FI124614B - Menetelmä liikkuvan materiaalirainan kuivaamiseksi paperi- tai kartonkikoneella - Google Patents

Description

Menetelmä liikkuvan materiaalirainan kuivaamiseksi paperi- tai kartonkiko-neella

Keksinnön kohteena on menetelmä liikkuvan materiaalirainan kuivaamiseksi pape-5 ri- tai kartonkikoneella, jossa rainaa kuivataan sen kulkusuuntaan nähden poikittaisella kuumennettavalla kuivaussylinterillä, jonka ohi raina johdetaan.

Tavanomaisessa paperin tai kartongin valmistusprosessissa massasulppua syötetään jatkuvatoimisesti päättymättömälle viiralle kuitumateriaalirainan muodostamiseksi. Syntyvä jatkuva raina siirtyy viiralta paperi- tai kartonkikoneen puristus-10 osaan ja sieltä edelleen koneen kuivausosaan, jossa rainaa tyypillisesti kuivataan useammilla rainan kulkusuunnassa peräkkäisillä, kuumennettavissa kuivaussylin-tereillä. Kuivausta voi koneella seurata rainan liimaus, liiman kuivaus, rainan ka-lanterointi sen pinnan tiivistämiseksi tai kiillottamiseksi sekä lopuksi valmiin rainan rullaus rullasydämelle ns. konerullaksi.

15 Paperi- tai kartonkikoneella tapahtuvassa rainan kuivauksessa tilanne on useimmiten se, ettei koneen kuivausosaan saapuvan tai kuivausosassa sen peräkkäisten kuivaussylinterien kautta kulkevan rainan kosteus ole tasainen vaan siinä esiintyy vaihtelua rainan poikittaissuunnassa. Niinpä on tyypillistä, että rainan liikkeen synnyttämien ilmavirtausten johdosta raina kuivuu reunoiltaan enemmän kuin niiden 20 väliseltä keskialueelta. Rainan poikittaissuuntainen kosteusprofiili on tällöin muodoltaan kupera, mitä on havainnollistettu jäljempänä lähemmin selostettavassa pa-tenttipiirustusten kuviossa 4. Toinen rainan kosteusprofiilin epätasaisuuksina näkyvä ilmiö ovat rainan pituussuuntaiset kosteusjuovat, eli kapeahkot pituussuun-^ täiset vyöhykkeet, joissa rainan kosteus on selvästi suurempi kuin välittömästi ko.

o 25 vyöhykkeen molemmin puolin sijaitsevilla alueilla. Kosteusjuovat voivat olla peräi- ci) sin koneen viiraosasta, jossa raina on muodostunut, ollen seurausta esim. tukok- o q sista johtuvista lokaalisista häiriöistä veden poistossa viiran poikittaissuunnassa.

^ Kosteusjuovat näkyvät patenttipiirustusten kuvion 5 mukaisina, ylöspäin suuntau- £ tuvina piikkeinä rainan poikittaissuuntaisessa kosteusprofiilissa.

£ 30 Kun nykyisten paperi- ja kartonkikoneiden kuivausosassa rainaan kohdistuu kui- o vaussylintereistä tasainen kuumennus, säilyvät rainan kosteusprofiilissa esiintyvät o ™ epätasaisuudet, vaikka rainan kosteus kaiken kaikkiaan aleneekin kuivauksessa merkittävästi. Rainan kosteutta on tähän asti pyritty tasaamaan kuivausvaiheen jälkeen joko lisäkuivauksella, kuten esim. kuivatun rainan kosteammiksi jääneille 2 alueille kohdistetulla IR-säteilytyksellä, tai rainan eniten kuivuneita alueita kostuttamalla. Tällaiset tasaustoimenpiteet muodostavat kuitenkin ylimääräisiä, hankalasti hallittavia vaiheita rainan valmistusprosessiin, ja rainan uusi kostuttaminen merkitsee lisäksi energian hukkaa kuivausprosessin kokonaisuuden kannalta.

5 Julkaisussa US 3,624,353 on kuvattu paperirainan kuivaus sähkövastuskuu-mennuksella. Julkaisun mukaan ongelmana on se, että rainan reunat kuivuvat nopeammin kuin sen keskialue, mitä vastaavasti kuivaussylinteriä kuumennetaan voimakkaimmin sen keskeltä. Vastuslangat muodostuvat julkaisussa etupäässä aksiaalisuuntaisista lankajuoksuista, jollainen järjestely sopii tavoitte-10 ena olevaan rainan keskustan ja reunojen kosteuseron eliminoimiseen, muttei kapeiden pitkittäisten kosteusjuovien poistamiseen tai vastaavaan rainan poikittaissuuntaiseen kuivauksen hienosäätöön. Julkaisuissa ei myöskään ole minkäänlaista mainintaa paperi- tai kartonkirainan pituussuuntaisten kosteusjuovien poistamisesta.

