DE3712096A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von papier - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Papier gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Papier gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.

Bei der maschinellen Herstellung von Papier und Zellstoff-Produkten bestehen die zur Papierherstellung verwendeten Materialien, die als "Papierstoff" bzw. "Papierfaserstoff" bezeichnet werden, üblicherweise aus einer wäßrigen Suspension aus Holz- oder pflanzlichen Fasern, die durch chemische oder mechanische Mittel getrennt worden sind. Diese Fasern werden mit zusätzlichen Ingredienzien versetzt, beispielsweise Farbstoffe, Alaun, Ton bzw. Lehm und dergleichen, um dem fertigen Papierprodukt die gewünschten Eigenschaften zu verleihen.

Die Vorbereitung des Fasermaterials ist eine sehr kritische Verarbeitungsphase, die wesentlich die Qualität und physikalischen Eigenschaften des fertigen Produktes bestimmt. Die Eigenschaften der Holz- und natürlichen Fasern variiert auch bei gleichen Pflanzengattungen aufgrund von Unterschieden hinsichtlich Faktoren, die das Wachstum beeinträchtigen. Andere Veränderungen oder Abweichungen werden durch chemische oder mechanische Prozesse eingeführt, welche Holzstämme bzw. Holzklötze in einzelne Zellstoffasern reduzieren. Um die Gleichförmigkeit zu verbessern, wird die Endbearbeitung der Fasern vor ihrem Formvorgang in eine Bahn in der Papiermaschine durch Behandlung der Fasermasse oder des Faserschlammes in Maschinen durchgeführt, die als Holländer und Refiner bekannt sind. Diese Maschinen haben typischerweise drehende Teile, die mit Metall oder Schleifmittel verkleidet sind, sowie entsprechende feste Teile, die in ähnlicher Weise mit Metall oder Schleifmitteln bzw. Schleifmaterial verkleidet bzw. beschichtet sind.

Während des Betriebs werden die sich drehenden Teile in einem kontrollierten sehr kleinen Abstand gegenüber den benachbarten entsprechenden festen Teilen, die mit Metall oder Schleifmittel versehen sind, gehalten. Die Fasern werden dadurch zermalmt oder zerstoßen, daß sie in Form eines Schlammes oder einer Masse durch den Abstand gepumpt werden. Die Fasern, die ursprünglich relativ weich und von rohrförmiger Gestalt waren, werden zerbrochen oder gequetscht und deren Äußeres entwickelt sehr feine Faserchen, die sich gegenseitig verriegeln bzw. verzahnen oder "verfilzen", wenn die Masse in eine Bahn geformt wird, was wesentlich zur Festigkeit des fertigen Produktes beiträgt.

Durch praktische Erfahrung wird für jedes spezifische Produkt ein optimaler Grad an Verfeinerung bestimmt. Eine Unter-Verfeinerung bzw. Unter-Refinermahlung kann ein Produkt mit geringer Festigkeit hervorgerufen, eine Über-Refinermahlung kann die Opazität, die Dichtigkeit und andere Qualitäten zusätzlich zum Verbrauch beträchtlicher Energie beeinträchtigen.

Um den Papierstoff (Holländereintrag) für eine einzelne Papierherstellungsmaschine zu bereiten, sind mehrere Holländer und Refiner erforderlich, die parallel arbeiten. Aus praktischen Gründen, wie beispielsweise wegen planmäßiger Wartung, ändert sich der interne mechanische Zustand der Refiner. Die Überholung bzw. Rekonditionierung z. B. der Refiner wird nacheinander dadurch ausgeführt, daß eine einzelne Einheit abgeschaltet wird, während andere in einem parallelen System weiterhin arbeiten. Damit kann eine Gruppe von Refinern, die eine einzelne Papiermaschine speisen, aus einigen neu oder frisch überholten bzw. neu eingestellten Einheiten bestehen, während andere Abnutzungserscheinungen zeigen und einer Überholung bzw. Rekonditionierung bedürfen. Die Wirkung von solchen ungleichen Refinern auf Holzfasern ändert sich stark und überholte Maschinen erfordern im Hinblick auf Verschleißerscheinungen zeigen Maschinen weniger Energie zur Erzeugung des gewünschten Refiner-Ergebnisses. Die neuen oder überholten Maschinen tendieren auch dazu, einen größeren Anteil der Fasern zu schneiden im Vergleich zu einer bereits länger benutzten Maschine.

