paperikone

Laboratoriopaperikone.

Paperikoneet ovat suuria, monimutkaisia yksiköitä, jotka tuottavat paperia. Ensimmäisen paperikoneen keksi vuonna 1799 ranskalainen Nicolas Louis Robert. Sen leveys oli 60 cm ja ajonopeus 9 m/min.

Tällä hetkellä maailman suurimmat paperikoneet ovat Stora Enson Kvarnsvedenin tehtaan PM12 leveys: 11300 mm ja nopeus: 2000 m/min ja UPM Plattling PM1, leveys: 11300 mm ja nopeus: 2000 m/min. Paperikoneiden valmistus on keskittynyt hyvin voimakkaasti lähestyttäessä 1900-luvun loppua. 1970-luvulla vielä Suomessakin oli neljä eri paperikoneiden valmistajaa, (Ahlström (Karhula), Valmet, Tampella ja Wärtsilä), kun nykyään maailmassa merkittäviä valmistajia ovat enää Metso ja Voith.

Paperinvalmistuksen nopeuden maailmanennätys syntyi maaliskuussa 2009 Rhein Papierin Hürthin paperitehtaalla Voithin koneella. Paperikone tuotti sanomalehtipaperia vuorokauden aikana keskimäärin 2 010 metriä minuutissa (121 km/h).^[1]

Paperikonetta ohjataan keskitetysti valvomoista. Rainanmuodostuksen menetelmät sekä koneiden rakenteet vaihtelevat valmistettavan paperilajin mukaan.

Paperikoneen toiminta

Paperimassan valmistus

Paperin valmistus alkaa paperimassasta, joka on käsitelty muun muassa valkaisemalla tai lisäämällä lisäaineita haluttujen ominaisuuksien tuottamiseksi, esimerkiksi märkälujuus. Paperi pysyy koossa pääasiassa kuitujen välisten vetysidosten avulla, jotka syntyvät paperirainan kuivatuksessa.

Massa paperikoneen perälaatikolla

Paperimassa laimennetaan vedellä 0,2–1,2 % kiintoainetta sisältäväksi ja ohjataan paperikoneen perälaatikolle, joka syöttää sen viiran päälle tai kahden viiran väliin, riippuen viiraosan tyypistä. Viira tai viirat ajetaan erilaisten vedenpoistoelementtien läpi, jolloin massassa olevasta vedestä poistuu noin 80 % ja massa muodostuu märäksi paperirainaksi. Yleisimmät viiraosatyypit ovat tasoviira, hybridiformeri, kitaformeri ja sylinteriformeri.

Paperirata paperikoneen puristinosalla

Seuraavaksi rata siirtyy puristinosalle, missä paperi kulkee kahden huovan välissä telojen nipeistä. Nippejä on tavanomaisesti yhdestä neljään, useimmiten kolme. Teloja voi olla erilaisia, esimerkiksi taipumakompensoituja, uritettuja tai kenkäteloja. Telojen välissä vesi puristuu paperista huopaan. Puristinosan jälkeen paperiradan kuiva-ainetaso on 35–50% riippuen valmistettavasta paperilajista.

Huopia voi olla monta yhdessä puristinosassa. Huopa puhdistetaan huovan kierrossa, jolloin se on taas valmis vastaanottamaan vettä. Puristimella pyritään saamaan riittävän suuri märkälujuus, jotta rainan siirto kuivatusosalle onnistuisi ilman katkoja. Vaikka tavoitteena on mahdollisimman suuri kuiva-ainepitoisuus, pyritään liian suuria puristinpaineita välttämään, jotta paperin riittävä paksuus säilyisi. Puristinosalla kuiva-ainepitoisuuden nousu yhdellä prosentilla vähentää kuivatusosalla höyrynkulutusta jopa neljällä prosentilla. Paperirainan siirto puristinosalta on nykyään ns. suljetulla viennillä. Yleisin suljettu vienti tapahtuu puristinhuovan pick-up-imutelan alipainetta käyttämällä.

