Painehiokkeen laadun hallinta taivekartongin valmistuksessa

Abstract

Tässä diplomityössä tutkittiin painehiokkeen valmistusprosessia ja sen laadun hallintaa taivekartongin valmistuksessa Stora Enson Anjalan Paperitehtaan hiomolla. Painehioke muodostaa taivekartongin runkokerroksen, joten sillä on suuri vaikutus itse taivekartongin lujuusominaisuuksiin. Erityisen haastavaa painehiokkeen laadun hallinnasta tekevät prosessin vaihteluherkkyys, vuotuiset vaihtelut raaka-aineen jäätymisen ja kuivumisen muodossa sekä tavoite alentaa energian kulutusta. Työn tavoitteena oli tunnistaa kartonkihiokeprosessista (H4 osahiomalinja) kriittisimmät prosessisuureet ja tutkia mahdollisuuksia vähentää laadussa tapahtuvia vaihteluita. Kriittisimmiksi prosessisuureiksi osoittautuivat ulkolämpötila, hiokkeen CSF-arvo (freeness) sekä kuidutukseen käytettävä energia niin hiomakoneilla kuin rejektijauhimilla.

Kokeellisessa osassa tutustuttiin H4 osahiomalinjan prosessikokonaisuuteen ja koeajojen suunnittelua varten perehdyttiin prosessidatan avulla ja prosessioperaattoreita haastattelemalla nykytoimintatapaan kartonkihiokkeen valmistuksessa sekä tutkittiin yhden vuoden ajalta ongelmallisimpia ajankohtia laadun kannalta. Koeajot kohdistuivat kivenalusmassoihin ja niitä vastaaviin EOK-arvoihin, rejektilinjan akseptin laatuun, kokonaisrejektisuhteen muuttamiseen, rejektijauhimien teho-laatu korrelaatioihin, hiomakivien käsittelyyn sekä poikkeuksellisten ajotilanteiden aiheuttamiin laadun vaihteluihin.

Tässä diplomityössä havaittiin, että rejektilinjan kapasiteetti on huipussaan, joka puolestaan estää laadun hallinnan rejektisuhteen muuttamisella. Painehiokkeen laatu muodostuu vahvasti kivenalusmassasta, jonka laadun seurantaa varten tutkittiin korrelaatiota hiomakoneen EOK-arvon ja laskennallisen kivenalusmassan välillä. Korrelaation pohjalta laadittiin kivikäsittelyn valvontasivu prosessinohjausjärjestelmään. Tätä tukemaan laadittiin kivikäsittelyaikataulu, joka ohjaa hiomakivien sorvausta ja rullateräystä. Poikkeustilanteissa, kuten kahden hiomakiven tuotannolla, laatu laski selvästi. Tätä korjaamaan tehtiin ohjeistus tuotantonopeuksien korjaamisesta, joka puolestaan eliminoi laadun vaihtelun kokonaan poikkeustilanteen ajaksi. Työn aikana tehtyjen ajotapamuutosten tuloksena hiokkeen laadussa tapahtuvaa vaihtelua saatiin vähennettyä selvästi.

Tulosten perusteella tehtiin jatkotoimenpideohjeet prosessin laadun hallinnan helpottamiseksi sekä otettiin kantaa talviolosuhteisiin varautumisesta ja hiomakoneen EOK-hallinnan tuomista säästöistä.

This is a study of pressurized ground wood pulp quality control at Stora Enso Anjala Mill PWG plant. PGW pulp is the base layer of folding boxboard, which makes it very important factor when considering FBB strength properties. PGW pulp quality control is challenging due to the fluctuating process, yearly changes in raw material (freezing and drying) and the need to lower process energy consumption. The aim of the study is to identify the critical process factors and find ways to minimize the quality fluctuations at the FBB PGW process line (H4). The most critical factors turned out to be the outdoor temperature, pulp freeness value (CSF) and the energy used for pulping at the grinders and reject refiners.

In the experimental part of this thesis the process complex was studied. For reference for the test runs the process data was analyzed and process operators interviewed to find out the current approach to quality control. One year of data was analyzed to find the most problematic time periods in quality control. The test runs were focused on correlation between pit pulp and grinder specific energy consumption (SEC), reject quality, total reject fraction change, correlation between power and pulp quality at the reject refiners, grinder stone treatment and quality fluctuations in abnormal process situations.

As a result of the test runs and data analysis, it was found that the reject line capacity is at its peak, which prevents the quality control through total reject fraction change. The quality of the PGW pulp is mostly based on pit pulp quality. To better control the pit pulp quality a correlation between calculated pit pulp CSF and grinder SEC was made and optimized for the production of FBB PGW pulp. Based on this correlation a control page was created in the process control software, DNA. This control page gives valuable information for grinder stone treatments. To support the software data, a schedule was made for the burring and sharpening of the grinder stone. In abnormal process situations, such as two grinder production, the PGW pulp quality was found to clearly decrease. Through data analysis it was found that this phenomenon can be reduced significantly by raising the production rate of the grinder ovens by 1 t/h. Some of the results of this study have already been taken into use and they have resulted in clear decrease in the pulp quality fluctuations.

Based on the results of this study, new operational guidelines were made to further develop the FBB PGW pulp quality control. This study also took on a stand on preparing the process for winter conditions and the potential economical savings resulted by grinder SEC management.