Innovations

This page is in Finnish, a summary in English may later be available. There has been collected information about Innovations in Finnish Papermaking History on this page.

Nämä wiki-sivut on tarkoitettu kaikille niille, joilla on omakohtaista tietoa suomalaisessa paperiteollisuudessa 1950-luvulta lähtien toteutetuista innovaatioista ja halua tämän tiedon tallentamiseen. Kokonaisuutena sivut tarjoavat tiedonhaluisille historiallisen tietopaketin siitä, mitä kaikkea paperiteollisuutemme uudistamiseksi on menneinä vuosikymmeninä lukemattomien ihmisten uurastuksen tuloksena saatu aikaan.

Kaikki ovat tervetulleita osallistumaan sivuston kirjoittamiseen. Kirjoittaminen edellyttää kirjautumisen (sivun oikea yläläita). Voit myös olla yhteydessä / toimittaa tekstejä Paperi-insinöörit ry:lle: susanna.lahdesmaki(at)papereng.fi, 040 7764 604.

Ohjeistus kirjoittajille

Listaus henkilöistä jotka on poimittu teksteistä 

Lista yhtiöistä jotka on poimittu teksteistä

Read a blog related to innovations

Ohjeistus kirjoittajille

Käytännön editointiohjeeseen pääset tästä

 

Ohjeistus Wikiä varten

Projekti Uusiutuminen suomalaisessa paperiteollisuudessa; tuotteisiin, tuotantotekniikkaan ja tuotantotalouteen liittyvät innovaatiot 1950-luvulta lähtien on syntynyt halusta tallentaa yksi osa suomalaisen paperiteollisuuden saavutuksista. 1950-luvulle saakka paperiteollisuus perustui lähinnä muualta tuodun teknologian soveltamiseen, kopiointiin tai lisenssivalmistukseen. 1950-luvulta alkaen Suomessa pääsi vauhtiin omaan tekniseen ajatteluun perustuvan teknologian kehittäminen ja tuloksena oli vuosituhannen loppuun mennessä Suomen nousu paperiteknolgian kannalta maailman johtavaksi maaksi. Jo 1964 teekkaritempauksen mottona oli ”Tekniikan Suomi maailmankartalle” ja tämä toteutui ainakin paperiteollisuuden osalta. 1990-luvulta lähtien alan toimintaympäristö on muuttunut teollisuuden globalisoitumisen ja konsolidoitumisen seurauksena. Edelleenkin teknologiaan perustuvat innovaatiot ovat tärkeitä, mutta usein toisin painottuvia. Jätettäköön tämä vaihe seuraavien polvien dokumentoitavaksi.

Projektissa syntyvä aineisto on tavallaan tietopankki, jota voidaan haluttaessa hyödyntää tarpeen mukaan. Aineistoon liittyvät oikeudet ovat Paperi-insinöörit ry:n hallinnassa. Paperi-insinöörit ry:n hallitus tulee päättämään tavasta hallita tiedostoa.

Innovaatioista laaditaan erilliset ”kronikat” ja näin muodostuva aineisto tulee olemaan kaikkien Papermakers’ Wikiin rekisteröityjen henkilöiden luettevissa. Kaikki rekisteröidyt lukijat voivat laatia kronikoita tärkeäksi katsomistaan innovaatioista tai kommentoida jo laadittuja kronikoita. Täten järjestelmä, noudattaen Wikipedian periaatteita, tulee itseohjautuvasti kehittämään ja jalostamaan itseään.

Määritelmän mukaan ”Innovaatio on hyödynnetty osaamislähtöinen kilpailuetu”. Tämän projektin yhteydessä innovaation tulee liittyä

Lisäksi innovaation tulee sisältää omaan teknologiaosaamiseen perustuvaa kilpailuetua, jota muilla ei aikaisemmin ole ollut käytössä.

Kronikka voi käsitellä yhtä yksittäistä innovaatiota tai useaan innovaatioon perustuvaa kehityskaarta. Kronikassa tulisi mahdollisuuksien mukaan ilmetä innovaation tavoite, ratkaisun ydin sekä innovaatiolla saavutettu tulos tai hyöty. Innovaatio on usein osittain omaa ja osittain lainattua, mutta olisi mielenkiintoista nostaa esiin innovaatioon liittyvä oma oivallus, jolla on saavutettu haluttu kilpailuetu. Kronikassa tulisi mahdollisuuksien mukaan ilmetä työhön osallistuneet henkilöt sekä yhtiöt sekä työn ajankohta. Eipä olisi pahitteeksi, vaikka mukaan mahtuisi jokin kuvaava yksityiskohta ”elävästä elämästä”. Kronikalla ei ole mitään määrättyä muotoa, aiheesta riippuen yksi A4 on aivan riittävä. Kieli on vapaasti valittavissa, mutta tässä kohdin ei noudateta Papermakers’ Wikin periaatetta englannin kielestä.

Pentti Sierilä, Jouni Huuskonen, Jaakko Palsanen
15.9.2008

Papermakers' Wikin editointi (Innovaatio-sivu)

Innovaatio-sivun rakentamiseen voi osallistua kuka tahansa. Kirjaudu ensin sivuston käyttäjäksi sivun oikeassa yläkulmassa olevasta create account -kohdasta. Tämän jälkeen voit osallistua tekstien muokkaamiseen kuten kuka tahansa sivun käyttäjistä:

Lisää ohjeita löydät sivun ylälaidasta.

PreviewAttachmentSize
Editing instructions_Papermakers.pdf336.25 KB

Johdanto

Kesällä 2007 PI-yhdistys järjesti eri aikoina valmistuneille paperi-insinööreille kurssilounastilaisuuden. Monien paikallaolijoiden mielestä tilaisuus oli ikimuistoinen. Lounaan osanottajajoukosta johtuen - vanhimpien opiskelu Polilla ajoittui 1940-luvulle - keskustelu eri pöydissä koski luonnollisesti menneitä aikoja ja mitä kaikkea itse kukin tuli tehneeksi. Lounaan aikana allekirjoittaneet lyöttäytyivät yhteen ja alkoivat muistella paperiteollisuuden erilaisia innovaatioita. Jouni ja Jaska olivat juuri syventyneet talkin käytön aloittamiseen ja Penaa huolestutti julkisuudessa lisääntyvässä määrin ilmestyneet kannanotot, joissa väitettiin metsäteollisuuden täysin unohtaneen uudistumisensa. Keskustelun johtopäätös oli, että jotain on tehtävä. Todellisuudesta näyttää eritoten ulkopuolisilla olevan aivan väärä käsitys, ehkä ymmärrettävästikin johtuen siitä, että enimmältä osin paperiteollisuus on business - to - business liiketoimintaa eikä näin ollen avaudu tavalliselle kuluttajalle. Osa uudistuksista on jopa vain tietyn kapean alan asiantuntijoiden tunnistettavissa.

Projektin toteuttamiseksi Pirkko lupasi PI-yhdistyksen hallinnollista apua. Jatkokeskusteluissa päädyttiin siihen, että pyritään wiki-sivuille selostamaan "kaikki mahdolliset" suomalaiset innovaatiot, löytämään niiden aikaansaamiseen osallistuneet henkilöt ja pyytämään heiltä tarinan siitä mitä he tekivät. Näin syntyi vähitellen pitkä lista asioista ja henkilöistä. Saatoimme todeta, että tekijöitä teollisuudessamme on ollut todella paljon ja näin ollen kukaan ei voi tietää kaikkea. Joukko on suuri ei vain kokonaisuudessaan, vaan useissa yksittäisissäkin uudistustöissä on tekijöitä ollut suurempi joukko. Yhteistyö on ollut tutkimus- ja kehitystyön leimallinen piirre.

Innovaatioita tallennettaessa joudutaan ottamaan kantaa innovaation käsitteelliseen määritelmään. Mikä on innovaatio? Tästä on ilmeisesti hyvinkin monia käsityksiä. Ilkka Kartovaara on todennut, että huomioon ottaen toimialamme erityispiirteet innovaatioilla on kahdenlaisia tekijöitä: 1) innovaattorit jotka ovat idean, tuotteen, konseptin, teknologian luojia/kehittäjiä ja 2) pioneerit, jotka ovat tuotteen, konseptin, teknologian teollisia soveltajia. Innovaatio on suomalainen, jos joko innovaattori tai pioneeri on suomalainen. Erityisen vahvasti suomalaisia ovat ne innovaatiot, joissa sekä innovaattori että pioneeeri ovat suomalaisia. Sen mukaan, mihin innovaatiot kohdistuvat, ne voidaan ryhmitellä: 1) puhtaat prosessi-innovaatiot, joissa loppukäyttäjän näkökulmasta tuote ei muutu ollenkaan, 2) prosessi-innovaatioilla luodut tuoteinnovaatiot, joissa uusi yksikköprosessi tai raaka-aine on keino tuoteinnovaation synnyttämiseen.Tuloksena on loppukäyttäjän näkökulmasta uusi tuote tai tuotevariaatio ja 3) tuoteinnovaatioilla luodut uudet sovellusalueet. Huomattava on myös, että suuressa osassa paperiteollisuuden innovaatioista on käytännössä kyse moniportaisesta kehitysprosessista sisältäen itse asiassa lukuisia pienempiä tai suurempia yksittäisiä innovaatioita.

Kun projektin kuluessa paperiteollisuuden innovaatiot 1950-luvulta lähtien saadaan tallennettua toivon mukaan mahdollisimman täydellisesti, voidaan näin saatua materiaalia 1) työstää tiivistelmädokumenteiksi käytettäväksi erilaisiin informaatio- ja edunvalvontatarkoituksiin sekä 2) käyttää peruslähtökohtana paperiteollisuutta koskevassa tutkimus- ja kehitystyössä yrityksissä, KCLssä, Metsäklusteri Oy:ssä ja yliopistoissa, tietona siitä, mitä on jo aiemmin tehty, mitä on saatu valmiiksi ja, mikä myös on tärkeää, tietona, mitä kaikkea on yritetty pääsemättä välttämättä aina tavoitteeseen.

Lopuksi: On syytä korostaa, että kiitokset tämän historian tallennusurakan onnistumisesta kuuluvat kaikille niille, jotka aikaa ja vaivojaan säästämättä kirjoittavat oman tarinansa. Kaikki he tekevät suuren palveluksen toimialallemme. On myös kovin toivottavaa, että tämä projekti koetaan jatkuvaksi niin että näille sivuille saadaan uusia kronikoita sitä mukaa kuin paperiteollisuudessamme aikaansaadaan uusia innovaatioita.

Pentti Sierilä  Jouni Huuskonen  Jaakko Palsanen

Strategiat ja tavoiteohjelmat

 


Monien paperiyritysten vuosikertomuksissa ja muissakin dokumenteissa on jo 1950-luvulta alkaen ilmaistu yritysten asettamia tavoitteita tuote- ja prosessikehitystyölle. Hyvin yleisellä tasolla nämä tavoitteet on kuvattu statementillä "jalostusasteen nostaminen". Voi sanoa, että tämä tavoite on koko 1900-luvun jälkipuoliskon ollut pysyvä osa yritysten strategioita. Usein tavoitteet on määritelty varsin konkreettisestikin esimerkiksi tuomalla esille uudistamistyön tarkat suunnat.


Uudistumisprosesseissa yhteistyö paperiteollisuuden ja hyvin monien toimittajien ja asiakkaiden välillä on ollut erittäin ratkaiseva kehityksen edellytys. Tässä on toteutunut klusterivaikutus hedelmällisellä tavalla kaikkien osapuolten eduksi. Varsinainen innovaatioiden kehitystyö on tapahtunut esimerkiksi Valmetissa (nykyisin Metso, paperikoneet, prosessiautomatiikka), Tampereen Verkatehtaassa (nykyisin Tamfelt, kudokset), Kemirassa (kemikaalit) ja lukemattomissa muissa paperiteollisuuteen sidoksissa olevissa yrityksissä. Tässä vuorovaikutteisessa työssä paperiyritysten rooli on ollut asettaa kehitystavoitteita sekä tehdä oma pienempi tai suurempi lisäpanostus innovaation saamiseksi käytäntöön kelpaavaksi. Useat innovaatiot on toteutettu yksinomaan paperiyrityksissä alusta loppuun.


Paitsi yrityksissä, jotka viime kädessä kantavat liiketaloudellista vastuuta ja vastaavat käytännön T&K-prosesseista, alan uudistustyötä on pyritty vauhdittamaan myös erinäisillä yhteisohjelmilla. Siten esimerkiksi 1983 metsäteollisuuden etujärjestöt Suomen Metsäteollisuuden Keskusliitto ja Metsäalan Työnantajajärjestö julkaisivat yhdessä Korkeakoulu- ja tiedepoliittisen tutkimussäätiön kanssa korkeakoulupoliittisen ohjelman, jossa edellytettiin valtiovallalta lisäpanostuksia. 1990 Metsäteollisuuden Keskusliitto julkaisi uuden tutkimus ja korkeakouluohjelman. Tavoitteekseen ala asetti T&K-panoksensa 2-kertaistamisen vuoteen 1995 menesssä. Tutkimuslaitoksilta edellytettiin erikoistumisen ja yhteistyön parantamista ja julkiselta vallalta tutkimusrahoituksen lisäystä. Tavoiteohjelmat valmisteltiin Keskusliiton tutkimus- ja korkeakoulupoliittisessa valiokunnassa (tunnettu nimellä TUKEVA) , jossa edustettuna oli yrityskenttä laajasti, yritysten ylimmästä johdosta tutkimustoiminnasta vastaavia. Puheenjohtajina oli ensin varatoimitusjohtaja Tapani Lares Kaukas Oy:stä ja sittemmin toimitusjohtaja Pekka Salo Tampella Oy:stä. Tavoiteohjelmat hyväsyttiin liiton työvaliokunnassa. Näin ollen ohjelmat vastasivat koko alan näkemystä, joskaan eivät muodollisesti sitoneet yksittäisiä yrityksiä.


1991 julkaistiin Keskusliiton ja Teknologian kehittämiskeskuksen TEKESin yhteistyönä tehty selvitys "Teknologia- hyppäykset metsäteollisuudessa (työnimeltään Mies Marsiin)". Tässä hahmoteltiin rohkeita avauksia T&K-työn tavoitteiksi ja käytännön toimiksi. Selvityksessä TEKESin silloisella, ensimmäisellä pääjohtajalla tri Juhani Kuusella (josta myöhemmin tuli Nokia-yhtiön tutkimusjohtaja) oli hyvin keskeinen rooli. Tämä tarkoitti sitä, että selvityksen suuntaviivojen toteutuksen rahoittamiselle olisivat valtiovallan ovet olleet auki.


Suomen korkeakoululaitoksessa on ollut erittäin laajasti joko suoraan tai välillisesti liittyviä oppituoleja. Tunnetuin näistä on TKK:n puunjalostusosasto sisältäen myös erityisen paperitekniikan opintosuunnan. Myös Lappeenrannan teknilliseen korkeakouluun perustettiin paperitekniikan professuuri. Erittäin vahvat yksiköt ovat Åbo Akademissä ja Oulun yliopistossa. Paperialan opetus on korkeakouluyksiköissä ollut maailman huippua. Tutkimusta on tehty runsaasti, joskin pulmana ovat olleet yksiköiden pienet henkilöresurssit todella merkittävien innovatiivisten tulosten saavuttamiseksi. Yksiköiden yhteistyössä on myös ollut toivomisen varaa. Korkeakouluihin tehdyn laajan haastattelukierroksen rohkaisemana perustettiin 1998 Academic Pool for Forest Indutries (AFI) - niminen rekisteröity yhdistys Helsingin Kauppakorkeakoulun, Lappeenrannan teknillisen korkeakoulun ja Teknillisen korkeakoulun toimesta (re. Esitutkimus metsäteollisuuteen suuntautuvan korkeakoulututkimuksen ja -opetuksen kehittämiseksi. Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu, julkaisu 4, 1994. Pentti Sierilä). Ko. korkeakoulujen rehtorit muodostivat AFIn hallituksen. Tavoitteena oli luoda korkeakouluihin yli rajojen toimivia verkostoja ja näin aikaansaada suurempia tutkimusohjelmakokonaisuuksia. Olisi kovin toivottavaa, että AFIn toiminta-ajatuksen ja jo valmiin organisaation pohjalta voitaisiin asioita viedä eteenpäin. Pulmat ovat edelleen ajankohtaisia.

1. Puunkäsittely

1.1. Karsimaton ranka

Veitsiluoto Oy:n sellukuorimot rakennettiin siten, että puut syötettiin suoraan rummun tuuttiin, myöhemmin sulatuskammion kautta. Tämä mahdollisti puiden syötön prosessiin oksineen. Kuoriminen onnistui hyvin, mutta suuri osa latvuksista ja oksista jauhautui kuorijätteen mukaan polttoon. Käyttöä rajoitti vain tällaisen puuraaka-aineen hinta. Pienten puiden kuorinta on kallista per kuutio ja karsimattoman rangan kuormassa on paljon ilmaa.

1.2. Bark Master kuoripuristin

Saalasti Oy on kehittänyt omaan innovaatioon perustuvan uudentyyppisen kuoripuristimen, joka on rakenteeltaan yksinkertaisempi ja varmatoimisempi kuin aikaisemmat vastaavat konstruktiot. Bark Master puristimia on ollut käytössä jo yli 20 vuotta eri puulajien kuorelle ja niistä on tullut teollisuuden standardi. Niitä on toimitettu yli 150 kappaletta maailmanlaajuisesti.

1.3. Hiomon syöttökuljetin

Puun käsittely ja latominen hiomakoneisiin oli erittäin työvaltaista. Kivihiomoissa 50-75% työvoimasta tarvittiin puun käsittelyyn. Kun kilpailevat hierreprosessit tulivat markkinoille, pystyttiin hakkeen käsittely mekanisoimaan helposti ja työvoiman säästöstä tuli yksi hierreprosessien kilpailueduista. Kone Oy kehitti Tampellan Great Northern tyyppisiin hiomakoneisiin automaattisen kuljetinjärjestelmän, jossa kaikki pöllien liikuttelu tapahtui mekaanisesti ja toimintoja ohjattiin joko kuljettimen vierellä olevista ohjauskoteloista tai hiomon valvomosta. Tästä syöttöjärjestelmästä tuli standardi ratkaisu kaikkiin Tampellan hiomoihin. Kone kehitti samalla periaatteella toimivan kuljetinjärjestelmän myös Voithin ketjuhiomakoneille.

1.4. Puun kylmävarastointi

Lähde: Metsätehon opetuskalvosarja 1.4.2004

Kylmävarastointi hiomo- ja hiertämöpuun varastointiin on laajalti käytössä Suomessa. Lumettamista ja sen päälle eristeeksi kasattua purukerrosta kokeili ainakin Yhtyneet Paperitehtaat jo 90- luvun alkupuolella Kajaanissa ja Jämsänjokilaaksossa. Kylmävarastot tehdään tammi-maaliskuussa ja puut käytetään heinä-syyskuussa. Puussa oleva vesi jäätyy -7 asteessa. Sienet ja bakteerit eivät pysty jäätyneessä puussa toimimaan. Näin puun kosteus ja vaaleus säilyvät hyvin. Lisäksi kylmävarastointi helpottaa puun kuoriutumista. Lumetukseen tarvitaan runsaasti vettä (60-90 m3/h). Lumetuksen, tamppauksen ja eristekerroksen kustannukset vuonna 2004 vaihtelivat toteutustavasta riippuen 2-3,5 €/m3. Purkamisen kustannukset ovat luokkaa 1 €/m3.

1.5. Hakkujen kehitys

Suomessa on tutkittu hakkeen laadun merkitystä sellun laadun kehittämiseksi hyvin tuloksin. Tähän liittyen Suomessa on kehitetty parannettuja hakkukonstruktioita, joissa puun asentoa hakun terään nähden on muutettu vinoksi ja täten on hakkeen laatua saatu parannettua.

Selluhakkeen osalta Suomessa tutkittiin hakkeen palakoon ja muodon vaikutusta sellun laatuun. Tämä johti myös hakkureiden tekniseen kehitykseen sekä Kone Woodin että Rauma-Repolan puitteissa. Tuloksena oli vinoterähakku, jossa puu syötettiin vinossa asennossa hakun terään nähden ja näin päästiin parantamaan hakkeen ja sellun laatua. Seuraava kehitysvaihe oli vaakasyöttöinen hakku, jossa itse hakku oli kallistettu. Lisäksi siirryttiin alta ruuvilla purkavaan hakkuun ja poistettiin pneumaattinen hakkeen puhallus kasalle.

Kehitystyötä on ilmeisesti tehty sekä Kone Oy:n että Rauma-Repola Oy:n toimesta. Voisiko joku kertoa näistä innovaatioista enemmän?

2. Sellun valmistus

2.1. Johdanto selluteollisuuden kehitykseen

Tuomo Niemi

1900 –luvun jälkipuolisko muutti tehdastoimintaa merkittävällä tavalla. Yksi oleellinen muutos oli klooridioksidin hyödyntäminen valkaisussa. Tämä mahdollisti myös ns. täysvalkaistun massan tuotannon sulfaattimenetelmällä. Toinen merkittävä tekijä oli MC-teknlogian kehittäminen ja sen laaja käyttöönotto. Lisäksi kehitettiin mustalipeän talteenottolinjaa. Haihduttamoihin lisättiin konsentraattori- ja lisävaiheita siten, että päästiin kuiva-ainetasolle yli 80%. Vuosisadan vaihteessa suomalaiset soodakattilavalmistajat siirtyivät korkeampiin höyryarvoihin, mikä toi mukanaan huomattavan kapasiteetin nousun kattilalaitoksille, mutta edellytti myös korkeampien teräslaatujen käyttöä kattilan rakenne- ja komponenttiosissa.

Sulfiittimenetelmä menetti asemaansa, johon vaikuttivat mm. massan laatutekijät suhteessa täysvalkaistuun sulfaattimassaan (kraft-massa), kemikaalien talteenottoaste sekä ympäristön suojelun edellyttämät mittavat investoinnit asetettujen tavoitearvojen saavuttamiseksi.

Sulfaattimassan keitto tapahtui 1960-luvulla vielä pääosin eräkeittomenetelmällä. Tosin aiemmin pesukyypeissä tapahtuneesta massan pesusta oli jo siirrytty suljetumpaan monivaiheiseen rumpusuodatinpesuun, jolloin, kemikaalien talteenottoaste nousi selvästi. 1970-luvulla eräkeittoprosessin rinnalle yleistyi jatkuvatoiminen vuokeittomenetelmä, joka sittemmin koki monenlaisia kehitysvariaatiota energian ja valkaisukemikaalien vähentämiseksi tuotantolinjalla.

1980-luvun lopulla eräkeittomenetelmä koki suuren muutoksen tehtaan energiataseen parantamiseksi. Tällöin kehitettiin keittolipeiden kierrättämiseen ja lämpöenergiasisällön hyödyntämiseen perustuvia menetelmiä.

Ympäristötekijät muodostuivat aiempaa kriittisemmiksi. 1960-70 taitteessa tehtiin kartoitus tehtaiden päästöistä Pohjoismaissa. Tämän mukaan vuotuisista päästöistä jopa 60% muodostui satunnaispäästöistä, mikä edellytti suuria toimenpiteitä tehdasprosessien hallinnan parantamiseksi.  Tämä myös merkitsi sitä, että sekä viranomaiset että ympäristökriittiset tahot kiinnittivät entistä suurempaa huomiota tehtaiden toimintaan.

Positiivinen vaikutus tehtaiden näkökulmasta oli, että vaatimus tehtaiden toiminnan hallinnan parantamiseksi käynnisti voimakkaan kehitystoiminnan sekä tehtailla sisäisesti että toimialan yhteisissä tutkimuslaitoksissa Suomessa ja Ruotsissa.

Energiakriisi 1970-luvun alussa aiheutti energian kulutuksen pienentämis-tarpeen yksikköprosesseissa ja samalla myös mm. vedenkulutuksen vähentämisen pumppaus- ja lämpöenergian säästämiseksi.

Näissä olosuhteissa muodostui selvä tilaus tietokoneohjausten kehittämiseksi ja hyödyntämiseksi. Markkinoille tuli useita järjestelmiä osastokohtaiseen ohjaukseen mutta myös ns. ylemmän  tason ohjausjärjestelmiksi. Nämä kuitenkin jäivät vain välivaiheeksi, koska erilaisiin algoritmeihin perustuvat ohjaukset kärsivät luotettavien mittausten puutteesta.

Uusien mittausmenetelmien kehitys sekä digitalisten ohjausjärjestelmien tulo markkinoille toivat tehdasprosessien hallinnan aivan uudelle tasolle ja edellytti mittaustekniikan kehittämistä edelleen prosessitaseiden hallinnan parantamiseksi. Näitä olivat mm. virtaus-, sakeus-, vaaleus- sekä kemikaali-pitoisuusmittaukset. Tällä alueella suomalaisten kehittäjien merkitys on ollut maailman laajuisesti merkittävää. Se myös merkitsi sitä, että perustieto osaprosessien toiminnasta parantui sekä toimintojen määrittely ohjausjärjestelmää varten piti tehdä entistä  tarkemmin ja syvällisemmin.

Vedenkäytön vähentämistavoite teki myös keskisakeus- eli MC-prosessit entistä tärkeämmiksi. MC-teknologia edellytti myös oleellista kehitystyötä eri osaprosessien ja laitekomponenttien osalta, kuten esimerkiksi pumput, reaktiotornien syöttö- ja purkulaitteet, kemikaali- ja höyrysekoittimet.

Massatehtaan kokonaisvedenkulutus laski aiemmalta 150 m3/t  tasolta tasolle 80 m3 /t  ja edelleen nykyiselle 40 m3 /t tasolle .

Valkaisuteknologiassa ympäristötekijöiden kriittisyys vauhditti myös prosessikehitystä. Ensin edellytettiin ulkoisia toimenpiteitä raja-arvojen saavuttamiseksi. Kuitenkin voimakas tutkimus- ja kehitystoiminta sai aikaan sen, että prosessien kehittämisen tuloksena saavutettiin asetetut päästöjen vähentämistavoitteet ja pystyttiin luopumaan kokonaan elementaarikloorista ja hypokloriitista valkaisusekvensseissä kun samalla klooridioksidin merkitys kasvoi oleellisesti.

Happivalkaisuun investointia hidasti, merkittävästä tutkimus- ja kehitystoiminnasta huolimatta se, että tehtaiden prosessitaseet olivat useimmiten lipeäkiertorajoitteisia, eikä happivalkaisusta aiheutunutta kuiva-aineen lisäystä voitu kemikaalien talteenotossa käsitellä ilman tuotantotason alenemista. Tästä syystä Suomessa painotettiin enemmän panostamista jätevesien käsittelyyn. Talteenottolinjojen investointien myötä suhtautuminen happivalkaisuun muuttui positiivisemmaksi, mutta myös siksi että ligniinin poiston painotusta keiton ja happivalkaisun välillä opittiin tasapainottamaan ja samalla massan laatu säilyttämään.

Lisäksi kehitystoiminta toi myös muita uusia potentiaalisia kemikaaleja esiin, mutta niistä ainoastaan vetyperoksidi on saanut laajempaa merkitystä.

Täysin kloorikemikaalivapaa valkaisu (TCF) on saanut jonkinlaisen osuuden valkaisumenetelmänä, mutta ei ole pystynyt syrjäyttämään klooridioksidipohjaista valkaisusekvenssiä.

