專利名稱：填料含量保持不變的紙的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及填料含量保持不變的紙的一種生產(chǎn)方法。
本發(fā)明用于生產(chǎn)任何類型的含有填料和保持劑的紙。填料含量可從很低含量到很高含量，例如從紙的總重量的百分之一或百分之幾到30％。保持劑的重量含量比填料含量低得多，通常只是填料含量的幾分之一，兩者之間一般存在一定關(guān)系。
紙主要由紙漿纖維構(gòu)成。紙漿可用機械方法、化學(xué)機械方法和化學(xué)方法生產(chǎn)。木化纖維素材料、包括軟木和硬木用作生產(chǎn)紙漿的初始材料。紙漿供應(yīng)一般由不同紙漿纖維混合而成。這些紙漿可以是不經(jīng)漂白的、經(jīng)半漂白的和經(jīng)全漂白的，經(jīng)全漂白的紙漿為主導(dǎo)紙漿?；厥绽w維可全部或局部地構(gòu)成紙中的基材。紙漿有時可包括合成纖維的混合物。紙中可有作為其他一種或多種成分的紙化學(xué)物。這類普通添加劑舉例有淀粉、疏水劑、色料和熒光增白劑。某些紙要經(jīng)過后處理。后處理舉例有表面上漿、涂布和壓光。
可包括填料的紙的種類舉例有高級紙張即非涂布和涂布書寫紙和印刷紙、證券紙、襯墊紙、標(biāo)簽紙、處方紙和信封紙。含木印刷紙如新聞和雜志紙也可含有填料。
背景技術(shù)：
使用含填料紙的主要原因是為了改進(jìn)紙的某些特性。一個重要特性是紙的不透明性。某些填料提高了紙的亮度和/或白度。這類填料的一個例子是PCC(沉淀碳酸鈣)。該填料還可提高紙的表面光潔度、從而提高可印刷性。此外，大多數(shù)填料單位重量(千克或噸)的成本大大低于紙漿纖維。全漂白化學(xué)紙漿的情況更是如此。因此該填料混合物導(dǎo)致造紙成本下降。應(yīng)該指出，使用填料、特別是使用大量填料也有風(fēng)險，因為與不含填料的紙比較含填料紙的強度多多少少下降。
在含填料紙的生產(chǎn)過程中首先生產(chǎn)厚紙漿懸浮液?？捎貌煌椒ㄉa(chǎn)該懸浮液。在用成捆干紙漿造紙時，紙漿在水中、通常在來自長循環(huán)的白水中碎漿以獲得厚紙漿懸浮液。在用從旁邊一紙漿車間經(jīng)管道送到該造紙車間的紙漿懸浮液造紙時，該懸浮液通常首先脫水、例如從約2％的濃度脫水到約15％的濃度以獲得粘結(jié)紙漿塊。沒有紙漿纖維的所獲得的水經(jīng)一管道送回該紙漿車間重新用來把新鮮紙漿纖維送到該造紙車間。在該造紙車間得到的紙漿塊粉碎后與來自長循環(huán)的白水混合，以生成厚紙漿懸浮液。
作為紙漿纖維的厚紙漿懸浮液，在該系統(tǒng)中作進(jìn)一步處理前，通常進(jìn)行打漿過程。如紙漿供給包括比方說兩種不同紙漿，這兩種紙漿懸浮液混合在一起前通常分開打漿。
在以下造紙過程中會生成較大量的破碎的紙。有若干原因造成破碎的紙。一個主要原因是因為行進(jìn)中的紙幅的外邊緣通常要裁去。另一個原因是報廢，即所生成的紙周期性地不符合對其的品質(zhì)要求。第三個原因是行進(jìn)中的紙幅由于這一或那一原因發(fā)生斷裂。這類廢紙通常在廢紙碎漿機中在白水中碎漿后送回該造紙鏈。由于用作起始材料的廢紙含有填料，因此生成的厚紙漿懸浮液中也含有填料。這些廢紙的數(shù)量可高達(dá)40％或更高，因此其本身就是問題。但是，在這一方面一個更嚴(yán)重的問題是廢紙的數(shù)量通常隨時間而變。這意味著，輸入的厚紙漿懸浮液的填料含量也隨時間而變。
厚紙漿懸浮液在其傳輸?shù)蕉萄h(huán)和網(wǎng)前箱的途中間歇地用白水稀釋。在懸浮液稀釋時可把一種或多種紙化學(xué)物供給厚紙漿懸浮液。在短循環(huán)起始處、例如在網(wǎng)下白水坑用大量白水稀釋紙漿懸浮液以獲得固體物質(zhì)含量低的漿料?？稍谌舾晌恢蒙习研迈r填料供給紙漿懸浮液、例如供給厚紙漿懸浮液或網(wǎng)下白水坑緊下游的漿料?？稍谏鲜鑫恢蒙稀⒁部芍笤诙萄h(huán)中即靠近網(wǎng)前箱處把保持劑供給紙漿懸浮液。
紙漿懸浮液中液相的主要部分由保持不變的循環(huán)白水構(gòu)成。但可用新鮮水補充白水的永久性或暫時不足。
大多數(shù)填料呈粒狀，其表面積(例如直徑小于10μm)比紙漿纖維(例如長3000μm，寬30μm)小得多。填料不怎么可能靠自身附著在紙幅上或自發(fā)被紙幅吸附。當(dāng)在造紙網(wǎng)上形成紙時，實際上所有紙漿纖維會固定在造紙網(wǎng)上而在其上形成一紙床或紙網(wǎng)。該紙網(wǎng)中的孔數(shù)決定于許多因素，其中有該造紙機中使用的造紙工藝的類型和所生成的紙的單位面積的重量或克數(shù)?？藬?shù)的增加與紙漿纖維床厚度的增加直接有關(guān)。紙漿纖維床厚度的增加自然會造成所吸附的填料的數(shù)量的增加。但是，填料的自發(fā)吸附或保持不足以在紙中提供所需填料含量。因此必須加入一種或多種物質(zhì)或化學(xué)物幫助把填料保留在紙漿纖維中、從而保留在離開造紙網(wǎng)后比方說送入該造紙機的壓榨部中的濕紙幅中。濕紙幅與之一起傳送到一循環(huán)毛毯。該物質(zhì)或化學(xué)物稱為保持劑。使用保持劑造成較多填料保留在紙幅中和較少填料滑過紙漿纖維床與排放水或白水一起經(jīng)造紙網(wǎng)向下流入網(wǎng)盤中。盡管使用保持劑甚至使用大量保持劑，當(dāng)送入網(wǎng)前箱后散布在造紙網(wǎng)上的漿料中的填料只有一小部分固著在紙幅中，而大部分填料隨排放水一起流過紙幅和底下的造紙網(wǎng)。這意味著，白水中填料數(shù)量仍較高，從填料在整個系統(tǒng)(主要是在短循環(huán)和長循環(huán)中循環(huán)的大量白水)中的總數(shù)量來看非常大。
