Enstegsdefibrering vid tillverkning av fiberskivor inledande fabriksförsök

8606036

®

Birgit Östman

Enstegsdefibrering vid

tillverkning av fiberskivor

Inledande fabriksförsök

TräteknikCentrum

B i r g i t östman

ENSTEGSDEFIBRERING V I D TILLVERKNING AV PIBERSKIVOR I n l e d a n d e fabriksförsök TräteknikCentrum, Rapport P 8606036 Nyckelord def-ibrator process energy oonsumption hardboard

single stage prooesi strength

water absorption

I N N E H Ä L L S F Ö R T E C K N I N G Sid SAMMANFATTNING 3 INLEDNING 3 EXPERIMENTELLT 5 RESULTAT 6 Flisråvara 6 Tvåstegsmassa av f l i s 6 Enstegsmassa av f l i s 6 Sågspånsmassa 6 Energiförbrukning 8 Skivegenskaper 10 övriga o b s e r v a t i o n e r 10 DISKUSSION 10 SLUTSATSER 12

SAMMANFATTNING

E n s t e g s d e f i b r e r i n g av f l i s har jämförts med tvåstegsdefibrering, d v s de-f i b r e r i n g under övertryck och ede-fterde-följande r a de-f de-f i n e r i n g , v i d en de-f a b r i k som t i l l v e r k a r hårda f i b e r s k i v o r . R e s u l t a t e n t y d e r på a t t s k i v k v a l i t e t e n kan hållas konstant och a t t e n s t e g s d e f i b r e r i n g ger en i c k e o b e t y d l i g energibe-s p a r i n g . Det är energibe-s a n n o l i k t en fördel a t t använda energibe-större defibrörer. Optimal a b e t i n g e Optimal s e r måste dock u t a r b e t a s b Optimal a för o Optimal i k a råvaror och o Optimal i k a s k i v k v a l i t e t e r . För a t t få säkra u p p g i f t e r om energibesparing och s k i v k v a l i t e -t e r mås-te mä-tningarna pågå under en längre -t i d . E r f a r e n h e -t e r från andra f a b r i k e r är enbart p o s i t i v a .

INLEDNING

Normalt d e f i b r e r a s flisråvaran i två s t e g , först under övertryck, därefter trycklöst, s k r a f f i n e r i n g . Härigenom kan man få en r e l a t i v t välmald massa, som är nödvändig för t ex porös board. Men för hård och medelhård board kan d e f i b r e r i n g i e t t s t e g vara tillräcklig. Energiförbrukningen för målning och pumpning kan där igenommi nskas väsentligt. Möjligen kan proces-sen b l i något svårare a t t s t y r a och medföra större r i s k för s p e t , d v s

grova f i b e r k n i p p e n som ger sämre skivegenskaper.

T fördel med e n s t e g s d e f i b r e r i n g är a t t man behåller väldefibrerad och b r a i b e r från första s t e g e t , som annars lätt slås sönder och b l i r sämre i e t t En

f i b e

andra s t e g

Det f i n n s en h e l d e l p r a k t i s k a e r f a r e n h e t e r med e n s t e g s d e f i b r e r i n g från o l i k a f a b r i k e r , men dessa f i n n s i n t e s k r i f t l i g t redovisade utåt. Det sak-nas också i övrigt l i t t e r a t u r i ämnet.

Denna r a p p o r t r e d o v i s a r r e s u l t a t och e r f a r e n h e t e r från en provkörning vecka 35 1985 v i d Royal Board AB i Piteå v i d t i l l v e r k n i n g av hårda f i b e r -s k i v o r . Några e r f a r e n h e t e r från andra f a b r i k e r r e f e r e r a -s ock-så.

EXPERIMENTELLT

V i d provkörningen jämfördes normal tvåstegsdefibrering, d v s både d e f i -b r e r i n g och r a f f i n e r i n g , med e n s t e g s d e f i -b r e r i n g , d v s raffinören kopplades b o r t . A v s i k t e n var a t t framställa massa med k o n s t a n t malgrad. Hela t i -den hölls flisråvaran k o n s t a n t . Energiåtgången (ånga och e l ) r e g i s t r e r a d e s v i d d e f i b r e r i n g och r a f f i n e r i n g . Prover togs på f l i s , massa och färdiga s k i v o r .

