填料含量保持不变的纸的制造方法

专利名称：填料含量保持不变的纸的制造方法
技术领域：
本发明涉及填料含量保持不变的纸的一种生产方法。
本发明用于生产任何类型的含有填料和保持剂的纸。填料含量可从很低含量到很高含量，例如从纸的总重量的百分之一或百分之几到30％。保持剂的重量含量比填料含量低得多，通常只是填料含量的几分之一，两者之间一般存在一定关系。
纸主要由纸浆纤维构成。纸浆可用机械方法、化学机械方法和化学方法生产。木化纤维素材料、包括软木和硬木用作生产纸浆的初始材料。纸浆供应一般由不同纸浆纤维混合而成。这些纸浆可以是不经漂白的、经半漂白的和经全漂白的，经全漂白的纸浆为主导纸浆。回收纤维可全部或局部地构成纸中的基材。纸浆有时可包括合成纤维的混合物。纸中可有作为其他一种或多种成分的纸化学物。这类普通添加剂举例有淀粉、疏水剂、色料和荧光增白剂。某些纸要经过后处理。后处理举例有表面上浆、涂布和压光。
可包括填料的纸的种类举例有高级纸张即非涂布和涂布书写纸和印刷纸、证券纸、衬垫纸、标签纸、处方纸和信封纸。含木印刷纸如新闻和杂志纸也可含有填料。
背景技术：
使用含填料纸的主要原因是为了改进纸的某些特性。一个重要特性是纸的不透明性。某些填料提高了纸的亮度和/或白度。这类填料的一个例子是PCC(沉淀碳酸钙)。该填料还可提高纸的表面光洁度、从而提高可印刷性。此外，大多数填料单位重量(千克或吨)的成本大大低于纸浆纤维。全漂白化学纸浆的情况更是如此。因此该填料混合物导致造纸成本下降。应该指出，使用填料、特别是使用大量填料也有风险，因为与不含填料的纸比较含填料纸的强度多多少少下降。
在含填料纸的生产过程中首先生产厚纸浆悬浮液。可用不同方法生产该悬浮液。在用成捆干纸浆造纸时，纸浆在水中、通常在来自长循环的白水中碎浆以获得厚纸浆悬浮液。在用从旁边一纸浆车间经管道送到该造纸车间的纸浆悬浮液造纸时，该悬浮液通常首先脱水、例如从约2％的浓度脱水到约15％的浓度以获得粘结纸浆块。没有纸浆纤维的所获得的水经一管道送回该纸浆车间重新用来把新鲜纸浆纤维送到该造纸车间。在该造纸车间得到的纸浆块粉碎后与来自长循环的白水混合，以生成厚纸浆悬浮液。
作为纸浆纤维的厚纸浆悬浮液，在该系统中作进一步处理前，通常进行打浆过程。如纸浆供给包括比方说两种不同纸浆，这两种纸浆悬浮液混合在一起前通常分开打浆。
在以下造纸过程中会生成较大量的破碎的纸。有若干原因造成破碎的纸。一个主要原因是因为行进中的纸幅的外边缘通常要裁去。另一个原因是报废，即所生成的纸周期性地不符合对其的品质要求。第三个原因是行进中的纸幅由于这一或那一原因发生断裂。这类废纸通常在废纸碎浆机中在白水中碎浆后送回该造纸链。由于用作起始材料的废纸含有填料，因此生成的厚纸浆悬浮液中也含有填料。这些废纸的数量可高达40％或更高，因此其本身就是问题。但是，在这一方面一个更严重的问题是废纸的数量通常随时间而变。这意味着，输入的厚纸浆悬浮液的填料含量也随时间而变。
厚纸浆悬浮液在其传输到短循环和网前箱的途中间歇地用白水稀释。在悬浮液稀释时可把一种或多种纸化学物供给厚纸浆悬浮液。在短循环起始处、例如在网下白水坑用大量白水稀释纸浆悬浮液以获得固体物质含量低的浆料。可在若干位置上把新鲜填料供给纸浆悬浮液、例如供给厚纸浆悬浮液或网下白水坑紧下游的浆料。可在上述位置上、也可之后在短循环中即靠近网前箱处把保持剂供给纸浆悬浮液。
纸浆悬浮液中液相的主要部分由保持不变的循环白水构成。但可用新鲜水补充白水的永久性或暂时不足。
大多数填料呈粒状，其表面积(例如直径小于10μm)比纸浆纤维(例如长3000μm，宽30μm)小得多。填料不怎么可能靠自身附着在纸幅上或自发被纸幅吸附。当在造纸网上形成纸时，实际上所有纸浆纤维会固定在造纸网上而在其上形成一纸床或纸网。该纸网中的孔数决定于许多因素，其中有该造纸机中使用的造纸工艺的类型和所生成的纸的单位面积的重量或克数。克数的增加与纸浆纤维床厚度的增加直接有关。纸浆纤维床厚度的增加自然会造成所吸附的填料的数量的增加。但是，填料的自发吸附或保持不足以在纸中提供所需填料含量。因此必须加入一种或多种物质或化学物帮助把填料保留在纸浆纤维中、从而保留在离开造纸网后比方说送入该造纸机的压榨部中的湿纸幅中。湿纸幅与之一起传送到一循环毛毯。该物质或化学物称为保持剂。使用保持剂造成较多填料保留在纸幅中和较少填料滑过纸浆纤维床与排放水或白水一起经造纸网向下流入网盘中。尽管使用保持剂甚至使用大量保持剂，当送入网前箱后散布在造纸网上的浆料中的填料只有一小部分固着在纸幅中，而大部分填料随排放水一起流过纸幅和底下的造纸网。这意味着，白水中填料数量仍较高，从填料在整个系统(主要是在短循环和长循环中循环的大量白水)中的总数量来看非常大。
