DE1621703A1

DE1621703A1 - Metallisches Bauelement,insbesondere Metallplatte zur Entfaserung eines Pulpebreies

Info

Publication number: DE1621703A1
Application number: DE19671621703
Authority: DE
Inventors: Withlow Bailey Duane
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1966-12-21
Filing date: 1967-12-12
Publication date: 1969-10-23
Also published as: US3462089A; GB1186617A

Description

Metallisches Bauelement, insbesondere Metallplatte zur Entfaserung eines Pulpebreies

Die Erfindung betrifft ein dem Verschleiß ausgesetztes, insbesondere metallischen Bauelement, vorsugsweise-^i^pe Metallplatte für die Verfeinerung eines Pulpebreies sur Papierherstellung.

Bei der Papierherstellung wird HoIs in die Form kleiner Schnitzel gebracht, die nach dem Zugeben von Chemikalien unter Druck gekocht Werden, wodurch sich die Zellulosefaaern von den anderen Bestandteilen des Holzes trennen. Diese Fasern bilden den sogenannten Pulpebrei, und sie werden anschließend gewaschen, gemischt, gesiebt, gebleicht, gereinigt und schließlich verfeinert. Dann werden ihnen verschiedene Additive zugesetat, so beispielsweise Farbstoffe und~ Bigmente sowie Harze, ehe; JsJ^ ihnen eine Papiermaschine beschickt wird.

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Bei der Verfeinerung des Pulpebrsies nach dem Aufschluß des Holzea wird der Brei in das Zentrum sweier Verfeinerungsöcheiben eingeleitet, die Einander in ganz geringem Abstand gegenüberstehen und von denes-eine in der Regel fest ist,jährend die andere gedreht' wird. Sie sind mit abnehmbaren Stirnplatten versehen, die sine Reihe scharfer Zähne aufweisen, die den Pulpabrei verfeinern, wenn er sich unter der Wirkung des FÖrderdruöks und der durch die Drehung der einen VerfeinerungBscheibe hervorgerufenen Zentrifugalkräfte zwischen den beiden Stirnplatten nach außen bewegt. Der Pulpebrei enthält verschiedene Ver~ sohlelSfordernde Bestandteile wie beispielsweise .^gandkörner und Metallspäne, di^bsi den bekannten Stirnplatten schon nach verhältniamäaig kur*^gr^~Zeit au einer starken Abnutzung der ursprlinglich eoharfen Kanten der Zähne führen. Durch diese Abnutzung werden die Yerfeineruogesohelben weniger wirksam und sie müssen dann nach einiger Zeit Ausgewechselt werden. Ferner ftthrt der Yersohleiirtter Zähne su einer inderung-^er Koneis ten» des verfeinerten Pujlpebreies, was auch einen Einflud auf die Qualität des erseugten Papiers hat.

Je nach der Stärke der Beanspruchung Bliesen die Stirnplatten der ▼erfeiaeruagisdheiben bei des derseitigeA Stand der Technik

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mindestens ein bis zweimal im Jahr, bäufig jeöocli eiamal im Monat ausgewechselt werden, v/äs wegen des Stiilstariös minäestens einer Verfeinerungsvorriciitung"-erhebliche Kosten verursacht, denn entweder muß die ganze Eapierherßteilung stillgelegt oder der Pulpebrei su anderen ITerfeinerungavOrrichtungen umgeleitet werden. Der Einbau neuer Stirnplatten erfordert jedoch nicht nur Zeit und den Einsatz von Wartungspersonen, sondern dieser Einsatz muß häufig außerhalb der normalen Arbeitszeiten erfolgen, was die Kosten weiter erhöht.

