2. September 2011
Kirjoittajat: Antti Harju, Erkki Huusari, Leo Tila
Companies: Åbo Akademi, Ahlström, Hymac Ltd, Jylhävaara, Kajaani Oy, Kaukas, Myllykoski, Nokia Oy, Ontario Paper Co., Rauma-Repola, Tampella, Valmet, Yhtyneet Paperitehtaat
People: Adrian Barnett, Ahti Syrjänen, Erkki Huusari, Heikki Janhunen, Henrik Walden, Leo Lindroos, Leo Tila, Pekka Vihmari, Per-Erik Ohls, Ray Leask
3.1. Jylhä- kuumahierretekniikan kehitys 1970–80-luvuilla
Tämä on kertomus siitä, miten Yhtyneet Paperitehtaat Oy:n Kaipolan tehdas ja Jylhävaaran konepaja yhdessä kehittivät energiatehokkuudeltaan entistä oleellisesti paremman hierteen valmistusteknologian. Sillä tuotettu luja mekaaninen massa mahdollisti yhä kevyempien sanomalehti- ja luettelopaperien valmistamisen ilman sellua ja huomattavan sellusäästön myös vaativissa kevyissä aikakauslehtipapereissa.
Kertomuksen lähdeaineistoina on käytetty, osin suorina lainauksina DI Leo Tilan, DI Erkki Huusarin, Yhtyneet Paperitehtaat Oy:n Työn Äärestä lehden ja eri ammattilehtien artikkeleita. Käytössä on ollut myös runsaasti muistioita ja koeajoraportteja Kaipolan TMP- laitosten tiimoilta vuosilta 1969 – 1985.
Tämä on tarkoitettu pohjaksi TMP:n kehitykseen liittyvien asioiden talteen saattamiseksi uusien innovaatioiden pohjaksi.
Tausta ja alkuvaiheet
Kaipola oli käyttänyt tehtaillaan määrämittaan katkottua puuta puuhiomoidensa tarpeisiin. Tehtaalle toimitetun puun pituus oli 1 m, 2 m tai niiden kerrannaisia. 1965 ja 1966 taitteessa yhtiön metsäosasto siirtyi kustannussyistä puunkorjuussa ns. vapaamittaiseen puuhun, jolloin hiomopuun katkonnassa alkoi tehtaalla syntyä "epämääräisen" mittaista pätkää ns. "nutikkaa", joka ei enää soveltunut puiden hiontaan hiomakoneilla.
Kaipolassa tehtaanjohto havahtui tasauspätkistä aiheutuvaan suurehkoon puuhävikkiin. Tehtaanjohtaja Henrik Walden antoi Yhtyneet Paperitehtaat Oy:n Jylhävaaran konepajalle käskyn kehittää oma lastujauhin, jolla voitaisiin tehdä tasauspätkistä haketuksen jälkeen jauhamalla mekaanista massaa ns. kylmähierrettä (lastuhioketta). Kaipola sai määräyksen olla aktiivisesti mukana kehitystyössä.
Ensimmäinen jauhin oheisprosesseineen käynnistettiin Kaipolan tehtaalla vuonna 1969. Laitteistoa täydennettiin pian toisen vaiheen jauhimella, tehostetulla lajittelulla ja rejektin jauhatuksella. Kaipolan kylmähiertämön kapasiteetti oli tuolloin 30 – 40 tonnia päivässä. Koelaitos antoi paljon kokemusta ja oppia koko prosessista raaka-aineesta valmiiksi paperiksi. Täysimittaisten paperikoneajojen mahdollistamiseksi oli rakennettu 1000 m3 varastotorni, johon voitiin varastoida riittävästi massaa muutaman tunnin paperikoneajoja varten. Jylhävaaran konepaja jatkoi laitekehitystä erityisesti jauhimien ja jauhinterien alueella.