Um den gewünschten Grad von Faserbehandlung zu erreichen, ist es in Papierfabriken üblich, die Holländer und Refiner entsprechend einer entsprechenden zugeführten Energie pro Tonne von Faserpapierstoff in PS-Tonnen pro Tag zu kontrollieren. Die Fasermasse wird durch die Holländer oder Refiner geführt, bis eine gewünschte bzw. vorgegebene Zahl von PS je Stunde je Tonne Fasern in dem System verbraucht wurde. Wie vorstehend erwähnt, erzeugt eine gleichmäßige Energieaufnahme nicht notwendigerweise einen gleichförmig behandelten Faser-Papierstoff bzw. Faser-Holländereintrag, da sich der interne Zustand der Maschinen ändern kann.

Bisher konnte der Grad der Refinermahlung, die für eine bestimmte Fasermischung erreicht wurde, nicht bestätigt werden, bis die Faser in eine getrocknete Bahn geformt wurde, von welchen Proben periodisch einer Reihe von physikalischen Tests zur Qualitätsüberprüfung unterworfen wurden. Um eine ununterbrochene Zuführung der kontinuierlich laufenden Papiermaschine zu ermöglichen, dennoch aber es zu gestatten, das Produkt und die Zusammensetzung, d. h. den Ansatz von Mischungen, zu ändern, beschicken die Holländer und Refiner große Lagertanks, die aufeinanderfolgend zu den Papiermaschinen geführt werden. Damit kann eine Verzögerung bis zu mehreren Stunden auftreten, bevor eine Füllung aus verfeinertem Papierstoff in Bahnen geformt wird und somit das Ergebnis der Refiner-Mahlung bestätigt werden kann. Wenn die physikalischen Tests zeigen, daß eine Unter- oder Über-Refiner-Mahlung aufgetreten ist, wirkt sich jede Korrektur an den Holländern oder Refinern zur Änderung der Energieeingabe je Tonne des Papierstoffes für einen langen Zeitraum nicht aus auf die fertiggestellte Papierqualität, so daß über diesen Zeitraum ein nicht standardisiertes Produkt hergestellt wird. Die Kosten der verbrauchten Energie und die mögliche Preisreduzierung des Produktes mit geringerer Qualität können beträchtlich sein.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Papierherstellung und eine Vorrichtung zur Papierherstellung zu schaffen, mit welchen die vorerwähnten Schwierigkeiten beseitigt oder zumindest wesentlich gemildert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 6.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Papier und Pappe bzw. Karton und betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Einstellung des die Fasern behandelnden Geräts, um Papier mit den gewünschten Eigenschaften zu liefern.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Ausgangsinformation des Analysers für die Faserfeinverteilung eine Faserfeinverteilungskurve, die durch Auftragen der Faserbreite gegenüber der Faserzahl über den Bereich der Faserbreiten erhalten wird; der Refiner wird so eingestellt, daß ein Papierstoff bzw. Papierstoffvorrat erzeugt wird, dessen Analyse eine Faserfeinverteilungskurve erhalten läßt, die im wesentlichen gleich ist mit einer Referenzkurve, die ihrerseits erhalten wird durch Analyse eines bekannten Papierstoffes bzw. Papierfaserstoffes, um Papier zu erzeugen, welches die gewünschten Eigenschaften hat.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung an Hand der Zeichnung zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teils einer Anordnung zur Papierherstellung,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Faserbreite gegenüber der Faserzählung für vier Beispiele des gleichen Papierfaserstoffes, wobei jedes Beispiel einer unterschiedlichen Refinermahlungsdauer bzw. Verfeinerungsdauer ausgesetzt wurde, und

Fig. 3 eine graphische Darstellung entsprechend Fig. 2 für eine unterschiedliche Mischung von Fasern.

