Rullmaskinsoptimering
Linus Söremark
Luleå tekniska universitet Civilingenjörsprogrammet
Maskinteknik
Institutionen för Tillämpad fysik, maskin- och materialteknik Avdelningen för Produktionsutveckling
Detta examensarbete är avslutningen på min utbildning till Civilingenjör inom Maskinteknik med produktionsteknisk avslutning, Luleå Tekniska Universitet.
Examensarbetet utfördes vid Smurfit Kappa Kraftliner Piteå under våren 2008.
Jag vill tacka alla som jag har haft att göra med på Smurfit Kappa Kraftliner Piteå Vill även tacka min handledare Greger Stubbfält, Staffan Persson, driftingenjör rullhanteringen samt Anders Sandlund, underhållsingenjör, alla anställda vid Smurfit Kappa Kraftliner Piteå
Även min examinator Torbjörn Ilar ska ett stort tack.
Piteå den 23 maj 2008 Linus Söremark
Smurfit Kappa Kraftliner Piteå tillverkar kraftliner som används vid tillverkning av wellpapp. Pappret kommer från pappersmaskinen på en tambour (40 ton och 6,5 meter bred), som sedan rullas om och skärs till kundanpassade rullar (ca 3 ton och 2,4 meter breda) i en så kallad rullmaskinen.
Examensarbete har bestått i att föreslå optimeringar, förbättringar och serviceintervall i avsikt att förbättra körbarhet och kvalitet på rullmaskin 1.
Inledningsvis gjordes ett studiebesök hos SCA Packaging Obbola för att få lite information inför det kommande konditionstest som MetsoPaper skulle utföra även hos Smurfit Kappa. För att få ytterligare lite bättre uppfattning om möjliga åtgärder på rullmaskinen deltog författaren i en kurs för rullmaskinoperatörer. Under kursen påpekades rullhårdhetens betydelse för rulluppbyggnaden. Detta föranledde en separat studie av kundrullarnas hårdhetsvariationer för två olika ytvikter (140 g/m2 och 275 g/m2).
Resultatet från MetsoPapers konditionstest kom i form av en rapport med rekommenderade åtgärder. Denna rapport, tillsammans med diskussioner med
personal från MetsoPaper, har utgjort grunden till en checklista för rullmaskin 1 för att i framtiden säkra hög kvalitet samt undvika större haverier.
Mätningarna av rullhårdhet visar att rullmaskinen uppvisar mycket små variationer i längsled medan de yttersta rullgavlarna i varje set är avsevärt mycket lösare än de andra rullarna. Orsaken till detta ligger hos papperet och inte hos rullmaskinen.
Enskilda rullar har en liten variation i hårdhet mätt i radiell led.
Resultaten av de egna observationerna visar på ett antal olika möjligheter till förbättringar. T.ex. genomfördes en ökning av knivhastigheten med resultatet att snittytan förbättrades vid höga hastigheter. En tidsstudie visar att med de ändringar, som föreslagits, är det möjligt att vinna 10 dygns produktionstid per år i rullmaskinen.
Övriga förslag till förbättringar har inte kunnat utvärderas inom examensarbetets tidsram då belastningen på rullmaskinen för närvarande är mycket hög.
Utvärderingarna kommer att ske senare.
Smurfit Kappa Kraftliner, Piteå, Sweden, produces kraftliner which is used in the manufacturing of corrugated board. The paper from the paper machine is winded onto a Tambour (40 ton and 6,5 meter wide). The reel is then re-winded and cut into smaller reels designed for the customers (typically 3 tons and 2,4 meter wide).
The thesis work had the objective to suggest optimizations and improvements for better runnability and quality on Winder No. 1.
To start with a visit was made at SCA Packaging, Obbola, Sweden, to get some information before an audition of the winder was to be done in Piteå by MetsoPaper, Sweden. In addition I participated in a one week course for operators of winders.
During this course focus was put on reel hardness and as a result of this I started up measurements of reels made from 140 and 275 g/m2 kraftliner.
The results from the audition by MetsoPaper suggested different actions to be taken, most of which are already planned. The result of this audition and discussions with people from MetsoPaper has been the foundation for a check-list for the winder to secure a high performance and to avoid severe damages.
Measurements of reel hardness show that the winder has small variations in machine direction but that the reel sides coming from the front and back of the tambour are significantly softer. The reason for this is due to imperfections in the paper produced and not to the performance of the winder. Single reel sides showed very small variation in radial direction.
The results pointed out a number of possible improvements. So for instance, was the rotational speed of the knives increased with the result of a cleaner and more even cut at higher speeds. An examination of the time needed for different operations ended up in a suggestion to changes that will save some ten days of production each year.
Other suggestions for improvements were not possible to evaluate during my thesis work due to high production pressure on the winder. Evaluations will be preformed later.
Innehållsförteckning
1. Inledning...1
1.1. Mål... 1
1.2. Utförande... 1
2. Bakgrund...2
2.1. Bakgrund ... 2
2.2. Företagspresentation... 2
2.3. Produkter... 3
2.4. Användningsområden... 4
3. Teori ...5
3.1. Statistisk processtyrning... 5
3.2. De sju förbättringsverktygen... 7
4. Metoder ...12
4.1. Papperstillverkning ... 12
4.2. Rullmaskinens uppgift ... 12
4.3. Rullmaskinens inställningar och viktiga delar ... 15
4.4. Experimentellt... 17
5. Reslutat och Diskussion...19
5.1. Studiebesöket på SCA Packaging Obbola ... 19
5.2. MetsoPapers konditionstest ... 20
5.3. Hårdhetsmätningar ... 26
5.4. Andra förslag till förbättringar ... 41
6. Slutsatser ...47
7. Referenser ...48 Bilaga
1. Inledning
1.1. Mål
”Examensarbetets mål är att föreslå optimeringar, förbättringar, serviceintervall mm på rullmaskin 1 för att i framtiden säkerställa en bra tillgänglighet och en hög
kvalitetsnivå på våra kundrullar.”
1.2. Utförande
• Litteratur
Examensarbete inleddes med en litteraturgenomgång, framför allt boken
”Rullning”, visade sig matnyttig. Även delar av andra böcker har studerats, se referenslistan.
• Studiebesök på SCA Packaging Obbola
Anledningen till studiebesöket var att få ut så mycket som möjligt av det kommande konditionstestet av MetsoPaper vid Smurfit Kappa, en konditionstest som SCA hade gjort året innan.
• MetsoPapers konditionstest
MetsoPaper genomförde ett mekaniskt och hydrauliskt konditionstest på Rullmaskin 1 (RM1).
• Rullmaskinsutbildning
Genomgick en kurs för rullmaskinsoperatörer, som ordnades vid Smurfit Kappa Kraftliner Piteå. Kursen anordnades av The Packaging Greenhouse, han som höll i delen som handlade om rullmaskin var Jonny Widstrand från Billerud Gruvön.
• Observationer på RM1
Författaren har även gjort ett antal observationer på rullmaskin för att finna möjliga förbättringsåtgärder.
2. Bakgrund
2.1. Bakgrund
Efter varje pappersmaskin finns en rullmaskin. De flesta pappersegenskaper (färg, styrka mm) kan naturligtvis inte påverkas av rullmaskinen, men om rullmaskinen (valsar, stryklister, knivar mm) inte är i bra skick eller har rätt inställningar kan vissa produktegenskaper försämras i rullmaskinen. De krav på kundrullar, som
rullmaskinen kan påverka, är bl.a. diameter, bredd, ”rundhet”, damm, gavlarnas släthet och hårdhet samt rullhårdheten mätt på mantelytan. Alltför hårt rullade rullar kan leda till bristningar/sprickor i rullens ytskikt. Kunderna kan också bedöma körbarheten på annat sätt. Den levererade produktens jämnhet är ett allt viktigare kvalitetskrav. Detta gör att kundens maskinparametrar för en optimal
vidarekonvertering upprätthålls och därmed hög kvalitet och produktionsvolym (Gronewold, 1998).
Rullmaskin 1 (RM1), som detta examensarbete omfattar, har till uppgift att tillverka rullar i kundanpassade storlekar från pappersmaskinen 1. Produktionen är idag ca 1050 ton/dag jämfört med 800 ton/dag år 1994.
Pga. att kundernas maskiner och efterbehandling ökar i hastighet och produktion, så ökar kraven på våra maskiner ständigt och därmed trycket på rullmaskinen att
leverera en jämn och bra produkt. Rullmaskinen är det sista steget i en lång förädlingskedja som måste fungera på ett tillförlitligt sätt, kapacitets- och kvalitetsmässigt. Fabrikens ansikte mot kunden!