Aktiivikloorin kulutus laski havumassan valkaisussa tasolta 120-140 kg aktiiviklooria/t tasolle 80-100 kg/t ja nykyiselle 40-60 kg/t tasolle. Lyhytkuitumassan kulutus on nykyisin tasolla 30-40 kg aktiiviklooria/t.

Näillä prosessien sisäisillä energian, veden ja valkaisukemikaalien kulutustasoilla on Suomessa saavutettu kaikki vaaditut päästörajatavoitteet, jotka ovat myös nykyisin maailmanlaajuisesti uusien projektien tavoitetasoina. Rinnalla kehitetyt ulkoiset käsittelymenetelmät jäivät siten tarpeettomiksi. Tätä kehitystyötä on sittemmin kuitenkin pystytty osittain hyödyntämään muualla tehdasprosesseissa.

1980-luvulla alkoi maailman markkinoille tulla enenevässä määrin eteläamerikkalaista eukalyptus-massaa. Tuolloin tehtiin merkittävää tutkimus- ja kehitystoimintaa kotimaisen koivumassan markkinaosuuden säilyttämiseksi ja massan ominaisuuksien luonnehtimiseksi sekä kehittämiseksi.

Eräs merkillepantava kehityskulku on ollut myös se, että aikaisemmin, 1960-70-luvuilla tehtailla oli varsin vahvat tutkimus- ja kehitysresurssit ja siten vahva oma panos sekä tehdasprosessien että menetelmien kehittämisessä. Samalla tätä toimintaa tapahtui myös tehtaiden yhteisten tutkimus- ja kehityslaboratorioiden puitteissa ja yhteisinä ohjelmatöinä.

1970-luvun lopun suuren laman seurauksena näitä toimintoja selvästi supistettiin ja ne siirtyivät  enenevässä määrin laitetoimittajien työnkuvaan. Samalla niistä tuli enemmän kone- ja laiteteknisiä ratkaisuja itse prosessi-tekniikan ja –kemian painotuksen sijaan. Lisäksi kehitystoimesta tuli laitetoimittajien kilpailutekijä, jolloin tehtaan ja tehtaan tuotteen vaatimukset jäivät taka-alalle.

1960-luvulla sulfaattimassatehtaan linjakoot olivat suuruusluokkaa 100 000 – 200 000 t/a. Kapasiteetti  nousi 1970-luvulla tasolle 250 000 t/a ja edelleen 1980-luvulla 300 000 – 400 000 t/d. Nykyisin havusulfaattimassatehtaan kapasiteettitaso on 750 000 – 1000 000 t/a ja nopeakasvuisen lyhytkuitupuun tehtaan 1 300 000 – 1 600 000 t/a.

2.2. Syrjäytyseräkeitto

Syrjäytyseräkeiton kehitys, Alpo Tuomi

Rader-yhtiö kehitti Pohjois-Amerikassa eräkeiton muunnelman, RDH (Rader Displacement Heating), jossa aiemmin käytössä ollut kuuma pusku ja puskulämmön talteenotto korvattiin keitinsyrjäytyksellä. Menetelmässä pesemöltä tuleva mustaliemi syrjäytti kuuman keittoliemen paineellisiin akkuihin mahdollistaen ns. kylmäpuskun. Beloitin ostettua Rader-yhtiön teknologia siirtyi Beloitin hallintaan tuotenimellä Rapid Displacement Heating (RDH). Beloit ja Rauma-Repola olivat aiemmin solmineet kahdenkeskisen lisenssisopimuksen sellukoneiden valmistuksesta, johon liittyen Rauma-Repola toimitti ensimmäisen RDH-keittämön Joutsenon sellutehtaalle vuonna 1985. Ruotsalainen Sunds Defibrator oli samoihin aikoihin kehittänyt yksinkertaisemman ”Cold Blow” syrjäytyseräkeittomenetelmän, joka oli pääasiassa suunniteltu korvaamaan eräkeiton kuumapuskun.

Beloit lisenssisopimuksen päätyttyä ja Sunds Defibratorin ja Rauma Pulping Engineering liiketoimintojen yhtyessä vuonna 1988, alkoi jatkokehitystyö perustuen siihen mennessä saatuihin kokemuksiin syrjäytyseräkeitosta. Kokemukset olivat osoittaneet, että syrjäytystekniikka mahdollisti keittokemian  tarkemman säätelyn, jonka ansiosta keittoa voitiin joko jatkaa alhaisempiin kappalukuihin sellun lujuutta menettämättä, tai vaihtoehtoisesti tuottaa erittäin lujaa massaa korkeammilla saanto ja kappatasoilla. Uusi menetelmä sai nimekseen ”SuperBatch” ja ensimmäinen Sunds Defibratorin toimittama SuperBatch keittämö käynnistyi Enocellin tehtailla vuonna 1990. Myös itävaltalainen Voest-Alpine kehitteli omaa syrjäytyseräkeittomenetelmäänsä  tuotenimellä ”EnerBatch”, mikä ei kuitenkaan johtanut suurempaan kaupalliseen menestykseen.

Rauma Oy:n ja Valmet yhtiöiden fuusioiduttua 1999-2000 Metso yhtiöksi, SuperBatch menetelmä tuli osaksi Metson tuotepalettia.  Keittotekniikan joustavuuden ansiosta SuperBatch menetelmä on viime aikoina tullut erityisen suosituksi liukosellun valmistuksessa, jossa sellua keitetään korkeaan alfa-pitoisuuteen.  Esimerkkinä joustavuudesta Enocell on hiljattain toteuttanut keittämöllään muutostyön, joka mahdollistaa joko paperimassan, tai liukosellun tuottamisen samalla laitoksella.

Kaaviokuva SuperBatchin toimintaperiaatteesta.

2.3. MC pumppu ja MC-teknologia

27.8.2008, Jaakko Palsanen

DI Johan Gullichsen, TkL Esko Härkönen ja Ins. Toivo Niskanen saivat Suomalaisen Insinöörityöpalkinnon vuonna 1984 Tekniikkaa sakeiden massojen pumppaukseen kehitystyöstä. Johan Gullichsen sai myös 1986 Marcus Wallenberg palkinnon, perusteena oli ”For his widely accepted innovations in processing pulp fibre suspensions. His pathbreaking engineering designs provide significant benefits to quality, economy and the environment.”

Seuraava teksti perustuu TEK:n julkaisuun Suomalainen Insinöörityöpalkinto 1981-2007.

Keskisakeaa sellumassaa (8-20%) pumpattiin aikanaan mäntäpumpun tapaisilla laitteilla, koska keskisakeaa massaa ei saatu käyttäytymään nesteen tavoin. Tässä keksinnössä keskisakea massa saatiin fluidisoitua juoksevaksi ja siten pumpattua keskipakoperiaatteella. Keksintö oli läpimurto ja merkitsi suuria säästöjä sellutehtaille.

Kun kuitumassa on voimakkaassa, pyörteilevässä liikkeessä, se alkaa käyttäytyä nesteen tavoin. Ahlströmillä kehitetyn MC pumpun keskeisiä oivalluksia olivat suuret leikkausvoimat ja turbulenssi. Lisäksi juoksupyörään yhdistettiin kaasunpoisto, jolloin massa muuttui tasalaatuisemmaksi ja esimerkiksi kemikaalien vaikutus tehostui.

MC pumpun edut aikaisempiin keskisakeuspumppuihin nähden olivat pienempi koko, yksinkertaisempi rakenne sekä alhaisempi hinta. Huoltotarve ja –kulut olivat 1/10 aikaisemmista sekä huoltotoimet olivat nopeampia. Energian kuluts oli alhaisempi ja tehtaan rakennuskustannukset tulivat alhaisemmiksi.

 

MC-teknologia

MC-teknologia mullisti sellutehtaan vesi-, energia- ja kemikaalitalouden. Kun matalasakeusvaiheita voitiin vähentää, kokonaisvedenkulutus laski tasolta 125-150 m3/t vähitellen nykyiselle 30-40 m3/t tasolle. Tällä oli oleellinen vaikutus prosessin hallintaan ja siten kemikaalien kulutuksen pienentämiseen. Lisäksi jäi pois suurten vesimäärien lämmitys tarvittaviin reaktiovaihelämpötiloihin. Pienemmät vesimäärät tekivät myös mahdolliseksi tehokkaan jätevesien käsittelyn.

MC tekniikkaa voitiin käyttää myös kemikaalisekoittukseen, joka samalla  tehostui eikä erillisiä sekoitussäiliöitä tarvittu. Samoin keskisakeus varastotornien purku yksinkertaistui ja käytetyt vesimäärät vähenivät.

2.4. Tervasaaren SAP-tehdas

Lähteet: Yhtyneet Paperitehtaat Oy:n ”Työn Äärestä”- lehdet 8/1981 ja 1/1982

Joulukuun 3. päivänä vuonna 1981 aloitettiin Yhtyneet Paperitehtaat Oy:n Tervasaaren tehtaalla uudenlaisen, SAP-sellun nimen saaneen kemiallisen massan valmistus. Raaka-aineena oli kuusi. Tehtaalla aiemmin tuotettu sulfiittimassa (natriumbisulfiitti) oli saavuttanut elinkaarensa pään. Syinä olivat sulfaattisellua selvästi heikommat lujuusominaisuudet, alhainen keiton saanto, ympäristöongelmat ja huono kannattavuus.

SAP-projektin tavoitteena oli 75 000 tonnin vuotuinen sellun tuotanto. Sellutehtaan uudistyö maksoi silloista rahaa 22 Mmk. Jo aiemmin pysäytetyltä Jämsänkosken sulfiittitehtaalta siirrettiin mm. 300 kuutiometrin keittokattila varusteineen ja kaksi painepesuria sakeamassapumppuineen. Muutokseen liittyen uusittiin rikin ja rikkivedyn polttouuni ja hankittiin hypokloriittivalkaisulaitteisto. Uutta tehdastilaa rakennettiin 4600 kuutiometriä. Projekti valmisteltiin ja toteutettiin niin hyvin että uuden sellun valmistus voitiin aloittaa jo 10 päivän kuluttua sulfiittisellun valmistuksen lopettamisesta. Startti onnistui hyvin. Ensimmäisen kuukauden aikana tuotettiin 2000 tonnia sellua.

Oma tutkimus- ja kehitystyö oli kuitenkin käynnistetty jo vuonna 1978. Yhtiön omassa tutkimuslaboratoriossa ja tehtaalla oli starttiin mennessä tehty yli 150 koekeittoa. Sellua oli testattu useilla yhtiön ja myös ulkopuolisilla paperitehtailla. Kyseessä olevaa keittoprosessia oli kyllä tutkittu muuallakin maailmassa, mutta Tervasaari toteutti sen tehdasmitassa ensimmäisenä maailmassa. Oleellisena osana selvityksiä kehitettiin innovatiiviset ratkaisut siihen, että jäteliemet voitiin käsitellä yhdessä sulfaattijätelienten kanssa. Uuden menetelmän käytäntöön soveltamisen ja kehitystyön toteuttivat DI Ismo Ilottu ja hänen työryhmänsä: Matti Järvinen, Raimo Pusa, Pentti Honkanen, Lasse Linnosaari ja Seppo Heikkilä. Tervasaaren tulosyksikön tks-päällikkö Seppo Nurmi teki ja koordinoi sellun paperiteknisen soveltuvuuden testausta. Keskushallinnon tutkimusosastolta TT Aarno Klemola ja Teuvo Pekurin vetämä tutkimuslaboratorio tukivat merkittävästi prosessin tutkimustyötä ja massan paperiteknisen soveltuvuuden testauksia. Matti Järvinen kuului aiemmin tutkimusosaston vahvuuteen. Teknillisen korkeakoulun sellutekniikan laboratorio osallistui myös professori Virkolan johdolla merkittävästi tutkimustyöhön.

Millainen sitten oli SAP-prosessi ja millaista sillä tuotettu massa? Lyhenne SAP tulee sanoista ”Semi Alkaline Pulping”. Kyseessä on lievästi alkalinen sulfiittiprosessi. Prosessia vauhditetaan antrakinonilisäyksellä. Jäteliemet ovat käsiteltävissä sulfaattitehtaan talteenottosysteemissä. Juuri tämä teki prosessista ympäristön kannalta ja taloudellisesti mielekkään. Alkalin lisäys tekee SAP-massasta sen verran sulfiittisellua tummemman, että tarvitaan kevyt valkaisu. Alkalinen prosessi tekee myös sitoutumiskykyisempää massaa. Kuusesta tehty SAP-sellu tarvitsee vain kevyen jauhatuksen ja sen vetolujuus kehittyy huomattavasti nopeammin ja korkeammalle kuin männystä tehdyn sulfaattisellun. Myös puhkaisulujuus on erinomaisen korkea. Huolimatta pitkäkuituisuudestaan jää SAP-sellun repäisylujuus sulfaattisellun repäisylujuutta heikommaksi. Tämä johtuu kuitujen erinomaisesta sitoutumiskyvystä.

Tervasaaren omasta paperitehtaasta tuli SAP-sellun tärkein käyttäjä. Varsinkin vuosien myötä kasvavalle tarran taustapaperin valmistukselle SAP oli tärkeä massa. Yhtyneillä ei ollut muuta omaa valkaistun sellun valmistusta. Kun Simpeleen ja Jämsänjokilaakson paperitehtaat tarvitsivat pitkäkuituista sellua, niin oman SAP-sellun sopivuutta korvaamaan etenkin mäntysulfaattisellua selvitettiin kaikilla tehtailla. SAP-sellusta ei kuitenkaan koskaan tullut Yhtyneiden painopaperien lujitemassaa. Kaipolan kevyissä sanomalehti- ja luettelopapereissa sitä aluksi käytettiin. Karkea TMP-massa tarvitsi aluksi sitoutumiskykyistä lujitemassaa, mutta intensiivisen TMP:n kehittämisen myötä yhä ohuempia painopapereita kyettiin valmistamaan pelkästään siitä. Runsaasti täytettyjen sc-paperien lujitesellulta edellytettiin huippukorkeaa repäisylujuutta ja tässä suhteessa (ja lujittamiskyvyltään muutenkin) yhä parempia markkinaselluja ilmestyi markkinoille.

Tervasaari hyväksikäytti omaa SAP-selluaan aina tehtaan pysäyttämiseen saakka. Se tapahtui elokuun 13. päivänä vuonna 2007. Yhtiö (nyt UPM) näki taloudellisemmaksi käyttää SAP-tehtaan tarvitsemat havupuut jollakin muulla tehtaalla. Näin päättyi Suomessa sulfiittisellun yli 100 vuoden historia. Innovatiivinen SAP-prosessin kehitys ja käyttöönotto jatkoi kuitenkin Tervasaaren sulfiittitehtaan ikää noin neljännesvuosisadalla; ei niinkään huonosti 22 Mmk:n investoinnilla!

2.5. Armeerausmassan kehitys

Jan-Erik Levlin ja Ilkka Wartiovaara                                                                          13.03.2012                                                                                                                  

Armeerausmassan kehitys                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                             

Armeerausmassan tehtävä on varmistaa paperirainalle riittävä lujuus, jotta se kulkee katkeamatta sekä paperi- että painokoneen läpi. Suomessa tehtiin 1970- luvulta alkaen paljon tutkimustyötä, jonka tuloksena opittiin ymmärtämään armeerausmassojen toimintamekanismeja ja siten ohjaamaan niiden valmistusta ja käyttöä eri paperilajeissa. Tätä työtä teki TKK:ssa Niilo Rytin koulukunta, johon kuului useita nimekkäitä jauhatuksen ja kuituverkoston tutkijoita, kuten Antti Arjas, Kari Ebeling ja myöhemmin Hannu Paulapuro sekä KCL:ssa Jan-Erik Levlinin ja myöhemmin Kaarlo Niskasen ryhmät.

Hyvän armeerausmassan kuidut ovat pitkiä, taipuisia, sekä riittävän lujia ja sitoutumiskykyisiä. Kuitujen armeerauskyky perustuu niiden lukumäärään massaseoksessa. Tällöin pituuden lisäksi myös kuitujen paino pituusyksikköä kohti tulee tärkeäksi, koska armeerausmassa lisätään massaseokseen painon mukaan. Näin ollen hyvän armeerausmassan lähtökohta on sopiva puulaji, jonka kuitujen pituuden ja pituuspainon suhde l/w on mahdollisimman suuri. Kuitujen armeerauskykyä kehitetään optimaalisella keitolla, valkaisulla ja jauhatuksella, jolloin morfologisesti sopivien kuitujen taipuisuutta ja sitoutumiskykyä kehitetään aiheuttaen mahdollisimman vähän kuituvaurioita.

Suomessa sekä männystä että kuusesta saadaan hyvää armeerausmassan raaka-ainetta. Molemmissa puulajeissa ja myös yksittäisen puun rungossa esiintyy kuitudimensioiden vaihteluita. Niinpä opittiin, että pintapuusta, käytännössä sahanhakkeesta, saadaan parhaat armeerausmassat. Myös puun kasvupaikka saattaa vaikuttaa siitä valmistetun armeerausmassan laatuun. Tietyt Pohjois-Amerikan, lähinnä Kanadan, havupuulajit ovat kuitumorfologiansa takia armeerausmassojen raaka-aineina pohjoismaisia havupuulajeja jossakin määrin paremmat.

Lehtipuista koivukuidun eukalyptusta edullisempi l/w-suhde antaa koivusellulle paremman täyteaineen kantokyvyn paperin lujuuden kärsimättä. Tämä sallii koivupohjaisissa papereissa hieman suuremman täyteainepitoisuuden ja parantaa siten jossain määrin koivusellun kilpailukykyä eukalyptusselluun nähden puuvapaissa painopapereissa.

Keittoprosessin saantoa, massan tasaisuutta ja siten sellukuidun lujuutta parannettiin kehittämällä haketusta, esim. hakepalan kokoa ja muotoa sekä hakkeen imeytystä, optimoimalla keiton lipeäkiertoja ja parantamalla prosessin hallintaa. Jatketun keiton menetelmillä, kuten esimerkiksi Super Batch (RDH), voitiin havusellun kappaluku viedä alle 20 kuidun lujuuden kärsimättä. Happidelignifiointi otettiin 2000-luvulle mentäessä käyttöön lähes kaikissa Suomen sellutehtaissa.

Massojen valkaisun osalta pyrittiin tasapainoon sellun laadun ja erittäin voimakkaiden, etenkin valkaisun jätevesien klooriyhdisteisiin kohdistuneiden ympäristövaatimusten välillä. Valkaisusekvenssi kehittyi 1970-luvulta lähtien näiden usein vastakkaisten vaatimusten myötä, jolloin hypokloriitin käytöstä luovuttiin ja kloorikaasun käyttö korvattiin klooridioksidilla. Sellutehtaan jätevesikuormitusta pyrittiin minimoimaan siirtämällä vesikierroltaan avoimen, kloorikemikaalein toteutetun valkaisun aloittamista yhä matalammasta kappaluvusta, jolloin sellun saanto ja kuidun lujuus olivat rajoittavia tekijöitä. Jatkettu keitto ja happidelignifiointi olivat keskeisiä tekijöitä tässä kehityksessä.

Happea ja peroksidia käytettiin yleisesti klooridioksidin ohella ns. ECF- eli Elemental Chlorine Free- valkaisussa, jolla voitiin samanaikaisesti valmistaa lujaa armeeraussellua ja minimoida tehtaan jätevesikuormitus.

Jauhatusta tutkittiin Suomessa paljon 1970- ja 1980-luvuilla Brecht ja Siewertin 1960-luvun alkupuolella kehittämän ominaissärmäkuormateorian pohjalta. Tällä saralla TKK:ssa työskentelivät aluksi Antti Arjas sekä myöhemmin Kari Ebeling ja Hannu Paulapuro. Tähän kokonaisuuteen liittyy suuri määrä opinnäytetöitä. Työn tuloksena opittiin suunnittelemaan jauhimet, niiden teritykset ja ajotavat oikein sekä  optimoimaan jauhatusjärjestelmät siten, että energiatehokkaasti aikaansaatiin armeerauksessa mahdollisimman hyvin toimivat sellukuidut.

Jauhinten ja jauhatusjärjestelmien kehitystyötä tekivät hyvin paljon Jylhävaaran Ahti Syrjänen ja Jorma Lumiainen. Syrjänen kehitti Jylhävaaran TMP-jauhatustekniikkaa ja Lumiainen sellun LC-jauhatustekniikkaa. Lumiainen kehitti mm. oman version ominaissärmäkuormitusteoriasta, jota hän kutsui ominaispintakuormitusteoriaksi. Hän suositteli myös jauhatusjärjestelmän rakentamista käyttäen mieluummin useampaa kartiojauhinta kuin harvalukuista määrää isoja levyjauhimia, koska näin saavutetaan kuitujen kannalta hellävaraisempi käsittely ja siten parempi lopputulos. 

Kaiken tämän kehitystyön seurauksena armeerausmassan määrä pystyttiin minimoimaan etenkin puupitoisissa painopapereissa. Tämä oli edullista niin kuitutalouden kuin paperin painettavuudenkin kannalta, koska sellukuitujen mekaanista massaa huonompi opasiteetti alentaa valmiin paperin opasiteettia. Toki myös paperikoneiden rainaustekniikan kehitys myötävaikutti armeerausmassan määrän vähenemiseen paperissa.

Edellä kuvatun monipuolisen kehitystyön ansiosta Suomesta tuli selvästi maailman johtava maa armeerausmassan valmistuksessa, käsittelyssä ja käytössä. Samalla tämä kehitys on malliesimerkki siitä, että onnistunut innovaatio saattaa käytännössä olla monen eri  kehitysaskeleen summa.

2.6. Sähkötekniset erikoissellulaadut

Kirjoittanut: Ilmo Isotalo

Omintakeisinta tutkimustyötä Kemiyhtiö on tehnyt sähköteknisten eristysselluloosien osalta. Yhtiö on ollut ainoa tämän sektorin vaativimpien laatujen valmistaja Suomessa ja 1900-luvun loppuaikoina koko maailmassakin. Näiden laatujen tuotekehittelyyn ei ole voitu hankkia tehdassalaisuuksien varjelemiseksi ulkopuolista asiantuntija-apua - eikä sitä keskeisimmän tietotaidon osalta olisi ollut saatavissakaan. Näiden laatujen valmistusta ei koskaan tarkoituksellisesti aloitettu, sillä aloitus johtui Tervakoski Oy.n toimenpiteistä. Tervakoskella oli vuonna 1921 aloitettu kondensaattoripaperin valmistus. Se tehtiin aluksi lumpusta, mutta 1920- ja 1930 -lukujen vaihteessa ryhdyttiin etsimään ohueen kondensaattoripaperiin soveltuvia sellulaatuja. Tällöin todettiin melko nopeasti pohjoisen puusta tehdyn Kemin sulfaattisellun sopivan hyvin – monia muita paremminkin. Niinpä Kemin sa-laatujen valikoimaan otettiin jo v. 1932 erillinen Kemi CON-laatu. Sotiin mennessä laatu oli tullut tunnetuksi Neuvostoliitossakin, koska sitä toimitettiin sinne sotakorvaustuotteena.

PS:n männystä valmistetun sa-massan hyvä soveltuvuus sähköteknisiin eristyspapereihin perustuu niiden helppoon jauhautuvuuteen, jonka ansiosta näiden paperilaatujen pitkälle viedyssä jauhatuksessa kuidut eivät vielä suuresti pääse vaurioitumaan. Tämä ominaisuus perustuu jo aikaisemmin esitettyihin tietoihin pohjoisen mäntypuun keskimääräistä suuremmasta ohutseinäisen kevätpuukuidun osuudesta. Sähköteknisten laatujen kehitystyö vauhdittui v. 1958 valmistuneen päälaboratorion ansiosta. Sinne oli tilaa hankkia näiden laatujen tutkimukseen ja tarkkailuun tarvittavia erikoislaitteita. Tilat antoivat tietenkin myös mahdollisuuden palkata uutta tutkimushenkilökuntaa. Sähköteknisten erikoislaatujen kehittämien jatkui aina 1990-luvun alkupuolelle asti. Vuonna 1991 tapahtunut Neuvostoliiton hajoaminen romahdutti kertaheitolla sinne suuntautuneen merkittävän viennin. Tuotantoa jatkettiin kuitenkin ”vanhasta muistista” vuoteen 2002 asti, kun haluttiin auttaa vanhoja hyviä asiakkaita sopeutumaan uuteen tilanteeseen.

Sähköteknisten eristyssellujen käyttökohteet ovat laajat: erilaiset kaapelipaperit, muuntajakartonki ja eri käyttökohteissa tarvittavat kondensaattorit. Kaapelipapereissa vaativin laatu oli merenalaiskaapeleihin käytettävä. Kondensaattoripapereissa eräs vaativa laatu oli puolestaan elektrolyyttikondensaattoripaperi. Sähkömassojen kehitystyö tähtäsi ratkaisuihin, joilla toisaalta keittoon saataisiin mahdollisimman puhdas homogeeninen raakapuu ja toisaalta keitonjälkeinen prosessi pystyisi tehok- kaasti poistamaan mekaanisia ja kemiallisia epäpuhtauksia. Huippulaatuihin, ns. alfa-laatuihin tarvittiin vielä ”puhdistusta” sellun hiilihydraattikoostumuksessa. Alfa- pitoisuuden sijasta näistä laaduista seurattiin pentosaanipitoisuutta. Alfa-laatujen kehittäminen vaati monipuolista perehtymistä kylmäalkalointi- ja esihydrolyysi- prosesseihin. Niitä tutkittiin laboratoriomittakaavassa ennen tehdasprosessien käyttöönottoa. Kylmäalkalointilinja käynnistettiin tehtaalla v. 1968 ja v. 1975 aloitettiin esihydrolyysikeitot. Uusien laatujen merkinnät olivat CON 92 ja CON EL (CON 95). Merkintä EL tarkoitti soveltuvuutta elektrolyyttikondensaattoripaperin valmistukseen. Myös kaapelipaperisellujen osalta kehitettiin useampia alalaatuja, mm. koivusta valmistettu. Kondensaattoripaperia valmistettaessa sellu jauhetaan varsin pitkälle. Jauhatusoloja tutkittiin Kemissä Escher Wyss kartiokoejauhimella.

Sähkömassa-ajot suoritettiin tehtaalla jaksottain. Tuotekehitystyö oli jatkuvaa. Lähes jokainen tuotantoajo oli samalla koeajo jonkin asian parantamiseksi. Ajojen aikana oltiin lähes koko tehdasalueella varpaisillaan häiriötekijöiden välttämiseksi. Esimerkiksi hiekkapuhallustyöt kuivaussalin läheisyydessä olivat ankarasti kiellettyjä. Ajot olivat parhaimmillaan paitsi ”suurta tiedettä myös suurta taidetta”. Monissa ansaittua ammattiylpeyttäkin aiheuttavaa. Eikä syyttä, saavuttihan Kemi melko pian sen jälkeen kun tuotekehitykseen alettiin vakavasti panostaa, selvän markkinajohtajan aseman maailmassa. Saavutetusta laatutasosta voi todeta esimerkiksi ns. johtavat pisteet. Ne pystyttiin saamaan niin alhaiselle tasolle, että jotkut asiakkaat myönsivät lopputuotteeseensa tulevan pisteitä enemmän omista laitteistaan kuin sellun mukana. Suurimmillaan sähköteknisten massojen tuotanto oli v. 1970, jolloin se oli 44 000 t/v. Vakavimmat kilpailijat olivat Ruotsissa : Kopparfors AB Norrsundetissa ja Eds Cellulosa Norrköpingin eteläpuolella. Viimemainitulla pienellä, v.1891 käynnistyneellä sa-tehtaalla oli värikäs, monien konkurssien värittämä historia. Viimeinen vaihe siinä oli vuosina vuosina 1982-91, jolloin tehtaalla panostettiin erikoissellulaatuihin, mm. kondensaattoriselluihin ja Melitan ruskeisiin kahvisuodinpapereihin käytettyihin selluihin. Tehtaan teoreettinen maksimikapasitetti oli 30 000 tm/v. Tehdasta ei kuitenkaan saatu kannattavaksi, vaikka kondensaattorisellu oli jossain suhteessa jopa parempaa kuin Kemin sellu. Asiakkaat eivät ilmeisesti pitäneet sen jauhautumisominaisuuksista, sillä eteläruotsalaisesta sahanhakkeesta valmistetun sellun kuitumorfologia ei Kemin kokemuksen mukaan voinut olla sovelias. Kemissä oppinsa saaneen DI Ossi Kokkosen toimiminen jonkin aikaa tehtaan teknisenä johtajana ei sekään auttanut asiaa.