Gemäß Fig. 1 weist eine Anordnung zur Papierherstellung eine Pumpe 11 auf, die den Papierstoff bzw. Papierfaserstoff entlang eines Rohres bzw. einer Rohrleitung 12 durch einen Refiner 13 und über ein Rohr 14 zu einem Lagerbehälter 15 pumpt. Die Refinereinheit 13 kann ein Holländer oder Refiner sein, wie er an sich bekannt ist, oder jede andere geeignete Einrichtung.

Von dem Behälter 15 wird der Papierstoff über Rohre bzw. Rohrleitungen 16 mittels einer Pumpe 17 zu einem Speisebehälter 18 gepumpt. Das Niveau des Papierstoffes im Behälter oder Tank 18 wird durch ein Schwimmerventil 19 kontrolliert. Der Papierstoff wird vom Boden des Behälters 18 über eine Düse bzw. über ein Ansatzrohr 20 auf ein kontinuierliches bzw. endloses Drahtgewebe-Förderband 21 aufgebracht, welches um Rollen 22 herumgelegt und angetrieben ist. Die Bewegung des Förderbandes 21 läßt den Papierstoff eine dünne Schicht auf dem Förderband 21 bilden. Die dünne Schicht wird dadurch getrocknet, daß sie um erhitzte Oberflächen herumgeführt wird, so daß Papier oder Karton gebildet wird.

Eine Einrichtung 23 zur Probenahme ist über ein Rohr bzw. eine Rohrleitung 24 zur Probenahme mit dem Rohr 14 auf der stromabwärts liegenden Seite der Refinereinheit 13 verbunden. Die Einrichtung 23 entfernt kontinuierlich eine kleine Probe des Papierstoffes aus dem Rohr 14 und pumpt diese Probe über ein Rohr 25 zu einer Faser-Analysiereinheit 26, die einen Faser-Feinverteilungsanalyzer, Modell FDA 200 der Firma Information Electronics Ltd., Canberra, Australien enthält.

Die nicht dargestellte Analysiereinrichtung für die Faserfeinheitsverteilung weist ein enges Rohr oder einen Kanal auf, durch welchen eine Probe der Fasermasse für die Papierherstellung strömt, sowie eine Laseroptikanordnung, welche die Fasermasse durch einen transparenten Abschnitt des Kanals betrachtet. Der transparente Abschnitt hat üblicherweise zwei parallele, optisch flache Seiten, die einen engen Kanal oder Durchgang umschließen; der Laserstrahl tritt in transversaler Richtung durch beide Seiten des Kanals und durch die darin enthaltene Fasermasse hindurch und trifft auf ein Laser-Ziel auf, das sich auf der gegenüberliegenden Seite des Kanals befindet.

Der Laserstrahl und das Laserziel sind so angeordnet, daß ein kreisförmiges Gebiet des Strömungskanals erfaßt wird, wobei der Kreis einen Durchmesser hat, der wesentlich kleiner ist als die Durchschnittslänge der zu überprüfenden Fasern. Ein komplementäres elektronisches System ist angeordnet, um ein Signal in dem Augenblick maximaler Verdunkelung des Laserzieles durch eine zwischenliegende Faser zu erzeugen. Da der Durchmesser des Betrachtungskreises fest ist, entspricht die Länge jeder beobachteten Faser der des Kreisdurchmessers und die Größe des erzeugten Signals ändert sich im Verhältnis zur Zielfläche, die durch die Faser verdunkelt wird und das Signal kann dann als Faserbreite oder als Maß für die Feinheit berechnet werden. Bei einer weiteren Verfeinerung bzw. Verbesserung des die Faserfeinheitsverteilung analysierenden Geräts ist die kreisförmige Betrachtungsfläche in zwei Hälften unterteilt, wobei die Teilungslinie parallel zur Strömungsrichtung liegt, wodurch das Betrachtungsfenster in zwei kreisförmige Hälften unterteilt wird. Das Laserziel bzw. Target ist in gleicher Weise angeordnet, um ein separates Signal von jedem halbkreisförmigen Gebiet des Betrachtungsfensters zu erzeugen.