15 Julkaisussa Fl 74062 on kuvattu ratkaisu rainan kosteusjuovien poistamiseksi rainan leveyssuunnassa siirreltävillä sauvamaisilla elektrodeilla, jotka ovat asetettavissa tarpeen mukaan kosteusjuovien kohdille. Elektrodit on sijoitettu rainan kulkusuunnassa peräkkäisten kuivaussylinterien välille eikä niillä kuivata rainan kosteusjuovien väleille jääviä kuivempia pitkittäisvyöhykkeitä. Toisin sanoen elektrodit 20 eivät suorita koko rainan kuivausta vaan ainoastaan tasaavat sen kosteuseroja, varsinaisen kuivauksen tapahtuessa erillisillä kuivaussylintereillä.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on ratkaista mainittu rainan epätasaisesta kosteusprofiilista johtuva ongelma entistä yksinkertaisemmalla ja energian käytön 25 kannalta edullisemmalla tavalla. Keksintönä on menetelmä liikkuvan materiaalirai- ^ nan kuivaamiseksi paperi- tai kartonkikoneella, jossa rainaa kuivataan sen kul- o kusuuntaan nähden poikittaisella kuumennettavalla kuivaussylinterillä, jonka ohi o raina johdetaan, jolloin kuivaussylinterin lämpötilaa säädetään sen pituussuunnan g eri kohtiin järjestetyillä vastuslangoilla, joista kussakin kulkeva sähkövirta on sää li; 30 dettävissä itsenäisesti, rainan poikittaissuunnassa esiintyvien kosteuserojen tasaamiseksi kuivauksen yhteydessä. Keksinnön mukaan rainan kuivaus tapahtuu kuivaussylinterin vaipan ympäri kiertävillä rengasmaisilla, sylinterin pituussuuntaan g nähden kohtisuorilla vastuslangoilla, jotka on järjestetty tasavälein eri kohtiin sylin- ° terin pituussuunnassa, jolloin kuivauksen yhteydessä poistetaan rainan pituus- 35 suuntaisia kosteusjuovia, jotka ovat syntyneet rainaa viiralla muodostettaessa, kasvattamalla kulloinkin kosteusjuovan kohdalla vastuslangassa tai -langoissa kulkevaa sähkövirtaa viereisiin vastuslankoihin verrattuna.

3

Keksintö antaa täten mahdollisuuden räätälöidä kuivaussylinteristä rainaan kohdistuva kuumennusvaikutus rainan kulloisenkin kosteusprofiilin mukaisesti, eli kohdistaa voimakkaampi kuumennus rainan kosteusjuoviin, jotka erottuvat kosteusprofii-lissa muita alueita kosteampina, ja vastaavasti lievempi kuumennus kosteusjuovi-5 en välisille kuivemmille vyöhykkeille. Tuloksena on kuivausprosessin yhteydessä tapahtuva rainan kosteusprofiilin suoristuminen, ideaalitapauksessa profiilin muuttaminen lineaariseksi niin, ettei valmiiksi kuivatun rainan poikittaissuunnassa esiinny minkäänlaisia kosteuseroja.

Keksinnön erään sovellutuksen mukaan kuivaussylinterin lämmitysteho voidaan 10 sylinterin keskialueella säätää suuremmaksi kuin sen vastakkaisissa päissä, jolloin sylinteri tasaa keskeltä kosteamman ja reunoiltaan kuivemman rainan kosteuseroja. Tällä poistetaan yleinen ilmavirtauksista johtuva, rainan kosteusprofiilin kuperuutena ilmenevä ongelma.

Sylinteriin keksinnön mukaisesti tasavälein järjestetyissä vastuslangoissa kulkevaa 15 sähkövirtaa säätelemällä on mahdollista suorittaa sekä rainan yleinen kuivaus, johon kuuluu rainan keskustan ja reunojen välisen kaarevan kosteusprofiilin tasaaminen, että samanaikaisesti kosteusjuovien poisto siten, että lopputuloksena on tasainen kosteusprofiili rainan poikkisuunnassa.

