FI112881B - Menetelmä ja sovitelma päällystekerroksen profiilin määrittämiseksi - Google Patents

Description

112881

Menetelmä ja sovitelma päällystekerroksen profiilin määrittämiseksi Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon 5 mukainen menetelmä päällysteen profiilin määrittämiseksi.

Tällaisen menetelmän mukaan tuodaan raina päällystyskoneel-le, jonka päällystysasemalla rainan pinnalle applikoidaan päällysteseosta, minkä jälkeen määritetään rainalle appli-10 koidun päällystekerroksen profiili.

Keksinnön kohteena on myös sovitelma menetelmän toteuttamiseksi .

15 Paperia tai kartonkia päällystettäessä liikkuvan rainan pinnalle applikoidaan ensin päällysteseosta, minkä jälkeen ylimääräinen päällysteseos poistetaan ja päällystekerroksen pinta tasoitetaan. Päällysteseoksen mukana rainaan tulee kosteutta, minkä takia päällystekerroksessa ja rainassa 20 oleva ylimääräinen kosteus poistetaan kuivaamalla. Päällys-‘ * tyskone voidaan sijoittaa suoraan pohjapaperin valmistusko- ··/ neen perään, jolloin on kyse on-machine -päällystyksestä.

Päällystyskone voi myös olla erillinen laite, jolle rulla-tut pohjapaperirullat viedään ja jossa ne rullataan auki ja 25 päällystetään muusta paperikoneesta erillään. Tästä käytetään nimitystä off-machine -päällystys.

Rainan kuivaaminen suoritetaan päällystyskoneen kui-vainosalla. Tavallisimmat kuivaintyypit ovat infrakuivain, • ; 30 ilmakuivain ja kuivaussylinteri. Infrakuivaimessa kui- vaimesta lähetetään infrapunasäteilyä, jonka suurin inten-v · siteetti pyritään saamaan aallonpituuksille, joilla vesi absorboi säteilyä hyvin. Tällöin kuivaimen lämmitysteho 112881 2 voidaan kohdistaa mahdollisimman hyvin päällysteen joukossa olevaan kosteuteen, jolloin kuivatusteho on suurin. II-makuivaimessa rainan kuivaamiseen käytetään kuumaa ilmaa. Sylinterikuivauksessa raina kulkee esimerkiksi höyryllä 5 lämmitettävää sylinteriä vasten, jolloin lämpö siirtyy johtumalla sylinterin pinnalta rainaan.

Päällysteseoskerroksen kuivuminen voidaan jakaa neljään eri päävaiheeseen. Ensimmäinen vaihe on lämmityssvaihe, jonka 10 aikana rainan lämpötilaa nostetaan nopeasti yleensä ensimmäisellä päällystysaseman jälkeisellä infrakuivaimella. Raina lämpenee niin paljon, että massansiirto eli haihdu-tusmäärä on tasapainossa lämmönsiirron kanssa. Lammitysvai-heen aikana kosteutta imeytyy päällystekerroksesta pohjapa-15 periin, jonka kuidut turpoavat.

Toinen vaihe on ns. tasaisen haihdutuksen vaihe, jolloin kaikki rainaan siirtynyt lämpö kuluu kuivatukseen. Toisen vaiheen kuivaus suoritetaan yleensä ilmakuivaimilla, jol-20 loin päällysteen lämpötila asettuu tasapainoon ympäröivän * y ilman kosteuden ja lämpötilan kanssa.

y. Kolmas kuivausvaihe on ns. ensimmäinen laskevan haihdutuk- sen vaihe, jolloin päällystekerroksen pinnan kuivuessa osa k. 25 vettä pintaan kuljettavista kapillaareista tyhjenee ja haihdutus hidastuu. Päällysteen lämpötila alkaa kolmannessa ... vaiheessa nousta merkittävästi.

