FI114720B - Menetelmä paperin kuituorientaation hallitsemiseksi - Google Patents

Description

1 1 4720

Menetelmä paperin kuituorientaation hallitsemiseksi Förfarande för att kontrollera fiberorienteringen i papper 5

Keksinnön kohteena on menetelmä paperikoneen/kartonkikoneen kuituorientaation hallitsemiseksi.

Paperin valmistuksessa paperi- tai kartonkikoneiden huuliaukosta syötetään mas-10 sasuspensiosuihku muodostusviiralle tai -viirojen väliseen kitaan. Perälaatikon huuliaukon poikittainen profiili määrää massasuihkun profiilin. Huuliaukon profiilia säätämällä voidaan osittain kompensoida massasuihkun niitä virheitä, jotka ovat syntyneet perälaatikossa tai sitä ennen.

15 Paperikoneen perälaatikko, etenkin monikerrosperälaatikko on vaikea säätökohde, koska prosessissa on useita eri parametreja, joilla on erilaisia ristikkäisvaikutuk-sia. jotka voivat vielä riippua käytettävistä raaka-aineista, valmistettavasta laadusta ja/tai perälaatikon geometriasta ja ajotavasta. Kuitenkin laadullisesti moitteettoman paperituotteen, etenkin paino- ja kirjoituspaperin valmistamisessa, var-20 sinkin monikerrostekniikkaa hyväksikäyttäen, tulee eri massavirtaukseen eri no-: ·.’: peus- ja virtausmääräsuhteet sekä näiden parametrien asetus viiranopeuteen näh- : ·.: den olla riittävän tarkasti hallittavissa.

* ♦ : ^ Paperiradan kuituorientaatiovirheet syntyvät pääasiassa seuraavista syistä. Perä- 25 laatikon massavirtauskanavan reunoilla virtaa vähemmän massaa. Tämä reuna-efekti aiheuttaa hyvin voimakkaan lineaarisen vinoutuman profiiliin. Perälaatikon .,turbulenssigeneraattorin profiilivirheet aiheuttavat yleensä epälineaarisen vinou-tuman profiiliin virtauskanavien reuna-alueiden sisäpuolella. Perälaatikon huuli-kartiossa aikaansaatu kiihdytys tasoittaa päävirtauksen profiilivirheitä, mutta ai-*: “' 30 heuttaa samalla poikittaisvirtauksen. Paperiradan orientaatiovirheitä aiheutuu vä- lillisesti myös kuivatusosan toiminnasta, koska paperi kuivuessaan pääsee kutis- 1 1 4720 2 tumaan poikkisuunnassa epätasaisesti siten, että reuna-alueet kutistuvat merkittävästi enemmän kuin keskusta. Kuivumiskutistuman aiheuttamaa neliömassa-profiilin epätasaisuutta pyritään kompensoimaan säätämällä huuliaukkoa mas-sasuihkun keskeltä paksummaksi. Tästä on kuitenkin seurauksena poikittaisvirta-5 uksia huulisuihkussa ja edelleen viiraosalla, mikä puolestaan aiheuttaa kui-tuorientaation vinoutumaa. Samalla ilmiöllä on vaikutusta myös rainan poikittaisiin lujuusprofiileihin.

Tekniikan tason mukaisesti paperi- tai kartonkirainan kuituorientaatiomittaus voi-10 daan suorittaa laboratoriossa tai on-line mittauksena suoraan paperikoneelta. Pa-perirainanäytteen kuituorientaatiomittaus suoritetaan laboratoriossa perustuen vetolujuusmittaukseen tai äänimoduulin mittaamiseen. Rainan kuituorientaation on-line mittauksessa poikkisuuntainen kuituorientaatioprofrili mitataan perustuen esimerkiksi poikki suuntaiseen neliöpainojakaumaan. Tällainen mittausmenetelmä 15 tunnetaan patentista FI 81 848, jossa esitetyssä menetelmässä kerätään tietoa valmistettavan rainan poikittaisen kuituorientaatiojakauman ja neliöpainojakauman välisestä relaatiosta suorittamalla paperikoneella vasteajoja sen eri toimintatiloissa. On-line kuituorientaatiomittaus voidaan tehdä myös suoraan paperirainasta esimerkiksi kohdistamalla rainan läpi lasersäde ja määrittämällä paperin läpi kul-'. 20 keneesta lasersäteen muodosta rainan kuituorientaatiokulma kulloisessakin mitta- .'. uskohdassa.