20 Vaihtoehtoisena ratkaisuna on yhdistää sähköiseen vastuskuumennukseen höyry-kuumennus, jolloin kuivaussylinterin sisus jaetaan sylinterin pituussuunnassa peräkkäisiin vyöhykkeisiin siten, että kuumennushöyryä voidaan syöttää eri vyöhykkeisiin toisistaan riippumattomasti. Rainan keskiosaa kuivaavaan sylinterin keskimmäiseen vyöhykkeeseen voidaan syöttää kuuminta höyryä ja symmetrisesti 25 sen molemmilla puolilla oleviin vyöhykkeisiin portaittain alemman lämpötilan £ omaavaa höyryä niin, että alimman lämpötilan omaava kuumennushöyry vaikuttaa ^ rainan vastakkaisilla reunoilla. Sylinterin eri vyöhykkeisiin johdetulla, eri lämpötiloi- Γ""" 9 hin kuumennetulla höyryllä huolehditaan täten yleisestä rainan kuperan kosteus- o profiilin tasaamisesta, samalla kun sylinterin vaippaan sijoitetuilla vastuslangoilla | 30 keksinnön mukaisesti eliminoidaan kuperasta kosteusprofiilista piikkeinä erottuvat ^ pitkittäiset kosteusjuovat.

§ Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin esimerkkien avulla viit- ^ taamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 on pitkittäisleikkaus eräästä paperirainan kuivaukseen soveltuvasta 35 kuivaussylinteristä, 4 kuvio 2 esittää erästä keksinnön mukaiseen paperirainan kuivaukseen soveltuvaa kuivaussylinteriä osaksi leikattuna, kuvio 3 esittää keksinnön mukaista paperirainan kuivausta paperikoneen kui-vausosan kuivaussylintereillä, 5 kuvio 4 esittää kuivattavan paperirainan kosteusprofiilia rainan poikittaissuun-nassa, rainan ollessa keskialueeltaan kosteampi kuin reunoiltaan, kuvio 5 on kuviota 4 vastaava kosteusprofiili rainasta, jossa on lisäksi rainan pitkittäissuuntaisia kosteusjuovia, ja kuvio 6 esittää rainan ideaalista kosteusprofiilia kuivausvaiheen jälkeen.

10 Kuviossa 1 on esitetty paperikoneen kuivausosaan kuuluva kuivaussylinteri 1, joka on tarkoitettu koneen viiraosassa muodostetun ja koneen puristusosan kautta kulkeneen paperirainan kuivaamiseen. Kuivaussylinteri 1 käsittää pitkänomaisen, sy-linterimäisen vaipan 2, sylinterin sisuksen 3 sen pituussuunnassa peräkkäisiin osastoihin eli vyöhykkeisiin 4, 4’, 4” jakavat väliseinämät 5 sekä sylinterin päät sul-15 kevät päätyseinämät 6. Esitetyssä mahdollisimman yksinkertaisessa sovellutus-muodossa sylinteri on jaettu kolmeen peräkkäiseen vyöhykkeeseen, nimittäin kes-kivyöhykkeeseen 4 ja symmetrisesti sen molemmin puolin sijaitseviin reunavyöhykkeisiin 4’, 4”, mutta käytännössä väliseinämien 5 ja niiden toisistaan erottamien vyöhykkeiden 4 lukumäärä voi olla huomattavastikin suurempi.

20 Kuivaussylinterin 1 kuumennus sylinterin sivuuttavaan paperirainaan kohdistuvan kuivausvaikutuksen aikaansaamiseksi tapahtuu sylinterin sisuksen 3 kautta johdetulla kuumennushöyryllä. Esitetyssä sovellutuksessa sylinterin 1 läpäisee kaksi ^ erillistä höyry virtausta 7, 8 siten, että toisella, korkeammassa lämpötilassa olevalla ° höyryvirtauksella 7 kuumennetaan sylinterin keskivyöhykettä 4, ja toisella, alem- o 25 man lämpötilan omaavalla höyryvirtauksella 8 kuumennetaan keskivyöhykkeen i g molemmin puolin sijaitsevia reunavyöhykkeitä 4’, 4”. Kuumempi höyryvirtaus 7 on x täten johdettu sylinterin päädystä aksiaalisesti ensimmäisen reunavyöhykkeen 4’ läpäisevän kanavan 9 kautta sylinterin keskivyöhykkeeseen 4 lämmittämään tä-män vyöhykkeen osuudella sylinterin vaippaa 2, ja edelleen aksiaalisesti sylinterin § 30 toisen reunavyöhykkeen 4” läpäisevän kanavan 10 kautta ulos sylinterin vastakkai- ^ sesta päädystä. Alemman lämpötilan omaava höyryvirtaus 8 puolestaan on johdet tu sylinterin päädystä sen ensimmäiseen reunavyöhykkeeseen 4’ lämmittämään sylinterin vaippaa 2 tämän vyöhykkeen osuudella, ja edelleen sylinterin keskivyöhykkeen 4 läpäisevien kanavien 11 kautta sylinterin toiseen reunavyöhykkee- 5 seen 4” lämmittämään sylinterin vaippaa vastaavasti myös tämän vyöhykkeen osuudella, ja lopuksi ulos sylinterin vastakkaisesta päädystä.

