FI103211B

FI103211B - Lisäaineen kerrostus kartonkikoneen rainanmuodostusyksiköllä

Info

Publication number: FI103211B
Application number: FI980287A
Authority: FI
Inventors: Hannu Korhonen; Juha S Kinnunen; Kari Olavi Raeisaenen; Mika Viertola
Original assignee: Valmet Corp
Priority date: 1998-02-09
Filing date: 1998-02-09
Publication date: 1999-05-14
Also published as: CA2320199A1; WO1999040256A1; BR9907976A; ATE277226T1; AU2280999A; FI103211B1; DE69920426T2; JP2002502921A; DE69920426D1; FI980287A0; EP1070171B1; EP1070171A1

Description

5 103211

Lisäaineen kerrostus kartonkikoneen rainanmuodostusyksiköllä Lagring av ett tillsatsämne i banformningsenheten i en kartongmaskin

Keksinnön kohteena on menetelmä lisäaineen kerrostamiseksi kartonkikoneen rainanmuodostusyksiköllä.

10 Kartonki muodostetaan tunnetusti lähes aina kahdesta tai useammasta eri kerroksesta. Tällöin kahden tai useamman viiraosan muodostamat rainat yhdistetään päällekkäin ennen puristinosaa. Perinteisellä tasoviiratekniikalla muodostettujen rainojen pintapuo-lien, jotka eivät ole kosketuksissa viiraan, yhdistämisessä ei yleensä esiinny ongelmia ja tällöin saatavan rainan Z-suuntainen kerrosten välinen lujuus eli "ply bond" on tavalli-15 sesti riittävä. Perinteistä tasoviiratekniikkaa käyttäen kuitenkin nopeudet ovat selvästi alle 1000 m/min. Nykyisten uudempien kartonkikoneiden nopeuksien noustessa yli 1000 m/min joudutaan käyttämään muita tekniikoita, esimerkiksi kitaformeritekniikkaa. Tällöin ongelmaksi muodostuu se, että kahden tai useamman kitaformerille muodostetun rainan yhdistelmä ei täytäkään asetettuja lujuusvaatimuksia. Rainan eri kerrosten välinen 20 lujuus heikkenee. Erityisesti kyse on ns. "scott bondilla" kuvattavasta Z-suunnan lujuudesta. Heikkoon lujuuteen vaikuttaa riittämätön hienoainepitoisuus yhdistettävien kerrosten pinnoilla. Riittävä hienoainepitoisuus yhdistettävillä pinnoilla edistää merkittä- « västi pintojen välistä sidoslujuutta. On osoittautunut ongelmalliseksi valmistaa kartonkia koneella, jossa ns. viirapuolet yhdistetään vastakkain. Näin tapahtuisi aina, kun kaikki 25 rainanmuodostusosat olisivat kitaformereita. Tämä ongelma esiintyy myös toisinaan sekä hybridiformerilla että tasoviiralla muodostettujen ratojen yhdistämisessä. 1

Ongelmaa on yritetty ratkaista mm. suihkuttamalla tärkkelystä liuoksena tai muuta sidoslujuutta lisäävää apuainetta suoraan rämälle tai tuomalla ohut kerros pitkälle 30 jauhettua sellua esimerkiksi erilliseltä perälaatikolta eli toisioperälaatikolta toisen yhdistettävän rainan päälle. Eräs tapa on ollut jauhaa toiseen kerrokseen tulevaa massaa selvästi normaalia enemmän.

2 103211

Seuraavassa esitetään lähemmin joitakin tunnetun tekniikan mukaisia ratkaisuja.

Fl-patenttijulkaisussa nro 71377 on esitetty monikerroskartongin valmistusmenetelmä, jossa toisen pintakerroksen muodostava massasuspensio syötetään ensimmäisen viiran 5 vaakasuoran osan päälle. Kerrosten väliin syötetään kolmas välikerroksen muodostava massasuspensio toisen viiran muodostavan kiilamaisen kidan edessä jo muodostuneen rainakerroksen päälle. Tämän jälkeen ensimmäinen viira ja molemmat rainakerrokset johdetaan kolmatta viiraa vasten, jonka vaakasuoralle osalle syötetään toisen pintakerroksen muodostava massasuspensio. Välikerroksen muodostavan massasuspension sakeus on 10 huomattavasti korkeampi kuin pintakerrokset muodostavien massasuspensioiden sakeus.

