6. August 2014
Kirjoittajat: Ikka Kartovaara, Johan von Pfaler, Ismo Lehmus
Companies: Enso-Gutzeit Oy, Pankakosken kartonkitehdas
People: Ilkka Kartovaara, Ismo Lehmus, Johan von Pfaler
4.34. ControFlow formeri
Contro flow formeri Pankakosken KK III:lla
Pankakosken tehtaan tilanne 1970-luvun alussa
Enso-Gutzeit Oy:n Pankakosken kartonkitehdas oli 1970-luvun alussa sekä tekniikaltaan että tuotantotehokkuudeltaan täysin vanhentunut. V. 1975 käynnistettiin suunnitelma korvata kolme vanhentunutta kartonkikonetta yhdellä uudella ja modernilla tuotantolinjalla. V. 1976 lopulla katsottiin kuitenkin, että suunniteltu investointi ei olisi riitävän kannattava ja ryhdyttiin selvittämään vanhojen kartonkikoneiden uusimista.
Uusittu investointisuunnitelma valmistui projektipäällikkö Ismo Lehmuksen johdolla talvella 1977. Myöskään sen kannattavuus ei täyttänyt normaaleja investointikriteerejä ja yhtiön johto esitti valtiovallalle (suurimmalle omistajalle), että investointi voitaisiin toteuttaa vain edullisen erityisluoton avulla. Päätös erityisluotosta syntyi vasta vuoden päästä, maaliskuussa 1978. Uusitun investointisuunnitelman – KK I:n romuttaminen, KK II:n perusteellinen uudistaminen ja KK III:n märkäpään uusinta – toteutus käynnistyi välittömästi. KK II:n uusinta tehtiin ensin ja kone käynnistyi kesällä 1979.
CFF:n kehityshistoria
Tampella Oy oli v. 1973 tutustunut International Paper Companyn omistaman C. A. Leen kehittämään uuteen rainaustekniikkaan. Siinä kiilan muotoisesti kapeneva kaksoisviiraosa on paineenalainen. Paineistus tapahtuu sekoituspumpulla ja sen tekee mahdolliseksi huuliaukon ja rainaimen välin ja viiraosan reunat kattava tiivistys. Knoxvillessä (Tennessee, USA) oli 300 mm leyinen nonwoven-tuotteiden valmistukseen suunniteltu koekone. Siinä oli kiinteä 250 mm korkuinen huuliaukko.
Vuonna 1973 Tampella käynnisti Johan von Pfalerin johdolla yhteistyössä C.A. Leen kanssa kehitysohjelman CFF:n soveltamisesta monikerroskartongin valmistukseen. Formerin ja perälaatikon muunnostyöllä huuliaukoksi tehtiin 50 mm. Koeajot olivat lupaavia ja kehitystyötä jatkettiin. V. 1974 Tampella rakensi Knoxvillen koekoneelle 3-kanavaisen perälaatikon, jonka huuliaukkoa voitiin muuttaa ajon aikana. Viiraosan vedenpoistolaatikot varustettiin karkealla virtausmittauksella vedenpoiston säätämiseksi.
Perusteellisen koeajo-ohjelman jälkeen Tampella osti v. 1975 IP:lta CFF:n patentit ja käynnisti suunnitelman rakentaa CFF-yksikkö Inkeroisten koekoneelle. Inkeroisten yksikkö valmistui v. 1977. Se tarjosi monipuoliset mahdollisuudet uuden rainaustekniikan tutkimiseen. Kaikissa vedenpoistolaatikoissa oli magneettinen virtausmittaus ja koko viiraosan matemaattisen mallinnuksen avulla voitiin laskea viiran ja sulpun nopeussuhde kunkin vedenpoistolaatikon kohdalla.
KK III:n märkäpään uusinta
KK III:n investoinnin reunaehdot olivat uusinnalle tyypilliset. Tyydyttävä kannattavuus edellytti merkittävää tuotantokapasiteetin nostoa, mutta rajoittavana tekijänä oli käytettävissä oleva tila. Kehitysvaiheessa oleva CFF oli erityisen sopiva ratkaisu KK III:n uusintaan. Inkeroisten koekoneella tehdyissä koeajoissa oli todettu, että pystyyn sijoitetun CFF:n rainanmuodostuskapasiteetti oli parhaimmillaan kaksinkertainen samaan tilaan mahtuviin pressure formereihin verrattuna. Tuotantokapasiteetti olisi CFF:n avulla 100 ton/vrk kun se muuten olisi 50 ton/vrk (leikattu leveys 2,4 m). Koska CFF tarjosi muitakin etuja konventionaaliseen tekniikkaan verrattuna, tehtiin päätös sen hankkimisesta. Uusittu kone ja maailman ensimmäinen Contro Flow Former käynnistyi joulukuussa 1980.
