Nel processo di produzione delle macchine continue, diversi cilindri svolgono un ruolo indispensabile, dalla disidratazione dei nastri di carta bagnati alla formazione dei nastri di carta asciutti. Essendo una delle tecnologie fondamentali nella progettazione dei cilindri delle macchine continue, la tecnologia "a corona" – nonostante la differenza geometrica apparentemente minima che comporta – determina direttamente l'uniformità e la stabilità della qualità della carta. Questo articolo analizzerà in modo completo la tecnologia a corona dei cilindri delle macchine continue, analizzandone definizione, principio di funzionamento, classificazione, fattori chiave che influenzano la progettazione e manutenzione, rivelandone l'importante valore nella produzione di carta.

1. Definizione di corona: funzione significativa in piccole differenze

Il termine "corona" (in inglese "Crown") si riferisce specificamente a una particolare struttura geometrica dei rulli delle macchine continue in direzione assiale (longitudinale). Il diametro della parte centrale del corpo del rullo è leggermente maggiore di quello delle estremità, formando un contorno simile a un "tamburo di supporto". Questa differenza di diametro è solitamente misurata in micrometri (μm) e il valore della corona di alcuni rulli di grandi dimensioni può raggiungere anche 0,1-0,5 mm.

L'indicatore principale per la misurazione del design della corona è il "valore corona", calcolato come differenza tra il diametro massimo del corpo del rullo (solitamente a metà della direzione assiale) e il diametro delle estremità del rullo. In sostanza, il design della corona prevede la preimpostazione di questa piccola differenza di diametro per compensare la deformazione del "cedimento intermedio" del rullo causata da fattori quali forza e variazioni di temperatura durante il funzionamento effettivo. In definitiva, si ottiene una distribuzione uniforme della pressione di contatto su tutta la larghezza della superficie del rullo e sul nastro di carta (o altri componenti di contatto), gettando solide basi per la qualità della carta.

2. Funzioni principali della corona: compensazione della deformazione e mantenimento di una pressione uniforme

Durante il funzionamento dei rulli delle macchine continue, la deformazione è inevitabile a causa di carichi meccanici, variazioni di temperatura e altri fattori. Senza un design a corona, questa deformazione porterà a una pressione di contatto non uniforme tra la superficie del rullo e il nastro di carta – "pressione maggiore alle estremità e minore al centro" – causando direttamente gravi problemi di qualità come grammatura non uniforme e disidratazione non uniforme della carta. Il valore fondamentale del design a corona risiede nella compensazione attiva di queste deformazioni, che si riflette specificamente nei seguenti aspetti:

2.1 Compensazione della deformazione da flessione del rullo

Quando i rulli di supporto delle macchine continue, come i rulli di pressatura e i rulli di calandratura, sono in funzione, devono esercitare una pressione significativa sul nastro di carta. Ad esempio, la pressione lineare dei rulli di pressatura può raggiungere i 100-500 kN/m. Per i rulli con un elevato rapporto lunghezza-diametro (ad esempio, la lunghezza dei rulli di pressatura nelle macchine continue a grande larghezza può essere di 8-12 metri), sotto pressione si verifica una deformazione elastica verso il basso nella parte centrale, simile a una "flessione del polo di spalla sotto carico". Questa deformazione causa un'eccessiva pressione di contatto tra le estremità del rullo e il nastro di carta, mentre la pressione al centro è insufficiente. Di conseguenza, il nastro di carta risulta eccessivamente disidratato ad entrambe le estremità (con conseguente elevato grado di secco e bassa grammatura) e insufficiente disidratato al centro (con conseguente basso grado di secco e alta grammatura).

Tuttavia, la struttura "a tamburo" del design a corona garantisce che, dopo la piegatura del rullo, l'intera superficie del rullo rimanga parallelamente a contatto con il nastro di carta, ottenendo una distribuzione uniforme della pressione. Ciò risolve efficacemente i rischi di qualità causati dalla deformazione da piegatura.

2.2 Compensazione della deformazione termica del rullo

Alcuni rulli, come i rulli guida e i rulli calandra nella sezione di essiccazione, subiscono una dilatazione termica durante il funzionamento a causa del contatto con nastri di carta ad alta temperatura e del riscaldamento a vapore. Poiché la parte centrale del corpo del rullo è maggiormente riscaldata (le estremità sono collegate ai cuscinetti e dissipano il calore più velocemente), la sua dilatazione termica è maggiore di quella delle estremità, determinando una "rigonfiamento centrale" del corpo del rullo. In questo caso, l'uso di un design a corona convenzionale esacerberà la pressione di contatto non uniforme. Pertanto, è necessario progettare una "corona negativa" (in cui il diametro della parte centrale è leggermente inferiore a quello delle estremità, nota anche come "corona inversa") per compensare l'ulteriore rigonfiamento causato dalla dilatazione termica, garantendo una pressione di contatto uniforme sulla superficie del rullo.

