Поговорим о том, как можно быстро улучшить качество бумаги и картона в условиях кризиса, когда инвестиции дороги, а требования к скорости и эффективности предельно высоки.

Рассмотрим ключевые факторы, влияющие на качество, и обсудим методы управления ими, учитывая анизотропию бумаги и картона.

Качество бумаги и картона, по моему мнению, определяется тремя основными группами показателей.

Основные характеристики бумаги и картона

Первая группа — прочностные характеристики. Это соответствие продукции заданным параметрам прочности. Сюда входят различные виды испытаний: разрывная длина, сопротивление сжатию на коротком расстоянии, кольцевой crush-тест и многие другие. Всего можно выделить до 50 различных параметров.

Вторая группа — равномерность свойств по ширине полотна. Ключевыми показателями здесь являются влажность и масса квадратного метра. Именно эти два параметра критически влияют на все остальные характеристики продукции практически без исключений. Исторически им уделяется наибольшее внимание, и их измеряют различными способами.

Третья группа — управление анизотропией, то есть различием свойств в продольном и поперечном направлениях. Этот параметр особенно важен для специальных видов бумаг и картонов, которые перерабатываются на высоких скоростях или должны сохранять стабильные геометрические размеры. Яркие примеры — декоративные бумаги, картоны для гипсокартона (облицовочные, тыльные, фронтальные) с определенным соотношением прочности, а также банкнотная бумага, которая проходит термостабилизацию.

Эти три группы свойств взаимосвязаны. Более глубокий анализ показывает, что первая и третья категория очень сильно зависят от второй. Поскольку масса и влажность влияют на прочие параметры, их неравномерное распределение по ширине или длине полотна неизбежно сказывается на всех свойствах конечного продукта.

С развитием технологий большая часть бумаги производится в рулонах, которые затем разрезаются. Когда рулон на бобинорезке делится на узкие сегменты, участки с разной влажностью или массой квадратного метра ведут себя по-разному на конвертинге. Это выражается не только в прочности, но и, например, во впитываемости, что критично для поверхностной проклейки. В гофрокартоне, например, даже при равной средней массе коробки будут иметь разные свойства из-за сильного «разновеса» (неравномерности) по полотну.

Таким образом, хотя прочностные характеристики играют определяющую роль, управлять ими относительно просто через макропараметры: введение добавок, регулировку размола на мельнице, изменение композиции. А вот обеспечение равномерности по ширине — задача гораздо более сложная. Она определяется в первую очередь характеристиками самой бумагоделательной машины (БДМ) и требует слаженной работы всех её узлов.

Как регулировать ключевые параметры массы м2

Для управления массой квадратного метра используется напорный ящик (или напускное устройство на машинах с формерами). Он регулирует поток массы по ширине полотна. Исторически сложилось два основных подхода:

Регулирование щелью: Механическое изменение ширины щели в напорном ящике в разных точках. Это простой, но малоэффективный и непредсказуемый метод. Изменение в одной точке влияет на давление в других, требует постоянной перенастройки при смене сорта и приводит к длительным переходным процессам и браку.

Регулирование разбавлением: более современный и эффективный метод. Механическая система губы настраивается один раз и больше не меняется. Локально регулируется концентрация массы путем её разбавления. Это обеспечивает стабильное и точное управление профилем массы по ширине.

Измерение — основа регулирования

Современные БДМ оснащены сканерами (системами контроля качества — QCS), которые измеряют параметры полотна. Сканер с небольшим сенсором (апертурой 3-8 мм) движется поперек машины, собирая данные. Цикл измерения может занимать от 10 секунд до нескольких минут.

Главный недостаток такого подхода — инерционность. Между измерением на накате и корректирующим воздействием в напорном ящике проходит значительное время (от нескольких минут до нескольких часов). За это время машина производит тысячи метров продукции, то есть до 1/8 от всего рулона на гофроагрегате, например. Это делает существующую систему малопригодной для оперативного управления быстрыми процессами, особенно на современных скоростных машинах.

Идеальная система должна измерять всю ширину полотна одновременно и в реальном времени, а датчики следует размещать как можно ближе к зоне регулирования (например, после прессовой части).

Управление влажностью

Влажность — вторая критическая переменная. Её неравномерность может быть вызвана:

- Неравномерностью массы квадратного метра.

- Проблемами в прессовой части (забитые форсунки очистки сукон).

- Загрязнением сушильной сетки или цилиндров, что мешает равномерному испарению.

Зависимость прочности от влажности крайне высока: изменение влажности на 1% может изменить показатель прочности на сжатие на коротком расстоянии (SCT) на 10%.

Для регулирования влажности по ширине существует два типа инструментов:

Системы увлажнения: Форсунки для локального повышения влажности. Быстродействующий инструмент.

Системы досушки: Инфракрасные нагреватели, зональные колпаки сушки для локального понижения влажности. Более инертные, особенно газовые системы.

Наиболее эффективный и быстрый метод — установка зональной увлажняющей балки в конце сушильной части. Она позволяет «подкорректировать» профиль влажности практически перед накатом, значительно выравнивая качество продукции.

Решение: новый подход к измерению

Ключ к быстрому и точному регулированию — датчик, способный измерять профиль массы и влажности по всей ширине полотна одновременно, а не сканируя точку за точкой.

Такое решение существует — это системы Thermoscan и M2 Scan. Они анализируют полотно в нескольких спектральных диапазонах, характерных для воды и целлюлозы. Амплитуда сигналов позволяет точно и в реальном времени определить как влажность, так и массу квадратного метра по всей ширине.

Cистемы ThermoScan и M2 Scan просты в установке и могут быть интегрированы:

- Как индикатор для оператора.

- В контур автоматического регулирования с увлажняющей балкой для управления влажностью.

- В контур управления напорным ящиком для регулирования массы.

Это позволяет максимально приблизиться к теоретическому пределу качества бумаги, обеспечивая беспрецедентную равномерность свойств как в поперечном, так и в продольном направлении.

Заключение

Качество бумаги и картона складывается из прочностных характеристик, равномерности свойств и управляемой анизотропии. Второй показатель — равномерность — фундаментально влияет на два других.

Существующие системы измерения не успевают за скоростями современных машин, что не позволяет оперативно управлять качеством.

Внедрение системы полнопрофильного измерения на основе гиперспектрального анализа позволяет кардинально улучшить контроль и управление ключевыми параметрами, что ведет к значительному повышению качества продукции без капитальной перестройки технологического процесса. Это мощный инструмент, который на 90% автоматизирует контроль и предоставляет персоналу точные данные для принятия решений.