Papperstillverkning är en av de mest komplicerade industriella processer som finns och kvalitetskontrollsystem (QCS) för pappersmaskiner är därför avgörande för att garantera att den färdiga produkten håller höga ställda kvalitetskrav.
Text: Simon Matthis
Två av världens största QCS-leverantörerna är baserade i vårt närområde, i Sverige och Finland, nämligen ABB och Valmet. De sistnämnda har nyligen uppgraderat sitt QCS-erbjudande för kunder inom förpacknings- och nonwovenindustrierna.
ABB å sin sida har häromåret installerat ett uppgraderat QCS på två massatorkmaskiner hos Södra Cell Mörrum. Enligt Lennart Willander, produktionschef på Södra Cell Mörrum, är det nya ABB-systemet ”den största förändringen för brukets operatörer sedan maskinstarten 1962”.
Mätningar
Med hjälp av sensorer mäter QCS kontinuerligt pappersbanans olika egenskaper som basvikt, tjocklek, ask- och fukthalt. Dessa är de grundläggande mätningarna. Andrar parametrar - som ljushet, porositet, fiberorientering och olika ytegenskaper bland annat – kan komplettera de grundläggande mätningarna.
Målet är att bibehålla en jämn, homogen kvalitet som uppfyller användarnas ekonomiska krav. Systemen är utformade för att mäta materialegenskaper i två dimensioner: i maskinriktningen (MD) samt tvärs maskinriktningen (CD).
Att sensorerna sitter säkert monterade i en robust konstruktion och inte påverkas av temperaturskillnader eller andra miljöfaktorer är av central betydelse, eftersom hög noggrannhet eftersträvas i mätningar som sker under krävande och varierande förhållanden.
Anpassar skannerns hastighet
Sensorer som mäter papperskvaliteten (så kallade onlinemätare) är monterade på en sensorram och rör sig över pappersbanan och styrs av skannerstrålen. Det tar i snitt mellan 10 och 30 sekunder för skannern att röra sig tvärs över pappersbanan från kant till kant. Valmet betonar vikten av att, efter behov, kunna anpassa skannerns hastighet, det vill säga öka eller minska hastigheten på den.
”Kärnan i ett framgångsrikt kvalitetskontrollsystem (QCS) är att veta vad som händer vid varje givet ögonblick. QCS måste hantera processtörningar och övergångar exakt för att minimera slöseri och uppnå högsta möjliga effektivitet”. För Valmet att skannern anpassar sig efter processituation. ”Under uppstarter, inkörningar, återställning efter banbrott eller graderingsändringar till exempel så optimeras skannerhastigheterna efter de exakta MD- och CD-kontrollbehoven för tillfället”.
Valmets breddade QCS-erbjudande
QCS används i pappersmaskiner, kartongmaskiner, mjukpappersmaskiner och massatorkmaskiner bland annat. Valmets nya QCS-erbjudande, som lanserades så sent som i november i år, presenteras som en breddning av användningsområdena till att passa förpacknings- och nonwovenstillverkares behov bättre.
Detta genom att komplettera QCS med fyra nya mätningar för att korrekt mäta råmaterial, färg och askinnehåll. ”De nya mätningarna gör att förpacknings- och nonwoventillverkare kan bibehålla önskad produktkvalitet samtidigt som de optimerar råvaruanvändningen ytterligare, vilket resulterar i ökad resurseffektivitet och minskat koldioxidavtryck”.
– De nya produkterna ger laboratorienoggrannhet till onlinemätningar. Våra spektrometermätningar ger till exempel nya möjligheter för att mäta funktionella bestrykningar som biobarriärer, additiv och polymerer, kommenterar Mikko Viitamäki, Valmet affärschef för Quality Management Solutions.
Spektrometermätningarna tillhandahåller direkta onlinemetoder för att noggrant mäta proportioner och vikt av råmaterial – såsom fiber, vatten, bindemedel, additiv och polymerer med beröringsfri teknik. Andra mätningar drar nytta av avancerad LED-teknik eller röntgen för att detaljerat beskriva olika egenskaper eller detektera effekterna av olika tillsatser.
