FI120983B

FI120983B - Menetelmä ja järjestely päällystetyn kuiturainan kuivatuksen tehostamiseksi ja painatusominaisuuksien parantamiseksi

Info

Publication number: FI120983B
Application number: FI20065629A
Authority: FI
Inventors: Henri Vaittinen; Jouni Haavisto; Simo Rahkonen
Original assignee: Metso Paper Inc
Priority date: 2006-10-03
Filing date: 2006-10-03
Publication date: 2010-05-31
Also published as: DE102007047307A1; FI20065629A; FI20065629A0; DE102007047307B4

Description

Menetelmä ja järjestely päällystetyn kuiturainan kuivatuksen tehostamiseksi ja pai-natusominaisuuksien parantamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä ja järjestely päällystetyn kuiturainan paina-5 tusominaisuuksien parantamiseksi. Paperia tai kartonkia päällystettäessä pyritään mahdollisimman tasaiseen päällysteen jakautumiseen ja rakenteeseen ja siten myös mahdollisimman tasaisiin painatusominaisuuksiin. Eräänä ongelmana päällystyksessä on siinä ilmenevät päällystemäärän vaihtelut rainan pinnalla sen pituussuunnassa sekä leveyssuunnassa. Nämä ongelmat johtuvat erityisesti päällystettävän rainan 10 pinnan epätasaisuuksista. Päällysteen painatusominaisuuksien kannalta ongelmia ilmenee erityisesti sen kuivatusvaiheen aikana. Erityisesti pastan jähmepisteen alueella kuivatuksen suoritukselle asetetaan erityisiä vaatimuksia.

Päällysteen tai pastan jähmepistealueella ja vielä tarkemmin jähmettymispisteellä 15 tarkoitetaan tässä siis sitä aluetta tai vaihetta, jossa päällysteen koostumus muuttuu virtausominaisuuksiensa osalta juoksevasta jähmettyneeksi. Päällysteen jähmettymisen alettua se ei siis ole enää olennaisesti valuvaa. Päällystysaineen komponenteista ja niiden osuuksista riippuen päällysteen jähmepisteen alue asettuu kuiva-ainepitoisuuden osalta tyypillisesti välille 70-85%, vielä tyypillisemmin alueelle 73-80%.

20

Mm. liian suuri kuivatusteho päällysteen jähmettymispisteen alueella aiheuttaa niin sanottua mottlingia painojäljessä. Painetussa pinnassa ilmenee toisin sanoen laikulli-suutta, epätasaisuutta, epätasaista värjäytymistä tai ei tarkoituksen mukaista värjäytymistä. Tämä ongelma korostuu erityisesti päällystetyn kartongin tapauksessa, 25 jossa päällystys suoritetaan yleensä teräasemilla. Ylimääräinen päällyste kaavitaan pois rainan pinnalta terällä ja päällysteen määrässä saattaa esiintyä useiden grammoja vaihtelua per neliö. Esi pää I lystettä käytettäessä taas tätä ei välttämättä saada peittämään kunnolla itse pohjakartonkia, jolloin pintapäällysteessä saattaa esiintyä painoaineiden imeytymiseroja.

30 Päällysteen kuivatusta on toisaalta pyritty hallitsemaan niin sanotulla laatuleijulla. Kyseessä on siis leijukuivain, jossa tilavuudeltaan rajattuun ja olennaiseen suljettuun tilaan on järjestetty määrätyllä tavalla hallittu ja ominaisuuksiltaan kontrolloitu kaasun, erityisesti ilman, virtaus, ja jonka tilan läpi raina ohjataan. Laatuleijussa pääl-35 lysteen kuivatukseen käytettävän leijukuivaimen puhallusnopeutta ja/tai lämpötilaa 2 on lisäksi rajoitettu ja siten estetään haihdutustehon liiallinen nousu. Päällystyspro-sessien yhteydessä päällysteiden haihdutustehot ovat kartonkien osalta yleensä alle 40 kg/m2/h ja painopapereiden osalta yleensä alle 50 kg/m2/h päällysteen jähmet-tymisalueella.