Kemiyhtiö oli usean vuosikymmenen ajan yhdessä Tervakoski Oy:n kanssa mukana Suomen ja Neuvostoliiton välisessä tieteellis-teknisessä yhteistyössä aiheena kondensaattorisellu ja -paperi. Yhteisyö edellytti molemminpuolisia kokouksia ja esitelmänpitoja. Näissä tapaamisissa piti olla vakuuttava esitelmöitsijä paljastamatta kuitenkaan mitään tehdassalaisuuksia. Olihan venäläisillä itsellään kilpailevaa valmistusta entisessä suomalaisessa sulfaattitehtaassa Pitkärannassa. Markkinoinnin kannalta yhteisyö oli silti hyödyllistä. Ostajien tapaaminen ja heidän tarpeidensa ymmärtäminen auttoivat suuresti asiakaspalvelussa. Yhteistyö Kiovassa olevan tutkimusinstituutin samoin kuin lähellä olevan Malinin kondensaattoripaperitehtaan henkilöstön kanssa sujui enimmäkseen hyvin. Huvittaviakin vaiheita siihen sisältyi, mm. Gorbatsovin raittiuskampanjan aikana.

Sähkömassojen kehittäminen ja valmistus oli tiivistä yhteistyötä tutkimuksen, tuotannon ja markkinoinnin välillä. Tutkimuspuolelta mukana olivat eniten Juhani Kalla ja näiden laatujen erikoistutkija FM Pentti Ilvesluoto sekä myöhemmin myös Ilmo Isotalo. Juhani Kallalle sähkömassat olivat suorastaan ”henki ja elämä”. Tehdaspuolen monista ansioituneista mainittakoon ins. Pentti Raatikainen, DI Ossi Kokkonen ja DI Jukka Laitinen. Finncellin Kirill Gluschkoff oli tärkeä yhteyshenkilö ja tulkki Neuvostoliiton suuntaan.

2.7. Sellun pesulaitteistojen kehitys

Sellun pesulaitteistojen kehitys

Sellumassan pesuprosessien kehitysta on paljolti ohjannut muutokset  toimintaymparistossa, niin ymparistonsuojelun kuin myos toiminnan jatkuvan parantamisen muodossa. Sellunvalmistusprosessien ja tuotantomaarien noustessa on erilaisia pesumenetelmia kehitetty seka keiton jalkeisen massan etta valkaisuvaiheiden valiseen pesuun. Ne perustuvat joko laimennus/saostukseen, syrjaytykseen, diffuusioon, puristukseen, tai niiden yhdistelmaan. Valkaisuun menevan massan puhtaus on ensiarvoisen tarkeaa kemikaalien kulutuksen, kuin myos lopputuotteen laadun kannalta.

Keiton jalkeisen massan pesumenetelmia

  • Kuoppapesu
  • Keitinpesu
  • Atmosfaarinen diffusooripesu
  • Paineellinen diffusooripesu
  • Paineelliset rumpusuotimet
  • Tasoviirapesurit

Seka valkaisemattoman massan etta valkaisuvaiheiden pesureina, tai saostimina

  • Imulla toimivat rumpusuotimet
  • Paineelliset rumpusuotimet
  • Pesupuristimet

Rumpupesurien kehitys

Imutyyppisia rumpupesureita on ollut kaytossa jo 1900-luvun alusta lahtien ja niita on edelleen yleisesti kaytossa etenkin valkaisun eri vaiheissa. Suomalainen insinoori J.E. Heiskanen tyoskenteli 1940-luvulla Pohjoisamerikkalaisessa suunnittelutoimistossa, jossa han tutustui sellun saostukseen ja pesuun imutoimisilla rumpupesureilla. Siirryttyaan Rauma-Repolan palvelukseen Raumalle han alkoi suunnitella imulla toimivaa rumpupesuria, joka ei vaatisi ulkoisen imujalan edellyttamaa korkeaa rakennusta. Kehitystyon tuloksena syntyi 1950-luvun alussa JEH-suodin, jossa maksimissaan noin 3 mvp imu saavutettiin rummun sisaan rakennetulla putkistolla. Rauma-Repola toimitti satoja JEH-suotimia paaasiassa massan saostajaksi lajittelun jalkeen seka myos valkaisulaitosten pesuvaiheisiin.

JEH-saostimen toimintaperiaate

 

Sulfiittimassojen pesun kehitys

Aina 1970 luvulle asti sellulinjojen vuosituotanto olivat parhaimmillaan noin 100.000 tonnia ja kaytossa oli viela paljon pienehkoja sulfiittitehtaita. Monet naista toimivat kalsium bisulfiitti menetelmalla, joissa kemikaalien talteenottoa happamasta keittoliemesta ei pystytty jarjestamaan. Niin sanottu mustan massan pesu keiton jalkeen suoritettiin tyypillisesti purkamalla massa keittimistä sihtipohjaisiin pesukuoppiin, joissa massaa pestiin puhtaalla vedellä jätevesien mennessä osaksi luontoon. Imuperiaatteella toimivia rumpusuotimia oli jo pitkään käytetty erilaisissa saostus- ja pesutehtävissä, mutta ne eivät toimintaperiaatteensa johdosta soveltuneet keiton jälkeisen kuuman massan pesuun, lisäksi sulfiittiprosesseissa vapautuvat rikkipitoiset kaasut piti saada hallitusti kerattyä.


Kuoppapesun korvaajaksi alettiin Raumalla kehittaa taysin suljettua ylipaineella toimivaa rumpupesuria, jonka tuloksena vuonna 1951 syntyi PW-painepesuri, joka mahdollisti myos 2-3-vaiheisen pesun samalla pesurummulla. Idean isä oli silloinen Rauman sulfiittisellutehtaan johtaja Matti Johannes Jalkanen. PW-painepesuri tuli hyvin suosituksi sekä sulfiitti- etta NSSC-massojen pesussa ja Rauma-Repola kehitti siitä lisäksi eri versioita mm. painehiomoiden saostajiksi (PWT-saostin), joissa massaa piti saostaa noin sadan asteen lämpötilassa sekä myös sulfaattimassojen ja valkaisuvaiheiden pesuun (Profeed).

Kaksivaiheisen PW-painepesurin toimintaperiaate


Sulfaattimenetelma yleistyy


Sulfaattimenetelma alkoi kuitenkin voittaa alaa seka kemikaalien talteenottomahdollisuuden etta myos korkean massalujuuden ansiosta (Kraft massat). Sulfaattimenetelmassa myos pesuprosessi oli helppo sulkea ja johtaa liemi haihduttamoon ja edelleen kemikaalien talteenottoon. Jatkuvan keiton yleistyessa kehitettiin myos menetelmia ensimmaisen pesuvaiheen suorittamiseen jo keittimessa. Ensimmainen jatkuvatoiminen Kamyr-keitin asennettiin 1950-luvun alussa Joutsenoon. Sen toiminnassa oli kuitenkin suuria hankaluuksia alkuperaisen kuumapuskun johdosta ja ongelman ratkaisuksi poistuvaa massaa alettiin jaahdyttaa pumppaamalla keittimen alapaahan pesemolta tulevaa viileampaa lienta. Tasta syntyi samalla keittimeen syrjaytyspesuvaihe, joka kehittyneemmassa muodossa tunnetaan nykyisin termilla "Hi-Heat washing". Kamyr yhtion osaomistajana oli suomalainen A. Ahlstrom Oy, joka myohemmin jatkoi selluprosessien kehitysta omana yhtionaan. Jatkuvan keiton jalkeisessa pesussa ovat tunnettuja myos keskisakeudessa toimivat paineeton ja paineellinen diffusoori. Keskeinen henkilo keskisakeustekniikan kehittamisessa laajemminkin on professori Juhan Gullichsen. Diffusoorissa sihtipinta seuraa hydraulisen systeemin avulla massapatsaan liiketta maaratyn matkan, palautuen nopeasti lahtoasentoonsa. Menetelma mahdollistaa pidempiaikaisen pesunesteen syrjaytystapahtuman, jolloin osin myos liuennutta kuiva-ainetta diffundoituu kuidun sisalta ulos.

Paineellinen diffusoori

 

Perinteiset pesulaitteistot


Erilaisia rumputyyppisia pesureita kaytettiin yleisesti massan pesuun aina siihen asti kun tehdaskoot olivat viela luokkaa 300.000 ¡V 400.000 tonnia vuodessa. Perinteisten rumpupesurien rajoituksena on kuitenkin alhainen sisaantulosakeus, tyypillisesti noin 1,5%, jonka johdosta pesurikoot kasvoivat suuriksi.


Mustan massan monivaiheiseen pesuun on sovellettu myos tasoviirapesureita. Rauma-Repolan kuivauskonepuolella aiemmin tyoskennellyt DI Reijo Salminen kehitti 1970-luvulla kuivauskoneen markapaasta saamiensa ideoiden pohjalta Chemi-Washer nimella tunnetun tasoviirapesurin, jonka patenttioikeudet han myi Georgia Pacific Bellingham yhtiolle. Ensimmainen tasoviirapesuri kaynnistyi Bellinghamin tehtaalla vuonna 1977, myohemmin Black Clawson hankki omistukseensa Chemi-Washerin lisenssioikeudet.


Ruotsalainen Sunds Defibrator Ab kehitti 1980-luvulla vastaavan "Ultrawasher" nimella tunnetun tasoviirapesurin, jossa viiran asemesta suodattavana pintana oli rei´itetty haponkestavasta teraksesta valmistettu paaton nauha. Ensimmainen Ultrawasher kaynnistyi Husumin tehtailla Ruotsissa ja Suomessa vastaava laitteisto asennettiin 1980-luvun puolivalissa Schauman yhtion Pietarsaaren tehtaille (nykyisin UPM). Myos tasoviirapesureissa kapasiteettirajoituksena on radanmuodostuksen vaatima suhteellisen alhainen syottosakeus.

Tasoviirapesurin toimintaperiaate


Tehdaskapasiteettien jatkuvasti kasvaessa jatkettiin korkeammilla syottosakeuksilla toimivien pesumenetelmien kehittamista. Tallaisia olivat esimerkiksi Rauma-Repola Profeed pesuri, Impco Compaction Baffle filter, Drum Displacer seka pesupuristimet.

Rumpupesureista eniten markkinoita valtasi keskisakeussyotolla toimiva monivaiheinen DD-pesuri (Drum Displacer), jossa massa kulkee rummun kehalla sihtipohjaisissa lokeroissa. Nykyisin Andritzin markkinoiman pesurin alkuperaiset keksijat olivat Seppo Kokkonen ja Harri Qvintus Enso Gutzeit yhtiosta. Ensimmainen pesuri asennettiin Enso Gutzeitin Kotkan tehtaalle jo vuonna 1984. Ongelmana toiminnassa oli nesteiden poisto lokeroista keskiakselin kautta. Toimintaa paranneltiin myohemmin johtamalla suodos suoraan lokeroiden paadysta rummun kehalla olevien aukkojen kautta. Massaradan ylapuolella oleva paineellinen pesuneste syrjayttaa massaradan nesteen, pesunesteen virratessa vastavirtaan massan kulkuun nahden vaiheesta toiseen.

2-vaiheisen DD-pesurin toimintaperiaate

Nykyiset mega-linjat

Uusien yksilinjaisten kuitulinjojen mitoituskapasiteetti on jopa noin 4000 tonnia paivassa. Tuotanto on niin korkea, etta ainoastaan korkealla syottosakeudella toimivien pesulaitteistojen kapasiteetti on riittava. Parhaiten nykyisiin vaatimuksiin vastaavat pesupuristimet, jotka soveltuvat linjan kaikkiin pesu- ja saostusvaiheisiin. Puristimia on ollut kaytossa jo 1950-luvulta lahtien, mutta ne olivat alun perin suunniteltu erilaisiin korkeaa poistosakeutta vaativiin saostustarkoituksiin. Metson kuituteknologialinja (ent. Sunds Defibrator) keskittyi 1980-luvulla kehittamaan puristintyyppeja, joissa saostuksen lisaksi on myos syrjaytyspesuvaihe ja jotka soveltuisivat kuitulinjojen kaikkiin pesuvaiheisiin. Uusimpien pesupuristinmallien syottosakeus on yli 10 % ja poistosakeus yli 30 %. Puristintelojen hyotypinta-ala on maksimoitu syottamalla massa telojen paalta, jolla mahdollisimman suuri osa rei¡¦itetysta telasta saadaan hyodynnettya nesteen poistoon.

Metson TwinRoll Evolution pesupuristin

PreviewAttachmentSize
tasoviirapesurin_toimintaperiaate.jpg
tasoviirapesurin_toimintaperiaate.jpg34.71 KB

2.8. MILOX-keitto

Jan-Erik Levlin: KCL:n vuosikymmenet Otaniemessä
MILOX on rikitön ja klooriton orgaanisiin happoihin ja vetyperoksidin eli peroksihappojen (lähinnä muurahaishapon) käyttöön perustuva sellunvalmistusmenetelmä, joka kehitettiin Paper Sience Centren piirissä Jorma Sundquistin ja Kristiina Poppius-Levlinin toimesta 1980-luvulla. Kehitystyö jatkui 1990-luvun alkupuolella yhteistyössä Kemira Oy:n kanssa. Tämän yhtiön tiloihin Ouluun rakennettiin koetehdas tuotantomittaisen tehtaan suunnittelussa tarvittavien mitoitusarvojen saamista varten. Tutkimus -ja kehitystyö onnistui sinänsä hyvin, mutta KCL:n omistajayhtiöiden puuttuvan kiinnostuksen vuoksi menetelmän oikeudet luovutettiin oululaiselle Chempolis -yhtiölle. Tämä onkin sitkeästi jatkanut kehitystyötä ja onnistui vihdoin vuoden 2008 alussa tekemään lisenssisopimuksen UPM-Kymmenen kanssa menetelmän hyödyntämiseksi ruohokasvipohjaiseen massanvalmistukseen Kiinassa. Menetelmä soveltuukin erityisen hyvin juuri ruohokasveille, koska ruohokasvien suuret silikaattimäärät liukenevat keittoliemeen eivätkä siten aiheuta prosessihäiriöitä.

 

ORGAANISET KEITOT , MILOX

(Kirjoittanut: Jorma Sundquist)

Sellunkeittomenetelmiä, joissa merkittävä osa keittoliuoksesta koostuu yhdestä tai useammasta orgaanisesta liuottimesta, kutsutaan yleisesti ns. organosolv-menetelmiksi. Niitä on eri maissa, erikoisesti Saksassa, tutkittu jo ainakin 1930-luvulta lähtien. Toistaiseksi viimeinen ”aalto” organosolv-tutkimuksessa tapahtui viime vuosisadan viimeisillä vuosikymmeninä. Valtaosa tutkimuksesta on tehty pelkästään laboratoriomitassa. Vain lupaavimmat menetelmät ovat edistyneet koetehdasmittaan ja sitä pidemmälle.

Organosolv-käsitteeseen tunnutaan yleisesti yhdistettävän klooriton valkaisu. Niillä ei kuitenkaan tarvitse välttämättä olla tekemistä keskenään, joskin osasta organosolveja löytyy helpostikin valkaistavia massoja. Myöskään biotekniikalla ja organosolv-menetelmillä ei ole keskenäistä riippuvuutta niin kuin usein luullaan.

Syitä organosolv-menetelmiä koskevaan kehitystyöhön on useita. Ympäristönsuojelulliset syyt ovat niistä tärkeimpiä. Niiden lopullisena tavoitteena on pyrkimys rikittömään ja kloorittomaan sellunvalmistukseen ja prosessin kemikaalikierron täydelliseen sulkemiseen.

Toisena tärkeänä tavoitteena on pidetty taloudellisesti kannattavan pienimittaisen sellun valmistusprosessin kehittämistä. Sellainen sopisi nykyaikaista sulfaattiprosessia paremmin niukkojen metsävarojen alueille eikä vaatisi yhtä suuria investointikustannuksia kuin sulfaatti.

Kolmas tärkeä päämäärä organosolv-menetelmillä on aina ollut nykyään niin paljon puhuttu biomassan täydellisempi hyväksikäyttö. Ligniinin ja hemiselluloosien tuhoamista polttamalla energiaksi pidetään pidetään monissa piireissä arvokkaan biomateriaalin suurena tuhlauksena. Tutkimus sellunvalmistuksen yhteydessä syntyvien sivutuotevirtojen taloudellisemmasta hyödyntämisestä mm. nestemäisten polttoaineiden valmistukseen onkin kemian ja puunjalostusteollisuuden toimesta kehittymässä.

Neljäntenä tavoitteena , jonka painoarvo jo lähitulevaisuudessa saattaa kasvaa enemmän kuin tähän saakka on osattu odottaa, on luontoystävällisen menetelmän kehittäminen sellunvalmistukseen muusta kuin puuraaka-aineesta. Peltosellun ja muidenkin non-wood-sellujen (bambu) käyttö paperin ja tekokuitujen valmistukseen näyttää olevan myötätuulessa erikoisesti Kiinassa.

Organosolv-keitoissa  käytetyt liuottimet parantavat keittoliuoksen diffuusiota puuhun ja ligniinin ja uuteaineiden liukenemista. Toisaalta ne voivat vähentää puun hemiselluloosien liukenemista ja lisäävät tällä tavoin massan saantoa. Keitto-oloissa ne saattavat reagoida kemiallisesti ligniinin kanssa, mikä saattaa vähentää tumman ligniinin reagointia valkaisua vaikeuttavaan suuntaan.

Eniten tutkittuja organosolv-liuottimia ovat metyyli- ja etyylialkoholit sekä muurahais- ja etikkahappo ja niiden vesiliuokset. Keittoliuottimien tehoa on usein lisätty pienillä määrillä muita kemikaaleja, alkoholien kohdalla yleensä happoja tai emäksiä, karboksyylihappojen kohdalla hapettimia ja katalyyttisiä määriä mineraalihappoja.

Keitto-oloja; lämpötila, keittoaika, kemikaalilisäykset, katalyytit ym., säätämällä on mahdollista monellakin tapaa saada hyviä paperinvalmistukseen kelpaavia kuituja. Tämä ei kuitenkaan monastikaan ole organosolv-keiton onnistumisen tae. Yhtä tärkeä ja monesti vaikeampi ongelma liittyy kemikaalikiertoon ja laitteistojen kestoon. Kemikaalien regenerointi ja häviöt sekä korroosio ovat pulmia, joihin ei aina kiinnitetä riittävää huomiota. Ne ratkaisevat uuden sellun valmistusmenetelmän käyttökelpoisuuden useammin kuin itse kuitu ominaisuuksineen ja saantoineen.

Milox-menetelmästä Chempolis-prosessiin

Oy Keskuslaboratoriossa käynnistyi vuoden 1985 alussa Tekesin tukema projekti, jonka tavoitteena oli kehittää uusi menetelmä valmistaa havu- ja lehtipuusta sellua kokonaan ilman ilman rikki- ja kloorikemikaaleja. Uusiksi keitto- ja valkaisukemikaaleiksi valikoituivat varsin nopeasti muurahaishappo ja vetyperoksidi. Jo ensimmäiset kokeet antoivat lupaavia tuloksia. Menetelmälle haettiin patenttia ja tulokset esitettiin 1985 Vancouverissa pidetyssä kansainvälisessä puukemian kongressissa.

Tutkimuksen pääasiallisin raaka-aine oli koivu, josta onnistuttiin valmistamaan täysvalkoista sellua kaksi- tai kolmivaiheisella keitolla, jota seurasi emäksinen peroksidivalkaisu. Täysvaalean koivusellun paperitekniset ominaisuudet olivat lähellä sulfaattimenetelmällä valmistetun kloorikemikaaleilla valkaistun sellun vastaavia ominaisuuksia. Myös havupuun valmistus täyteen vaaleuteen onnistui, mutta paperiominaisuuksissa ei päästy aivan mäntysulfaattisellun tasolle. Myös vetyperoksidia kului prosessissa enemmän kuin koivusellun valmistuksessa.

Seuraavien vuosien aikana tutkimus kohdistui prosessiolojen optimointiin ja prosessissa tapahtuvien kemiallisten reaktioiden selvittämiseen. Varsinkin jälkimmäisen, enemmän perustutkimukseen kohdistuvan osan kohdalla alettiin saada apua monilta ulkomaisilta asiasta kiinnostuneilta yliopistoilta ja tutkimuslaitoksilta. Vuonna 1988 menetelmä nimettiin MILOX-prosessiksi.(milieu pure oxidative).

Muurahaishapon valmistajana Kemira Oy:ta kiinnosti uusien käyttökohteiden löytäminen hapolle ja 1990 käynnistyi Kemiran ja Keskuslaboratorion yhteistyö. Oulun Kemiran tehtaille valmistui seuraavana vuonna pilot-keittämö, jolla voitiin käsitellä kerrallaan 200-300 kg:n panos.. Pilot-mittaiset kokeet kohdistuivat pääasiassa massan valmistukseen ja paperikoneajoihin massan kelvollisuuden toteamiseksi. Muurahaishapon talteenottoa ja kierrätystäkin tutkittiin, mutta laitteistojen puutteellisuuden vuoksi nämä tutkimukset jäivät enimmäkseen laskelmien ja muun kirjoituspöytätyön varaan.

Vuosien 1994-95 kuluessa katsottiin saatujen tulosten riittävän suurempimittaisen, täydellisen koelaitoksen tekniseen ja taloudelliseen arviointiin. Laskelmat kuitenkin osoittivat, että tämän tyyppisellä ratkaisulla ei olisi taloudellisia eikä laadullisiakaan etuja olemassa olevaan sulfaattimenetelmään nähden. Vanha sääntö: mikäli uusi menetelmä (Milox) ei tuota huomattavasti parempaa tuotetta huomattavasti taloudellisemmin kuin vanha (sulfaatti), ei sitä kannata ottaa käyttöön.  

Kun samoihin aikoihin myös sulfaattisellun valkaisu ilman alkuaineklooria (ECF) ja jopa kokonaan ilman kloorikemikaaleja (TCF) oli ratkaistu ja ajettu sisään teollisuuteen, päätti Keskuslaboratorion omistava teollisuus omalta osaltaan lopettaa projektin. Myös Kemira tyytyi tähän päätökseen.

Ouluun perustettu Chempolis Oy oli kuitenkin kiinnostunut projektin jatkamisesta ja sai aikaisemmilta partnereilta luvan jatkaa kesken lopetettua kehitystyötä. Kaukonäköisesti Chempolis tähtäsi alusta lähtien kaukoitään ja keskittyi puun sijasta helpommin keittyviin raaka-aineisiin, ruokokasveihin, olkeen jne. Chempolis on tämän jälkeen kehittänyt menetelmästä lupaavan teollisen prosessin sivutuotteineen, jolla  saattaa olla mahdollisuudet onnistua sekä teknisesti että taloudellisesti alueilla, joilla puun lisäksi tai sijasta on saatavissa riittäviä määriä non wood-raaka-aineita.

Kirjallisuus: Jorma Sundquist and Kristiina Poppius-Levlin, Milox Pulping and Bleaching. Environmentally Friendly Technologiesfor thePulp and Paper Industries, eddited by Raymond A. Young and Masoor Akhtar. 1989 John Wiley& Sons Inc.

 

2.9. Valkaisun kehitys

Ilkka Wartiovaara

20.2.2012

Valkaisun kehitys

 

Sulfaattimassan valkaisu aloitettiin sulfiittimassan tapaan sekvenssillä, jossa käytettiin useita peräkkäisiä klooraus- ja hypokloriittivaiheita. Näillä kemikaaleilla voitiin tuottaa vain puolivalkaistua sulfaattisellua, vasta klooridioksidin käyttöönotto mahdollisti täysvaalean ja lujan sulfaattisellun valmistuksen.1960-luvulla sulfaattisellun valkaisu perustui sekvenssiin CEHDED, missä C- ja/tai H-vaiheita saattoi kuitenkin olla kaksittain.

C- ja H-vaiheissa oli käytettävä matalaa reaktiosakeutta ja alhaisia lämpötiloja, jotta massan lujuudelle haitalliset reaktiot voitiin minimoida. Tämä sopi huonosti DED-loppuvalkaisun kanssa, jossa klooridioksidin tehokas käyttö edellytti korkeita, yli 60 oC:een reaktiolämpötiloja. Ongelma kärjistyi edelleen, kun valkaisun vedenkäyttöä oli rajoitettava jäteveden ulkoisten puhdistusmenetelmien käytön vuoksi. Tällöin puhdasta pesuvettä voitiin käyttää vain viimeisillä valkaisuvaiheilla, josta se kuumina suodoksina johdettiin vastavirtapesun eri menetelmien mukaisesti alkuvalkaisuun. Vedenkäytön vähentäminen valkaisua edeltävissä pesu- ja lajitteluprosesseissa nosti valkaisuun tulevan massan lämpötilaa, mikä myös osaltaan vaikeutti kylmien C- ja H-vaiheiden käyttöä. Joidenkin ”kuumahypo”-kokeilujen jälkeen hypokloriittivaihe jäikin pois sulfaattisellun valkaisusta 1980-luvun kuluessa. Ensimmäinen viisivaiheinen valkaisulaitos rakennettiin Kemi Oy:n sulfaattisellutehtaalle.

Kloorauksen lämpötilan nousu oli vaaraksi massan viskositeetille, mutta ongelma voitiin välttää korvaamalla pieni määrä kloorista klooridioksidilla. Vain muutama prosentti klooridioksidia vaiheen aktiiviklooriannoksesta oli riittävä, mikäli vaiheen kemikaalisekoitus oli tehokas. Kloorausvaiheiden kemikaalisekoittimia sekä kloorin ja klooridioksidin annostelutapaa testattiin laitevalmistajien ja KCL:n yhteistyönä useilla Suomen valkaisulaitoksilla 1980-luvun lopulla. Tutkimuksen kohteina olivat mm. Rauma-Repolan kemikaalisekoittimet, joita verrattiin uudentyyppisiin staattisiin sekoittimiin, esimerkiksi Kenics-sekoittimiin.

Pieni klooridioksidilisäys CD-vaiheeseen säilytti massan viskositeetin, mutta kloorauksen sivutuotteina syntyi yhä erilaisia kloorautuneita orgaanisia yhdisteitä, jotka tehtaan jätevedessä aiheuttivat huolta ympäristön kannalta. Tällaisia olivat erityisesti 1980-luvulla kloorautuneet fenoliset yhdisteet ja 1990-luvulla kloorautuneet dioksiinit ja furaanit. Kloorilla valkaistuun massaan jäävät yhdisteen aiheuttivat myös huolta paperituotteen käyttäjissä.