2.2. Företagspresentation
Smurfit Kappa Kraftliner Piteå är Europas största kraftlinerbruk med kapacitet att årligen tillverka 700 000 ton. Kraftliner är ett papper tillverkat av nyfiber och används för tillverkning av högklassig wellpapp (www.smurfitkappa-kraftliner.com).
Fabriken byggdes mellan 1959 och 1962. Dess kapacitet var från början 100 000 ton/år. Efter 10 år, 1972, fördubblades produktionen när pappersmaskin 2 togs i drift.
Kapaciteten har ökat genom ständiga investeringar och förbättringar genom åren och 2001 var kapaciteten 642 000 ton. Ytterligare investeringar under 2002 gjorde att kapaciteten år 2003 upp gick till 700 000 ton/år. År 2004 togs den biologiska reningen av avloppsvattnet i drift och miljötillståndet höjdes till 750 000 ton. Under 2005-2006 genomfördes den största enskilda investeringen i fabrikens historia, den nya biobränslepannan byggdes och togs i drift våren 2007.
Fabriken är placerad i direkt anslutning till Piteå stad och är en av dess största arbetsplatser.
Fabriken består av en sulfatfabrik med två barrmassalinjer och en lövmassalinje med blekningsprocess, en returfiberanläggning och en pappersfabrik med två
pappersmaskiner.
Smurfit Kappa Kraftliner Piteå har ca 600 anställda, och hör till Paper Division Europe som är en del av Smurfit Kappa Group, med en omsättning på över 7 miljarder euro och mer än 40 000 anställda Smurfit Kappa Group är därmed marknadsledande inom pappersbaserade förpackningar.
2.3. Produkter
Smurfit Kappa Kraftliner Piteå tillverkar Kraftliner som används som ytskikt till wellpapp. Alla kraftlinerprodukter tillverkas i 2 skikt, ett basskikt bestående av en blandning av nyfiber och returfiber samt ett toppskikt av nyfiber.
Brun kraftliner
Brun kraftliner är den volymmässigt största produkten. Den tillverkas av oblekt nyfibermassa och cirka 25 % returfibermassa. Den bruna kraftlinerns främsta
egenskaper är hög och jämn mekanisk styrka samt goda egenskaper för tryckning på brun yta.
Marmorerad kraftliner
Marmorerad kraftliner består av ett tunt toppskikt av blektmassa som formerats till ett marmorliknande utseende. Basskiktet består av oblekt nyfibermassa och en mindre del returfibermassa.
Royal 2000
Royal 2000 är en kraftliner med heltäckande vitt toppskikt på ett basskikt av oblekt massa. Den blekta massan tillverkas i en sluten blekningsprocess. Inga
klorkemikalier används i processen (TotalClorineFree). Detta innebär att blekningen i princip inte ger några utsläpp.
Vittopp kraftliner
Vittopp kraftliner är en kraftliner med heltäckande vitt toppskikt såsom R2000 på ett basskikt av oblekt massa. Den har en högre ljushet och bättre ytjämnhet än Royal 2000. I det vita toppskiktet ingår vitt pigment, vilket ger en mycket bra och tryckbar yta för alla typer av färger.
Bestruken kraftliner
Bestruken kraftliner är den mest exklusiva kraftlinern. Den är en ytvit kraftliner som bestrukits med vitt pigment. Detta ger högsta ljushet och bästa möjliga yta för färgtryck. Bestruken kraftliner levereras i två olika varianter som anpassats för olika tryckmetoder
2.4. Användningsområden
Liner, som här i Piteå huvudsakligen är baserad på nyfiber, används huvudsakligen för vidareförädling till wellpapp. Linern utgör här de yttersta plana delarna medan det veckade (korrugerade) mellanskiktet utgörs av s.k. fluting (Sörås, 2000). Fluting framställs, om den är baserad på nyfiber, enligt en annan kemisk process. Vid
wellpapprocessen korrugeras flutingen och sammanfogas (limmas) med ytskikten (se Figur 2.1.). Detta är en kontinuerlig process som i slutändan levererar ark.
Wellpappens stora fördel som konstruktions material för styva förpackningar är just hög styvhet med liten materialinsats (jmf bikupan eller honeycomb-konstruktionen).
Figur 2.1 Exempel på wellpappens uppbyggnad.
Efter denna tillverkning konverteras arken genom tryckning och stansning samt limning till lådämnen, vilka sedan säljs till förpackare som sedan distribuerar sina produkter till kunderna. Exempel på förpackare är IKEA, Tuborg, Nestle, Unilever, Philips, Polarbröd etc. Här är det viktigt att inpackningen kan ske i den takt som kundernas produkter produceras. (Det kan bli problematiskt att stoppa Polarbröds ugnar i Älvsbyn om inte wellpapplådorna fungerar/finns). Transporten till kundernas kunder, dvs. t.ex. ICA´s centrallager i Växjö eller butiken i Bergsviken, måste sedan fungera så att produkten, dvs. wellpapplådans innehåll kommer fram oskadad.
liner fluting
3. Teori
3.1. Statistisk processtyrning
Statistisk processtyrning (SPS) är ett verktyg vilket kan beskrivas som ”den del av företagets verksamhet som går ut på att styra mot målvärden och minimera
variationer i tillverkningsprocesser, med hjälp av statistiska metoder” (Bökmark och Olausson, 1990). Det är alltså inte bara en metod utan ett begrepp för styrning som är uppbyggt på statistik, där flera metoder används för att skapa en högre
kvalitetsnivå vid tillverkningen (Bergman och Klefsjö, 2001). Redan i början av 1900- talet började man i USA med att utveckla metoderna och verktygen för
kvalitetsarbetet. Det riktiga genombrottet kom i Japan efter andra världskriget. De två stora männen inom kvalitetsarbetet var amerikanerna Walter Shewhart och Joseph Juran.
Vid tillverkning av en produkt är det viktigt att kunden sätts i fokus. Alltså förståelsen för kundens situation och vad kunden verkligen efterfrågar. Då kan ett målvärde fastställas som är det bästa för kunden. Målvärdet ska inte bara vara bra för kunden utan måste även passa företaget ifråga, allstå tillverknings- och ägandeekonomi. Det hela är alltså en balans mellan köpare och säljare.
När SPS används följs ett mönster av inhämtning av data, analys och handling utifrån analysen (se Figur 3.1. nedan). Eftersom att arbetet med SPS är en iterativ process så återkommer data insamlingen och analyserna som Figur 3.1. nedan visar.
Datainsamling Histogram
Målvärdesstyrning Toleransgränser
Duglighetstest Duglighetsindex
Styrning Förbättringar
Målvärdesstyrning
Målvärdesstyrning innebär att man sätter upp ett målvärde, som sedermera ska försöka uppnås (så nära som möjligt) med styrning av produktionsprocessen. Alltså processen styrs mot det bestämda mål man har satt upp genom att vidta åtgärder för att korrigera felet/felen (Bergman och Klefsjö, 2001).
Det finns även toleransstyrning men då vill man bara hamna inom två
toleransgränser och är man då inom gränserna åtgärdas ingenting, vilket leder till större risk att hamna utan för dessa gränser innan man märker detta. Därför är målvärdesstyrningen mer noggrann och man uppfyller bättre egenskaperna.
Målvärdet bör ligga så när mitten av toleransgränserna som möjligt för att kunna få så bra styrning som möjligt och upptäcka felen i tid.
Figur 3.2. Toleransstyrning
Figur 3.3. Målvärdesstyrning
Signal för styrning Målvärde
Signal för styrning
Övre toleransgräns Undre
toleransgräns
Signal för styrning Signal för
styrning
Övre toleransgräns Undre
toleransgräns
Variationer
Det finns två olika typer av variationer den ena är slumpmässiga och den andra är urskiljbara variationer. Eftersom det inte finns någon klar gräns mellan dessa så är det viktigt att ha mycket information och kunskap om processen, då blir det lättare att veta vilka som är urskiljbara variationer.
Om man lyckats få bort alla urskiljbara variationer så är det bara de slumpmässiga variationerna kvar och då kallas det att processen är i statistisk jämvikt.
Shewhart (1931) har sagt ”A phenomenon will be said to be controlled when, through the use of past experience, we can predict, at least within limits, how the phenomenon may be expected to vary in the future”.