Maailmalla oli käytössä jo tuolloin tehdasmittakaavan hiertämöitä, jotka valmistivat massaa sanomalehtipaperin raaka-aineeksi. Suomessa Tampella oli kehittänyt oman lastujauhimensa, mutta jätti jatkokehityksen kesken ja keskittyi hiomoprosessien kehittämiseen.
Kuumahierreteknologian kehitys oli alkanut Pohjois-Amerikassa ja Ruotsissa 1960 -1970 luvun taitteessa. Erityisesti ruotsalaiset mainostivat kuumahierrettä energiaa säästävänä ja lujaa mekaanista massaa tuottavan prosessina. Massan kerrottiin olevan merkittävästi hiokkeen ja kylmähierteen valmistusprosesseissa syntyvää massaa tikuttomampaa. Saavutettujen edullisten vaikutusten kerrottiin olevan mahdollisia käyttämällä hakkeen esilämmitystä ja paineistamalla jauhatustapahtuma, jolloin jauhatus tapahtuu korkeammassa lämpötilassa kuin kylmähierremenetelmässä.
Yhtyneillä oli kehitystä seurattu aktiivisesti ja laadittu omia suunnitelmia. Kylmähierteeseen perustuneen koelaitoksen antamien rohkaisevien kokemusten pohjalta uskallettiin tehdä päätös rakentaa Jylhävaaran teknologiaan perustuva kuumahiertämö Kaipolaan muuntamalla ja täydentämällä olemassa olevaa kylmähiertämön prosessia. Toteutuksesta vastasivat Jylhävaaran konepajan suunnittelupäällikkö Ahti Syrjänen, Kaipolan tehtaiden massanvalmistuksen johtaja Leo Tila ja tehtaanjohtaja "Putte" Ohls taustajoukkoineen. Päätös koelaitoksen rakentamisesta tehtiin 1974 vuoden alussa ja laitos käynnistyi tammikuussa 1975. Tammikuun loppuun mennessä prosessi oli saatu uskottavasti toimivalle tasolle. Kehitettävää ja parannettavaa oli kuitenkin runsaasti. Heti laitoksen käynnistyttyä aloitettiin prosessin ajo-olosuhteiden optimoimiseksi diplomityö, jonka teki Heikki Janhunen. Laitekehitystä ja parannuksia toteutettiin tarvittaessa ympäri vuorokauden käyttäen sekä Jylhävaaran että paikallisten pienten konepajojen resursseja. Suunnittelu oli kaiken aikaa omissa käsissä akselilla Jylhävaara – Kaipola. Kehitystyön kannalta oli erityisen merkittävää, että koelaitoksen yhteyteen oli perustettu oma laboratorio, jossa töitä tehtiin 24 tuntia vuorokaudessa. Koeajojen tulokset ja raportit olivat useimmiten käytettävissä vuorokauden kuluessa koeajon päättymisestä.
Tehdasmittakaavaiset koeajot kuumahierteellä
Jo vuoden 1975 kevään aikana todettiin valmistetun massan hyvä lujuuspotentiaali ja siten selluloosan käytön alentamismahdollisuus sanomalehti- ja aikakauslehtipaperien valmistuksessa.
Käynnistyi mittava koeajojen sarja. Kaipolassa valmistettiin ensimmäisenä maailmassa sanomalehtipaperia pelkästä mekaanisesta massasta, kuumahierteestä. Valmistetun massan ominaisuuksia kehittämällä kyettiin jo saman vuoden aikana valmistamaan kevyitä luettelopapereita aina 40 g/m² saakka ilman sellua.
Jo keväällä 1975, vain muutama kuukausi koelaitoksen käynnistymisen jälkeen, oltiin niin vakuuttuneita kuumahierteen soveltuvuudesta valmistaa sanomalehtipaperia ilman sellua ja kevyitä sanomalehti- ja luettelopapereitakin vain pienen selluloosalisäyksen kanssa, että Kaipolassa alettiin ponnistella suurempikapasiteettisen laitoksen rakentamiseksi. Päätös 350 tonnia päivässä tuottavan TMP- laitoksen rakentamiseksi saatiin kesäkuun alussa 1975.