In dem korrespondierenden elektronischen Meßsystem muß eine Faser eine gleiche Fläche jedes halbkreisförmigen Zieles verdunkeln und somit zwei gleiche gleichzeitig vorliegende elektronische Signale erzeugen, damit seine gemessene Breite für Aufzeichnungszwecke angenommen wird.

Wenn die elektronischen Signale, die den beiden halbkreisförmigen Flächen bzw. Gebieten entsprechen, nicht gleich sind, liegt dies daran, daß eine Faser nur teilweise quer zum Betrachtungsfenster liegt oder weil mehr als eine Faser an der Laseroptik vorbeigelangt. Solche Signale wären fehlerhaft und werden für Aufzeichnungszwecke nicht aufgenommen. In der Praxis werden zum Zwecke der Aufzeichnung 20 bis 35% der Gesamtzahl von betrachteten Fasern angenommen.

Die Vorrichtung erzeugt für einen Bereich von Faserbreiten Zählungen der Faserzahl bei einer Probe, die eine ausgewählte Faserbreite hat. Die Faserfeinheitsverteilungskurve wird dadurch erhalten, daß die Faserbreite gegen die Faserzählung aufgezeichnet wird. Vorzugsweise liegt der Bereich der Faserbreiten zwischen 7 µm und 64 µm und die Faserzählung wird in Schritten von 1 µm erhalten. Nach der Analyse wird die Probe über ein Rohr 27 in den Speicherbehälter 15 abgegeben.

Die Faserfeinheitsverteilungskurve wird mit einer gespeicherten Referenzkurve verglichen, die durch Analyse eines bekannten Papierstoffs bzw. Holländereintrags erhalten wird, um Papier zu liefern, das die gewünschten Eigenschaften oder Qualitäten besitzt. Ein Korrektursignal, das durch die Differenz der gemessenen Kurve und der Referenzkurve bestimmt wird, wird durch die Faser-Analysiereinrichtung 26 erzeugt und über eine Leitung 28 zur Einstellung der Refinereinheit 13 übertragen. Die Analysiereinrichtung 26 erzeugt weiterhin ein Korrektursignal, bis die Faserfeinheitsverteilungskurve des zu messenden Papierstoffs im wesentlichen gleich der der Referenzkurve ist.

Fig. 2 ist eine Aufzeichnung der Faserbreite gegenüber der Faserzählung für vier Faserproben. Die Testproben waren reine, ungebleichte Fichtenholz-Fasern, die durch ein Kraft-Verfahren behandelt worden sind und separat in dem gleichen Holländer in Zeitintervallen gemahlen bzw. behandelt worden sind, die nachstehend angegeben sind.

Die Faserfeinheitsverteilung jeder Probe mit einer Feinheit oder (relativen) Breite zwischen 7 µm und 64 µm wurde gemessen unter Verwendung eines FDA 200-Analysiergerätes entsprechend dem normalen Betriebsverfahren. Die Messungen wurden durchgeführt unter Verwendung von 10.000 gezählten Fasern und wurden mehrmals wiederholt, das Ergebnis wurde gemittelt und aufgetragen, wodurch sich Fig. 2 ergab. Die mit 1, 2, 3, 4 bezeichneten Linien entsprechen den Probenummern, wie sie in der vorstehenden Tabelle verwendet sind.

Fig. 3 gibt eine ähnliche diagrammartige Darstellung der Messungen wieder, die bezüglich vier Proben einer Mischung aus Fichtenholz-Fasern und Tannenholz-Fasern durchgeführt wurde, wobei jede Probe über die nachfolgend aufgeführten Refiner-Zeiten behandelt wurde.

Die mit 5, 6, 7, 8 bezeichneten Linien entsprechen den Probe-Nummern, wie sie in der vorstehenden Tabelle angegeben sind.

Diese Linien repräsentieren die Faserfeinheitsverteilungskurven der Proben; die Erfindung basiert auf der Feststellung oder Berücksichtigung, daß jede Kurve in einzigartigem Bezug zu dem Grad der Refinermahlung, bzw. des Refinervorganges der speziellen Faser oder Mischung von Fasern und der Papierherstellungsqualität der Probe steht, von der sie erhalten wird. Durch Aufzeichnung der Faserfeinheitsverteilungskurven von Proben des Papierstoffs und der Qualitäten des aus dem gleichen Papierstoff erzeugten Papieres ist es möglich, die vorstehend erwähnten Referenzkurven zu erhalten, die mehr Papierstoff entsprechen, der zur Herstellung von Papier mit gewünschten Qualitätseigenschaften bekannt ist.