I ett kontinuerligt förbättringsarbete spelar statistisk processtyrning en viktig roll. Ju mera man lär sig om en processen desto mera av de slumpmässiga variationerna kan identifieras som urskiljbara och tas bort. Det viktiga med förbättringsarbete är att man vill minska kvalitetsbrist kostnaderna och förbättra kvaliteten.
Med en bristande kunskap om processen och statistiken kan det ofta vara så att man skapar nya variationer istället för att ta bort några.
3.2. De sju förbättringsverktygen
Vid förbättringsarbeten som t.ex. statistisk processtyrning kan det vara bra att använda sig av de sju förbättringsverktyg som finns, dessa hjälper dig att samla in data och sedan analysera data (Blom och Holmquist, 1998; Bergman och Klefsjö, 1998; Bergman och Klefsjö, 2001).
Styrdiagram
Styrdiagram har en viktig funktion i statistisk processtyrning för att kunna finna vilka variationer som är urskiljbara. Detta görs med hjälp av att man sätter upp styrgränser (övre och undre) och en centrallinje (CL). Figur 3.3. nedan visar hur ett styrdiagram kan se ut. Avståndet mellan övre och undre styrgräns är ofta 6 standardavvikelser och centrallinje mittemellan dessa två.
Övre styrgräns, Sö
Centrallinje, CL
Det är viktigt att inte styrgränserna och toleransgränserna blandas ihop eftersom det är en väsentlig skillnad mellan dessa. Styrgränserna är kopplade till en process medans toleransgränserna är kopplade till en enhet. Ett exempel på styrdiagram och regler för alarm är Western Electrics som beskrivs nedan.
Western Electrics varningssignaler
Western Electrics har skapat en lista med varningssignaler för att veta om det finns några urskiljbara variationer som bör justeras bort. Men denna lista kan även skicka iväg falska alarm (men högst osannolikt).
1. En punkt utanför någon av 3-sigma-gränserna.
2. Två punkter av tre utanför någon av 2-sigma-gränserna (på samma sida om centrallinjen).
3. Fyra av fem på varandra följande punkter utanför någon av 1-sigma-gränserna (på samma sida om centrallinjen).
4. Åtta punkter i följd på samma sida om centrallinjen.
Dessa regler skapar alarm om att det troligtvis förekommer urskiljbara variationer som bör undersökas. Bilden nedan (Figur 3.4.) visar hur ett Western Electrics Styrdiagram skulle kunna se ut.
Figur 3.6. Western Electronics styrdiagram.
Övre styrgräns
Undre styrgräns +3 sigma
+2 sigma +1 sigma Centallinje, CL -1 sigma -2 sigma -3 sigma
Datainsamling
Datainsamlingen, faktaunderlag är de viktigaste delarna i förbättringsarbetet. Om felaktiga data samlas in hjälper det inte utan snarare stjälper det. Innan
datainsamlingen bör man veta vilket kvalitetsproblem som finns och vilka fakta man vill ha. När svaren på dessa frågor är besvarade kan insamlingen av data börja.
Detta kan ske med en lista där ett x markeras i en tabell för varje mätvärde. Har materialen olika bakgrund bör detta markeras i tabellen.
Histogram
Vid så här stora undersökningar finns det ofta stora datamängder, så då går det inte att representera varje mätvärde, utan då är det bra med ett histogram där varje mätvärde representeras av en kub, om flera kuber har samma värde staplas de på varandra. Detta kan skapa en ganska bra översikt om var mätvärdena ligger.
Paretodiagram
Paretodiagram används för att kunna bestämma vilket problem som är viktigast att ta itu med först. Men det gäller även att kontrollera konsekvenskostnaden.
Orsak-verkan-diagram
När ett kvalitetsproblem valts ut gäller det att ta reda på orsakerna till det. Först gör man en grov uppskattning vilka orsaker som skapar problemet. Sedan görs en finare beskrivning på en grov uppskattning och tar reda på fler orsaker till det problemet.
Vidare går man igenom alla dessa orsaker tills man har en mycket fin uppdelning (många grenar). Ett Orsak-verkan-diagram är ett mycket bra redskap för vidaren problemösning.
Uppdelning
Uppdelning kan man använda sig av för att ta reda på orsaker till variationer. Det går ut på att man delar data materialet man har i grupper och med hjälp av t.ex.
histogram se om de olika grupperna skiljer sig åt. De olika grupperna som
uppdelningen kan delas upp i kan vara t.ex. arbetare 1 och arbetare 2 (operatör).
Figur 3.4. Uppdelning av data efter två olika arbetare.
Här kommer några exempel på uppdelning:
• Material - Leverantör - Lager
- Tid sedan inköp
• Maskin - Typ - Ålder
- Tillverkningsställe
• Operatör - Erfarenhet - Skift - Person
• Tid - Tid på dagen - Säsong
• Miljö - Temperatur - Fuktighet
Egenskaper
Egenskaper Arbetare 1
Arbetare 2
Sambandsdiagram
Ibland kan det vara olämpligt att göra uppdelning och då kan man använda sig av ett sambandsdiagram. Ett sambandsdiagram beskriver sambandet mellan
produktegenskaper eller produktvariabler. Om man har flera olika variabler som påverkar produktegenskaperna kan det vara bra att göra flera olika
sambandsdiagram. Det går även att använda sambandsdiagram för att styra eller övervaka en process, då mäts förklaringsparametrarna istället för
produktegenskaperna. Detta ger att man snabbar kan upptäcka och förhindra variationer som kan uppstå.
4. Metoder
4.1. Papperstillverkning
För tillverkning av kraftliner finns två pappersmaskiner. Pappersmaskin 1 (PM1) tillverkar brun och marmorerad kraftliner. Pappersmaskin 2 (PM2) är speciellt utrustad för att göra ytvit liner.
Pappersmaskin 1 på Smurfit Kappa Kraftliner Piteå består av tre större enheter:
våtparti, pressparti och torkparti. Våtpartiet består av två formningsenheter, den undre för formning av linerns basskikt, den övre för toppskiktet. Bas- och toppskikten sammanförs på basviran i slutet av våtpartiet. I presspartiet bärs arket fram av filtar genom olika pressnyp. Vatten pressas ur linern och efter sista pressen går arket över i torkpartiet. I torkpartiet torkas pappret mot ånguppvärmda metallcylindrar. Då linern torkar får den sina slutliga egenskaper.
Efter torkpartiet kontrolleras bl.a. ytvikt och fukthalt i linern med hjälp av en mätram.
Sedan rullas den upp till en stor rulle (tambour) som väger ca 40 ton. Efter provtagning går pappret till rullmaskin. Där skärs rullarna till de storlekar som kunderna beställt, rullarna vägs, märks och går sedan till utlastning.
4.2. Rullmaskinens uppgift
Rullmaskinens huvudsakliga uppgift är att tillverka kundanpassade pappersrullar.
Pappret från tambouren (se Figur 3.1.) kapas och skärs i rullmaskinen så att rullar (s.k. setrullar) som har den bredd och diameter som kunden beställt erhålls.
Figur 3.1. Pappret kommer från pappersmaskinen på ett tambourjärn på väg till rullmaskin.
Att rulla papper är inte helt lätt och det är mycket som måste stämma. Rullen får inte innehålla några veck i papperet, bredden får bara skilja någon millimeter, gavlarna måste vara jämna och utan utstickande hylsor.
Den rullmaskin på vilken examensarbetet är utfört (RM 1) på är en s.k.
bärvalsrullmaskin. Den heter så eftersom pappersrullarna rullas upp liggandes mellan två roterande bärvalsar (se Figur 3.2.) som roterar åt samma håll. Ovanpå rullen ligger en ridvals, som rör sig vertikalt allteftersom diametern på rullen ökar.
Bärvalsarna kan vara belagda, räfflade eller släta, RM1 har en belagd och en räfflad bärvals.
Figur 3.2. Bärvalsarna och ridvalsen.
Tambourn sänks ner i ett avrullningsställ (se Figur 3.3.) och sedan förs
pappersbanan genom rullmaskinen med hjälp av valsar och remmar som hjälper till att styra banan rätt. Banan passerar knivpartiet där pappret skärs i längds led till banor med rätt bredd. Ytterkanterna från tambouren tas bort i en smal sidobana (kantrems) då dessa inte har den jämnhet som kunderna kräver. Kanterna skickas ner i en pappersupplösare där skickas de vidare till utskottstornen och blir till pappersmassa igen. Sedan dras pappret upp mellan bärvalsarna där pappret fästs på hylsorna som pappret ska rullas upp på (se Figur 3.4.).
