填料含量保持不變的紙的製造方法
2023-06-04 01:54:16 2
專利名稱：填料含量保持不變的紙的製造方法
技術領域：
本發明涉及填料含量保持不變的紙的一種生產方法。
本發明用於生產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係。
紙主要由紙漿纖維構成。紙漿可用機械方法、化學機械方法和化學方法生產。木化纖維素材料、包括軟木和硬木用作生產紙漿的初始材料。紙漿供應一般由不同紙漿纖維混合而成。這些紙漿可以是不經漂白的、經半漂白的和經全漂白的，經全漂白的紙漿為主導紙漿。回收纖維可全部或局部地構成紙中的基材。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物。這類普通添加劑舉例有澱粉、疏水劑、色料和螢光增白劑。某些紙要經過後處理。後處理舉例有表面上漿、塗布和壓光。
可包括填料的紙的種類舉例有高級紙張即非塗布和塗布書寫紙和印刷紙、證券紙、襯墊紙、標籤紙、處方紙和信封紙。含木印刷紙如新聞和雜誌紙也可含有填料。
背景技術：
使用含填料紙的主要原因是為了改進紙的某些特性。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(沉澱碳酸鈣)。該填料還可提高紙的表面光潔度、從而提高可印刷性。此外，大多數填料單位重量(千克或噸)的成本大大低於紙漿纖維。全漂白化學紙漿的情況更是如此。因此該填料混合物導致造紙成本下降。應該指出，使用填料、特別是使用大量填料也有風險，因為與不含填料的紙比較含填料紙的強度多多少少下降。
在含填料紙的生產過程中首先生產厚紙漿懸浮液。可用不同方法生產該懸浮液。在用成捆幹紙漿造紙時，紙漿在水中、通常在來自長循環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％的濃度以獲得粘結紙漿塊。沒有紙漿纖維的所獲得的水經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後與來自長循環的白水混合，以生成厚紙漿懸浮液。
作為紙漿纖維的厚紙漿懸浮液，在該系統中作進一步處理前，通常進行打漿過程。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要求。第三個原因是行進中的紙幅由於這一或那一原因發生斷裂。這類廢紙通常在廢紙碎漿機中在白水中碎漿後送回該造紙鏈。由於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。這些廢紙的數量可高達40％或更高，因此其本身就是問題。但是，在這一方面一個更嚴重的問題是廢紙的數量通常隨時間而變。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到短循環和網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物供給厚紙漿懸浮液。在短循環起始處、例如在網下白水坑用大量白水稀釋紙漿懸浮液以獲得固體物質含量低的漿料。可在若干位置上把新鮮填料供給紙漿懸浮液、例如供給厚紙漿懸浮液或網下白水坑緊下遊的漿料。可在上述位置上、也可之後在短循環中即靠近網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白水構成。但可用新鮮水補充白水的永久性或暫時不足。
大多數填料呈粒狀，其表面積(例如直徑小於10μm)比紙漿纖維(例如長3000μm，寬30μm)小得多。填料不怎麼可能靠自身附著在紙幅上或自發被紙幅吸附。當在造紙網上形成紙時，實際上所有紙漿纖維會固定在造紙網上而在其上形成一紙床或紙網。該紙網中的孔數決定於許多因素，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。克數的增加與紙漿纖維床厚度的增加直接有關。紙漿纖維床厚度的增加自然會造成所吸附的填料的數量的增加。但是，填料的自發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或化學物幫助把填料保留在紙漿纖維中、從而保留在離開造紙網後比方說送入該造紙機的壓榨部中的溼紙幅中。溼紙幅與之一起傳送到一循環毛毯。該物質或化學物稱為保持劑。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造紙網向下流入網盤中。儘管使用保持劑甚至使用大量保持劑，當送入網前箱後散布在造紙網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。這意味著，白水中填料數量仍較高，從填料在整個系統(主要是在短循環和長循環中循環的大量白水)中的總數量來看非常大。
從上述情況不難看出，很難控制含填料紙的生產過程使得最終產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量穩定，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保持不變。