. ,: Kuituorientaatiomittauksen perusteella on tunnettua säätää takaisinkytketysti pe- : rälaatikon toimilaitteita, jolloin vaikutetaan muodostuvan rainan kuituorientaati- ri 25 oon. Tällainen on-line säätöjärjestelmä on tunnettu hakijan patenttihakemuksesta FI980403.

Massasulpussa kuitujen pinnoille absorboituneet vesimolekyylit järjestäytyvät ,"': kuitusuuntaan orientoituneeksi dipolirakenteeksi. Tällaisen dipolirakenteen ·.··: 30 orientaatioon voidaan vaikuttaa siihen suunnatulla ulkoisella magneetti- ja/tai I * » > * 3 114720 sähkökentällä. Tällöin kuituihin indusoituu nk. Lorenzin voima, joka noudattaa yhtälöä

F = q (v x B) + qE

5 Yllä esitetyn kaavan mukaisesti kuituun kohdistettu voima aiheuttaa vääntömo-mentin, joka pyrkii orientoimaan kuitua. Kohdistettaessa voima suspensiosuihkun ajosuuntaa vastaan poikittain suotautuvat tai suihkussa vapaana olevat kuidut orientoituvat paperikoneen etu- tai takareunaa kohti.

10 Käytännössä sähkökentän E käyttäminen kuitujen orientaatiokulman muuttamiseen ei ole mahdollista, koska sähkökenttä olisi suunnattava suihkun poikkisuun-taan. Tällöin lokaalin orientaation säätö olisi käytännössä mahdotonta.

Magneettikenttää B voidaan sen sijaan käyttää kuituorientaation säätämiseen, 15 koska tarkoituksenmukainen voimavaikutus saadaan magneettikentällä, jonka suunta on suspension läpi eli z-suuntaan. Tällainen magneettikenttä voidaan järjestää perälaatikkoon ja/tai formeriosalle. Magneettikentän käyttämistä kuituorientaation säätämiseen ei tunneta ennestään. Sen sijaan on tunnettua käyttää magneettikenttää veden poistamiseen paperirainasta, esimerkiksi hakijan patentti-,20 hakemuksista FI 885736 ja 890934 sekä hakijan kuulutusjulkaisusta FI 86 085.

* ; ‘: Käytännössä magneettikentän käyttöä vedenpoistoon viiraosalla ei ole toteutettu, : 1. i koska tässä tarkoituksessa tarvittavat magneettikentän voimakkuudet olisivat niin : ’ ·: suuria, että menetelmä olisi taloudellisesti kannattamaton.

• 1 » 25 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada uusi menetelmä paperin kuituorientaation hallitsemiseksi, jolla menetelmällä paperin kuituorientaatiota ... * voidaan hallita entistä tarkemmin.

; : Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnön 30 mukaiselle menetelmälle kuituorientaation hallitsemiseksi on pääasiallisesti tun- 4 114720 nusomaista se, että magneettikenttää ohjataan takaisinkytketysti kuituorientaatiotie-don perusteella.

Keksinnön mukainen menetelmä kuituorientaation aiempaa paremmaksi hallitse-5 miseksi magneettikenttien avulla on sovellettavissa sekä yksi- että monikerrospe-rälaatikoissa.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä kuituorientaation hallitsemiseksi kui-tuorientaatio mitataan rainasta laboratoriossa tai tunnetulla on-line menetelmällä 10 esimerkiksi lasersädemittauksella. Kuituorientaatiota säädetään takaisinkytketysti kohdistamalla huulisuihkuun tai paperirainaan perälaatikossa tai viiraosalla magneettikenttä. Keksinnön mukaista menetelmää on mahdollista soveltaa myös mo-nikerrosperälaatikossa joko säätämällä kunkin kerroksen kuituorientaatiota samanaikaisesti tai samalla tavalla tai vaihtoehtoisesti säätämällä erikseen eri ker-15 rosten varaustilaa ja siten kuituorientaatiota tarpeen mukaan. Eri kerrosten kuituorientaation säätäminen tapahtuu annostelemalla kunkin kerroksen massasulp-puun erilaisen varauksen omaavia kemikaaleja. Nämä kemikaalit retentoituvat varauksensa avulla kuituihin, jolloin kuitujen varaus muuttuu kemikaalin annos- \ määrän ja varauksen voimakkuuden mukaisesti. Kun kuidun varausta on muutettu • · ; 20 hallitusti tällä tavalla, voidaan kuidun orientaatiota säätää hallitusti magneetti- « I « kentällä.