Vallankumouksellinen CFF
CFF oli usealla tavalla vallankumouksellinen rainanmuodostusteknologia. Kaikissa muissa teknologioissa paineenalaisesta perälaatikosta purkautuva suihku tulee ns. vapaana suihkuna ulkoilmaan ja sitten lyhyen ilmavälin jälkeen kosketukseen viiran kanssa.
CFF:ssä ei ole vapaata suihkua. Perälaatikko ja formeri muodostavat yhtenäisen paineenalaisen tilan. Perälaatikon huuliosa on tiivistetty kapenevan kiilan muodostavaa kahta viiraa vasten niin tehokkaasti, että sekoituspumpulla aikaansaatu ylipaine säilyy rainanmuodostuksen loppuun saakka. Viirojen sivureunoissa on luonnollisesti myös tiivistys.
Kun kaksoisviiraformerin vedenpoistoa normaalisti säädetään muuttamalla paikallisesti viirojen kaarevuuden avulla niiden välissä vallitsevaa ylipainetta, niin CFF:ssä viirojen välissä olevan sulpun ylipaine on koko ajan vakio. Viirojen välisen kiilan geometriaa säätelevät listat on jaettu kapeiksi poikkisuuntaisiksi kammioiksi ja myös nämä kammiot ovat osa sekoituspumpulla paineistettavaa systeemiä. Koska viirojen läpi suotautuva vesi on paineenalaista, vedenpoistoa voidaan ohjata yksittäisten kammioiden ulosvirtausta säätävillä kuristusventtiileillä. Tämä mahdollisti koko viiraosan vedenpoistoa ohjaavan suljetun säädön.
Vapaan huulisuihkun puuttumisesta seuraa myös, että CFF:llä ei synny sisäänmenokidan aiheuttamaa kuituorientaatiota eikä sillä ole myöskään normaalin kaksoisviiraformerin rajoituksia huulisuihkun paksuus/nopeus-yhdistelmän suhteen.
Konventionaalisen formerin neliömassaprofiili määräytyy käytännössä täysin perälaatikossa ja huuliaukossa. CFF:ssä alkupään vedenpoistokammiot on jaettu poikkisuunnassa 30 cm levyisiin kammioihin ja neliömassaprofiilia voidaan pienessä määrin säätää myös viiraosalla.
Loppuarvio
Pankakosken CFF täytti pääosin sille asetetut vaatimukset. CFF oli omimmillaan kapealla ja melko hitaalla koneella. Sen avulla saatiin lyhyeen tilaan paljon rainanmuodostuskapasiteettia. 100 t/vrk mitoituskapasiteetti ylitettiin selvästi. Kolmikanavaisen perälaatikon avulla voitiin optimoida runkokerroksen rakennetta. Vedenpoistokapasiteettia rajoitti jonkin verran palstautumislujuus. Vedenpoistokapasiteetin kannalta ideaalisella ajotavalla – symmetrinen vedenpoisto – palstautumislujuus oli huono. Hyvä bonding saatiin poistamalla n. 70% vedestä rainan yläpuolen kautta.
Paineenalaisen vedenpoiston soveltaminen huomattavasti leveämmille koneille ja paljon suuremmalle tuotantokapasiteetille per leveysmetri osoittautui liian vaikeaksi. Pankakoskella perälaatikon syöttöpaine oli alle 30 kPa ja rainauksen leveys 3,1 m. Jo 5 m koneleveydellä ja 50 kPa syöttöpaineella olisivat riittävän jäykät (taipumien estäminen) viiranosan tukirakenteet tulleet ylivoimaisen raskaiksi. Myöskään formaatio/orientaatio-yhdistelmän suhteen CFF ei ollut täysin kilpailukykyinen kolmiviiraratkaisun kanssa. Luultavasti näiden tekijöiden takia Pankakosken ensimmäinen CFF jäi ainoaksi.