FI72768B - Nerkylning av pappersbana i superkalander. - Google Patents

Description

PAPERIRAINAN JÄÄHDYTYS SUPERKALANTERILLA 72 7 6 8 - NERKYLNING AV PAPPERSBANA I SUPERKALANDER

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen menetelmään paperirainan kalanteroimiseksi, sekä laitelmaan menetelmän soveltamiseksi.

Paperikoneella valmistetun kartonki- tai paperirainan pinta on aina kuivatuksen jälkeen jossain määrin epätasainen ja karhea. Laadultaan korkeatasoiselta paperilta vaaditaan kuitenkin mm. paperin pinnan hyvä kiilto ja sileys sekä tasainen paksuus. Nämä ominaisuudet saadaan aikaan kuivatus-prosessin jälkeen tapahtuvalla käsittelyllä, nk. kalante-roinnilla. Kalantereita on tunnetusti kahta päälajia: konekalanterit, jotka koostuvat joukosta kovia laakeroituja teloja, joiden muodostamien kovien nippien kautta käsiteltävä raina johdetaan, sekä superkalanterit, joissa osa teloista on pehmeitä, esim. kuitumateriaalilla tai kumilla päällystettyjä teloja. Kalanterit tuottavat paperin sileyden käytännöllisesti katsoen yksinomaan tiivistämällä paperia kohtisuoraan paperin tasoon. Kiilto syntyy rainan ja telojen pinnan välillä esiintyvän nopeuseron johdosta, mikä luiston ja hankauksen myötä aikaansaa toivottua kiilloittumista. Kiillon ja sileyden aikaansaamisen lisäksi kalanteroinnin tärkeitä tehtäviä on mm. antaa rainalle määrätty paksuus (kaliperi), tasata mahdolliset paksuuserot, tehdä paperista hyvä painoalusta, jne.

Kalanterikäsittely on tarpeen etenkin kirjoitus- ja painopaperille. Tavallisille kirjoituspapereille ja sellaisille papereille, joille pääasiallisesti painetaan tekstiä, riittää yleensä konekalanterointi. Jos painotyö sen sijaan käsittää usealla eri värillä painattamista vaaditaan paperin pinnalta parempi sileys ja kiilto, jolloin superkalanterilla tapahtuva käsittely on tarpeen.

Konekalanterit ovat usein järjestetty suoraan paperikoneen yhteyteen nk. on-machine-järjestelyllä. Superkalanterin kui-tutelat vaurioituvat helposti etenkin suurissa ajonopeuk- 2 72768 sissa, minkä vuoksi superkalantereita on tavallisesti 2 kpl paperikoneen perässä nk. off-maohine laitteina. On myös kehitetty on-machine-superkalantereita, jotka tosin eivät vielä ole voittaneet alaa johtuen mm. niiden heikosta kyvystä tuottaa nk. superkiiltoa.

Kalanteroinnin vaikutus rainaan riippuu useasta tekijästä, joista tärkeimpiä ovat: viivapaine nippikohdassa telojen lämpötila rainan lämpötila nippien lukumäärä rainan kosteus koneen nopeus

Paperirainan lämpötila kasvaa kalanterointiprosessin myötä lämmitettyjen telojen tai nipeissä esiintyvän kitkan johdosta, mikä on omiaan tekemään paperista helposti kalanteroitu-vaa, ts. tietyllä Iinjapaineella saadaan korkeammassa lämpötilassa suurempi kiilto sekä alhaisempi karheus ja öljyn absorbtio. Tavanomaisessa superkalanterissa paperi lämpenee kunnes lämpeneminen tasaantuu suunnilleen telapinon puolivälin kohdalla, jolloin paperin lämpötila on noin 70 -80°C telojen lämpötilan ollessa n. 70°C. Lämpötilan kasvun haittapuolena on siitä johtuva paperin tiheyden kasvu ja valonsirontakertoimen pienentyminen merkittävässä määrin. Tiheyden kasvu vähentää paperin plastillisuutta, ja valonsirontakertoimen pienentymisestä, ts. paperin läpikuultavuu-desta on haittaa varsinkin molemminpuolisessa painattamisessa.