Neljättä ja viimeistä kuivausvaihetta kutsutaan toiseksi ' ; 30 laskevan haihdutuksen vaiheeksi. Tällöin päällystekerroksen pinta on täysin kuiva, koska kapillaarit eivät enää kuljeta ‘ vettä pintaan. Tämän takia höyrystymisvyöhyke siirtyy pääl- lystekerroksen sisälle. Päällystekerroksen pintalämpötila

Ia "> n o a iz.OQ I

3 nousee erittäin nopeasti. Viimeisessä kuivausvaiheessa päällyste on niin kuivaa, että kuivatus voidaan suorittaa rainaa koskettavilla kuivaussylintereillä.

5 Päällystemäärä on tärkein mittari arvioitaessa päällystys-tulosta. Päällystemäärä kertoo päällysteseoksen kuiva-aineiden määrän paperilla grammoina neliömetriä kohden. Päällystekerroksen profiili sekä konesuunnassa että rainan poikittaissuunnassa pyritään pitämään mahdollisimman tasai-10 sena takaisinkytkettyjen säätöjen avulla. Konesuunnassa päällystekerroksen profiilia säädetään esimerkiksi muuttamalla kaavinterän tai -sauvan kuormitusta. Rainan poikittaissuunnassa päällystekerroksen profiilia puolestaan säädetään esimerkiksi muuttamalla kaavinterän tai -sauvan 15 kuormitusta paikallisesti niistä kohdista, joissa päällystettä on liikaa tai liian vähän. Sekä kone- että poikittaissuuntaisen profiilinsäädön ehdottamana edellytyksenä on tarkka päällystemäärän mittaus.

20 Päällystemäärän mittauksessa käytetään yleensä mittaraame-' / ja, joissa on koko paperiradan leveyden yli liikkuva antu rein varustettu kelkka. Päällystemäärä voidaan määrittää mittaamalla anturein esimerkiksi beta-säteilyn absorptiota, röntgensäteilyn absorptiota tai fluoresenssia tai infra-25 punasäteilyn absorptiota päällysteessä. Anturit mittaavat yleensä vain yhdestä pisteestä, minkä takia kelkan täytyy • kulkea radan yli, jotta päällystekerroksen profiili saatai- *:*, siin mitattua koko radan leveydeltä.

’ ; 30 Anturien ominaisuudet asettavat omat rajoituksensa mitta- raamien kelkkojen nopeudelle. Etenkin säteilylähteiden ' heikko teho rajoittaa kelkan nopeutta säteilyyn perustuvis- '···' sa antureissa. Nykyisillä antureilla kelkan etenemisnopeus 11 ’' o P i i i l u 0 ! 4 on noin 20-40 senttimetriä sekunnissa, jolloin leveän rai-nan ylitykseen, eli yhteen skanniin saattaa kulua kelkalta lähes minuutti. Koska kelkka etenee poikkisuunnassa erittäin hitaasti verrattuna radan konesuuntaiseen nopeuteen, 5 menetelmä vääristää mittaustuloksia. Anturin edetessä kerran rainan yli poikittaissuunnassa, paperi on kulkenut ko-nesuunnassa jopa yli kilometrin. Poikittaissuuntainen pääl-lystekerroksen profiili lasketaan tavallisesti usean skan-nin keskiarvona, jolloin päällystekerroksen poikittaissuun-10 täisen profiilin säätö on hidasta ja se tehoaa vain pitkäaikaisiin muutoksiin.

Ongelmana hitaassa skannauksessa on myös konesuuntaisten päällystemääräerojen vaikutus poikkisuuntaiseen päällyste-15 määrämittaukseen. Konesuuntaiset päällysteprofiilin muutokset ovat poikittaisprofiilin kannalta pahoja häiriöitä. Konesuuntaiset muutokset ovat usein suurempia kuin poikittaisprof iilissa esiintyvät epätasaisuudet, mikä tekee pro-fiilimittauksesta epäluotettavan, ellei muutoksia kompen-20 soida.

'·/ Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan aivan uuden- laiset menetelmä ja sovitelma päällysteen profiilin mittaa-miseksi.