US-patentissa nro 5 607 555 on kuvattu paperikone monikerrospaperin valmistamiseksi. Tässä koneessa on vähintään kaksi kaksirainaista formeria, jotka tuottavat monikerrospa-perirainaa, jolloin saadaan paperia, jonka ominaisuudet molemmilla pinnoilla ovat 15 yhtenäiset.

Suomalaisessa patenttijulkaisussa nro 92 729 on esitetty monikerrosperälaatikon massansyöttöjärjestelmä ja menetelmä monikerrosperälaatikkokäytössä. Tässä ratkaisussa monikerrosperälaatikon kuhunkin jakotukkiin tuodaan samasta tuoremassasta tuotettua 20 massaa, johon on lisätty tarvittavat kemikaalit ja täyteaineet.

Tunnetun tekniikan mukaisilla ratkaisuilla on kuitenkin useita merkittäviä haittoja. Erillinen tärkkelystä tai kuitusulppua suihkuttava perälaatikko on kallis ratkaisu ja sen käyttö rajoittuu suhteellisen pieniin nopeuksiin, jotka jäävät alle 1000 m/min. Tärkke-25 lyssuihkut haittaavat merkittävästi ajettavuutta, tukkivat viirat ja huovat ja likaavat koneet, jolloin laitteet joudutaan pysäyttämään ja puhdistamaan melko usein. Näin ei myöskään saada lisättyä tarvittavia apuaineita selektiivisesti. Useimmissa systeemeissä i tarvitaan monta erillistä massalinjaa, jolloin systeemi on melko raskas ja kallis käyttää.

Toisen massakerroksen jauhatus heikentää selvästi vedenpoistoa ja sitä kautta huonontaa 30 ajettavuutta ja tuotantotehokkuutta sekä lisää kustannuksia. Pyrittäessä nopeuksiin, jotka i 3 103211 ylittävät 1000 m/min, tällaisia rajoituksia ei voida sallia eikä erillinen kerrosten sitoutumista auttava lisäainesuihku olisi edes mahdollinen näillä nopeuksilla.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle lisäaineen kerrostamiseksi kartonkikoneen radan-5 muodostusyksiköllä, menetelmälle kartongin valmistamiseksi ja kartongille on pääasiallisesti tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksissa.

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisten piirustusten kuvioissa esitettyihin keksinnön eräisiin edullisiin suoritusmuotoihin, joihin keksintöä ei 10 kuitenkaan ole tarkoitus yksinomaan rajoittaa.

Kuviossa 1 on esitetty erityisesti kartongin valmistukseen soveltuva keksinnön eräs edullinen suoritusmuoto, jossa samasta tuoremassasta tuotettu massavirta jaetaan kahteen osavirtaan. Sille pinnalle, joka tulee yhdistettävän kerroksen pintaa vasten, lisätään 15 tarvittavat lisäaineet nostamaan kerroksen hienoainepitoisuutta ja edistämään pintojen välistä sidoslujuutta optimaalisessa määrässä optimaalisessa kohdassa. Osavirrat johdetaan monikerrosperälaatikkoon ja siitä kitaformeriin. Näin saadaan hyvät formaatio- ja lujuusominaisuudet sekä palstautumislujuus kartongille. Näin ollen samasta tuoremassasta 11 tuotetaan kaksi osavirtausta 12^ ja 122- Osavirtaukseen 12j, josta muodostuu 20 pinta, joka tulee yhdistettävän kerroksen pintaa vasten, lisätään kohdassa 14j ennen pumppua 22, kohdassa 142 pumpun 22 jälkeen ja/tai kohdassa M3 konesihdin 33 jälkeen lisäaineet kerroksen hienoainepitoisuuden ja pintojen välisen sidoslujuuden lisäämiseksi. Tämän jälkeen osavirtaukset 12j ja 122 johdetaan monikerrosperälaatikolle 44, joka käsittää tavanomaisesti jakotukit ja kuhunkin jakotukkiin liittyvän pillistön, 25 pillistöön liittyvän välikammion, turbulenssigeneraattorin ja turbulenssiputket, turbulens-. sigeneraattorin jälkeen huulikartion ja siinä kerroksia eristävät lamellit. Perälaatikosta raina siirretään formerille, jossa 55j on ensimmäinen muodostusviira, 552 toinen muodostusviira, 66 j on formeritela ja 662 muodostustela.

