FI109370B - Menetelmä käsittelyainemäärän hallitsemiseksi paperin tai kartongin valmistuksessa - Google Patents

Description

109370

Menetelmä käsittelyainemäärän hallitsemiseksi paperin tai kartongin valmistuksessa 5 Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä paperin ja kartongin valmistuksen yhteydessä tapahtuvan päällysteen tai muun käsittelyaineen määrän hallitsemiseksi ja levitetyn päällystemäärän paksuuden ennakoimiseksi.

10

Paperia tai kartonkia voidaan käsitellä monin tavoin niiden ominaisuuksien parantamiseksi tai muuntelemiseksi erilaisia käyttötarkoituksia vastaaviksi. Useimmiten käsittelyaine sisältää kiinteitä aineita kuten painatusominaisuuksia 15 parantavia kalsiumkarbonaattia ja kaoliinia. Käsittelyaine voidaan levittää suoraan liikkuvalle rainalle tai erityisen siirtopinnan kautta. Siirtopintana käytetään tavallisesti pyörivää telaa, mutta telan sijasta voidaan käyttää esimerkiksi hihnaa tai nauhaa. Levitettävän pinnan j 20 tasoittamiseen käytetään tavallisimmin kaavinterää tai * · kaavinsauvaa. Käsittelyaineen määrän säädössä ongelmana on • t « * · · ’·* * se, että useat muuttujat vaikuttavat lopulliseen '*·[ käsittelyainemäärään, jolloin jokaiselle laitteistolle on

• I

laadittava päällysteainemäärän ja kaavinpaineen välille » * • · 25 taulukko, jonka avulla olosuhteiden tai halutun käsittely-ainemäärän muuttuessa voidaan valita alustavasti • · .···. kaavinsauvan tai terän kaavinpaine. Lopullinen käsittely- . ainemäärä säädetään sitten oikeaksi mittaamalla todellinen ,···, käsittelyainemäärä ja muuttamalla kaavinpainetta takaisin- 30 kytketyn säädön avulla kunnes prosessi asettuu haluttuun • » 2 109370 tilaan eli saatava lopullinen käsittelyainemäärä vastaa tuotteen asetettua käsittelyainemäärää. Tällainen säätömenettely hidastaa laitteiston ylösajoa ja muuttuviin olosuhteisiin reagoimista. Toisaalta käsittelyaineen 5 ominaisuuksien muuttuessa aine reagoi eri tavalla kaavinpaineeseen, joten ennakkoon taulukoituja kaavin-paineen arvoja tarvitaan suuri määrä eri käsittelyaine-resepteille tai reseptin muuttuessa laitteiston ylösajo on vieläkin hitaampaa koska säädön saaminen kohdalleen voi 10 kestää pidemmän aikaa. Käsittelyaineen ominaisuudet, esimerkiksi kiintoainepitoisuus, saattavat muuttua käsittelyainetta laitteen konekierrossa kierrätettäessä, mikä voi vaikuttaa käsittelyainemäärään tai kerrospaksuuteen. Jos käsittelyaineen ominaisuuksia ei mitata, 15 muutos huomataan vasta käsittelyaineen määrää mittaavalla laitteella. Sinänsä käsittelyaineiden eri ominaisuuksien mittaaminen on helppoa, mutta tehdasmittakaavan jatkuvaan mittaukseen ei juurikaan ole kehitetty sopivia laitteita.

• · ··· · 20 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, • · * * * • » jonka avulla rainalle, filminsiirtotelalle tai muulle # · · * · liikkuvalle pinnalle jäävän käsittelyaineen määrä voidaan laskea käsittelyainemäärän asettamiseksi haluttuun arvoon prosessiolosuhteiden muuttuessa.

25

Keksintö perustuu laskentakaavaan, jonka avulla voidaan ‘ : ennustaa applikoitu päällystemäärä prosessiolosuhteiden | muuttuessa.