':·. 25

Keksintö perustuu siihen, että rainalle applikoidun pääl-... lysteen profiili määritetään epäsuorasti mittaamalla pääl- ·;·_ lystekerroksen pintalämpötilaa esimerkiksi lämpökameralla • _ tai infrapunapyrometrillä päällystysaseman jälkeen. Mittaus ’ ; 30 voidaan suorittaa ennen ensimmäistä kuivainta tai jonkin kuivaimen jälkeen. Muutokset päällystemäärässä aiheuttavat · muutoksia myös päällystekerroksen lämpötilassa. Tarvittaes- sa pohjarainan lämpötila voidaan mitata ennen päällys- 112881 5 tysasemaa, jolloin rainan päällysteprofiili voidaan määrittää päällystekerroksen ja pohjarainan lämpötilojen eron muutoksen tai lämpötaseiden avulla. Menetelmä soveltuu sekä konesuuntaisen että poikittaissuuntaisen päällysteprofiilin 5 määrittämiseen.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

10

Keksinnön mukaiselle sovitelmalle puolestaan on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 11 tunnusmerkkiosassa .

15 Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

Mittalaitteena käytettävän lämpökameran tai infrapunapyro-metrin mittauskulma on suuri, jolloin päällysteen pintalämpötila j akauma ja sen perusteella päällystekerroksen profii-20 li voidaan määrittää nopeasti. Nopean päällystekerroksen ’* profiilin määrityksen ansiosta päällystysasemalta applikoi- / tavaa päällystemäärää voidaan säätää nopeasti. Keksintöä voidaan myös käyttää pohjapaperissa olevien profiilivirhei-den korjaamiseen. Lisäksi keksinnön mukainen mittauslait-25 teisto on yksinkertainen ja helposti asennettavissa sekä uusiin että olemassaoleviin päällystimiin.

Keksintöä kuvataan seuraavassa tarkemmin viittaamalla ohei-

* I

I » seen piirustukseen, joka esittää kaaviollisesti päällystys- * 30 konetta sivulta kuvattuna.

Tämän keksinnön yhteydessä tarkoitetaan käsitteellä "rainan ; pinta" päällystämättömissä rainan kohdissa pohjarainan 11 1 O 1

I i l u ϋ I

6 pintaa ja päällystetyissä kohdissa rainalla olevan pääl-lystekerroksen pintaa.

Piirustuksen mukaisessa päällystyskoneessa on päällys-5 tysasema 1, jolta päällysteseosta applikoidaan rainalle 2. Päällystysaseman 1 jälkeen raina 2 viedään infrakuivaimelle 3, joissa rainan 2 lämpötilaa nostetaan infrapunasäteilyn avulla. Infrakuivaimella 3 suoritettavan lämmitysvaiheen aikana rainan 2 lämpötilaa nostetaan nopeasti, jolloin railo na 2 lämpenee niin paljon, että massansiirto eli haihdutus-määrä on tasapainossa lämmönsiirron kanssa. Rainan 2 lämpötila nostetaan infrakuivaimella 3 yleensä noin 60°C:een. Lämmitysvaiheen aikana päällystekerroksesta imeytyy kosteutta pohjarainaan, jonka kuidut turpoavat.

15

Infrakuivaimen 3 jälkeen raina 2 viedään ilmakuivaimelle 4, jossa rainaa 2 lämmitetään molemmin puolin rainaa 2 suunnattavilla ilmapuhalluksilla. Ilmakuivaimella 4 rainan 2 kuivuminen siirtyy toiseen vaiheeseen, jolloin kaikki rai-: 20 naan 2 siirtynyt lämpö kuluu kuivatukseen ja päällysteen ; lämpötila asettuu tasapainoon ympäröivän ilman kosteuden ja , .·. lämpötilan kanssa. Tyypillisesti päällysteen lämpötila on toisessa vaiheessa noin 60-65°C.

:: 25 Päällystekerroksen pinnan kuivuessa osa vettä pintaan kul jettavista kapillaareista tyhjenee ja kosteuden haihtuminen 1 : hidastuu, jolloin siirrytään kolmanteen kuivatusvaiheeseen.

v ·’ Päällysteen lämpötila alkaa kolmannessa vaiheessa nousta merkittävästi. Rainan 2 lämpötila nousee tyypillisesti kol-·:“! 30 mannessa vaiheessa yli 65°C:een ja kuiva-ainepitoisuus yli . ;·. 78 % :n.

