Controlling of formation, porosity and tensileratio (MD/CD) in SC-gravure paper manufacturing

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2004
Major/Subject
Paperitekniikka
Mcode
Puu-21
Degree programme
Language
en
Pages
126
Series
Abstract
The impulse for the study was to improve the unevenness of printed surface of the paper of UPM-Kymmene Jämsänkoski PM6. The objective of the study was to find out the process-and structural-parameters of a gap-former influencing on formation, porosity and tensile ratio (MD/CD) of the uncalandered paper. At the examination was concentrated on increment of turbulence level by the structural changes of the headbox and the wire-section. At the literature section the significance of formation, porosity and tensile ratio (MD/CD) was contemplated based on production analysis. The generation mechanism of turbulence, and its effects on paper properties (formation, porosity and tensile ratio (MD/CD", at the headbox and at the wire-section was established. The used fibre composition effects on formation, tensile ratio (MD/CD) and porosity. The finer is the furnish (CSF) and shorter is the average fibre length, the lower are formation, tensile ratio (MD/CD) and porosity, However, formation and tensile ratio (MD/CD) are most remarkable affected by the quality of the headbox slice jet and the nature of initial drainage, The shear in the slice jet can be created by increment of turbulence, The increment in the turbulence level can be implemented by the increasing the wall friction in the resist elements of the headbox (turbulence generator, manifold pipes) or by the two-dimensional steps in the slice channel such as flow vanes, The increased turbulence level decreases orientation phenomenon of fibre suspension in the slice channel and simultaneously deflocks partly formed fibre flocks. Deflocking of fibre suspension is maximal, when the scale of turbulence, induced in the headbox, is equal to size of the fibre flock. At the wire-section the turbulence is produced by shear generated by jet-wire speed difference, by the pressure pulses generated on the blade-section of roll-blade forming section. The magnitude of turbulence on the wire-section can be controlled by; dewatering balance between roll-and blade-forming, by consistency of the suspension on the blade-section and by geometry of forming blades, Experimental section contains two separate parts, The first part includes optimisation of the headbox and wire-section after headbox rebuild, In the rebuild the new turbulence generator with tighter design and flow vanes were installed, At the second part the loadable blade shoe equipped forming-section was studied in pilot scale, The objective was to find out the suitability of the rebuilt headbox of the PM6 to the wire-section, where stationary blade shoe is replaced by loadable blade shoe. At the headbox trials the effect of vane length, jet-wire ratio, headbox flow rate and vacuum levels of the wire-section were found out. Three lengths of the vanes were tested (400mm, 450 mm and 550 mm). The optimum vane length when formation, tensile ratio (MD/CD) and porosity were optimised was 400mm. Based on the trial results, the increment of turbulence in the headbox did not improve formation, Instead when long vanes (550 mm) were tested the turbulence did not have enough time to abate in the slice channel, which caused deterioration of formation, However, the controllability of fibre orientation improved by increment of turbulence level. After rebuild clear response on jet-wire ratio changes occurred. Porosity level is mostly depended on the properties of the fibre composition, Formation was improved by decreasing retention level, decreasing the ratio of roll dewatering and optimising the headbox flow rate case specifically. However, decreasing the headbox flow rate the porosity can be slightly decreased. The high headbox flow rate will increase the porosity. At the forming section trials on the pilot machine the optimum flow rate for the loadable blade shoe equipped forming section was found out. The optimum flow rate is on the operating rate of the rebuilt headbox of the PM6, The wrap-angle of the loadable blade shoe forming section, when the IMP-based furnish is used, has to decrease to 30-35 o. By this can be ensured the high enough consistency on the blade-section of the former and thin drainage surfaces layers to ensure best possible effect of pressure pulses on formation without increasing porosity. The optimum vane length for the loadable blade shoe version of forming section at the pilot scale was 300 mm. During the trials four different vanes were tested. The mill-scale results can be assumed to be reliable. The pilot-scale results are only suggestive because of the fresh furnish variations; therefore the results between trial days are not directly comparable. However, the information of the results is still accurate enough to reach the objective of the trials,