Bärvals 1
Bärvals 2 Ridvals
Figur 3.3. Tambour i avrullningsstället.
Figur 3.4. Här har pappersbanan kommit upp mellan bärvalsarna och banan har breddats och nu skärs överflödigt papper av.
När detta är klart körs det till rätt storlek (diameter) på rullarna uppnåtts. Först startas maskinen på krypfart ca 10 m/min för att få lite papper på hylsorna för att sedan köra på ”drift” där max hastigheten är 2500 m/min. Tiden det tar att accelerera till max hastighet går att ställa på tre olika lägen 60, 90 eller 120 s. När rullarna fått rätt höjd (diameter) stannar maskinen automatiskt (inbyggt autostopp). Efter detta är det dags för set byte, då nya hylsor läggs i maskinen, banan kapas automatiskt och det färdiga setet skickas ut till rullstället där den lösa fliken limmas och tejpas fast. Sedan
skickas rullarna vidare till vågen där de vägs och märks för att skickas vidare till utlastningen. Nu är en kundrulle tillverkad, från en tambour fås ca 12-24 kundrullar.
4.3. Rullmaskinens inställningar och viktiga delar Rullningens olika steg
(Gavelin, 1999; Roisum, 1994; Roisum, 1998a; Roisum, 1998b; Roisum, 2007) Bromsgeneratorns funktion
Knivsystem
Utbredning – bansepararering Upprullning
Bärvalsar Ridvals
(Se Figur 3.5.)
Figur 3.5 Uppbyggnaden av en rullmaskin.
Bromsgeneratorn
Bromsgeneratorn ska skapa en bra och jämn banspänning som ska ge pappret en stabil transport genom rullmaskinen och även ge en bra rulluppbyggnad. Detta är viktigt för att pappret ska få en bra utbredning över första sektionsvalsen, förbi knivpartiet och över den andra sektionsvalsen för att få ett bra snitt och
banseparering vid knivarna. Bromsgeneratorn ska vara dimensionerad så att den verkligen klarar av att hålla jämn banspänning genom hela tambourn.
Knivsystemet
Knivarna ska ha en bra mekanisk kondition och stödja pappersbanan vid skärning ungefär 2 mm ovanför pappersbanan. Knivseggen ska vara vass och ha rätt utförande. Knivmotorns rätta hastighet ska vara 5 % snabbare än pappersbanans.
Knivarna ska ha rätt vinklar, toe-in vinkeln ska vara 0-0,5 grader, överknivens lutning ska vara 0,25-1,0 grader, knivarnas fasvinkel kan variera från 5-60 grader och sedan ska skärdjupet vara 1-2,5 mm.
A: Inlopp tryckluft G: Bromsgenerator B: Finreglering H: Ridvals
C: Manometer I: Bärvalsar D: Tryckluftdosa J: Knivparti E: Ventil K: Avrullningsställ F: Mätvals
Utbredning
Utbredningen ska se till att banorna inte sitter ihop, detta sker med hjälp av
utbredningsvalsar som samspelar med bromsgeneratorn. En utbredningsvals är en sektionerad vals som består av 17 st. individuella seriekopplade valsar. Detta betyder att formen på valsen tvärs maskinen kan förändras. På RM1 finns det två stycken utbredningsvalsar varav den första särar på banorna så att de vill ut mot kanterna och den andra för banorna så att de ska räta på sig så att de går rakt igen.
Utbredningsvalsarna ska vara belagda för att pappret ska få fäste på valsarna.
Upprullning
Bärvalsar
”Lastfördelningen” (strömstyrkan till drivmotorena se Figur 3.6.) mellan
bärvalsarna ska vara rätt inställd. Bärvalsarna har ett utprovat körprogram som används under hela rullningsförloppet, där gäller det att bärvals 2 (främre bärvalsen) går snabbare (=högre vridmoment) i början av setet för att plana ut så att bärvals 1 (bakre bärvalsen) går snabbare i slutet av rullen för att få jämn och bra rullhårdhet. Mantelytan på bärvalsarna ska vara behandlade så att pappret inte slirar på dem, så att tillförd last kommer till rulluppbyggnaden.
Ridvals
Ridvalsen uppgift är att ge en bra start och tillföra det nyptryck som rullen behöver. Hur ridvalskurvans utseende (se Figur 3.6.) ska vara beror på vilken papperskvalitet och diameter som körs. Det är viktigt att geijdersystemet är i bra skick utan glapp och ”trånga passager” så att anpressningen mot rullen är följsam.
Figur 3.6. Bärvalsarnas strömförbrukning och ridvalsbelastningen vid olika diameter.
4.4. Experimentellt Tapio Rullhårdhet
Tapios mätprincip bygger på att mäthuvudet skickar ut en stålkula som repelleras från den yta som ska mätas (www.tapiotechnologies.fi). Den hastighetssänkning som fås på grund av den energiförlust som blir i en oelastisk stöt. Sträckan och tiden registreras i en dator som är ansluten till mäthuvudet (se Figur 3.7.) som sedan räknar ut kulans acceleration efter ”studsen”. En hög acceleration betyder således att stöten är ideal eller nära elastisk.
Detta mätinstrument är egentligen framtaget för att mäta rullarnas hårdhet på mantelytan.
En mätning går till på så sätt att mäthuvudet dras på rullens gavel från hylsan till mantelytan. På detta sätt skapas ett mätspår som registrerar radiell position och hårdhet. Varje sådant mätspår kan innehålla upp till 60 mätpunkter.
Figur 3.7. Tapios mäthuvud
Smith-nål
Smith-nålen (se Figur 3.8.) är en konisk nål som är ca 8 mm lång och har en diameter på ca 2 mm vid basen (Roisum 1994).
Smith-nålen är en lätt, smidig och handhållen hårdhetsmätare. Den bygger på att nålen trycks in i gaveln på rullen och mäter kraften som krävs för att penetrera nålen.
I några fall kan Smith-nålen ses som ett förstörande test (om nålen inte kommer mellan arken utan mitt i ett), därför ska den användas med varsamhet för att minimera skadorna på kanterna av rullarna som testas.
Figur 3.8. Smith-nåls mätutrustning
Innan mätningar med den här utrustningen kan börja, ska ett litet streck med ett fast mellanrum ritas på gaveln. Sedan trycks Smith-nålen tills den platta ringen mot gaveln och trycker på klockan tills det tar stopp och skriver upp värdet och gör likadant på alla märken man gjort.
5. Reslutat och Diskussion
5.1. Studiebesöket på SCA Packaging Obbola
SCA Packaging Obbola
SCA Packaging Obbolas pappersmaskin har en kapacitet på 425 000 ton/år har en vision att det skulle kunna öka den till 550 000 ton/år (www.sca-packaging.com).
Pappersmaskinen är 9 500 mm bred och kör gramvikter mellan 100 – 186 g/m2. Pga.
den breda pappersbanan så är deras tambourjärn tjockare än Smurfit Kappa Kraftliner Piteå och väger därför mer närmare bestämt 14 ton och med papper 34 ton. Deras rullmaskin är en bärvalsrullmaskin av märket Valmet från 1975.
Rullmaskinen har inget rullställ som Smurfit Kappa Kraftliner Piteås utan har ett bord med klaffar i golvet som stannar av rullarna innan de når rullbandet, detta för att de ska kunna paketera(limma och tejpa) rullarna innan de skickas i väg till märkroboten, som märker gavlarna och manteln med bläck och klistrar på en etikett på mantelytan.
Funktioner som skiljer sig från Smurfit Kappa Kraftliner Piteås rullmaskin är att de inte skarvar, vid set byte använder de sig inte av häftklammer utan de använder två luftsprutor som trycker pappret mot hylsan medan ridvalsen pressar ner pappret.