F l i s p r o v e r togs v i d t r a n s p o r t b a n d e t t i l l i n m a t n i n g s f i c k a n . Proven förvara-des k a l l t i plastpåsar och analyseraförvara-des med avseende på t o r r h a l t och bark-h a l t v i d TräteknikCentrum.

Defibrören var av t y p L 42 med m a l s k i v o r nr 10 612 SD som v a r i t i d r i f t fem dygn v i d provtillfället. De hade r e v e r s e r a t s e f t e r två och e f t e r f y r a dygn. Normalt har man ca 25 d r i f t s d y g n mellan byten av m a l s k i v o r . Defibrö-ren hade e j någon m a l s p a l t s g i v a r e utan endast en rotorlägesgivare, som var svår a t t använda. V a r v t a l e t på inmatningsskruven och d i f f e r e n t i a l t r y c k e t mellan förvärmare och malhus r e g i s t r e r a d e s .

Angövertrycket i förvärmaren var 0,73 - 0,75 MPa (7,3 - 7.5 kp/cm^)^ d i f f e r e n t i a l t r y c k e t i n t i l l malhuset ca 40 kPa (0,4 kp/cm^) och förvärm-n i förvärm-n g s t i d e förvärm-n 2,5 - 3 m i förvärm-n u t e r .

Raffinören v a r av t y p RG 42. Massakoncentrationen v i d r a f f i n e r i n g var ca 10 %,

Energiförbrukning, såväl e l e n e r g i som ånga, r e g i s t r e r a d e s på s k r i v a r e . Dessutom avlästes mätinstrumenten för e l e k t r i s k malenergi v i d d e f i b r e r i n g och r a f f i n e r i n g två-tre gånger per timme.

Massaprover togs u t i cyklonen e f t e r defibrören (för spethaltsmätning), e f t e r spädning med b a k v a t t e n (för mätning av a v v a t t n i n g s t i d , DS) samt e f t e r raffinören, då denna var i n k o p p l a d . Prover togs också av sågspåns-massa. Massans a v v a t t n i n g s t i d mättes d i r e k t v i d f a b r i k e n . T o r r h a l t och s p e t h a l t bestämdes v i d TräteknikCentrum.

Skivor t i l l v e r k a d e s på l i n j e 2 ( l i n j e 1 var t i d v i s ur d r i f t v i d provkör-n i provkör-n g e provkör-n ) . S k i v p r o v e r fråprovkör-n etage 10 i varmpresseprovkör-n märktes d i r e k t e f t e r pres-sen. De f i c k därefter fortsätta i processen och togs u t e f t e r värmehärdn i värmehärdn g . Skivorvärmehärdnas böj och slaghållfasthet samt v a t t e värmehärdn a b s o r p t i o värmehärdn och t j o c k -lekssvällning bestämdes v i d TräteknikCentrum e n l i g t gängse standardmeto-der.

S k i v o r av R o y a l e x - k v a l i t e t , d v s med yttätning e f t e r press, t i l l v e r k a d e s med t j o c k l e k e n 3,2 mm. Grundmassan bestod h e l t av f l i s m a s s a och u t g j o r d e 60 % av s k i v a n s v i k t . Resterande 40 % u t g j o r d e s av sågspånmassa som lades på som mellan- och y t s k i k t . Upptagningsmaskinens h a s t i g h e t var 15 m/min och bakvattentemperaturen 5560 "C Skivorna pressades v i d 215 '0 1 6 m i -nuter och värmehärdades v i d 163 °C i 7 timmar.

RESULTAT

Tvåstegsdefibrering studerades under ca t r e timmars d r i f t . Därefter gjor-des e t t uppehåll för a t t koppla b o r t raffinören, v a r e f t e r enstegsdefibre-r i n g e n studeenstegsdefibre-rades undeenstegsdefibre-r ca 20 timmaenstegsdefibre-r.

Flisråvara

Flisråvaran bestod av ca 73 % b a r r v e d s f l i s och ca 25 % lövvedsflis. Torr-h a l t e n var 45-49 % ocTorr-h b a r k Torr-h a l t e n ca 11 men med v i s s a v a r i a t i o n e r . To-t a l To-t s e To-t To-t var flisråvaran konsTo-tanTo-t under provkörningen.