112881 7

Ilmakuivaimen 4 jälkeen rainan 2 päällystekerros on niin kuivaa, että kuivatus voidaan suorittaa rainaa koskettavalla sylinterikuivaimella 5, jossa raina 2 kulkee esimerkiksi höyryllä lämmitettävien sylintereiden välistä, jolloin läm-5 pöä siirtyy konvektiivisesti sylintereistä rainaan 2. Rainan 2 kuivuminen on neljännessä vaiheessa, jolloin päällys-tekerroksen kapillaarit eivät enää kuljeta vettä pintaan, ja höyrystymisvyöhyke siirtyy päällysteen sisälle. Päällysteen lämpötila nousee erittäin nopeasti. Neljännessä vai-10 heessa päällysteen kuiva-ainepitoisuus on tyypillisesti yli 85 % ja lämpötila yli 70°C.

Rainalle 2 applikoidun päällystekerroksen pintalämpötilaa leveyssuunnassa mitataan päällystysaseman 1 jälkeen ennen 15 ensimmäistä kuivainta 3 olevassa mittauskohdassa 7. Tämän lisäksi tai sijasta päällystekerroksen lämpötilaa voidaan myös mitata jonkin kuivaimen 3, 4, 5 jälkeen sijoitetussa mittauskohdassa, edullisesti ilmakuivaimen 4 jälkeisessä mittauskohdassa 8, jossa päällysteen lämpötilan ja päällys-·. : 20 temäärän on havaittu korreloivan paremmin keskenään kuin : infrapunakuivaimen 3 tai sylinterikuivaimen 5 jälkeen. Si- , .·. joittamalla mittauskohta sekä ennen kuivainta että kuivai- : men jälkeen oleviin kohtiin, voidaan myös kuivaimen toimin- taa tarkkailla.

: ·. 2 5

Rainan 2 päällystekerroksen kone- tai poikittaissuuntainen ;'J‘: profiili on mahdollista määrittää päällystysaseman 1 jäl- : keen sijoitetussa mittauskohdassa 7, 8 mitatun lämpötila- X : profiilin perusteella, jos rainan 2 lämpötilaprofiili ennen 30 päällystysasemalle 1 tuloa on riittävän tasainen. Tarvitta-essa lämpötilaprofiili voidaan mitata molemmilta puolilta rainaa 2.

8 11 ; öq Ί

I I l. Kj y I

Välittömästi päällystysaseman 1 jälkeen mitatut lämpötilaerot aiheutuvat päällysteseoksen ja pohjarainan 2 lämpötilaeroista sekä jossain määrin käytetystä päällystysmenetel-mästä. Off-machine päällystimissä rainalle applikoitavan 5 päällysteseoksen lämpötila on yleensä korkeampi kuin pohjarainan, jolloin kohdissa, joissa lämpötila on korkea, pääl-lysteseoskerros on paksu. Vastaavasti on-machine päällystimissä, joissa pohjarainan lämpötila saattaa olla korkeampi kuin rainalle applikoitavan päällysteseoksen, päällysteker-10 ros on paksu kohdissa, joissa sen lämpötila on alhainen.

Kuivatuksen eri vaiheissa näkyvät lämpötilan vaihtelut johtuvat lähinnä päällystekerroksen kosteuseroista. Päällystetyn rainan 2 kosteuserot johtuvat puolestaan pääasiassa 15 päällystemääräeroista, koska päällysteseos sisältää vettä tyypillisesti noin 30-40%. Päällystekerrosta kuivattaessa rainaan tuodaan lämpöenergiaa, jolloin kosteuseroista aiheutuu lämpötilaeroja. Mitä matalampi on mitattu lämpötila, sitä paksumpi päällystekerros mitatussa kohdassa on, koska , . 20 päällysteseoksessa olevan veden haihduttaminen vaatii run- . säästi energiaa.