5

Liian suuri haihdutusteho eli ts. neliöhaihdutus (kg/m2/h) johtaa mm. vesiliukoisten sideaineiden epätasaiseen imeytymiseen ja siten myös epätasaiseen jakautumiseen päällystekerroksessa. Tämä johtaa edelleen painovärien epätasaiseen imeytymiseen painetussa tuotteessa. Tämä on havaittavissa paljain silmin itse painotuotteessa 10 mm. painovärin laikullisena jakautumisena.

Päällystetyn kuiturainan kuivatuksen kannalta on tärkeää mm. se, kuinka hyvin eri päällystemäärät osuvat edellä mainitun jähmepisteen alueella tähän laatuleijuun. Lisäksi kustannusten kannalta on negatiivista, että laatuleijun lisäksi päällysteen 15 kuivatukseen tarvitaan yleensä yksi tai kaksi muuta kuivatuslaitetta, joissain tapauksissa jopa kolmekin laitetta. Useamman eri kuvauslaitteen käyttö pidentää sekä päällystysyksikön kokoa että nostaa myös sen hintaa.

Esillä olevan keksinnön tehtävänä on välttää edellä mainittuja ongelmia, erityisesti 20 parantaa päällystetyn kuiturainan painatusominaisuuksia sekä samalla alentaa päällystykseen liittyviä yleisiä kustannuksia. Keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu seuraavista vaiheista: A) päällysteen applikointi kuiturainalle suoritetaan ainakin osittain verhopääl- 25 lystysmenetelmällä, B) applikoinnin jälkeen päällysteen jähmettymispisteen alueella päällysteen kuivatus suoritetaan haihdutusteholla vähintään 60 kg/m2/tunti.

30 Kuiturainan päällystys yhdellä tai useammalla päällystysainekerroksella suoritetaan ainakin siis ainakin osittain verhopäällystysmenetelmällä. Voidaan käyttää joko tasolta syöttävää (slick-fed) tai raosta syöttävää (slot-fed) verhopäällystyslaitetta. Edullisesti applikointi suoritetaan joko kokonaan verhopäällystysmenetelmällä tai ainakin päällysteen päällimmäinen tai päällimmäiset kerrokset applikoidaan verhopäällys-35 tysmenetelmällä, erityisesti monikerrosverhopäällystysmenetelmällä. Voidaan toki 3 ajatella, että lisäksi suoritetaan esimerkiksi heti päällystyksen jälkeen päällysteen laatuun vaikuttavia toimenpiteitä joko ennen varsinaista kuivatustapahtumaan tai sen aikana, esimerkiksi kuivatusyksiköiden välissä.

5 Keksinnön mukaisella menetelmällä on saavutettavissa selkeitä etuja tunnettuun tekniikkaan nähden. On nimittäin havaittu, että verhopäällystysmenetelmää soveltamalla saadaan ensinäkin päällysteen kuivatus suoritettua entistä helpommin hallittavalla tavalla ilman edellä mainittuja ongelmia. Ja ennen kaikkea, mottling-ilmiön tapaiset ongelmat on havaittu aiempaa selkeästi pienemmiksi tai niitä ei ole käytän-10 nössä laisinkaan, kun keksinnönmukaisesti käytetään verhopäällystyksen ja siihen sovitetun kuivatusjärjestelyn yhdistelmää.

Samalla kuivatustehoa voidaan selkeästi nostaa ja siten suorittaa päällysteen kuiva-tustapahtuma entistä pienemmässä tilassa ja yksinkertaisemmalla kuivatuslaitteiden 15 yhdistelmällä. Kuivatuslaitteiden pienemmän määrän johdosta sekä myös pienemmän tilantarpeen ansiosta saavutetaan selkeitä kustannusetuja. Ja ennen kaikkea, sekä päällystyksen yleisen laadun että kuivatuksessa vältettyjen ongelmien johdosta päällystetyn rainan painatusominaisuudet paranevat olennaisesti. Suoritettujen koeajojen myötä on havaittu, että verhopäällystystä käytettäessä haihdutustehon suu-20 ruudella ei ole päällysteen jähmettymisalueella merkitystä painojäljen motlingiin. Toisin sanoen haihdutustehoa voidaan nostaa ilman, että painatusominaisuudet kärsivät.

Keksinnön vaikutusten havainnollistamiseksi on taulukossa 1 esitetty vielä vertailuna 25 sekä nykytekniikalla että keksinnön mukaisella prosessilla saavutettavat prosessiar-vot. Esimerkissä WFC-päällystetty hienopaperi on päällystetty off-line-päällystyslaitteistossa.

