Effects of wire section rebuild on quality, structure and runnability of LWC paper

Abstract

The production line under consideration went through a wire section rebuild in the beginning of year 2003. The objective of the rebuild was to improve paper quality and printability. The quality of the base paper and printability of coated paper were greatly improved after the rebuild. Improved formation of the base paper was the key feature having a positive effect on coated paper quality. This could be seen as improved coated paper PPS roughness as well as improved paper gloss. However, paper machine run ability and efficiency decreased somewhat as compared to before the rebuild. The objective for this work was to find optimal running parameter settings for the new wire section, which would maximize paper quality without deteriorating production efficiency.

The results from the first start up trial run were used to determine the influence of the running parameters changes on the base paper properties. Increasing blade loads and vacuum levels of the loadable blade unit improved formation levels of the base paper. The effect of improved formation could also be witnessed as improved base paper roughness.

An optimization trial was performed in order to find a combination of running parameters that would give high paper quality and increased paper strength in the machine direction, which was at lower level after the rebuild. The Taguchi experimental design method was used to carry out the trial run. The Taguchi method enabled a large amount of information to be gathered from a small number of experiments. Jet/wire ratio was tested on both drag and rush side. Other parameters tested in the optimization trial run were slice opening, preloading blade load, loadable blade unit blade loads and vacuum level of loadable blade unit (LB1) chamber vacuum.

The jet/wire ratio had clearly the biggest effect on both base paper quality and strength properties of the parameters. The best base paper formation level was achieved in strong drag (jet/wire: 0.930). Higher slice opening had only a moderate effect on formation. Higher blade loads increased formation levels. Higher LBI chamber vacuum deteriorated formation of the base paper. Although an excellent formation level was achieved with these parameter settings the tensile strength ratio (MD/CD) of the base paper was also at very high level. A high tensile ratio could raise run ability problems.

A verification trial confirmed the improved base paper quality characteristics. However, there were no considerable differences in printability of the coated paper compared to the reference parameter settings (jet/wire: 0.955). Only difference noted was better visual evenness when run at the optimal settings. This means that the effect of improved base paper quality does not show on coated paper properties when I compared to the reference. This is why there is no reason to seek the ultimate formation level with jet/wire ratio if it means risking machine efficiency and paper run ability.

Tässä työssä käsiteltävän tuotantolinjan viiraosa uusittiin alkuvuodesta 2003. Uusinnan tavoite oli parantaa paperin laatua ja painettavuutta. Sekä pohjapaperin että valmiin paperin laatu paranivat huomattavasti uusinnan tuloksena. Pohjapaperin parantunut formaatio oli tärkein seikka, joka vaikutti valmiin paperin parantuneisiin laatuominaisuuksiin. Tämä nähtiin muun muassa valmiin paperin parantuneena PPS-karheutena sekä korkeampana paperin kiiltona. Parantuneista laatuominaisuuksista huolimatta paperikoneen ajettavuus ja tuotantotehokkuus kuitenkin heikentyivät jonkin verran uusinnan myötä. Tämän työn tarkoituksena oli löytää uudelle viiraosalle optimaaliset ajoparametrit maksimaalisen paperin laadun tuottamiseksi paperikoneen tuotantotehokkuuden karsimatta.

Starttikoeajon tuloksia käytettiin uusien ajoparametrien vaikutussuuntien määrittämiseen pohjapaperin ominaisuuksissa. Suuremmat listakuormat ja suuremmat alipaineet listayksiköllä paransivat formaatiota. Parantunut formaatio heijastui myös pohjapaperin parempana sileytenä.

Optimointikoeajon tarkoituksena oli löytää ajoparametrien kombinaatio, joka tuottaisi korkean paperin laadun sekä lisäisi paperin konesuuntaista vetolujuutta, joka oli pienentynyt uusinnan jälkeen. Koesuunnittelussa käytettiin hyväksi Taguchi-koesuunnittelua, joka mahdollisti suuren tietomäärän keräämisen kohtuullisen pienellä koepistemäärällä. Suihku-viira-suhteen vaikutusta paperin ominaisuuksiin tutkittiin sekä yli- että aliperän puolella. Muita tutkittavia ajoparametreja olivat perälaatikon huulen avaus, esikuormitusyksikön listakuorma, kuormitusyksikön listakuormat sekä kuormitusyksikön imukammion (LBI) alipaine.

Optimointikoeajossa suihku-viira-suhteella oli selvästi eniten vaikutusta pohjapaperin laatuun ja lujuusominaisuuksiin. Paras pohjapaperin formaatio saavutettiin aliperän puolella, suurella suihkun ja viiran nopeuserolla (s/v: 0,930). Huulen avaus vaikutti hyvin vahan pohjapaperin formaatioon. Suuremmat listakuormat paransivat pohjapaperin formaatiota, mutta kuormitusyksikön alipaineen kasvattaminen huononsi formaatiota. Vaikka formaatiota saatiin parannettua selvästi näillä parametriasetuksilla, paperin vetolujuussuhde kasvoi todella suureksi. Tämä saattaa aiheuttaa ajettavuusongelmia mm. jälkikäsittelyssä.

Varmennuskoeajon tulokset tukivat optimointikoeajossa saatuja tuloksia pohjapaperin laatuominaisuuksista. Valmiin paperin ominaisuuksissa ei kuitenkaan havaittu eroja optimiparametreilla ja referenssiparametreilla (s/v: 0,955) ajetun paperin välillä. Ainoastaan valmiin paperin visuaalinen tasaisuus oli optimiparametreilla ajetussa paperissa hieman parempi. Tämä tarkoittaa sitä, että pohjapaperin parantuneet ominaisuudet eivät näkyneet valmiin paperin ominaisuuksissa. Siksi huippuformaatiota ei kannata tuottaa suurella suihku-viira-suhteella, jos se voi johtaa ajettavuusongelmiin suuren vetolujuussuhteen takia.