30 Kuviossa 2 on esitetty keksinnön toinen edullinen suoritusmuoto, jossa samasta tuore-massasta tuotettu massavirta jaetaan kolmeen osavirtaan, joista niille pinnoille, jotka 4 103211 tulevat yhdistettävien kerroksien pintoja vasten, lisätään tarvittavat lisäaineet nostamaan kerrosten hienoainepitoisuutta ja edistämään pintojen välistä sidoslujuutta optimaalisessa määrässä ja optimaaliseen kohtaan. Osavirrat johdetaan sen jälkeen monikerrosperälaa- ! tikkoon ja edelleen kitaformeriin. Tässä ratkaisussa samasta tuoremassasta 11 muodoste-5 taan kolme erillistä osavirtaa 12γ, 122 ja 123. Osavirtauksiin 12j ja 12$ muodostuvat pinnat, jotka tulevat yhdistettävän kerroksen pintaa vasten, lisätään kohdissa 14j ennen pumppuja 22 j ja 22^, kohdissa 142 pumppujen 22j ja 22g jälkeen ja/tai kohdissa M3 konesihtien 33 j ja 333 jälkeen lisäaineet kerroksen hienoainepitoisuuden ja pintojen välisen sidoslujuuden lisäämiseksi. Tämän jälkeen osavirrat 12 j, 122 ja 123 johdetaan 10 monikerrosperälaatikolle 44 ja edelleen kitaformerille. Vaihtoehtoisesti lisäaineet voidaan lisätä vain yhteen osavirtaan 12 j, 122 tai 123.

Kuviossa 3 on esitetty eräs edullinen keksinnön mukainen yhdistelmä, jossa lisäainetta sisältävä liitettävä kerros 13 tuodaan kaksikerrosperälaatikon 44 j kautta kitarainaimeen 15 ja näin saatu raina yhdistetään toiseen rainaan, joka on peräisin normaalilta perälaatikol-ta 442 Ja toiselta kitaformerilta. 55 j kuvaa ensimmäistä muodostusviiraa, 552 t0*sta> ^3 kolmatta ja 554 neljättä muodostusviiraa.

Kuviossa 4 on esitetty toinen edullinen keksinnön mukainen yhdistelmä, jossa kahteen 20 erilliseen monikerrosperälaatikkoon, tässä kaksikerrosperälaatikkoon 443, 444 tuodaan lisäainetta sisältävät liitettävät kerrokset 13 j ja Π2 ja lisäaineet käsittävät rainat kitaformereihin ja yhdistetään sitten toisiinsa. Kun kaksi lisäainetta käsittävää kerrosta yhdistetään, saadaan aikaan vahvempi liitoskerros, joka on tarpeen suurempaa lujuutta I vaativissa sovellutuksissa.

25

Kuviossa 5 on esitetty ratkaisu, jossa kolmekerrosperälaatikon 44^ uloimmat kerrokset * - 133 ja 134, jotka käsittävät lisäainetta, toimivat liitoskerroksina, joihin liitetään kahdelta normaalilta perälaatikolta 44^ ja 44y peräisin olevat massakerrokset. 55 j - 55g kuvaavat muodostusviiroja.

ti 30 5 103211

Keksinnön mukaisissa ratkaisuissa olennaista on se, että kartongin valmistuksessa voidaan käyttää kitaformeria monikerrostekniikassa suurilla nopeuksilla, jotka ylittävät yli 1000 m/min. Tällöin hienoainepitoisuutta ja/tai sidoslujuutta nostava lisäaine kerrostetaan sille pinnalle, joka tulee yhdistettävän kerroksen pintaa vasten. Näin ollen 5 saadaan korkeampi hienoainepitoisuus pinnalle, joka tulee esimerkiksi keskikerroksen pintaa vasten, jolloin kerrosten välinen sitoutumislujuus ja palstautumislujuus lisääntyvät. Käytettäessä keksinnön mukaista ratkaisua 3-kerrosperälaatikossa on edullista syöttää uloimmille pinnoille lisäaineet. Aineet, joita voidaan tällä tavalla kerrostaa, ovat tärkkelys, täyteaineet, hienoaineet, retentioaineet, kuten polyakryyliamidi, polyakryyli-10 imidi, erikoiskemikaalit, hydrofobointiliimat ja vastaavat. Tässä ratkaisussa voidaan myös edullisesti käyttää samaa tuoremassaa ja yhtä perusmassalinjaa. Edelleen pystytään paikkaamaan kitaformerin heikot ominaisuudet, parantaa ajettavuutta ja koneen puh-taanapysymistä. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa säädetään kartongin pinta-, runko-ja/tai alustakerroksen kuituperäisen hienoaine-, täyteaine- ja tärkkelysjakaumaa siten, 15 että ko. aineita on enemmän sillä pinnalla, joka tulee keskikerrosta vasten. Lisäaineen määrää voidaan optimoida ja samoin kohtaa missä se annostellaan, jolloin päästään parhaaseen mahdolliseen kerrosten sitoutumiseen. Tämä heijastuu myös tuotteen painettavuudessa. Lisäaine tai lisäaineet voidaan kerrostaa vain yhdistettävälle pinnalle tai vaihtoehtoisesti myös useammille osavirroista muodostuville kerroksille.

