PerfectFit beim Stoffmix

SERVICE
Kosten senken durch mathematische Stoffmodellierung und Stoffpotenzialanalyse
PerfectFit beim Stoffmix
Die Voith Stoffmodellierung und Stoffpotenzialanalyse ist ein Werkzeug zur Kostenoptimierung im
Bereich grafischer Papiere. Im Mittelpunkt der Betrachtungen stehen dabei Rohstoffmix, Mahlung,
Füllstoffgehalt, Flächengewicht und Maschinengeschwindigkeit. Dabei können auch von der Stofffestigkeit abhängige Schwachstellen identifiziert und Vorschläge zu ihrer Beseitigung gemacht werden.
Verdrängungswettbewerb und Über-
zept entweder die Optimierung der
Um dieses Gleichgewicht zwischen
kapazitäten am Markt fordern heute
Rohstoffe oder die Erhöhung der Ma-
Stoffpotenzial und PM-Anforderungen
jeden Papiermaschinenstandort he-
schinengeschwindigkeit den größten
zu überprüfen, wird der Stoff analy-
raus, die Herstellungskosten zu sen-
Hebel. Dabei konnten bisher keine
siert, der aus den einzelnen Faser-
ken, um wettbewerbsfähig zu bleiben.
genauen Vorhersagen über den zu-
stofffraktionen sowie den Füllstoff-
künftigen optimalen Betriebspunkt
komponenten besteht. Dazu werden
Für das Erreichen dieses Ziels bietet
bezüglich der Stoffzusammensetzung
die zur Verfügung stehenden Halb-
je nach vorhandenem Maschinenkon-
und der damit erreichbaren Stoff-
stoffe mit dem Kunden in Hinblick
festigkeit gemacht werden. Ebenso
auf ihre bestmögliche Kosteneffizienz
wenig war das für die daraus resultie-
überprüft. Ebenso wird nach mög-
rende Maschinengeschwindigkeit
lichen günstigeren Alternativen
möglich. Die Voith Stoffmodellierung
gesucht.
und Stoffpotentialanalyse schließt
nun diese Lücke.
Sind die Einzelkomponenten festgelegt, müssen diese zuerst individuell
Anforderungen und Möglich-
untersucht und optimiert werden.
keiten ausgleichen
Danach wird die Eignung der optimierten Einzelkomponenten in der
Basis der Untersuchungen ist zuerst
Mischung mit anderen überprüft.
die Maschine selbst. Dies kann
Bei der Optimierung laufender Pro-
entweder eine bereits existierende
duktionsanlagen werden die fertig
zu optimierende Maschine sein oder
aufbereiteten Stoffkomponenten
eine geplante Neuanlage.
meist aus der Anlage selbst entnommen. Ist dies, wie etwa bei Neu-
Die Anforderungen der Maschine an
projekten, nicht möglich, stehen für
die Blatt- und in der Folge an die
die optimale fasertechnologische
Stofffestigkeiten können dabei sehr
Behandlung sowohl Labor- als
unterschiedlich sein. Die hauptsäch-
auch großtechnische Refiner bei
lichen Einflussfaktoren sind hierbei
Voith zur Verfügung.
Sorte, Flächengewicht und Produk-
© Falko Matte/Fotolia.de
Abb. 1: PM-Anforderungen und Stoffeigenschaften im Gleichgewicht.
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tionsgeschwindigkeit sowie das Anla-
Lückenlose Vorhersage der
genkonzept selbst. Der eingesetzte
Festigkeiten
Rohstoff muss den Anforderungen in
jedem Fall unter allen Bedingungen
Die Eigenschaften der Einzelkompo-
gerecht werden können (Abb. 1).
nenten sind nun bekannt. Aber wie
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SERVICE
5,5
4,5
Zug [%]
e2
Ko
m
ent
pon
pon
ent
e3
Kom
Tear-Index [mNm2/g]
5,0
4,0
3,5
Betriebsfenster
3,0
2,5
2,0
1,5
1.400
1.500
Komponente 1
Abb. 2: Darstellung des Tear-Index eines Stoffmodells mit
drei Faserstoffkomponenten.
1.600
1.700
1.800
Rollergeschwindigkeit [m/min]
1.900
Abb. 3: Zugversuche im Paper Technology Center erlauben Aussagen
über die Beanspruchung des Papiers.
ermittelt man nun die mit einer
im Labor gemessenen Mischungen
an denen die initiale Nassfestigkeit
bestimmten Stoffkomponenten-
verlässliche Aussagen gemacht
und die Trockenfestigkeiten geprüft
mischung tatsächlich zu erzielenden
werden können.
wurden.
Diese Ergebnisse können in interak-
Die so definierten Betriebsfenster
Dazu werden aus den einzelnen
tiven Softwaretools und in anschau-
(Abb. 3) erlauben eine Aussage über:
Komponenten im Labor Mischungen
lichen Diagrammen visualisiert wer-
hergestellt. Die Anzahl der nötigen
den (Abb. 2).
Blattfestigkeiten?