♦ · * * * • · : *: Riippuen kulloinkin valmistettavasta tuotteesta kuituorientaatio voidaan säätää • · ♦ · /. joko voimakkaasti orientoituneeksi tai satunnaisorientoituneeksi. Esimerkki voi- 25 makkaasti kuituorientoituneesta tuotteesta on sanomalehtipaperi ja satun- » ’ : naisorientoituneesta säkkipaperi. Orientoitaessa kuituja voimakkaasti kohdistetaan • · ♦ ..." rainaan muuttumaton tai hallitusti muuttuva magneettikenttä. Satunnaisorientoitu- nutta tuotetta valmistettaessa magneettikentän suuntausta tai suuruutta muutetaan : ’ * *: jatkuvasti tietyllä taajuudella. Tämän lisäksi keksinnön mukainen menetelmä sopii 30 myös nk. orientaatiovanaisuuden poistoon, sillä magneettinen vuorovaikutus voi-...,: daan kohdistaa hyvinkin kapeaan alueeseen perälaatikon ulostuloalueella.

5 114720

Keksinnön mukaisessa menetelmässä magneettikenttä järjestetään perälaatikkoon tai viiraosalle siten, että suihku tai raina ohjataan kahden metallisen johteen vä-i listä, joihin magneettikenttä kohdistetaan. Magneettikenttä saadaan aikaan esi- j 5 merkiksi rainan tai suihkun viereen kone- tai poikkisuuntaisesti sijoitetuilla säh- j köjohtimilla, joihin sähkövirta viedään. Käytettäessä konesuuntaisia johtimia ) { näillä on tietty rajattu pituus ja johtimet sijoitetaan sopiville etäisyyksille toisiinsa nähden koneen koko poikkisuunnan pituudelta.

10 Seuraavassa keksintöä selostetaan tarkemmin viittaamalla oheisiin kuvioihin, joissa:

Kuvio IA esittää perälaatikkoa, joka on varustettu magneettikentän synnyttämis-välineillä.

15

Kuvio IB esittää perälaatikkoa, joka on varustettu magneettikentän synnyttämis-välineillä, joilla saadaan aikaiseksi paperikoneen poikittaissuunnassa paikallisesti säädettävä magneettikenttä.

·, 20 Kuvio 2 esittää esimerkin magneettikentän synnyttämisvälineiden sijoittamisesta '. monikerrosperälaatikkoon.

» I · ; ,j Kuvio 3 esittää magneettikentän synnyttämisvälineiden sijoittamista viiraosalle » : ’: pystyformerin yhteyteen.

j 25

Kuviossa IA esitetään paperikoneen/kartonkikoneen perälaatikko 10, joka käsittää jakotukin J, pillistön 11, välikammion 12, turbulenssigeneraattorin 13 ja huuli-kanavan 14. Perälaatikko 10 on varustettu keksinnön mukaisilla magneettikentän "' · synnyttämisvälineillä 15a, 15b, jotka on sijoitettu huulikanavan 14 ala- ja yläpuo- ;" i 30 lelle. Tällöin huulikanavaan 14 voidaan synnyttää magneettikenttä keksinnön mu- V , kaisen menetelmän toteuttamiseksi.

1 1 4720 6

Magneettikenttävälineet 15a, 15b käsittävät esim. paperikoneen kone- tai poik-kisuuntaan sijoitettuja sähköjohtimia, joihin johdettaessa sähkövirtaa syntyy magneettikenttä huulisuihkun tai rainan yli. Poikkisuuntaisesti sijoitetuilla sähköjoh-5 timilla syntyy yhtä voimakas magneettikenttä koko paperikoneen poikkisuunnas-sa, jolloin koko rainan kuituorientaatiota säädetään tasaisesti.