Suomessa käytettiin myös koivua selluteollisuuden raaka-aineena. Kloorin käyttö koivusellun valkaisussa oli hankalaa, koska koivun pihkasta syntyi kloorauksessa ”tahmoaineita”, jotka prosessilaitteistoihin tarttuessaan ja sellurainaan kertyessään aiheuttivat prosessin ajo-ongelmia. Vaikeudet korostuivat entisestään, kun valkaisuprosessin tuoreveden käyttöä rajoitettiin. Pihka-ongelman seurauksena klooridioksidin osuutta kloorausvaiheessa jouduttiin lisäämään huomattavasti havusellun valkaisua suuremmaksi. Tästä oli kokemuksen ja myös klooridioksidilaitosten mitoituksen kautta hyötyä Suomen sellutehtaille silloin, kun kloorikaasun käyttöä jouduttiin dioksiinikohun seurauksena voimakkaasti rajoittamaan. 1990-luvulla klooridioksidin osuus nousi varsin nopeasti selvästi yli 50 %:n tasolle myös havusellun valkaisussa.

Klooridioksidi on suhteellisen kallis kemikaali, joka on valmistettava tehdasalueella, jolloin sen tuotantokapasiteetti muodostui usein pullonkaulaksi. Näistä syistä alkuvalkaisun osuutta massan delignifioinnissa jouduttiin huomattavasti supistamaan keittoa jatkamalla ja käyttämällä happidelignifiointia. Happea ja peroksidia käytettiin myös tehostamaan valkaisun alkalisia vaiheita. Näillä menetelmillä päästiin 2000-luvun alkupuolella Elemental Chlorine Free- eli ECF-valkaisuun, jossa ei käytetty lainkaan kloorikaasua. Myös happikemikaalien käyttöön perustuvaa täysin kloorikemikaalitonta Total Chlorine Free- eli TCF-valkaisua on käytetty Suomessa Metsä-Botnian Rauman tehtailla.

Alkuaine kloori on kemiallisesti katsoen erittäin tehokas valkaisukemikaali, eikä alkuvalkaisun ligniinin poistoteho säily entisellään, kun osa kloorista korvataan klooridioksidilla tai kun kloorikemikaalit korvataan happikemikaaleilla. Voidaan esimerkiksi katsoa, että perinteinen havumassan kappaluvusta yli 35 lähtenyt CEH-alkuvalkaisu oli korvattu jatketulla keitolla kappalukuun noin 25, usein kaksivaiheisella happidelignifioinnilla ja D(EOP)- alkuvalkaisulla ECF-valkaisun tapauksessa.

Edellä kuvattu valkaisuprosessin kehitys on tapahtunut Suomen lisäksi kaikkialla muuallakin, missä on rakennettu moderneja sellutehtaita. Kyse ei siis ole erityisesti suomalaisesta innovaatiosta, mutta Suomessa kehityksen taustalla on ollut tiivis yhteistyö sellutehtaiden, laitevalmistajien ja kemikaalitoimittajien välillä. Menneinä vuosikymmeninä yhteistyö on ollut tiivistä Suomen sellutehtailla työtään tekevien henkilöiden välillä yhtiörajojenkin ylitse. Hyvänä esimerkkinä tästä on valkaisukomitea, joka aloitti 19??-luvulla Fincellin teknikkokomiteana, ja jatkoi sitten KCL:n vetämänä 2000-luvun alkuvuosille saakka. Valkaisukomiteassa kaikkien Suomen tehtaiden edustajat tapasivat säännöllisesti tehtailla tai KCL:ssa kerran tai kahdesti vuodessa tutustuen toisiinsa ja vaihtaen kokemuksia uusista prosessiratkaisuista. Vain kaupalliset aiheet oli rajattu keskustelun ulkopuolelle.

2.10. Sellun entsyymiavusteinen valkaisu

(Jan-Erik Levlin: KCL:n vuosikymmenet Otaniemessä)

Jorma Sundquist ja Marjatta Ranua kehittivät vuodesta 1983 lähtien yhteistyössä VTT:n Liisa Viikarin tutkimusryhmän kanssa menetelmän sellun valkaisemiseksi ksylanaasi-entsyymeillä. Menetelmä oli ensimmäinen laatuaan maailmassa. Sillä voidaan vähentää valkaisun kemikaalikulutusta. Menetelmä on käytössä monissa sellutehtaissa ympäri maailmaa. Vuonna 1990 xylanaasi-keksintö sai Ympäristöministeriön vuoden pääpalkinnon.

 

Sellun entsyymiavusteinen valkaisu, Jorma Sundquist

Mikrobien ja entsyymien hyödyksikäyttöä sellun valmistuksessa on monella tavalla pohdittu ja kokeiltukin jo vuosikymmenien ajan. Rajoittaviksi tekijöiksi ovat ovat muodostuneet prosessien liian pitkät viipymäajat, vallitsevat reaktio-olosuhteet, pH ja lämpötila sekä bioreaktioiden epäselektiivisyys, jonka vaikutuksesta massa laatu on kärsinyt liikaa.

Kun 1980-luvun puolivälissä alettiin korostetusti kiinnittää huomiota sellun kloorivalkaisun ympäristönsuojelullisiin ja terveydellisiin haittoihin, perustivat VTT:n Bioteknillinen laboratorio ja Keskuslaboratorio yhteisen työryhmän tarkoituksena selvittää kloorin käytön vähentämistä sellun valkaisussa hemisellulaasientsyymien avulla. Varsin pian (jo1985) havaittiin, että kun keitettyä, valkaisematonta sellua käsiteltiin teollisesti tuotetulla ksylanaasientsyymillä, voitiin kloorin ja klooridioksidin käyttöä valkaisussa vähentää huomattavasti. Myös prosessiolosuhteiden puolesta käsittely oli helppo sovittaa käytössä oleviin valkaisusekvensseihin

 Vuoteen 1991 mennessä useilla tehtailla pohjoismaissa, keski-Euroopassa ja Kanadassa entsyymikäsittely oli otettu teolliseen käyttöön. Aktiivikloorin käyttöä niissä oli voitu ksylanaasikäsittelyn ansiosta voitu vähentää n. 10-30% valkaisutavasta riippuen ilman että massan ominaisuudet huononivat. VTT:n ja KCL:n tutkijaryhmä sai työstään 191 Ympäristöministeriön tunnustuspalkinnon.

Ksylanaasien menestys herätti myös entsyyminvalmistajien mielenkiinnon. Niitä valmistettiin jonkin aikaa ainakin Suomessa, Tanskassa, Englannissa ja Kanadassa. Klooridioksidivalkaisun kehittyessä ja luopuminen kloorin ja hypokloriitin käytöstä valkaisussa mielenkiinto niiden käyttöön on kuitenkin hiipunut.

Tutkimus entsyymien parissa on siitä huolimatta jatkunut keskittyen ainakin osittain lignolyyttisten entsyymien hyväksikäyttöön. KCL:ssa lienee entsyymien hyväksikäyttöä sellun valkaisussa lähinnä tilaustöiden muodossa tutkittu aina tutkimuslaitoksen lopettamiseen 2010 saakka.

 

Kirjallisuutta.

Viikari, L.,Ranua, M., Kantelinen, A., Linko, M. and Sundquist, J. (1986) Bleaching with enzymes. Biotechology in the pulp and paper industry, Proc. 3rd Int. Conf.,Stockholm, pp. 67-69.

 

Liisa Viikari, Anne Kantelinen, Jorma Sundquist and Matti Linko. FEMS Microbiology Reviews 13

(1994) 335-350.

 

2.11. Hekseeniuronihappo ja sen poisto sellun valmistuksessa

(Jaakko Palsanen)

Johanna Buchert, Maija Tenkanen, Tapani Vuorinen ja Anita Teleman saivat Wallenberg palkinnon vuonna 2003 perusteena se, että he löysivät hekseeniuronihapon valkaisemattomasta sulfaattisellusta ja että he kehittivät menetelmän, jolla se poistetaan. Poistamalla hekseeniuronihappo massasta ennen valkaisua, voidaan estää sen ja valkaisukemikaalien väliset reaktiot, jolloin hekseeniuronihappo ei kuluta valkaisukemikaaleja. Tällöin saavutetaan säästöjä valkaisukemikaalien käytössä sekä valkaisukustannuksissa. Lisäksi sellun ominaisuudet paranevat erityisesti vaaleuden pysyvyyden suhteen. Palkinnon saajien kehittämä menetelmä hekseeniuronihapon poistamiseksi on toteutettu lukuisissa tehtaissa mm. Suomessa, USA:ssa, Kanadassa ja Brasiliassa (ennen palkinnon myöntämistä vuonna 2003).

 

Hekseeniuronihapon (HexA) poisto, A-vaihe, Jorma Sundquist

Kuumissa, alkaalisissa olosuhteissa ksylaanin 4-O-metyyliglukuronihapporyhmistä muodostuu hekseeniuronihapporyhmiä (HexA) ja metanolia. TKK:n ja VTT:n tutkijat todensivat HexA-ryhmien synnyn myös sulfaattikeitossa ja saivat löydöstään Wallenbergin palkinnon 2003 (?). Ligniinin kappalukumäärityksessä HexA lisää permanganaatin kulutusta ja nostaa virheellisesti näin massan kappalukua. Nousu on merkittävä erityisesti lehtipuumassojen kohdalla.

Analyysimenetelmän tarkennuksen ohella löydöllä on vaikutuksia myös talouteen ja massan laatuun: Lehtipuumassan valkaisussa HexA jäännösligniinin lisäksi kuluttaa vahvoja hapettimia klooridioksidia ja otsonia ja lisää tällä tavalla valkaisu- ja jätevesikustannuksia. Valkaistuun massaan mahdollisesti jäänyt HexA vaikuttaa myös massan vaaleuden pysyvyyteen.

Lehtipuumassasta (euca, koivu) hekseeniuronihapporyhmät poistetaan happivaiheen jälkeen happamalla ja kuumalla happokäsittelyllä (A-vaihe) ennen varsinaista valkaisua. Havupuumassalle käsittely on tarpeeton.

 

Kirjallisuus.

Vuorinen, T., Teleman, A., Fagerström, P., Buchert, J. ja Tenkanen, M. Selective hydrolysis of hexeneuronic acid and its applicationin ECF and TCF bleaching of kraft pulps. Int. Pulp Bleaching Conf. Washington DC, USA, April 14-18 1996 Book 1, pp. 43-51.

 

2.12. Peroksyetikkahapon käyttö valkaisussa

Peroksyetikkahapon käyttö valkaisussa, Jorma Sundquist

Peretikkahappo on selektiivinen hapetin, joka soveltuu selluanalytiikassa holoselluloosan määrittämiseen. Tekstiilitekniikassa sitä on myös sovellettu Na-kloriitin sijasta puuvillakankaiden valkaisuun. Sellun valmistuksessakin se kemiallisten ominaisuuksiensa puolesta sopii joihinkin delignifiointiprosesseihin ja valkaisusekvensseihin. Eräissä koeasteelle jääneissä organosolv-menetelmissä sitä on käytetty mm. non wood-kasvien keittoon ja valkaisuun. Pääasiallinen este sen käytön leviämiseen on kuitenkin ollut valmistuksen, kuljetuksen ja varastoinnin kalleus.

Suomen selluteollisuudessa peretikkahappoon alettiin kiinnittää huomiota 1980- ja 90-lukujen vaihteessa kun pyrkimys ja usko TCF-valkaisuun oli voimakkaimmillaan. Kemira ryhtyi valmistamaan ja myymään väkevöityä peretikkahappoa selluteollisuudelle Oulussa.

Peroksyetikkahappoa (Paa) syntyy happokatalysoidulla reaktiolla etikkahaposta ja vetyperoksidista.

Tasapainoreaktion tuotteina muodostuu perhappoa ja vettä. Perhappo väkevöidään tislaamalla alennetussa paineessa 38 %:n väkevyyteen. Tasapainon siirtymistä takaisin väärään suuntaan, so. perhapon laimentumista estetään jäähdyttämällä happo – 10oC:een ennen varastointia. Siirto sellutehtaille tapahtuu jäähdytetyillä tankkiautoilla.

Peretikkahapon valkaisuteho on pienempi ja sen hinta korkeampi kuin klooridioksidin. Siksi sen käyttö soveltuu parhaiten puhtaiden TCF-sekvenssien loppuvalkaisuun, joissa massa sisältää enää vain pieniä määriä valkaisuainetta kuluttavaa värillistä ainesta.

 

Kirjallisuus

Christine Chirat et al, Chemical Pulping, part 1/4, Fibre Chemistry and Technology, Pedro Fardim (Ed.). Paper Engineers’ Association/Paperi ja Puu Oy. Helsinki 2011. ss. 479, 484, 543, 585.

2.13. Puulajia vaihtava kuitulinja

(Matti Niiranen)

Yksilinjainen tehdas voi tuottaa kahta sellulajia (Veitsiluoto, Oulu, Varkaus). Säästettiin investointikustannuksia ja mahdollistettiin puulajisuhteen vapaa käyttö. Tämä oli tärkeää esim. Veitsiluodossa, jossa 1970 - 80 -lukujen vaihteessa siirryttin puupitoisista papereista hienopaperi- ja LWC- valtaiseen tuotantoon.

2.14. Soodakattilan ja kemikaalien talteenoton osuus selluteollisuuden kehittymisessä

Kirjoittanut: Ossi Pantsar

1950-luvun kattiloissa oli 2 päätyyppiä; B&W (Tomlinson-prosessi) ja CE (Combustion Engineering). Näiden amerikkalaiset valmistajat olivat sen ajan merkkitietoisia. Niinpä toiseen piirteiden lainaaminen toisesta - tai asiakkaan toiveiden huomioon ottaminen - oli mahdotonta. Lisenssivalmistajat seurasivat visusti lisenssinantajiaan, niin kuin lienee ollut luonnollistakin. Uusia valmistajia ilmaantui 60-, 70- ja vielä 80-luvullakin, mutta tyypit säilyivät pääosin tunnistettavina. Lisenssien rauetessa tyyppivalikoima laajeni - tosin vain kaupallisista syistä. Vasta tuolloin ja sitä ennen valmistettujen kattiloiden tultua peruskorjausikään selluteollisuus pääsi esittämään mitä se itse halusi.

Suorien haihduttamojen eliminoiminen

Energia- ja ympäristösyistä sai alkunsa haihduttamotekniikan kehittäminen tavoitteena suorien haihduttamojen - harppojen (CE) ja sykloonihaihduttimien (B&W) - eliminoiminen. Missä määrin tämä oli aito suomalainen innovaatio, on vaikea sanoa, mutta Suomen selluteollisuus suomalaisen konepajateollisuuden kanssa oli epäilemättä uranuurtaja ja kärjessä muutosten toteuttamisessa. Muutos tiesi huomattavia investointeja jatkettuihin ekonomaisereihin, jotta savukaasuissa muutoin käyttämättä jäänyt lämpö saatiin talteen.

Lämmön talteenotto savukaasupesureilla

Valkaistun sellun valmistamisen lisääntyminen uhkasi sellutehtaan ylpeyttä, lämpö- ja sähköenergiaomavaraisuutta. Kattiloiden saneerausten ja suorien haihduttamien poiston yhteydessä oli luontevaa lisätä lämmön talteenottoa savukaasupesureilla. Kemikaalihäviöt vähentyivät samalla. Lämpimälle vedelle oli käyttöä. Materiaalien kalleuden ja apulaitteiden runsauden vuoksi investointikustannukset olivat kuitenkin huomattavat. Alkalikorroosio tuli tutuksi.

Materiaalivalinnat ja korroosiosuojausten kehittäminen

1980-luvulle saakka kemikaalikierron sulfiditeetit olivat huomattavasti korkeammat kuin nykyään. Prosentit valkolipeässä hipoivat 40:ää. Siitä seurasi ympäristö- ja korroosio-ongelmia. Materiaalivalinnoista ja pinnoitteiden kehittämisestä tuli erittäin laaja ja aikaa sekä rahaa vievä alue selvitettäväksi. Kokeita seurattiin ulkomailla, ja yhteistyötä tehtiin. Olihan kyseessä myös henkilöturvallisuus, mikä perinteisesti on koettu aina yhteiseksi asiaksi.

Tuotannon lisääminen olemassa olevin laittein

Tuotannon lisäys on aina tukenut tuottavuutta. Sellutehtaan muut osastot olivat upgradettavissa suhteellisen maltillisin investoinnein. Soodakattilan kohtalo tehtaalla toisensa jälkeen oli jäädä pullonkaulaksi. Investointiin uuteen kattilaan ei usein ollut varoja. Oli käynnistettävä tutkimukset mahdollisuuksista lisätä tuotantoa olemassa olevin laittein. 1970-luvun loppupuoli ja 80-luku olivat prosessiselvitysten, instrumentoinnin digitalisoimisen ja prosessia automaattisesti ohjaavien tietokonepakettien aikaa. Suomen saavutuksista tuli alan ihmisten melkein pyhiinvaelluksen kohteita. Itse paketit, joita sittemmin oli miltei jokaiselle osaprosessille omansa, tuli valmistajilleen maailmanlaajuisesti vientituotteita.

1-lieriöratkaisut

Polttojärjestelmien tyyppisyys suli vähitellen. Lähestyttiin sitä yhtä parasta tapaa polttaa mustalipeää - ei niitä tietenkään useampia olekaan. Tämä ilmeisesti ei olisi ollut mahdollista muutoin kuin sellumiesten tietoisuuden lisääntymisen ja pitkälle henkilökohtaisin ponnistuksin hankitun huippuasiantuntemuksen kautta. Yksiköiden suurentumisen asettamiin vaatimuksiin soodakattilan osalta vastasivat varsinaiset valmistajat, missä ykkösketjua edustivat Tampella ja Ahlström. Rakenteen joustavuuden ja paremman kierron vaatimukset yhä vaativammissa oloissa aina vain suurenevilla kattiloilla toivat markkinoille voimakattiloilta tunnetut 1-lieriöratkaisut soodakattilan asettamine erityisvaatimuksineen.

Polttolipeän kuiva-ainepitoisuuden nosto

Polttolipeän kuiva-ainepitoisuuden nostoon tähtäävä työ aloitettiin 80-luvulla haihdutustekniikan kehittämisellä. Hyvät puitteet sille loivat ne selluyhtiöt, joilla oli omia konepajoja. Niistä esimerkkeinä mainittakoon Enso, Ahslsröm ja Rauma-Repola.

Keskimääräisestä 63-65 %:sta noustiin vaiheittain 85:een. Energian talteenoton kannalta parannus oli merkittävä. Myös kuiva-ainekapasiteettia saatettiin lisätä kattiloilla, joissa höyrypuoli ei muodostunut pullonkaulaksi. Polttaminen helpottui, mutta soodakattilamiehelle tuli uusi haaste; vesi- ja höyrypuolen kierron varmistukset, jotta edes sama kuiva-aine kapasiteetti saatettiin pitää yllä. Tällaiset tapaukset eivät tosin olleet kovin yleisiä, sillä vanhan ajan kattilanvalmistajat olivat olleet hyvin avokätisiä mitoituksissaan.

Kattilakoon kasvu

Soodakattilan kapasiteetti on tarkasteluajanjaksona kasvanut keskimääräisestä n. 500 kuiva-ainetonnista lähes 10-kertaiseksi. Kehitys suhteellisesta tehokkuuden menetyksestä huolimatta on ollut perusteltavissa halvemmalla investointikustannuksella esim. kahteen puolta pienempään verrattuna. Ehkä uudelleen arviointien aika on edessä sitten, kun tämä kattilasukupolvi tulee uusintaikään samalla tavalla kuin aikoinaan kattilat 70-luvulla. Jotain joka tapauksessa taas tarvitaan, sillä nykyisillä tulipesän mitoilla ilmansyöttöjä ei enää voida ohjata hallitusti. Vaikka tulevaisuus ei kuulu aihepiiriin, sallittanee ennustus, minkä mukaan jossain vaiheessa on pakko mennä moduulirakenteisiin - ellei sen ajan olisi jo pitänyt olla. Saattaa myös tapahtua epätodennäköinen, se että mustalipeän orgaaniselle keksitään vallan muuta käyttöä. Ehkä siitä joskus valmistetaan muunlaista polttoainetta. Ilman sellumiehen panosta homma ei näissäkään etene.

Aihe, mottona innovaatiot alalla, on laaja ja rajat ovat häilyviä. Siksi on vaikea sanoa, mikä kuuluu mihinkin kategoriaan, kun koko toiminta enimmäkseen on vain yhtä olevien ja tulevien tarpeiden purkamista. Ehkä Stationary Firing ja sitä seurannut Autorecovery/Autosoot voitaisiin kuitenkin luonnehtia lähinnä innovatiivisyydestä siinneiksi.

Stationary Firing

Jo yllä mainittuna murroksen 7. vuosikymmenenä Enson Kaukopään tehtailla avautui tilaisuus rakentaa soodakattilan ilman- ja lipeänsyötöt kokein selvitettävien vaatimusten mukaisiksi. Vastuualueen insinööri paneutui varsinaisen päivätyönsä piristeeksi tehtävään, johon vain hänen esimiehensä silloin uskoi. Eivät ole yhden käden sormilla - vaikka niitä olisi useampiakin - laskettavissa ne yöt ja viikonloput, mitkä sankarimme seuraavan runsaan puolen vuoden kuluessa vietti tehtaalla. Nokoset toimiston pöydällä “yösydännä” auttoivat. Helpompaa se joka tapauksessa oli, kuin herätä kotona aamuöiseen puhelinsoittoon: “Nyt se p….le sammu. Liuottaja on puolillaan mustalivettä!” Hyvä puoli järjestelyssä oli myös se, että kontakti valvomoväkeen säilyi. Kaikki olivat koko ajan tietoisia mitä tehdään ja mihin pyritään.

Soodakattilan sielu avautui vähitellen. Ilmansyöttö meni kokolailla uusiksi. Lipeän syöttö niinikään ruiskujen tyyppiä ja niiden käyttöä myöten. Tulokset olivat innostavia. Sulfaattien reduktio nousi aivan uudelle tasolle. Rikkiemissiot entisiin verrattuna käytännössä eliminoituivat. Kattilan yläosan lämpötila laski ja savukaasut puhdistuivat, mikä ennakoi mahdollisuutta nostaa kapasiteettia, niin kuin sitten tehtiinkin. Kattilan alaosan lämpötilan nousu mahdollisti kaiken sen, mitä paremmalta kattilan käynniltä yleensäkin edellytetään, vähentynyt korroosio, parantunut lämpöhyötysuhde, häiriöttömämpi käynti, ym. Tukkeutumistekijöiden muuttuessa nuohoushöyryn kulutus pystyttiin puolittamaan. Avain parannuksiin oli prosessin vyöhykkeistäminen ja tulipesän lämpötilaprofiilin hallinta.

Niin syntyi Stationary Firing, minkä kaikki kattilanvalmistajat sittemmin adaptoivat konsepteihinsa. Muutamia poikkeuksia ehkä mukaan lukematta sen ovat toteuttaneet myös kaikki käyttäjät. Vaikka operatöörien mukana olosta oli huolehdittu, ei uusi ajotapa ihan vaivatta mennyt läpi eikä sitä olisi ehkä pitänyt edellyttääkään. Apua haettiin jatkoprojektista.

Autorecovery/Autosoot

Ahertajamme osaston toimesta kasattiin tiimi, mihin liittyivät professori Oulun yliopistosta, “sellutieteistä” samanaikaisesti väitöstä valmistellut DI ja Nokian Prosessiautomaatio. Oma instrumenttiosasto joutui lujille vääntäessään analogista instrumentointia sekä palvelemaan että tottelemaan digitaalista ohjausjärjestelmää. Keskuslaboratorion (KCL) tutkimustuki sekä kauppa- ja teollisuusministeriön (KTM) rahoitus antoivat taustoja. Aiheesta tehtiin 4 diplomityötä, joita johti Oulun professori ja ohjasi Enso. Menemättä pitkästyttäviin 11/2 vuotta kestäneen projektin yksityiskohtiin todettakoon, että tulos oli kokonaisvaltainen prosessinohjausjärjestelmä mittauksiin ja analyyseihin perustuvine automaattisine nuohouksen ohjauksineen. Koska suoria mittaustuloksia muuttujista ei silloisella tekniikalla - eikä vielä nykyiselläkään - voinut kerätä kaikista kohteista, oli ne korvattava epäsuorasti laskennallisesti. Lämpö- ja materiaalitaseet vaeltelevine keskiarvoineen ja “karppisenkertoimineen” muodostivat jäljittelemättömän ohjelmistokokonaisuuden, mikä pystyi erottamaan häiriöt normaaleista, esim. polttolipeän laadun vaihteluista tulevista muutoksista. Parametrien viritykset tehtiin sikäli kuin pitempiä ajanjaksoja vaativia trendejä kyettiin rakentamaan. Autorecovery mahdollisti Stationary Firinging täysimittaisen hyödyntämisen.

Mitään vastaavaa ei ollut alalla nähty. Se herätti maailmanlaajuisesti huomiota. Tämä, toiselle kattilalle samanlaisen toteutetun kanssa lisäsi Kaukopään sellutuotantoa 15%. Ympäristöhaitat vähenivät pysyvästi ja energiatalous koheni. Voidaankin perustellusti sanoa, että ympäristöasioissa selluteollisuus oli uranuurtaja. Sillä oli omia tutkimuslaitoksia, joissa analysoitiin tehtaiden ympäristöön asetettujen mittalaitteiden keräämää informaatiota.

DCS:n yleistyessä paketin piirteet voitiin vaivattomasti siirtää niihin. Kattilanvalmistajien oli nyt otettava tosissaan näyttö, jolla osoitettiin mihin kattila oikein rakennettuna ja käytettynä pystyy. Ne joutuivat toteuttamaan merkittäviä muutoksia laitteisiinsa. Sellumiehelle ei yht´äkkiä voitukaan enää myydä mitä sattuu.

Käsiteltävä 50 vuoden ajanjakso kuulostaa pitkältä kehittyä vaikka miksi. Sen alkupuolisko oli kuitenkin aikaa, jolloin alaa varsinaisesti vielä rakannettiin. Myös on otettava huomioon, miten “monitieteellisestä” tehtävästä soodakattilalla on kyse. Se, mitkä ovat reunaehdot tehtäessä tutkimusta, parannuksia ja kehitystyötä yksikköön, jonka toiminnasta riippuu koko sellutehtaan tuotanto ja minkä itsensä sisällä yksi muutos vaikuttaa kaikkiin muuttujiin, on ilmeinen haaste. Kaikkia vaikutuksia ei nähdä heti. Usein vasta vuosien kuluttua - kielteisissä tapauksissa monesti liian myöhään. Soodakattila ei saa pysähtyä. Sen toiminta ei saa kärsiä kokeista, mitkä kuitenkin ovat välttämättömiä, sillä mitään todistamatonta ei voida hyväksyä otettavaksi käyttöön.

Jos jossakin, niin näissä kilpailevat sellumaat ovat olleet Suomea viisaampia. Enimmäkseen ne ovat vain “ottaneet opikseen”. Ei löydy maailman kolkkaa, missä ei tekemisistämme tiedettäisi.

Kehitystyö eteni koordinoidusti Ekonon vetämän Energiataloudellisen yhdistyksen soodakattilajaoksen toimesta. Yhdistykseen kuuluivat (ilmeisesti) kaikki Suomen selluyhtiöt ja kattilanvalmistajat, sekä jaokseen myös KCL. Projektit toteutettiin jaoksen nimeämien työryhmien toimesta. Kuormitusta pyrittiin jakamaan tarkoituksenmukaisesti eri yhtiöille. Tämä koskee ennen kaikkea materiaaleihin, laitteisiin ja turvallisuuteen liittyviä tutkimuksia. Suurin osa prosessi-, mittaus- ja säädettävyysselvityksistä tehtiin Enson tehtailla Imatralla, mutta ei yksinomaan. Niinpä ei varsinaisesti voidakaan nimetä mitään tehdasta tai yhtiötä yksin jonkin nimenomaisen “keksinnön” tekijäksi.

