FI98392C - Menetelmä paperiradan lämmittämiseen kalanterissa - Google Patents

Description

98392

Menetelmä paperiradan lämmittämiseen kalanterissa Förfarande för uppvärmning av pappersbanan i kalandem 5

Keksinnön kohteena on menetelmä paperiradan lämmittämiseen kalanterissa, jossa menetelmässä paperirataa lämmitetään säteilylähteen välityksellä ennen sen johtamista kalanterointinippiin.

10 Paperin kalanteroinnilla pyritään parantamaan paperin laatuarvoja tai saavuttamaan vakiolaatutasolla suurempi nopeus tai parempi paperin bulkkisuus. Paperin plastisuutta (muovautumisherkkyyttä) voidaan lisätä nostamalla paperin lämpötilaa ja/tai kosteutta. Paperin plastisuudessa tapahtuu huomattava muutos, kun paperin sisältämien polymeerien lämpötila nousee ns. lasisiirtymälämpötilaan tai sen yli. Tällöin paperi on helpom-15 min muovattavissa kuin lasisiirtymälämpötilan alapuolella. Paperin kosteuspitoisuuden nousu alentaa lasisiirtymälämpötilaa. Yleisimmin paperiraina lämmitetään kalanterin nipissä kuumennettavalla telalla, ns. termotelalla, ja tämän lisäksi mahdollisesti höyrytyksellä ennen nippiä. Höyrytys lisää myös paperin kosteutta ja tätä kautta alentaa lasisiirtymälämpötilaa. Ongelmana on kuitenkin se, että ajettaessa suurilla 20 nopeuksilla paperi ei ehdi lämmetä nipissä tarpeeksi ja että höyry karkaa ympäristöön ennen kalanteria.

Paperia kalanteroitaessa kalanteroinnin vaikutus paperiin on siis voimakkaasti riippuvainen paperin sisältämien kuitujen kosteudesta ja lämpötilasta kalanterointihetkellä: 25 kuitujen muokkautuvuus lisääntyy hyppäyksenomaisesti kun niiden lämpötila saavuttaa ns. lasisiirtymälämpötilan, joka on verrannollinen kuitujen kosteuteen. Lasisiirtymälämpötilan yläpuolella kuituihin saadaan helposti pysyviä muodonmuutoksia ja sen alapuolella muodonmuutokset pyrkivät olemaan palautuvia. Kalanteroinnin vaikutusten pysyvyyden takaamiseksi rainaa voidaan kostuttaa lasisiirtymälämpötilan laskemiseksi 30 ja lisäksi voidaan käyttää korkeita kalanterointilämpötiloja ja suuria paineita, jolloin koko raina helposti ylittää lasisiirtymälämpötilan ja muodonmuutos tapahtuu näin ollen tasaisesti kokorainan poikkileikkauksella.

2 98392

Tekniikan tasosta on siten tunnettua lämmittää paperirataa ennen sen johtamista kalanteroimisnippiin. Tekniikan tason osalta voidaan viitata julkaisuun: Dipl.-Ing. Bernhard Krenkel: Glattwerksuntersuchungen, Zusammenhänge zvvischen Glätt-parametern und Messgrössen, Dissertation an der Fakultät fur Maschinenwesen 5 und Elektrotechnik der Technischen Hochschule Graz, Heidenheim, 28. Oktober 1975, s. 40-42, jossa on mainittu paperin esilämmitys ennen kalanteroimisnippiä kalanterointituloksen parantamiseksi ja tässä viitteessä esimerkkinä mahdollisesta esilämmitystavasta on mainittu menetelmä, jossa rata asetetaan kulkemaan kuuman telan pintaa myöten ennen kalanterointinippiin vientiä.

10 DE-hyödyllisyysmallijulkaisusta 93 06 448.9 tunnetaan laite, jossa edellä kuvattua menetelmää on käytännössä pyritty soveltamaan, jossa laitteessa radan taittokulmaa kuuman telan ympäri voidaan säätää. Ongelmana tässä tunnetussa menetelmässä on paperiradan ja telan välisen kontaktin heikkous ennen kalanterointinippiä, jolloin rata ei 15 todellisuudessa saa riittävän nopeaa esilämmitystä.