Yhtyneet Paperitehtaat Oy:n kuumahierretaival oli käynnistynyt!
Kehitystoiminta ja koeajot
Kaipolassa jatkettiin koeajoja sanomalehti- ja luettelopapereiden lisäksi myös TMP-pitoisten SC-papereiden kehittämiseksi. Varsin pian kyettiin valmistamaan 30 % täyteainetta sisältävää 65 g/m² SC-paperia sellutta. Täyteaineena käytettiin yhtiön oman Lahnaslammen talkkikaivoksen talkkia.
Kaipolan tehtaalla saavutettujen rohkaisevien tulosten innoittamana Jylhävaaran konepaja aloitti voimakkaan markkinointityön oman kuumahierreprosessina myymiseksi yhtiön ulkopuolisille asiakkaille. Hymac Ltd Kanadan kanssa solmittiin lisenssisopimus Pohjois-Amerikan markkinoiden saavuttamiseksi.
Koehiertämössä suoritettiin runsaasti koeajoja käyttäen eri puulajeja. Raaka-ainetta tuotiin jopa Keski-Kanadasta lentokoneella niin paljon, että oli mahdollista toteuttaa koeajo kuumahierteeksi. Massaa valmistettiin useille kotimaisille ja yhtiöille. Asiakkaina olivat mm. Kajaani Oy, Myllykoski Oy Kaukas Ab, Nokia Oy jne. Mielenkiintoinen ja merkittävä koeajo tehtiin 24–25.8.1976. USA:n etelävaltioista laivatusta 1500 kiintokuutiometrin etelän mäntyerästä valmistettiin kuumahierrettä ja siitä tehtiin edelleen sanomalehtipaperia. Tätä Southern Pine Days’in nimen saanutta tapahtumaa oli seuraamassa oli suuri joukko asiantuntijoita USA:sta ja Kanadasta. Päivä toteutettiin yhteistyössä Valmet Oy kanssa. Tavoitteena oli pääsy laitetoimittajiksi USA:n markkinoille. Osa valmistetusta kuumahierteestä kuljetettiin Valmet Oy:n Rautpohjan koelaitokselle, jossa vieraat pääsivät seuraamaan koeajoa kaksoisviirakoepaperikoneella. Raaka-aineena oli yksinomaan kuumahierre. Vierailijat pääsivät seuraamaan myös etelän männystä Kaipolassa valmistetun paperin koepainatusta Tampereella Aamulehden kirjapainossa.
Näitä tehdasmittakaavaisia koeajoja oli runsaasti ja ne yleensä onnistuivat hyvin. Jylhävaaran konepaja käytti Kaipolaa referenssinä TMP-laitosten myyntiponnistuksissaan. Koeajoja ja vierailuja riitti. Vuosien 1975 – 1977 Suomen paperitehtaiden huonon tilauskannan johdosta paperikoneaikaa oli reilusti käytettävissä tehdasmittaisiin koeajoihin.
Kaipolan "ison hiertämön" käynnistyttyä keväällä 1977 mahdollisuudet tehdasmittakaavaiselle kehitystyölle ja Jylhävaaran TMP-laitosten myyntiponnistuksille moninkertaistuivat. Laitoksen tuotanto oli 350 tonnia päivässä. Se oli kolmelinjainen ja perustui koehiertämöistä saatuihin kokemuksiin. Laitoksessa otettiin ensimmäisenä Suomessa käyttöön digitaalinen prosessinohjausjärjestelmä samanaikaisesti Ahlströmin Varkauden tehtaiden uuden Sprout-Waldronin toimittaman TMP-laitoksen ohjausjärjestelmän kanssa. TMP-laitos lähti linjoittain käyntiin huhti-toukokuussa 1977.
