho más fino.
Como estos Yankees son metálicos y los Yankees tienen un metalizado superficial homogéneo, la ventana operativa para estas superficies es mucho más amplia, los recubrimientos orgánicos construyen más uniformemente y la vida útil de la lámina es mejorada. También es la superficie preferida para el uso optimizado de láminas de cerámicas, con muchas fábricas que trabajan con estas láminas de tres a seis días.
CONCLUSIONES. Estas investigaciones del grafito nos llevaron a concluir que, conforme la máquina acelera y las demandas de secado aumentan, cualquier naturaleza no homogénea dentro del hierro fundido se hace más pronunciada. Esto aumenta el potencial de crear problemas de superficie, como las vibraciones. El hecho es que estas inconsistencias son inevitables en el hierro fundido porque, en su mayor parte, ellas ocurren debido al proceso de fundición, que no puede ser hecho de forma absolutamente uniforme. Como nunca se consigue el mismo enfriamiento perfecto alrededor del molde entero del Yankee. Y, conforme se acelera e impulsa las máquinas tisú, siempre más rápidas, las imperfecciones y los problemas serán mayores.
NUESTROS ESTUDIOS TAMBIÉN CONFIRMARON EL VALOR DE LOS RECUBRIMIENTOS METÁLICOS EN LA SUPERFICIE DE YANKEE PARA OBTENER UNA BUENA OPERACIÓN CONSISTENTE DEL YANKEE. La metalización simplemente proporciona una superficie para hacer papel. En los primeros días, la metalización fue usada como un medio de conservación de los activos, es decir, si es colocado un revestimiento de metal, se podría trabajar sin evaluar el Yankee, mantener los niveles de producción y evitar una sustitución costosa. Pero, como las personas han aprendido que esos recubrimientos mejoran las operaciones, eso se ha transformado en una inversión para mejorar el rendimiento de la máquina, en lugar de simplemente trabajar para la preservación de los activos.
Si tienes problemas misteriosos con la superficie de Yankee y hayas verificado y eliminado las sospechas más comunes, puede ser el momento de verificar la metalurgia. Si altas variaciones de grafito están presentes en la cobertura del hierro fundido, el mejor remedio puede ser la metalización de la superficie, aumentando así la ventana operacional de crepado, que es el mayor beneficio de una superficie homogénea de crepado.
Para obtener más informaciones, póngase en contacto con John Holton, a través del email: john.holton@jaeger-inc.com.