Eräs toinen tekniikan tason mukainen menetelmä on esitetty DE-julkaisussa 41 12 537, jossa on esitetty radan lämmittäminen dielektrisen sähkökentän avulla ennen kuin paperirata viedään nippiin. Tämän tunnetun menetelmän heikkoutena on lämmityslait-20 teen koko ja koosta johtuva etäisyys nipistä. Rata ehtii osittain jäähtyä lämmityslait-teen ja kalanterointinipin välillä ja lisäksi rata ehtii luovuttaa ympäröivään ilmaan merkittävän osan kosteudestaan.

Edelleen tekniikan tason osalta voidaan viitata FI-hakemusjulkaisuun 923326 (vast.

25 DE 41 26 233), jossa on esitetty erillinen paperiradan lämmityslaite, jonka jälkeen rata kalanteroidaan nipissä, jonka muodostaa kaksi jäähdytettävää telaa. Tässä menetelmässä paperirainaa ensin kuumennetaan lämpösäteilijöiden avulla siten, että saavutetaan paperirainan pinnoilla plastisointilämpötila, minkä jälkeen paperiraina johdetaan nipin muodostavan telaparin läpi, jossa paperirainaa puristetaan ja jäähdytetään 30 nipissä. Tässäkin tunnetussa menetelmässä heikkoutena on se, että rata ehtii osittain 3 98392 jäähtyä ennen kalanterointinippiä ja lisäksi luovuttaa ympäröivään ilmaan merkittävän osan kosteudestaan.

FI-hakemusjulkaisusta 940102 (vast. DE 43 01 023) on kuvattu eräs tunnettu menetelmä 5 paperin lämmittämiseksi ennen sen johtamista kalanteroimisnippiin, jossa menetelmässä paperirataan pyritään kondensoimaan höyrylaatikon avulla höyryä, joka vapauttaa tarvittavan lämmön paperin pintakerroksiin kondensoituessaan. Tässä tunnetussa ratkaisussa on oivallettu se, että lämmitys/kostutus on tehtävä niin lähellä nippiä kuin mahdollista, jotta paperiin aikaansaatu edullinen kalanterointiolosuhde ei ehtisi purkautua 10 ennen nippiä. Tässä tunnetussa menetelmässä paperia samalla kostutetaan ja lämmitetään ennen radan vientiä kuumaan nippiin.

Tekniikan tason osalta voidaan viitata myös FI-hakemusjulkaisuun 933278 (vastaava DE 44 25 507), jossa on esitetty järjestely, jossa termotelaa lämmitetään infrapunaläm-15 mittimen avulla.

Jotta siis paperia voitaisiin tehokkaasti muokata, tulee sen lämpötilan olla korkeampi kuin sen lasitransiittiolämpötila, joka on noin 120—150 °C. Tunnetuissa järjestelyissä lämpö tuodaan paperiin sen kanssa kosketuksessa olevan kuuman telan kautta. Muita 20 tunnettuja järjestelyjä paperin lämmittämiseksi ovat kuumailma-, höyry- ja infrapunakuu-mentimet. Infrapunalaitteella paperin pinnan lämmittämiseksi on ongelmaksi kuitenkin osoittautunut se, että paperi on kuivunut ennen nippiin menoa eikä kalanterointitulos ole lainkaan parantunut. Tunnetuissa järjestelyissä kuivumiseen ennen nippiä on johtanut lämmityskohdan ja kalanteroimisnipin välinen suuri välimatka.

25

Sinänsä tunnetusti paperi voidaan myös päällystää päällysteellä, joka koostuu pigmentistä, sideaineesta ja lisäaineista. Päällysteellä pyritään mm. saamaan paperiin lisää valkoisuutta, sileyttä ja kiiltoa/mattaa. Kalanteroinnilla vaikutetaan kaikkiin edellä mainittuihin ominaisuuksiin. Paperi koostuu selluloosasta, hemiselluloosasta ja ligniinistä 30 ja päällysteaineina käytetään mm. alumiinisilikaattia, kalsiumkarbonaattia, titaanioksi- 4 98392 dia ja talkkia, jossa sideaineena käytetään latekseja, kuten esimerkiksi styreenibutadiee-niä ja akrylaatteja. Näiden kaikkien aineiden absorptiokyky infrapunalle vaihtelee.

Tekniikan tasosta tunnetaan myös erilaisia elliptisiä heijastimia, joita käytetään sähkö-5 käyttöisten infrapunalaitteiden yhteydessä. Tällaisia laitteita tunnetusti käytetään muoviteollisuudessa ja käyttämällä erilaisia pinnoitteita, saadaan aikaan erilaisia heijastuspintoja. Esimerkiksi auringon lyhytaaltoinen lämpöenergia saadaan lasin läpi sisään, mutta pitkäaaltoinen säteily sisältä ulos voidaan estää heijastamalla takaisin sisään (selektiivilasit). Osa infrapunasäteilystä noudattaa näkyvän valon heijastumissääntöjä.