從上述情況不難看出，很難控制含填料紙的生產(chǎn)過程使得最終產(chǎn)品即紙成品的比方說用一定百分比值表示的填料含量或填料濃度始終保持不變。紙的使用者和購買者要求紙的質(zhì)量穩(wěn)定，在這方面重要的是紙的填料含量保持不變，不同批紙張的填料含量應(yīng)保持不變。
為了在上述方面控制紙的制造，長久以來使用借助于某類測量裝置進(jìn)行的測量操作。這些測量操作之一是通常在該造紙機終端處使用非破壞性測量方法確定行進(jìn)中紙幅的填料含量，所述填料含量有時稱為灰分含量。另一測量操作是確定短循環(huán)中或短循環(huán)緊旁一位置上白水的填料含量。也可與已存在在白水中的少量紙漿纖維一起確定填料濃度(總濃度)。這兩種測量過程通常間歇地進(jìn)行，各次測量之間的時間間隔從比方說幾秒到比方說30秒。
在現(xiàn)有控制方法中，保持劑的添加和填料的添加在添加過程中變動。保持劑的添加量只根據(jù)在白水中測得的填料數(shù)量確定，而填料的添加量根據(jù)在紙幅中測得的填料含量確定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這一控制方法導(dǎo)致紙成品填料含量的較大變動。由于只容許紙的填料含量在很小范圍內(nèi)變動，因此必須報廢的紙的數(shù)量太多。而且，由于該控制方法，紙從一填料含量變?yōu)榱硪惶盍虾?、比方說從15％變?yōu)?9％或從19％變?yōu)?5％所用時間過長，從而不得不報廢大量的紙。上述控制方法無法全部克服由輸入厚紙漿懸浮液中填料數(shù)量的變動造成的前述問題。在比方說厚紙漿懸浮液或紙漿中增加填料來矯正新測得的紙成品中填料含量過低的努力注定在某種程度上遭到失敗，因為該系統(tǒng)中液體、主要是白水的總數(shù)量很大，這意味著，循環(huán)填料的數(shù)量也很大，從而在該系統(tǒng)中即時增加填料數(shù)量無法迅速有效地提高該循環(huán)液體系統(tǒng)中的填料濃度、從而使得更多數(shù)量的填料固著、保留在紙幅中。由于這些原因這類系統(tǒng)的控制極慢。
芬蘭專利申請97 4327及其對應(yīng)國際(PCT)專利申請WO 99/27182除了其他方面公開了一種方法，據(jù)說能比公知方法更快、更有效地控制造紙機短循環(huán)中的紙張?zhí)匦浴＜垙執(zhí)匦灾饕讣埖奶盍虾?。顯然該方法基于上述公知方法并輔之以一未詳細(xì)說明的過程，在該過程中，根據(jù)測得的白水中填料濃度和測得的紙的填料含量或灰分含量(該文所用術(shù)語)連續(xù)添加填料和連續(xù)添加保持劑。
發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題如上所述，在制造含填料紙中迄今用來控制填料含量的方法造成所得填料含量的過高變動。使用這一方法還造成紙從一填料含量變?yōu)榱硪惶盍虾繒r轉(zhuǎn)換時間過長。這兩個不足都造成大量紙成品報廢。
解決辦法本發(fā)明提供這些問題的一種解決方法，涉及填料含量保持不變的紙的一種生產(chǎn)方法，該方法包括a)在向一造紙機的網(wǎng)前箱的方向上傳送一含有水、紙漿纖維、通常來自碎漿廢紙中的填料和通常是各種紙化學(xué)物的厚紙漿懸浮液；b)在該厚紙漿懸浮液傳送到網(wǎng)前箱的途中把水、通常是白水加入其中以形成一漿料；c)把至少一種填料加入該厚紙漿懸浮液中和/或該漿料中和/或所添加的水中；d)把至少一種保持劑加入該厚紙漿懸浮液中和/或該漿料中和/或所添加的水中；e)用網(wǎng)前箱把最后制備的漿料散布到一濕裝置、通常是一網(wǎng)部上形成一濕紙幅，然后在該濕裝置下方收集從紙幅排放的稱為白水的水后把所述白水傳回該造紙過程，以把所述水供給新鮮厚紙漿懸浮液，該白水通常分為分別稱為短循環(huán)和長循環(huán)的兩基于液體的材料流；f)使得該濕紙幅離開該濕裝置后一般在至少一工段中壓榨和干燥該紙幅，然后可選擇地處理該紙幅和/或把該紙幅收集在卷取輥上或把該紙幅轉(zhuǎn)換成紙張；以及g)在某一位置上測量該紙的填料含量；h)最好在短循環(huán)中或在短循環(huán)緊旁一位置上測量填料濃度或白水中或漿料中填料加上紙漿纖維的濃度(總濃度)，其特征在于，填料的添加量使得用填料把該系統(tǒng)緩沖到一通常是預(yù)定的濃度大小(控制值)，所述大小由測量過程(h)估計；只根據(jù)在白水中或在漿料中測得的填料濃度大小連續(xù)添加填料，至少長遠(yuǎn)看來，當(dāng)測得的大小低于控制值時增加填料添加量，當(dāng)測得的大小高于控制值時減小填料添加量，使得該白水系統(tǒng)或緩沖系統(tǒng)始終有足夠填料進(jìn)入以確保紙幅吸收所需數(shù)量的填料；只根據(jù)此時測得的紙中的填料數(shù)量(g)連續(xù)添加保持劑，當(dāng)測得的紙中填料數(shù)量應(yīng)低于保持不變的值時增加保持劑的添加量，當(dāng)該數(shù)量高于應(yīng)保持不變的值時減小保持劑的添加量，從而把紙的填料含量迅速校準(zhǔn)回應(yīng)保持不變的值。
該填料可使用任何公知填料。十分可能使用不止一種填料。該填料或這些填料可在一個或多個位置上供應(yīng)。通常使用一種填料，在短循環(huán)起始處一位置上把全部填料供給漿料。也可分成兩個或多個部分添加填料，例如分成兩部分，一部分供給厚紙漿懸浮液，另一部分供給漿料。在添加過程中這兩部分量可以變動，也可一部分量固定或保持不變，另一部分量變動。填料的例子有高嶺土、碳酸鈣(自然態(tài)碳酸鈣如石灰石、大理石和白堊或新生成碳酸鈣PCC)、二氧化鈦和滑石。