从上述情况不难看出，很难控制含填料纸的生产过程使得最终产品即纸成品的比方说用一定百分比值表示的填料含量或填料浓度始终保持不变。纸的使用者和购买者要求纸的质量稳定，在这方面重要的是纸的填料含量保持不变，不同批纸张的填料含量应保持不变。
为了在上述方面控制纸的制造，长久以来使用借助于某类测量装置进行的测量操作。这些测量操作之一是通常在该造纸机终端处使用非破坏性测量方法确定行进中纸幅的填料含量，所述填料含量有时称为灰分含量。另一测量操作是确定短循环中或短循环紧旁一位置上白水的填料含量。也可与已存在在白水中的少量纸浆纤维一起确定填料浓度(总浓度)。这两种测量过程通常间歇地进行，各次测量之间的时间间隔从比方说几秒到比方说30秒。
在现有控制方法中，保持剂的添加和填料的添加在添加过程中变动。保持剂的添加量只根据在白水中测得的填料数量确定，而填料的添加量根据在纸幅中测得的填料含量确定。结果发现，这一控制方法导致纸成品填料含量的较大变动。由于只容许纸的填料含量在很小范围内变动，因此必须报废的纸的数量太多。而且，由于该控制方法，纸从一填料含量变为另一填料含量、比方说从15％变为19％或从19％变为15％所用时间过长，从而不得不报废大量的纸。上述控制方法无法全部克服由输入厚纸浆悬浮液中填料数量的变动造成的前述问题。在比方说厚纸浆悬浮液或纸浆中增加填料来矫正新测得的纸成品中填料含量过低的努力注定在某种程度上遭到失败，因为该系统中液体、主要是白水的总数量很大，这意味着，循环填料的数量也很大，从而在该系统中即时增加填料数量无法迅速有效地提高该循环液体系统中的填料浓度、从而使得更多数量的填料固着、保留在纸幅中。由于这些原因这类系统的控制极慢。
芬兰专利申请97 4327及其对应国际(PCT)专利申请WO 99/27182除了其他方面公开了一种方法，据说能比公知方法更快、更有效地控制造纸机短循环中的纸张特性。纸张特性主要指纸的填料含量。显然该方法基于上述公知方法并辅之以一未详细说明的过程，在该过程中，根据测得的白水中填料浓度和测得的纸的填料含量或灰分含量(该文所用术语)连续添加填料和连续添加保持剂。

发明内容
技术问题如上所述，在制造含填料纸中迄今用来控制填料含量的方法造成所得填料含量的过高变动。使用这一方法还造成纸从一填料含量变为另一填料含量时转换时间过长。这两个不足都造成大量纸成品报废。
解决办法本发明提供这些问题的一种解决方法，涉及填料含量保持不变的纸的一种生产方法，该方法包括a)在向一造纸机的网前箱的方向上传送一含有水、纸浆纤维、通常来自碎浆废纸中的填料和通常是各种纸化学物的厚纸浆悬浮液；b)在该厚纸浆悬浮液传送到网前箱的途中把水、通常是白水加入其中以形成一浆料；c)把至少一种填料加入该厚纸浆悬浮液中和/或该浆料中和/或所添加的水中；d)把至少一种保持剂加入该厚纸浆悬浮液中和/或该浆料中和/或所添加的水中；e)用网前箱把最后制备的浆料散布到一湿装置、通常是一网部上形成一湿纸幅，然后在该湿装置下方收集从纸幅排放的称为白水的水后把所述白水传回该造纸过程，以把所述水供给新鲜厚纸浆悬浮液，该白水通常分为分别称为短循环和长循环的两基于液体的材料流；f)使得该湿纸幅离开该湿装置后一般在至少一工段中压榨和干燥该纸幅，然后可选择地处理该纸幅和/或把该纸幅收集在卷取辊上或把该纸幅转换成纸张；以及g)在某一位置上测量该纸的填料含量；h)最好在短循环中或在短循环紧旁一位置上测量填料浓度或白水中或浆料中填料加上纸浆纤维的浓度(总浓度)，其特征在于，填料的添加量使得用填料把该系统缓冲到一通常是预定的浓度大小(控制值)，所述大小由测量过程(h)估计；只根据在白水中或在浆料中测得的填料浓度大小连续添加填料，至少长远看来，当测得的大小低于控制值时增加填料添加量，当测得的大小高于控制值时减小填料添加量，使得该白水系统或缓冲系统始终有足够填料进入以确保纸幅吸收所需数量的填料；只根据此时测得的纸中的填料数量(g)连续添加保持剂，当测得的纸中填料数量应低于保持不变的值时增加保持剂的添加量，当该数量高于应保持不变的值时减小保持剂的添加量，从而把纸的填料含量迅速校准回应保持不变的值。