Heräte diplomityölle oli painojäljen tasaisuuden parantaminen UPM-Kymmenen Jämsänkosken PK6:lIa. Työn tavoitteena oli selvittää kitaformerin prosessi- ja rakennesuureita, joilla voidaan vaikuttaa kalanteroitomattoman paperin formaation, huokoisuuteen ja vetolujuussuhteeseen (KSIPS) TMP-pohjaista massaa käyttävällä SC-syväpainopaperia valmistavalla paperikoneella. Tutkimuksissa keskityttiin turbulenssi tason nostoon rakenteellisilla muutoksilla perälaatikossa ja viira-osalla. Kirjallisuus osassa käsiteltiin formaation, huokoisuuden ja kuituorientaation merkitystä tuoteanalyysin avulla. Lisäksi turbulenssin syntymekanismia perälaatikossa ja viira-osalla ja sen vaikutuksia paperin ominaisuuksiin (formaatio, huokoisuus ja vetolujuussuhteeseen (KS/PS) ) tarkasteltiin. Käytetyn kuituseoksen ominaisuudet vaikuttavat formaation, huokoisuuteen ja vetolujuussuhteeseen (KSIPS). Mitä hienompi massa ja mitä lyhyempi keskimääräinen kuidunpituus, sitä alhaisempi formaatio, huokoisuus ja kuituorientaatio. Merkittävimmin massa koostumuksella voidaan kuitenkin vaikuttaa huokoisuus tasoon. Formaation ja kuituorientaatioon vaikuttavat merkittävimmin huulisuihkun turbulenssi taso ja ensivedenpoiston luonne viiraosalla. Leikkausvoimia huulisuihkussa voidaan lisätä nostamalla huulisuihkun turbulenssitasoa. Turbulenssi tasoa perälaatikossa voidaan lisäämällä seinämäkitkan määrää. perälaatikon vaste-elementeissä (turbulenssigeneraattori ja manifoldputkisto), sekä kasvattamalla kaksi dimensionaalisten askelien kokoa, esimerkiksi virtauslamellien avulla. Korkeampi turbulenssi taso vähentää kuitususpension orientaatiota perälaatikon huulikanavassa sekä rikkoo muodostuneita kuituflokkeja. Flokkien rikkoutuminen turbulenssin vaikutuksesta on tehokkainta turbulenssin skaalan ollessa kuituflokokkien kanssa yhtä suuria, Viiraosalla turbulenssi saadaan aikaan huulisuihkunsuihkun ja viiran välisellä nopeuserolla, sekä listaosuuden synnyttämillä painepulsseilla. Viiran osan turbulenssin määrää ja voimakkuutta voidaan hallita tela-listavedenpoiston suhteella ja listaosuuden geometrian avulla. Kokeellinen osa sisältää kaksi erillistä osiota. Ensimmäinen osio sisältää perälaatikon ja viiraosan hallintasuureiden optimoinnin perälaatikko uusinnan jälkeen. Perälaatikko investoinnissa asennettiin uusi ahtaammalla mitoituksella varustettu turbulenssigeneraattori ja virtaus lamellit. Toinen osio sisälsi kuormituslistallisen viiraosan koejaon koekoneella, Tavoitteena oli tutkia PK6:n uudistetun perälaatikon ja kuormituslistallisen viiraosan yhteensopivuutta. Tavoitteena oli selvittää kuormituslistaformerin optimaalinen huulivirtaama-alue TMP-pohjaiselle SC-massalle ja optimi formeritelan peittokulma. Perälaatikon koeajoissa selvitettiin lamellien pituuden, suihku-viirasuhteen, huulivirtaaman, retentiotason ja viiraosan alipaineiden vaikutusta paperin ominaisuuksiin. Koeajoissa kolmea eri lamellin pituutta tarkasteltiin (400 mm, 450 mm ja 550 mm). Tuloksien perusteella optimaalisimmaksi lamellin pituudeksi todettiin 400 mm, kun formaatiota, kuituorientaatiota ja huokoisuutta optimoitiin. Turbulenssi tason nostolla perälaatikossa ei ollut vaikutusta paperin formaatioon. Sen sijaan pitkiä lamelleja käytettäessä (550 mm) synnytetty turbulenssi ei ehtinyt rauhoittua ennen huuliaukkoa, joka näin huononsi formaatiota. Kuituorientaation hallittavuus parani turbulenssi tason nousun myötä. Uusinnan jälkeisessä tilanteessa vetolujuussuhteen (KSIPS) vaste suihkusuhde muutoksiin voitiin selvästi havaita. Formaatio parani retentiotason laskun myötä, lisäämällä listavedenpoiston suhteellista osuutta ja optimoimalla huulivirtaama tapauskohtaisesti. Pienellä huulivirtaamalla ajettaessa huokoisuus laski lievästi, sen sijaan virtaamaa kasvatettaessa huokoisuuden nousu oli selvempää. Koe paperikoneella suoritetuissa viira-osa koeajoissa optimaaliseksi huulivirtaama-alueen havaittiin kuormituslistalliselle viira-osalle olevan 155-175 l/s/m. Saatu virtaama-alue asettuu PK6:n nykyisen perälaatikon mitoitus virtaama-alueen rajoihin, joten investointi uuteen perälaatikkoon ei virtaama-alueen kannalta ole välttämätöntä. Optimaalinen peittokulma kuormituslistaformerille todettiin olevan 30-35°, jolla taataan riittävän korkea sulpun sakeus sen saavuttaessa listaosuuden. Lisäksi 300 mm:n virtauslamellien todettiin tuottavan parhaan formaatiotason. Koeajosarjan aikana neljää eri lamellin pituutta kokeiltiin. Tuotantomittakaavaisista koeajoista saatuja tuloksia voidaan pitää luotettavina. Sen sijaan koe-mittakaavaisia tuloksia voidaan pitää ainoastaan suuntaa-antavina, tuoremassassa olleiden vaihtelujen vuoksi. Koekone tuloksia voidaan kuitenkin pitää riittävän tarkkoina, tarvittavien johtopäätöksien tekemiseksi.
Description
Supervisor
Paulapuro, Hannu
Thesis advisor
Hulkko, Veli-Matti
Keywords
headbox, perälaatikko, vanes, lamelli, flowrate, virtaama, formation, formaatio
Other note
Citation