為了在上述方面控制紙的製造，長久以來使用藉助於某類測量裝置進行的測量操作。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中或短循環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在白水中測得的填料數量確定，而填料的添加量根據在紙幅中測得的填料含量確定。結果發現，這一控制方法導致紙成品填料含量的較大變動。由於只容許紙的填料含量在很小範圍內變動，因此必須報廢的紙的數量太多。而且，由於該控制方法，紙從一填料含量變為另一填料含量、比方說從15％變為19％或從19％變為15％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註定在某種程度上遭到失敗，因為該系統中液體、主要是白水的總數量很大，這意味著，循環填料的數量也很大，從而在該系統中即時增加填料數量無法迅速有效地提高該循環液體系統中的填料濃度、從而使得更多數量的填料固著、保留在紙幅中。由於這些原因這類系統的控制極慢。
芬蘭專利申請97 4327及其對應國際(PCT)專利申請WO 99/27182除了其他方面公開了一種方法，據說能比公知方法更快、更有效地控制造紙機短循環中的紙張特性。紙張特性主要指紙的填料含量。顯然該方法基於上述公知方法並輔之以一未詳細說明的過程，在該過程中，根據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(該文所用術語)連續添加填料和連續添加保持劑。
發明內容
技術問題如上所述，在製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為另一填料含量時轉換時間過長。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方法，該方法包括a)在向一造紙機的網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物的厚紙漿懸浮液；b)在該厚紙漿懸浮液傳送到網前箱的途中把水、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)用網前箱把最後製備的漿料散布到一溼裝置、通常是一網部上形成一溼紙幅，然後在該溼裝置下方收集從紙幅排放的稱為白水的水後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和長循環的兩基於液體的材料流；f)使得該溼紙幅離開該溼裝置後一般在至少一工段中壓榨和乾燥該紙幅，然後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)最好在短循環中或在短循環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)，其特徵在於，填料的添加量使得用填料把該系統緩衝到一通常是預定的濃度大小(控制值)，所述大小由測量過程(h)估計；只根據在白水中或在漿料中測得的填料濃度大小連續添加填料，至少長遠看來，當測得的大小低於控制值時增加填料添加量，當測得的大小高於控制值時減小填料添加量，使得該白水系統或緩衝系統始終有足夠填料進入以確保紙幅吸收所需數量的填料；只根據此時測得的紙中的填料數量(g)連續添加保持劑，當測得的紙中填料數量應低於保持不變的值時增加保持劑的添加量，當該數量高於應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回應保持不變的值。
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。通常使用一種填料，在短循環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中的填料數量決定於若干因素，製造含填料紙開始階段加入的填料與在穩態下加入的填料必須有所區別。如在穩態下生產高填料含量、例如20％含量的紙，大量填料不斷取自該液體系統或白水，該填料進入、伴隨溼紙幅，至少長遠看來，由於必須補充液體系統中被取走的填料，必須在所述位置上添加大量填料。當如通常情況那樣(除了新供應的紙漿纖維以外)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。填料數量隨起始材料總數量中的廢紙數量而變並決定於該廢紙中的填料數量，例如10對20％。在給定點添加的填料數量可以並且常常在一定程度上決定於上述情況。本發明並不絕對要求在每次添加時刻添加給定數量的填料。這是因為該系統中存在填料緩衝，唯一必須滿足的要求是，該緩衝系統總有足夠填料供紙幅吸收所需數量的填料。這在下文詳細說明。
添加填料時，首先把填料在一液體、例如白水中形成泥漿，然後用按照上述控制方法運行的一調節器或若干調節器在所述可能位置上把該液體與其填料一起供給行進中的紙漿纖維懸浮液。該調節器或這些調節器可使用電腦程式，也可是機械式調節器或由電子器件構成。