單位時間加入該系統(tǒng)中的填料數(shù)量決定于若干因素，制造含填料紙開始階段加入的填料與在穩(wěn)態(tài)下加入的填料必須有所區(qū)別。如在穩(wěn)態(tài)下生產(chǎn)高填料含量、例如20％含量的紙，大量填料不斷取自該液體系統(tǒng)或白水，該填料進(jìn)入、伴隨濕紙幅，至少長遠(yuǎn)看來，由于必須補充液體系統(tǒng)中被取走的填料，必須在所述位置上添加大量填料。當(dāng)如通常情況那樣(除了新供應(yīng)的紙漿纖維以外)把廢紙用作起始材料的一部分，已輸入的厚紙漿懸浮液中含有較大量填料。填料數(shù)量隨起始材料總數(shù)量中的廢紙數(shù)量而變并決定于該廢紙中的填料數(shù)量，例如10對20％。在給定點添加的填料數(shù)量可以并且常常在一定程度上決定于上述情況。本發(fā)明并不絕對要求在每次添加時刻添加給定數(shù)量的填料。這是因為該系統(tǒng)中存在填料緩沖，唯一必須滿足的要求是，該緩沖系統(tǒng)總有足夠填料供紙幅吸收所需數(shù)量的填料。這在下文詳細(xì)說明。
添加填料時，首先把填料在一液體、例如白水中形成泥漿，然后用按照上述控制方法運行的一調(diào)節(jié)器或若干調(diào)節(jié)器在所述可能位置上把該液體與其填料一起供給行進(jìn)中的紙漿纖維懸浮液。該調(diào)節(jié)器或這些調(diào)節(jié)器可使用計算機程序，也可是機械式調(diào)節(jié)器或由電子器件構(gòu)成。
至于保持劑，可使用任何公知保持劑?？稍谝粋€或多個位置上把單一保持劑供給該系統(tǒng)。也可有益地使用不止一種保持劑，例如兩種保持劑?？稍谕晃恢蒙咸砑舆@些保持劑，盡管也可在不同位置上把各保持劑加入該系統(tǒng)中。這兩添加劑可在添加過程中變動，也可一添加量保持不變，另一添加量按照需要隨時間變動。與把填料加入該系統(tǒng)中的位置不同，最好在短循環(huán)中較前方位置即較靠近網(wǎng)前箱處添加至少一部分所需保持劑。保持劑的例子有無機保持劑和溶于水的合成有機聚合物。
無機保持劑的例子有明礬、膨潤土和硅石溶膠和各種硅酸酯。溶于水的合成有機聚合物的例子有聚丙烯酰胺、聚乙烯胺和聚胺。這些聚合物可為陽離子、陰離子和非離子聚合物。該保持劑組中有時可包括各種不同形式的上述紙化學(xué)物淀粉。淀粉在該系統(tǒng)中至少保持影響填料的保持。
單位時間加入該系統(tǒng)中的保持劑數(shù)量也決定于若干因素。一般來說，保持劑的消耗量在生產(chǎn)高填料含量的紙時比在生產(chǎn)低填料含量的紙時要大。原因之一是因為當(dāng)生產(chǎn)含填料紙時保持劑的存在不直接影響自發(fā)保持。在這方面可指出，自發(fā)保持不服從存在在該系統(tǒng)中的填料、例如白水中填料濃度，盡管該濃度通常隨著白水中填料濃度的增加而增加。如前所述，該自發(fā)保持受所生成的紙的克數(shù)或單位面積的重量的影響、從而受在紙幅中形成基材的紙漿纖維床或紙漿纖維網(wǎng)的厚度的影響。自發(fā)保持還受所使用的造紙機的類型的影響。供給系統(tǒng)的保持劑造成的存在于紙中填料含量并非是由于自發(fā)保持而存在于紙中。與填料的情況不同，系統(tǒng)不通過加入的保持劑緩沖，而是保持劑添加量的增加幾乎立刻造成固著在所述紙或紙幅中的填料數(shù)量的增加。這就是為什么可始終生產(chǎn)填料含量基本保持不變的含填料紙的原因或原因中的一個因素，這在下文進(jìn)一步說明。如根據(jù)單位時間填料添加量設(shè)定單位時間加入系統(tǒng)中的保持劑數(shù)量，可以發(fā)現(xiàn)，既無任何直接關(guān)系也無任何均勻變化的關(guān)系。但是，大致來說，保持劑的添加重量為加入系統(tǒng)中的填料的千分之幾到5％。上述關(guān)系主要決定于紙的填料含量和紙的類型。
在添加保持劑時，首先把保持劑在液體、例如白水中形成泥漿和/或把保持劑溶解在液體、例如白水中，然后用按照上述控制方法運行的一調(diào)節(jié)器或若干調(diào)節(jié)器在所述可能位置上把該液體與其保持劑一起供給行進(jìn)中的紙漿纖維懸浮液或水。調(diào)節(jié)器可使用計算機程序，也可是機械式調(diào)節(jié)器或由電子器件構(gòu)成。
測量紙的填料含量的裝置可設(shè)置在紙幅旁任何位置上，從在網(wǎng)部分中形成紙幅的位置到紙成品卷到造紙機終端處的卷取輥所在位置。測量裝置可裝在行進(jìn)中紙幅旁固定位置上，也可沿所述紙幅移動。測量裝置也可方便地設(shè)置在紙幅完成干燥、從而紙幅的干物質(zhì)含量超過90％的位置上。
可使用任何類型的公知測量裝置。下文說明一般使用在生產(chǎn)含填料紙中的一種測量裝置。
該裝置包括兩部分、一位于比方說紙幅底下的發(fā)射部分和一比方說紙幅上方的接收部分。發(fā)射部發(fā)射的X線穿過紙幅向上進(jìn)入接收部后轉(zhuǎn)換成一定電壓的電流。穿過紙幅的X線的一部分與填料粒子發(fā)生碰撞、從而被吸收，造成接收部接收的X線數(shù)量與發(fā)射部發(fā)射的X線數(shù)量的不同。紙幅中的填料粒子越多，被吸收的X線越多，離開接收部的電流越弱，所測得的電壓越小。測得的電壓差與比方說表示為紙的克數(shù)的百分比的紙中填料的數(shù)量差有關(guān)。按照上述原理工作的測量裝置的例子有Honeywell 2237-xx x-ray Ash Sensor and ABBAccuray、Smart2-Component and 3-Component Ash Sensors。