该填料可使用任何公知填料。十分可能使用不止一种填料。该填料或这些填料可在一个或多个位置上供应。通常使用一种填料，在短循环起始处一位置上把全部填料供给浆料。也可分成两个或多个部分添加填料，例如分成两部分，一部分供给厚纸浆悬浮液，另一部分供给浆料。在添加过程中这两部分量可以变动，也可一部分量固定或保持不变，另一部分量变动。填料的例子有高岭土、碳酸钙(自然态碳酸钙如石灰石、大理石和白垩或新生成碳酸钙PCC)、二氧化钛和滑石。
单位时间加入该系统中的填料数量决定于若干因素，制造含填料纸开始阶段加入的填料与在稳态下加入的填料必须有所区别。如在稳态下生产高填料含量、例如20％含量的纸，大量填料不断取自该液体系统或白水，该填料进入、伴随湿纸幅，至少长远看来，由于必须补充液体系统中被取走的填料，必须在所述位置上添加大量填料。当如通常情况那样(除了新供应的纸浆纤维以外)把废纸用作起始材料的一部分，已输入的厚纸浆悬浮液中含有较大量填料。填料数量随起始材料总数量中的废纸数量而变并决定于该废纸中的填料数量，例如10对20％。在给定点添加的填料数量可以并且常常在一定程度上决定于上述情况。本发明并不绝对要求在每次添加时刻添加给定数量的填料。这是因为该系统中存在填料缓冲，唯一必须满足的要求是，该缓冲系统总有足够填料供纸幅吸收所需数量的填料。这在下文详细说明。
添加填料时，首先把填料在一液体、例如白水中形成泥浆，然后用按照上述控制方法运行的一调节器或若干调节器在所述可能位置上把该液体与其填料一起供给行进中的纸浆纤维悬浮液。该调节器或这些调节器可使用计算机程序，也可是机械式调节器或由电子器件构成。
至于保持剂，可使用任何公知保持剂。可在一个或多个位置上把单一保持剂供给该系统。也可有益地使用不止一种保持剂，例如两种保持剂。可在同一位置上添加这些保持剂，尽管也可在不同位置上把各保持剂加入该系统中。这两添加剂可在添加过程中变动，也可一添加量保持不变，另一添加量按照需要随时间变动。与把填料加入该系统中的位置不同，最好在短循环中较前方位置即较靠近网前箱处添加至少一部分所需保持剂。保持剂的例子有无机保持剂和溶于水的合成有机聚合物。
无机保持剂的例子有明矾、膨润土和硅石溶胶和各种硅酸酯。溶于水的合成有机聚合物的例子有聚丙烯酰胺、聚乙烯胺和聚胺。这些聚合物可为阳离子、阴离子和非离子聚合物。该保持剂组中有时可包括各种不同形式的上述纸化学物淀粉。淀粉在该系统中至少保持影响填料的保持。
单位时间加入该系统中的保持剂数量也决定于若干因素。一般来说，保持剂的消耗量在生产高填料含量的纸时比在生产低填料含量的纸时要大。原因之一是因为当生产含填料纸时保持剂的存在不直接影响自发保持。在这方面可指出，自发保持不服从存在在该系统中的填料、例如白水中填料浓度，尽管该浓度通常随着白水中填料浓度的增加而增加。如前所述，该自发保持受所生成的纸的克数或单位面积的重量的影响、从而受在纸幅中形成基材的纸浆纤维床或纸浆纤维网的厚度的影响。自发保持还受所使用的造纸机的类型的影响。供给系统的保持剂造成的存在于纸中填料含量并非是由于自发保持而存在于纸中。与填料的情况不同，系统不通过加入的保持剂缓冲，而是保持剂添加量的增加几乎立刻造成固着在所述纸或纸幅中的填料数量的增加。这就是为什么可始终生产填料含量基本保持不变的含填料纸的原因或原因中的一个因素，这在下文进一步说明。如根据单位时间填料添加量设定单位时间加入系统中的保持剂数量，可以发现，既无任何直接关系也无任何均匀变化的关系。但是，大致来说，保持剂的添加重量为加入系统中的填料的千分之几到5％。上述关系主要决定于纸的填料含量和纸的类型。
在添加保持剂时，首先把保持剂在液体、例如白水中形成泥浆和/或把保持剂溶解在液体、例如白水中，然后用按照上述控制方法运行的一调节器或若干调节器在所述可能位置上把该液体与其保持剂一起供给行进中的纸浆纤维悬浮液或水。调节器可使用计算机程序，也可是机械式调节器或由电子器件构成。
测量纸的填料含量的装置可设置在纸幅旁任何位置上，从在网部分中形成纸幅的位置到纸成品卷到造纸机终端处的卷取辊所在位置。测量装置可装在行进中纸幅旁固定位置上，也可沿所述纸幅移动。测量装置也可方便地设置在纸幅完成干燥、从而纸幅的干物质含量超过90％的位置上。
可使用任何类型的公知测量装置。下文说明一般使用在生产含填料纸中的一种测量装置。