Jos sylinterin sisus 3 on jaettu väliseinämillä 5 useampiin peräkkäisiin vyöhykkeisiin 4, voidaan sylinterin läpi johtaa vastaavasti useampia, porrastetusti eri lämpö-5 tiloissa olevia kuumennushöyryvirtauksia. Yleisenä periaatteena on sylinterin vaipan 2 kuumentaminen voimakkaimmin sen keskiosassa ja asteittain lievemmin kohti sylinterin vastakkaisia päitä 6. Erilliset höyryvirtaukset on myös mahdollista saattaa virtaamaan sylinterin läpi keskenään vastakkaisiin suuntiin.

Kuvion 1 mukainen paperirainan kuivaus ei sellaisenaan ole keksinnön mukainen, 10 mutta se soveltuu kombinoitavaksi keksinnön mukaiseen sähkövastuskuivauk-seen, jollainen esitetään kuviossa 2.

Kuviossa 2 nähtävässä keksinnön sovellutusmuodossa kuivaussylinterin 1 vaipan 2 kuumennus on järjestetty tapahtumaan itsenäisesti säädettävillä, vaipan ympäri kiertävillä vastuslangoilla 12, jotka on jaettu tasaisin välein vaipan koko pituudelle. 15 Langoissa 12 kulkevaa sähkövirtaa säätämällä vaippa 2 on siten mahdollista saattaa eri kohdissa eri lämpötiloihin sylinterin 1 ohi ohjattavan paperirainan eri kohtien kuivaustarvetta vastaavasti. Keksinnön mukaan esitetyllä ratkaisulla eliminoidaan rainassa esiintyvä pituussuuntaisia kosteusjuovia, so. ympäristöään kosteampia kohtia. Kosteusjuovan kohdalla sijaitsevassa vastuslangassa tai langoissa kulke-20 vaa sähkövirtaa kasvatetaan viereisiin lankoihin verrattuna, samalla kun muulla lankojen säätelyllä voidaan huolehtia rainan yleisestä kuivaustarpeesta, esim. siten, että rainan keskialueelle kohdistuu yleisesti ottaen voimakkaampi kuumennus kuin sen reunoille.

^ Kuten mainittiin, on keksinnön puitteissa mahdollista yhdistää kuvioissa 1 ja 2 esi- o 25 tetyt sylinterin vaipan 2 kuumennustavat yhdessä ja samassa kuivaussylinterissä ivt. 1. Sylinterin läpäiseviä höyryvirtauksia voidaan tällöin käyttää vaipan keskivyöhyk- o keen kuumentamiseen reunavyöhykkeitä kuumemmaksi, samalla kun vaipassa ° olevilla vastuslangoilla voidaan hoitaa kuumennuksen hienosäätö vaipan saami- £ seksi halutuilla kohdilla ympäristöään kuumemmaksi.

^ 30 Kuvio 3 esittää kostean paperirainan 13 kuivausta kuivaussylintereillä 1 paperiko- o neen kuivausosassa. Kuviossa nähdään kaksi rainan 13 kulkusuunnassa peräk- o ^ käistä sylinteriä 1, joiden kautta raina on järjestetty kulkemaan, mutta käytännössä sylinterien lukumäärä koneessa on yleensä huomattavasti suurempi. Kuivaussylin-terien 1 rakenne ja toimintatapa ovat periaatteessa kuvioissa 1 ja 2 esitetyn mu- 6 kaiset, mutta sylinterit on katkoviivoilla 5 osoitetuilla väliseinämillä jaettu seitsemään peräkkäiseen vyöhykkeeseen 4, joiden kautta kuumennushöyryvirtaukset on johdettu sylinterin läpi. Erillisiä höyryvirtauksia on edullisesti neljä järjestettyinä siten, että kuumin virtaus kuumentaa sylinterin keskivyöhykettä ja portaittain vii-5 leämmät virtaukset keskivyöhykettä pareittain symmetrisesti ympäröiviä vyöhykkeitä. Järjestelyllä aikaansaadaan se, että sylinterin vaippa on kuumimmillaan sylinterin keskellä ja viilenee asteittain kohti sylinterin vastakkaisia päitä.