至於保持劑，可使用任何公知保持劑。可在一個或多個位置上把單一保持劑供給該系統。也可有益地使用不止一種保持劑，例如兩種保持劑。可在同一位置上添加這些保持劑，儘管也可在不同位置上把各保持劑加入該系統中。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中的位置不同，最好在短循環中較前方位置即較靠近網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於水的合成有機聚合物。
無機保持劑的例子有明礬、膨潤土和矽石溶膠和各種矽酸酯。溶於水的合成有機聚合物的例子有聚丙烯醯胺、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物澱粉。澱粉在該系統中至少保持影響填料的保持。
單位時間加入該系統中的保持劑數量也決定於若干因素。一般來說，保持劑的消耗量在生產高填料含量的紙時比在生產低填料含量的紙時要大。原因之一是因為當生產含填料紙時保持劑的存在不直接影響自發保持。在這方面可指出，自發保持不服從存在在該系統中的填料、例如白水中填料濃度，儘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，該自發保持受所生成的紙的克數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的厚度的影響。自發保持還受所使用的造紙機的類型的影響。供給系統的保持劑造成的存在於紙中填料含量並非是由於自發保持而存在於紙中。與填料的情況不同，系統不通過加入的保持劑緩衝，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量的增加。這就是為什麼可始終生產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，這在下文進一步說明。如根據單位時間填料添加量設定單位時間加入系統中的保持劑數量，可以發現，既無任何直接關係也無任何均勻變化的關係。但是，大致來說，保持劑的添加重量為加入系統中的填料的千分之幾到5％。上述關係主要決定於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，然後用按照上述控制方法運行的一調節器或若干調節器在所述可能位置上把該液體與其保持劑一起供給行進中的紙漿纖維懸浮液或水。調節器可使用電腦程式，也可是機械式調節器或由電子器件構成。
測量紙的填料含量的裝置可設置在紙幅旁任何位置上，從在網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置在紙幅完成乾燥、從而紙幅的乾物質含量超過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含填料紙中的一種測量裝置。
該裝置包括兩部分、一位於比方說紙幅底下的發射部分和一比方說紙幅上方的接收部分。發射部發射的X線穿過紙幅向上進入接收部後轉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生碰撞、從而被吸收，造成接收部接收的X線數量與發射部發射的X線數量的不同。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的百分比的紙中填料的數量差有關。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。
包括一發射部和一接收部的上述測量裝置可固定安裝即只在行進中的紙幅的一個位置上進行測量。也可把發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製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。把極化雷射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/纖維碎片上後以某些角度路徑向旁邊反射，這些路徑決定於光線照射其上的材料的種類。發光位置緊後方和測量元件前方設置感光檢測器，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雷射的數量並把該數量與所發射極化雷射的數量進行比較。白水中固體材料越多，受幹擾、變得去極化的極化雷射越多。
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。
儘管本發明在某些起始材料總是由含填料廢紙構成的造紙過程中獲得其最佳應用，但本發明應用在其起始材料不含廢紙的含填料紙的生產中時也有某些優點。
優點本發明的一個突出優點是所生產的紙的填料含量偏離預定含量極小。因此，由填料含量誤差造成的紙的報廢量極低。