Tvåstegsmassa av f l i s

Tvåstegsdefibrering pågick under i s t o r t s e t t konstanta b e t i n g e l s e r . Avv a t t n i n g s t i d e n Avvar ca 13 DS e f t e r d e f i b r e r i n g och ca 17 DS e f t e r r a f f i n e -r i n g , se f i g u -r 1 . S p e t h a l t e n va-r -r e l a t i v t hög, ca 50 % e f t e -r d e f i b -r e -r i n o och ca 40 % e f t e r r a f f i n e r i n g .

Enstegsmassa av f l i s

B e t i n g e l s e r n a v a r först v a r i e r a n d e under en inkörningsperiod på ca två timmar, därefter r e l a t i v t konstanta under 3-4 timmar. Den enstegsmassa, som då t i l l v e r k a d e s v a r ganska f i n m a l d med en a v v a t t n i n g s t i d på ca 20 DS och en s p e t h a l t på endast ca 22 %. Energiförbrukningen var ganska hög (se f i g u r 1 ) och d e f i b r e r i n g s m o t o r n blev alltför varm. M a l s p a l t e n ökades där-för och en ny p e r i o d med r e l a t i v t konstanta b e t i n g e l s e r uppnåddes. En-stegsmassan var nu mera l i k tvåEn-stegsmassan och hade en a v v a t t n i n g s t i d om ca 16 DS och en s p e t h a l t på ca 40 %.

Under n a t t e n minskades produktionen s u c c e s s i v t , men ökades igen på morgo-nen. Den massa som då framställdes var ånyo l i k tvåstegsmassan vad gäller a v v a t t n i n g s t i d och s p e t h a l t .

Såqspånsmassa

Sågspånsmassan för s k i v o r n a s mellan- och y t s k i k t ändrades e j under prov-körningen. A v s i k t e n var a t t hålla den så konstant som möjligt. Vissa va-r i a t i o n e va-r föva-rekom dock. A v v a t t n i n g s t i d e n vava-r undeva-r föva-rsta dagen

20 -{ 1 o ^ tvåstegs- enstegsdefibrering 1 I Qvvattningstid, DS s roff: Afioc^ def: 12 18 • ' i _ 24 _ j 1-06 12 6 0 5 0 40 -30 20 10 spethQlt (0,15mm) % def: raff: (S> . — • kl 12 j i _ 24 06 12 i SQOA 400 4 300 i 200 H 100 •{ energiförbrukning el o Anga kWh/ton 4ngQ: raffin. (adderad) defibrering kl 08 12 18 I 1 I I I L _ 0.7 ton (5nga/ton board 0,6 0.5 0,4

H

Figur 1 . A v v a t t n i n g s t i d , s p e t h a l t e n l i g t S o m e r v i l l e och energiförbruk-n i energiförbruk-n g v i d o l i k a k l o c k s l a g uenergiförbruk-nder provkörenergiförbruk-nienergiförbruk-ngeenergiförbruk-n.

Energiförbrukning

Energiförbrukningen i form av e l k r a f t och finge per t o n massa v i d d e f i b r e -r i n g och -r a f f i n e -r i n g av f l i s ges i f i g u -r 1 , t i l l s a m m a n s med massaanalyse-r och i f i g u r 2 t i l l s a m m a n s med p r o d u k t i o n s d a t a .

Vid tvåstegsmalning var d e f i b r e r i n g s e n e r g i n ca 125 kWh/ton och r a f f i n e -r i n g s e n e -r g i n ca 105 kWh/ton, d v s t o t a l t ca 230 kWh/ton. V i d enstegsmaln i enstegsmaln g var d e f i b r e r i enstegsmaln g s e enstegsmaln e r g i enstegsmaln uenstegsmalnder deenstegsmaln första k o enstegsmaln s t a enstegsmaln t a periodeenstegsmaln då f i enstegsmaln -mald massa producerades ca 205 kWh/ton, därefter ca 145-185 kWh/ton, då enstegsmassan var mera l i k tvåstegsmassan. Besparingen i e l e n e r g i för de-f i b r e r i n g var således under denna p e r i o d ca 60 kWh/ton e l l e r ca 25 %, Angförbrukningen var v i d tvåstegsdefibrering ca 0,7 t o n ånga/ton massa. V i d e n s t e g s d e f i b r e r i n g sjönk den t i l l ca 0,4 - 0,5 t o n / t o n ( c a