Kuin kaikessa niin tässäkin tuloksen tekijöillä on nimet. Alla olevasta listasta varmasti puuttuu siihen kuuluvia, mutta niinhän näissä aina tahtoo käydä.

MERKKIHENKILÖT

Maisteri Per Erik Ahlers (KCL), Tri Mikko Hupa (Åbo Akademi), DI Paavo Hyöty (Tampella Power Oy), Tri Esa Jutila (Oulun yliopisto), DI Pauli Lindroos (Ahlström), DI Pertti Simola (Kaukas) ja DI Pertti Valkamo (Enso-Gutzeit Oy)

(Ossi Pantsar)

2.15. Sellutehtaan sulkeminen

Ilkka Wartiovaara 4.1.2012

 

Sellutehtaan sulkeminen

Sulfaattisellutehdas on ollut jaettavissa sulkemisasteeltaan kahteen osaan: kemikaalien ja lämpöenergian talteenoton vuoksi suljettuun keittoprosessiin ja toisaalta avoimeen valkaisuun. 1960-luvulle saakka sulfaattisellun valkaisuun käytettiin klooria ja hypokloriittia useissa välipesujen erottamissa vaiheissa. Tällainen valkaisuprosessi oli vesikierroltaan hyvin avoin, koska näiden molempien kemikaalien reaktiot voitiin hallita vain alhaisissa lämpötiloissa, minkä lisäksi reaktiotuotteena syntyvän kloridin pitoisuus oli pidettävä riittävän pienenä, jotta prosessilaitteiden korroosio oli hallittavissa. Keiton ja valkaisun raja oli havusellun ligniinipitoisuudella ilmaistuna noin kappaluku 35.

Kloorilla ja hypokloriitilla voitiin valmistaa vain puolivalkaistua sulfaattisellua. Vaaleamman ja myös lujan sulfaattisellun tuotanto edellytti klooridioksidin käyttöä, aluksi loppuvalkaisussa ja myöhemmin myös alkuvalkaisukemikaalina. Klooridioksidin valkaisureaktiot toimivat tehokkaasti lämpötila-alueella 50 – 80 oC, jolloin loppuvalkaisun kuumien suodosten kierrätys tuli prosessin lämpötalouden kannalta välttämättömäksi. Käytännössä kunkin valkaisuvaiheen omaa suodosta käytettiin valkaisutornista pesurille tulevan massan laimennukseen. Puhdasta kuumaa pesuvettä käytettiin vain viimeisen vaiheen pesurilla ja muissa vaiheissa pesu tapahtui pääosin vastavirtapesun periaatteella jälkimmäisten vaiheiden suodoksilla. Myöhemmin vastavirtapesusta kehitettiin erilaisia valkaisukemikaalien kulutuksen minimointiin tähtääviä variaatioita, joissa tietyllä pesurilla käytettiin kahta erilaista suodosta, esimerkiksi alkalista ja hapanta.

Matalalämpötilaiset klooraus- ja hypokloriittivaiheet kuumien ruskean massan pesu/lajittelun ja loppuvalkaisun välissä olivat lämpötaloudellisesti epäedulliset. Hypokloriitin käytöstä luovuttiin ja kloorausvaiheen lämpötilaa voitiin nostaa, kun osa kloorista korvattiin klooridioksidilla. Tällöin 1970-luvun lopulla valkaisusekvenssin perusmuodoksi muotoutui viisivaiheinen (DC)EDED, jonka vedenkäyttö asettui tasolle 30 m3/t sellua.

Lujan ja vaalean massan valmistus kemikaali- ja energiataloudellisesti oli pääasiallinen syy edellä kuvattuun kehitykseen. Näiden lisäksi ympäristönsuojelun vaatimukset erityisesti tehtaan jätevesikuormituksen suhteen nousivat yhä tärkeämmiksi. Jätevettä puhdistettiin eri menetelmin mm. suodatus, biologiset menetelmät ja kemialliset käsittelyt. Prosessista lähtevän jäteveden laatu ja määrä vaikuttivat luonnollisesti puhdistuksen kustannuksiin ja saavutettuun tulokseen. Selluprosessin ja jäteveden erilaisten puhdistusmenetelmien optimointityön seurauksena sellutehtaan kierroltaan suljettua osuutta kasvatettiin jatketun keiton menetelmillä ja happidelignifioinnilla, jolloin valkaistavan havusellun kappaluku voitiin viedä selvästi alle 20. Kloorikaasun käytöstä valkaisukemikaalina luovuttiin kokonaan ja se korvattiin klooridioksidilla, hapella, peroksidilla ja otsonilla.

Sellutehtaan vesikierron erittäin tiukkaa sulkemista kokeiltiin mm. USA:ssa ja Kanadassa. Nämä tehdasasteellekin päätyneet kokeilut osoittivat, ettei ”suljettu sellutehdas” ole taloudellisesti kannattava.

2.16. Katodinen suojaus

(Jaakko Palsanen 13.3.2010)

Korroosio on aina ollut ongelma selluteollisuudessa ja pienemmässä määrässä paperiteollisuudessa. 1970-luvun lopulla Kaukaalla etsittiin ongelmiin ratkaisua. Ratkaisu löytyi katodisesta suojauksesta, jonka toimitti taho, josta myöhemmin kehittyi alan globaali yritys Savcor. Sähkökemiallisen ilmiön perusteelle innovoitiin teollisissa olosuhteissa toimiva järjestelmä, joka ratkaisi teollisuuden olennaisen ongelman.

Hannu Savisalo on kertonut Savcorin synnystä Kauppalehden Optiossa 2010/4, 4.3.2010 seuraavaa. "Läpimurto oli kauan sitten Kaukaan paperitehtaan tärkkisäiliö. Se oli haponkestävä, mutta heti uutena ruosteessa! Se oli tuohon aikaan paha ongelma. Sanoin, että pannaan Savcorin sähköinen suojaus, kokeillaan sitä. Kaukas tilasi toimituksen. Olin yhtä hämmästynyt kuin tilaajakin - järjestelmä toimi ja korroosio hävisi jäljettömiin." Tilaukset veivät yritystä eteenpäin. Raha sijoitettiin siihen, mistä se tuli. Korroosion torjuminen selluprosessista oli tuolloin valtava juttu. Läpimurrosta kertoo sekin, että Kaukaan tärkkisäiliö oli koko käyttöikänsä ruosteeton.

Kysymyksessä oli haponkestävästä teräksestä valmistettu ja lämmityspohjalla varustettu varastosäiliö kuumaliukoista keitettyä kationista tärkkelystä varten. Säiliössä havaittiin hyvin pian käyttöönoton jälkeen voimakasta korroosiota, johon ei löydetty lääkettä. Tällöin kunnossapito ehdotti katodista suojausta. Kun muutakaan lääkettä ei ollut tiedossa, päätettiin toteuttaa katodinen suojaus. Luultavasti taustalla oli Lappeenrannan Teknillisen Yliopiston puitteissa syntynyt verkottuminen. Hannu Savisalo oli toiminut lyhyen ajan amanuenssinä yliopistolla ja Kaukaan kunnossapidolla oli myös yhteistyötä yliopiston kanssa.

2.17. Puukaasun poltto meesauunissa

(Matti Siro 2010)

Öljykriisi 1970-luvun alkupuolella käynnisti energia-asioiden voimakkaan tarkastelun ja kehitystyön Suomen metsäklusterissa. Toimijoita olivat metsäteollisuusyritysten lisäksi eräät konepajayritykset sekä konsulttiyritykset, erityisesti Energiataloudellinen yhdistys Ekono.

1970 luvun lopulle tultaessa oli A Ahlström Oy:n konepajateollisuus kehittänyt leijupetitekniikkaan perustuvan höyrykattilaperheen, jota voitiin käyttää kuoren, turpeen, kivihiilen ja jätteen polttamiseen. Samanaikaisesti oli Ruotsissa tehty installaatio meesauunin lämmittämiseksi puupölyllä. Puun ja kuoren sisältämät pii ja alumiini kuitenkin rikastuivat sellutehtaan lipeäkiertoon ja aiheuttivat merkittäviä toiminntahäiriöitä, ja Ahlsrömin tuotekehityksessä ryhdyttiin kokeilemaan pyroflow-tekniikkaa puujätteen kaasutuksessa.

Taloudellisen nousukauden alettua ja kaatopaikalle kertyvän kuorimäärän lisääntyessä tehtiin Oy Wilh. Schauman Ab:n Pietarsaaren tehtaille vuona 1980 Ekonon toimesta laaja selvitys kuoren käytön lisäämisestä energiantuotannossa. Lopputuloksena selvityksestä oli ehdotus rakentaa uudenaikannen monipolttoainekattila pääasiassa kuoren polttoon sekä etsiä toimiva ratkaisu yli jäävän puujätteen käyttämiseksi meesauunin polttoaineena. Uudenlaisella säädettävällä arinalla varustettu kuorikattila käynnistyi syksyllä 1982 .

Riskialtis päätös puujätekaasuttimen hankinnasta tehtiin alkuvuodesta 1982 ja syksyllä 1983 laitos käynnistettiin. Konsepti oli erikoinen: Murskattu puujäte, kuori ja sahanpuru, kuivattiin soodakattilan savukaasuilla ja syötettiin leijupetikaasuttimeen, jossa se kaasutettiin hiekkapetin sisällä hiilimonoksidiksi, vedyksi ja metaaniksi ja puhallettiin meesauunin polttimeen. Projektin alkaessa tehtaalta kerättiin useita rekkakuormia puujätettä, jotka kuivattiin yhtiön Jyväskylän lastulevytehtaan kuivurissa ja toimitettiin edelleen Ahlströmin Karhulan tutkimuslaitokseen rakennnettuun koekaasuttimeen (n. 1:10 skaalassa). Paitsi kaasutusta lämpötekniseltä kannalta koeajossa pyrittiin selvittämään puun ja soodakattilan savukaasujen sisältämien vierasaineiden käyttäytymistä. Kaikkia tekijöitä ei kuitenkaan pystytty havaitsemaan , mutta muutaman kuukauden harjoittelun jälkeen päästiin jatkuvaan ajoon. Huomattakoon, että valtion investointiavustus näinkin riskialttiille projektille oli 20 %, kun esim Ruotsissa tavanomaisempienkin bioenergialaitosten investointiavustus oli 50 %.

Laitoksen kaasutusteho oli 35 MW. Kaasu puhallettiin kuumana suoraan meesauuniin. Tehoa säädettiin polttiainevirran ja ilmamäärän avulla. Kaasuttimen pohjasta poistettiin vierasaineet. Alkuvuosien aikana tehtiin yhteistyötä Wärtsilän kanssa, joka ostri sivuvirran kaasusta teholtaan 5 MW moottoriin joka pyöritti generaattoria. Kaasun puhdistus oli onngelma näissä kokeissa. Laitos oli käynnissä yli kaksikymmentä vuotta siten, että meesauunin polttoöljyn tarve oli vain 10..15 % tavanomaisesta ja se romutettiin uuden recovery islandin tultua käyttöön. Sitä ennen tehdasalueelle oli rakenettu maailman suurin biovoimala ja sellutehtaalle purukeitin, joten ylimääräistä puujätettä ei enää ollut.

Ahlström toimitti esitetyn laisia meesauunin puujätekaasuuttimia kaikkiaan 6 kpl, joista ainoastaan Pietarsaaren laitos oli Suomeen, muut toimitettiin Ruotsiin, Portugaliin ja Brasiliaan

2.18. Kuivauskone

3. Mekaanisen ja siistausmassan valmistus

3.1. Jylhä- kuumahierretekniikan kehitys 1970–80-luvuilla

 

(Antti Harju, Erkki Huusari, Leo Tila)

Tämä on kertomus siitä, miten Yhtyneet Paperitehtaat Oy:n Kaipolan tehdas ja Jylhävaaran konepaja yhdessä kehittivät energiatehokkuudeltaan entistä oleellisesti paremman hierteen valmistusteknologian. Sillä tuotettu luja mekaaninen massa mahdollisti yhä kevyempien sanomalehti- ja luettelopaperien valmistamisen ilman sellua ja huomattavan sellusäästön myös vaativissa kevyissä aikakauslehtipapereissa.

Kertomuksen lähdeaineistoina on käytetty, osin suorina lainauksina DI Leo Tilan, DI Erkki Huusarin, Yhtyneet Paperitehtaat Oy:n Työn Äärestä lehden ja eri ammattilehtien artikkeleita. Käytössä on ollut myös runsaasti muistioita ja koeajoraportteja Kaipolan TMP- laitosten tiimoilta vuosilta 1969 – 1985.

Tämä on tarkoitettu pohjaksi TMP:n kehitykseen liittyvien asioiden talteen saattamiseksi uusien innovaatioiden pohjaksi.

Tausta ja alkuvaiheet

Kaipola oli käyttänyt tehtaillaan määrämittaan katkottua puuta puuhiomoidensa tarpeisiin. Tehtaalle toimitetun puun pituus oli 1 m, 2 m tai niiden kerrannaisia. 1965 ja 1966 taitteessa yhtiön metsäosasto siirtyi kustannussyistä puunkorjuussa ns. vapaamittaiseen puuhun, jolloin hiomopuun katkonnassa alkoi tehtaalla syntyä "epämääräisen" mittaista pätkää ns. "nutikkaa", joka ei enää soveltunut puiden hiontaan hiomakoneilla.

Kaipolassa tehtaanjohto havahtui tasauspätkistä aiheutuvaan suurehkoon puuhävikkiin. Tehtaanjohtaja Henrik Walden antoi Yhtyneet Paperitehtaat Oy:n Jylhävaaran konepajalle käskyn kehittää oma lastujauhin, jolla voitaisiin tehdä tasauspätkistä haketuksen jälkeen jauhamalla mekaanista massaa ns. kylmähierrettä (lastuhioketta). Kaipola sai määräyksen olla aktiivisesti mukana kehitystyössä.

Ensimmäinen jauhin oheisprosesseineen käynnistettiin Kaipolan tehtaalla vuonna 1969. Laitteistoa täydennettiin pian toisen vaiheen jauhimella, tehostetulla lajittelulla ja rejektin jauhatuksella. Kaipolan kylmähiertämön kapasiteetti oli tuolloin 30 – 40 tonnia päivässä. Koelaitos antoi paljon kokemusta ja oppia koko prosessista raaka-aineesta valmiiksi paperiksi. Täysimittaisten paperikoneajojen mahdollistamiseksi oli rakennettu 1000 m3 varastotorni, johon voitiin varastoida riittävästi massaa muutaman tunnin paperikoneajoja varten. Jylhävaaran konepaja jatkoi laitekehitystä erityisesti jauhimien ja jauhinterien alueella.

Maailmalla oli käytössä jo tuolloin tehdasmittakaavan hiertämöitä, jotka valmistivat massaa sanomalehtipaperin raaka-aineeksi. Suomessa Tampella oli kehittänyt oman lastujauhimensa, mutta jätti jatkokehityksen kesken ja keskittyi hiomoprosessien kehittämiseen.

Kuumahierreteknologian kehitys oli alkanut Pohjois-Amerikassa ja Ruotsissa 1960 -1970 luvun taitteessa. Erityisesti ruotsalaiset mainostivat kuumahierrettä energiaa säästävänä ja lujaa mekaanista massaa tuottavan prosessina. Massan kerrottiin olevan merkittävästi hiokkeen ja kylmähierteen valmistusprosesseissa syntyvää massaa tikuttomampaa. Saavutettujen edullisten vaikutusten kerrottiin olevan mahdollisia käyttämällä hakkeen esilämmitystä ja paineistamalla jauhatustapahtuma, jolloin jauhatus tapahtuu korkeammassa lämpötilassa kuin kylmähierremenetelmässä.

Yhtyneillä oli kehitystä seurattu aktiivisesti ja laadittu omia suunnitelmia. Kylmähierteeseen perustuneen koelaitoksen antamien rohkaisevien kokemusten pohjalta uskallettiin tehdä päätös rakentaa Jylhävaaran teknologiaan perustuva kuumahiertämö Kaipolaan muuntamalla ja täydentämällä olemassa olevaa kylmähiertämön prosessia. Toteutuksesta vastasivat Jylhävaaran konepajan suunnittelupäällikkö Ahti Syrjänen, Kaipolan tehtaiden massanvalmistuksen johtaja Leo Tila ja tehtaanjohtaja "Putte" Ohls taustajoukkoineen. Päätös koelaitoksen rakentamisesta tehtiin 1974 vuoden alussa ja laitos käynnistyi tammikuussa 1975. Tammikuun loppuun mennessä prosessi oli saatu uskottavasti toimivalle tasolle. Kehitettävää ja parannettavaa oli kuitenkin runsaasti. Heti laitoksen käynnistyttyä aloitettiin prosessin ajo-olosuhteiden optimoimiseksi diplomityö, jonka teki Heikki Janhunen. Laitekehitystä ja parannuksia toteutettiin tarvittaessa ympäri vuorokauden käyttäen sekä Jylhävaaran että paikallisten pienten konepajojen resursseja. Suunnittelu oli kaiken aikaa omissa käsissä akselilla Jylhävaara – Kaipola. Kehitystyön kannalta oli erityisen merkittävää, että koelaitoksen yhteyteen oli perustettu oma laboratorio, jossa töitä tehtiin 24 tuntia vuorokaudessa. Koeajojen tulokset ja raportit olivat useimmiten käytettävissä vuorokauden kuluessa koeajon päättymisestä.

Tehdasmittakaavaiset koeajot kuumahierteellä

Jo vuoden 1975 kevään aikana todettiin valmistetun massan hyvä lujuuspotentiaali ja siten selluloosan käytön alentamismahdollisuus sanomalehti- ja aikakauslehtipaperien valmistuksessa.

Käynnistyi mittava koeajojen sarja. Kaipolassa valmistettiin ensimmäisenä maailmassa sanomalehtipaperia pelkästä mekaanisesta massasta, kuumahierteestä. Valmistetun massan ominaisuuksia kehittämällä kyettiin jo saman vuoden aikana valmistamaan kevyitä luettelopapereita aina 40 g/m² saakka ilman sellua.

Jo keväällä 1975, vain muutama kuukausi koelaitoksen käynnistymisen jälkeen, oltiin niin vakuuttuneita kuumahierteen soveltuvuudesta valmistaa sanomalehtipaperia ilman sellua ja kevyitä sanomalehti- ja luettelopapereitakin vain pienen selluloosalisäyksen kanssa, että Kaipolassa alettiin ponnistella suurempikapasiteettisen laitoksen rakentamiseksi. Päätös 350 tonnia päivässä tuottavan TMP- laitoksen rakentamiseksi saatiin kesäkuun alussa 1975.

Yhtyneet Paperitehtaat Oy:n kuumahierretaival oli käynnistynyt!

Kehitystoiminta ja koeajot

Kaipolassa jatkettiin koeajoja sanomalehti- ja luettelopapereiden lisäksi myös TMP-pitoisten SC-papereiden kehittämiseksi. Varsin pian kyettiin valmistamaan 30 % täyteainetta sisältävää 65 g/m² SC-paperia sellutta. Täyteaineena käytettiin yhtiön oman Lahnaslammen talkkikaivoksen talkkia.

Kaipolan tehtaalla saavutettujen rohkaisevien tulosten innoittamana Jylhävaaran konepaja aloitti voimakkaan markkinointityön oman kuumahierreprosessina myymiseksi yhtiön ulkopuolisille asiakkaille. Hymac Ltd Kanadan kanssa solmittiin lisenssisopimus Pohjois-Amerikan markkinoiden saavuttamiseksi.

Koehiertämössä suoritettiin runsaasti koeajoja käyttäen eri puulajeja. Raaka-ainetta tuotiin jopa Keski-Kanadasta lentokoneella niin paljon, että oli mahdollista toteuttaa koeajo kuumahierteeksi. Massaa valmistettiin useille kotimaisille ja yhtiöille. Asiakkaina olivat mm. Kajaani Oy, Myllykoski Oy Kaukas Ab, Nokia Oy jne. Mielenkiintoinen ja merkittävä koeajo tehtiin 24–25.8.1976. USA:n etelävaltioista laivatusta 1500 kiintokuutiometrin etelän mäntyerästä valmistettiin kuumahierrettä ja siitä tehtiin edelleen sanomalehtipaperia. Tätä Southern Pine Days’in nimen saanutta tapahtumaa oli seuraamassa oli suuri joukko asiantuntijoita USA:sta ja Kanadasta. Päivä toteutettiin yhteistyössä Valmet Oy kanssa. Tavoitteena oli pääsy laitetoimittajiksi USA:n markkinoille. Osa valmistetusta kuumahierteestä kuljetettiin Valmet Oy:n Rautpohjan koelaitokselle, jossa vieraat pääsivät seuraamaan koeajoa kaksoisviirakoepaperikoneella. Raaka-aineena oli yksinomaan kuumahierre. Vierailijat pääsivät seuraamaan myös etelän männystä Kaipolassa valmistetun paperin koepainatusta Tampereella Aamulehden kirjapainossa.

Näitä tehdasmittakaavaisia koeajoja oli runsaasti ja ne yleensä onnistuivat hyvin. Jylhävaaran konepaja käytti Kaipolaa referenssinä TMP-laitosten myyntiponnistuksissaan. Koeajoja ja vierailuja riitti. Vuosien 1975 – 1977 Suomen paperitehtaiden huonon tilauskannan johdosta paperikoneaikaa oli reilusti käytettävissä tehdasmittaisiin koeajoihin.

Kaipolan "ison hiertämön" käynnistyttyä keväällä 1977 mahdollisuudet tehdasmittakaavaiselle kehitystyölle ja Jylhävaaran TMP-laitosten myyntiponnistuksille moninkertaistuivat. Laitoksen tuotanto oli 350 tonnia päivässä. Se oli kolmelinjainen ja perustui koehiertämöistä saatuihin kokemuksiin. Laitoksessa otettiin ensimmäisenä Suomessa käyttöön digitaalinen prosessinohjausjärjestelmä samanaikaisesti Ahlströmin Varkauden tehtaiden uuden Sprout-Waldronin toimittaman TMP-laitoksen ohjausjärjestelmän kanssa. TMP-laitos lähti linjoittain käyntiin huhti-toukokuussa 1977.

Joka toinen vuosi järjestettävä kansainvälinen mekaanisten massojen konferenssi oli Suomessa kesäkuussa 1977. Kaipola kutsui sen osanottajat yli 300 henkilöä eri puolilta maailmaa tutustumaan Kaipolaan ja sen uuteen TMP-laitokseen. Samanaikaisesti oli rinnakkaisvierailukohteina Varkauden ja Summan uudet TMP-laitokset. Vierailun aikana kaikki Kaipolan paperikoneet ajoivat kolmen tunnin ajan katkoitta pelkästä kuumahierteestä tehtyä paperia. Tapahtuma oli 9. kesäkuuta 1977. Se oli valtava näyttö siihen maailman aikaan.

Kaipolassa oli 1977 heinäkuussa koko tehtaan seisokki ja lähes koko väki kesälomalla. Kehitystyötä jatkettiin kuitenkin kiivaasti. Uudella TMP-laitoksella tehtiin runsaasti erityisesti peroksidivalkaisuun liittyvää kehitystyötä. Kokeissa päästiin lopulta noin 78 prosentin vaaleuteen käyttäen hyväksi lajittelemattoman hierteen korkeaa sakeutta ja valkaisukemikaalien annostelupaikkojen optimointia. Tuloksia tarvittiin mm. Neuvostoliittoon Syktyvkarin tehtaalle myydyn TMP-laitoksen takuuehtojen saavuttamiseksi. Valmistetun massan ylösotto asiakaskoeajoja varten tapahtui ajamalla se paperiksi Kaipolan PK2:lla, jolla oli miehitys päivävuorossa. Kaikki edellä mainittu toteutettiin erittäin huonossa taloudellisessa tilanteessa. Usko kehitystyön hedelmiin oli luja.

Energian kulutus

TMP:n hyvien lujuusominaisuuksien hintana oli korkea energiankulutus. Tästä syystä TMP-laitosten yhteyteen oli rakennettu lämmöntalteenottosysteemejä, joissa jauhatusprosessissa syntyvän prosessihöyryn lämpöenergiaa siirrettiin vesien lämmitykseen.

Jylhävaaran koneapaja aloitti pian TMP-koelaitoksen käynnistymisen jälkeen yhdessä Kaipolan tehtaan kanssa tutkimustyön ja laitekehityksen TMP- höyryn talteen ottamiseksi korkeapaineisena. Perinteisesti TMP-laitoksissa 2-vaiheen jauhatus oli tapahtunut paineettomilla jauhimilla. Jylhävaara kehitti prosessia Kaipolassa ja sen yhtenä merkittävänä saavutuksena oli 2-vaiheen jauhatuksen paineellistaminen vuoden 1976 lopulla. Kehitystyötä jatkettiin 2-vaiheen jälkeisen paineellisen purkaussyklonin kehitystyöllä ja lämmön talteenottoratkaisujen kehittämisellä. TMP-prosessissa syntyvän höyryn ominaisuuksien ja sen lämmönvaihtolaitteistolle asettamien vaatimusten selvittämiseksi teetettiin Kaipolassa diplomityö, jonka tekijäksi valittiin Åbo Akademin opiskelija Leo Lindroos.

Yhteistyössä Rauma Repolan lämmönvaihdinasiantuntijoiden kanssa edettiin kehitystyössä niin, että 1979 lopulla konsepti oli paperilla valmis ja prosessilaitteisto saatiin koekäyttöön 1980. Jauhimilta saatavan prosessihöyryn avulla höyrystettiin lämmönvaihtimessa paperikoneelta palaavaa lauhdetta ja näin saatiin kylläistä matalapaineista höyryä, jota voitiin käyttää suoraan paperikoneen kuivautusryhmillä paperin kuivatukseen. Höyry johdettiin voimalaitoksen ja paperikoneiden 4 ja 5 väliseen höyrylinjaan. Uskottiin ja myös toteen näytettiin, että jauhatukseen käytetystä sähköenergiasta kyettiin näin ottamaan talteen paperin kuivatukseen soveltuvana höyrynä yli 60 %.

1980 konsepti alkoi olla valmis ja kustannustehokkuudeltaan kilpailukykyinen hioke/sellupohjaisiin paperin valmistusprosesseihin nähden. Etuna olivat lisäksi laajemman raaka-ainepohjan käyttömahdollisuus mm. erilaiset hakkeet.

Jatkokehitys

Yhtyneitten johto oli pohtinut Jämsänkosken tehtaitten tulevaisuutta. Vanha sulfiittiselluloosatehdas ja hienopaperikoneet eivät olleet enää kovin kilpailukykyisiä. Kaipolassa tehdyt koeajot SC- paperin valmistamiseksi TMP:stä ja käyttäen täyteaineena talkkia olivat antaneet lupaavia tuloksia. Yhtiön johto teki päätöksen vuoden 1979 lopulla Jämsänkosken tehtaitten tuotantosuunnan muutoksesta. Sulfiittisellutehdas suljetaan ja tilalle rakennetaan TMP-laitos ja uusi SC-paperia valmistava paperikonelinja.