Magneettikenttävälineisiin syötetään sopiva virta virransyöttövälineillä (ei näytetty) magneettikentän suuruuden ja suunnan säätämiseksi. Magneettikentän syn-10 nyttämiseksi voidaan myös käyttää kestomagneetteja, jolloin magneettikentän amplitudin säätö toteutetaan esim. kestomagneettien sijaintia muuttamalla.

Kuvio IB esittää toisen sovellutusesimerkin magneettikenttävälineestä 15. Tässä sovellutusmuodossa magneettikenttäväline 15 käsittää konesuuntaisesti sijoitetut 15 rajatun pituiset johtimet 15a j, 15a2,..15a\, joita on sijoitettu koneen poikkisuun-taan sopivin etäisyyksin toisistaan, ja jotka sijaitsevat edullisesti tasavälisesti. Tällä tavalla voidaan synnyttää huulisuihkun poikki kulkeva magneettikenttä, jolle voidaan tehdä koneen poikkisuuntaista säätöä ts. kussakin poikkilokaatiossa voidaan säätää kuituorientaatioprofiilia halutulla tavalla. Poikkisuuntainen säätö toteutetaan 20 siten, että kutakin poikkisuuntaista magneettikenttäelementtiä ohjataan esimerkiksi , , *. omalla virtalähteellä.

* » * I < . * t ; , · Kuvio 2 esittää magneettikenttävälineiden sijoittamista monikerrosperälaatikon 10m » huuliosalle 14m- Monikerrosperälaatikko 10m käsittää kolme päällekkäistä virtaus- i i ; 25 kanavaa, joissa kulkevat massasuspensio-osavirtaukset F], F?, F3, jotka yhdistyvät huulisuihkuksi j. Monikerrosperälaatikon 10m huuliosalla 14m sijaitsevat lamellit t i ,,.ί 16, 17. Magneettikenttäväline 15a on sijoitettu monikerrosperälaatikon 10m alim- - t * ,, / paan seinämään 14a ja metallilevy 25a on sijoitettu lamelliin 17, jotta saadaan muo- * ‘"j dostettua magneettikenttä magneettikenttävälineen 15a ja metallilevyn 25a välille.

i * * ;"· 30 Magneettikenttäväline 15b on sijoitettu keskimmäiseen kerrokseen lamelliin 17 ja V, metallilevy 25b on sijoitettu lamelliin 16, jotta saadaan muodostettua magneetti- t * i

I f * » t I

7 114720 kenttä magneettikenttävälineen 15b ja metallilevyn 25b välille. Magneettikenttäväli-ne 15c on sijoitettu ylimpään seinämään 14b ja metallilevy 25c on sijoitettu lamelliin 16, jotta saadaan muodostettua magneettikenttä magneettikenttävälineen 15c ja metallilevyn 25c välille. Magneettikenttävälineet 15a, 15b, 15c ovat esimerkiksi kuvi-5 ossa IB kuvatun kaltaisia. Keskimmäiseen kerrokseen sijoitettu magneettikenttäväli-ne 15b sijaitsee konesuunnassa ennen magneettikenttävälineitä 15a ja 15c. Tällä tavalla vältetään magneettikenttien liiallinen kytkeytyminen toisiinsa. Magneettikenttävälineet voidaan sijoittaa monikerrosperälaatikkoon myös tässä esitetystä poikkeavalla tavalla.

10

Monikerrosperälaatikossa 10m on kuviossa 2 esitetyn suoritusmuodon mukaisesti mahdollista säätää kunkin huulisuihkukomponentin kuituorientaatiota erikseen ennen kuin huulisuihkukomponentit yhtyvät yhteiseksi huulisuihkuksi j formeriosuu-della.

15

Keksinnön mukaisesti monikerrosperälaatikossa kuituorientaatiota voidaan lisäksi säätää kerroksellisesti annostelemalla massasuspensio-osavirtauksiin Fj, F2, F3 eri varauksen omaavia kemikaaleja, jotka retentoituessaan varauksen avulla kuidun pintaan muuttavat kuidun varausta. Tällöin kuitususpensioon kohdistettu magneetti- •. . 20 kenttä vaikuttaa enemmän voimakkaammin varattuihin kuituihin, joiden orientaati- ... oon voidaan vaikuttaa eri tavalla kuin niihin kerroksiin, joihin ei ole lisätty varausta . *. : muuttavia kemikaaleja.