由於所生成的紙的填料含量偏差極低，因此當要生產高填料含量或極高填料含量的紙時可把控制值設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。我們關心的不是紙成品的強度而是在造紙機中行進的紙幅的強度。紙幅強度過低會造成紙幅一再斷裂、從而造成大量廢紙並且造成紙的生產率下降。當使用現有控制方法時，填料含量圍繞所需平均值在兩個方向上大幅擺動。當要求紙填料含量只偏離造成當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，在實施現有控制方法時總是可以選擇把控制值設置在所需填料含量上。這是為了儘可能確保所生成的紙的填料含量不落在可接受擺動範圍外。在這裡應該指出，填料含量的向下擴展不得比向上擴展大。由於本發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定在可接受的擴展範圍的上半部中。由於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點，即此時控制值也可設置在可接受擴展範圍的上半部，從而始終造成紙的填料含量稍高，從而降低造紙成本。
我們還發現，本發明控制方法的即時效果比現有控制方法高得多，從而在所生成紙中把填料含量從一值轉換成另一值的過渡時間縮短。
由於按照本發明白水中填料濃度的變動小，因此造紙過程更平穩，造紙過程中事故少。
附圖簡要說明
圖1為在含填料紙製造中使用本發明方法的流程圖；圖2曲線圖，示出按照現有方法和本發明方法生產的紙的填料含量的百分比；和圖3曲線圖，示出按照現有方法和本發明一實施例在製造含填料紙時白水中的填料濃度(g/l)。
最佳實施例下面結合圖1流程圖和一例示性實施例更詳細說明本發明方法。
圖1簡示出本發明方法一實施例。
一厚紙漿懸浮液經管道1送入短循環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於所要生產的紙的種類)、水(主要是白水)、填料(來自廢紙泥漿)和一種或多種紙化學物。經管道1送入短循環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後送入網下白水坑5。該紙漿懸浮液進一步用該坑中的白水稀釋，所述水從網盤6經管道7流入網下白水坑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域普通技術人員稱為漿料。儘管這一叫法不錯，但我們在本文中在厚紙漿懸浮液與漿料之間作出區別，以便以更簡單、更易理解的方式說明本發明方法。
用作新鮮填料的水懸浮液經管道8送入網下白水坑5中的漿料。所加入的填料的數量主要決定於紙成品所需填料含量。所加入填料的調節方法在下文詳述。上面例示出不同種類的填料，在具體情況下所選填料決定於若干因素。
用泵9使漿料在管道10中向前流動。由於在靠近泵9處供應填料，因此填料與漿料充分混合後分布在漿料中。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。合格紙漿經支管15和16和管道17傳到上述脫氣罐4。廢料回收後經管道21傳到本文不予討論的一處理設備。漿料經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中脫氣後以大致不含空氣和含有一定量白水的狀態從該罐沿該系統進一步傳送。可在位置4上遊把一泡沫消除化學物供給漿料以減少漿料起泡沫。
用供料泵18經管道19和20把漿料送入篩漿操作。第一保持劑在泵18緊上遊經管道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。合格的紙漿經支管27和28和管道29傳到網前箱30。在篩漿操作中生成的廢料回收後經管道31傳到本文不予討論的一處理設備中。第二保持劑經管道32供給網前箱30緊上遊管道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。
漿料藉助於網前箱30分布在一網部分33中的一網上。漿料的主要由紙漿纖維構成的固體材料的濃度在該位置上為0.5-1.5％。與在該網上形成紙幅的同時，大量液體或水靠重力和藉助吸水箱排出。稱為白水的該液體或所述水收集在網盤6中。從網盤6經管道7流到網下白水坑5的白水的一部分經管道34取出後回到網前箱30以最終稀釋網前箱30內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、然後一預乾燥機37、然後一後乾燥機38，最後卷繞到一卷取鼓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節器41，該調節器把一信號傳給一流量調節器42，該流量調節器控制經管道22供應的保持劑的流量。確切說，如所公知地控制管道22中的閥，當要提高保持劑的流量時該閥打得更開，當要減小保持劑的流量時該閥打開面積相應減小。該流量調節系統還包括用來確保所需保持劑數量真正流過管道22的一流量計。為了在造紙機生產發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，使其隨著生產的變動自動變動。生產量的增加要求計量、供給系統的保持劑的數量也增加。該前饋裝置設計成給定的生產量百分比變動造成計量供給系統的保持劑的數量的相同百分比變動。這發生在上述關於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傳到填料濃度調節器44。一信號從該調節器44傳到一流量調節器45，該流量調節器控制經管道8供給系統的填料的流量。調節器45的工作方式與調節器42相同，也包括一流量計。