Joka toinen vuosi järjestettävä kansainvälinen mekaanisten massojen konferenssi oli Suomessa kesäkuussa 1977. Kaipola kutsui sen osanottajat yli 300 henkilöä eri puolilta maailmaa tutustumaan Kaipolaan ja sen uuteen TMP-laitokseen. Samanaikaisesti oli rinnakkaisvierailukohteina Varkauden ja Summan uudet TMP-laitokset. Vierailun aikana kaikki Kaipolan paperikoneet ajoivat kolmen tunnin ajan katkoitta pelkästä kuumahierteestä tehtyä paperia. Tapahtuma oli 9. kesäkuuta 1977. Se oli valtava näyttö siihen maailman aikaan.
Kaipolassa oli 1977 heinäkuussa koko tehtaan seisokki ja lähes koko väki kesälomalla. Kehitystyötä jatkettiin kuitenkin kiivaasti. Uudella TMP-laitoksella tehtiin runsaasti erityisesti peroksidivalkaisuun liittyvää kehitystyötä. Kokeissa päästiin lopulta noin 78 prosentin vaaleuteen käyttäen hyväksi lajittelemattoman hierteen korkeaa sakeutta ja valkaisukemikaalien annostelupaikkojen optimointia. Tuloksia tarvittiin mm. Neuvostoliittoon Syktyvkarin tehtaalle myydyn TMP-laitoksen takuuehtojen saavuttamiseksi. Valmistetun massan ylösotto asiakaskoeajoja varten tapahtui ajamalla se paperiksi Kaipolan PK2:lla, jolla oli miehitys päivävuorossa. Kaikki edellä mainittu toteutettiin erittäin huonossa taloudellisessa tilanteessa. Usko kehitystyön hedelmiin oli luja.
Energian kulutus
TMP:n hyvien lujuusominaisuuksien hintana oli korkea energiankulutus. Tästä syystä TMP-laitosten yhteyteen oli rakennettu lämmöntalteenottosysteemejä, joissa jauhatusprosessissa syntyvän prosessihöyryn lämpöenergiaa siirrettiin vesien lämmitykseen.
Jylhävaaran koneapaja aloitti pian TMP-koelaitoksen käynnistymisen jälkeen yhdessä Kaipolan tehtaan kanssa tutkimustyön ja laitekehityksen TMP- höyryn talteen ottamiseksi korkeapaineisena. Perinteisesti TMP-laitoksissa 2-vaiheen jauhatus oli tapahtunut paineettomilla jauhimilla. Jylhävaara kehitti prosessia Kaipolassa ja sen yhtenä merkittävänä saavutuksena oli 2-vaiheen jauhatuksen paineellistaminen vuoden 1976 lopulla. Kehitystyötä jatkettiin 2-vaiheen jälkeisen paineellisen purkaussyklonin kehitystyöllä ja lämmön talteenottoratkaisujen kehittämisellä. TMP-prosessissa syntyvän höyryn ominaisuuksien ja sen lämmönvaihtolaitteistolle asettamien vaatimusten selvittämiseksi teetettiin Kaipolassa diplomityö, jonka tekijäksi valittiin Åbo Akademin opiskelija Leo Lindroos.
Yhteistyössä Rauma Repolan lämmönvaihdinasiantuntijoiden kanssa edettiin kehitystyössä niin, että 1979 lopulla konsepti oli paperilla valmis ja prosessilaitteisto saatiin koekäyttöön 1980. Jauhimilta saatavan prosessihöyryn avulla höyrystettiin lämmönvaihtimessa paperikoneelta palaavaa lauhdetta ja näin saatiin kylläistä matalapaineista höyryä, jota voitiin käyttää suoraan paperikoneen kuivautusryhmillä paperin kuivatukseen. Höyry johdettiin voimalaitoksen ja paperikoneiden 4 ja 5 väliseen höyrylinjaan. Uskottiin ja myös toteen näytettiin, että jauhatukseen käytetystä sähköenergiasta kyettiin näin ottamaan talteen paperin kuivatukseen soveltuvana höyrynä yli 60 %.