2.3 Compensazione dell'usura irregolare della superficie del rullo

Durante il funzionamento a lungo termine, alcuni rulli (come i rulli in gomma per presse) subiscono un attrito più frequente ai bordi del nastro di carta (poiché i bordi del nastro di carta tendono a trasportare impurità), con conseguente usura più rapida alle estremità rispetto al centro. Senza un design a corona, la superficie del rullo mostrerà un "rigonfiamento al centro e un cedimento alle estremità" dopo l'usura, il che a sua volta influisce sulla distribuzione della pressione. Preimpostando la corona, è possibile mantenere l'uniformità del contorno della superficie del rullo nella fase iniziale dell'usura, prolungandone la durata utile e riducendo le fluttuazioni di produzione causate dall'usura.

3. Classificazione della corona: scelte tecniche adattate alle diverse condizioni di lavoro

In base al tipo di macchina continua (bassa/alta velocità, larghezza stretta/larga), alla funzione del rullo (pressatura/calandratura/guida) e ai requisiti di processo, le corone possono essere suddivise in diverse tipologie. Le diverse tipologie di corone differiscono per caratteristiche progettuali, metodi di regolazione e scenari applicativi, come dettagliato nella tabella seguente:

4. Fattori chiave che influenzano la progettazione della corona: calcolo preciso per adattarsi ai requisiti di produzione

Il valore della corona non è stabilito arbitrariamente; deve essere calcolato in modo completo in base ai parametri di laminazione e alle condizioni di processo per garantirne il funzionamento efficace. I fattori chiave che influenzano la progettazione della corona includono principalmente i seguenti aspetti:

4.1 Dimensioni e materiale del rotolo

1. Lunghezza del corpo del rullo (L): Più lungo è il corpo del rullo, maggiore è la deformazione di flessione a parità di pressione e quindi maggiore è il valore di corona richiesto. Ad esempio, i rulli lunghi nelle macchine continue a larghezza larga richiedono un valore di corona maggiore rispetto ai rulli corti nelle macchine continue a larghezza stretta per compensare la deformazione.
2. Diametro del corpo del rullo (D): Minore è il diametro del corpo del rullo, minore è la rigidità e maggiore è la tendenza del rullo a deformarsi sotto pressione. Pertanto, è richiesto un valore di corona maggiore. Al contrario, rulli con diametro maggiore hanno una rigidità maggiore e il valore di corona può essere opportunamente ridotto.
3. Rigidità del materiale: I diversi materiali dei corpi dei rulli hanno rigidità diverse; ad esempio, i rulli in acciaio hanno una rigidità molto più elevata rispetto ai rulli in ghisa. I materiali con rigidità inferiore mostrano una deformazione più significativa sotto pressione, richiedendo un valore di corona maggiore.

4.2 Pressione di esercizio (pressione lineare)

La pressione di esercizio (pressione lineare) di rulli come rulli di pressatura e rulli di calandratura è un fattore importante che influenza la progettazione della corona. Maggiore è la pressione lineare, maggiore è la deformazione flessionale del corpo del rullo, e il valore della corona deve essere aumentato di conseguenza per compensare la deformazione. La loro relazione può essere approssimativamente espressa dalla formula semplificata: Valore della Corona H ≈ (P×L³)/(48×E×I), dove P è la pressione lineare, L è la lunghezza del rullo, E è il modulo elastico del materiale e I è il momento di inerzia della sezione trasversale del rullo. Ad esempio, la pressione lineare dei rulli di pressatura per carta da imballaggio è solitamente superiore a 300 kN/m, quindi il valore della corona corrispondente deve essere maggiore di quello dei rulli di pressatura per carta da coltura con pressione lineare inferiore.