Jämsänkosken PK 5 käynnistyi syksyllä 1981. Yhtyneillä Paperitehtailla ja erityisesti sen Jylhävaaran konepajalla oli nyt merkittävä referenssi TMP- laitosten valmistajana ja kustannustehokkaiden prosessiratkaisujen kehittäjänä. Jämsänkosken TMP-laitoksen rakentamisen projektipäällikkönä toimi DI Leo Tila, joka palasi Espanjasta greenfield CTMP-rakennusprojektista, jonka projektin johtajana hän oli toiminut. Projekti-insinöörikseen Leo sai Kaipolasta DI Heikki Janhusen. Jämsänkosken TMP laitoksen rakentamiseen oli nyt yhtiön sisältä saatu kokeneet ja innovatiiviset tekijät. Yhteistyö akselilla Jämsänkoski - Jylhävaara - Kaipola sai nyt näyttää parasta osaamistaan. Toteutettu lämmön talteenottolaitos tuotti tehokkaasti höyryä paperin kuivatukseen ja on käyttökelpoisessa kunnossa ja on käytössä vielä vuonna 2008.

Projektin tuloksena syntyi paitsi hyvä TMP laitos SC-massan valmistamiseksi, myös runsaasti yhtiön sisäistä osaamista projektihoidosta. Jatkoa seurasikin pian mm. Shottonin tehtaan rakentamisen myötä. Jämsänkoskella voitiin nyt yhtiön sisällä jatkaa tehokkaasti Jylhävaaran TMP-prosessin kehitystyötä Kaipolan laitoksen lisäksi. Jylhävaaran konepaja oli jo vuonna 1976 saanut käyttöönsä oman terätehtaan jauhinterien valmistamiseksi, mikä nopeutti prosessikehitystä merkittävästi

OPCO

Ontario Paper Company, Yhtyneet Paperitehtaat Oy Jylhävaaran konepaja ja Hymac olivat vuonna 1979 tehneet yhteistyösopimuksen ns. OPCO- prosessin kehittämisestä tehdasmittakaavaisen koelaitoksen avulla. Laitos rakennettaisiin Kaipolaan TMP-koelaitoksen yhteyteen. OPCO- prosessin tavoitteena oli korvata selluloosaa ensisijaisesti sanomalehtipaperin valmistuksessa. Kanadan vanhat sulfiittisellutehtaat olivat runsaasti ympäristöä saastuttavia ja kustannustehottomia.

OPCO-prosessissa kuituja käsitellään sulfiitilla jauhatusvaiheiden välissä, 2-vaiheen jauhatuksen jälkeen tai pelkästään lajittelun rejekteille. Vanhat hiomot voisivat jatkaa toimintaansa. Kokonaisuutena prosessi olisi ympäristöystävällisempi. Vähemmästä saataisiin enemmän. Prosessin isä oli Ontario Paper Companyn Ray Leask. Ensimmäinen tehdasmittainen koeajo tehtiin Kaipolassa syksyllä 1979 erittäin monivaiheisin tilapäisjärjestelyin. Jauhettu TMP kuljetettiin rekalla Heinolaan, jossa se keitettiin Tampellan puolisellutehtaalla ja tuotiin takaisin Kaipolaan, jossa keitetty massa pulpperoitiin, lajiteltiin ja rejektit jauhettiin. Valmis massa käytettiin osana paperikoneajoa 48,8 g/m² sanomalehtipaperin valmistuksessa. Yhdessä koepisteessä massakoostumus oli: 50 % hioketta, 22 % hierrettä ja 28 % OPCO- massaa. Valmis paperi oli ominaisuuksiltaan vertailukelpoinen vastaavaan hioke/sellupohjaiseen paperiin. Laajempia kokeita ja prosessilaitteiston kehittämistä varten rakennettiin koelaitoksen yhteyteen 50 tonnia päivässä tuottava koelaitteisto kesäksi 1981. Kesän ja syksyn aikana tehtiin laaja koeajojen sarja prosessin optimoimiseksi ja laitteistojen kehittämiseksi. Näitä koeajoja olivat hoitamassa Jylhävaarasta Pekka Vihmari ja Ontario Paper Co:sta Adrian Barnett. Aiheesta on julkistettu artikkeli mm. Pulp & Paper- lehdessä no. 10/October 1980.

Yhteenveto

Jylhävaaran konepajan TMP- konseptin kehittäminen vuosina 1975 – 1981 lämmön talteenottoineen on merkittävä näyttö pienen konepajan ja yhtiön mahdollisuuksista kehittää myyntikelpoinen prosessi. Tehdylle kehitystyölle oli ominaista innovatiivisuus, nopeus, ennakkoluulottomuus ja yhteistyökykyisyys. Yhteistyö Jylhävaaran konepajan, Kaipolan paperitehtaan, Aamulehden ja asiakkaiden kesken oli mutkatonta ja avointa. Koko prosessia kaikkine osa-alueineen kehitettiin alusta alkaen loppuasiakkaiden tarpeet huomioiden. Samalla etsittiin kilpailukykyisiä ratkaisuja niin raaka-aineen kuin energiankäytönkin osalta. Prosessikehityksessä pyrittiin mahdollisimman suoraviivaisiin ja yksinkertaisiin ratkaisuihin. Vuoden 1983 joulukuussa Moskovassa pitämässään esitelmässä Erkki Huusari toteaa mm. seuraavaa:

”Tämän päivän Jylhä-kuumahierretekniikka kulkee kehityksen kärjessä. Tästä ovat osoituksena mm. seuraavat innovaatiot:

  • hierteen kaksivaiheinen painejauhatustekniikka (Tandem)
  • kuumahierrehöyryn käyttö paperin kuivaukseen
  • yhteistyössä Ontario Paper Co:n kanssa kehitetty OPCO- tekniikka
  • lehtipuun hyödyntäminen painopaperin raaka-aineena, seoshierto-CTMP-prosessin avulla

Uusien prosessien asettamat vaatimukset laitekehitykselle ovat olleet suuret,. Vuosien mittaan laitteet ovat myös läpikäyneet käytännön kokemuksesta saadut muutostarpeet ja tänään voimmekin luvata Jylhä-laitteiston täyttävän käyttäjän sille asettamat ankaratkin vaatimukset. Oma tärkeä osuutensa kehitystyössä on luonnollisesti se jatkuva intensiivinen työ, jota tehdään uusien ja parempien jauhinterien kehittämiseksi. Oma jauhinterien valmistus antaakin tälle työlle parhaat mahdollisuudet.”

Uutta prosessia kehitettäessä korostuu kaikkien osapuolten – koneenrakentajan, paperinvalmistajan, painajan ja tutkimuksen – yhteistyön merkitys. Ilman sitä ei onnistumiselle ole edellytyksiä.

Vuoteen 1984 mennessä Jylhävaara oli toimittanut tai toimittamassa yli 20 TMP-laitosta maailmanlaajuisesti.

3.2. Painehionnan teollinen kehitys

(Anssi Kärnä 30.6.2008)

Tausta, tekijät ja alkukokeet

Tampella oli valmistanut puun hiomalaitteistoja vuodesta 1869, ja oli alan markkinajohtajana vuoteen 1990 mennessä toimittanut yli 600 tavanomaista, paineistamatonta hiomakonetta. Laitteistokehitys oli ajan mittaan johtanut kohti suurempia konetehoja ja pöllin pituuksia, mutta hionnan prosessiolosuhteissa (paineessa ja lämpötilassa) ei kehitystä ollut tapahtunut. (Tosin kirjallisuusselvityksessä sittemmin todettiin, että kanadalaiset F. Luhde ja F. Logan olivat vuonna 1965 julkaisseet laboratorioissa saatuja tuloksia ns. superhiokkeesta, missä hiomalaitteen ylipaine oli aikaansaatu höyryllä.Tämä tutkimus ei kuitenkaan ollut johtanut teollisiin sovelluksiin.)

Tavatessaan vuonna 1976 Tampellan hiomakoneosaston johtaja Matti Aarion ja myyntipäällikön Hannu Salakarin, MoDo:n kehityspäällikkö Arne Lindahl ehdotti kokeiltavaksi hiokkeen lujuuden lisäämismahdollisuuksia suorittamalla hionta atmosfäärisiä olosuhteita korkeammassa paineessa ja lämpötilassa. Päädyttiin tilapäisjärjestelyin suorittamaan tällaisia kokeita MoDo:n kaupallisessa hiomossa Bureå:ssa. Ylipaine koneessa oli maksimissaan 1 bar, ja suihkuveden lämpötilaa pystyttiin näin nostamaan ja vaihtelemaan. Vuonna 1977 tehtyjen kokeiden tuloksissa oli melkoisesti hajontaa, mutta ne osoittivat paineistetussa hionnassa olevan selvää massan lujuuspotentiaalia ilman, että massan ominaisenergiankulutuksessa ja optisissa ominaisuuksissa tapahtui olennaisia muutoksia.

Pekka Haikkala toimi Tampellan puolesta paineistetun hionnan käytännön tutkijana ja kehittäjänä heti alusta alkaen ja on jatkanut ansiokkaasti panostustaan PGW:n kehityksessä ja markkinoinnissa uuden prosessin koko tähänastisen elinkaaren ajan.

Painehionnan teollinen kehitys oli näin saanut alkunsa. Tampella ja MoDo-yhtiö tekivät vuonna 1978 yhteistyösopimuksen, jonka puitteissa Bureå:n hiomoon toimitettiin jatkuvatoiminen PGW-linja. Tämän ohella Tampellan konepaja ryhtyi etsimään kotimaista yhteistyökumppania eri tahoilta. Oman yhtiön Anjalan Paperitehdastakin lähestyttiin, mutta sopivaa järjestelyä ei tahtonut löytyä. Konepajan tutkimusjohtaja muutti sitten ulkomaisen kilpailijan palvelukseen vieden mukanaan myös avaintietoutta painehionnasta. Tampellassa ryhdyttiin kiireellisesti patenttitoimiin. Vilkkaan kirjeenvaihdon päätteeksi kilpailija luopui kisasta. Tampellan konepajan edustajat, lähinnä Arvo Karhola, Rabbe Hemmilä ja Matti Aario lähestyivät uudelleen oman yhtiön Metsäteollisuutta, Erkki Kivimäkeä ja Vide Winqvistiä. Asian lähempi tarkastelu johti siihen, että sopiva paikka teollisen mitan koekoneelle löytyikin Anjalan tehtaalta. Siellä oli kaksi käytöstä poistettua Roberts-hiomakonetta 2.2 MW tehoisine moottoreineen. Toisen hiomakoneen tilalle rakennettiin konepajan osastopäällikkö Raimo Pessan johdolla suunniteltu metrin pituiselle paperipuulle 3 barin ylipainetta kestävä tuotantomittainen uunihiomakone, jolla heinäkuussa 1979 ryhdyttiin välittömästi kokeilutoimintaan. - Metsäteollisuuden Kehitys- ja Tutkimusosasto oli tuolloin jo keskitetty aiheeseen, esimiehenään Anssi Kärnä, sekä muina keskeisinä henkilöinä tutkimusinsinöörit Bo Kyrklund ja Heikki Liimatainen. Yhteistyö Konepajan kanssa muodostui mutkattomaksi ja innostuneeksi.

Ensimmäinen paperitehdaskoeajo

Konepajan edustajat olivat uuden prosessin markkinointimielessä olleet yhteydessä mm. Myllykoski Oy:hyn, jonne jo varhaisessa vaiheessa ja varsin rohkeasti sovittiin toimitettavaksi satojen tonnien koe-erä painehioketta S/C-paperin tehdaskoetta varten. Käytännössä painehioke voitiin pumpata 700 m päähän Inkeroisten Kartonkitehtaan entiseen hiomoon Kamyr-ylösottokoneelle, joka sekin oli ollut pitkään poissa tuotannosta, mutta pidetty toimintakunnossa. Viikkoa ennen sovittua toimitusajan alkua koehiomakoneen vanha sähkömoottori hajosi täysin, joten suunniteltuja esikokeita ei päästy lainkaan tekemään. Kaikeksi onneksi vieressä oli toinen samantyyppinen Roberts-koneen moottori, jonka Konepajan mainiot asentajat vaihtoivat nopeasti rikkoutuneen tilalle.

Tehdaskoe onnistui ilman esikokeitakin sitten niin hyvin, että Myllykoski Oy:n toimitusjohtaja Carl Björnberg totesi verraten konservatiivisen yhtiönsä olevan oudossa tilanteessa: hankkimassa lähes ensimmäisenä uutta teknologiaa edustavaa prosessia ja laitteistoa. Näin kuitenkin kävi, ja kaksi PGW-konetta käsittävä tuotantolinja käynnistyi Myllykoskella jo vuoden 1980 syksyllä. Painehionnan vahvoina puolina pidettiin lähinnä massan optisia ominaisuuksia, riittävää lujuutta ja verraten alhaista sähköenergian kulutusta. Myllykoski-konserni on ilmeisesti ollut päätökseensä tyytyväinen, sillä heillä on nyt käytössään jo 26 painehiomakonetta. Viimeksi syksyllä 2007 käynnistyi kahdeksan koneen painehiomo Plattlingissa Saksassa.

Koelaitos ja tutkimukset

Tampellan Konepajan ja Metsäteollisuuden yhteistyö kehityksessä, tutkimuksessa ja markkinoinnissa syveni ja verkottui. Koelinjalla mm. vertailtiin erityyppisten hiomakivien soveltuvuutta ja tutkittiin hionnan yksikköprosessia, yhden uunillisen hiontaa. Näissä kokeissa todennettiin puupanoksen pakkautuminen tiiviimmäksi hiontaiskun aikana. Tältä pohjalta pystyttiin kehittämään hionnan ohjausta vakiollisen sylinteripaineen tai moottorin tehon lisäksi vakiollisen tai ohjatun anturanopeuden, vakiotuotannon ja vakiollisen energian ominaiskulutuksen suuntaan.

Koelinjalla tehty järjestelmällinen työ antoi myös mahdollisuuden koota avaintuloksista väitöskirja (A. Kärnä, 1983). Professori K. Ebeling toimi tieteellisenä neuvonantajana tutkimuksen eri vaiheissa, kuten myös sittemmin professorit Hannu Paulapuro ja Hannu Manner.

Oy Keskuslaboratorioon toimitettiin v. 1982 jatkuvatoiminen laboratoriomitan PGW-laite. Åbo Akademi rakensi 1988 professori Bruno Lönnbergin johdolla ja Tampellan tuella vastaavantapaisen jaksottaisen laitteen lähinnä perustutkimusta varten.

Pilot-linja

Anjalan paperitehtaan uudistusvaiheessa vanha hiomo ja sen mukana PGW-koelinja lopettivat toimintansa vuonna 1983. Jo sitä ennen tajuttiin, että laitteiden ja prosessin kehitys- ja tutkimustoiminta sekä markkinoinnin tuki vaativat joustavan ja hyvin instrumentoidun pilot-linjan rakentamista. Sellainen toteutettiinkin Inkeroisten entisen hiomon tiloihin. Pilot-hiomakone käyttää 0.5 m pituista puuta, on moottoriteholtaan 700 kW, ja sen korkein ylipaine on 5 baria. Kuitulinjaa täydentää oma erillinen laboratorio. Pilot-linjalla toteutettiin hiomatilan paineen, lämpötilan ja kivityyppien kartoitus systemaattisella tavalla. Paineistetun kiekkosaostimen käyttäminen prosessissa teki lämpöenergian talteenoton mahdolliseksi, samoin kuin niin sanotun superpainehionnan kehittämisen, jolloin hiontatilan paine on 4,5 bar ja suihkuveden lämpötila 120 astetta. Useita muita teknisiä prosessiratkaisuja on pilot-linjalla sittemmin kokeiltu ja kehitetty.

Kaupalliset toimitukset.

Edellä on jo mainittu Myllykoski-konsernin osuus. Lukuisat luottamukselliset asiakasajot eri puulajeilla johtivat erityisesti 1980- ja -90-luvuilla moniin laitetoimituksiin kotimaassa ja ulkomailla. Varsin merkittävä referenssi on Anjalan paperitehtaalle vuonna 1983 käynnistynyt mittava paperi- ja kartonki-PGW-laitos kaksinetoista suurine hiomakoneineen. Tätä kirjoitettaessa kesäkuussa 2008 on painehiomakoneita oheislaitteineen toimitettu 118 kappaletta.

Kertyneen kokemuksen pohjalta voidaan todeta, että painehioke soveltuu kohtuullisen energiakulutuksensa ja laatunsa ansiosta erinomaisesti keveiden, päällystettyjen tai päällystämättömien aikakausilehtilapereiden sekä taivekartongin raaka-aineeksi. Kuusen lisäksi painehiontaan soveltuvat erityisesti haapa ja poppeli, mutta myös eri mäntylajien soveltuvuus on todennettu mittavinkin tehdaskokein.

Sähköenergian hinnan noustessa muuttuu PGW:n kustannusrakenne entistä edullisemmaksi, verrattuna toiseen mekaanisen massan päävalmistusprosessiin, kuumahierteeseen. Painehionta vaatii kuitenkin raaka-aineekseen pyöreätä puuta, kun taas hierreprosessi käyttää puuhaketta. Näin näiden kahden mekaanisen kuidutusmenetelmän rinnakkaiselo on rejektijauhatuksineen monessa tapauksessa luonteva ratkaisu. Lisäksi painehioke soveltuu erinomaisesti käytettäväksi siistatun massan (DIP) kanssa, jolloin PGW:n hyvät optiset ja painettavuusominaisuudet yhdistyvät siistatun massan lujuuteen.

3.3. BCTMP integroituna sellutehtaaseen

(Jaakko Palsanen 27.8.2008)

DI Ole Nickull, Ins. Isto Nikamaa, DI Marko Pekkola, FT Maija Pitkänen ja DI Kai Vikman saivat Suomalaisen Insinöörityöpalkinnon vuonna 2005 Valkaistun kemitermohierre BCTMP –prosessin kehitystyöstä. Valkaistua BCTMP massaa on valmistettu aikaisemmin sekä integroitumattomissa markkinamassatehtaissa että paperi- tai kartonkitehtaaseen integroiduissa yksisköissä. Raaka-aineena näissä on käytetty eri puulajeja, myös haapaa. Nyt palkitussa prosessissa on kuitenkin uusia innovaatioita, minkä johdosta palkinto on ollut ansaittu.

Seuraava teksti perustuu TEK:n julkaisuun Suomalainen Insinöörityöpalkinto 1981-2007.

Palkitussa BCTMP-menetelmässä koko prosessi on ollut kehityksen kohteena. Julkaisussa on yksityiskohtaisesti käsitelty valkaisun jälkeisen pesuveden käsittelyä. Pesuvesi sisältää puusta liuenneita aineita (7% puuaineesta) sekä lisäksi massan valmistuksessa käytettäviä kemikaaleja. Erityisiä piirteitä ovat:

  • pesuun tarvittava vesimäärä on totuttua pienempi
  • pesuvesi johdetaan seitsenportaiseen haihduttamoon
  • jauhinten lämmön talteenotto voidaan hyödyntää tehokkaasti haihduttamossa
  • väkevöity pesuvesi syötetään sellutehtaan soodakattilaan
  • liuennut puuaines poltetaan soodakattilassa energiaksi
  • kemikaalit siirtyvät sellutehtaan lipeäkiertoon
  • vesikierron korkeasta sulkemisasteesta johtuen jätevesille ei tarvita aktiivilietelaitosta

Julkaisussa on listattu myös muita kohteita, joissa prosessia on kehitetty kuitenkaan niissä olevia uusia innovaatiota tarkemmin kuvaamatta.

  • kuidutuksessa käytetyt kemikaalit on vaihdettu
  • peroksidivalkaisun apuaineet on vaihdettu
  • jauhimien rakennetta on kehitetty ja on saavutettu energiansäästöjä

Integroinnissa sellutehtaaseen on saavutettu seuraavia säästöjä

  • yhteinen puun käsittely ja vastaanotto
  • yhteinen tehdaspalvelu

Ensimmäinen integroitu BCTMP laitos käynnistyi Joutsenossa 2002 ja seuraava Kaskisissa

3.4. Lankarakosihti

 

Lankarakosihti mullistaa mekaanisten massojen lajittelun 80- luvulla

(28.8.2012 Jouko Hautala, Jouni Huuskonen)

Aikakauslehtipaperien ja niiden tuotannon voimakas kehityskausi alkoi Suomessa 70- luvun lopulla jatkuen 90- luvun alkupuolelle. Kehitys asetti kovia haasteita paperien pääraaka-aineen, mekaanisen massan laadulle ja valmistuksen taloudelle. Näin oli etenkin päällystämättömien sc- lajien kohdalla. Painajien ja kustantajien vaatimukset etenkin painopaperien pinnan laadulle ja painokoneajettavuudelle kasvoivat merkittävästi. Tavanomaisen hiokkeen rinnalle kehitetyt, pitempikuituiset kuumahierre ja painehioke antoivat mahdollisuuden paperien ajettavuuden parantamiselle, mutta lisäsivät paperin pinnan laadun kehittämistarvetta. Mekaanisen massan lajittelulla on tässä keskeinen asema. Ajettavuutta heikentävät suuremmat ja painatuksessa helposti irtautuvat ”minitikut” täytyy saada mahdollisimman hyvin pois ja kuidutettua ja jäykät pitkät kuidut jatkojauhatukseen. Taipuisat pitkät kuidut olisi säilytettävä mahdollisimman hyvin massassa.

80- luvun alussa yleisin tekniikka mekaanisen massan lajittelussa oli reikälajittelu ja yleisin reikäkoko 1,6 millimetriä. Näin oli myös uuden sukupolven sc- konelinjan, Jämsänkosken PK5:lla hiertämöllä ja Kirkniemen sc- offsetpaperikonelinjan hiomolla. Jotta riittävä tikkujen erotustehokkuus ja riittävä pitkien, jäykkien kuitujen muokkautuminen saavutettiin, lajittamosta tuli runsaine takaisin kierrätyksineen erittäin monimutkainen. Lajittelun selektiivisyys oli vielä sittenkin kaukana täydellisestä ja toi asiakkailta paperintekijälle laatuvalituksia.

Jo 80- luvun alussa tiedettiin, että rakosihdeillä olisi saavutettavissa selvästi paperin laadun kannalta parempi tulos. Tarvittavaa 0,25 millimetrin rakosylinteriä ei kuitenkaan koneistamalla kyetty valmistamaan riittävän avoimeksi. Vapaa pinta-ala oli vain kolme prosenttia sylinterin pinta-alasta ja näin lajittelukapasiteetti jäi aivan liian pieneksi.

Tampellan konepajan massankäsittelyosastolle vuonna 1987 tullut Jouko Hautala näki tilanteen ongelmallisuuden paperin tekijälle ja oivalsi myös, että rakolajittelu on avain sen ratkaisuun. Ruuvipuristimesta lainattiin idea lankarakosylinteriin ja Tampellan koekeskukseen rakennettiin koesihti. Koeajot osoittivat, että sillä on riittävä kapasiteetti ja jopa, että rakoleveydellä ei ole alarajaa! Koeajot osoittivat myös, että Tampellassa käytössä oleva roottoritekniikka ei sovi lankarakosylinterille sen huonon toiminnan ja lajittelupinnalla olevan suuren painevaihtelun vuoksi. Oli kehitettävä myös uusi roottori.

Näin lähti liikkeelle seuraava kehitysketju, joka mullisti hienojen mekaanisten massojen lajittelun:

Ensimmäisen vaiheen kehittäminen tapahtui Yhtyneiden Paperitehtaiden Jämsänkosken tehtaan kanssa. Avainhenkilöitä Yhtyneillä olivat Jari Tamminen Jämsänkoskella ja keskushallinnon tutkimuskeskuksen Taisto Tienvieri. Vuonna 1988 (?) Jämsänkosken PK5:n sc- hiertämöllä oli otettu käyttöön ensimmäinen Suomessa kehitetty lankarakolajittelu. Kun paperin laatu nousi Burdan listalla ensimmäiseksi, alkoi todellinen kiire, kun kaikki painopaperinvalmistajat halusivat tätä lajittelutekniikkaa ja tuote oli vielä pahasti kesken.

Kun tuo lankarakosylinteri ja roottori saatiin kehitettyä, niin sillä saavutettiin merkittävä lajitteluprosessia yksinkertaistava vaikutus. Mekaanisen massan lajittelu oli nyt ilman kierrätyksiä ja pyörrepuhdistuslaitosta. Kun lajittimen syöttöyhde siirrettiin rungonkanteen aksiaaliseksi, tuli lajittimesta samalla pieni pumppu eli tarvitaan vain yksi syöttöpumppu (keskimmäinen kaavio kuvassa). Ensimmäisenä tämä lajitteluprosessin toteuttaja oli syksyllä 1992, kolmannen sukupolven sc- paperikonelinja, Jämsänkosken PK6. Uudet hierteen lajitteluratkaisut mahdollistivat lwc- paperin laatua painettavuusominaisuuksiltaan lähellä olevan sc- syväpainopaperin valmistuksen säilyttäen painokoneajettavuuden kannalta tärkeän hierteen pitkäkuituisuuden. Huippuhienouteen päästiin yksinkertaisella prosessilla energian kulutus kurissa pitäen.

Vielä oli yksi etappi jäljellä kuvassa esitetyn vision toteuttamisessa. Tämän teki mahdolliseksi, niin sanotun kerroslajittimen (MuST-Screen) kehitystyö. Kerroslajittimessa on tarvittaessa neljä lajittelupintaa: tasomainen esilajitin ylimpänä (tarvitaan hiomon lajittelussa) ja kolme välilaimennuksella varustettua sylinterimäistä lajittelupintaa alekkain.

Yhtyneiden Paperitehtaiden Rauman tehtaan hiomoon asennettiin ensimmäinen MuST703 kerroslajitin. Avainhenkilönä siellä oli Esko Pölkkynen. Tämä 200kW:n moottorilla varustettu kerroslajitin korvasi Rauman hiomossa seitsemän lajitinta, 200 kW kukin. Energian säästö oli noin 1200 kW ja massanlaatu ei ainakaan huonontunut.

Kuvan visiossa esitetty tavoite saavutettiin kahdeksassa vuodessa.  Vaikka vision lopputuloksen toimivuus on varmennettu, haluavat paperitehtaiden ja lajitteluprosessien suunnittelijat turhaan ylimääräisiä säiliöitä ja pumppuja lajitteluprosesseihin varmuuden vuoksi ja ”kun ennenkin on tehty näin”.

Tänä päivänä lankarakotekniikka löytyy lähes jokaisesta massan valmistusprosessista maailman laajuisesti ja jokaiselta lajittimien toimittajalta.

 Artikkelin kirjoittajista:
Jouko Hautala 
vastaa GLV- Sweden AB:n Stock Preparation and Recycle Systems’in R & D- toiminnasta Tampereella. Hän on tehnyt tuotekehitystyötä koko työ uransa ajan, kohta 40 vuotta ja ollut mukana yli 50 myönnetyssä patentissa.
Jouni Huuskonen toimi tässä kuvattujen tapahtumien aikaan Yhtyneet Paperitehtaat Oy:n tks- päällikkönä Valkeakoskella, jossa viettää nyt eläkepäiviään.
 