该装置包括两部分、一位于比方说纸幅底下的发射部分和一比方说纸幅上方的接收部分。发射部发射的X线穿过纸幅向上进入接收部后转换成一定电压的电流。穿过纸幅的X线的一部分与填料粒子发生碰撞、从而被吸收，造成接收部接收的X线数量与发射部发射的X线数量的不同。纸幅中的填料粒子越多，被吸收的X线越多，离开接收部的电流越弱，所测得的电压越小。测得的电压差与比方说表示为纸的克数的百分比的纸中填料的数量差有关。按照上述原理工作的测量装置的例子有Honeywell 2237-xx x-ray Ash Sensor and ABBAccuray、Smart2-Component and 3-Component Ash Sensors。
包括一发射部和一接收部的上述测量装置可固定安装即只在行进中的纸幅的一个位置上进行测量。也可把发射部和接收部都装在一梭子上而沿纸幅横向相互同步地移动，从而在纸幅整个宽度上进行测量。
也可用任何合适的公知测量装置测量白水或浆料的填料含量。下面说明一般使用在含填料纸制造中的一种测量装置。
该测量装置尤其包括一透明测量元件。在单位时间中使一定量的比方说白水流过该元件。把极化激光即同一平面中同一波长的光穿透该含有大量填料粒子和少量纸浆纤维、确切说是纤维碎片的白水水流。一部分光线射到填料粒子和纤维/纤维碎片上后以某些角度路径向旁边反射，这些路径决定于光线照射其上的材料的种类。发光位置紧后方和测量元件前方设置感光检测器，它获取以不同角度反射的光。确定不同角度的散射光和消光。从而可确定比方说白水中填料浓度。
也可用测量操作确定比方说白水中固体材料的总浓度。为此测量射过白水的极化激光的数量并把该数量与所发射极化激光的数量进行比较。白水中固体材料越多，受干扰、变得去极化的极化激光越多。
按照上述原理工作的测量装置的例子有KAJAANI RM-200、KAJAANIRMi和BTG REG-5300。
尽管本发明在某些起始材料总是由含填料废纸构成的造纸过程中获得其最佳应用，但本发明应用在其起始材料不含废纸的含填料纸的生产中时也有某些优点。
优点本发明的一个突出优点是所生产的纸的填料含量偏离预定含量极小。因此，由填料含量误差造成的纸的报废量极低。
由于所生成的纸的填料含量偏差极低，因此当要生产高填料含量或极高填料含量的纸时可把控制值设定在前所未有的高值上。如前所述，相对不含填料的纸，高填料含量造成纸的强度降低。我们关心的不是纸成品的强度而是在造纸机中行进的纸幅的强度。纸幅强度过低会造成纸幅一再断裂、从而造成大量废纸并且造成纸的生产率下降。当使用现有控制方法时，填料含量围绕所需平均值在两个方向上大幅摆动。当要求纸填料含量只偏离造成当今高速造纸机中纸幅断裂的临界填料含量一个或多个百分点时，在实施现有控制方法时总是可以选择把控制值设置在所需填料含量上。这是为了尽可能确保所生成的纸的填料含量不落在可接受摆动范围外。在这里应该指出，填料含量的向下扩展不得比向上扩展大。由于本发明所生成的纸的填料含量的变动小，因此可把填料含量控制值设定在可接受的扩展范围的上半部中。由于能始终控制填料含量而使得所述含量平均只增加一个百分点，因此立即显示出降低造纸成本的效果。
在纸中的填料含量较低而不危及纸的强度的情况下也显示出同样的优点，即此时控制值也可设置在可接受扩展范围的上半部，从而始终造成纸的填料含量稍高，从而降低造纸成本。
我们还发现，本发明控制方法的即时效果比现有控制方法高得多，从而在所生成纸中把填料含量从一值转换成另一值的过渡时间缩短。
由于按照本发明白水中填料浓度的变动小，因此造纸过程更平稳，造纸过程中事故少。
附图简要说明

图1为在含填料纸制造中使用本发明方法的流程图；图2曲线图，示出按照现有方法和本发明方法生产的纸的填料含量的百分比；和图3曲线图，示出按照现有方法和本发明一实施例在制造含填料纸时白水中的填料浓度(g/l)。
最佳实施例下面结合图1流程图和一例示性实施例更详细说明本发明方法。
图1简示出本发明方法一实施例。
一厚纸浆悬浮液经管道1送入短循环2。该厚纸浆悬浮液含有纸浆纤维(一种纸浆纤维或若干种，比方说两种纸浆纤维决定于所要生产的纸的种类)、水(主要是白水)、填料(来自废纸泥浆)和一种或多种纸化学物。经管道1送入短循环2中的厚纸浆悬浮液的纸浆浓度可为2-4％。
该厚纸浆悬浮液输入管道3中，管道3中有来自一脱气罐4的白水。该厚纸浆悬浮液稀释后送入网下白水坑5。该纸浆悬浮液进一步用该坑中的白水稀释，所述水从网盘6经管道7流入网下白水坑5中。从而生成浆料。从管道1送入的厚纸浆悬浮液有时被某些本领域普通技术人员称为浆料。尽管这一叫法不错，但我们在本文中在厚纸浆悬浮液与浆料之间作出区别，以便以更简单、更易理解的方式说明本发明方法。