20 ; Keksinnön avulla voidaan yhdistettävän radan se pinta, joka tulee kosketuksiin toisen radan kanssa, muodostaa kerroslujuuden kannalta edulliseksi. Tällöin siis kyseinen pinta muodostetaan jo perälaatikossa joko hienoaineen tai tärkkelyspitoisuuden tai muun sellaisen avulla sitoutumiseen edulliseksi. Lisäysjärjestyksellä ja määrällä voidaan myös 25 oleellisesti vaikuttaa siihen, minkälaisia vaikutuksia halutaan tuotteeseen tai prosessiin. Keksinnössä esitetyn lisäaineiden kerrostuksen ohella voidaan luonnollisesti suorittaa myös tavanomainen lisäaineiden annostelu normaaliin tapaan. Koska keksintö mahdollistaa kitarainainten käytön kartongin valmistuksessa perinteisen tasoviiratekniikan sijaan, ei tarvita isoa viirakaivoa, laitteisto vie vähemmän tilaa, voidaan käyttää pienempiä 30 vesimääriä, vähemmän vedenpoistoelementtejä ja voidaan myös ajaa korkeammassa sakeudessa kuin tasoviiralla. Keksinnön mukaista menetelmää voidaan käyttää sekä 6 103211 yläviirayksiköllä että ns. runkokerroksella. Joitakin erikoistuotteita valmistettaessa voidaan tällä menetelmällä korvata myös toisioperälaatikko kokonaan.

*

Claims

103211

1. Menetelmä lisäaineen kerrostamiseksi kartonkikoneen rainanmuodostusyksiköllä, tunnettu siitä, että tuoremassavirtaus (11) jaetaan vähintään kahteen osamassavirtauk- 5 seen (12j ja 122), joista vähintään yhteen osavirtaukseen (12j), josta muodostuu pinta, joka tulee yhdistettävän kerroksen pintaa vasten, lisätään kohdassa (14j) ennen pumppua (22), kohdassa (M2) ja/tai kohdassa (M3) konesihdin jälkeen kerrosten hienoainepitoi-suuden ja pintojen välisen sidoslujuuden lisäämiseksi lisäaineet, tämän jälkeen osavir-taukset (12j ja 12^ johdetaan monikerrosperälaatikolle (44) ja edelleen kitaformerille. 10

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisäaine käsittää tärkkelyksen, hienoaineet, täyteaineet, retentioaineet, hydrofobointiliimat ja erikoiskemikaalit.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tuoremassavir taus (11) haarautetaan kolmeen eri osavirtaukseen (12j, 122 ja 123), joista vähintään yhteen osavirtaukseen (12j) lisätään lisäaineet.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisäai-20 neen kerrostus tapahtuu yläviirayksiköllä.

5. Menetelmä kartongin valmistamiseksi, tunnettu siitä, että vähintään yhdellä monikerrosperälaatikolla vähintään yksi kerros käsittää lisäainetta, monikerrosperälaati-kolta raina tuodaan kitaformerin kautta ja yhdistetään vähintään yhteen rainaan, joka on 25 peräisin toiselta monikerrosperälaatikon tai normaalin perälaatikon ja kitaformerin yhdistelmältä.

6. Kartonki, tunnettu siitä, että se käsittää vähintään yhden monikerrosperälaatikon avulla valmistetun lisäainekerroksen. 30 103211

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen kartonki, tunnettu siitä, että lisäaine käsittää tärkkelyksen, hienoaineet, täyteaineet, retentioaineet, hydrofobointiliimaat ja erikoiskemikaalit. 5 1 · 103211