* i · 30 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle I i 3 109370 on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

j

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

5 Käsittelyainemäärän, itse käsittelyaineen tai käsiteltävän rainan nopeuden muuttuessa muutos tulisi ennakoida, jotta käsittelyainemäärää saataisiin asettumaan nopeasti halutulle tasolle. Nykyisin käytettävillä suurilla rainan 10 nopeuksilla pitkään kestävä oikean säädön hakeminen aiheuttaa huomattavan määrän hukkaa lyhyessäkin ajassa, joten ainoastaan levitetyn käsittelymäärän mittaukseen ja mittauksen perusteella tapahtuvaan säätöön perustuva ohjaus on liian hidas. Tämän keksinnön avulla voidaan laskea 15 prosessiolosuhteiden muutoksen aiheuttama muutos päällystemäärässä ja muuttaa esimerkiksi kaavinsauvan painetta applikointipintaa vasten siten, että levitetty käsittelyainemäärä asettuu haluttuun arvoon heti muutoksen jälkeen. Keksinnön avulla voidaan reagoida useimpiin * * ··' ·' 20 käsittelyaineen määrään vaikuttaviin muutoksiin, kuten ' · kuiva -aineen määrän muuttumiseen, viskositeetin • * · I,, muuttumiseen ja tietenkin käsiteltävän pinnan nopeuden • · • · muuttumiseen. Keksinnön tärkein sovellusalue on päällystys ,···, erilaisilla päällystepigmenttiseoksilla, mutta sitä voidaan • · 25 luonnollisesti soveltaa pintaliimaukseen tai muuhun paperin tai kartongin käsittelyyn.

* · I * · » : ,·. Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin oheisen piirus- 1*1 * tuksen avulla.

* * • * · 30 i i » » | t * ! 109370 ! 4 ! j

Kuvio 1 esittää kaaviokuvana sauvakaapimen toimintaa.

Sauvakaavinta käytetään liikkuvalle paperi- tai kartonkipinnalle tai filminsiirtotelalle levitettävän 5 päällystekerroksen määrän rajoittamiseen ja pinnan tasoittamiseen. Lisäksi sitä voidaan käyttää siirtohihnojen ja muiden vastaavien liikkuvien pintojen yhteydessä.

Sauvakaavin koostuu sauvakehdosta 2 ja siihen pyörivästi sovitetusta sileäpintaisesta tai uritetusta sauvasta 1.

10 Sauvaa 1 pyöritetään sauvakehdossa 2 ja sauvan pinnan muodolla ja pyörimissuunnan sekä -nopeuden valinnalla voidaan vaikuttaa valmistettuun pintaan. Sauvakaavin voi olla erillinen kaavin tai se voi olla esimerkiksi lyhyt-viipymäapplikointilaitteen kammiota rajaava annosteluelin.

15 Annostelun sauvan alta kulkevalle pinnalle 4 tapahtuu kuitenkin aina samalla tavalla. Pinnalle 4 aikaisemmin levitetty tai applikointikammiossa oleva käsittelyaine 3 puristuu pinnan kuljettamana pinnan 4 ja sauvan 1 väliseen i nippiin, joka rajoittaa nipistä pääsevän käsittelyaineen ♦ · "/ ) 20 määrää ja pinnalle jää vain halutun paksuinen kerros 5.

> > · * » * • » * · • · · t·.. Kaavinsauvan 1 ja pinnan 4 välistä kulkevan käsittelyaine- • · > i « kalvon paksuutta säädetään pääasiassa muuttamalla * » kaavinsauvaa 1 pintaa kohti painavaa voimaa eli kaavin-25 painetta. Koska liikkuvan pinnan ja pyörivän kaavinsauvan •:": väliin muodostuvan hydrodynaamisen kalvon paksuus ja ominaisuudet riippuvat hyvin monista muuttujista, kalvon » paksuus on hyvin vaikeaa määrittää laskennallisesti. Tämä keksintö perustuu siihen, että kaavintaprosessi voidaan » i » IV, 30 kuvata rajallisella määrällä oikein valittuja muuttujia.

> « * 4 109370 i I 5 i ( [ Tärkeimmät kaavintaprosessiin vaikuttavat muuttujat ovat ! I kaavitun kerroksen 5 paksuus h, kuiva-ainepartikkeleiden : ominaiskoko D, käsittelyaineseoksen viskositeetti μ, liikkuvan pinnan 4 nopeus V ja suurin paine nipissä P. Nämä 5 valittiin prosessia kuvaaviksi suureiksi ja muuttujat voidaan esittää dimensiottomalla kaavalla: , x h (μνΛ (1) H™} 10 Kuten kaavasta nähdään, siihen kuuluu tuntematon funktio g, joka on löydettävä.