Taulukko 1. Esimerkkilaskelma 4-asema off-coutterista WFC:llä

Nykytekniikka Keksinnön mukainen prosessi

Ajonopeus 1800 m/min 1800 m/min

Pohjapaino 78 g/m2 78 g/m2

Tulokosteus koneelle 3,5% 3,5% Päällystemäärä ja kui- 12 g/m2 65 % 12 g/m2 65 % va-ainepitoisuus___ 4

Infra Kaasuinfra 6 riviä 100% Kaasuinfra 6 riviä 100%

Leijut Tehollinen pituus 2,64 m~ Tehollinen pituus 2,64 m

Mitoitus 350 °C / 60 m/s Mitoitus 350 °C / 60 m/s Laatuleiju 250 °C / 40 m/s EI laatuleijua

Sylinterit Vetotelaryhmä Vetotelaryhmä

Loppukosteus 4,5 % 4,5 %

Neliöhaihdutus jähme- 30-50 kg/m2/h 60-85 kg /m2/h pisteessä

Nykyisin käytössä olevien päällystysmenetelmien rajoitusten vuoksi ensimmäinen päällystystä seuraavan kuivatuslaitteen teho ei saa olla niin suuri, että päällysteen jähmepiste osuisi jo siihen. Päällysteen kuivatustapahtuman jähmepiste on sen si-5 jaan järjestetty tapahtumaan nimenomaan leijukuivaimen kohdalla, jossa kuivatus-olosuhteet on rajoitettu tietylle alueelle. Erityisesti kuivatustehoa on rajoitettu edellä mainittujen ongelmien välttämiseksi. Leijukuivaimen maksimaaliset ajoarvot ovat luokkaa kuivatuskaasun lämpötila 250°C ja puhallusnopeus 40 m/s. Neliöhaihdutuk-sen teho on näin rajoitettu luokkaan alle 50 kg/m2/h 10

Keksinnön mukaisessa menetelmässä edellä mainittua kuivatuslaitteen tehon rajoitusta ei ole eikä tällaista laatuleijua tarvita. Kuten taulukosta 1 ilmenee, ensimmäinen kuivauslaite heti päällystyksen jälkeen on keksinnön mukaisesti mitoitettu vapaasti. Keksinnön mukaisen menetelmän avulla suoritetussa prosessissa laatuleiju 15 on jätetty kokonaan pois ja korvattu tässä esimerkissä suurteholeijulla.

On siis havaittu, että kuivatustehoa voidaan olennaisesti nostaa heti kuivatusvai-heen alusta lähtien ilman, että tällä olisi haitallisia vaikutuksia painatusominaisuuk-siin. Neliöhaihdutusteho on päällysteen jähmepistealueella on tässä nostettu välille 20 60-85 kg/m2/h. Mahdollista on käyttää vieläkin suurempia kuivatustehoja aina luok kaan yli 100 kg/m2/h.

Koska päällystysaseman jälkeisessä kuivatusvaiheessa pystytään vähentämään pois yksi kokonainen kuivatuslaite, saavutetaan merkittäviä säästöjä. Säästöjä saavute-25 taan poisjäävän kuvauslaitteen, kuvauslaitetta varten tarvittavien telojen ja oheislaitteiden sekä muutoin tarvittavien päällystyslaitteiston runko-osien poisjäännin vuoksi. Lisäksi pienentyneen tilantarpeen johdosta on saavutettavissa lisäsäästöjä.

5

Keksinnön mukainen menetelmä ei sinänsä rajoitu juuri leiju kuiva imen käyttöön päällysteen jähmepisteen alueella vaan myös muita kuivatusmenetelmiä soveltavia laitteita voidaan käyttää kuten infra puna kuiva in, muu säteilykuivain, suurtehoilma-puhallin tai muu kuuman kaasun, esimerkiksi tulistetun höyryn puhallin, rainan ja 5 lämmitetyn lämmönsiirtopinnan väliseen kontaktiin perustuva kuivauslaite tai kahden tai useamman edellä mainitun yhdistelmä tai näiden yhdistelmäkuivain.