Paperirata paperikoneen kuivatusosalla

Sylinteri-, puhallus- ja infrapunakuivaus

Puristinosan jälkeen paperirata johdetaan koneen kuivatusosalle, joita on erilaisia. Yleisin malli on sylinterikuivausmenetelmä, jossa paperi johdetaan suurien lämmitettyjen sylintereiden pinnassa, jolloin vesi haihtuu. Yleensä kuivatusosia on kahden tyyppisiä, yksi- ja kaksiviiraisia, joista ensimmäinen on nykyaikainen versio. Ensimmäisessä kuivaussylinterit on sijoitettu yläpuolelle ja alapuolelle imutelat, jossa paperiraina kulkee viiran ulkopuolella. Jälkimmäisessä mallissa on pelkästään kuivatussylintereitä, mutta yläpuolisilla ja alapuolisilla sylintereillä on omat viiransa, joten paperi ei ole tuettuna koko kuivatusosan matkalta ja esimerkiksi paperin päänvienti muodostuu ongelmalliseksi suuremmilla nopeuksilla. Sylinterit lämmitetään höyryllä, joka syötetään sylintereiden sisään. Vedeksi muuttunut höyry, eli lauhde, kerätään pois sylinteristä ja käytetään hyödyksi muissa tarkoituksissa. Sylinterikuivatusosa on selkeästi eniten energiaa vaativa osa paperikoneessa. Energian kulutusta kompensoidaan lämmöntalteenotolla. Paperia voidaan kuivata myös muun muassa monilla eri konstruktioilla toteutetuilla puhalluskuivatuksella tai infrapunakuivaimilla. Kaikille tavoille on kuitenkin yhteistä veden haihduttaminen paperiradasta ja höyryn johtaminen pois sen läheisyydestä.

Kiillotus ja päällystys

On-line-konelinjassa kuivatusosan jälkeen sijaitsee yleensä kalanteri, jolla paperi kiillotetaan puristamalla kahden tai useamman telan välissä. Kalantereita on erilaisia riippuen ajettavan paperin lajista. Päällystettävissä papereissa kuivatusosan jälkeen sijaitsee yleensä konekalanteri ja päällystämättömien lajien jälkeen kuten SC (superkalanteroitu), multinippikalanteri. Sanomalehtikoneissa kuivatusosan jälkeen sijaitsee niin sanottu pehmeänippinen soft-kalanteri.

Päällystetyissä paperilajeissa konekalanterin jälkeen sijaitsee päällystysyksikkö.

Päällystyksen jälkeen paperi kiillotetaan multinippikalanterilla.

Pakkaus rulliksi

Kun paperi on käsitelty halutunlaiseksi, se rullataan konerullaksi kiinnirullausyksikössä, jota kutsutaan myös popeksi. Rullan kasvettua riittävän suureksi, paperirata ohjataan toiselle tampuuriraudalle ja valmis konerulla, eli tampuuri, siirretään jälkikäsittelyyn. Konerullat saattavat painaa kymmenestä tuhannesta moniin kymmeniin tuhansiin kiloihin.

Jälkikäsittely

Konerulla siirretään jälkikäsittelyyn, joka voi olla esimerkiksi off-line-konelinjassa päällystysyksikkö, superkalanterointi, soft-kalanterointi tai pituusleikkaus. Kaikki konerullat leikataan pienemmiksi asiakasrulliksi pituusleikkurissa. Samalla poistetaan vialliset rainan osat ja jatketaan katkot niin että raina on yhtenäinen. Yleisimmät pituusleikkurityypit ovat kantotelaleikkuri sekä keskiörullain. Pituusleikkurin jälkeen rullat pakataan tai arkitetaan arkituskoneessa.

Paperinvalmistus Suomessa

Pääartikkeli: Suomen paperiteollisuus

Suomen paperinvalmistus on keskittynyt suuriin yksiköihin, jotka sijaitsevat hyvien kulkuyhteyksien päässä. Paperin valmistus tarvitsee paljon puuta. Puu kuljetetaan paperitehtaille yleensä junilla, autoilla ja laivoilla mutta myös uittaen (5%). Suomen suurimmat paperinvalmistajat ovat UPM-Kymmene ja Stora Enso.

Suomessa paperin valmistus alkoi vuonna 1667 Pohjan pitäjän Thomasbölessä. Tuolloin paperi valmistettiin käsityönä. 1800-luvulla Suomessa toimi toistakymmentä paperitehdasta, joista vain kaksi koneisti tuotantonsa. Maamme ensimmäisen paperikoneen hankki Frenckellin suku v.1841 Tampereelle, 1853 hankittiin seuraava paperikone Tervakoskelle.

Suomesta tuli paperin vientimaa jo 1800-luvun puolessavälissä kun paperia valmistettiin lumpuista. Nykyaikainen, puun käyttöön perustuva paperiteollisuus perustui Saksassa 1840-luvulla keksityn hiomakoneen käyttöönottoon. Suomessa hiokkeen valmistuksessa käytettiin kuusta ja aluksi jossain määrin myös haapaa.

Hiomakoneiden voimanlähteenä käytettiin vesivoimaa, minkä vuoksi paperiteollisuus keskittyi jokien varrelle. Aluksi voima siirrettiin hihnoilla tai rattaistoilla koneisiin, sähköistäminen tapahtui pääosin 1910-luvulla.