Tuntematon funktio voidaan määrittää kokeellisesti. Filminsiirtopäällystimellä yhdellä päällysteseoksella 15 tehdyssä kokeessa filminsiirtotelan nopeutta vaihdeltiin välillä 800 - 2000 m/min ja kaavinsauvan viivapainetta välillä 0,5 - 3 kN/m. Kuiva-ainepartikkelien ominaiskoko oletettiin vakiosuuruiseksi (1 pm) , koska kaikissa kokeissa : käytettiin samaa pigmenttityyppiä. Päällysteseoksen • I ! 1 1 • ’·’ 20 viskositeetti mitattiin kapillaariviskosimetrillä leikkausnopeudella 105s_1. Mitattu maksimipaine mitatun • · filminpaksuuden funktiona on esitetty taulukossa 1.

• SO . — - ---- 45- 40- " m + „ 9 | 3S- i . · 25 f 30- . V· m1+ f « g · . » i,·.·, i » «fs. ;.··> ' — I ,s - . 1 £ .0- i- .... .

... s- . · O J-1 1 1--- 1 ’ 400 eno (00 «000 1200

Maximum pressure P fkP1l .···’, 30 Taulukko 1.

6 109370

Kuten taulukosta nähdään, samalla maksimipaineella saadaan ; hyvin erilaisia päällystepaksuuksia, joten kaavinpaineen perusteella ei voida suoraan päätellä liikkuvalle pinnalle 5 jäävää päällystepaksuutta. Jotta kaavitun kerroksen paksuus voitaisiin selvittää matemaattisesti, edellä mainittu tuntematon funktio on selvitettävä. Kun suhde h/D esitetään funktion g dimensiottoman tekijän μν/PD funktiona, nähdään taulukosta 2, että suhde seuraa dimensiottoman tekijän 10 muutosta koetulosten perusteella lineaarisesti, jolloin funktio g voidaan olettaa lineaariseksi ja määrittää lineaariapproksimaation avulla.

H -1.1.00 , ' Li—riipii·!· tmC»CO,«S».w» * / 1B' Y A * B * X ^ 15 , ' Ληηββ VihR finer ·· —-— ------ ««/ . ^ A 0.0044 0.03322 _ _ m* 1,4 " B 0.041ft 0JJ0IQ2 R tttllft ;Vr | .--.-J* > ΙΛ- tVH*

M- IK

0Λ- *** · 0.2- / * * · 1 I “i--j— 20 * 15 20 25 30 35 40 45

b/D

* · * '···* Taulukko 2

Nyt kaavasta 1 voidaan ratkaista kerrospaksuus, jolle . 25 saadaan yhtälö 2: » | (2, *-[^-»11 : : : “ a * * * ·

Kuten yhtälöstä 2 nähdään, kokeellisesti määritettäviksi 30 arvoiksi jäävät vakiot a ja b. Kun vakiot on määritetty, | 7 109370 i i i saadaan päällystekerroksen paksuus. Vakiot ovat laitekohtaisia ja seuraavassa käytetään yhdessä koeajossa I saatuja arvoja; a=0.0416 ja b=0.0484.

5 Jotta yllä oleva kaava olisi käyttökelpoinen, siinä oleva nipissä oleva paine on kuvattava sauvaa kuormittavan voiman avulla. Erilaisia sauvan kuormitustapoja on useita ja kuormittava voima voi olla esimerkiksi kuormitusletkun paine tai sauvakehtoa vääntävä mekaaninen voima. Paine 10 nipissä P saadaan esimerkiksi mittaamalla, jolloin lineaariapproksimaatio antaa paineelle kaavan: (3) P = cL+d 15 Kaavassa L on sauvan kuormitus (bar) ja vakiot esimerkkitapauksessamme c=407 ja d=38. Kaavaan 2 sovitettuna saadaan: | ; (4) A= ——--M)l- |_407L+38 J a 20 * · · *·* ’ Kaavasta 4 saadaan suoraan käsittelyaineen tiheydellä