3.5. Fiberflow rumpupulpperi keräyspaperin kuidutukseen

(Heikki Pakarinen, Pekka Kotila)

Paperin uusiokäyttö on järkevää ympäristön kannalta, mutta ennenkaikkea se on ollut aina taloudellisesti kannattavaa. Esimerkiksi paperin liettäminen veteen vaatii energiaa vain 5-15 % siitä, mitä kuitujen irrottamiseksi puusta mekanisilla menetelmillä tai sellunkeiton avulla tarvitaan. Aluksi keräyspaperin kuiduttamiseen käytettiin paperihylyn hajoituksessa tuttuja massapulppereita, jotka toimivat matalasakeusalueella (3-6 %). Se olikin tyydyttävä kuidutustekniikka n.s. ruskeille keräyspaperilajeille, eli käytetyille pakkauksille. Keräyspaperin mukana väistämättä tulevat epäpuhtaudet pystytään poistaman riittävän tehokkaasti kuidutusta seuraavassa lajitteluprosessisssa, etteivät ne enää merkittävästi haittaa paksun pakkaus- tai hylsykartongin valmistusta. Sensijaan vaalean kotikeräyspaperin, eli luettujen painotuotteiden, uudelleenkäyttö suuressa mittakaavassa esim. sanomalehtipaperin valmistukseen osottautui ongelmallisesksi. Matalasakeuspulpperin roottorin kehittämät suuret leikkausvoimat pilkkovat kotikeräyspaperin epäpuhtaudet, esim. aikakauslehtien liimaselät ja muovilaminaatit niin pieniksi partikkeleiksi, että ne menevät kaikkien lajittelulaitteiden läpi paperikoneellle, jossa ne kuitenkin haittaavat pakkauskartonkeja huomattavasti ohuempien painopapereiden valmistusta (n.s. tahmo-ongelma). Toisaalta näiden epäpuhtausjakeiden poimiminen käsin pois kotikeräyspaperista ennen RCF- prosesssia, ei ole osoittautunut taloudellisksi ratkaisuksi länsimaisella kustannustasolla.

Ongelman ratkaisemiseksi ideoi Ahlströmin Dipl.ins. Frey Sundman 1970-luvulla Fiberflow-rumpupulpperin, jonka tarkoitus on suorittaa kuidutus mahdollisimmman ”hellävaraisesti”, jotta epäpuhtaudet säilyisivät mahdollisimman ehjinä myöhemmin prosessissa poistettaviksi. Hieman kallistetussa pyörivässä rummussa paperi saatetaan rullausliikkeeseen, niin että sen energia riittää paperin hajoittamiseen kuiduiksi ilman suurempia leikkausvoimia. Rummussa on sisäpinnalla myös kahvoja massan putouskorkeuden lisäämiseksi. Rummun avonaisesta poistopäästä jo osa epäpuhtausjakeista tulee kokonaisena ulos, esim. pakkauslaminaattien muovikalvot ja märkäluja paperi. Rummun alkupäähän annostellaan keräyspaperin joukkoon siistauskemikaalit, jolloin suuressa sakeudessa (14-19%) pH nousee tasolle 10-11 mikä edistää kuitujen turpoamista ja paperin kuituuntumista. Rummun pituudesta n. 2/3 on umpinaista kuidutusosaa ja loppu 1/3 on sihtiosaa, jossa massa laimennetaan 3-5%:ksi. Sihtiosan reikien (6-9mm) läpi kuidut ja hajonneet epäpuhtaudet, kuten esim. liimaselkien kappaleet, menevät seuraaviin lajiteluvaiheesiin. Paperin viipymäaika on rumpupulpperissa 20-40 min.

Ensimmäinen Fiberflow rumpupulpperi toimitettiin Ruotsiin Katrineforssin pehmopaperitehtaaseen mutta ratkaiseva teollinen referenssi kotikeräyspaperin kuidutukseen oli seuraaava Fiberflow pulpperi Keräyskuitu OY:lle 1978. Laitos valmisti kaupallista siistattua massaa useaaan sanomalehtipaperitehtaaseen, joten sen toimintaa seurattiin maailmanlaajuisesti ja Frey Sundmanin ideat osittautuivat realistisiksi.

Vaikka 1980-luvulla kehitettiin matalasakeuspulppereita ”hellävaraisempi” suursakeuspulpperi voidaan kuitenkin todeta, että rumpupulpperi on nykyisin vallitseva keräyspaperin kuidutusmenetelmä suurissa laitoksissa; myös ruskeilla keräyspaperilajeillakin. Osoituksena idean toimivuudesta, rumpupulpperia käytetään esim. nestepakkausten valmistusjätteen käsittelyyn erottamaan kuitujae muovijakeesta.

4. Paperin ja kartongin valmistus

4.1. Paino- ja kirjoituspaperien kehitys 1970-90- luvuilla

(2.4.2009 Jouni Huuskonen, Heikki Pakarinen)

Lähtökohdat 1960- luvun lopulla

Paino- ja kirjoituspapereiden (sanomalehtipaperi mukaan lukien) tuotanto Suomessa ylitti 1960- luvun lopulla kahden miljoonan tonnin rajan. Sanomalehtipaperivaltaisen paperin tuotannon muutos kohti korkeampilaatuisia paino- ja kirjoituspapereita oli alkanut. Syväpainossa painettuihin aikakauslehtiin tarkoitettujen, runsaan täyteaineen käyttöön pohjautuvien sc-paperien tuotanto oli kasvanut (Myllykoski, Kaipola, Veitsiluoto, Kirkniemi). Inverted blade- päällystystekniikkaan perustuva lwc-paperin tuotanto oli aloitettu (Äänekoski, Veitsiluoto, Kuusankoski). Keskuslaboratorioon hankittu koepäällystyskone ja tehtaiden päällystäjien yhteistyö vauhditti kehitystä. Kaukas ja Kymmene olivat rakentaneet Nordland Papierin, josta tuli aikansa huipputeknologiaa edustava hienopaperitehdas. Sen päätuotteita olivat liimapuristimella pintaliimatut kirjoitus- ja muut toimistopaperit.

Kivihioke oli puupitoisten painopaperien pääraaka-aine. Hiontapöllien nutikoista tehtiin kylmähiertämällä lisämassaa. Puolivalkaistu sulfaattisellu oli jo pääosin lujiteselluna. Kuusisulfiittisellu oli vielä pääasiallinen hienopaperimassa mutta valkaistut koivu- ja mäntysulfaattimassat valtasivat koko ajan alaa. Sellun jauhatusta tutkittiin ja kehitettiin aktiivisesti. Hiontaprosessin ohjausta kehitettiin laadun tasaisuuden parantamiseksi. Päällystämättömissä papereissa käytettiin jo kohtuullisen runsaasti painettavuutta parantavia ja kalliimpia kuituja korvaavia mineraalisia täyteaineita. Se oli pääosin Cornwallista tuotua kaoliinia, joka oli myös päällystettyjen paperien pääpigmentti. Optisesti tehokkaita pigmenttejä (myös titaanidioksidia) käytettiin etenkin kevyimmissä hienopapereissa. Päällystyspigmentti sidottiin tärkkelyksillä, cmc:llä ja latekseilla. Ne olivat pääosin tuontitavaraa. Metsäliitto teki Äänekoskella cmc:tä.

Fosforipronssiviiroilla varustettujen tasoviirapaperikoneiden nopeudet olivat 300–800 metriä minuutissa ja koneiden leveydet 4-7 metriä. Maailmalla oli kehitetty ensimmäiset kaksoisviirapaperikoneet, joista myös Valmet kiinnostui. Ensimmäiset prosessitietokoneet tulivat paperitehtaisiin. Neliömassan ja kosteuden säätö tuli paperikoneille 70-luvun alkupuolella. Paperin valmistusprosessin ja raaka-aineiden vaihteluista tuotantoprosessiin ja tuotteisiin saakka heijastuvia vaihteluita pyrittiin tutkimuksin ja prosessiteknisin keinoin vähentämään. Kiiltävät paperit viimeisteltiin paperi- ja valurautateloista koostuvien off machine superkalantereiden pehmeissä nipeissä. Sanomalehtipaperit ja muut ns. konekiiltoiset paperit silitettiin konekalanterien yhdessä tai useammassa kovassa nipissä.

Professori Niilo Ryti lanseerasi termin ”puustamaksukyky”. Laskelmat osoittivat, että rajallisten hakkuumahdollisuuksien tilanteessa puupitoisilla painopapereilla on paras puustamaksukyky. Vaalea, hyvän mekaanisen massan antava kuusikuitu oli osoittautunut erinomaiseksi raaka-aineeksi näihin lajeihin. Puolivalkaistu mäntysulfaatti olisi erinomainen lujitemassa. Valmiuksia edullisten, painettavuutta parantavien mineraalisten raaka-aineiden ja halvan sähköenergian saantiin oli luotu. Vuosikymmenen lopulla saatiin kaoliinia korvaavan talkin valmistusta Suomeen. 70- luvun alussa käynnistyi Suomen ensimmäisen ydinvoimalan rakentaminen.

Sanomalehtipaperit painettiin vielä 60-luvulla kohopainossa. Suurilevikkiset aikakauslehtipaperit painettiin syväpainossa ja pienemmät painokset heatset offsetkoneilla. Sanomalehtipaperit painettiin mustavalkoisina ja aikakauslehtipapereissakin oli vielä varsin vähän värikuvia. Suunta oli kuitenkin muuttuva. Lehtien talouden kannalta tärkeitä mainoksia haluttiin lehtiin lisää. Postimyynti oli nostamassa päätään. Yleisaikakauslehtien rinnalle alkoi ilmestyä TV-lehtiä, naisten- ja miestenlehtiä ja harrastelehtiä. Väritelevisio alkoi yleistyä. Niinpä värillisyyden lisäämiselle ja paremmalle painojäljelle oli tilaus myös sanoma- ja aikakauslehdissä. Offset alkoi vallata kohopainolta sijaa sanomalehtipainatuksessa. Suomi oli tässä etulinjassa maailmassa. Aikakauslehtipaperien painettavuutta syväpainatuksessa täytyi ruveta parantamaan, kun kilpailu investointi- ja tuotantokustannuksiltaan edullisemman heatset offsetin kanssa kiristyi. Asiakaslähtöisyys nosti päätään. Teknisen palvelun asiantuntijoita oli alettu palkata tehtaille ja myyntiyhdistys koordinoi sitä ja tuotekehitystä.

Puuvapaiden kirjoitus- ja painopaperien suuret mullistukset olivat vielä edessäpäin. Toimisto- ja tietotekniikan kehitys alkoi kuitenkin vähitellen kiihtyä. Tietokoneille tarvittiin jo etenkin jatkolomakepapereita ja kopiointikin alkoi lisääntyä. ”A4-saasteen” aika koitti kyllä vasta noin runsaan kymmenen vuoden kuluttua. Hienopapereille painettiin arkkioffseteissa mainospainotuotteita ja firmojen esitteitä ja vuosikertomuksia. Pienillä päällystyskoneilla päällystetyt taidepainopaperit antoivat näyttävimmät kuvat.

Paino- ja kirjoituspaperit 1990- luvun lopulla

Suomen paino- ja kirjoituspaperin tuotanto oli vuosituhannen loppuun mennessä kasvanut noin 9 miljoonaan tonniin. Uusia paperikonelinjoja oli rakennettu 24 ja useita oli uusittu tuottamaan korkeamman jalostusasteen tuotteita. Vain muutama pieni paperikone oli pysäytetty. Standardisanomalehtipaperin tuotanto oli supistunut varsin vähäiseksi ja korvautunut erikoissanomalehti- ja luettelopapereilla. Myös kansainvälistyminen oli alkanut. Yhtyneet oli alkanut tuottaa sanomalehtipaperia Walesissa ja Ranskassa, Enso Saksassa ja Kymmene Ranskassa. Kaukas oli lisäksi rakentanut lwc-tehtaan Skotlantiin.

Uudet sc- ja lwc-konelinjat pystyivät tuottamaan aikakauslehti- ja luettelopapereita yli kolminkertaisella tuotantoteholla 70-luvun alkuun verrattuna. Paperikoneiden nopeus oli parhaimmillaan 1800 m/min ja leveys lähenteli 10 metriä. Paperien keskineliöneliömassa oli laskenut 5-10 prosentilla. Painatusominaisuudet olivat huomattavasti parantuneet ja paperiradat kulkivat hyvin aiempaa nopeammilla ja leveämmillä moniväripainokoneilla. Oltiin maailman laajuisesti laatujohtajia. Syväpainatus oli säilyttänyt asemansa vaikka heatset offset oli yleistynyt puupitoisten paperien ja arkkioffset puuvapaiden painatusmenetelmänä. Painopaperivalikoima oli kasvanut vähemmän kiiltävillä, lwc:tä vaaleammilla päällystetyillä mfc-lajeilla ja painavammilla ja vaaleammilla kahteen, jopa kolmeen kertaan päällystetyillä puupitoisilla mwc- ja puuvapailla cwf-lajeilla. Lajien väliset rajat olivat hämärtyneet. Paperien reaalihinnat olivat laskeneet runsaalla 10 prosentilla jokaisella vuosikymmenellä ja painettu media oli kyennyt varsin hyvin kilpailemaan sähköisen kanssa kustantajille tärkeistä mainostajien rahoista. Mainonnan suuresta kasvusta valtaosa oli toki mennyt sähköiseen mediaan.

Tietotekniikan ja toimistorutiinien nopea kehittyminen oli kasvattanut nopeasti A4-paperien kulutusta. Suomessakin oli investoitu muutamaan isoon paperikoneeseen ja Kymmenen Nordlandin tehtaan tuotanto ja arkituskapasiteetti oli voimakkaasti kasvanut. Digitaalinen painatus alkoi nostaa päätään ja kaipasi siihen räätälöityjä tuoteperheitä.

Paperikonelinjojen koon ja automaation lisääntymisen vuoksi yli kaksinkertaistuneiden investointikustannusten nostamat pääomakustannukset rasittivat paperitehtaita, vaikka 80-luvulla rakennetut linjat tuottivat varsin hyvin. Kilpailu etenkin yhdentyneistä Euroopan paperimarkkinoista oli koventunut. Suomen paino- ja kirjoituspapereista vientiin meni yli 90 prosenttia. Eurooppalaisiin kilpailijoihin verrattuna korkeammat logistiikkakustannukset rassasivat tulosta ja raaka-aineiden ja energian hinnat olivat 90-alun taantuman jälkeen kääntyneet kasvuun. Maailman uusin, tehokkain ja pisimmälle automatisoitu paperikonekanta oli kuitenkin merkittävästi alentanut etenkin kiinteäluonteisia yksikkökustannuksia niin, että vielä vuosituhannen vaihteessa tehtaat tekivät kohtuullisia tuloksia. Tilanne seuraavaa, kysyntää leikkaavaa taantumaa ajatellen oli kuitenkin huolestuttava, sillä viimeiset omat ja kilpailijoiden jättikoneet olivat aikaansaaneet ylikapasiteettitilanteen ja eväät kustannusten alentamiseen oli jo pitkälti syöty.

Suomeen oli kolmessa vuosikymmenessä muodostunut vahva metsäklusteri. Valmet oli noussut Voithin kanssa maailman johtavaksi paperikonelinjojen toimittajaksi ja Pöyry niiden suunnittelijaksi. Mekaanisten ja kemiallisten massojen valmistusteknologiassa oltiin myös huippuja. Kotimaista mineraalien ja kemikaalien valmistusta oli syntynyt ja tekninen johtajuus painopaperien valmistajana oli houkutellut ulkomaisia mineraali- ja kemikaalitoimittajia aktiiviseen kehitysyhteistyöhön suomalaisten kanssa. Suomessa oli koulutettu merkittävä osa Euroopan sellu- ja paperi-insinööreistä. Puu-, kuitu- ja paperifysiikan ja -kemian perusosaaminen oli yliopistoissa ja tutkimuslaitoksissa huippuluokkaa. Koetehtaita ja koepainokoneita oli rakennettu tutkimus- ja kehitystyön käyttöön. Jo 60-luvulta peräisin oleva henkilökohtaisten yhteyksien perinne sellun ja paperin tekijöiden, kemistien ja koneinsinöörien kanssa oli ollut vahva ja muodostanut hyvän pohjan tekniselle yhteistyölle yli yritysrajojen.

Tapahtunut kehitys oli runsaan kahden vuosikymmenen aikana vaatinut metsäklusterin kaikilta osapuolilta runsaasti tutkimus- ja kehitystyötä paperien ja parhaiden käytäntöjen käyttöön ottoa koko toimitusketjussa puu- ja muista raaka-aineista paperinvalmistusprosessin ja sen laitteiden kautta painatukseen.

Tuotevalikoiman ja valmistuskonseptien kehitys 1970-2000

1970-luvulla Suomeen rakennettiin 10 uutta paperikonelinjaa ja luotiin valmiuksia 80-luvun suurtuotantolinjojen investointeihin. Vuosikymmenen puolivälissä puhjennut öljykriisi toi mutkia matkaan. Paperin tuotannon kasvu tyssäsi vuoden 1974 lopulla ja käyntiasteet laskivat alle 70 prosentin. Energian ja öljypohjaisten raaka-aineiden hinnat kohosivat. Säästökampanjoita käynnistettiin ja öljyriippuvuutta alettiin pienentää. Tulevaisuuteen tähtääviä pidemmän jänteen hankkeita kuitenkin jatkettiin.

Sulfaattisellun laatu-, ympäristö- ja etenkin energiataloudelliset edut johtivat sen voittokulkuun niin puuvapaissa papereissa kuin puupitoisten paperien lujitekuituna. Puuvarojen riittävyyden turvaamiseksi etsittiin keinoja paperien neliömassojen alentamiseen ja kuitujen korvaamiseen mineraalisilla raaka-aineilla. Yhtyneet kehitti ja otti Kaipolassa käyttöön Jylhä- hierretekniikan ja paransi prosessin energiataloutta lämmön talteenotolla. Tampella kehitti lujempaa mekaanista massaa tuottavan painehiontaprosessin. Myllykoski otti sen suomalaisista ensimmäisenä käyttöön. Lujemmat mekaaniset massat mahdollistivat sanomalehti- ja puhelinluettelopaperien neliömassan alentamisen ja sc-aikakauslehtipaperin täyteainepitoisuuden lisäämisen. Kotimainen talkki valtasi vuosikymmenen loppuun mennessä Suomessa noin 80 prosentin markkinaosuuden paperin täyteaineista. Neliömassojen alentuminen toi mineraalivalikoimaan optisesti talkkia ja kaoliinia tehokkaammat täyteaineet.

Paperikoneiden tehokkuuden parantumiseen vaikutti keskeisesti kuivatusosalle tulleet taskupuhaltimet, joilla saatiin kosteusprofiilit paremmiksi. Pituusleikkurille tullut keskiörullaus mahdollisti suurempiläpimittaisten rullien teon, kun ”satiaisongelma” saatiin paremmin kuriin.

Sanomalehtipaperin painatuksessa alettiin Suomessa kehityksen kärjessä siirtyä kohopainosta offsetiin. Värillisten sivujen määrä sanomalehdissä lisääntyi vähitellen ja coldset offsetpainatuksella saatiin hyppäys painatuksen laatutasossa. Paperilta vaadittiin nyt hieman parempaa sileyttä ja ennen kaikkea pienempää vesiherkkyyttä. Mekaanisen massan hyvä sitoutumiskyky ja huonosti sitoutuvan tikku- ja hienoainesjakeen pieni määrä olivat avaimia vastata haasteeseen.

1960-luvun lopulla alkanut lwc-tuotanto harppasi todelliseen teolliseen mittaan, kun Kirkniemi starttasi lwc-koneensa vuonna 1972 ja Kaukas ensimmäisen koneensa 1975 ja toisen vuonna 1981. Kirkniemen PK 2 oli maailman ensimmäinen tietokoneella varustettu paperikonelinja. Kaukas otti vuonna 1982 ensimmäisenä maailmassa käyttöön Suomessa sovellutukseen kelpaavaksi kehitetyn päällystystalkin. Päällystettyjen offsetpaperien kehittämiseen tuli 70- luvulla Omyan pioneerityöllä uusi pigmenttivaihtoehto: taloudellinen, hienoksi jauhettu kalsiumkarbonaatti.

Lwc- ja sc-paperien pääkäyttöalue oli syväpainossa painettavat aikakauslehdet. Värillisyyden lisääntyminen lehdissä sai kustantajat suosimaan monissa painotuotteissa painettavuudeltaan sc:tä parempaa ja ennen kaikkea molemmilta puoliltaan samanlaista lwc-paperia huolimatta korkeammasta hinnasta. Sc-paperin laatukehitys tehostui. Otettiin käyttöön hienojakoisempia massoja ja täyteaineita. Kiinnostus kaksoisviirateknologiaan kasvoi. Simpeleen kapealla paperikoneella vuonna 1973 käyttöön otetun Valmetin Sym Former- konseptin toimivuutta seurattiin aktiiviseksi. Nämä seikat yhdessä Kaipolassa hierteen ja talkin kanssa tehdyn pioneerityön kanssa olivat ratkaisevassa asemassa, kun Yhtyneet vuonna 1979 teki Niilo Hakkaraisen mielestä yhtiön tärkeimmän päätöksen rakentaa Jämsänkoskelle tuotantotehokas sc-paperikonelinja. Hierteeseen, talkkiin ja Valmetin kaksoisviirateknologiaan perustuvaa uutta konseptia käytiin testaamassa Haindlin Augsburgin Voithin Duoformer- paperikoneella.

Heatset offset- painatustekniikka alkoi vallata alaa 70-luvulla. Offsetpainajat ja -kustantajat halusivat lwc:tä halvempaa paperivaihtoehtoa, kuten sc oli syväpainajille. Kun lwc vei sc-syväpainopaperilta markkinoita, alkoivat monet sc-valmistajat kehittää offsetpainatuksessa paremmin toimivaa sc- lajia. Veden ja tahmeiden painovärien kesto oli kynnyskysymys. Pioneerityötä näissä teki Kirkniemen paperitehdas. ”WSOP” lanseerattiin näyttävästi vuonna 1981. Kaksoisviirapaperikone, laadukas mekaaninen massa ja Wärtsilän superkalantereihin rakennettu taskuhöyrytys olivat konseptin onnistumisen avaimia.

Puuvapaiden paperien valmistusteknologia kehittyi hitaammin. Jämsänkosken vuonna 1974 rakennettu uusi hienopaperikone pääsi vain runsaan 600 m/min nopeuteen. Vedenpoisto tasoviiralla ja perinteinen liimapuristin rajoittivat nopeutta. Suurempiläpimittaisilla teloilla saatiin hieman nopeutta lisää. Nordland Papierin kokemusten rohkaisemina Suomessakin alettiin vakavasti miettiä neutraaliliimaukseen siirtymistä. Käyntiin panevana voimana oli happamalla prosessilla tuotetun paperin huono arkistointikestävyys. Myös mahdollisuus talkkia halvemman liitutäyteaineen käyttöön kannusti muutoksiin. Veitsiluoto toteutti ensimmäisenä muutoksen 1979. Talkki oli edelleen täyteaineena ja pH:n muutos tehtiin bikarbonaatilla. Nordlandin jo silloin käyttämä liitu otettiin Suomessa käyttöön vasta 80- luvulla.

1980-luvulla Valmet toimitti ja ajoi käyntiin useita tuotantoteholtaan maailman huippua olevia kaksoisviirapaperikoneita niin Suomessa kuin ulkomaillakin, ensin hybridiformerikoneita ja vuosikymmenen lopulla kitaformerilla varustettuja. Suomeen rakennettiin 10 uutta paperikonelinjaa. Märkäpuristukseen saatiin lisää vedenpoistotehoa, ajovarmuutta ja myös keinoja hallita paperin pinnan laatua. Nopeuksien kasvaessa graniittiset keskitelat jouduttiin korvaamaan synteettisillä pinnoitteilla varustetuilla. Aluksi ilmenneet radan irrotusongelmat ratkaistiin. Yksiviiraviennit kuivatusosalla edesauttoivat nopeuden nostoa.

Erityisesti hierre, mutta myös hioke ja mekaanisten massojen peroksidivalkaisu kehittyivät ja takasivat myös näillä maailman tehokkaimmilla paperikoneilla palkintopallille sijoittumisen Euroopan huippulaatua vaativilla markkinoilla. Keskuslaboratorion koehiertämö ja tutkijat olivat suurena apuna massojen kehittämisessä. Hierteen jauhatusta ja lajitteluprosessia kyettiin kehittämään niin, että entisellä (tosin varsin korkealla) energian ominaiskulutuksella kyettiin valmistamaan oleellisesti hienompaa ja paremman painojäljen paperille antavaa hierrettä. Uudet selektiiviset rakolajittimet (lankasihdit) olivat tässä avainasemassa. Aikakauslehtipapereissa tarvittavan kotimaisen sulfaattisellun lujittamiskykyä kyettiin parantamaan. Etelä- ja Keski-Suomen mänty- ja kuusikuiduilla päästiin varsin lähelle parhaita kanadalaisia, cedar-puusta tehtyjä markkinamassoja. Hierrepohjaiseen paperiin käytettiin kymmenisen prosenttiyksikköä vähemmän lujitesellua kuin hiokepohjaiseen.

Sanomalehtipaperien valmistuksen kehitykseen vaikutti 80-luvulla voimakkaimmin keräyskuidusta tehdyn siistausmassan tulo korvaamaan neitseellistä kuitua. Yhtyneet rakensi vielä vuosikymmenen puolivälissä Shottoniin ja Straceliin hierrekuituun pohjautuvat sanomalehtipaperikoneet. Vuonna 1989 käynnistyneiden Shottonin kakkoskoneen ja Kaipolan uuden sanomalehtipaperikoneen kuiduista puolet oli siistausmassaa. Tekninen osaaminen omaksuttiin oman t & k -työn kautta lähinnä saksalaisilta. Laadut kehitettiin niin offsetpainatusta kuin kuvaan tullutta fleksopainatusta varten. Standardisanomalehtipaperin neliömassa oli laskenut 45 g/m2:aan. Hierteestä kyettiin helposti valmistamaan jo 40 g/m2 sanomalehtipaperia. Heikkenevä paperin jäykkyys ja lisääntyvä läpipainatusriski rajoittivat siistausmassapohjaisen sanomalehtipaperin neliömassan laskua. Ohuita luettelolajeja kyettiin tekemään hierteestä jopa alle 30 g/m2:na.

Jämsänkosken vuonna 1981 startannut Valmetin kaksoisviirapaperikone kykeni tuottamaan sc-paperia lähes kaksinkertaisella tuotantoteholla perinteiseen konseptiin verrattuna. Kymmenen vuoden aikana tekniikka kehittyi niin, että vuonna 1992 startanneen uuden linjan tuotantoteho oli kolminkertainen 70-luvun teknologiaan verrattuna. Samana ajanjaksona keskimääräinen neliömassa oli laskenut viidellä prosentilla ja paperin painettavuus oleellisesti parantunut lähentyen lwc:n laatua.

Kotimainen mineraalituotanto ja maineikas painopaperituotanto tekivät Suomesta ulkomaisille mineraalien toimittajille houkuttelevan näyttöpaikan omille teknologioilleen ja tuotteilleen. Tuotteiden kehittämiseen saatiin yhä parempia kaoliineja, kalsiumkarbonaatteja ja erikoispigmenttejä. Päällystysreseptien kehittelyssä oli Keskuslaboratorion koepäällystyskone tärkeä työkalu toimittajien koekoneiden ohella. Kaukaan esimerkki houkutteli muitakin syväpaino-lwc:n tekijöitä kotimaisen päällystystalkin käyttöön. Kaoliini säilytti offsetlwc:ssä pääpigmentin aseman vaikka kalsiumkarbonaattia alettiin Omyan aktiivisen kehitystyön ja eurooppalaisten esimerkkien rohkaisemana käyttää niin paljon kuin hapan prosessi sieti. 80-luvun lopulla alkanut vaaleampien päällystettyjen painopaperien kehittäminen ajoivat kalsiumkarbonaattien käytön lisäämiseen. Tästä syystä oli puupitoistenkin paperien valmistuksessa siirryttävä happamasta neutraalille pH-alueelle. Peroksidivalkaistuun mekaaniseen massaan ja runsaaseen kalsiumkarbonaattipigmenttien käyttöön perustuvia lwc:tä vaaleampia kaksoispäällystettyjä mwc- lajeja otettiin usean tehtaan tuotanto-ohjelmiin 80-luvun loppupuolelta lähtien. Ohuiden paperien opasiteettipigmenttien valikoima kasvoi. Amerikkalaiset kaoliinituottajat toivat markkinoille kalsinoidun kaoliinin.