; Mittaamalla rainan 2 päällystekerroksen poikittaissuuntais- . ta lämpötilaprofiilia päällystysaseman 1 jälkeen, voidaan 25 päällystekerroksen profiilin määrittää mitatun lämpötila-profiilin perusteella, jolloin muutos päällystekerroksen h. lämpötilassa on ainakin likimain verrannollinen päällyste- määrän muutokseen kyseisessä kohdassa.

30 Etenkin on-machine koneissa päällystysasemalle 1 tulevan • pohjarainan 2 lämpötila ei välttämättä ole riittävän tasai- ’ ’ nen poikittaissuunnassa, jolloin lämpötilaerot saattavat vaikeuttaa päällystemäärän määritystä. Tällöin pohjarainan 112881 9 2 pinnan lämpötilaprofiilia on mitattava myös ennen pääl-lystysasemaa 1 olevassa mittauskohdassa 6, jotta pohjarai-nan 2 lämpötilanvaihteluiden vaikutus päällystysaseman 1 jälkeen mitattavaan päällystekerroksen lämpötilaan voidaan 5 eliminoida. Tällöin päällysteprofiili voidaan määrittää mittattujen lämpötilaprofiilien perusteella, jolloin päällystysaseman 1 jälkeen sovitetun mittauskohdan 7, 8 ja ennen päällystysasemaa 1 sovitetun mittauskohdan 6 välisen lämpötilaeron muutos on ainakin likimain verrannollinen 10 päällystemäärän muutokseen.

Lämpötilan mittaaminen mittauskohdissa 6, 7, 8 voidaan suorittaa esimerkiksi infrapunapyrometrillä tai lämpökameral-la. Lämpökamera on infrapunapyrometriä tarkempi mittalaite. 15 Mittauskohdissa 6, 7, 8 voidaan käyttää yhtä tai useampaa mittalaitetta. Lämpökameran mittauskulma on noin 90°, jolloin esimerkiksi 10 metriä leveä raina 2 voidaan mitata 5 metrin etäisyydeltä rainan 2 keskilinjasta yhdellä lämpöka-meralla.

. . 20

Jos rainan 2 lämpötila mitataan sekä ennen päällystysasemaa V 1 että päällystysaseman 1 jälkeen, voidaan rainan 2 pääl- ·' lystemäärä määrittää lämpötaseiden avulla. Päällystemäärä voidaan ratkaista taseyhtälöstä: ·. 25 BW c (T -T Λ pohja \ rata pohja f • · ^ pasta dpasta ^rata) ‘ , missä 30 CW on päällystemäärä [g/m2] , cPasta on päällystyspastan ominaislämpökapasiteetti : [ J/ (kg-K) ], 112881 10

Ipasta on päällystyspastan lämpötila ennen päällystystä [K] , BW on pohjapaperin neliöpaino [g/m2] ,

Cpohja on pohjapaperin ominaislämpökapasiteetti [J/ (kg-K) ] , 5 Tpohja on pohjapaperin lämpötila ennen päällystystä [K] ja Trata on paperiradan lämpötila päällystyksen jälkeen [K] .

Lisäksi edellä esitetyssä yhtälössä voidaan käyttää erilaisia korjauskertoimia, joilla otetaan huomioon erilaisten 10 häiriötekijöiden vaikutuksia laskentatulokseen. Yksi tällainen häiriötekijä on esimerkiksi päällystysaseman 1 rai-nan 2 jäähtyminen jälkeisessä vapaassa vedossa ennen mitta-uskohtaa 7.

• ·

Claims (13)