Södra Cell Mörrum
Våren 2023 lade ABB sista handen vid en uppgradering av QCS för massatorkmaskinerna TM1 och TM2 på Södra Cell Mörrum i Blekinge, som producerar 300 000 ton barrpappersmassa och 170 000 ton dissolvingmassa om året. Den nya QCS-lösningen installerades mellan 2021 och 2023.
En utmaning i projektet var integrationen med äldre ställdon från tredje part och att ansluta äldre korsriktade kontrollenheter till det nya QCS-systemet.
Efter implementeringen har operatörerna knappt behövt göra några manuella justeringar alls, medan sådana skedde ”nästan dagligen” tidigare, enligt ABB. Förändringen ska ha lett till bättre körbarhet för maskinen och färre kassationer, vilket ”förbättrar effektiviteten i hela processen”.
Det nya systemet har också medfört ångbesparingar och en minskning av produktionsförluster med 2 procent, vilket kan låta litet men det motsvarar en minskning med 1100 ton koldioxidutsläpp per maskin. Lennart Willander, produktionschef TM1 & TM2, talar om den största som hänt för brukets operatörer sedan maskinstarten 1962, och han betonar också de ”betydande energibesparingar” det medfört.
Tester av prestanda
Kopplat till kvalitetskontroll hör tester av papper - och pappersindustrin har en omfattande verktygslåda av tekniker till hands för att kontrollera papperets kvalitet och prestanda. Testerna är användbara för att till exempel karaktärisera ett pappers hållfasthet. I en lång artikel går branschsajten Pulp and Paper Technology i detalj igenom de olika testmetoder som finns tillgängliga. De viktigaste av dessa är:
- Sprickstyrka: Det här testet visar hur stor påfrestning papperet klarar av innan det spricker. Papperet komprimeras tills det spricker och graden av komprimering dokumenteras. Specifikt är sprickstyrka ett viktigt mått på papperets prestanda under användning, särskilt i förpackningar.
- Kompressionstestning med kort intervall: Kompressionstestning med kort intervall är mycket viktigt för papper som används i förpackningar och kartonger eftersom det avslöjar hur effektivt papperet klarar komprimering i korta intervall. Detta test gör det möjligt för tillverkare att kontrollera hur de pappersbaserade produkterna kommer att prestera under belastning eller under tryck från stapling.
- Ringkrosstest: Ringkrosstestet mäter också tryckhållfastheten hos papper vid sidan av kompressionstestet. I detta test placeras en liten bit papper i en cirkulär behållare och utsätts för kompressionstryck tills det deformeras. Testet är viktigt för att undersöka styrkan hos wellpapp som används i de flesta förpackningar.
- Rivstyrka/motstånd: Rivstyrka eller -motstånd betyder papperets styrka eller förmåga att motstå sönderrivning. Detta är viktigt test för att fastställa papperets rivstyrka vid utskrifter eller när det används i förpackningar. Papper som används i förpackningar kräver särskilt hög rivhållfasthet eftersom materialet sannolikt kommer att slitas sönder.
- Vattenabsorptionsförmåga & Cobb-test: Cobb-testet är ett test som används som ett mått på pappers vattenabsorptionsförmåga. Detta test bestämmer mängden vatten som ett pappersprov kommer att absorbera under en given tid. Denna funktion är avgörande i förpackningsapplikationer såväl som vid utskrifter där bläckpenetration spelar en viktig roll.
- Asktestning: Asktestning är en procedur som avslöjar andelen fyllmedel i material eller mängden oorganiskt material i papperet. I praktiken påverkar askinnehållet i papper dess tryckbarhet, jämnhet och styrka i viss utsträckning. Asktestning hjälper tillverkare att ta reda på det bästa receptet för en viss pappersprodukt utifrån den avsedda användningen.
- Kontrastförhållande, metod för opacitetsmätning: Transparens syftar på papperets utskriftsegenskaper vad gäller att dölja eller visa text eller bild när det ses från andra sidan.
- Pappers- och bläcktestning: För att fastställa ett pappers kompatibilitet med många typer av bläck är det nödvändigt att utföra pappers- och bläcktester. Testet avslöjar absorptionshastigheter och bläcktorktider samt färgvariationen. Utskriftskvaliteten beror mycket på interaktionen mellan papper och bläck.