Sylinterin peräkkäisiä, väliseinien 5 toisistaan erottavia vyöhykkeitä 4 vastaavat kuivattavan paperirainan 13 pitkittäisvyöhykkeet 14 on kuviossa 3 merkitty niiden 10 välisin katkoviivoin 15. Erillisillä höyryvirtauksilla aikaansaatu kuivausvaikutus kohdistuu voimakkaimmin rainan 13 keskimmäiseen pitkittäisvyöhykkeeseen ja lievenee kohti rainan reunoja. Sylinterin vaipassa tapahtuva lämmön johtuminen tasaa kuitenkin kuivausvaikutusta siten, ettei rainan kuivaus tapahdu vyöhykkeiden mukaisesti porrastettuna, vaan kuivausvaikutus heikkenee enemmän tai vähemmän 15 liukuen rainan keskustasta kohti sen reunoja.

Kuvio 4 esittää tyypillistä kuivattavan rainan poikittaista kosteusprofiilia 16 eli kosteutta rainan leveyssuunnassa kuivauksen alussa. Nähdään, että raina on keskeltä kosteampi kuin vastakkaisilta reunoiltaan. Kuvion 5 mukaisessa kosteusprofiilis-sa nähdään lisäksi rainan pituussuuntaisia kosteusjuovia, jotka erottuvat profiilissa 20 ylöspäin suuntautuvina piikkeinä 17. Keksinnön mukaisella rainan kuivauksella rainan kosteuden yleisen alenemisen ohella saavutetaan kosteusprofiilin 16 tasoittuminen, eli profiilin yleinen suoristuminen ja siinä piikkeinä 17 näkyvien kosteus-juovien katoaminen. Ideaalitapauksessa kosteusprofiili 16’ on kuivauksen jälkeen kuvion 6 mukaisesti vaakasuora, eli valmiin kuivatun rainan kosteuspitoisuus on 25 vakio.

° Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön sovellutukset eivät rajoitu edellä £ esimerkkeinä esitettyyn vaan voivat vaihdella seuraavien patenttivaatimusten puit- g teissä.

X

X

Q.

o m o o c\j

Claims (3)

7

1. Menetelmä liikkuvan materiaalirainan (13) kuivaamiseksi paperi- tai karton-kikoneella, jossa rainaa kuivataan sen kulkusuuntaan nähden poikittaisella kuumennettavalla kuivaussylinterillä (1), jonka ohi raina johdetaan, jolloin kuivaussy-5 linterin (1) lämpötilaa säädetään sen pituussuunnan eri kohtiin järjestetyillä vastus-langoilla (12), joista kussakin kulkeva sähkövirta on säädettävissä itsenäisesti, rai-nan (13) poikittaissuunnassa esiintyvien kosteuserojen tasaamiseksi kuivauksen yhteydessä, tunnettu siitä, että rainan (13) kuivaus tapahtuu kuivaussylinterin (1) vaipan (2) ympäri kiertävillä rengasmaisilla, sylinterin pituussuuntaan nähden koh-10 tisuorilla vastuslangoilla (12), jotka on järjestetty tasavälein eri kohtiin sylinterin pituussuunnassa, ja että kuivauksen yhteydessä poistetaan rainan pituussuuntaisia kosteusjuovia (17), jotka ovat syntyneet rainaa viiralla muodostettaessa, kasvattamalla kulloinkin kosteusjuovan kohdalla vastuslangassa tai -langoissa kulkevaa sähkövirtaa viereisiin vastuslankoihin verrattuna.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuivaussy linterin (1) lämmitysteho järjestetään sylinterin keskialueella (4) suuremmaksi kuin sen vastakkaisissa päissä (4’, 4”), jolloin sylinteri kosteusjuovan poiston ohella tasaa keskeltä kosteamman ja reunoiltaan kuivemman rainan (13) kosteuseroja.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuivaussy-20 linterin (1) sisus (3) on jaettu sylinterin pituussuunnassa peräkkäisiin vyöhykkeisiin (4, 4\ 4”) ja että kuumennushöyryä (7, 8) syötetään keskivyöhykkeeseen sen kuumentamiseksi reunavyöhykkeitä kuumemmaksi. δ CM CM LO O X cc 1^ 1^ o LO o o CM 8