1980 konsepti alkoi olla valmis ja kustannustehokkuudeltaan kilpailukykyinen hioke/sellupohjaisiin paperin valmistusprosesseihin nähden. Etuna olivat lisäksi laajemman raaka-ainepohjan käyttömahdollisuus mm. erilaiset hakkeet.
Jatkokehitys
Yhtyneitten johto oli pohtinut Jämsänkosken tehtaitten tulevaisuutta. Vanha sulfiittiselluloosatehdas ja hienopaperikoneet eivät olleet enää kovin kilpailukykyisiä. Kaipolassa tehdyt koeajot SC- paperin valmistamiseksi TMP:stä ja käyttäen täyteaineena talkkia olivat antaneet lupaavia tuloksia. Yhtiön johto teki päätöksen vuoden 1979 lopulla Jämsänkosken tehtaitten tuotantosuunnan muutoksesta. Sulfiittisellutehdas suljetaan ja tilalle rakennetaan TMP-laitos ja uusi SC-paperia valmistava paperikonelinja.
Jämsänkosken PK 5 käynnistyi syksyllä 1981. Yhtyneillä Paperitehtailla ja erityisesti sen Jylhävaaran konepajalla oli nyt merkittävä referenssi TMP- laitosten valmistajana ja kustannustehokkaiden prosessiratkaisujen kehittäjänä. Jämsänkosken TMP-laitoksen rakentamisen projektipäällikkönä toimi DI Leo Tila, joka palasi Espanjasta greenfield CTMP-rakennusprojektista, jonka projektin johtajana hän oli toiminut. Projekti-insinöörikseen Leo sai Kaipolasta DI Heikki Janhusen. Jämsänkosken TMP laitoksen rakentamiseen oli nyt yhtiön sisältä saatu kokeneet ja innovatiiviset tekijät. Yhteistyö akselilla Jämsänkoski - Jylhävaara - Kaipola sai nyt näyttää parasta osaamistaan. Toteutettu lämmön talteenottolaitos tuotti tehokkaasti höyryä paperin kuivatukseen ja on käyttökelpoisessa kunnossa ja on käytössä vielä vuonna 2008.
Projektin tuloksena syntyi paitsi hyvä TMP laitos SC-massan valmistamiseksi, myös runsaasti yhtiön sisäistä osaamista projektihoidosta. Jatkoa seurasikin pian mm. Shottonin tehtaan rakentamisen myötä. Jämsänkoskella voitiin nyt yhtiön sisällä jatkaa tehokkaasti Jylhävaaran TMP-prosessin kehitystyötä Kaipolan laitoksen lisäksi. Jylhävaaran konepaja oli jo vuonna 1976 saanut käyttöönsä oman terätehtaan jauhinterien valmistamiseksi, mikä nopeutti prosessikehitystä merkittävästi.
OPCO
Ontario Paper Company, Yhtyneet Paperitehtaat Oy Jylhävaaran konepaja ja Hymac olivat vuonna 1979 tehneet yhteistyösopimuksen ns. OPCO- prosessin kehittämisestä tehdasmittakaavaisen koelaitoksen avulla. Laitos rakennettaisiin Kaipolaan TMP-koelaitoksen yhteyteen. OPCO- prosessin tavoitteena oli korvata selluloosaa ensisijaisesti sanomalehtipaperin valmistuksessa. Kanadan vanhat sulfiittisellutehtaat olivat runsaasti ympäristöä saastuttavia ja kustannustehottomia.