為了在造紙機生產發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。生產量的提高或對紙中填料的控制值的提高長遠看來要求提高計量、供給系統的填料數量。把造紙機生產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行上述調節。
在本發明上述實施例中，只(在位置8)供應一填料，而(在位置22和32)供應兩保持劑。關於在位置32供應的比方說由膨潤土構成的保持劑，所供應的保持劑的數量固定，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於若干因素，例如成品紙中所需填料數量和單位時間供給系統的填料數量以及在位置22供給系統的補充保持劑數量的大小。在把膨潤土用作保持劑時，我們發現，在把所述保持劑儘可能靠近網前箱供給系統時效果最佳。
關於在位置22供應的比方說由溶於水的合成有機聚合物構成的保持劑，該保持劑的數量隨要求的不同而不同。我們發現，通過這樣的保持劑為了獲得良好效果，保持劑應如圖1所示在供料泵18的緊上遊供給系統。儘管完全可以在短循環內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生循環，從而造成保持劑失去電荷，從而在紙形成過程即在網部分33中得不到最佳使用。
按照前述控制方法，如下進行保持劑在位置22上的變動添加。
當要生產包括一定數量如21％填料的紙時，從經驗可知，必須經管道8供應大致給定流量的填料。從經驗還可知，在當前條件下，可經管道32把固定數量的保持劑供給系統。從經驗還可知如何經管道22大致加入所述第二保持劑。當造紙過程順利進行時，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傳到填料含量調節器41，所述填料含量調節器把一表明須減小保持劑流量的信號傳到保持劑流量調節器42，因為剛才進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量的減小迅速造成在網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於所需值如20.5％，則相應提高管道22中的保持劑的流量。供給漿料的保持劑的數量的提高迅速造成在網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。
為了實現這一點，系統中、包括白水中的填料濃度與加入系統中的保持劑的數量和所生成的紙中的填料含量之間的關係不必固定，因為如在較長時間中連續加入少量填料並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。在該緩衝系統中填料的減小當然有一下限。
填料含量調節器41的結構是公知的。通常使用反饋調節器。最常見的調節器為PID調節器，它只根據「控制誤差」e工作，控制誤差e與控制信號u之間存在如下關係u=Ke+TDdedt+1T1e(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為與誤差的導數成正比的微分項，l為與誤差的導數成正比的積分項。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。調節這三個常數項K、T1和TD即可在調節器中設定所需函數。可用若干方法使得這些常數適合於所要調節過程。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於所生成的紙的填料含量，即由形成在網部分33中網上的紙幅不斷吸收的填料數量。
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量，短循環中填料濃度保持恆定。這與造紙機的運行性有關。我們發現，保持系統中填料濃度、包括白水的填料濃度不隨時間而變有利於造紙機的運行。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節器44。該調節器轉而把一造成管道中填料流量提高的信號傳給填料流量調節器45，從而把與調節器45連接的管道8中的閥打得更開。該流量調節系統還包括一流量計，用來確定管道8中流動的流量是否真正為所需流量。如發現測量值太高如為每升4.2克，則相應減小管道8中填料的流量。
填料濃度調節器44為公知調節器，其類型可與上述調節器即位置41上的調節器相同。圍繞調節器44構作的控制系統考慮到調節短循環中包括所有白水的填料緩衝系統很慢。換句話說，即使在某些位置上大大提高填料流量，也得很長一段時間後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。調節器44的控制程序一般與上述填料含量調節器41的控制程序相同。