300-400 kWh/ton). Orsaken kan vara a t t ånga a l s t r a s v i d den högre malenerg i n s a m t i d i malenerg t som ånmalenergmalenergenomblåsninmalenergen minskar v i d mindre m a l s p a l t . D i f f e -r e n t i a l t -r y c k e t va-r k o n s t a n t , ca 40 kPa (0,4 kp/cm^).

100 H 50-^ tv&stegs- ^ enstegsdefibrering produktion ton/24h~l kl 12 18 I

\

\

\

\

\

\

H

H

F i g u r 2. P r o d u k t i o n och energiförbrukning v i d o l i k a klock-s l a g under provkörnngen.

10

Skivegenskaper

Skivegenskaperna v a r i s t o r t s e t t oförändrade, se f i g u r 3. Någon s k i l l n a d mellan tvåstegs- och e n s t e g s d e f i b r e r i n g kunde i n t e observeras. Detta kan d e l v i s förklaras av a t t f l i s m a s s a n u t g j o r d e endast 60 % av skivans v i k t . E v e n t u e l l a s k i l l n a d e r utjämnas därför av den resterande spånmassan. Ä andra sidan är inga s t o r a s k i l l n a d e r i skivegenskaper a t t vänta med de r e l a -t i v -t små s k i l l n a d e r i massaegenskaper som erhölls.

S k i v d e n s i t e t e n v a r 980 kg/m^ och t j o c k l e k e n 3,2 mm. Övriga o b s e r v a t i o n e r

Enstegsmassan var mer lättavvattnad på upptagningsmaskinen. T o r r h a l t e n fö-re pfö-ress ökade från ca 32 % t i l l ca 35 % under körningen.

DISKUSSION

E n s t e g s d e f i b r e r i n g e n f o r t s a t t e e f t e r provtagningens s l u t , avbröts sedan e f t e r ca en vecka p g a andra p r o d u k t i o n s t e k n i s k a problem för a t t återupp-t a s och pågå uåterupp-tan a v b r o återupp-t återupp-t i ca e återupp-t återupp-t h a l v återupp-t år. E r f a r e n h e återupp-t e r n a från denna återupp-t i d är enbart p o s i t i v a . Det v a r t ex lättare a t t hålla en jämn malgrad än v i d tvåstegsdefibrering. Man f i c k också en e n k l a r e s t a r t e f t e r d r i f t s u p p e -håll. Men u p p g i f t e r om e n e r g i b e s p a r i n g m m saknas från den f o r t s a t t a kör-ningen.

Man har dock v i d samma f a b r i k e r f a r e n h e t e r av e n s t e g s d e f i b r e r i n g från en längre p e r i o d under 1984, då v i d e t t lägre d i f f e r e n t i a l t r y c k , ca 2 kPa (0,02 kp/cm^). Energibesparingen under den perioden blev l i k a s t o r som v i d provtillfället räknat i k r , ca 32 k r / t o n massa ( v i d e t t e l p r i s av

18 öre/kWh och e t t ångpris av 85 k r / t o n ) , men fördelades o l i k a mellan bes p a r i n g av e l e n e r g i och ånga. V i d provtillfället var bebesparingen i e l e n e r g i ca 60 kWh/ton massa och av ånga ca 0,25 t o n / t o n massa, under den t i d i -gare perioden var motsvarande värden ca 145 kWh/ton massa och ca

0,06 t o n / t o n massa. S k i l l n a d e n v i d de båda tillfällena förklaras av s k i l l -naden i d i f f e r e n t i a l t r y c k .

En annan svensk f i b e r s k i v e f a b r i k har långvarig och god e r f a r e n h e t av en-s t e g en-s d e f i b r e r i n g . Man har där d e f i b r e r a t f l i en-s i e t t en-steg under ca fem år och under ca 1 år även sågspån för grundmassa. Samma malskivor används för f l i s och sågspån med g o t t r e s u l t a t . Man har dock övergått t i l l 42 tums de-fibrörer ( i stället för 36 tums), v i l k e t säkert b i d r a r t i l l de p o s i t i v a e r f a r e n h e t e r n a . V a r i a t i o n e r i f l i s k v a l i t e t uppges i n t e ha någon betydelse för s k i v k v a l i t e t e n .