OPCO-prosessissa kuituja käsitellään sulfiitilla jauhatusvaiheiden välissä, 2-vaiheen jauhatuksen jälkeen tai pelkästään lajittelun rejekteille. Vanhat hiomot voisivat jatkaa toimintaansa. Kokonaisuutena prosessi olisi ympäristöystävällisempi. Vähemmästä saataisiin enemmän. Prosessin isä oli Ontario Paper Companyn Ray Leask. Ensimmäinen tehdasmittainen koeajo tehtiin Kaipolassa syksyllä 1979 erittäin monivaiheisin tilapäisjärjestelyin. Jauhettu TMP kuljetettiin rekalla Heinolaan, jossa se keitettiin Tampellan puolisellutehtaalla ja tuotiin takaisin Kaipolaan, jossa keitetty massa pulpperoitiin, lajiteltiin ja rejektit jauhettiin. Valmis massa käytettiin osana paperikoneajoa 48,8 g/m² sanomalehtipaperin valmistuksessa. Yhdessä koepisteessä massakoostumus oli: 50 % hioketta, 22 % hierrettä ja 28 % OPCO- massaa. Valmis paperi oli ominaisuuksiltaan vertailukelpoinen vastaavaan hioke/sellupohjaiseen paperiin. Laajempia kokeita ja prosessilaitteiston kehittämistä varten rakennettiin koelaitoksen yhteyteen 50 tonnia päivässä tuottava koelaitteisto kesäksi 1981. Kesän ja syksyn aikana tehtiin laaja koeajojen sarja prosessin optimoimiseksi ja laitteistojen kehittämiseksi. Näitä koeajoja olivat hoitamassa Jylhävaarasta Pekka Vihmari ja Ontario Paper Co:sta Adrian Barnett. Aiheesta on julkistettu artikkeli mm. Pulp & Paper- lehdessä no. 10/October 1980.
Yhteenveto
Jylhävaaran konepajan TMP- konseptin kehittäminen vuosina 1975 – 1981 lämmön talteenottoineen on merkittävä näyttö pienen konepajan ja yhtiön mahdollisuuksista kehittää myyntikelpoinen prosessi. Tehdylle kehitystyölle oli ominaista innovatiivisuus, nopeus, ennakkoluulottomuus ja yhteistyökykyisyys. Yhteistyö Jylhävaaran konepajan, Kaipolan paperitehtaan, Aamulehden ja asiakkaiden kesken oli mutkatonta ja avointa. Koko prosessia kaikkine osa-alueineen kehitettiin alusta alkaen loppuasiakkaiden tarpeet huomioiden. Samalla etsittiin kilpailukykyisiä ratkaisuja niin raaka-aineen kuin energiankäytönkin osalta. Prosessikehityksessä pyrittiin mahdollisimman suoraviivaisiin ja yksinkertaisiin ratkaisuihin. Vuoden 1983 joulukuussa Moskovassa pitämässään esitelmässä Erkki Huusari toteaa mm. seuraavaa:
”Tämän päivän Jylhä-kuumahierretekniikka kulkee kehityksen kärjessä. Tästä ovat osoituksena mm. seuraavat innovaatiot:
- hierteen kaksivaiheinen painejauhatustekniikka (Tandem)
- kuumahierrehöyryn käyttö paperin kuivaukseen
- yhteistyössä Ontario Paper Co:n kanssa kehitetty OPCO- tekniikka
- lehtipuun hyödyntäminen painopaperin raaka-aineena, seoshierto-CTMP-prosessin avulla
Uusien prosessien asettamat vaatimukset laitekehitykselle ovat olleet suuret,. Vuosien mittaan laitteet ovat myös läpikäyneet käytännön kokemuksesta saadut muutostarpeet ja tänään voimmekin luvata Jylhä-laitteiston täyttävän käyttäjän sille asettamat ankaratkin vaatimukset. Oma tärkeä osuutensa kehitystyössä on luonnollisesti se jatkuva intensiivinen työ, jota tehdään uusien ja parempien jauhinterien kehittämiseksi. Oma jauhinterien valmistus antaakin tälle työlle parhaat mahdollisuudet.”
Uutta prosessia kehitettäessä korostuu kaikkien osapuolten – koneenrakentajan, paperinvalmistajan, painajan ja tutkimuksen – yhteistyön merkitys. Ilman sitä ei onnistumiselle ole edellytyksiä.
Vuoteen 1984 mennessä Jylhävaara oli toimittanut tai toimittamassa yli 20 TMP-laitosta maailmanlaajuisesti.