Paperikoneiden valmistus Suomessa

Suomen paperikoneiden valmistus alkoi toden teolla vuoden 1944 välirauhan ehtojen määrittäessä Suomen asevoimien miesvahvuuden maksimikoon. Tähän lukuun kuuluivat valtion aseteollisuuden työntekijät. Eduskunta muutti ne yhdessä käsittelyssä Valtion metalliteollisuudeksi, josta kehittyi Valmet. Sen Rautpohjan tykkitehtaan pääsuunnittelija Uolevi Konttinen, lujuuslaskenta-asiantuntija insinööri Miekk-oja ja yksi pikakoulutettu teknikko alkoivat suunnitella paperikoneita siten, että tykkitehtaan olemassa oleva valmistuskapasiteetti otettiin parhaiten käyttöön. Tämä oli Valmetin menestyksellisin haara, josta kehittyi nykyisen Metso Oyj:n runko valtion myytyä 1997 osuutensa pois.

Pitkälle 1960-luvulle Suomessa oli neljä konevalmistajaa: A. Ahlström Osakeyhtiö Karhulassa, Tampella Tampereella, Valmet Rautpohjassa Jyväskylässä ja Wärtsilä Sörnäisissä Helsingissä (myöhemmin Järvenpäässä), jotka kaikki kilpailivat keskenään. Wärtsilän paperikoneet siirtyivät Valmetille vuonna 1986. Ahlström kilpaili vuoteen 1987, kunnes myi paperikoneita valmistaneen Karhulan konepajan Valmetille. Muutenkin tilanne muuttui 1980-luvulla, kunnes vuonna 1992 Valmet Paperikoneet Oy oli Tampellan ostamisen jälkeen ainoa paperikonevalmistaja Suomessa. Myöhemmin Valmet ja Rauma Oy yhdistyivät, jolloin uuden yrityksen nimeksi tuli Metso Oyj ja sen paperiteollisuuden laitteisiin erikoistuneen osan nimeksi Metso Paper Oy. Valmet/Metso on hankkinut omistukseensa myös ruotsalaisen KMW:n, amerikkalaisen Beloitin sekä japanilaisen Mitsubishin paperikoneliiketoiminnat.

Merkittäviä vuosilukuja paperikoneen historiassa Suomessa

• Ensimmäinen paperikone Suomessa käynnistyi Frenckellin paperitehtaassa Tampereella vuonna 1842.
• Vanhin toimiva paperikone Suomessa on Tervakosken paperitehtaan paperikone PK3 vuodelta 1905 Janakkalassa.
• Ensimmäisen Suomessa valmistetun paperikoneen valmisti Viipurin konepaja vuonna 1904. Paperikone toimitettiin Leppäkoski Fabrikers Aktiebolag-yhtiön Leppäkosken paperitehtaalle, joka oli Harlun kunnassa Laatokan Karjalassa toiminut paperitehdas. Viipurin Konepaja toimitti Suomeen yhteensä 8 paperikonetta ennen vuotta 1910.
• Ensimmäinen Suomessa suunniteltu paperikone (Tervakosken paperitehtaan PK6) valmistettiin vuonna 1948 A. Ahlström Oy:n Karhulan konepajassa (aik. Karhula Osakeyhtiö, nyk. Mesera Karhula Oy)
• Valmet rakensi ensimmäisen paperikoneen vuonna 1953.
• Suomessa paperi- ja kartonkikoneita ovat valmistaneet Viipurin Konepaja, Turengin Sokeritehtaan Konepaja, A. Ahlström Oy, Karhula Osakeyhtiö, Tampella, Valmet, Enso-Valmet, Noval (Nokia-Valmet), Vaahto, Wärtsilä ja Metso.
• Uusin paperikone Suomessa on Rauman paperitehtaan vuonna 1998 valmistunut paperikone PK4.
• Suomessa on vuosina 1842-1998 käynnistetty yhteensä 192 paperikonetta.
• Suomalalainen Metso Paper ja saksalainen Voith Paper ovat maailman suurimmat paperikoneiden valmistajat.
• Tällä hetkellä Suomessa on noin 50 paperikonetta ja 17 kartonkikonetta toiminnassa

Paperinvalmistuslinjan osia

• Perälaatikko
• Viiraosa
• Puristinosa
• Kuivatusosa
• Päällystysosa (päällystettävillä paperilaaduilla)
• Kalanteri
• Rullain (pope)
• Pituusleikkuri
• Pakkauskone
• Telahydrauliikka

Paperikoneen valmistajia

Suomalaisia

• Metso Oyj (Metso Paper Oy)
• Vaahto
• Mesera Karhula Oy

Ulkomaalaisia

• ABK Machinery
• A.Celli Paper
• Recard
• Zheng Da Qing Ke Hi-Tech Machinery Co., Ltd
• Zhengzhou Zhongzhou Machinery Manufacturing Co., Ltd
• Kawanoe Suki
• Voith (Voith Paper AG)
• Andritz
• PMPoland
• Bellmer
• Feco
• Sandwell
• Donggong
• De Iuliis
• Dechangyu
• Papcel
• Over Meccanica
• Andritz Küsters
• Leshan Chengfa Paper Machinery
• Giesse
• Toscotec
• Celli
• Black Clawson
• Toschi