10

Keksinnön päämääränä on esittää menetelmä paperiradan lämmittämiseen kalanterissa, jossa ei esiinny edellä kuvattuja lähinnä paperin kuivumisesta johtuvia ongelmia ennen kalanterointinippiä.

15 Edellä esitettyjen ja myöhemmin esille tulevien päämäärien saavuttamiseksi on keksinnön mukaiselle menetelmälle pääasiallisesti tunnusomaista se, että menetelmässä mainitusta säteilylähteestä tuleva lämpösäteily keskitetään heijastuspinnan tai vastaavan optisen laitteen avulla ja keskitetty lämpösäteily ohjataan paperirataan ja/tai kalanterointinipin toisen telan pintaan olennaisesti välittömästi ennen kalanterointinippiä.

20

Esillä olevassa keksinnössä ja sen eri toteutusmuodoissa on onnistuttu yhdistämään uudella ja keksinnöllisellä tavalla tiettyjä osaratkaisuja, eräät paperikonetekniikasta ennestään sinänsä tunnettuja niin, että edellä kosketellut luonteeltaan erilaiset ongelmat on saatu hallintaan ja ratkaistuksi uudella kokonaiskonseptilla.

25

Keksinnön mukaisessa menetelmässä on oivallettu, että paperi voidaan tuoda edullisessa kosteustilassa ja lähes tasapainolämpötilassa aina aivan nipin lähietäisyydelle saakka, jossa siihen kohdistetaan erittäin voimakas fokusoitu energiavirta, joka nostaa paperin 11 5 98392 lämpötilan erittäin lyhyessä ajassa kalanteroinnille soveliaaksi ilman, että paperin kosteus ehtii vajota ennen varsinaista nippiä.

Keksinnön etuna on mm. se, ettei varsinaista lämmityslaitetta tarvitse sovittaa erittäin 5 hankalaan kahden telan väliseen nieluun, vaan energian siirtyessä säteilynä se voidaan suunnata huomattavasti kauempana nipistä olevalla toimilaitteella alueelle, joka sijaitsee jopa aivan nippikohdan vieressä. Lisäksi etuna voidaan pitää myös sitä, että säteily energialla voidaan lämmittää sekä termotelan pintaa että paperia samanaikaisesti.

10 Keksinnön mukainen menetelmä poikkeaa erityisesti edukseen tekniikan tasosta tunnettuihin ratkaisuihin nähden siinä, että lämpötilan nostokohdalla ja nostokohdan etäisyydellä nipistä saavutetaan tilanne, jossa paperin kosteus ei ehdi vajota eikä paperi kuivu.

Keksinnön etuna on myöskin se, että keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan 15 lämmitysenergia kohdistaa vaihtoehtoisesti paperiin tai telaan tai jopa yhtäaikaisesti paperiin ja telaan.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä lämpötilateho, joka tuotetaan esimerkiksi sähköin-frapunalaitteella, ohjataan optisten laitteiden avulla nippiin tai lähelle nippiä. Läm-20 pösäteily voi osua juuri ennen nippiä telaan, josta se joko heijastuu paperiin tai siirtyy telan pinnassa lämpönä nippiin ja edelleen paperiin.

Keksintöä sovellettaessa voidaan paperin päällysteaineena käyttää hyvin infrapunasäteilyä absorboivaa ainetta.

25

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin oheisen piirustuksen kuvioihin viitaten, joissa kuviossa 1 on esitetty kaaviollisesti järjestely keksinnön mukaisen menetelmän sovelta-30 miseksi ja 98392 6 kuviossa 2 on esitetty lämmittimestä rataan siirtyvä lämpömäärä.

Kuvion 1 mukaisesti säteilylähde 10 on sijoitettu heijastuspinnan 15, joka on muodoltaan sopivimmin elliptinen, keskivaiheille siten, että heijastuspinnalla lämpösäteily Z 5 ohjataan kohti kalanterointitelojen 11,12 muodostamaa nippiä N. Paperirata W kulkee nippiin N, jolloin siihen kohdistuu säteilylähteestä 10 heijastuspinnan 15 kautta ohjattu lämpösäteily Z, jota voidaan ohjata paperirataan W myös ylätelan 11 kautta tai jota lämpösäteilyä voidaan ohjata ylätelaan 11 siten, että myös ylätela lämpiää.