• M

kerrottuna annosteltu tai kaavittu päällystemäärä Cw: • « (5) cw=\—^—«>]£ [407L + 38 ja ....: 25 .·”. Kaavan 5 avulla voidaan laskea käsittelyainemäärä • * · . kaavinsauvan kuormituksen funktiona. Yleistettynä kaavassa ,···' on siis neljä vakiota a, b, c ja jotka on selvitettävä kokeellisesti. Koska käsittelyaineen ominaisuudet, kuten 30 viskositeetti tiheys ja partikkelikoko pysyvät likimain j 8 109370 samoina ellei aineen reseptiä muuteta, vaihtuviksi muuttujiksi samalla käsittelyaineella jäävät liikkuvan pinnan nopeus ja sauvaa kuormittava voima. Pinnan nopeus saadaan suoraan ohjausjärjestelmästä ja päällysteen 5 ominaisuudet voidaan kohtuullisen helposti mitata, joten haluttu päällystemäärä voidaan säätää kaavan 5 avulla sauvan kuormitusta muuttamalla. Koska kaavan avulla voidaan laskea varsin tarkasti oikea kaavinsauvan kuormitus valmiiksi ennen päällystemäärän muutosta, päällystemäärän 10 säädöstä saadaan oleellisesti nopeampi kuin päällyste- määrämittauksen ja sitä seuraavan kuormitusmuutoksen mukaan tapahtuvasta säätötavasta. Päällystemäärän säätöön voidaan edelleen käyttää yhdessä keksinnön kanssa päällystemäärän mittausta ja kuormituksen säätöä esimerkiksi siten, että 15 ennakoiva säätö tehdään laskennallisesti ja lopullinen hienosäätö mittaukseen perustuen.

j

Keksinnön kannalta on oleellista, että suhde h/D on : esitetty muodossa, jossa mittaustulokset kuvautuvat • · 1 "1 ” 20 lineaarisesti, jolloin tuntemattoman funktion g ratkaiseminen käy kohtuullisen helposti. Keksinnön mukaan laskettu päällystemäärä käsitellystä paperista mitatun ... päällystemäärän funktiona on kuvattu taulukossa 3.

Iti · ♦ » 1 · » 9 109370 ί 70-,---1

-Υ · A ♦ β * X

fP hfMWff VriM Enof ^ | E 60---- / 3¾ A 3.14869 1.24171 , jpg' a B 0.90939 0.03137 | O 50 · ft 0.94736 p «y· " 2 ------- . ι·Λ ! iSfi 5 8 »- "rtV'" I.: /.

8 v 10 - / 0-1 1 1 1 1 1 . , 1 1 1 1 1 0 10 20 30 40 50 60 70

Measured coat weight [g/mj 10

Taulukko 3 Tästä nähdään, että mitatun ja lasketun päällystemäärän korrelaatio on hyvä. Koska myös taulukossa 2 esitettyjen 15 dimensiottomien muuttujien hajonta on pieni, kaavan 2 muuttujien määrittämiseen voidaan käyttää vain pientä määrää koepisteitä. Koepisteiden määrä on tietenkin • valittava halutun tarkkuuden mukaan.

f i . * f , * ; 20

Claims (5)

109370

1. Menetelmä käsittelyainemäärän asettamiseksi sauva-kaapimella, jossa menetelmässä 5 - levitetään liikkuvalle pinnalle käsittelyainetta, ja - rajoitetaan pinnalle tuleva päällystemäärä painamalla sauvakaapimen kaavinsauvaa (1) pintaa vasten, tunnettu siitä, että • kaavinsauvan kuormitusta säädetään ainakin osittain kaavan: 15 c-=[" cf.d ~H~ cL + d J a i jossa Cw on käsittelyainemäärä pinta-alayksikköä kohti μ on käsittelyaineen viskositeetti : V on liikkuvan pinnan nopeus * · * · « '· '· 20 L sauvan kuormitus * D on ominaispartikkelikoko p on tiheys ... a, b, c ja d vakioita, » » · 2. antaman kuormituksen perusteella.

* * . 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu * * · · siitä, että vakiot a ja b määritetään kokeellisesti mittaamalla paine kaavinsauvan (1) ja pinnan (4) nipissä ja 30 esittämällä suhde h/D muuttujan μν/PD funktiona, jolloin 109370 ! tästä kuvaajasta voidaan määrittää yhtälön | jossa h on kaavitun päällystekerroksen paksuus ! μ on käsittelyaineen viskositeetti V on liikkuvan pinnan nopeus 5 P on paine sauvan ja pinnan nipissä D on ominaispartikkelikoko funktio g, jota kuvaavat vakiot a ja b.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vakiot c ja d määritetään nipin paineen P ja vastaavan kaavinsauvan kuormituksen L mukaan esittämällä paine kuormituksen funktiona, jolloin vakiot saadaan yhtälöstä P = cL + d. 15

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liikkuva pinta on filminsiirtotelan pinta. • · · '· '· 20

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 1-4 mukainen • · · menetelmä, tunnettu siitä, että liikkuva pinta on paperi- • · tai kartonkiraina. • 1 k • · · k » « 25 * · » » » i · 109370