用作新鲜填料的水悬浮液经管道8送入网下白水坑5中的浆料。所加入的填料的数量主要决定于纸成品所需填料含量。所加入填料的调节方法在下文详述。上面例示出不同种类的填料，在具体情况下所选填料决定于若干因素。
用泵9使浆料在管道10中向前流动。由于在靠近泵9处供应填料，因此填料与浆料充分混合后分布在浆料中。支管11和12分别把浆料传到涡流清洁器或水力旋流器的储罐13和14中。合格纸浆经支管15和16和管道17传到上述脱气罐4。废料回收后经管道21传到本文不予讨论的一处理设备。浆料经大量汲水管道传到罐4。如脱气罐名称所示，浆料在所述罐4中脱气后以大致不含空气和含有一定量白水的状态从该罐沿该系统进一步传送。可在位置4上游把一泡沫消除化学物供给浆料以减少浆料起泡沫。
用供料泵18经管道19和20把浆料送入筛浆操作。第一保持剂在泵18紧上游经管道22供给管道19中的浆料。该保持剂可在白水中形成泥浆或溶解在白水中。支管23和24把浆料传到筛25和26中。合格的纸浆经支管27和28和管道29传到网前箱30。在筛浆操作中生成的废料回收后经管道31传到本文不予讨论的一处理设备中。第二保持剂经管道32供给网前箱30紧上游管道29中的浆料。该保持剂可在白水中形成泥浆或溶解在白水中。从而生成浆料成品。
浆料借助于网前箱30分布在一网部分33中的一网上。浆料的主要由纸浆纤维构成的固体材料的浓度在该位置上为0.5-1.5％。与在该网上形成纸幅的同时，大量液体或水靠重力和借助吸水箱排出。称为白水的该液体或所述水收集在网盘6中。从网盘6经管道7流到网下白水坑5的白水的一部分经管道34取出后回到网前箱30以最终稀释网前箱30内的浆料特别是其中一部分浆料。
所生成的集聚纸幅传到一压榨部36、然后一预干燥机37、然后一后干燥机38，最后卷绕到一卷取鼓39上。
可用一测量装置40间歇地确定比方说用纸的重量百分比表示的成品纸中的填料含量，该测量装置如前所述可为横动型。测量信号即测得的填料含量送到一填料含量调节器41，该调节器把一信号传给一流量调节器42，该流量调节器控制经管道22供应的保持剂的流量。确切说，如所公知地控制管道22中的阀，当要提高保持剂的流量时该阀打得更开，当要减小保持剂的流量时该阀打开面积相应减小。该流量调节系统还包括用来确保所需保持剂数量真正流过管道22的一流量计。为了在造纸机生产发生变动时减小填料含量的波动，可给予保持剂的计量一前馈信号，使其随着生产的变动自动变动。生产量的增加要求计量、供给系统的保持剂的数量也增加。该前馈装置设计成给定的生产量百分比变动造成计量供给系统的保持剂的数量的相同百分比变动。这发生在上述关于测得的纸的填料含量的控制上。
一间歇测量白水中填料浓度和/或总浓度的装置43与其中有白水流动的管道34连接。一典型的测量装置包括一透明测量元件，使极少量白水流过该测量元件。测量过程前面已详述过。一表示比方说白水中填料浓度(g/l)的信号从测量装置43传到填料浓度调节器44。一信号从该调节器44传到一流量调节器45，该流量调节器控制经管道8供给系统的填料的流量。调节器45的工作方式与调节器42相同，也包括一流量计。
为了在造纸机生产发生变动时减小白水的填料浓度的变动，可给予填料流量一前馈信号，使其随填料要求的变动而自动变动。生产量的提高或对纸中填料的控制值的提高长远看来要求提高计量、供给系统的填料数量。把造纸机生产量乘以纸的填料含量的控制值可算出填料消耗值。该前馈耦合设计成填料消耗量计算值的一定百分比变动将对白水中填料浓度测量值进行上述调节。
在本发明上述实施例中，只(在位置8)供应一填料，而(在位置22和32)供应两保持剂。关于在位置32供应的比方说由膨润土构成的保持剂，所供应的保持剂的数量固定，即同一流量的保持剂供给同一流量的浆料。该保持剂固定供料的大小决定于若干因素，例如成品纸中所需填料数量和单位时间供给系统的填料数量以及在位置22供给系统的补充保持剂数量的大小。在把膨润土用作保持剂时，我们发现，在把所述保持剂尽可能靠近网前箱供给系统时效果最佳。
关于在位置22供应的比方说由溶于水的合成有机聚合物构成的保持剂，该保持剂的数量随要求的不同而不同。我们发现，通过这样的保持剂为了获得良好效果，保持剂应如图1所示在供料泵18的紧上游供给系统。尽管完全可以在短循环内流动方向上前面位置上加入保持剂，但此时保持剂可能会有若干流路和发生循环，从而造成保持剂失去电荷，从而在纸形成过程即在网部分33中得不到最佳使用。