Kun kylmä paperiraina johdatetaan kalanterissa kuuman nipin kautta, seurauksena on paperirainan lämpeneminen nipissä molemmilta ulkopinnoiltaan. Kontaktiaika nipissä on kuitenkin niin lyhyt, että paperin keskikerros ei ehdi lämmetä. Tuloksena on nk. lämpögradienttikalanteroituminen, ts. tällaisessa nipissä paperin pintakerrokset kalanteroituvat 1= 3 72768 nipin puristuksessa voimakkaammin kuin kylmempi keskikerros. Tämä ilmenee valmiissa paperissa siten, että tietyllä siley-den tai kiillon tasolla paperin tiheys säilyy alhaisempana kuin tasaisen lämpötilajakauman tapauksessa. Tällainen lämpögradienttikalanterointimenetelmä on esitetty mm. julkaisussa Tappi Journal, October 1982, s. 97 - 101.

Tunnetun lämpögradienttikalanterointimenetelmän haittapuolena on rainan lämpeneminen paksuussuunnassa liian korkeaan asteeseen käytettäessä peräkkäin useampaa lämmitettyä telaa. Tästä syystä telojen lämpötilan' on oltava hyvin korkea tarpeellisen suuren lämpötilaeron saavuttamiseksi rainan ja telojen välillä. Tämä kuitenkin johtaa menetelmän mukaisen kalanteroinnin etujen osittaiseen menettämiseen, koska korkeassa lämpötilassa paperirainan pinta- ja keskikerroksen välisen kalanterointiasteen ero on vaikeasti hallittavissa.

Vaadittavan korkean lämpötilan johdosta toinen tunnetun menetelmän haittapuoli on menetelmän heikko soveltuvuus superkalanterointiin. Superkalanterin kuitumateriaalilla päällystetyt pehmeät telat ovat nimittäin hyvin arkoja vaurioitumiselle ja ylisuurelle kulutukselle lämpötilan kohotessa, mistä syystä tavanomaisten pehmeiden telojen pintalämpötilan ei tulisi ylittää 90 - 100 °C.

Keksinnön tarkoituksena on tunnetun lämpötilagradientti-kalanterointimenetelmän epäkohtien välttäminen sekä tehostetun gradienttikalanterointimenetelmän aikaansaaminen. Tarkoituksena on tämän lisäksi luoda yksinkertaisen rakenteen omaava laitelma menetelmän soveltamiseksi. Keksintö perustuu oivallukseen, että lämpögradienttikalanterointia pystytään tehostamaan sekä soveltamaan superkalanterointiin muodostamalla paperirainan lämpötilasta itsenäinen kalanteroinnin hallintasuure. Tällöin gradienttikalanteroinnin edellyttämä lämpötilaero rainan ja telan välillä saavutetaan huomattavasti alhaisempien lämpötilojen vallitessa, mikä on omiaan parantamaan kalanteroinnin vaikutusta ja laatua.

ή 72768

Menetelmän mukaisesti on myös mahdollista sijoittaa telapi-noon useampi lämmitetty tela peräkkäin. Täten saavutetaan keksinnön mukaisen kalanterointimenetelmän avulla mm. seuraavat edut verrattuna tavanomaisin menetelmin valmistettuun paperiin: - paperin tiheys jää alhaisemmaksi, sekä vaihtelee paksuussuunnassa siten, että pintakerroksen tiheys on huomattavasti korkeampi kuin keskikerroksen tiheys, - saavutetaan suurempi pintasileys, - aikaansaadaan parempi kiilto, ts. myös mikrotason sileys on parempi, tuloksena on pienempi valonsironta, - saavutetaan paremmat painatusominaisuudet, pienemmän painovärin absorbtion johdosta, ja lisäksi myös paperin lujuusarvot tietyllä tiheystasolla paranevat.