Metsos konditionstest
I januari 2006 utförde MetsoPaper (www.metsopaper.com) sitt konditionstest på SCA Obbolas rullmaskin detta efter att rullmaskinen haft klagomål på att den inte gick så bra som de önskat. Metsos tester visade sig vara behövliga, med en lång lista på fel som bör åtgärdas t.ex. hårdheten på rullarna som visade sig vara banspännings programmet som behövde lite justeringar, bärvalsarna var inte vinkelräta mot pappersbanan, överknivens vinkel i förhållande till underknivens(om ett pappersark dras mot pappersbanansriktning ska inte pappret skäras bara rivas men om det dras i pappersbanansriktning ska det bli ett fint snitt då vet att det är rätt vinkel) och
många fler fel. Sommaren efter detta konditionstest så fungerade rullmaskinen perfekt. Problem som finns idag är att knivarna inte håller så länge som leverantören lovar. Metso tyckte att de skulle byta ut knivborden också. De tyckte att knivarna skulle bytas parvis och inte bara en och en. Är under kniven slö så blir över kniven slö fortare än om båda är vassa, de slipar inte knivarna själv utan skickar iväg dem för slipning.
Egna tankar och funderingar kring detta
Tips från SCA Packaging Obbola var att ha med mycket folk under Metsos tester minst en mekare, en elektriker, en hydraultekniker och att de frågar mycket om vad
och breddmeter så blir det 45 000 ton/år och breddmeter eftersom de har en 9,5 m bred pappersmaskin, jämför det med vad vi har på Smurfit Kappa som är 700 000 ton årligen på två pappersmaskiner á 6,5 m breda som på pappersmaskin 1 blir det ca 56 000 ton per år och breddmeter, alltså har vi högre produktion än vad de har.
5.2. MetsoPapers konditionstest
Avsikten med detta konditionstest var att kartlägga konditionen på Rullmaskin 1.
Mekanisk kontroll av Rullmaskin 1 Sektionsvalsarna
Figur 4.1. Knivbordet och övre- och nedre- sektionsvalsarna
Det finns två rader med sektionsvalsar en övre och en undre. Den övre består av 13 delade valsar och den nedre består av 5 valsar (se Figur 4.1.).
Följande undersöktes:
1. Lagren i de nedre sektionsvalsarna (se Figur 4.1. ovan), som var i bra skick.
2. Lager i de övre sektionsvalsarna (se Figur 4.1. ovan), där inte alla var i bra skick.
3. Sektionsvalsarna, där de övre sektionsvalsarna som ska vara delade, men alla gick inte att röra på enskilt. Vilket kan bli ett problem vid separeringen av pappersbanorna.
Övre sektionsvals Underkniv
Överkniv
Nedre sektionsvals
Knivanordningar och knivomställningsutrustning
Följande undersöktes:
1. Knivvinklarna, som var rätt bra.
2. Om det fanns något axiellt kast på både över och underknivarna, toleransen är 0,05 men de överstegs många gånger, även fast vi provade att rengöra och byta ut underkniven så blev det inte tillräckligt bra.
3. Lagren, där det fanns en del som var i behov av att bli utbytta.
4. Slädarna som knivarna glider på, där gled knivarna lite trögt men det var ingen fara.
5. Överknivarnas sidoförskjutning, som inte fungerade så bra, men det rengjorde vi direkt och det blev då mycket bättre.
Avrullningsstället
Följande undersöktes:
1. Tambourjärnets koppling, som var mycket sliten (3 mm) och bör bytas ut. Den härdade ytan var nästan helt bortsliten och när den har nötts bort helt kommer nötningen gå ännu fortare.
2. Flänslagren i tambourlåsarmarna, som var mycket slitna (speciellt drivsidan).
3. Avrullningsbockarnas gejdrar, har för stort glapp.
Bärvalsarna
Följande undersöktes:
1. Beläggningen på valsarna, som var i bra skick.
2. Valsarnas vågräthet, som var bra.
3. Valsarnas parallellitet, som var bra.
Ridvalsen
Följande undersöktes:
1. Lagren på ridvalsens sektionsvalsar, där fanns det en hel del lagerglapp i valsarna som överskred toleranserna, detta beror på slitaget i lager huset.
Vilket ökar med ökat glapp.
2. Gejdrarna som ridvalsen och dubbarna glider på, och de var väldigt slitna och de var även skadade så de tyckte att vi skulle byta ut dem på höststoppet.
3. Glappet mellan gejdrarna och styrrullarna, glappet var för stort eller för litet.
Men de trodde inte det skulle ge något att justera glappen nu, utan det skulle utföras när gejdrarna blivit utbytta.
4. Ridvalsens profil, som de tyckte var ganska hård och borde regleras.
5. Ridvalsens synkroniseringsaxels mellanstöd, de tyckte att mellanstödet var felplacerad och kunde orsaka ytterligare friktion.
Dubbarna
Följande undersöktes:
1. Dubbarnas styrrullar och gejdrar, där de hittade för stora och för små glapp sinsemellan dessa vilket inte är bra men det går inte att göra så mycket åt innan gejdrarna blivit utbytta.
2. Dubben på förarsidan, som var shimsad för mycket så att den pekade mot den bakre bärvalsen.
3. Spindellagret, som var riktigt dåligt och detta beror på att det blir så stora påfrestningar på lagret när det inte är linjerat.
Rekommenderade åtgärder:
1. Byta ut gejdrarna och justera styrrullarna.
2. Rikta dubben på förarsidan.
3. Byt ut spindellagret.
Spetsföring
Följande undersöktes:
1. Spetsföringsanordningen, som ligger på ledvalsen(se figur 4.2. nedan) har fått en smäll vid något tillfälle, så remmarna går inte att spänna något mera.
Figur 4.2. Över spetsföringsanordningen(den som ligger på ledvalsen).
2. Spetsföringsanordningen som ligger under bärvalsarna(se figur 4.3. nedan), fungerar bra.
Figur 4.3. Undre spetsföringsanordningen (den under maskinen).
Utstötaren, hylsinläggaren och banavkapningen
Följande undersöktes:
1. Att rullutstötaren fungerar normalt.
2. Att hylsinläggaren fungerar normalt.
Bansepareringsanordningar
Följande undersöktes:
1. Valsarnas ytor som ska vara belagda för att ge friktion mot pappret och styra det som valsarna är inställda, är för slitna och behöver bytas.
2. Valsarnas lager, där en del inte var i bra skick och behöver bytas.
Planerade åtgärder
MetsoPapers mekaniska konditionstest kan sammanfattas i tabell 4.1. nedan. Det är bara inriktning av hylsdubben förarsidan som åtgärdas tidigare pga. att den inte är så tidskrävande. Alla andra åtgärder ska troligast utföras under höst stoppet då hela fabriken stannar i en vecka. Tabell 4.2. visar andra åtgärder som kommer att utföras under höststoppet.
Rekommenderade åtgärder Sida Åtgärdas genast
Åtgärdas senare Underhåll av de övre sektionsvalsarna 4 OK Lagerunderhåll på överknivarna och knivmotorerna 5 kont
Byte av flänslagren i tambourvalsens koppling och
tambourlåsarmarna (avrullningsstället) 6 OK
Justering av gejderglappen i avrullningsbockarna
(avrullningsstället) 6 OK
Lagerunderhåll på ridvalsens valsar 7 OK
Byte av ramgejdrarna (de som ridvalsen och
dubbarna glider på) 8 OK
Justering av glappen i dubbarnas styrrullar 9 OK Inriktning av dubben på förarsidan 9 OK
Justering av glappen i dubbens spindellager på
förarsidan 9 OK
Förnyelse av spetsföringsanordningen som ligger på
ledvalsen 10 OK
Förnyelse av sju valsar i bansepareringsanordningen 11 OK
Tabell 4.1. Åtgärder som MetsoPaper rekommenderade att Smurfit Kappa Kraftliner Piteå skulle utföra. OK betyder att det kommer at åtgärdas.
Övriga åtgärder Åtgärdas
genast
Åtgärdas senare Justering och lagerbyte undre sektionsvals OK
Rengöring och blästring bärvals 1 OK
Rengöring och blästring bärvals 2 OK
Reparation av sprickor i rullstället efter RM 1 OK
Kontrollera alla bromsbelägg OK
Justering av glappen i dubbens spindellager på drivsidan OK
Tabell 4.2. Övriga åtgärder som är planerade.
Hydraulisk kontroll av Rullmaskin 1
Jukka Gylden gjorde den hydrauliska delen av konditionstestet och de brister han fann var det som står i tabell 4.3. nedan:
Tabell 4.3. Rekommenderade åtgärder från MetsoPaper inom hydraliken.
De reservdelar han tyckte skulle finnas i tabell 4.4. nedan:
Tabell 4.4. Rekommenderade reservdelar som ska finnas på lager från MetsoPaper.
Utförligare information om vad han kom fram till finns att läsa i bilagan (MetsoPapers konditionstest).