按照前述控制方法，如下进行保持剂在位置22上的变动添加。
当要生产包括一定数量如21％填料的纸时，从经验可知，必须经管道8供应大致给定流量的填料。从经验还可知，在当前条件下，可经管道32把固定数量的保持剂供给系统。从经验还可知如何经管道22大致加入所述第二保持剂。当造纸过程顺利进行时，在位置40以短时间间隔测量成品纸的填料含量。如这些测量表明纸的填料含量或浓度不是21.0％而是21.5％，则启动控制过程。测量值以信号方式从位置40传到填料含量调节器41，所述填料含量调节器把一表明须减小保持剂流量的信号传到保持剂流量调节器42，因为刚才进行的测量表明纸的填料含量稍稍太高。供给浆料的保持剂数量的减小迅速造成在网上形成的纸幅对填料的吸收减小，从而在纸中获得21％的所需填料含量。如测得的填料含量低于所需值如20.5％，则相应提高管道22中的保持剂的流量。供给浆料的保持剂的数量的提高迅速造成在网上形成的纸幅对填料的吸收增加，从而在纸中获得21％的所需填料含量。
为了实现这一点，系统中、包括白水中的填料浓度与加入系统中的保持剂的数量和所生成的纸中的填料含量之间的关系不必固定，因为如在较长时间中连续加入少量填料并且造成白水中填料浓度始终很低也能在纸中保持正确的填料含量。在该缓冲系统中填料的减小当然有一下限。
填料含量调节器41的结构是公知的。通常使用反馈调节器。最常见的调节器为PID调节器，它只根据“控制误差”e工作，控制误差e与控制信号u之间存在如下关系u=K[e+TDdedt+1T1∫e(s)dst]]]>控制信号由三项组成，其中，P为与误差成正比的比例项，D为与误差的导数成正比的微分项，l为与误差的导数成正比的积分项。例如参见小册子Lund′s Tekniska Hogskola，题目为“Reglerteknik，en elementar introduktion”，作者为Karl Johan Astrom。各项在该公式中相加。调节这三个常数项K、T1和TD即可在调节器中设定所需函数。可用若干方法使得这些常数适合于所要调节过程。其中一种方法称为Lambda法。
如前所述，管道8中填料流量至少局部地决定于所生成的纸的填料含量，即由形成在网部分33中网上的纸幅不断吸收的填料数量。
用测量装置43以一定时间间隔检查白水的填料浓度。通常，为保持同一给定的纸的质量，短循环中填料浓度保持恒定。这与造纸机的运行性有关。我们发现，保持系统中填料浓度、包括白水的填料浓度不随时间而变有利于造纸机的运行。该控制值比方说可为每升4克。如测量值为每升3.8克，就把该值以信号形式传给填料浓度调节器44。该调节器转而把一造成管道中填料流量提高的信号传给填料流量调节器45，从而把与调节器45连接的管道8中的阀打得更开。该流量调节系统还包括一流量计，用来确定管道8中流动的流量是否真正为所需流量。如发现测量值太高如为每升4.2克，则相应减小管道8中填料的流量。
填料浓度调节器44为公知调节器，其类型可与上述调节器即位置41上的调节器相同。围绕调节器44构作的控制系统考虑到调节短循环中包括所有白水的填料缓冲系统很慢。换句话说，即使在某些位置上大大提高填料流量，也得很长一段时间后显著的点状形式的填料提高才会造成大量总量白水中的填料浓度的提高。调节器44的控制程序一般与上述填料含量调节器41的控制程序相同。
从图1所示含填料纸的生产流程图可以看出，不包括基于白水(例如管道7上某处的白水)的长循环，也不包括所有用于经管道1传给短循环的厚纸浆悬浮液的检查站。出于本发明范围和说明简明的考虑这些都排除在外。
例1在一大致按照图1所示流程图生产含填料高级纸张的造纸机中对本发明方法进行了测试。与生产这类纸的现有方法作比较。
一厚纸浆悬浮液以每分钟16,500升的流率经管道1供料。厚纸浆悬浮液的起始材料为从旁边一纸浆车间传来的60％新鲜纸浆和40％废纸。该新鲜纸浆包括亮度为90％ISO的65％桦木硫酸盐化纸浆和亮度为90％ISO的35％松木硫酸盐化纸浆。这两新鲜纸浆在一混合容器中混合前本身都经精磨，在该混合容器中还放入经碎浆的废纸。该废纸的填料含量为约21.5％，该填料包括沉淀碳酸钙(PCC)。输入的厚纸浆悬浮液因此含有很容易估计的大量填料。在管道1中的该厚纸浆悬浮液中加入浆料淀粉。
用作新鲜填料的52％PPC以约每分钟90升的流率经管道8加入。填料密度为770g/l。同时加入少量若干种着色剂。在短循环中更前方加入另外的纸化学物，包括荧光增白剂。