• die Maximalgeschwindigkeit, die
mit einer bestimmten Stofffestigkeit
unterschiedlichen Mischungen hängt
dabei exponentiell von der Anzahl
Breite Wissensbasis aus dem
der untersuchten Einzelkomponenten
PTC
bei einem definierten Maschinenkonzept erreicht werden kann
• die Minimalzüge und damit die mi-
ab. Aus diesen Mischungen werden
Laborblätter gebildet, an denen alle
Abhängig vom gewählten Maschi-
nimal nötige Stofffestigkeit bei einer
wichtigen Eigenschaften gemessen
nenkonzept, insbesondere der
bestimmten Geschwindigkeit und
werden. Im Vordergrund stehen dabei
jeweiligen Konfiguration der
definiertem Maschinenkonzept.
die Festigkeiten, sowohl die initiale
Pressenpartie, resultieren unter-
Nassfestigkeit bei unterschiedlichen
schiedliche Anforderungen an die
Die an der Pilotpapiermaschine ermit-
Trockengehaltswerten als auch die
Blattfestigkeiten.
telten Ergebnisse wurden zusätzlich
noch auf ihre allgemeine Gültigkeit in
üblichen statischen und dynamischen
Trockenfestigkeitswerte.
Zur Ermittlung dieser Anforderung-
realen Produktionsanlagen geprüft.
en wurden umfangreiche UnterDieses Vorgehen ist zwingend
suchungen im Voith Paper Technolo-
Vergleichende Untersuchungen mit
erforderlich, da die Mischungen
gy Center (PTC) in Heidenheim an
laufenden Anlagen zeigen die Über-
üblicherweise nicht linearen Misch-
der Pilotpapiermaschine VPM 6
tragbarkeit der so gefundenen Festig-
regeln folgen, sondern komplexe,
durchgeführt. Hierzu wurden mit
keitsanforderungen und runden das
nichtlineare Abhängigkeiten zeigen.
unterschiedlichen Stoffen, Flächen-
Bild ab. Dazu gehören insbesondere
gewichten und Maschinenkonzepten
die Beobachtung und Begleitung
Die an den unterschiedlichen Mi-
Versuche zum minimal nötigen und
von Projekten. Versuche im PTC,
schungen gemessenen Festigkeiten
maximal möglichen Zug bei Variation
Diskussionen mit dem Kunden und
werden dann durch geeignete mathe-
der Geschwindigkeit gefahren.
die Optimierung vor Ort werden stets
matische Modelle beschrieben, so-
Gleichzeitig wurden von den verwen-
berücksichtigt, um eine verlässliche
dass auch über die nicht unmittelbar
deten Stoffen Laborblätter gebildet,
Datenbasis zu schaffen.
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SERVICE
Ko
m
e2
Die mathematische Modellierung
ent
pon
pon
ent
Kom
e3
Die Waage ausbalancieren
der Festigkeiten einerseits und die
von der Maschine benötigten Stofffestigkeiten andererseits erlauben
Mögliche fahrbare Mischungen
es schlussendlich, den Modellraum
Nicht fahrbare Mischungen
in mögliche und nicht fahrbare
Komponente 1
Stoffmischungen zu unterteilen
(Abb. 4).
Abb. 4: Ergebnis der Untersuchung bei drei Faserstoffkomponenten: mögliche (blauer Bereich)
und nicht fahrbare Mischungen (roter Bereich).
Dies erfolgt für die untersuchten Flächengewichte und Geschwindigkeiten
getrennt. Auch anlagentechnische
Umbauten, die die Anforderungen
ändern, werden berücksichtigt.
• Möglichkeiten der Steigerung
der Geschwindigkeit
Kontakt
Cordula Mraz
[email protected]
• Abschätzung der Amortisationszeit
von Umbaumaßnahmen, die auf
Einsparungen bei den Rohstoffen
Durch diese Aussagen kann der
abzielen
Kunde die folgenden Punkte abschätzen:
Auf diese Weise kann die Stoffmodel-
•
Einsparpotenziale bei den ver-
lierung und -potenzialanalyse ent-
wendeten Rohstoffen und/oder
scheidend zur Ergebnisverbesserung
der Mahlenergie
beitragen.
Dr. Michael Schwarz
[email protected]
„Wir sind überaus zufrieden mit den von Voith
durchgeführten Front-End-Analysearbeiten zur Unterstützung der Entwicklung unserer Schuhpresse.“
Gary Smith, Technical Director, ANC Whitecourt
„Alberta Newsprint Company (ANC) ist überaus zufrieden mit den von Voith durchgeführten Front-End-Analysearbeiten zur Unterstützung der Entwicklung unserer Schuhpresse. ANC sieht sich der Herausforderung gegenübergestellt, qualitativ minderwertigen Faserstoff aus Sägespänen und Restholz von Sägewerken zu verarbeiten, die
aus dem von Bergkieferkäfern abgetöteten Baumbestand stammen. Der Feuchtigkeitsgehalt der Sägespäne und
des Restholzes wird dabei eine Untergrenze von 25 % erreichen. Wir gehen zudem von erhöhten Harzanteilen
der frisch befallenen Bäume aus. Laborarbeiten von Voith demonstrierten die potenziellen Vorteile, die sich für uns
aus der Installation einer Schuhpresse ergeben würden. Dadurch wird es ANC ermöglicht, den Einsatz qualitativ
minderwertigen Faserstoffs unter Beibehaltung der für die Druckereien erforderlichen Papierqualität zu erhöhen,
wodurch die langfristige Lebensfähigkeit von ANC sichergestellt wird.“
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