包括一發(fā)射部和一接收部的上述測量裝置可固定安裝即只在行進(jìn)中的紙幅的一個位置上進(jìn)行測量。也可把發(fā)射部和接收部都裝在一梭子上而沿紙幅橫向相互同步地移動，從而在紙幅整個寬度上進(jìn)行測量。
也可用任何合適的公知測量裝置測量白水或漿料的填料含量。下面說明一般使用在含填料紙制造中的一種測量裝置。
該測量裝置尤其包括一透明測量元件。在單位時間中使一定量的比方說白水流過該元件。把極化激光即同一平面中同一波長的光穿透該含有大量填料粒子和少量紙漿纖維、確切說是纖維碎片的白水水流。一部分光線射到填料粒子和纖維/纖維碎片上后以某些角度路徑向旁邊反射，這些路徑?jīng)Q定于光線照射其上的材料的種類。發(fā)光位置緊后方和測量元件前方設(shè)置感光檢測器，它獲取以不同角度反射的光。確定不同角度的散射光和消光。從而可確定比方說白水中填料濃度。
也可用測量操作確定比方說白水中固體材料的總濃度。為此測量射過白水的極化激光的數(shù)量并把該數(shù)量與所發(fā)射極化激光的數(shù)量進(jìn)行比較。白水中固體材料越多，受干擾、變得去極化的極化激光越多。
按照上述原理工作的測量裝置的例子有KAJAANI RM-200、KAJAANIRMi和BTG REG-5300。
盡管本發(fā)明在某些起始材料總是由含填料廢紙構(gòu)成的造紙過程中獲得其最佳應(yīng)用，但本發(fā)明應(yīng)用在其起始材料不含廢紙的含填料紙的生產(chǎn)中時也有某些優(yōu)點。
優(yōu)點本發(fā)明的一個突出優(yōu)點是所生產(chǎn)的紙的填料含量偏離預(yù)定含量極小。因此，由填料含量誤差造成的紙的報廢量極低。
由于所生成的紙的填料含量偏差極低，因此當(dāng)要生產(chǎn)高填料含量或極高填料含量的紙時可把控制值設(shè)定在前所未有的高值上。如前所述，相對不含填料的紙，高填料含量造成紙的強度降低。我們關(guān)心的不是紙成品的強度而是在造紙機中行進(jìn)的紙幅的強度。紙幅強度過低會造成紙幅一再斷裂、從而造成大量廢紙并且造成紙的生產(chǎn)率下降。當(dāng)使用現(xiàn)有控制方法時，填料含量圍繞所需平均值在兩個方向上大幅擺動。當(dāng)要求紙?zhí)盍虾恐黄x造成當(dāng)今高速造紙機中紙幅斷裂的臨界填料含量一個或多個百分點時，在實施現(xiàn)有控制方法時總是可以選擇把控制值設(shè)置在所需填料含量上。這是為了盡可能確保所生成的紙的填料含量不落在可接受擺動范圍外。在這里應(yīng)該指出，填料含量的向下擴展不得比向上擴展大。由于本發(fā)明所生成的紙的填料含量的變動小，因此可把填料含量控制值設(shè)定在可接受的擴展范圍的上半部中。由于能始終控制填料含量而使得所述含量平均只增加一個百分點，因此立即顯示出降低造紙成本的效果。
在紙中的填料含量較低而不危及紙的強度的情況下也顯示出同樣的優(yōu)點，即此時控制值也可設(shè)置在可接受擴展范圍的上半部，從而始終造成紙的填料含量稍高，從而降低造紙成本。
我們還發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明控制方法的即時效果比現(xiàn)有控制方法高得多，從而在所生成紙中把填料含量從一值轉(zhuǎn)換成另一值的過渡時間縮短。
由于按照本發(fā)明白水中填料濃度的變動小，因此造紙過程更平穩(wěn)，造紙過程中事故少。
附圖簡要說明
圖1為在含填料紙制造中使用本發(fā)明方法的流程圖；圖2曲線圖，示出按照現(xiàn)有方法和本發(fā)明方法生產(chǎn)的紙的填料含量的百分比；和圖3曲線圖，示出按照現(xiàn)有方法和本發(fā)明一實施例在制造含填料紙時白水中的填料濃度(g/l)。
最佳實施例下面結(jié)合圖1流程圖和一例示性實施例更詳細(xì)說明本發(fā)明方法。
圖1簡示出本發(fā)明方法一實施例。
一厚紙漿懸浮液經(jīng)管道1送入短循環(huán)2。該厚紙漿懸浮液含有紙漿纖維(一種紙漿纖維或若干種，比方說兩種紙漿纖維決定于所要生產(chǎn)的紙的種類)、水(主要是白水)、填料(來自廢紙泥漿)和一種或多種紙化學(xué)物。經(jīng)管道1送入短循環(huán)2中的厚紙漿懸浮液的紙漿濃度可為2-4％。
該厚紙漿懸浮液輸入管道3中，管道3中有來自一脫氣罐4的白水。該厚紙漿懸浮液稀釋后送入網(wǎng)下白水坑5。該紙漿懸浮液進(jìn)一步用該坑中的白水稀釋，所述水從網(wǎng)盤6經(jīng)管道7流入網(wǎng)下白水坑5中。從而生成漿料。從管道1送入的厚紙漿懸浮液有時被某些本領(lǐng)域普通技術(shù)人員稱為漿料。盡管這一叫法不錯，但我們在本文中在厚紙漿懸浮液與漿料之間作出區(qū)別，以便以更簡單、更易理解的方式說明本發(fā)明方法。
用作新鮮填料的水懸浮液經(jīng)管道8送入網(wǎng)下白水坑5中的漿料。所加入的填料的數(shù)量主要決定于紙成品所需填料含量。所加入填料的調(diào)節(jié)方法在下文詳述。上面例示出不同種類的填料，在具體情況下所選填料決定于若干因素。
用泵9使?jié){料在管道10中向前流動。由于在靠近泵9處供應(yīng)填料，因此填料與漿料充分混合后分布在漿料中。支管11和12分別把漿料傳到渦流清潔器或水力旋流器的儲罐13和14中。合格紙漿經(jīng)支管15和16和管道17傳到上述脫氣罐4。廢料回收后經(jīng)管道21傳到本文不予討論的一處理設(shè)備。漿料經(jīng)大量汲水管道傳到罐4。如脫氣罐名稱所示，漿料在所述罐4中脫氣后以大致不含空氣和含有一定量白水的狀態(tài)從該罐沿該系統(tǒng)進(jìn)一步傳送?？稍谖恢?上游把一泡沫消除化學(xué)物供給漿料以減少漿料起泡沫。