從圖1所示含填料紙的生產流程圖可以看出，不包括基於白水(例如管道7上某處的白水)的長循環，也不包括所有用於經管道1傳給短循環的厚紙漿懸浮液的檢查站。出於本發明範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所示流程圖生產含填料高級紙張的造紙機中對本發明方法進行了測試。與生產這類紙的現有方法作比較。
一厚紙漿懸浮液以每分鐘16,500升的流率經管道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精磨，在該混合容器中還放入經碎漿的廢紙。該廢紙的填料含量為約21.5％，該填料包括沉澱碳酸鈣(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澱粉。
用作新鮮填料的52％PPC以約每分鐘90升的流率經管道8加入。填料密度為770g/l。同時加入少量若干種著色劑。在短循環中更前方加入另外的紙化學物，包括螢光增白劑。
用作第一保持劑的密度為4g/l的合成聚合物經管道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的膨潤土經管道32加入該系統。該保持劑的流率固定，為每分鐘30升。
離開網前箱30的漿料的固體物質濃度為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，從而紙的生產量為每小時30噸。紙成品的含水量為約4.5％。
紙在該造紙鏈後面一位置上在一薄膜壓機中經表面施膠。表面施膠的數量為約每平方米4克。儘管圖1流程圖中未示出薄膜壓機，但該壓機位於該造紙機中預乾燥機37的緊下遊。
圖2示出使用現有方法生產含填料紙時4個日曆日和使用本發明方法生產含填料紙時隨後4個日曆日上的成品紙的填料含量。
使用現有方法尤其指在位置40上測量紙的填料含量並在位置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。如下進行該控制當紙的填料含量的測量值高於所需值即控制值時，在位置8上減小填料流量；而當該測量值太低時，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白水中即位置43上填料濃度高於控制值時，在位置22上增加保持劑流量，而當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有方法時的成品紙的填料含量。可以看出，填料含量圍繞所需控制值的變動很大。該系統在任何時刻都會發生顫噪效應。
在圖2中箭頭所示時間上不再使用上述現有控制方法，此時按照圖1和以上詳述的本發明方法，在位置40上測得的紙的填料含量信號傳到填料含量調節器41，調節器41轉而向保持劑流量調節器42發出一信號。使用本發明控制方法時，在第一日曆日期間，計算機控制的自動控制系統公布測量位置43上白水中的填料濃度。而在該日曆日期間，由操作員手工計量位置8上的填料。
從圖2可知，使用本發明時在約2.5個日曆日的一段時間上使用21.5％的成品紙中填料含量控制值。該控制值然後變為22.0％，然後在一小段時間中使用原控制值即21.5％，然後該測試終止於22％控制值。
從圖2可清楚看出本發明控制方法優於現有控制方法。使用本發明方法時，成品紙填料含量的變動比現有方法大大減小。在21.5％的控制值下，算出圖2中箭頭兩邊上一個日曆日的成品紙填料含量的標準偏差。使用現有控制方法時，該標準偏差為0.95，使用本發明控制方法時，該標準偏差為0.14，換句話說，使用本發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在約一個日曆日後開動。工作情況前面已詳述。
從圖3中可清楚看出，現有控制方法(箭頭左邊)和本發明控制方法(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。我們發現，圍繞白水中填料濃度的控制值的變動小，將有益於該造紙機的運轉平穩。
在按照本發明進行的上述測試過程中，每20秒獲得與紙的填料含量有關的數據，而每4秒獲得與白水中填料濃度有關的信息。非常精確地使用這些測量間隔並不是必需的，但測量間隔可視情況而定，尤其決定於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，並非必須根據在白水中測得的填料濃度，開始在該系統中添加填料，儘管主要出於其他原因優選進行這一測量。在上述測試過程中，在一個日曆日後才開始按照本發明一優選實施例在位置8控制填料的加入。儘管如此，按照本發明開始測試後只幾十分鐘時間之後紙填料含量就變得正確了。