Sei den bekannten "VerfeinerungsirorriGMungen bestehen öle Stirnplatten aus Metall, wobei sich der Bereich öes verwendeten Metalls rom Eisenguß bis zum rostfreien Stahl erstreck-t. Die Verwendung des letsteroa führt swar zu rerlüugert'en Stand reiten, jedoch sind auch die damit Terbundönen !rosten liölier und beseitigt auch diese„s Kater-i^l daß Problem nicht

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe Eiigrunae »ein Bauelement der eingaHSS erwähnteil Art au ßchafi?Ga_s da3 sich i auch als Stirnplatte für die ertrahnteii "yerfeinsr ausbilden läßt und um ein mehrlacheE verschleißfester ist

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die bekannten Bauelemente· Diese Aufgabe wird, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mindestens die dem Verschleiß aus gesetzte Oberfläche des Bauelements mit einem Hetallkarbid über zogen ist, in dem ein duktiles Metall dlepergiert ist. Insbesondere die Anwendung der erfindungsgemftden Lehre auf die dem Verschleiß ausgesetzten Oberflächen von Verfeinerungssoheiben für die Papierherstellung bringt überraschende Vorteile mit sich, denn es werden die mit scharfen Kanten versehenen Zähne mit dem Überzug ausgestattet, so daß die seither dem Verschleiß besonders ausgesetzten Kanten eine hohe Lebensdauer erreichen. Besonders zweckmäßig ist das Aufbringen des Überzugs im Gasplattierverfahren·

Als besonders zweckmäßig haben sich Überzüge mit einer Mohshärte ungefähr zwischen 8 und 9 erwiesen, und die besten Ergebnisse ließen sich mit Titankarbid erzielen, in dem vorteilhafterweise Kobalt oder HXckel dispergiert wird.

Ein grundsätzlicher Vorteil, der sich mit der erflndungsgemäßen Lehre erreichen läßt, ist darin zu sehen, daß das den Träger für den Überzug bildende Bauelement aus einem billigen Material hergestellt werden kann, das durch den extrem harten und dichten,

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vorzugsweise im Gasplattierverfahren auf gebraeht^n^Übersug geschützt wird.

Weitere* vorteilhafte Weiterbildiingen der Erfindung darstellende Merkmale ergeben siöhaUB des Patentansprucliön und inabeßondere aus der Zeichnung und der* deren Erläuterung dienenden* nach- * folgenden Beschreibimg; die Zeichnung zeigt; in: ' Pig.^N 1 eins .Seitenansicht zweier susaismengeiiorigsr Verfeinerungs-

?ig. Ö eine Dranfsieht mit tefeggebrochenen Teilen auf die Ver- »

feinerungßsCiitiiben dsr Pig. I; Pig. 3 eine Draufsipht auf eines der Segmente* die die Stirn^ platten der beiden Verfeinerungsscheiben nach den fig« f

Fig. 4 einen Schnitt naoh der idnie 4-4 in Ä fig. 5 einen Asialschnitt^ dmichleiste Voifrichtung sum j

ziehen von Bauelementen gemäß der Erfindung; 3?ig. δ einen Ausschnitt aus flg. 5 im größeren Maßstab als

': * diese» '"■ '■ ' - ^: ' ' ^v'

Wie die Fig* 1 erkennen lS0t_# wird ein fülpebrei W, άέα mx verf einesn ist» über eine Röhr leitung 11 in äaar ^entf üni tind

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zwischen zwei Verfeinerungssoheiben 12 u.13 gebracht, die einander gegenüberstehen. Die Rohrleitung 11 ist,jjn einer rückwärtigen Platt« 14 der fest montierten Verfeinerungsscheibe 12 angebracht, beispielsweise mit Hilfe einer SohweiQung 15 befestigt, und Über diese Rohrleitung und eine Öffnung 16 in der festen Verfeinerungsscheibe 12 wird der Pulpebrei zwischen die beiden Yerfeinerungaecheiben gedrückt. Me Verfeinerungsecheibe 13 ist mit Hilfe einer Schweißung 17 auf einer von einem Antriebsmotor 19 angetriebenen Welle 18 befestigt. Diese Verfeinerungescheibe weist ebenfalls eine rückwärtige Platte 21 auf, auf der eine Stirnplatte 22 mit Hilfe von Schrauben montiert ist. Die letztere setzt sich aus mehreren kreisausschnittförmigen Segmenten 23 zusammen, von denen eines in ?ig. 3 dargestellt ist. Es hat mehrere aufreoht stehende und in radialer Richtung verlaufende Zähne, und zwar abwechselnd kurze und lange Zähne 24 bzw. 25, die alle scharfe Kanten haben, deren Aufgabe es ist, die Zellulosefasern des Pulpebreie zu verfeinern· Der Befestigung der Segmente 23 auf der rückwärtigen Platte 21 dienen Schrauben 26, wie sie die Pig. 2 aeigt, die durch öffnungen 27 in den Segmenten 23 hlndurohgefUhrt sind und in mit Innengewinden versehene Bohrungen in der rückwärtigen Platte 21 eingreifen; diese Bohrungen sind nicht dargestellt· Wenn sämt-