Keksinnön tunnusmerkit käyvät ilmi patenttivaatimuksesta 1. Jäähdyttämällä paperirainaa jollakin sinänsä tunnetulla tavalla ennen rainan joutumista temperoimislaitteella varustettujen telojen muodostamaan nippiin, voidaan vapaasti valita paperin pinnan ja keskikerroksen välinen lämpötilaero eri nipeissä, koska sekä rainan lämpötila että telojen pintalämpötilat ovat erikseen hallittavissa. Paperirainan jäähdyttäminen tapahtuu joko superkalanteriin kuuluvien, jäähdytettyjen ulosotto-, kääntö- tai johtotelojen avulla, tai käyttämällä erillisiä jäähdytysteloja tai- sylintereitä. Jäähdyttäminen voidaan myös toteuttaa kohdistamalla rainaan kylmä kaasu- tai nestesuihku. Mikäli jäähdyttäminen aikaansaadaan nestesuihkun avulla lisäetuna on mahdollisuus käyttää samaa laitetta paperirainan eri paksuuskerrosten kosteuseroihin perustuvaan gradienttikalanterointiin. Tällöin nestesuihku on kohdistettava rainaan siten, että neste ehtii imeytyä ainoastaan paperin pintakerrokseen ennen rainan joutumista nippiin.

5 72768 Jäähdytystelojen tai muiden vastaavien jäähdytyslaitteiden sijainti on järjestettävä siten, että jäähdytyslaitteen ja telanipin välinen etäisyys on riittävän suuri paperirainan paksuussuuntaisen lämpötilajakauman tasaamiseksi ennen nip-piä. Sopivaan etäisyyteen vaikuttavat näin ollen sekä rainan nopeus että jäähdytyksen suuruus.

Keksintöä selostetaan seuraavassa viitaten oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää sivukuvantona tavanomaista superka-lanteria sekä siinä mitattua lämpötilajakaumaa paperirainan pituussuunnassa, kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaisessa kalanterissa esiintyvää lämpötilajakaumaa paperirainan paksuus-suunnassa , kuvio 3 esittää tavoiteltavaa lämpötilajakaumaa eräässä keksinnön mukaisessa kalanterissa, kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen järjestelmän erästä sovellutusmuotoa, kuvio 5 esittää keksinnön mukaisen järjestelmän erästä toista sovellutusmuotoa.

Kuvion 1 esittämässä tavanomaisessa superkalanterissa •paperi- tai kartonkiraina 1 johdetaan superkalanterin tela-pinoon, jonka muodostavat päällekkäin tai peräkkäin asetetut kovat kokillivalu- tai terästelat 2 ja pehmeät kuitu- tai kumitelat 3· Rainan 1 liikettä telojen muodostamien nippien kautta ohjataan ulosotto- tai johtotelojen 4 avulla. Paperi- 4 koneelta tuleva kylmä paperi alkaa superkalanterissa lämmetä, kunnes lämpeneminen tasaantuu suunnilleen telapat-terin puolivälin kohdalla. Tällöin nipeissa paperirainaan siirtyvä lämpömäärä saavuttaa tasapainon nippien välissä tapahtuvan, mm. haihtumisesta johtuvan jäähtymisen kanssa. Paperirainan lämpötila on tasainen rainan paksuussuunnassa.

6 72768

Kuviossa telat eivät ole varustettu lämmityslaitteella. Tällöin rainan paksuussuuntainen lämpötilajakauma vastaa kuvion 2 mukaista tilaa. Käytettäessä lämmitettyjä teloja rainan lämpötila vastaavasti kasvaa.

Kuviossa 3 esitetään keksinnön erään sovellutuksen tavoiteltu lämpötilajakauma paperirainan paksuussuunnassa.