當開始非必需的「第二」控制時，每次在位置43上的測量表明合適於改變在位置8上的填料添加時，就進行這樣的操作。換句話說，長時期中每第4秒對填料流量稍作變動。並非非得如此做，填料流量完全可以根據在位置43上的給定測量值在給定時間中作較大變動，經驗表明這將造成整個系統中的填料濃度在給定較長時間之後總的提高，並確保在位置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。如此時控制系統發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。
結論是，發現了與圖2所述曲線相同的曲線，從而證明使用本發明方法比使用現有方法更快地使得成品紙的填料含量從一值轉換成另一值。該事實還有助於減小紙的報廢量。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量參數可能偏離設定測量值。為節省篇幅並考慮到本發明範圍，未示出上述曲線。
權利要求
1.填料含量保持不變的紙的一種生產方法，包括a)在向一造紙機的網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物的厚紙漿懸浮液；b)在該厚紙漿懸浮液傳送到網前箱的途中把水、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)用網前箱把最後製備的漿料散布到一溼裝置、通常是一網部分上形成一溼紙幅，然後在該溼裝置下方收集所產生的稱為白水的排放水並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，該白水通常被分開並且包括分別稱為短循環和長循環的兩基於液體的材料流；f)使得該溼紙幅離開該溼裝置後一般在至少一工段中壓榨和乾燥該紙幅，所述紙幅然後可選擇進行後處理和/或把該紙幅收集在卷取輥上或把該紙幅轉換成紙張；以及g)在某一位置上測量該紙的填料含量；h)最好在短循環中或在短循環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)，其特徵在於，填料的添加量使得用填料把該系統緩衝到一通常是預定的濃度大小(控制值)，所述大小由測量過程(h)確定；只根據在白水中或在漿料中測得的填料濃度大小連續添加填料，以便至少長遠看來，當測得的大小低於控制值時增加填料添加量，當測得的大小高於控制值時減小填料添加量，使得該白水系統或緩衝系統始終有足夠填料供紙幅吸收所需數量的填料；只根據新測得的紙中的填料數量(g)連續添加保持劑，以便當測得的紙中填料數量低於應保持不變的大小時增加保持劑的添加量，並且以便當該數量高於應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回應保持不變的大小。
2.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，在一個或多個位置上加入一填料。
3.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，在短循環起始一位置上把全部填料加入漿料中。
4.按權利要求1-3所述的方法，其特徵在於，在把填料加入系統前在液體中形成填料泥漿，然後用按照所述控制方法運行的一個調節器或若干調節器在所述位置上把所述液體及其填料供給行進的紙漿懸浮液或水。
5.按權利要求1-4所述的方法，其特徵在於，在一個或多個位置上把兩保持劑加入系統中。
6.按權利要求1-4所述的方法，其特徵在於，在兩位置上各把一保持劑加入漿料中，其中，以一決定於當時紙中填料數量測量值(g)的可變數量在短循環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於紙生產量和紙的預定填料含量的不變數量在短循環中更前方位置即靠近網前箱位置上加入。
7.按權利要求1-6所述的方法，其特徵在於，保持劑在加入該系統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節器在所述位置上加入行進的紙漿纖維懸浮液中或水中。
8.按權利要求1-7所述的方法，其特徵在於，測量經最後乾燥、其乾燥物質含量超過90％的紙幅上紙的填料含量。
9.按權利要求1-8所述的方法，其特徵在於，測量從網部分下方一收集裝置傳輸的白水流的白水支流中白水的填料濃度，所述收集裝置稱為網盤。
10.按權利要求1-8所述的方法，其特徵在於，測量網前箱緊上遊位置上或所述網前箱內部漿料的填料濃度。
全文摘要
本發明涉及一種控制含填料紙的生產的方法。在該造紙過程中把填料和保持劑供給該造紙系統。測量紙中填料數量以及白水或漿料中填料濃度或總濃度。填料的供應數量使得用填料把該系統緩衝在一通過測量過程確定的一般預定的濃度水平(控制值)上。只根據即時測量的紙中填料數量連續加入保持劑，從而當測得的當前填料數量低於預定值時增加保持劑加入量，而當測得的當前填料數量高於預定值時減小保持劑的加入量，並且，至少長遠看來，只根據在白水或漿料中測得的填料濃度大小連續加入填料，從而當該測量值低於控制值時，增加填料的加入量，而當測量值高於控制值時，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 優先權日2000年12月8日
發明者K·B·艾利松, O·諾爾丁, K B 艾利松 申請人:M-真實公司