用作第一保持剂的密度为4g/l的合成聚合物经管道22加入。该保持剂的流率平均为约每分钟50升。
用作第二保持剂的密度为35g/l的膨润土经管道32加入该系统。该保持剂的流率固定，为每分钟30升。
离开网前箱30的浆料的固体物质浓度为0.9-1.0％。纸成品填料含量的控制值为21.5％。纸的单位面积重量每平方米80克。造纸机速度为约每分钟970米，从而纸的生产量为每小时30吨。纸成品的含水量为约4.5％。
纸在该造纸链后面一位置上在一薄膜压机中经表面施胶。表面施胶的数量为约每平方米4克。尽管图1流程图中未示出薄膜压机，但该压机位于该造纸机中预干燥机37的紧下游。
图2示出使用现有方法生产含填料纸时4个日历日和使用本发明方法生产含填料纸时随后4个日历日上的成品纸的填料含量。
使用现有方法尤其指在位置40上测量纸的填料含量并在位置43上测量白水中填料浓度。但是，测得的纸的填料含量不用来控制在位置22上的保持剂的添加而是用来控制在位置8上的填料添加。如下进行该控制当纸的填料含量的测量值高于所需值即控制值时，在位置8上减小填料流量；而当该测量值太低时，提高位置8上填料流量。此外，控制位置22上保持剂的流量控制如下当白水中即位置43上填料浓度高于控制值时，在位置22上增加保持剂流量，而当填料浓度测量值太低时在位置22减小保持剂流量。
图2箭头左边示出使用上述现有方法时的成品纸的填料含量。可以看出，填料含量围绕所需控制值的变动很大。该系统在任何时刻都会发生颤噪效应。
在图2中箭头所示时间上不再使用上述现有控制方法，此时按照图1和以上详述的本发明方法，在位置40上测得的纸的填料含量信号传到填料含量调节器41，调节器41转而向保持剂流量调节器42发出一信号。使用本发明控制方法时，在第一日历日期间，计算机控制的自动控制系统公布测量位置43上白水中的填料浓度。而在该日历日期间，由操作员手工计量位置8上的填料。
从图2可知，使用本发明时在约2.5个日历日的一段时间上使用21.5％的成品纸中填料含量控制值。该控制值然后变为22.0％，然后在一小段时间中使用原控制值即21.5％，然后该测试终止于22％控制值。
从图2可清楚看出本发明控制方法优于现有控制方法。使用本发明方法时，成品纸填料含量的变动比现有方法大大减小。在21.5％的控制值下，算出图2中箭头两边上一个日历日的成品纸填料含量的标准偏差。使用现有控制方法时，该标准偏差为0.95，使用本发明控制方法时，该标准偏差为0.14，换句话说，使用本发明控制方法时纸的填料含量的变动差不多改善了7倍。
根据在位置43上测得的白水中填料浓度，在位置8上受计算机控制的填料自动计量系统在约一个日历日后开动。工作情况前面已详述。
从图3中可清楚看出，现有控制方法(箭头左边)和本发明控制方法(箭头右边)的控制值都为4g/l。此时围绕填料浓度控制值的变动也很大。我们发现，围绕白水中填料浓度的控制值的变动小，将有益于该造纸机的运转平稳。
在按照本发明进行的上述测试过程中，每20秒获得与纸的填料含量有关的数据，而每4秒获得与白水中填料浓度有关的信息。非常精确地使用这些测量间隔并不是必需的，但测量间隔可视情况而定，尤其决定于所使用测量装置的类型。
从图2和3可知，为了每日保持纸中的填料含量大致不变，并非必须根据在白水中测得的填料浓度，开始在该系统中添加填料，尽管主要出于其他原因优选进行这一测量。在上述测试过程中，在一个日历日后才开始按照本发明一优选实施例在位置8控制填料的加入。尽管如此，按照本发明开始测试后只几十分钟时间之后纸填料含量就变得正确了。
当开始非必需的“第二”控制时，每次在位置43上的测量表明合适于改变在位置8上的填料添加时，就进行这样的操作。换句话说，长时期中每第4秒对填料流量稍作变动。并非非得如此做，填料流量完全可以根据在位置43上的给定测量值在给定时间中作较大变动，经验表明这将造成整个系统中的填料浓度在给定较长时间之后总的提高，并确保在位置43上的测量在所述时间中遵从公知型式。因此，如填料在位置8上意外停止流动，从而填料的供应停止一段时间也不要紧。
原则上，在位置22上添加保持剂的情况与此不同。如此时控制系统发出的提高保持剂流量的指令被忽略，则纸的填料含量在该忽略期中会过低。
结论是，发现了与图2所述曲线相同的曲线，从而证明使用本发明方法比使用现有方法更快地使得成品纸的填料含量从一值转换成另一值。该事实还有助于减小纸的报废量。仍有一部分纸报废的一部分原因尤其是因为填料含量之外的质量参数可能偏离设定测量值。为节省篇幅并考虑到本发明范围，未示出上述曲线。