Toimintansa lopettaneita paperikoneiden valmistajia

Suomalaisia

• Valmet, Valtion Metallitehtaat Oy, Jyväskylä (nykyisen Metso Paper Oy:n pääosa)
• Tampella Oy (Valmet ostanut)
• Wärtsilä Oy / Kone ja Silta (Valmet ostanut)
• A. Ahlström Osakeyhtiö / Karhula Osakeyhtiö, Karhula (Valmet ja Andritz ostaneet, Karhulan konepaja nykyisin osa Mesera-yhtiöitä)
• Jylhävaara Oy (Nykyisin osa Metso Paperia)
• Viipurin konepaja (omistaja Hackman & Co. Jäänyt luovutettuun Karjalaan)
• Jylhäraisio (osa Metso Paper Oy:tä)
• Kone Roll Handling (osa Metso Paper Oy:tä)

Ulkomaalaisia

• Bryan Donkin & Co., Englanti
• Merril & Houston Iron Works, Beloit, Wisconsin, USA
• Tidcombe & Strudwick, Englanti
• James Park, Englanti
• Pusey & Jones, Wilmington, Delaware
• James Bertram & Son, Englanti
• Georg Tidcombe & Son, Englanti
• F.W. Srobel, Saksa
• Wilhelm Nagelschmidt, Saksa
• Maschinenbauanstalt Golzern, Saksa
• Theodor Bell & Co, Sveitsi
• H. Füllner, Saksa
• Gebrüder Hemmer, Saksa
• J. & E. Chanterenne, Belgia
• Escher Wyss & Co, Sveitsi
• Bentley & Jackson & Co, Englanti
• Banning & Setz, Saksa
• Bagley & Sewall Co, Watertown, USA
• Beloit Iron Works (myöhemmin Beloit Corporation), Beloit, Wisconsin, USA (Lopettaneen Beloitin huoltopalvelut Yhdysvalloissa ja oikeidet tuotteisiin menivät Metsolle ja suurin osa muusta toiminnasta Mitsubishi Heavy Industriesille, jonka Metso Paper osti vuonna 2008)
• Walmsleys Ltd, Englanti
• Black Clawson, USA
• A.B. Karlstads Mekaniska Werkstad (KMW), Karlstad, Ruotsi (Valmet ostanut)
• Mitsubishi Heavy Industries (Metso Oyj ostanut Mitsubishin paperiteknologiayksikön helmikuussa 2008)
• Volodraki, Neuvostoliitto
• Leningradin konepaja, Neuvostoliitto
• Marienburgin konepaja, Neuvostoliitto
• Kineshman konepaja, Neuvostoliitto
• Gorkin konepaja, Neuvostoliitto
• Strecker (Valmet ostanut)
• Dominion Inc (Valmet ostanut)
• Lypsyniemen konepaja
• Sprout-Bauer
• Strecker-Bruderhaus
• Emua-Valmet
• Reinhard Bellmer
• Hwa Teik Machinery
• Neue Bruderhaus Maschinenfabrik
• Allimand
• Allibe
• Rice Barton
• Golzern
• Fampa
• Medium
• Dorries
• Dnepropetrovsk
• Petrozavodskbummaš
• NPO Bummaš
• KBM
• Gidrobum
• Appleton
• Sunds Defibrator
• Carcano
• Enerdry
• Brunnschweiler
• Pinaltek
• Flootek
• Farros Blatter
• Von Roll

Katso myös

• Paperi
• Kartonkikone
• Sellutehdas

Lähteet

• Tuuri, Antti: UPM-Kymmene, Metsän jättiläisen synty. 493 s. Helsinki: Otava, 1999.
• Sihvonen, Sirkka-Liisa: Vääräkosken kartonkitehdas – sata vuotta ähtäriläistä pahvia. (56 s.) Länsi-Suomen Ympäristökeskuksen raportteja, 2008, nro 3. ISBN 978-952-11-2973-5 (PDF). Artikkelin verkkoversio (PDF). Julkaisu on saatavana myös painetussa muodossa ISBN 978-952-11-2972-8 (nid.)
• http://www.ppmachine.com/
• Jokinen, Jukka (1988) Tykki taipui paperikoneeksi - From field gun to paper machine. Valmet Rautpohja 50 1938-1988. Valmet Paperikoneet Oy. Gummerus Oy. Jyväskylä.
• Nykänen, Panu & Paulapuro, Hannu (2005) Telan ympäri - Vuosisata suomalaista paperikone- ja paperinvalmistustekniikkaa. Tekniikan Historian Seura THS ry. Helsinki.

Viitteet