用供料泵18經(jīng)管道19和20把漿料送入篩漿操作。第一保持劑在泵18緊上游經(jīng)管道22供給管道19中的漿料。該保持劑可在白水中形成泥漿或溶解在白水中。支管23和24把漿料傳到篩25和26中。合格的紙漿經(jīng)支管27和28和管道29傳到網(wǎng)前箱30。在篩漿操作中生成的廢料回收后經(jīng)管道31傳到本文不予討論的一處理設(shè)備中。第二保持劑經(jīng)管道32供給網(wǎng)前箱30緊上游管道29中的漿料。該保持劑可在白水中形成泥漿或溶解在白水中。從而生成漿料成品。
漿料借助于網(wǎng)前箱30分布在一網(wǎng)部分33中的一網(wǎng)上。漿料的主要由紙漿纖維構(gòu)成的固體材料的濃度在該位置上為0.5-1.5％。與在該網(wǎng)上形成紙幅的同時，大量液體或水靠重力和借助吸水箱排出。稱為白水的該液體或所述水收集在網(wǎng)盤6中。從網(wǎng)盤6經(jīng)管道7流到網(wǎng)下白水坑5的白水的一部分經(jīng)管道34取出后回到網(wǎng)前箱30以最終稀釋網(wǎng)前箱30內(nèi)的漿料特別是其中一部分漿料。
所生成的集聚紙幅傳到一壓榨部36、然后一預(yù)干燥機37、然后一后干燥機38，最后卷繞到一卷取鼓39上。
可用一測量裝置40間歇地確定比方說用紙的重量百分比表示的成品紙中的填料含量，該測量裝置如前所述可為橫動型。測量信號即測得的填料含量送到一填料含量調(diào)節(jié)器41，該調(diào)節(jié)器把一信號傳給一流量調(diào)節(jié)器42，該流量調(diào)節(jié)器控制經(jīng)管道22供應(yīng)的保持劑的流量。確切說，如所公知地控制管道22中的閥，當(dāng)要提高保持劑的流量時該閥打得更開，當(dāng)要減小保持劑的流量時該閥打開面積相應(yīng)減小。該流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)還包括用來確保所需保持劑數(shù)量真正流過管道22的一流量計。為了在造紙機生產(chǎn)發(fā)生變動時減小填料含量的波動，可給予保持劑的計量一前饋信號，使其隨著生產(chǎn)的變動自動變動。生產(chǎn)量的增加要求計量、供給系統(tǒng)的保持劑的數(shù)量也增加。該前饋裝置設(shè)計成給定的生產(chǎn)量百分比變動造成計量供給系統(tǒng)的保持劑的數(shù)量的相同百分比變動。這發(fā)生在上述關(guān)于測得的紙的填料含量的控制上。
一間歇測量白水中填料濃度和/或總濃度的裝置43與其中有白水流動的管道34連接。一典型的測量裝置包括一透明測量元件，使極少量白水流過該測量元件。測量過程前面已詳述過。一表示比方說白水中填料濃度(g/l)的信號從測量裝置43傳到填料濃度調(diào)節(jié)器44。一信號從該調(diào)節(jié)器44傳到一流量調(diào)節(jié)器45，該流量調(diào)節(jié)器控制經(jīng)管道8供給系統(tǒng)的填料的流量。調(diào)節(jié)器45的工作方式與調(diào)節(jié)器42相同，也包括一流量計。
為了在造紙機生產(chǎn)發(fā)生變動時減小白水的填料濃度的變動，可給予填料流量一前饋信號，使其隨填料要求的變動而自動變動。生產(chǎn)量的提高或?qū)堉刑盍系目刂浦档奶岣唛L遠(yuǎn)看來要求提高計量、供給系統(tǒng)的填料數(shù)量。把造紙機生產(chǎn)量乘以紙的填料含量的控制值可算出填料消耗值。該前饋耦合設(shè)計成填料消耗量計算值的一定百分比變動將對白水中填料濃度測量值進(jìn)行上述調(diào)節(jié)。
在本發(fā)明上述實施例中，只(在位置8)供應(yīng)一填料，而(在位置22和32)供應(yīng)兩保持劑。關(guān)于在位置32供應(yīng)的比方說由膨潤土構(gòu)成的保持劑，所供應(yīng)的保持劑的數(shù)量固定，即同一流量的保持劑供給同一流量的漿料。該保持劑固定供料的大小決定于若干因素，例如成品紙中所需填料數(shù)量和單位時間供給系統(tǒng)的填料數(shù)量以及在位置22供給系統(tǒng)的補充保持劑數(shù)量的大小。在把膨潤土用作保持劑時，我們發(fā)現(xiàn)，在把所述保持劑盡可能靠近網(wǎng)前箱供給系統(tǒng)時效果最佳。
關(guān)于在位置22供應(yīng)的比方說由溶于水的合成有機聚合物構(gòu)成的保持劑，該保持劑的數(shù)量隨要求的不同而不同。我們發(fā)現(xiàn)，通過這樣的保持劑為了獲得良好效果，保持劑應(yīng)如圖1所示在供料泵18的緊上游供給系統(tǒng)。盡管完全可以在短循環(huán)內(nèi)流動方向上前面位置上加入保持劑，但此時保持劑可能會有若干流路和發(fā)生循環(huán)，從而造成保持劑失去電荷，從而在紙形成過程即在網(wǎng)部分33中得不到最佳使用。
按照前述控制方法，如下進(jìn)行保持劑在位置22上的變動添加。