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Hone Segmente 25 «of <*«r rückwärtigen Platt· 21 montiert sind, •ο bilden sit euNMBUtii die kontinuierliche Stirnplatte 22, die ■us feil die Fig* 2 zeigt. Auch die feste Verfeinerungssoheibe 12 hat lter rUckwIrtife Platt· 14, die der PlattS-21 entspricht Und »uf der gleichfalls mehrere Segmente 23 in gleioher Welse Montiert sind. Der durch die Rohrleitung 11 unter Druck angefordert· Pulpebrei tritt in der Mitte der Yerfeinerungsscheibe λ

12 aus und fließt unter diesem Druolc und unter der Wirkung der duroh die Drehung der Terfeinerungsscheibe 13 hervorgerufenen Zentrifugalkräfte in radialer Richtung zwischen den beiden Yerfeinerungssoheiben 12 und 13 nach außen, so daß die Pulpe teilchen zwischen die sich relativ zueinander drehenden Zähne 24 u. 25 der Stirnplatten 22 u. 29 gelangen« die den Brei entfasern, so daß am Umfang der beiden Verfeinerungoacheiben 12 u.

13 ein verfeinerter Brei auetritt, wie dies durch das Bezuga-Eelohen 28 in Fig. 1 angedeutet ist.

Jedes der Segmente 23 1st nun an den dem Pulpebrei ausgesetzten Oberflächen mit einem relativ dünnen, harten, dichten, abrieb- und korrosionsbeständigen Überzug 31 versehen, wie ihn die Fig.4 selgt. Dieser wird zweckmäßigerweise im Qaflplattierverfahren auf einen metallischen Träger 32 abgelagert, der schon die Form

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und nahess.w auch die endgültigen Abmessungen des herzustellenden Segments .23 hat ^rFig. 5 u.4). Gans besonders zweckmäßig ist ein Überaug aus Titantearbid, in-dem.ein duktiles Metall dispergiert ist, bei dem es sich vorteilhafterweise um Kobalt handelt. Das Überziehen des Trägers mit Titankarbid im Grasplattier verfahr en führt sU'-Gdnem außerordentlich spröden und nicht,: #ähen Über-

zug, der nur eine geringe V/iderstaiidsfähigkeit; gegenüber Scherkräften-aufweist· Ua einen solchen Überzug nun zäh zu machen, wird gemäß der Erfindung ein geeignetes, duktiles Metall In ihm diepergiert c das gleichzeitig mit dem TitsnlcarbitPauf dem Srägermaterial niQdergesehlagen wird. l^Titanfearbid MIdet also die kontinuierliche "Phase, in der daß duktile Metall dispargiert ist. Auf diese Weise läßt sich die große Härte des reinen Titankarbids beibehalten, iv'ährend die darin dispsrgierten Teilchen des duktilen Metalls' Energie absorbieren und verhindern, daß sich pro Yoiuiaelnheit so hohe Energien aufbauen;, daß der Grenswert der Energiediciite für- äiz Ausbreitung von Rissen od.ägl. erreicht wird* Eventu-eS^-'i-a Q2i? Titankarbid-Matrix auftragende- mikroskopische Rise© köimen also nicht größer werden. Wegen der größeren Reißfestigkeit"-einer derartigen, durch.das diepergierte Material verstärkte:*?. Schicht besitst iiieoe au ah eine größere Stoßfestigkeit als göwöhnXicae