Leiju kuiva intä käytettäessä voidaan myös jähmepistealueella käyttää käyttöpä ra metreinä hyvinkin laajaa aluetta.

10

Kuivatuskaasun lämpötilaa voidaan säätää alueella esim. +150 - +600 °C ja/tai kui-vatuskaasun virtausnopeutta alueella esim. 20 - 90 m/s. Nyt voidaan siis edullisesti käyttää arvoja yli +250°C ja yli 40 m/s.

15 Kuivatuskaasuna voidaan siis käyttää pelkkää ilmaa tai muuta soveltuvaa kaasuseos-ta, kuten esimerkiksi tulistettua höyryn ja ilman seosta. Samoin pelkkää ilmaa käytettäessä voidaan laitteeseen syötettävän ilman kosteuspitoisuutta säätää halutulla tavalla. Voidaan käyttää jopa täysin kuivaa ilmaa. Samoin voidaan järjestää välineet rainan ja erityisesti sen pinnan kosteuden säätämiseksi kuivauksen aikana. Rainan 20 kosteuden säätö esim. soveltuvan vesiapplikoinnin avulla voidaan järjestää esimerkiksi kuivatusyksiköin väliin kuivatustapahtuman hallinnan parantamiseksi edelleen.

Claims

1. Menetelmä päällystetyn kuiturainan kuivatuksen tehostamiseksi ja painatusomi-naisuuksien parantamiseksi, tunnettu seuraavista vaiheista: 5 A) päällysteen applikointi kuiturainalle suoritetaan ainakin osittain verhopääl-lystysmenetelmällä, B) applikoinnin jälkeen päällysteen jähmettymispisteen alueella päällysteen 10 kuivatus suoritetaan haihdutusteholla vähintään 60 kg/m2/tunti.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päällysteen applikointi suoritetaan kokonaisuudessaan verhopäällystysmenetelmällä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päällys teen kuivatus suoritetaan päällysteen jähmettymispisteen alueella haihdutusteholla vähintään 60 kg/m2/tunti, edullisimmin 60-100 kg/m2/tunti.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kui-20 vaus suoritetaan infrapunakuivauksena, muulla säteilykuivatusmenetelmällä, suurte-hoilmapuhalluksena, muuna lämmitetyn kaasun puhalluksena, rainan ja lämmitetyn lämmönsiirtopinnan väliseen kontaktiin perustuvalla kuvauslaitteella tai kahden tai useamman edellä mainitun yhdistelmänä ja/tai yhdistelmäkuivaimella.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pääl lysteen jähmettymispisteen alueella päällysteen kuivauksessa käytetään leijukuivain-ta, jossa kuivatuskaasun lämpötila säädetään alueelle +150—i-600oC ja/tai kuivatus-kaasun virtausnopeus alueelle 20-90 m/s.

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuivatus- kaasuna käytetään ilmaa, höyryä, tulistettua höyryä tai muuta edullisesti olennaisen inerttiä kaasua tai jonkin näiden yhdistelmää.

7. Järjestely päällystetyn kuiturainan kuivatuksen tehostamiseksi ja painatusominai-35 suuksien parantamiseksi, tunnettu seuraavien piirteiden yhdistelmästä: A) järjestelyyn kuuluu ainakin yksi verhopäällystyslaite päällysteen ainakin osittaiseksi applikoimiseksi kuiturainalle verhopäällystysmenetelmällä, B) mainittua verhopäällystyslaitetta rainan kulkusuunnassa seuraamaan on 5 järjestetty kuivatusvälineet rainan kuivaamiseksi applikoinnin jälkeen, C) päällysteen kuivatus on järjestetty tapahtumaan mainituilla kuivatusvälineil-lä applikoinnin jälkeen päällysteen jähmettymispisteen alueella haihdutustehol-la vähintään 60 kg/m2/tunti. 10

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että mainittuihin välineisiin kuiturainan kuivaamiseksi päällysteen jähmepisteen alueella kuuluu infra-punakuivauslaite, muu säteilykuivatuslaite, suurtehoilmakuivain, muu lämmitetyn kaasun puhallukseen perustuva kuivauslaite, rainan ja lämmitetyn lämmönsiirtopin-15 nan väliseen kontaktiin perustuva kuivauslaite tai kahden tai useamman edellä mainitun yhdistelmä ja/tai yhdistelmäkuivain.