1. Menetelmä paperi- tai kartonkirainan (2) päällysteker-roksen profiilin säätämiseksi, jossa menetelmässä 5 tuodaan raina (2) päällystyskoneelle, applikoidaan ainakin yhdelle rainan (2) pinnalle päällysteseosta päällystyskoneen päällys-10 tysasemalla (1), ja - määritetään rainalle (2) applikoidun päällyste-kerroksen profiili, 15 tunnettu siitä, että - mitataan rainan (2) pinnan poikittaissuuntaista lämpötilaprofiilia ainakin päällystysaseman (1) jälkeisen kuivaimen (3, 4, 5) jälkeen sovite- . 20 tussa mittauskohdassa (8), ja - määritetään rainan (2) päällystekerroksen pro- : fiili ainakin kuivaimen (3, 4, 5) jälkeen sovi tetussa mittauskohdassa (8) mitatun lämpötila-25 profiilin perusteella, jolloin muutos rainan (2) päällystekerroksen lämpötilassa tai päällystekerroksen ja pohjarainan (2) välisessä ; lämpötilaerossa on ainakin likimain verrannol- . linen päällystemäärän muutokseen, ja 30 ' - säädetään päällystysasemalta (1) applikoitavaa päällystemäärää määritetyn päällystekerroksen profiilin perusteella. 112881

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5. mitataan rainan (2) päällystekerroksen poikit taissuuntaista lämpötilaprofiilia ainakin yhdessä päällystysaseman (1) jälkeen sovitetussa mittauskohdassa (7, 8), 10. mitataan pohjarainan (2) poikittaissuuntaista lämpötilaprofiilia ennen päällystysasemaa (1) sovitetussa mittauskohdassa (6), ja määritetään rainan (2) päällystekerroksen pro-15 fiili päällystysaseman (1) jälkeen sovitetussa mittauskohdassa (7, 8) ja päällystysasemaa (1) ennen sovitetussa mittauskohdassa (6) mitattujen lämpötilaprofiilien perusteella, jolloin päällystysaseman (1) jälkeen sovitetun mittaus-· 20 kohdan (7, 8) ja ennen päällystysasemaa (1) so- : vitetun mittauskohdan (6) välisen lämpötilaeron : muutos on ainakin likimain verrannollinen pääl- lystemäärän muutokseen.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määritetään rainan (2) päällystekerroksen poikittaissuuntainen profiili.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 30 siitä, että määritetään rainan (2) päällystekerroksen ko-: ·'; nesuuntainen profiili. 112881

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitataan rainan (2) päällystekerroksen lämpöti-laprofiilia päällystysaseman (1) ja ensimmäisen kuivaimen (3) väliin sovitetussa mittauskohdassa (7). 5

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitataan rainan (2) päällystekerroksen lämpöti-laprofiilia ilmakuivaimen (4) jälkeen.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että määritetään rainan (2) päällystekerroksen profiili rainan (2) lämpötaseen avulla.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 15 siitä, että mitataan rainan (2) lämpötilaprofiilia ainakin yhdellä infrapunapyrometrillä.

9. Patenttivaatimuksen 1 tai 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitataan rainan (2) lämpötilaprofiilia 20 ainakin yhdellä lämpökameralla.

" * 10. Sovitelma paperi- tai kartonkirainan (2) päällysteker- ;", roksen profiilin säätämiseksi, joka sovitelma käsittää ’ päällystysaseman (1) päällysteseoksen applikoimiseksi aina- 25 kin yhdelle rainan (2) pinnalle, ja päällystysaseman (1) jälkeen sovitetun kuivaimen (3, 4, 5) tunnettu # - kuivaimen (3, 4, 5) jälkeiseen mittauskohtaan * (8) sovitetusta mittauselimestä rainan (2) pin- • ( nan poikittaissuuntaisen lämpötilaprofiilin 30 mittaamiseksi, elimistä rainan (2) päällystekerroksen profii-Iin määrittämiseksi mitatun lämpötilaprofiilin perusteella, ja 1. z 8 81 elimistä päällystysasemalta (1) applikoitavan päällystemäärän säätämiseksi määritetyn pääl-lystekerroksen profiilin perusteella.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että mittauselin on sovitettu sekä ennen päällys-tysasemaa (1) olevaan mittauskohtaan (6) että päällys-tysaseman jälkeiseen mittauskohtaan (7, 8).

12. Patenttivaatimuksen 10 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että mittauselin käsittää ainakin yhden infrapunapy-rometrin.

13. Patenttivaatimuksen 10 tai 12 mukainen sovitelma, 15 tunnettu siitä, että mittauselin käsittää ainakin yhden lämpökameran. 15 112881