权利要求
1.填料含量保持不变的纸的一种生产方法，包括a)在向一造纸机的网前箱的方向上传送一含有水、纸浆纤维、通常来自碎浆废纸的填料和通常的各种纸化学物的厚纸浆悬浮液；b)在该厚纸浆悬浮液传送到网前箱的途中把水、通常是白水加入其中以形成一浆料；c)把至少一种填料加入该厚纸浆悬浮液中和/或该浆料中和/或所述水中；d)把至少一种保持剂加入该厚纸浆悬浮液中和/或该浆料中和/或所述水中；e)用网前箱把最后制备的浆料散布到一湿装置、通常是一网部分上形成一湿纸幅，然后在该湿装置下方收集所产生的称为白水的排放水并把所述白水传回该造纸过程以把所述水供给新鲜厚纸浆悬浮液，该白水通常被分开并且包括分别称为短循环和长循环的两基于液体的材料流；f)使得该湿纸幅离开该湿装置后一般在至少一工段中压榨和干燥该纸幅，所述纸幅然后可选择进行后处理和/或把该纸幅收集在卷取辊上或把该纸幅转换成纸张；以及g)在某一位置上测量该纸的填料含量；h)最好在短循环中或在短循环紧旁一位置上测量填料浓度或白水中或浆料中填料加上纸浆纤维的浓度(总浓度)，其特征在于，填料的添加量使得用填料把该系统缓冲到一通常是预定的浓度大小(控制值)，所述大小由测量过程(h)确定；只根据在白水中或在浆料中测得的填料浓度大小连续添加填料，以便至少长远看来，当测得的大小低于控制值时增加填料添加量，当测得的大小高于控制值时减小填料添加量，使得该白水系统或缓冲系统始终有足够填料供纸幅吸收所需数量的填料；只根据新测得的纸中的填料数量(g)连续添加保持剂，以便当测得的纸中填料数量低于应保持不变的大小时增加保持剂的添加量，并且以便当该数量高于应保持不变的大小时减小保持剂的添加量，从而把纸的填料含量迅速校准回应保持不变的大小。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在一个或多个位置上加入一填料。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在短循环起始一位置上把全部填料加入浆料中。
4.按权利要求1-3所述的方法，其特征在于，在把填料加入系统前在液体中形成填料泥浆，然后用按照所述控制方法运行的一个调节器或若干调节器在所述位置上把所述液体及其填料供给行进的纸浆悬浮液或水。
5.按权利要求1-4所述的方法，其特征在于，在一个或多个位置上把两保持剂加入系统中。
6.按权利要求1-4所述的方法，其特征在于，在两位置上各把一保持剂加入浆料中，其中，以一决定于当时纸中填料数量测量值(g)的可变数量在短循环中近处一位置上加入一保持剂，而另一保持剂以比方说决定于纸生产量和纸的预定填料含量的不变数量在短循环中更前方位置即靠近网前箱位置上加入。
7.按权利要求1-6所述的方法，其特征在于，保持剂在加入该系统前在一液体中形成泥浆和/或溶解在液体中，其中，液体及其保持剂用按照上述控制方法运行的一个或若干调节器在所述位置上加入行进的纸浆纤维悬浮液中或水中。
8.按权利要求1-7所述的方法，其特征在于，测量经最后干燥、其干燥物质含量超过90％的纸幅上纸的填料含量。
9.按权利要求1-8所述的方法，其特征在于，测量从网部分下方一收集装置传输的白水流的白水支流中白水的填料浓度，所述收集装置称为网盘。
10.按权利要求1-8所述的方法，其特征在于，测量网前箱紧上游位置上或所述网前箱内部浆料的填料浓度。
全文摘要
本发明涉及一种控制含填料纸的生产的方法。在该造纸过程中把填料和保持剂供给该造纸系统。测量纸中填料数量以及白水或浆料中填料浓度或总浓度。填料的供应数量使得用填料把该系统缓冲在一通过测量过程确定的一般预定的浓度水平(控制值)上。只根据即时测量的纸中填料数量连续加入保持剂，从而当测得的当前填料数量低于预定值时增加保持剂加入量，而当测得的当前填料数量高于预定值时减小保持剂的加入量，并且，至少长远看来，只根据在白水或浆料中测得的填料浓度大小连续加入填料，从而当该测量值低于控制值时，增加填料的加入量，而当测量值高于控制值时，减小填料加入量。
文档编号D21H21/10GK1489658SQ01822561
公开日2004年4月14日 申请日期2001年12月7日 优先权日2000年12月8日
发明者K·B·艾利松, O·诺尔丁, K B 艾利松 申请人:M-真实公司