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e in den fig» 5 a, 6 "dargestellte^: erfinduugögeiaäSs Vorrichtung

dazu "..verwendet werden* Segmente - 2-3 ait einem arfiacliisjgsäSöß Ü"bersug zu rereehen. Der in Pig» -5 dargestellte Reaktor 30 weist einen sjiinririsclieri ESrpar 33 aol"₅ i3©i^a¥Oß einer Heiswicklung 34 aagstoen ist hM swei -passsnö auf ihn sufgosotäte AlisGhIußteappeiL 35 u„ 36 beöitat. Dia* Abselil.nßksppe 35 ist- siit |

sinem Auslaßroiar 37 sowie- einea naoli lernen ¥0:-.*spri2ig75iiilos ' sylinder 38 ■ versehen₉ lielch letstej?@r.sich nach obsn in. das nntere 3?©ilstüc-k deö Reaktors' 30 er a tree kt„ 3)©i* Xianeasyl fcesitst eine ^aagreclito,. oliare Stiriiplatts .39■»' auf fler" sin zu üsersiehendes !Prägersttiöte 32 liegt. Bis ofesre Ähsohlüßkappe

ist innen mit eiaaia Realitorrolar 41 versehen^ üas im zentralen" .Mittslbereioh. d^a Körpers 33 liegt und ein. auf geweitetes Rohrctüek 42 am unteren Eföae aufMeist, das äen 'lanensylinder 38 d.ej" untar.sB AlDsehXußkappe. 35 übergreift» oo daß- das "iTrägarstück: 32 irß imtersxi Sisafeesisioh äss Reaktorrohrs 41 eingeschlossen ist. is) aufgeweitete Rohrstüok 42 des Ileaktörrohrs-a 41 ©ratreckt

über die ilas--Srager-stUsk 32 ssstütaonde Sti-rssplatte 39 hinaus n&sh unten w&&. äient als lülirung für "als iibar das zu Tjssehichtsnäe Seligerstüclr, .32 sü leiteMen G^:ase₅ die swisishen dem aiifge-» "weiteteat lioiars'irSek' -4S issö dea Inneiisyl5,Msr SS n^eh,unten strömen. Sie Se»e_? ia der die .Bildung, das Wiefisreühlaga for sich geht,

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ist In Pig. 5 Biib Ί3 bezeichne bund soll im folgenden Reactions-" aone genannt werden.

Der Korper 33 und das Realctorrohr 41 unterteilen den Reaktor 30 In zwei getrennte Kammern _t nämlich dis Reatctionssone 43 und eine Spül kammer 44 zwischen Reale hörrohr 41 «ad dem AuÖsnzylinder des Körperß 53.-'--·■ .-. -..-,, . "■ -«i

Das Realctorroixr 41 paßt genau in. eins obere Kapp a 45, füe ein weiteres Rohr 46 tragt., das den innersten Bestandteil dea Realctors 30 darstellt und in der Mitte des Realctorrohrs 41 verläuft; : dieses Rohr 46 erstreckt sich bis auf einen Abstand von ungefähr 2,5 cm worn, l'rägerstiick 32 nach unten. Innerhalb /lieses Rohres ist ein Siegel 47 angeordnöt» der ein granuliertes Metall halogeniä wie beispiel'sweise Kobaltchlorid enthältJ wie rlie Fig. 6 schemafrisph zeigt ,■ kami der Tiegel im Rohr 4-6 a«fgehängt Bein, und äferar im Barolch des oberen Endes der Heiswicfcluag 34, mit deren Hilfe ein Temperaturgradient ica Innern des Reatetors 30 aufrechterhalten wird, derart, dai3 im Bereich um.den Siegel 47 ■ eine Temperatur von ungefähr 600⁰G herrscht, ifährend die Reaktionsaone 43 auf ungefähr 1000⁰O gebracht wird. Bei der Heizwicklung 34 kann ©s sich entweder um eine HF-Spule, eine Wider-

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etandsheiawieklung oder irgend eine andere Heiavorrichtung handeln, mit deren Hilfe der angegebene Temperaturgradient hergestellt werden kann.