övriga svenska f a b r i k e r tillämpar i n t e e n s t e g s d e f i b r e r i n g f n. Anledningen är främst a t t man har mindre defibrörer och a t t malskivorna i n t e a l l t i d kan r e v e r s e r a s , v i l k e t är v i k t i g t . Man har också v i s s a farhågor a t t v a r i a -t i o n e r i f l i s k v a l i -t e -t ska slå igenom och ge en ojämn massa.

E r f a r e n h e t e r från utländska f a b r i k e r t y d e r dock på a t t s k i v k v a l i t e t e n sna-r a s t b l i sna-r bättsna-re med e n s t e g s d e f i b sna-r e sna-r i n g . Detta fösna-rklasna-ras av a t t f i b e sna-r n b l i r mindre förstörd, v i l k e t kan ge en mer lättavvattnad massa samt lägre v a t t e n a b s o r p t i o n och svällning.

11 60 50 40-1 30 20 10 -tvåstegs- ^ enstegsdefibrering böjhAUf MPQ —QicPy 12 18 _ i _ böjhäUf. E-modul 24 E - modul GPQ 5 H 06 J L_ 3 2 1 12 15H loH kJ/m^ spec.slagbrottarbete ^ / - *

"

F i g u r 3. Skivegenskaper angivna som medelvärden för längs och tvärs

m a s k i n r i k t n i n g e n . S k i v d e n s i t e t ca 980 kq/n? och t j o c k l e k 3,2 mm, K l o c k s l a g e t i de övre diagrammen anger t i d för märkning av s k i -van e f t e r varmpressen, som är ca 2 t i m senare än p r o v t a g n i n g av samma massa, därav den förskjutna t i d s a x e l n f o r a v v a t t n i n g s t i d .

12

SLUTSATSER

E n s t e g s d e f i b r e r i n g av f l i s bör kunna tillämpas mer e l l e r mindre d i r e k t i f a b r i k s s k a l a och ger då en väsentlig e n e r g i b e s p a r i n g v i d konstant skivkva-l i t e t . D e t t a gäskivkva-lskivkva-ler för t i skivkva-l skivkva-l v e r k n i n g av hård board och s a n n o skivkva-l i k t även me-delhård board ( s k byggboard), som kräver en något mer välmald massa. Men för porös board, som kräver en mycket välmald massa, behövs y t t e r l i g a r e p r o c e s s m o d i f i e r i n g a r för a t t kunna d e f i b r e r a i e t t s t e g .

Tillämpningen underlättas om man har större defibrörer och om malskivorna kan r e v e r s e r a s .

Farhågor a t t processen b l i r mera svårstyrd har i n t e besannats v i d de fab-r i k e fab-r däfab-r e n s t e g s d e f i b fab-r e fab-r i n g tillämpas. Tväfab-rtom äfab-r e fab-r f a fab-r e n h e t e fab-r n a enbafab-rt goda även vad gäller s k i v k v a l i t e t e n .

TACK

E t t varmt tack t i l l f a b r i k s l e d n i n g och personal v i d Royal Board AB i Piteå för a l l hjälp v i d provkörningen samt t i l l Ake österman, TräteknikCentrum, för utmärkt t e k n i s k a s s i s t a n s .

Detta digitala dokument skapades med anslag från

Stiftelsen Nils och Dorthi Troedssons forskningsfond

TräteknikCentrum

INSTITUTET FOR TRATEKNISK FORSKNING

Box 5609,114 86 S T O C K H O L M Besöksadress: Drottning Kristinas väg 67 Telefon: 08-14 53 00

Telex: 144 45 tratek s Telefax: 08-11 61 88 Huvudenhet med kansli

Åsenvägen 9, 552 58 JÖNKÖPING Telefon: 036-12 60 41 Box 354, 931 24 SKELLEFTEÅ Besöksadress: Bockholmsvägen 18 Telefon: 0910-881 40 Telex: 650 31 expolar s Telefax: 0910-889 88