當(dāng)要生產(chǎn)包括一定數(shù)量如21％填料的紙時，從經(jīng)驗可知，必須經(jīng)管道8供應(yīng)大致給定流量的填料。從經(jīng)驗還可知，在當(dāng)前條件下，可經(jīng)管道32把固定數(shù)量的保持劑供給系統(tǒng)。從經(jīng)驗還可知如何經(jīng)管道22大致加入所述第二保持劑。當(dāng)造紙過程順利進(jìn)行時，在位置40以短時間間隔測量成品紙的填料含量。如這些測量表明紙的填料含量或濃度不是21.0％而是21.5％，則啟動控制過程。測量值以信號方式從位置40傳到填料含量調(diào)節(jié)器41，所述填料含量調(diào)節(jié)器把一表明須減小保持劑流量的信號傳到保持劑流量調(diào)節(jié)器42，因為剛才進(jìn)行的測量表明紙的填料含量稍稍太高。供給漿料的保持劑數(shù)量的減小迅速造成在網(wǎng)上形成的紙幅對填料的吸收減小，從而在紙中獲得21％的所需填料含量。如測得的填料含量低于所需值如20.5％，則相應(yīng)提高管道22中的保持劑的流量。供給漿料的保持劑的數(shù)量的提高迅速造成在網(wǎng)上形成的紙幅對填料的吸收增加，從而在紙中獲得21％的所需填料含量。
為了實現(xiàn)這一點，系統(tǒng)中、包括白水中的填料濃度與加入系統(tǒng)中的保持劑的數(shù)量和所生成的紙中的填料含量之間的關(guān)系不必固定，因為如在較長時間中連續(xù)加入少量填料并且造成白水中填料濃度始終很低也能在紙中保持正確的填料含量。在該緩沖系統(tǒng)中填料的減小當(dāng)然有一下限。
填料含量調(diào)節(jié)器41的結(jié)構(gòu)是公知的。通常使用反饋調(diào)節(jié)器。最常見的調(diào)節(jié)器為PID調(diào)節(jié)器，它只根據(jù)“控制誤差”e工作，控制誤差e與控制信號u之間存在如下關(guān)系u=K[e+TDdedt+1T1∫e(s)dst]]]>控制信號由三項組成，其中，P為與誤差成正比的比例項，D為與誤差的導(dǎo)數(shù)成正比的微分項，l為與誤差的導(dǎo)數(shù)成正比的積分項。例如參見小冊子Lund′s Tekniska Hogskola，題目為“Reglerteknik，en elementar introduktion”，作者為Karl Johan Astrom。各項在該公式中相加。調(diào)節(jié)這三個常數(shù)項K、T1和TD即可在調(diào)節(jié)器中設(shè)定所需函數(shù)。可用若干方法使得這些常數(shù)適合于所要調(diào)節(jié)過程。其中一種方法稱為Lambda法。
如前所述，管道8中填料流量至少局部地決定于所生成的紙的填料含量，即由形成在網(wǎng)部分33中網(wǎng)上的紙幅不斷吸收的填料數(shù)量。
用測量裝置43以一定時間間隔檢查白水的填料濃度。通常，為保持同一給定的紙的質(zhì)量，短循環(huán)中填料濃度保持恒定。這與造紙機的運行性有關(guān)。我們發(fā)現(xiàn)，保持系統(tǒng)中填料濃度、包括白水的填料濃度不隨時間而變有利于造紙機的運行。該控制值比方說可為每升4克。如測量值為每升3.8克，就把該值以信號形式傳給填料濃度調(diào)節(jié)器44。該調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)而把一造成管道中填料流量提高的信號傳給填料流量調(diào)節(jié)器45，從而把與調(diào)節(jié)器45連接的管道8中的閥打得更開。該流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)還包括一流量計，用來確定管道8中流動的流量是否真正為所需流量。如發(fā)現(xiàn)測量值太高如為每升4.2克，則相應(yīng)減小管道8中填料的流量。
填料濃度調(diào)節(jié)器44為公知調(diào)節(jié)器，其類型可與上述調(diào)節(jié)器即位置41上的調(diào)節(jié)器相同。圍繞調(diào)節(jié)器44構(gòu)作的控制系統(tǒng)考慮到調(diào)節(jié)短循環(huán)中包括所有白水的填料緩沖系統(tǒng)很慢。換句話說，即使在某些位置上大大提高填料流量，也得很長一段時間后顯著的點狀形式的填料提高才會造成大量總量白水中的填料濃度的提高。調(diào)節(jié)器44的控制程序一般與上述填料含量調(diào)節(jié)器41的控制程序相同。
從圖1所示含填料紙的生產(chǎn)流程圖可以看出，不包括基于白水(例如管道7上某處的白水)的長循環(huán)，也不包括所有用于經(jīng)管道1傳給短循環(huán)的厚紙漿懸浮液的檢查站。出于本發(fā)明范圍和說明簡明的考慮這些都排除在外。
例1在一大致按照圖1所示流程圖生產(chǎn)含填料高級紙張的造紙機中對本發(fā)明方法進(jìn)行了測試。與生產(chǎn)這類紙的現(xiàn)有方法作比較。
一厚紙漿懸浮液以每分鐘16,500升的流率經(jīng)管道1供料。厚紙漿懸浮液的起始材料為從旁邊一紙漿車間傳來的60％新鮮紙漿和40％廢紙。該新鮮紙漿包括亮度為90％ISO的65％樺木硫酸鹽化紙漿和亮度為90％ISO的35％松木硫酸鹽化紙漿。這兩新鮮紙漿在一混合容器中混合前本身都經(jīng)精磨，在該混合容器中還放入經(jīng)碎漿的廢紙。該廢紙的填料含量為約21.5％，該填料包括沉淀碳酸鈣(PCC)。輸入的厚紙漿懸浮液因此含有很容易估計的大量填料。在管道1中的該厚紙漿懸浮液中加入漿料淀粉。
用作新鮮填料的52％PPC以約每分鐘90升的流率經(jīng)管道8加入。填料密度為770g/l。同時加入少量若干種著色劑。在短循環(huán)中更前方加入另外的紙化學(xué)物，包括熒光增白劑。