Durch das Rohr 46 wird ein Trägergasstrom aus Argon oder Helium ge schielet;-,-- der den Hetallhalogeniddampf zur Oberflache des zu Überziehenden Trggerstüctcs 32 transportiert _t wie dies in Pig .6 angedeutet ist. Die oberö Kappe 45 hat noch einen Einla.}-stutzen 48, durch den Tetrachlorid und Tetrachlorkohlenstoff in einem Wasserstpffetrom in das Reaictorrohr 41 eingeleitet werden: dieses Gasgemisch strömt an der Außenseite des der Zuführung des Metallchlorids dienenden Rohrs 46 nach miten» Wenn die verschiedenen Gase die Reactionszone 43 erreichen,so vermischen sich Metallchlorid ι TitantetraChlorid, Te traeliloricohlen- stoff j Wasserstoff und Kobaltchloriddaoipf miteinander und re-^ agieren nach den folgenden Gleichungen unter Bildung eines Titanlcarbidaberzugs auf dem TragerstUck 32 _f wobei in diesen Überzug Partikel des duktilen Kobölts eingelagert sind. Die Reaktionsgleichungen lauten:

(Χ) TiCl₄* GCl₄4- 4H^ ^QCW^ ^ ;^ TxG ^ 8HGl (2) GoClp-i- Ur, ^lQM?g.„.„^, Qo -6- 2HGl ^

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Die obere Abschlußkappe 36 weist noch einen Spülgaseinlaß 49 auf, durch den ein Spülgas wie beispielsweise Argon durch die Spülkammer 44 hindurch nach unten geschickt werden kann. Es strömt also zwischen deiOLußenzy linder des Körpers 33 umändern Reaktorf rohr 41 nach unten und über das aufgeweitete Rohrs tue Ic 42 hinweg,

^! bis es schließlich durch das Auslaßrohr 37 der unteren Abschluß-" kappe 35 wieder austritt. Dieses Spülgas dient in erster Linie dazu, eine Vergiftung der Reaktionszone 43 durch rückwärts nach oben zwischen dem aufgeweiteten Rohrstück 42 und dem Innenzylinder 38 strömende Reaktionsprodukte zu verhindern.

Im Betrieb wird zunächst gereinigtes Helium oder Argon durch den Einlaßstutzen 48, den Spülgaeeinlaß 49 und die Rohreinlaßöffnung 51 eingeleitet, um atmosphärische Gase aus dem Reaktor herauszudrücken. Nach ausreichendem Durchspülen des Reaktors wird γ die ,Einleitung des Argons durch den Einlaßstutzen 48 hindurch gestoppt, während.-Argon durch den Spülgaseinlaß 4$£mit ungefähr

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35 cm pro Minute eingeleitet wird. Der Durchfluß von Argon oder Helium durch die Rohreinlaßöffnung 51 hängt davon ab, wie viel duktiles Metall pro Zeiteinheit auf dem Trägerstück 32 abgelagert werden soll. Der Reaktor wird dann schnell auf die

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angegebenen Betriebstemperaturen gebracht, worauf Titantetrachlorid und Tetrachlorkohlenstoff über den Einlaßjsäjut zen 48 in den Reaktor eingeleitet werden, und zwar indem diese Gase mit Hilfe eines Wasserstoff-Trägergasstrome mitgerissen werden. Dieses zugeführte Gasgemisch läßt sich dadurch herstellen, daß man Wasserstoff durch nicht dargestellte Sprudler hindurchleitet, die i flüssiges Titantetraehlorid und Tetrachlorkohlenstoff bei Raumtemperatur enthalten. Das durch den Einlasstutzen 48 eingeleitete Gasgemisch besteht also aus Wasserstoff, der mit TiGl. und CCl₁, gesättigt ist.

Nach dem Erreichen der Reaktionszone 43 vermischen sich Wasserstoff, Tltantetsachlorid und Tetrachlorkohlenstoff die über den Einlaßstutzen 48 eingeleitet wurden, mit den Hetallhalogeniddämpfen aus dem Rohr 46 und werden gleichzeitig durch das Wasserstoffgas reduziert/ so daß eine Mischung aus Titankarbid und dem duktilen Metall entsteht, die auf dem Trägerstück 32, und zwar auf dessen freiliegender Oberfläche, abgelagert wird. Die verbrauchten Gase strömen zwischen dem aufgeweiteten Rohrstück 42 und dem Innea&y-linder 38 nach unten zum Auslaßjs^hr 37. Ein Oberzag mit einer Stärke zwischen 0,013 und 0,025 mm ist für