5.3. Hårdhetsmätningar Hårdhetsmätaren
Avsikten med denna undersökning var att utvärdera om rullhårdsmätaren även kan användas för att studera kundrullars hårdhet i radiellt led, d.v.s. mätningar på rullarnas gavlar. Tidigare har instrumentet enbart använts för mätningar av rullens hårdhet i mantelyta. Enligt tillverkaren finns det möjligheter till denna typ av
karakterisering av rullars radiella egenskaper.
För att undersöka dessa möjligheter har ett antal försök genomförts. Första steget har varit att undersöka instrumentets mätnoggrannhet. Andra steget har varit att studera om det föreligger vissa systematiska förhållanden vid tillverkning av
kundrullar. Finns det ett samband mellan bana och set-rulle? T.ex. varierar hårdheten hos rullgavlarna med positionen tvärs rullmaskinen (Roisum, 1994).
Analys av mätnoggrannhet
Första steget i undersökningen var att mäta på jämna ytor med olika hårdhet för att få en uppfattning om mätapparatens ”egna” noggrannhet. En dörryta, en bordsyta samt korktavla valdes för utvärderingen. I Figur 4.4 nedan visas resultaten. Kurvorna representerar medelvärde från 5 mätspår (eller 4 x 80 enskilda hårdhetsmätningar).
Figur 4.4. Resultaten från hårdhetsmätningar på (uppifrån) dörr, bord samt korktavla.
Följande resultat erhölls från en statistiks analys (Tabell 4.5.)
Yta Hårdhet Antal mätpunkter
Dörr 267,2 +/- 7,4 4 x 80 Bord 216,5 +/- 7,9 4 x 80 Korktavla 39,2 +/- 7,6 4 x 40
Tabell 4.5. Resultat från mätningar av hårdhet på tre olika plana ytor. Antal mätpunkter representerar antal mätspår gånger antal enskilda mätningar per spår.
Resultaten visar på att standardavvikelsen ligger någorlunda konstant oberoende av hårdhetsgraden, c:a 7,6 (se tabell 4.5.). Om vi antar att ytorna är helt plana avspeglar denna spridning apparatens noggrannhet när det gäller att bestämma kulans
acceleration efter stöten mot provytan. Antagandet stöds av att spridningen är oberoende av materialets hårdhet, eller acceleration i ”kulans” återstuds”. Detta betyder i så fall att om en större absolut standardavvikelse än 7,6 enheter noteras så beror det på variationer i mätytan, i detta fall rullarnas gavlar.
Nästa steg i utvärderingen var att mäta på några olika rullgavlar. I Figur 4.5. visas resultaten av upprepade mätningar på en och samma gavel för tre olika kvaliteter men med samma ytvikt (140 g/m2). Kurvorna representerar medelvärdet av 30 radiella mätspår för Vit topp (överst), 10 mätningar för Marmorerat (i mitten) och 20 mätningar för Brun liner (underst).
Om en linjär regression på de tre rullarna görs noteras följande:
Vit Top140: y = 0,0022x + 167 r2 = 0,019 Marmora 140: y = 0,275x + 115 r2 = 0,37 Brun 140: y = -0,007x + 108 r2 = 0,0002
Förklaringsgraden (r2) mellan Hårdhet och Position visar för Vit och Brun liner mycket låga värden vilket, tillsammans med den låga lutningskoefficienten, visar på ett
obefintligt eller mycket svagt samband mellan hårdhet och position.
Vi kan titta på spridningen dels i samtliga radiella mätningar, som består av c:a 60 enskilda hårdhetsmätningar. Vilket för Vit Top motsvarar 30 * 60 = 1800 enskilda mätpunkter. Men dessutom kan vi studera spridning i mätvärden för olika givna positioner i radiell led, vilket för Vit Top då blir 30 enskilda hårdhetsmätningar vid samma avstånd från rullens hylsa. Vi kan således för Vit Top och Brun liner, där ett samband mellan hårdhet och position saknas tillämpa båda metoderna för
uppskattning av standarddeviationen. Däremot för marmorerad liner kan samma uppskattning bara göras för samma position i radiell led.
Resultaten redovisas i Tabell 4.6. nedan.
Liner Alla Mätningar En Position
Vit Top 167 +/- 9,0 (5,4 %) 169 +/- 9,1 (5,4 %)
Marmorerad 122 +/- 12,0 (9,8 %)
Brun 106 +/- 16,0 (15 %) 108 +/- 14,0 (13 %)
Tabell 4.6. Medelvärde samt standarddeviation. Samtliga mätningar gjorda på en och samma gavel för de olika kvaliteterna.
För Vit Top ligger spridningen på 9 hårdhetsenheter medan Brun liner har en spridning på c:a 15 enheter. Värdena för Marmorerad liner ligger i samma
storleksordning som Brun liner. Dessa skillnader är kanske inte helt lätt att förstå.
Spridningen för Vit Top ligger bara något högre än vad mätutrusningen visar på plan yta. Detta tolkas gärna som att ytan här är mycket jämn. För de andra två kvaliteterna är spridningen dock större vilket antyder en ”ojämnare” eller ”luddigare” yta på
gaveln. Orsakerna till detta är oklara men kan antingen bero på att Vit Top kommer från Rullmaskin 2 medan de övriga kommer från Rullmaskin 1 eller så beror det på papperets fibersammansättning och densitet. Troligast är detta en kombination av de båda.
Medelvärden visar att Vit Top har den högsta hårdheten följd av Marmorerad och Brun liner i en annan klass! Kan detta ha samband med papperets täthet eller snarare rullens täthet?
I tabell 4.7. visas hårdheten samt rullens täthet, beräknad ur dess vikt, diameter och bredd (minus hylsa). Som framgår ökar rullhårdheten med ökad densitet hos rullen (se Figur 4.6.).
Kvalitet Medelvärde hårdhet,
m/s2
Rulldensitet, kg/m3
Vit Top 167 879
Marmorerad 122 818
Brun 106 788
Tabell 4.7. Rullhårdhet och rulldensitet för de tre undersökta kvaliteterna.
I Figur 4.6. visas sambandet mellan rullhårdhet och densitet.
Figur 4.6. Samband mellan rullhårdhet och rullens densitet för tre olika kvaliteter.
Enligt ovanstående finns det ett klart samband mellan den uppmätta rullhårdheten och rullarnas densitet.
Den variation (standardavvikelse) som noteras skulle möjligen kunna utnyttjas som ett mått på lokal variation i hårdhet.
Analys av kundrullars hårdhet
Kundrullar från sammanlagt 12 tambourer, som konverterats till kundrullar på rullmaskin 1, har analyserats med hårdhetsmätaren för att karakterisera rullarnas gavlar. Avsikten har varit att undersöka om några systematiska variationer uppträder.
Dels har variationer studerats tvärs produktionsriktningen, d.v.s. variationen mellan de olika setrullarnas gavlar dels har variationen undersökts längs
produktionsriktningen, d.v.s. variationen mellan banorna. ( Se figur 4.7. den blå bilden). Två olika bruna linerytvikter har ingått i undersökningen, nämligen 140 g/m2 (sex tambourer) samt 275 g/m2 (totalt 4+2 tambourer).
Figur 4.7. visar ett exempel på hur en tambour skärs ner till kundrullar.
Variationer radiellt på kundrulle
Först studerade vi om det finns någon skillnad i hårdhet utefter rullens radie, dvs. från hylsan till rullens ytterkant. I Figur 4.8 visas ett typiskt exempel på medelvärdet av mätningar på samtliga kundrullar från sex olika tambourer.
Figur 4.8. Medelvärdet av den radiella hårdheten hos samtliga rullar från sex olika tambourer. (Brun 140 g/m2).
I Figur 4.8. syns det att det finns en gemensam tendens att hårdheten är något högre längre ut på rullen, vilket är normalt för en rullmaskin med bärvalsar. Hårdheten tycks öka relativt linjärt med radien. Om en linjär regression görs så noteras en
lutningskoefficient som ligger mellan 0,15 och 0,20, dvs. ett svagt beroende av positionen. Eftersom beteendet är likartat kan ett medelvärde för varje enskild rullgavel användas för att jämföra dem sinsemellan.