用作第一保持劑的密度為4g/l的合成聚合物經(jīng)管道22加入。該保持劑的流率平均為約每分鐘50升。
用作第二保持劑的密度為35g/l的膨潤土經(jīng)管道32加入該系統(tǒng)。該保持劑的流率固定，為每分鐘30升。
離開網(wǎng)前箱30的漿料的固體物質(zhì)濃度為0.9-1.0％。紙成品填料含量的控制值為21.5％。紙的單位面積重量每平方米80克。造紙機速度為約每分鐘970米，從而紙的生產(chǎn)量為每小時30噸。紙成品的含水量為約4.5％。
紙在該造紙鏈后面一位置上在一薄膜壓機中經(jīng)表面施膠。表面施膠的數(shù)量為約每平方米4克。盡管圖1流程圖中未示出薄膜壓機，但該壓機位于該造紙機中預(yù)干燥機37的緊下游。
圖2示出使用現(xiàn)有方法生產(chǎn)含填料紙時4個日歷日和使用本發(fā)明方法生產(chǎn)含填料紙時隨后4個日歷日上的成品紙的填料含量。
使用現(xiàn)有方法尤其指在位置40上測量紙的填料含量并在位置43上測量白水中填料濃度。但是，測得的紙的填料含量不用來控制在位置22上的保持劑的添加而是用來控制在位置8上的填料添加。如下進(jìn)行該控制當(dāng)紙的填料含量的測量值高于所需值即控制值時，在位置8上減小填料流量；而當(dāng)該測量值太低時，提高位置8上填料流量。此外，控制位置22上保持劑的流量控制如下當(dāng)白水中即位置43上填料濃度高于控制值時，在位置22上增加保持劑流量，而當(dāng)填料濃度測量值太低時在位置22減小保持劑流量。
圖2箭頭左邊示出使用上述現(xiàn)有方法時的成品紙的填料含量?？梢钥闯?，填料含量圍繞所需控制值的變動很大。該系統(tǒng)在任何時刻都會發(fā)生顫噪效應(yīng)。
在圖2中箭頭所示時間上不再使用上述現(xiàn)有控制方法，此時按照圖1和以上詳述的本發(fā)明方法，在位置40上測得的紙的填料含量信號傳到填料含量調(diào)節(jié)器41，調(diào)節(jié)器41轉(zhuǎn)而向保持劑流量調(diào)節(jié)器42發(fā)出一信號。使用本發(fā)明控制方法時，在第一日歷日期間，計算機控制的自動控制系統(tǒng)公布測量位置43上白水中的填料濃度。而在該日歷日期間，由操作員手工計量位置8上的填料。
從圖2可知，使用本發(fā)明時在約2.5個日歷日的一段時間上使用21.5％的成品紙中填料含量控制值。該控制值然后變?yōu)?2.0％，然后在一小段時間中使用原控制值即21.5％，然后該測試終止于22％控制值。
從圖2可清楚看出本發(fā)明控制方法優(yōu)于現(xiàn)有控制方法。使用本發(fā)明方法時，成品紙?zhí)盍虾康淖儎颖痊F(xiàn)有方法大大減小。在21.5％的控制值下，算出圖2中箭頭兩邊上一個日歷日的成品紙?zhí)盍虾康臉?biāo)準(zhǔn)偏差。使用現(xiàn)有控制方法時，該標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.95，使用本發(fā)明控制方法時，該標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.14，換句話說，使用本發(fā)明控制方法時紙的填料含量的變動差不多改善了7倍。
根據(jù)在位置43上測得的白水中填料濃度，在位置8上受計算機控制的填料自動計量系統(tǒng)在約一個日歷日后開動。工作情況前面已詳述。
從圖3中可清楚看出，現(xiàn)有控制方法(箭頭左邊)和本發(fā)明控制方法(箭頭右邊)的控制值都為4g/l。此時圍繞填料濃度控制值的變動也很大。我們發(fā)現(xiàn)，圍繞白水中填料濃度的控制值的變動小，將有益于該造紙機的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。
在按照本發(fā)明進(jìn)行的上述測試過程中，每20秒獲得與紙的填料含量有關(guān)的數(shù)據(jù)，而每4秒獲得與白水中填料濃度有關(guān)的信息。非常精確地使用這些測量間隔并不是必需的，但測量間隔可視情況而定，尤其決定于所使用測量裝置的類型。
從圖2和3可知，為了每日保持紙中的填料含量大致不變，并非必須根據(jù)在白水中測得的填料濃度，開始在該系統(tǒng)中添加填料，盡管主要出于其他原因優(yōu)選進(jìn)行這一測量。在上述測試過程中，在一個日歷日后才開始按照本發(fā)明一優(yōu)選實施例在位置8控制填料的加入。盡管如此，按照本發(fā)明開始測試后只幾十分鐘時間之后紙?zhí)盍虾烤妥兊谜_了。
當(dāng)開始非必需的“第二”控制時，每次在位置43上的測量表明合適于改變在位置8上的填料添加時，就進(jìn)行這樣的操作。換句話說，長時期中每第4秒對填料流量稍作變動。并非非得如此做，填料流量完全可以根據(jù)在位置43上的給定測量值在給定時間中作較大變動，經(jīng)驗表明這將造成整個系統(tǒng)中的填料濃度在給定較長時間之后總的提高，并確保在位置43上的測量在所述時間中遵從公知型式。因此，如填料在位置8上意外停止流動，從而填料的供應(yīng)停止一段時間也不要緊。
原則上，在位置22上添加保持劑的情況與此不同。如此時控制系統(tǒng)發(fā)出的提高保持劑流量的指令被忽略，則紙的填料含量在該忽略期中會過低。
結(jié)論是，發(fā)現(xiàn)了與圖2所述曲線相同的曲線，從而證明使用本發(fā)明方法比使用現(xiàn)有方法更快地使得成品紙的填料含量從一值轉(zhuǎn)換成另一值。該事實還有助于減小紙的報廢量。仍有一部分紙報廢的一部分原因尤其是因為填料含量之外的質(zhì)量參數(shù)可能偏離設(shè)定測量值。為節(jié)省篇幅并考慮到本發(fā)明范圍，未示出上述曲線。