Jäähdyttämällä rainaa siten, että sen lämpötila on nippiin tultaessa korkeintaan 70°C, edullisesti enintään 50°C, voidaan saavuttaa tyydyttävä gradienttikalanterointi jo 100°C lämpötilan omaavilla teloilla. Nipistä pois tultaessa rainan lämpötila tasaantuu noin 70 - 80°C paikkeille. Mikäli raina tämän jälkeen johdetaan toiseen gradienttinippiin, tätä käsittelyä edeltää rainan jäähdyttäminen.

Jäähdyttäminen voidaan toteuttaa kuvion 1 mukaisten ulosot-totelojen 4 avulla, mitkä telat varustetaan jollakin tunnetulla, sisäiseen vedenkiertoon tai vastaavaan menetelmään perustuvalla jäähdytyslaitteella. Telan jäähdyttäminen voidaan myös toteuttaa ulkoisesti kohdistamalla telaan kylmä nestesuihku tai kaasupuhallus.

Jäähdytyskykyä voidaan parantaa käyttämällä erillisiä suuremman halkaisijan omaavia jäähdytysteloja 5 tai sylintereitä, jollaisia on esitetty kuviossa 4. Järjestämällä jäähdytystelan 5 yhteyteen ohjausteloja 6 voidaan rainan kontaktipintaa jäähdytystelaan pidentää jäähdytyksen tehostamiseksi.

Kuviossa 5 on esitetty ilmapuhallukseen tai nestesuihkuun perustuvan jäähdytysjärjestelmän rakennetta. Höyryruiskutus-putket tai kaasupuhalluslaitteet 7 aikaansaavat tässä toivottua jäähtymistä.

Keksintö ei rajoitu esitettyihin sovellutusmuotoihin, vaan useita keksinnön muunnelmia on ajateltavissa oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (7)

7 72768

1. Menetelmä sileyden ja kiillon aikaansaamiseksi kalante-rissa paperi- tai kartonkirainoille johdattamalla raina keskenään yhteistoiminnassa olevien, kovuudeltaan erilaisten ja lämpötilaltaan säädettävien telojen muodostamien kuumien nippien kautta, joissa aikaansaadaan rainan ja telojen väliseen lämpötilaeroon perustuva rainan gradienttikalante-rointi, tunnettu siitä, että gradienttikalanteroinnin tehostamiseksi ja sopivan lämpötilaeron saavuttamiseksi rainan ja lämmitettyjen telojen väliin on rainan lämpötila järjestetty säädettäväksi ennen rainan joutumista kuumaan nippiin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että raina jäähdytetään siten, että sen lämpötila nippiin tultaessa on korkeintaan 70°C, edullisesti enintään 50°C.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rainan ja telojen välinen lämpötilaero nipissä on vähintään 30°C, edullisesti vähintään 40°C.

4. Jonkin yllä esitetyn patenttivaatimuksen mukaisen menetelmän soveltamiseksi tarkoitettu laitelma, tunnettu siitä, että rainan jäähdyttäminen toteutetaan jäähdyttämällä kalanteriin kuuluvia ulosotto- tai johtoteloja, joiden kautta raina kulkee ennen nippiin joutumista, tai johdattamalla raina ennen nippiä erillisten jäähdytystelojen tai -sylintereiden kautta.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laitelma, tunnettu siitä, että ulosotto-, johto- tai erillisten jäähdytystelojen jäähdyttäminen toteutetaan joko sisäisellä vesikiertoön tai vastaavaan rakentuvalla jäähdytyslaitteella, tai ulkoisella kaasupuhallukseen, nestesuihkuun tai vastaavaan perustuvalla jäähdyttämisellä.

6. Patenttivaatimuksen 1 - 3 mukaisen menetelmän soveltami- 3 72768 seksi tarkoitettu laitelma, tunnettu siitä, että rainan jäähdyttäminen toteutetaan kohdistamalla rainaan kylmä kaasu- tai nestesuihku.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laitelma, tunnettu siitä, että sama laitelma on myös käytettävissä rainan eri paksuus-kerrosten väliseen kosteuseroon perustuvaan gradienttikalan-terointiin.