Variationer tvärs maskinriktningen
En första utvärdering och jämförelse mellan rullarnas gavlar har skett genom att se på den övergripande bilden. I Figur 4.9. visas rullgavlarnas hårdhet (medelvärde av tre mätspår) för de olika banorna samt setten (brun 140 g/m2). Diagrammet skall tolkas på följande sätt. En kurva, t.ex. den blå, representerar ett set av fyra och visar hur hårdheten varierar i de olika positionerna tvärs banan. Från Bana 1 förarsida (fs) till Bana 3 drivsida (ds). Bilden skall således vara ett sätt att visa om det finns några variationer i maskinens tvärsriktning. Den mindre spridningen mellan setrullarna (de olika kurvorna) antyder att variationen längs maskinen är mycket mindre (se nedan ” Variationer längs maskinriktningen”)
Figur 4.9. Rullhårdheten hos kundrullar från en tambour (Brun 140 g/m2). De olika kurvorna visar de olika setten.
Figur 4.9. visar att kundrullar (oavsett set) från bana 1:s förarsida (fs) och bana 3:s drivsida (ds) har en lägre hårdhet än övriga gavlar. Detta betyder att rullar från bana 1 och 3 är osymmetriska, dvs. ena sidan är ”hårdare” än den ändra.
På samma sätt som i Figur 4.9. visas medelvärdet för alla sex olika tambourer, Figur 4.10.. Samma tydliga systematiska variationer framträder här.
Figur 4.10. Medelvärde av rullhårdheten på kundrullar från sex tambourer (Brun 140 g/m2). De olika kurvorna visar de olika setten.
Det som ses hos rullarna ovan kan även noteras för Brun liner av ytvikten 275 g/m2, se Figur 4.11. och 4.12.. Samma tendens hos kantrullarna (Bana 1 och 3) som ovan kan noteras i Figur 4.11. och för Bana 1 och 4 i Figur 4.12.. D.v.s. den sida av rullen som kommer från tambourens ytterkant är alltid mindre hård än de andra.
Figur 4.11. Medelvärde av rullhårdheten på kundrullar från fyra tambourer (Brun 275 g/m2). De olika kurvorna visar de olika setten.
Figur 4.12. Medelvärde av rullhårdheten på kundrullar från två tambourer (Brun 275 g/m2). De olika kurvorna visar de olika setten.
Orsaken till den visade osymmetrin beror troligen på att vid papperstillverkning får pappersbanans båda kanter något annorlunda egenskaper än övriga banan, vilket sedan ger osymmetriska kundrullar. Uppkomsten är således ett ”arv” från tambouren snarare än oriktiga förhållanden i rullmaskinen.
Att papperets kanter vid tillverkning uppvisar avvikande egenskaper kan bero på några olika faktorer, lägre ytvikt eller förändrad fukthalt och fiberorientering. Vidare är det även så att den krympning som sker av pappersbanan under torkning är skild vid kanterna, där det relativt fritt kan krympa i maskinens tvärsriktning. Alla dessa
faktorer leder till att det färdiga papperet får andra mekaniska egenskaper vid kanterna, t.ex. olika spännings/töjnings samband. Detta kan leda till att vid given inställd banspänning i rullmaskinen blir den inte lika över hela bredden. Blir den lägre kan en mindre hård gavel förväntas.
Denna analys av rullarnas hårdhet tvärs maskinriktningen visar på att de setgavlar som ligger i banans ytterkanter är betydligt ”lösare” än alla andra gavlar.
Variationer längs maskinriktningen
Resonemanget ovan berör de variationer som förekommer i maskinens tvärsriktning.
Nästa steg blir att analysera rullgavlarnas hårdhet i maskinens längsled. I Figur 4.12.
visas att kurvskarorna, dvs. de som representerar de olika setten, sammanfaller ganska väl. Detta betyder i sin tur att variationen i längsled för de olika positionerna tvärs maskinen är förhållandevis liten. Ett sätt att illustrera detta visas i Figur 4.13..
Här har rullgalvarnas hårdhet avsatts mot de olika setten. De olika kurvorna
representerar således de olika banorna. T.ex. om vi ser på den nedersta kurvan visar den hur rullhårdheten variera i Bana 1 förarsida (fs) (i detta fall) från första till sista set. Hårdheten är som framgår jämförelsevis konstant. De övriga kurvorna
representerar sedan Bana 1 ds, Bana 2 fs osv.
Figur 4.13. bekräftar således att variationerna i maskinens länsled är betydligt mindre än i tvärsled. Det senare framgår ju även av spridningen mellan de olika banorna i diagrammet.
Figur 4.13. Rullhårdheten för de sex olika positionerna tvärs maskinen avsatta mot set. Medelvärde för Brun 140 g/m2, sex tambourer.
Även för den högre ytvikten kan samma jämnhet i rullhårdheten längs maskinen ses (Figur 4.14.).
Figur 4.14. Som Figur 4.13. men för Brun 275 g/m2 fyra tambourer (tv) och Brun 275 g/m2 två tambourer (th).
Resultaten från denna analys av rullgavlarnas hårdhet längs maskinen visar på stabila förhållanden med liten variation i hårdheten.
Variationer i lokal hårdhet
Sista delen i utvärderingen av gavlarnas hårdhet går ut på att få en uppfattning om de lokala variationerna. Utvärderingen har gått till så att variationen (standard avvikelsen) i hårdheten utefter varje enskilt mätspår har analyserats. I Figur 4.15.
visas hur den lokala hårdheten varierar med positionen tvärs banan. Den streckade linjen representerar variationen i mätningarna på jämn yta (se ovan). Jämfört med denna linje är variationerna större på gavlarna, vilket är att förvänta. Någon närmare analys kan vara tveksam, eventuellt kan bana 2´s mittrulle ha en något högre
variation i hårdheten.
Något samband mellan det lägre medelvärdet på hårdhet för ”kantgavlarna” och den lokala variationen kan inte konstateras.
Figur 4.15. Medelvärdet för den lokal variation i rullhårdheten tvärs maskinen för sex tambourer (Brun 140 g/m2).
I Figur 4.16. visas på motsvarande sätt hur den lokala variationen beror av maskinens längsriktning. Även här kan det vara tveksamt att göra en djupare
utvärdering. Möjligen kan det konstateras att set 1 har en något större variation i den lokala variationen.
Figur 4.16. Medelvärdet för den lokal variation i rullhårdheten längs maskinen för sex tambourer (Brun 140 g/m2).
Smith-nålen
I samband med den kurs som anordnades, demonstrerades även användningen av
”nålen” (Roisum, 1994). Tyvärr är det lite oklart vilken papperskvalitet mätningarna skedde på, dock var det från produktionen på Rullmaskin 1, dvs. en brun kvalitet.
Figur 4.17. visar resultatet från denna undersökning. Det framgår här att det finns en tydlig likhet mellan de två sätten att mäta rullgavlarnas hårdhet. Eller det kanske är mer rätt att tala om hur tätt de olika varven i rullen ligger an mot varandra. Detta ger upphov till en ”lösare” kant med lägre täthet och därmed hårdhet.
Figur 4.17. Medelvärdet på rullhårdheten mätt med ”Smith-nålen” för ett set. Rullmaskin 1.
Sammanfattning rullhårdhet
Den experimentella undersökningen visar att gavlarna på de rullar som ligger närmast tambourens ytterkanter har en lägre hårdhet. Detta leder till att dessa setrullar får en större variation tvärs än de rullar som kommer från banor som ligger mer i mitten av banan. Detta beror troligen inte på rullmaskinen utan på kanteffekter hos pappret (linern) från pappersmaskinen.
Variationerna längs maskinen visar små variationer vilket antyder att rullmaskinen fungerar utan större problem från en tambour till en annan. Vilket är bra eftersom banspänningen/bromsen ska klara av att kompensera för olika storlekar och vikter på tambourerna.
Hårdhetsmätaren, som tidigare enbart använts för mätningar på mantelytan fungerar bra för bestämning av rullgavlars hårdhet. Likheten med ”Smith-nålen” är
övertygande.
Om Smith-nålen skulle vara bättre för att mäta hårdheten hos rullgavlar kan inte konstateras från denna undersökning.
Min slutsats är att hårdhetsmätaren är ett bra redskap för att mäta och övervaka rullhårdheten hos setrullarnas gavelhårdhet.
5.4. Andra förslag till förbättringar Bromsgeneratorn
Idag har RM1 två lastceller men det borde vara fler för att kunna kontrollera och justera in banspänningen i hela setet, dvs. över maskinens hela bredd. RM1 borde också få en banspänningsmätare som visar N/m. En separat optisk banbrottsgivare borde införskaffas så att nödstoppen inte slår till om pappersbanan i rullmaskinen slackar vid start av ett nytt set, nödstoppen slår till för att lastcellerna inte känner att det är något papper i rullmaskinen.