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die gemäß der Erfindung zu verwendenden Stirnplatten 22 u. ausreichend, und dl-eser Überzug findet sich nur auf den dem Pulpebrei ausgesetzten' Oberflächen der Segmente 23* Dieses wird aus Fig. 5 verständlich, da nur die Seiten und die oben liegende Fläche des Trägerstueks 32 mit dem erfindungsgemäßen Überzug t versehen werden, währ end die Bodenfläche des Träger Stücks, die auf der Stirnplatte 39 aufliegt, unverändert bleibt. Die zur Ablagerung eines Überzugs der gewünschten Dickie benötigte Zeit hängt von äer Größe des Trägerstueks 32 sowie den Durchflußmengen pro Zeiteinheit der Reagenzien ab. Bei einer Probe ergab sich eine Ablagerungsgeschwindigkeit von 0,003 mm bei folgenden Versuchsdaten:

IiCl₄	1.342	Millimol/min
CCl₄	1.342	It H
H₂	122.000	N Il
CoCl₀	0,029	;i ti

Der überzug aus Titankarbid mit darin dispergiertem Kobalt hat eine Mohahärte ungefähr zwischen 8 u. 9» welche Werte besonders zu bevorzugen sind. Kobalt stellt ein besonders vorteilhaftes, duktiles Metall für erfindungsgemäße Überzüge dar, es lassen

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aich aber auch andere Metalls wie Nickel einbauen, wobei natürlich geeignete Reagenzien, Strömungsgeschwindigkeiten und Temperaturen herangezogen werden müssen· Es lassen sich ferner natürlich anstelle von Chloriden auch andere Halogenide verwenden.

Sie Herstellung erfindungsgemäßer Überzüge ist auch mit anderen * Reaktoren als dem gezeigten möglich, wie dem Fachmann ohne weiteres verständlich seTn wird, denn es kommt lediglifdh darauf an, einen dichten« harten, abrieb- und korrosionsbeständigen Überzug auf dem metallischen Träger herzustellen, obwohl sich Titankarbid-Uberzüge mit dariK^d-ispergiertem Kobalt als besonders vorteilhaft erwiesen haben.

Es besteht auch die Möglichkeit, mit Hilfe des bekannten Plammensprühverfahrena Überzüge aus Chromoxyd auf metallische !Träger aufzubringen, jedoch sind solche Überzüge nicht so hart wie ein ( im GaBplattierverfahfen aufgebrachter Metallkarbidüberzug, dessen Eigenschaften durch die Einlagerung eines duktilen Metalls noch erheblich verbessert werden.

Erfindungsgemäße Überzüge sind auch vorteilhaft für die Platten von Jordan-Verfeinerungevorrichtungen, wie sie häufig hinter der

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beschriebenen Verfeinerungsvorrichtung bei der Papierherstellung verwendet werden, um die Größe der Zellulosefasern des Pulpebreis noch weiter zu vermindern. Auch solche gemäß der Erfindung überzogenen Platten haben die- im Zusammenhang mit den Verfeinerungssoheiben beschriebenen Vorteile.

Durch die ffnveränderlichkeit der gemäß der Erfindung ausgebildeten Bauelemente läßt sich eine bestimmte Konsistenz des verfeinerten Pulpebreis Über lange Zeiten einhalten, ohne daß Änderungen im Verfahrensablauf «abgenommen werden müssen, was-j&ieh auf die gleichmäßige Qualität des herzustellenden Endprodukts vorteilhaft auswirkt.

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Claims

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Patentansprüche

1. Dem Verschleiß ausgesetztes, metallisches Bauelement,

Metallplatte . - '
insbesondere/für die Verfeinerung eines Palpebreies sur Papierherstellung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die dem Verschleiß ausgesetzte Oberfläche mit einem Metallkarbid überzogen iet, in dsm ein duktiles Metall dispergiert ist, - ... , .

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug eine Mohshärte ungefähr zwischen 8 und 9

3. Baiaelsmsnt nacä Anspruch 2, dadureh gekennzeichnet, daß das Metallkarbid Xltaalcarbid 1st«,

4. Bauelement naoh einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadureh gekennzeichnet, daß das duktile Metall Kobalt oder Hfiekel ist*

5· Bauelement nach einem oder mehreren der vorstehenden Anspräche, dadurch gekennsssichnet, daß der Übersug '.0,¹OlJ - 0,025 mm dick ist»

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