• · • · I «

Kuvio 3 esittää magneettikenttävälineen sijoittamista pystyformerin yhteyteen. Pe- » * t ·/": 25 rälaatikosta 10m saadaan huulisuihku j muodostustelojen 11, 21 välissä kulkevalle viiralle. Tässä esimerkissä magneettikenttäväline 15 sijoitetaan muodostustelan 11 : : viereen. Magneettikenttäväline 15 jää tällöin kantavan viiran 20 sisäpuolelle. En- ‘ ,,,'· simmäinen muodostustela 11 on peittävän viiran 30 silmukan sisällä ja yläpuolinen .' ’ *. muodostustela 29 on kantavan viiran 20 silmukan sisällä. Kun magneettikenttäväline - ·· 30 15 sijoitetaan viiraosalle sellaiseen paikkaan, jossa raina on vielä hyvin nestepitoi- .. * · t nen, voidaan kuituorientaatiota säätää. Vielä tässä vaiheessa on mahdollista säätää 1 t 8 114720 kuituorientaatiota myös kerroksellisesti, mikäli eri kerrosten ainesosiin on retentoitu varauksia, jotka kiinnittyessään kuituun muodostavat kuidusta dipolin.

Edellä esitetyn mukaisesti keksinnön mukaisella menetelmällä on mahdollista säätää 5 kuituorientaatiota samalla tavalla koko rainan leveydeltä tai kuituorientaatioprofiilia poikkisuuntaisilla säädöillä. Lisäksi keksintö antaa mahdollisuuden säätää moniker-rosperälaatikossa kunkin kerroksen kuituorientaatioita erikseen. Keksintöä voidaan soveltaa erityyppisen paperin ja kartongin valmistuksessa.

10 Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joihin keksintöä ei ole yksinomaan tarkoitus rajoittaa.

i !

Claims (10)

1 1 4720

1. Menetelmä paperikoneen/kartonkikoneen kuituorientaation hallitsemiseksi, jossa menetelmässä mitataan Tainasta kuituorientaatiota ja paperikoneen/kartonkikoneen 5 perälaatikko ja/tai viiraosa varustetaan magneettikenttävälineillä ja muodostumassa olevaan vesi-kuitu-kerrokseen kohdistetaan magneettikenttä (B), tunnettu siitä, että magneettikenttää (B) ohjataan takaisinkytketysti kuituorientaatiotiedon perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että magneettikenttä (B) synnytetään paperikoneen poikkisuunnan kanssa yhdensuuntaisesti sijoitetulla sähköjohtimella.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että magneetti-15 kenttä synnytetään paperikoneen konesuuntaisilla, rinnakkain sijoitetuilla magneettikenttävälineillä (15bi,..151?ν).

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mag- *.*. neettikenttävälineet (15bi,..., 15b|si) ovat sähköjohtimia, joihin johdetaan virtaa sää- : 20 dettävillä virtalähteillä.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mag- • · : *: neettikenttävälineet (15bj,..., 15bN) ovat kestomagneetteja. • · #

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kui- ': : tuorientaatio mitataan rainasta on-line mittauksella tai kuituorientaation mittaus suo- * · » *... * ritetaan laboratoriossa. • · · : 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mag- 30 neettikenttävälineet (15; 15a, 15b; 15bi,..., 15bN> sijoitetaan yksikerrosperälaatikon • · (10) huuliosaan (14). 114720 ίο

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mag-neettikenttävälineet (15; 15a, 15b; 15bi,..., 15bN) sijoitetaan monikerrosperälaatikon (10m) huuliosaan (14m). 5

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että synnytettävä magneettikenttä (B) on vaihtomagneettikenttä.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 10 kuituorientaatiota säädetään monikerrosperälaatikossa (10m) kerroksellisesti siten, että eri kerroksien massasuspensio-osavirtauksiin (Fi, F2, F3) annostellaan erilaisen varauksen omaavia kemikaaleja. * * ♦ · · • · > I • · · • · • · * • · • t * · · • I I • « I * · * · » * I • M • * • · · * · * * · · * · · # · • · · ♦ » » * · * · » 1 * · I » • ' * » I I » I 114720