Sekvensen
Genom observationer på rullmaskinen upptäcktes en del moment i sekvensen som verkade möjliga att optimera. Resultaten från en tidsstudie visas i Tabell 4.8. I vänstra kolumnen visas uppmätta värden, där tiden ställs i relation till rullmaskinens stopp efter ett avslutat set. I den högra visas möjliga ”trimmade” tider, dvs. så föreslås t.ex. att ridvalsarna startas 10 sekunder före maskinen stannat helt.
Moment Tid (s) Moment Tid (s)
Sekvensen startar 0 Ridvals startar -10
Ridvalsen startar 0 Dubb ut/ner -10
Dubb ut/ner 0 Ridvals uppe -5
Ridvalsen uppe 5 Dubb nere 0
Dubb nere 10 Sekvensen startar 0
Rullutpuffaren startar 10 Rullutpuffaren startar 0 Rullutpuffaren klar 24 Rullutpuffaren klar 14
Vaggan startar 24 Vaggan startar 14
Vaggan stannar vid första gränsläget
28 Vaggan stannar vid första gränsläget
18 Hylsinläggare startar 28 Hylsinläggare startar 17 Hylsinläggaren framme 32 Hylsinläggaren framme 21 Banavkapningen startar 35 Banavkapningen startar 21 Klipp/ hylsinläggare återgår 38 Klipp/ hylsinläggare återgår 24
Vaggan går ner 40 Vaggan går ner 24
Sekvensen klar 49 Sekvensen klar 33
Totalt 49 Totalt 33
Tabell 4.8. Tidstudien som gjordes på sekvens vid RM1 innan stiftning
Som tabellen ovan visar skulle 16 sekunder per setbyte sparas om bara några steg i sekvensen skulle optimeras.
på väg ner till första gränsläget (justera så att inte hylsinläggaren tar i vaggan), och sedan starta banavkapningen just när hylsinläggaren är uppe skulle ytterligare 6 sekunder per set kunna tjänas.
Om detta skulle lyckas kan 16 sekunder per set tjänas som kanske inte låter så mycket men på år blir det 10 dygn (150 set per dygn). Då skulle den årliga
produktionen kunna ökas med 10 000 ton utan att det skulle bli någon flaskhals på rullmaskinen.
Tidigare har det provats att effektivisera sekvensen med hjälp av att trimma upp vaggans hastighet och det har inte fungerat bra, pappret har ryckts av eller något liknande. Tanken här var att inte att öka hastigheten på något steg utan bara starta de olika stegen lite tidigare, vilken inte borde åstadkomma samma problem som de haft tidigare. De föreslagna åtgärderna är bara inställningsåtgärder och kostar inte så mycket.
Hylsinläggningen
En del funderingar kring det här med att ha en stopp på hylsinläggaren som skulle kunna justera från förarsidan (fs). Anledningen till detta skulle vara att banorna skulle kunna flytta sig i sidled om hylsorna inte ligger rätt och när dubbarna sedan förs in så flyttas även pappersbanan och det kan frambringa sidokast vid starten av settet.
Lösningen skulle kunna vara att ha en lång stång som ligger i hylsinläggaren och som har en liten metallplatta på drivsidan (ds) som ska stoppa hylsorna i rätt läge mitt ovanför pappersbanorna. Stången skulle gå att flytta och fixeras i lämpligt läge.
Figur 4.18. Visar schematiskt tänkt hylsstopp.
Hylsinläggaren
Hylsinläggaren Stången
Hylsstoppen Stången
Hylsstoppen Hylsan
Knivhastigheterna
Det har noterats att det är svårt att köra rullmaskinen vid dess högsta hastighet och samtidigt få jämna gavlar. Det rekommenderas att knivarnas periferihastighet skall ligga ungefär 5 % över pappersbanans för bästa körbarhet och rullkvalitet (Roisum, 1998a). En alltför stor knivhastighet leder dock till onödigt hög förslitning på knivarna och en alltför låg knivhastighet leder till ett dåligt snitt. En mätning av knivhastigheten visade att denna var samma som pappersbanan. En ökning till 7,5 % överhastighet gjordes med positiva kvalitetsförbättringar av gavlarnas yta.
Sektionsvalsarna
Sektionsvalsen före knivbordet är troligen fel inställd, detta grundas i att motorkniven, enligt rekommendationer, ska ge stöd åt pappersbanan men detta är omöjligt att göra om sektionsvalsen är inställd som den är idag (Roisum, 2007). Motorknivarna ligger i linje med varandra. Den undre sektionsvalsen är rak, medan den övre sektionsvalsen är böjd åt vänster se Figur 4.19. nedan. Med denna inställning, som är idag, ligger pappersbanan rätt på förarsidan och drivsidan i förhållande till motorknivens egg.
Däremot i mitten på pappersbanan får den inte stöd av motorknivarna.
För bästa snitt och minsta damning vid skärprocessen ska pappersbanan ha stöd av motorknivarna över hela dess bredd (se Figur 4.19.), ca 2 mm ”utstick”. En ändring kan tänkas så att knivarna stödjer pappersbanan även i mitten. Således föreslås att det en utvärdering några olika inställningar och studerar effekten på
banföring/banseparation samt noggrannheten och kvaliteten på snittet, dvs. rullarnas gavlar.
Figur 4.19. Schematisk bild över
Automatisk ”pappersfästning på hylsorna”
Funderingar kring automatisk ”pappersfästning på hylsorna” och huruvida det skulle kunna gå att implementera i Rullmaskin 1. Iden var att lätt kunna införa detta med hjälp av lim, hotmelt eller dubbelhäftandetejp. Problemet med detta är att det är en gammal maskin och för att erhålla en hög tillförlitlighet och att det inte ska ta någon längre tid än vad det gör att göra det manuellt. När vi var på SCA Packaging Obbola så tyckte de att tryckluft skulle testas som de gör. Men problemet med detta är att Rullmaskin 1 är så öppen att luften eventuellt inte skulle kunna koncentreras på pappersbanorna, eller klarar av att pressa pappret mot hylsorna vid höga ytvikter.
Checklista
Checklistan nedan är rekommendationer på hur ofta det olika delar i rullmaskinen bör kontrolleras. Meningen är att med en strukturerad kontroll av maskindelarna kunna upprätthålla bra funktionalitet samt att upptäcka felaktigheter/brister på ett tidigt stadium innan större haverier.
Rullmaskinsdel Position Anmärkning Tids
period Knivarna Toe-in vinkel 0,25-1,0 grader 6m
Skäreggen v
Skärdjup 1-2,5 mm (2) v
Hastigheten 5% överhastighet
i förhållande till pappersbanan
å
Överknivens lutning 0-0,5 grader 6m
Lager m Om pappersbanan får stöd
av motorkniven Ca 2 mm 6m
Att knivarna inte har några kast i sidled
Får inte var mera än 0,05 mm
m Kälkarna som knivarna rör
sig på
Så att knivarna rör sig obehindrat
6m Sidoförskjutningen på
överknivarna
m
Övre sektionsvalsen Lagerspel 6m
Att de delade valsarna går att röra var för sig
6m
Beläggningen 6m
Om den är bomberad rätt å
Nedre sektionsvalsen Lagerspel 6m
Beläggningen 6m
Bärvalsarna Beläggningen å
Parallelliteten mellan
dessa å
Vågrätheten å
Lagren å
Avrullningsstället Flänslagren å
Kopplingen mellan å
Ridvalsen Lager 6m Kontrollera gejdrarna Så att det inte
finns skador 6m Styrrullarnas glapp Ca 0,25-0,30 6m Dubbarna Styrrullarnas glapp Ca 0,10-0,15 6m
Dubbarnas parallellitet i förhållande till bärvalsarna
6m
Spindellagren 6m
Gejderarnas skick 6m
Spetsföringen Kontrollera att den
fungerar som tänkt 6m
Rullutstötaren Parallelliteten i förhållande till bärvalsarna
å Att den knuffar ut rullen
rakt i förhållande till pappersbanan
å
Nedsänkningsvaggan Att nedsänkningsvaggan sänks ner rak i förhållande till pappersbanan
å
Banavkapning Att knivbladen är vassa 6m
Fungerar som den ska 6m
Ledvalsen Kontrollera så den är rätt monterad
6m Att det är lika lång väg för
pappersbanan fs resp. ds
6m