權(quán)利要求
1.填料含量保持不變的紙的一種生產(chǎn)方法，包括a)在向一造紙機的網(wǎng)前箱的方向上傳送一含有水、紙漿纖維、通常來自碎漿廢紙的填料和通常的各種紙化學(xué)物的厚紙漿懸浮液；b)在該厚紙漿懸浮液傳送到網(wǎng)前箱的途中把水、通常是白水加入其中以形成一漿料；c)把至少一種填料加入該厚紙漿懸浮液中和/或該漿料中和/或所述水中；d)把至少一種保持劑加入該厚紙漿懸浮液中和/或該漿料中和/或所述水中；e)用網(wǎng)前箱把最后制備的漿料散布到一濕裝置、通常是一網(wǎng)部分上形成一濕紙幅，然后在該濕裝置下方收集所產(chǎn)生的稱為白水的排放水并把所述白水傳回該造紙過程以把所述水供給新鮮厚紙漿懸浮液，該白水通常被分開并且包括分別稱為短循環(huán)和長循環(huán)的兩基于液體的材料流；f)使得該濕紙幅離開該濕裝置后一般在至少一工段中壓榨和干燥該紙幅，所述紙幅然后可選擇進(jìn)行后處理和/或把該紙幅收集在卷取輥上或把該紙幅轉(zhuǎn)換成紙張；以及g)在某一位置上測量該紙的填料含量；h)最好在短循環(huán)中或在短循環(huán)緊旁一位置上測量填料濃度或白水中或漿料中填料加上紙漿纖維的濃度(總濃度)，其特征在于，填料的添加量使得用填料把該系統(tǒng)緩沖到一通常是預(yù)定的濃度大小(控制值)，所述大小由測量過程(h)確定；只根據(jù)在白水中或在漿料中測得的填料濃度大小連續(xù)添加填料，以便至少長遠(yuǎn)看來，當(dāng)測得的大小低于控制值時增加填料添加量，當(dāng)測得的大小高于控制值時減小填料添加量，使得該白水系統(tǒng)或緩沖系統(tǒng)始終有足夠填料供紙幅吸收所需數(shù)量的填料；只根據(jù)新測得的紙中的填料數(shù)量(g)連續(xù)添加保持劑，以便當(dāng)測得的紙中填料數(shù)量低于應(yīng)保持不變的大小時增加保持劑的添加量，并且以便當(dāng)該數(shù)量高于應(yīng)保持不變的大小時減小保持劑的添加量，從而把紙的填料含量迅速校準(zhǔn)回應(yīng)保持不變的大小。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在一個或多個位置上加入一填料。
3.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在短循環(huán)起始一位置上把全部填料加入漿料中。
4.按權(quán)利要求1-3所述的方法，其特征在于，在把填料加入系統(tǒng)前在液體中形成填料泥漿，然后用按照所述控制方法運行的一個調(diào)節(jié)器或若干調(diào)節(jié)器在所述位置上把所述液體及其填料供給行進(jìn)的紙漿懸浮液或水。
5.按權(quán)利要求1-4所述的方法，其特征在于，在一個或多個位置上把兩保持劑加入系統(tǒng)中。
6.按權(quán)利要求1-4所述的方法，其特征在于，在兩位置上各把一保持劑加入漿料中，其中，以一決定于當(dāng)時紙中填料數(shù)量測量值(g)的可變數(shù)量在短循環(huán)中近處一位置上加入一保持劑，而另一保持劑以比方說決定于紙生產(chǎn)量和紙的預(yù)定填料含量的不變數(shù)量在短循環(huán)中更前方位置即靠近網(wǎng)前箱位置上加入。
7.按權(quán)利要求1-6所述的方法，其特征在于，保持劑在加入該系統(tǒng)前在一液體中形成泥漿和/或溶解在液體中，其中，液體及其保持劑用按照上述控制方法運行的一個或若干調(diào)節(jié)器在所述位置上加入行進(jìn)的紙漿纖維懸浮液中或水中。
8.按權(quán)利要求1-7所述的方法，其特征在于，測量經(jīng)最后干燥、其干燥物質(zhì)含量超過90％的紙幅上紙的填料含量。
9.按權(quán)利要求1-8所述的方法，其特征在于，測量從網(wǎng)部分下方一收集裝置傳輸?shù)陌姿鞯陌姿Я髦邪姿奶盍蠞舛?，所述收集裝置稱為網(wǎng)盤。
10.按權(quán)利要求1-8所述的方法，其特征在于，測量網(wǎng)前箱緊上游位置上或所述網(wǎng)前箱內(nèi)部漿料的填料濃度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制含填料紙的生產(chǎn)的方法。在該造紙過程中把填料和保持劑供給該造紙系統(tǒng)。測量紙中填料數(shù)量以及白水或漿料中填料濃度或總濃度。填料的供應(yīng)數(shù)量使得用填料把該系統(tǒng)緩沖在一通過測量過程確定的一般預(yù)定的濃度水平(控制值)上。只根據(jù)即時測量的紙中填料數(shù)量連續(xù)加入保持劑，從而當(dāng)測得的當(dāng)前填料數(shù)量低于預(yù)定值時增加保持劑加入量，而當(dāng)測得的當(dāng)前填料數(shù)量高于預(yù)定值時減小保持劑的加入量，并且，至少長遠(yuǎn)看來，只根據(jù)在白水或漿料中測得的填料濃度大小連續(xù)加入填料，從而當(dāng)該測量值低于控制值時，增加填料的加入量，而當(dāng)測量值高于控制值時，減小填料加入量。
文檔編號D21H21/10GK1489658SQ01822561
公開日2004年4月14日 申請日期2001年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月8日
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