10 Keksinnön edullisessa sovellusesimerkissä säteilylähteen säteilyalueelle paperiradan W ja ylätelan väliin alueelle 13 voidaan johtaa höyryä, joka estää paperiradan W kuivumisen. Kuumaa höyryä kulkeutuu nippiin N myös ylätelan 11 mukana.

Kuviossa 2 on esitetty kaaviollisesti infrapunalämmittimestä rataan W siirtyvä lämpö-15 määrä E, joka on maksimiarvossaan juuri ennen nipin etureunan N0 kohtaa. Infra-punalämmittimellä saavutetaan suuri hyötysuhde, joka riippuu paperin neliömassasta ja hyötysuhde on noin 35-40 %.

Kuvioissa 1 ja 2 esitetystä kaaviomaisesta esimerkistä käy ilmi, kuinka sopivalla 20 heijastuspinnalla 15 voidaan lämpösäteily Z ohjata lähelle nippiä N. Kun paraboilinen heijastinpinta 15 kiertää 270° heijastuslähteestä, jää suoraan ulos heijastuvan säteilyn osuudeksi 1/4 koko säteilystä (90/360°). Kun heijastimen 15 alareunan 16 etäisyys Lj nipistä N on noin 400 mm, suoraan ulos heijastuvasta säteilystä noin 20 % osuu alle 150 mm etäisyydelle nipistä N, joko paperiin W tai telan 11 kautta heijastuen 25 paperiin W. Loppuosa 80 % suoraan heijastuvasta säteilystä osuu joko telaan 11 lähellä heijastinta 15 ja absorboituu telaan 11 tai heijastuu edelleen paperirataan W tai säteily osuu suoraan paperirataan W. Tämän energian osuus, joka ei osu alle 150 mm etäisyydelle nipistä, on 1/4 * 80 % koko säteilystä eli 20 %.

30 Keksintö soveltuu kaikille sinänsä tunnetuille kalanteroimismenetelmille, mm. soft-, super- ja konekalantereihin, ja keksinnön mukaisella menetelmällä paperirata saadaan li 7 98392 kuumennettua haluttuun lämpötilaan juuri ennen kalanterointinippiä ja tarvittaessa edullisessa sovellusesimerkissä voidaan paperin kuivumisen estämiseksi nippiin johtaa myös ylimääräistä höyryä.

5 Keksintöä on edellä selostettu vain erääseen sen edulliseen sovellusesimerkkiin viitaten, jonka yksityiskohtaan keksintöä ei ole kuitenkaan tarkoitus rajoittaa.

Monet muunnokset ja muunnelmat ovat mahdolliset seuraavien patenttivaatimuksien määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

10

Claims (6)

0R7°?

1. Menetelmä paperiradan (W) lämmittämiseen kalanterissa, jossa menetelmässä paperirataa (W) lämmitetään säteilylähteen (10) välityksellä ennen sen johtamista 5 kalanterointinippiin (N), tunnettu siitä, että menetelmässä mainitusta säteilylähteestä (10) tuleva lämpösäteily (Z) keskitetään heijastuspinnan (15) tai vastaavan optisen laitteen avulla ja keskitetty lämpösäteily (Z) ohjataan paperirataan (W) ja/tai kalanterointinipin (N) toisen telan pintaan (11) olennaisesti välittömästi ennen kalante-rointinippiä (N). 10

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä ennen paperiradan (W) johtamista kalanterointinippiin (N) paperirataa (W) kohti johdetaan höyryä tai vastaavaa väliainetta paperiradan (W) ja kalanteritelan (11) väliselle alueelle (13) paperiradan (W) kuivumisen estämiseksi. 15

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä säteilylähteenä (10) lämpösäteilyn (Z) aikaansaamiseksi käytetään infra-punasäteilijää.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä lämpösäteily (Z) keskitetään ja ohjataan muodoltaan elliptisen heijastus-pinnan välityksellä.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 25 menetelmää sovelletaan päällystetyn paperin kalanteroinnissa, jolloin päällysteaine valitaan sopivimmin siten, että se absorboi hyvin infrapunasäteilyä.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmää sovelletaan päällystämättömän paperin kalanteroinnissa. II 30 98392