Durch die Probenahme und Bewertung des Papierstoffes unmittelbar nach dem Refinervorgang gestattet vorliegende Erfindung eine schnelle Einstellung des optimalen Faser-Refinervorganges bzw. Refinermahlens, um ein gleichförmiges Papierprodukt gewünschter Qualität zu erhalten.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung von Papier aus faserigem Papierstoff, dadurch gekennzeichnet,
daß der Papierstoff durch eine einstellbare Refiner-Einheit verbracht wird,
daß der in der Refiner-Einheit behandelte Papierstoff analysiert wird unter Verwendung einer Analysiereinrichtung zur Lieferung charakteristischer Ausgangsinformationen,
daß die Ausgangsinformation mit einer Referenzinformation verglichen wird, die ihrerseits durch eine vorangehende Analyse eines Papierstoffes, der zur Herstellung eines Papieres gewünschter Qualität bekannt ist, erhalten wird, und
daß die Refiner-Einheit ein- bzw. nachgestellt wird, um einen Papierstoff zu liefern, dessen Analyse Ausgangsinformationen erzeugt, die im wesentlichen gleich der Referenzinformation sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faseranalysiereinrichtung eine Faserfeinheitsverteilungsanalysiereinheit enthält, die für einen Bereich von Faserbreiten Zählungen der Zahl von Fasern in einer Probe erzeugt, die eine ausgewählte Faserbreite bzw. Faserstärke hat.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die charakteristische Ausgangsinformation eine Faserfeinheitsverteilungskurve enthält, die durch Auftragung der Faserbreite gegenüber der Faserzahl über den Bereich der Faserbreiten erhalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der Faserbreiten zwischen 7 µm und 64 µm liegt, und daß die Faserzahl bzw. Faserzählung mit Intervallen von 1 µm aufgetragen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Refiner-Einheit abhängig von einem Korrektursignal durchgeführt wird, welches durch die Differenz zwischen der charakteristischen Ausgangsinformation, vorzugsweise in Form der Faserfeinheitsverteilungskurve einerseits und der Referenzinformation, vorzugsweise der Faserfeinheitsverteilungskurve andererseits bestimmt wird, die durch die Faseranalysiereinheit erzeugt wird.

6. Vorrichtung zur Herstellung von Papier aus faserigem Papierstoff, gekennzeichnet
durch eine Analysiereinheit (26) zur Analyse eines in einer Refiner-Einheit (13) behandelten Papierstoffes und zur Abgabe charakteristischer Ausgangsinformation,
durch eine Speichereinrichtung zur Speicherung einer Referenzinformation, die durch eine vorangehende Analyse eines bekannten Papierstoffes zur Herstellung eines Papiers mit gewünschter Qualität erhalten wird,
durch eine Einrichtung zum Vergleich der Ausgangsinformation mit der Referenzinformation,
durch eine auf die Differenz zwischen der Ausgangsinformation und der Referenzinformation ansprechende Einheit zur Ein- oder Nachstellung der Refiner-Einheit zwecks Erzeugung eines Papierstoffes, dessen Analyse eine Ausgangsinformation liefert, die im wesentlichen gleich der Referenzinformationen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser-Analysiereinheit (26) eine Faserfeinheitsverteilungsanalysiereinrichtung enthält, die über einen Bereich von Faserbreiten Zählungen der Zahl von Fasern in einer Probe liefert, welche eine ausgewählte Faserbreite hat.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die charakteristische Ausgangsinformation eine Faserfeinheitsverteilungskurve enthält, die durch Auftragen der Faserbreite gegenüber der Faserzählung über den Bereich der Faserbreiten erhalten wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgewählte Bereich von Faserbreiten zwischen 7 µm und 64 µm liegt und daß die Faserzählung in Schritten bzw. Intervallen von 1 µm aufgetragen ist.