4.3 Velocità della macchina e tipo di carta

1. Velocità della macchina: Quando sono in funzione macchine per la carta ad alta velocità (velocità > 1200 m/min), il nastro di carta è molto più sensibile all'uniformità della pressione rispetto alle macchine per la carta a bassa velocità. Anche piccole fluttuazioni di pressione possono causare difetti nella qualità della carta. Pertanto, le macchine per la carta ad alta velocità adottano solitamente la "corona controllabile" per compensare in tempo reale la deformazione dinamica e garantire una pressione stabile.
2. Tipo di carta: Diversi tipi di carta hanno requisiti diversi in termini di uniformità della pressione. La carta velina (ad esempio, carta igienica con una grammatura di 10-20 g/m²) ha una grammatura bassa ed è estremamente sensibile alle fluttuazioni di pressione, richiedendo una progettazione della corona ad alta precisione. Al contrario, la carta spessa (ad esempio, cartone con una grammatura di 150-400 g/m²) ha una maggiore capacità di resistere alle fluttuazioni di pressione, quindi i requisiti di precisione della corona possono essere opportunamente ridotti.

5. Problemi comuni della corona e manutenzione: ispezione tempestiva per garantire una produzione stabile

Una progettazione irragionevole della corona o una manutenzione impropria influiranno direttamente sulla qualità della carta e causeranno una serie di problemi di produzione. I problemi più comuni della corona e le relative contromisure sono i seguenti:

5.1 Valore della corona eccessivamente elevato

Un valore di corona eccessivamente elevato determina una pressione eccessiva al centro della superficie del rotolo, con conseguente bassa grammatura e un'elevata secchezza della carta al centro. Nei casi più gravi, può persino causare "schiacciamento" (rottura delle fibre), compromettendo la resistenza e l'aspetto della carta.

Contromisure: Per i rulli a corona fissa utilizzati nelle macchine continue a bassa velocità, è necessario sostituirli con rulli con un valore di corona appropriato. Per i rulli a corona controllabile nelle macchine continue ad alta velocità, la pressione idraulica o pneumatica può essere ridotta tramite il sistema a corona controllabile per diminuire il valore di corona fino a ottenere una distribuzione uniforme della pressione.

5.2 Valore della corona eccessivamente basso

Un valore di corona eccessivamente basso determina una pressione insufficiente al centro della superficie del rullo, con conseguente disidratazione inadeguata della carta al centro, scarsa secchezza, grammatura elevata e difetti di qualità come "punti umidi". Allo stesso tempo, può anche influire sull'efficienza del successivo processo di essiccazione.

Contromisure: Per i rulli a corona fissa, il corpo del rullo deve essere riprocessato per aumentare il valore della corona. Per i rulli a corona controllabile, la pressione idraulica o pneumatica può essere aumentata per aumentare il valore della corona, assicurando che la pressione al centro soddisfi i requisiti di processo.

5.3 Usura irregolare del contorno della corona

Dopo un utilizzo prolungato, la superficie del rullo subirà usura. Se l'usura non è uniforme, il contorno della corona si deformerà e sulla superficie del rullo compariranno "macchie irregolari". Ciò causa ulteriori difetti come "strisce" e "rientranze" sulla carta, compromettendone seriamente l'aspetto.

Contromisure: Ispezionare regolarmente la superficie del rullo. Quando l'usura raggiunge un certo livello, rettificare e riparare tempestivamente la superficie del rullo (ad esempio, rettificare il contorno della corona dei rulli in gomma per presse) per ripristinare la forma e le dimensioni normali della corona ed evitare che un'usura eccessiva influisca sulla produzione.

6. Conclusion

Tecnologia apparentemente sottile ma cruciale, la corona dei rulli delle macchine continue è il fulcro per garantire una qualità uniforme della carta. Dalla corona fissa nelle macchine continue a bassa velocità alla corona controllabile nelle macchine continue ad alta velocità e a grande larghezza, il continuo sviluppo della tecnologia della corona si è sempre concentrato sull'obiettivo fondamentale di "compensare la deformazione e ottenere una pressione uniforme", adattandosi alle esigenze delle diverse condizioni di lavoro nella produzione della carta. Una progettazione razionale della corona non solo risolve problemi di qualità come la grammatura irregolare della carta e la scarsa disidratazione, ma migliora anche l'efficienza operativa delle macchine continue (riducendo il numero di rotture della carta) e riduce il consumo energetico (evitando l'eccessiva essiccazione). Rappresenta un supporto tecnico chiave indispensabile nello sviluppo dell'industria cartaria verso "alta qualità, alta efficienza e basso consumo energetico". Nella futura produzione di carta, con il continuo miglioramento della precisione delle apparecchiature e la continua ottimizzazione dei processi, la tecnologia della corona diventerà più raffinata e intelligente, contribuendo maggiormente allo sviluppo di alta qualità dell'industria cartaria.