Raisio, Kemira ja ulkomaiset kemikaalien tuottajat kehittivät paperikemikaalejaan paperien tuotekehitykseen ja uusien raaka-aineiden ja kohoavien paperikoneiden nopeuksien myötä kasvaneiden märkäosan kemian ongelmien hallintaan. Näistä johtuva paperikoneiden hyötysuhteiden paraneminen toi oman lisänsä nopeampien ja leveämpien paperikoneiden mukanaan tuomaan tuotantotehon nousuun.

Paperin tekijöiden työkalupakkiin ilmestyi 80-luvulla myös tuotantotehoa edelleen lisäävät on-machine päällystys- ja kalanterointitekniikat; ensin ulkomaisten laitetoimittajien mutta varsin pian myös Wärtsilän ja Valmetin tarjoamina. Lyhytviipymäpäällystin korvasi sivelytelalla varustetun teräpäällystimen kevyimpien lwc- lajien valmistuksessa ja mahdollisti yhdessä softkalanterin kanssa päällystetyn alempikiiltoisen mfc-lajin valmistuksen on machine. Voikkaan paperitehdas teki tässä pioneerityötä. Kaipola alkoi loppuvuonna 1987 valmistaa lwc-offsetpaperia on machine.

1980-luvun lopulta alkaen kaksoisviira tuli myös puuvapaiden painopaperien valmistukseen. Liimapuristimet korvattiin filmipäällystimillä, mikä poisti tämän tuotantonopeuden pullonkaulan. Halpa liitu korvasi talkin suurimmaksi osaksi näiden paperien raaka-aineena. Jopa kolmeen kertaan päällystettyjä puuvapaita painopapereita kehitettiin. Äänekoski teki tässä pioneerityötä.

Mittaus- ja säätötekniikoiden kehitys oli ollut nopeaa ja edesauttoi merkittävästi paperikoneiden tuotantotehokkuuden nostamisessa.

1990-luvulla neitseellisestä kuidusta valmistetun standardisanomalehtipaperin kilpailukyky hiipui siistausmassasta valmistetun valloittaessa markkinat. Siistausmassasta tehdylle paperille voitiin offsetkoneilla painaa halvemmilla painoväreillä ilman tahrimisongelmia ja kehittyneellä siistaustekniikalla kyettiin taloudellisesti poistamaan painoväripilkut ja laatu muutenkin saamaan hyvälle tasolle. Suomen sanomalehtipaperikoneille etsittiin tulevaisuutta erikoissanomalehti- ja luettelopapereista.

Kierrättämisen arvostus nousi vihreiden liikkeiden herättämänä asiakaskunnassa ja metsiä haluttiin säästää. Kierrätetyn kuidun käyttöä alettiin vaatia myös aikakauslehtipapereissa. Suomessa luotiin valmiuksia käyttää ”kosmeettisia” määriä siistausmassaa näissä lajeissa. Korkeasta keräysasteesta huolimatta keräyspaperia ei ollut riittävästi. Keskieurooppalaiset kehittivät siistausmassapitoisen scb-lajin. Neitseelliseen kuituun perustuva suomalainen sc-tuotanto pyrki erottumaan siitä ja lähentymään laadullisesti lwc:tä ja hakemaan lisämarkkinaa myyntiluetteloista. Lwc- ja etenkin mwc-lajien kehitys kulki puolestaan kohti yhä vaaleampia lajeja. Neliömassa-alueen yläpäähän kehitettiin tuotteita kilpailemaan päällystettyjen puuvapaiden painopaperien markkinoista. Veitsiluodon Oulun tehtaalle ja Kuusankoskelle rakennettiin modernit tuotantotehokkaat tehtaat huippulaatuisten päällystettyjen puuvapaiden painopaperien (cwf) valmistamiseksi.

Mekaanisten massojen peroksidivalkaisutekniikkaa hiottiin edelleen ja sillä yhdessä vaaleiden kalsiumkarbonaattien kanssa opittiin valmistamaan puuvapaiden hienopaperien kanssa kilpailevia puupitoisia päällystettyjä lajeja. Kilpailuvalttina oli mekaanisen massan bulkkisuuden ja korkean valonsirontakertoimen mahdollistamat alemmat neliömassat. Kirkniemi kehitti mekaaniseen haapamassaan perustuvan ”hienopaperi”-konseptin.

Koivusulfaattisellu sai eukalyptuksesta kovan kilpailijan päällystämättömien puuvapaiden paperien päämassana. Jopa laivattuna Etelä-Amerikasta se oli koivusellua halvempaa ja sillä saatiin helpommin hyvä formaatio ja opasiteetti paperille. Hyvän optisen tehon pcc alkoi kiinnostaa päällystämättömien puuvapaiden paperien valmistajia ja myös niiden päällystäjiä. SMI rakensi Äänekoskelle on site- laitoksen ja Faxe Kuusankoskelle. Kopiopaperien vaaleusvaatimukset olivat nousseet (järjettömän) korkeiksi. Vaaleiden raaka-aineiden lisäksi oli turvauduttava runsaaseen optisten kirkasteiden käyttöön. Digitaaliset painokoneet alkoivat yleistyä. Tehtaat kehittivät omat tuotepalettinsa näihin sovellutuksiin.

Hienojakoinen kuumahierre valittiin päämassaksi sekä Jämsänkosken vuonna 1992 startanneelle sc-syväpainopaperikoneelle että Rauman vuonna 1997 startanneelle lwc- offsetkoneelle huolimatta korkeasta energian ominaiskulutuksestaan. Molempiin koneisiin tuli kitaformeri. Jämsänkosken sc- linja pystyi 300 000 tonnin ja Rauman lwc- linja 400 000 tonnin vuosituotantoon. Jämsänkosken sc saatiin sisään myös myyntiluetteloihin. Rauman lwc- offsetpaperin laatu asettui standardilaadun yläpäähän ja vanha lwc-linja siirtyi paksumpiin ja vaaleampiin lajeihin.

Luettelolajeihin käytettiin standarditäyteaineen ohella optisesti tehokkaita pigmenttejä. Kalsinoitu kaoliini oli yleisin, mutta on site- laitoksissa valmistetusta saostetusta karbonaatista (pcc) tuli taloudellisempi vaihtoehto. Myllykoski kehitti vaaleudeltaan parannetun sc-luettelopaperin (M Plus) SMI:n teknologiaan perustuen. Karbonaatin liukeneminen happamissa vesissä kyettiin estämään fosforihapolla. Myös UPM kehitti AGA:n kanssa patentoidut menetelmät kalsiumin liukenemisen estämiseksi ja pH:n puskuroimiseksi happamalle tai lievästi neutraalille alueelle.

Monet tehtaat olivat 1990- luvulla kehittämässä Valmetin kanssa filmipäällystystekniikkaa. Siihen perustuen kehitettiin kustannustehokas konsepti valmistaa alle 60 g/m2 lwc-offsetpaperia. Kirkniemi lanseerasi tällaisen lajinimellä fco (film coated offset). Filmipäällystin osoittautui myös erinomaiseksi kaksoispäällystettyjen lajien esipäällystystekniikaksi. Paperia vähän rasittavana voitiin säästää lujitesellua. UPM:llä kehitettiin konsepti valmistaa mfc:tä ja 60 g/m2 lwc-offsetpaperia ilman lujitesellua. Konsepti perustui lujaan hierteeseen, paperin venymän säästöön paperikoneella ja filmipäällystyksen käyttöön. Jet- teräpäällystimet valtasivat alaa paksumpien lwc-, mwc- ja cwf-lajien valmistuksessa. Teräpäällystyksellä tehtiin edelleen myös ohuemmat lwc-syväpainolajit, koska sillä saatiin sileämpi pinta. Softkalanterointitekniikka kehittyi edelleen ja superkalantereihin kehitettiin mahdollisuus nippikohtaiseen kuormituksen säätöön.

Suomesta oli näin tullut johtava aikakauslehti-, luettelo- ja mainospainopaperien tuottaja. Pöyrystä oli tullut omalla alallaan selkeästi maailman ykkönen ja globaaliksi toimijaksi kasvaneesta Valmetista omallaan. Maassa oli myös voimakas mineraali- ja kemikaaliteollisuus, jonka asiantuntemus auttoi myös ulkomaisten mineraalien ja kemikaalien kustannustehokasta käyttöä paperin valmistuskonseptien kehittämisessä.

Tuotevalikoimasta oli tullut kattava ja laadukas ja se tarjosi kustantajille ja painajille kustannustehokkaan painoalustan. Suuret asiakkaat halusivat useamman kuin yhden toimittajan papereilleen. Kilpailtiin hinnalla ja laadulla usean toimittajan kanssa. Näin ollen tuotteet olivat bulkkituotteita eikä erikoistuotteiden kehitykselle jäänyt tilaa. Laatukilpailu johti valitettavan usein ylilyönteihin. Kilpailtiin sellaisillakin laatuominaisuuksilla, joiden hyöty lehdessä, luettelossa tai mainospainotuotteessa oli monesti marginaalinen. Näistä ”parannetuista” ominaisuuksista asiakas oli harvoin valmis maksamaan. Syntyneet lisäkustannukset jäivät paperin valmistajan maksettaviksi. Myös uusien konelinjojen investointiprojektissa valittiin useimmiten tekniset ratkaisut, jotka paperin laadun kannalta olivat mahdollisimman riskittömiä. Ymmärettävämpää oli konelinjan startti ja käyntivarmuus riskien minimointi. Riskien välttäminen johti monen tuotantokustannuksiltaan potentiaalisesti halvemman valmistuskonseptin hylkäämiseen investointiprojekteissa. Tällaisille olisi raaka-aineiden ja energian kallistuessa ollut käyttöä. Jälkeenpäin niihin investointi ei useimmiten ole enää kannattavaa.

4.2. Toisen sukupolven sc-konsepti (Jämsänkoski PK5)

(Heikki Sara, Jouni Huuskonen)

Jämsänkoski PK 5

Jämsänkosken PK 5 starttasi syksyllä 1981. Tämä erittäin suuri paperikone ajoi olemassa olevia sc-koneita noin 50 % suuremmalla nopeudella ja tuotanto oli yli kaksinkertainen. Konseptista tehtiin kustannustehokas sekä paperin tuottajalle että asiakkaalle. Jumborullia kyettiin valmistamaan taloudellisesti. Tuotteella pyrittiin kilpailemaan silloisten parhaiden keskieurooppalaisten sc-paperien kanssa ja edullisella laatu/hinta-suhteella jopa lwc-syväpainopaperin kanssa. Lwc oli kiristänyt syväpainopaperien laatuvaatimuksia. Asiakkaat vaativat hyvän painojäljen tasaisuuden lisäksi korkeaa kiiltoa, pientä paperin toispuoleisuutta ja yhä vähäisempää katkoherkkyyttä painokoneilla. Vaatimuksiin vastaaminen tuotantotehokkaasti edellytti uusien teknisten keinojen käyttöön ottoa. DI Jukka Marttinen, DI Juhani Simola ja TT Heikki Sara olivat avainhenkilöitä konseptin luonnissa.

Puoliltaan mahdollisimman samanlaisen sc-rainan tekeminen suurella nopeudella edellytti kaksoisviiralla varustettua paperikonetta. Olemassa olevat tasoviirakoneet, ja usein vielä eqoutteritelalla varustettuna, tuottivat painettavuudeltaan erinomaisen paperin yläpuolen mutta vähän hienoaineksia sisältävän, painettavuudeltaan heikomman alapuolen. Hyvää laatua pystyttiin tekemään vain nopeudella alle 1000 metriä minuutissa. Valmetin 70- luvulla kehittämä Sym Former- konsepti oli valittu ratkaisu. Suuret nopeudet ja yläviirayksikkö merkitsevät viirojen kulumisen lisääntymistä. Olemassa olevilla tasoviira- sc-koneilla käytettiin laatusyistä fosforipronssiviiroja. Niiden kestoikä oli useimmiten alle viikon. Näin ollen oli Jämsänkosken konseptissa aivan pakko mennä muoviviiroihin. Tässäkin oli teknologia kehittynyt niin, että uudet muoviviirat täyttivät kohtuullisesti asetetut kovat vaatimukset. Viiramarkkeerauksen kurissapitoon piti kuitenkin kiinnittää huomiota.

Paperin hyvän painokoneajettavuuden takaamiseen ratkaisu oli oman yhtiön piirissä kehitetty ja Kaipolassa myös sc- paperiin testattu kuumahierreteknologia. Jylhävaaran Ahti Syrjäsen johdolla oli kehitetty paineistettu hiertämökonsepti, jolla kyettiin valmistamaa lujaa mekaanista massaa entistä taloudellisemmin, kiitos lämmön talteenottokonseptin. Luja hierre mahdollisti myös joko entistä suuremman täyteaineen käytön tai oleellisesti hiokepohjaa alemman selluprosentin sc-paperissa. Kaipolassa oli testattu näitä asioita 70-luvulla.

Yhtyneet Paperitehtaat Oy:llä oli Sotkamossa oma täyteainetta valmistava talkkitehdas. Hienojakoinen talkki kykeni erittäin hyvin kilpailemaan hinnallaan ja myös laadullaan tuontikaoliinin kanssa. Sc-syväpainopaperin painosta täyteainetta oli noin neljännes. Talkkitäyteaine saatiin levymäisemmän raemuodon takia helpommin retentoitumaan paperiin. Levymäisyys toi myös hyvän painatussileyden. Luonnon pehmeimpänä mineraalina se kulutti fosforipronssiviiroja kaoliinia vähemmän. Vesi poistui talkkipaperista helpommin. Talkki kykeni organofiilisenä myös sitomaan paperikoneen vesistä pihkaa, jota hiertäminen tuotti vesiin hiomista enemmän. Yhtiön oma talkki sopi näin erittäin hyvin Jämsänkosken PK 5:n kaksoisviirakoneeseen ja hierteeseen pohjautuvaan konseptiin.

Valmetilla ei tuolloin vielä ollut kaksoisviirakoekonetta. Niinpä vuokrattiin Haindlin Augsburgin tehtaan offsetpaperia valmistava Voithin Duoformer- kaksoisviirakonelinja. Tehtaalle toimitettiin Kaipolassa ylösotettua kuumahierrettä ja Sotkamossa tehtyä talkkitäyteainetta. Sc-konseptia testattiin näin muutamia päiviä. Koeajoja seurasivat DI Jukka Marttinen, DI Juhani Simola ja TT Heikki Sara Jämsänkoskelta, ins. Timo Koskinen Kaipolasta ja DI Jouni Huuskonen Suomen Talkista.

Tehokkuutta ja laadun tasaisuutta haettiin myös automaatiolla ja uusilla kunnossapitoratkaisuilla.

Konelinjalle asetetut tavoitteet saavutettiin hyvin. Kustannustehokkuus oli ylivoimainen ja asiakkaat arvostivat paperin hyvää painokoneajettavuutta ja symmetrisyyttä. Paperin yläpuolen sileys ei vastannut tasoviirakonepaperien yläpuolen erinomaista laatua mutta sai asiakkaiden hyväksymisen. DI Heikki Peltola ja DI Heikki Janhunen et al. olivat viritelleet koneen hyvään iskuun. Asiakaspalveluun satsattiin selvästi aiempaa enemmän.

Laatuvaatimukset kuitenkin kiristyivät 80-luvulla edelleen ja jo viiden vuoden kuluttua PK 5:n startista alettiin kehittää seuraavan sukupolven konseptia. Uusia teknisiä keinoja alkoi myös löytyä.

4.3. Kolmannen sukupolven sc-konsepti (Jämsänkoski PK6)

(Jouni Huuskonen, Heikki Sara)

Jämsänkosken PK 6

Jämsänkosken PK 5:n konsepti oli erinomaisen kustannustehokas ja tilauksia riitti, kun asiakkaat arvostivat etenkin paperin ylivoimaisen hyvää painokoneajettavuutta (vähän katkoja). Painatuslaatu oli tyydyttävä, mutta yhä useammin alkoi tulla huomautuksia paperin yläpuolen painatussileyden puutteesta ja alapuolen liiallisesta värinabsorptiosta. Kilpailijat paransivat vähitellen sc-paperinsa laatua. Myös lwc:n laatua paranneltiin niin, että se huolimatta korkeammasta hinnasta houkutteli yhä enemmän aikakauslehtikustantajia. PK 5:n laadun parantamiseen tähtäävät selvitykset käynnistyivätkin jo startin jälkeen. Runsaan viiden vuoden kuluttua startista (1988) nähtiin teknologisten mahdollisuuksien lisääntyneen niin paljon, että uuden, entistäkin uljaamman sc-konseptin tutkimus- ja kehitysprojekti käynnistettiin hiljaisesti. Vuonna 1991 t & k- projekti liitettiin PK 6:een johtaneeseen investointiprojektiin. Investointiprojektia veti DI Matti Haukijärvi ja t & k- projektia DI Jouni Huuskonen. PK 6 starttasi lokakuun 1992 alussa. Konekoko nousi taas PK 5:een verrattuna tuotantomäärällä mitaten 50 %.

DI Seppo Särelän tutkimuksissa PK5:n paperin rakenteessa havaittiin kaksi painettavuutta heikentävää puutetta. Yläpuolen sileyttä heikensi hienoaineksen puute. Puutetta lisäsivät jäykkien pitkien hierrekuitujen muodostamat ”kuopat”. Kuituhienoaines osoittautui täyteainetta tärkeämmäksi sileyden tekijäksi. Paperin alapuoli oli yläpuoleen verrattuna vähemmän tiivistä. Tämä johtui pääosin siitä, että puristinosa poisti vedestä liian suuren osan ylöspäin. Myös viiramarkkeeraus heikensi painojälkeä. Paperin formaatio oli tyydyttävä.

Enemmän hienoainesta ja taipuisampia pitkiä kuituja sisältävällä hierteellä siis pitäisi saada painettavuudeltaan parempi sc-syväpainopaperi. Tämä hypoteesi osoittautui oikeaksi. Rako-sihtaukseen perustuvat uudet lajittelukytkennät osoittautuivat avainkeinoksi tällaisen hierteen tuottamisessa. Sekä Ahlström että Tampella toivat markkinoille 80-luvun puolivälissä omat lankasihtikonstruktionsa, joka mahdollisti uudet paremmat, ja myös yksinkertaisemmat lajittelusysteemit. Energiaa ei selvästi hienomman hierteen tekemiseen tarvittu aiempaa enempää. Kehitystyön priimus moottori Yhtyneillä oli DI Taisto Tienvieri.

Hierteen hienoainesjaetta ei kuitenkaan saada hiokkeen tasolle näillä uusillakaan tekniikoilla. Paperin lujittamiseen tarvittava selluannostus on hierteellä kuitenkin niin paljon alempi, että paperissa päästään hyvin samanlaiseen hienoainesmäärään. Hierteen parempaa lujuutta ei kannata hyväksikäyttää myös hienoaineena toimivan täyteaineen osuuden nostamiseen.

Hienojakeet ”riittävät” paremmin antamaan hyvät painatusominaisuudet, jos ne saadaan paperin pintaosiin. Valmetin kanssa 80- luvun lopulla tehty yhteistyö johti tässä suhteessa upeaan tulokseen, Speedformer HS-SC kitaformeriin. DI Pekka Aho, DI Ulla Forsström ja teknikko Arto Hangaslammi olivat kehitystyössä Yhtyneitten avainhenkilöitä. Formeri kykeni nostamaan hienoainekset paperin pintaan ja samalla lailla paperin molemmin puolin. Syntyi joidenkin keksimä termi ”internally coated paper”. Kun märkäpuristus ja superkalanterointi tehdään symmetrisesti, tuloksena on ”lähes lwc:n veroinen syväpainopaperi”. Lwc pitää kuitenkin syväpainovärin hieman paremmin pinnalla antaen paremman tummien sävyjen tasaisuuden ja painojäljen kiillon. Konsepti on erittäin tuotantotehokas ja sen laatupotentiaali on suuri. Sillä kyettiin valtaamaan lwc:ltä myyntiluettelomarkkinaa. Kone on pitänyt kahdesti hallussaan sc-koneiden nopeuden maailman ennätystä (ylitti esim. nopeuden maili minuutissa ensimmäisenä maailmassa). Konseptilla voi tehdä myös ”normaalilaatuista” sc-syväpainopaperia kustannustehokkaasti. Mainittakoon, että teknisten uutuuksien ohella tehokkuuden ja laadun tasaisuuden parantumiseen vaikutti oleellisesti uuden muotoinen tiimityö tuotannossa, jolla parannettiin tiedonkulkua ja osaamista.

4.4. WSOP-paperi

(Peter Sarelin, Heikki Pakarinen)

'WSOP, Heat Set Web Offset painatukseen kehitetty SC-paperi'

WSOP, ensimmäinen HSWO-painatukseen tarkoitettu SC-paperilaji, on esimerkki uutuustuotteesta, joka todella valloitti uuden loppukäyttöalueen. HSWO-painomenetelmässä oli perinteisesti käytetty yksinomaan LWC-paperia ja SC-paperi yksinomaan syväpainossa.

Jo 70-luvulla aikana SC tehtaat toimittivat satunnaisesti koe-eriä HSWO painatukseen, mutta pääongelmaksi tuli useinmiten liiallinen piling; kuitukertymät kumikankaille, joitten vähänväliä toistuvat pesut häiritsivät tuotantoa.

Impulssi SC-offsetlajin kehittämiseksi tuli Englannista -70 luvun lopulla, kun suuret TV-lehdet (TV-Times ja Radio-Times) halusivat jakaa monimiljoonaisten julkaisujensa painatuksen useisiin maakunnallisiin HSWO-painoihin pois lontoolaisista suurista syväpainolaitoksista. Syyksi mainittiin offset-menetelmän joustavuus, kun painettiin paikallisia ohjelma- ym. osioita. Samalla he halusivat LWC:tä halvempaa vaihtoehtoa, koska SC:n ja LWC:n hintaero oli silloin huomattava ja lehdet tehtiin syväpainossa nimenomaan SC:lle.

Vuosina 1979-80 järjestettiin HSWO-painoissa kokeita, joissa painovärit ja muut olosuhteet oli modifioitu mahdollisimman sopiviksi SC:lle. Ensimmäiset Kirkniemen WSOP:n versiot olivat kokeissa mukana. Painojälki oli hyväksyttävä ja kun päästiin kumikankailla jo lähes 100'000 kopion pesuväleihin, niin kustantajat tekivät päätöksen siirtää TV-lehtensä syväpainosta HSWO:hon. Siitä alkoi vuoden, parin positiivinen painatustekniikan kehityskierre SC-offetin sopeuttamiseksi HSWO-mentelmään. Paperin lisäksi värit ja ennen kaikkea niille optimoitu kuvanvalmistus (rasteritiheys, alivärinpoisto ja sävyntoistokäyrä) olivat ratkaisevia nopeaan kehitykseen. Tieto näistä modifikaatioista levisi alalla ja sitä myös levitettiin Finnpapin kautta aktiivisesti. Kirkniemi päätti investoida WSOP:n valmistustekniikkaan ja uusittu PK 1 siirtyi 1984 valmistamaan yksinomaan WSOP:tä.


WSOP-paperin valmistustekniikka

Avaintekijänä paperin offset ominaisuuksien luomiselle oli paperin pinnan lujuuden parantaminen ja pinnan vedenkeston parantaminen. Vedenkeston luomiseen ei auttanut hydrofobiset lisäaineet vaan avaintekijöinä olivat massan ja paperin valmistusprosessin optimointi.

Kulmakiviä päällystämättömän paperin offsetpainatusominaisuuksien parantamiseen olivat:

  • sitoutumiskykyinen mekaanisen massa sekä mahdollisimman vähän heikosti fibrilloituja kuituja (tikkuja)
  • hallittu hieno- ja täyteaineen jakautuminen paperin z-suunnassa.
  • superkalanterointiprosessin optimointi.

Kirkniemen tuotantoa uudistettiin vastaamaan WSOP paperin valmistuksen vaatimuksia. 1981 uudistettiin PK1 tasoviirakone asentamalla uusi kaksoisviira- ja puristinosa. Kaksoisviira edesauttoi lisäämään paperin rakenteen symmetrisyyttä. Tuotantolinjalle asennettiin myös kolmas superkalanteri.

Paperin täyteainemäärän ja kiiltotason nostaminen paransi neliväripainatuksen laatua ja kiiltoa. Myöhemmin superkalanteroinnin taskuhöyrytyksen käyttöönotto mahdollisti paperin kiiltotason nostoa ja täten painetun kiillon parantamista ja pölyämisherkkyyden laskemista.

Laadunhallinnalla puuttui työkaluja paperin offset painatusominaisuuksien seurantaan. Uutena työkaluna kehitettiin WSOP:n testaukseen pölypainatusta Heidelberg arkkipainokoneella.

Kehitystiimit

Avainhenkilöitä WSOP paperilaadun kehityksessä ja valmistusprosessin ja laaduntarkkailun kehityksessä olivat mm:

Kehitys- ja laboratorio - Kehitysjohtaja ja myöhemmin tehtaanjohtaja Per-Eric Pått - Kehitysjohtaja Heikki Pakarinen - Yhteistyö Finnpapiin, painolaitoksiin ja värivalmistajiin - Laboratoriopäällikkö Göran Lindholm, laboratoriomestari Timo Vuori

Mekaanisen massan kehitys - Käyttöpäällikkö Pekka Aho, käyttöinsinöörit Heikki Nisu ja Isto Nikamaa

Paperikone tiimi - Tuotantopäällikkö Karl-Ove Gottberg, käyttöinsinöörit Peter Sarelin ja Erkki Torpström

4.5. FCO (Kirkniemi Galerie Lite)

(Jouni Huuskonen15.11.2010)

Lähteet: Jyrki Kettunen: ”Kuuseen kurkottajat”, M- Realin ja Sappin esitteet ja keskustelut Stina Nygårdin kanssa.

Kirkniemi lanseerasi vuonna 1994 markkinoille kevyen (36–54 g/m2) filmipäällystetyn, kiiltävän aikakauslehtipaperin. Se sai lajinimen fco (film coated offset) ja tuotenimen Galerie Lite. Konsepti pohjautui Valmetin ja suomalaisten paperitehtaiden yhteistyössä viimeistelemään Symsizer- filmipäällystintekniikaan. Rauno Rantanen oli Valmetin avainhenkilö tekniikan kehitystyössä. Läpimurto pigmenttipäällystykseen on machine tapahtui, kun pastafilmin aplikointiin kehitettiin suuriläpimittainen sileä sauva. Filmipäällystin rasittaa paperia teräpäällystintä vähemmän ja mahdollistaa näin paperin opasiteettia ja painettavuutta parantavat muutokset massaseoksessa (vähemmän lujitesellua ja/tai enemmän täyteainetta). Konsepti antaa kustannustehokasta laatua laajalevikkisiin painotuotteisiin. Runsaalla täyteaineen käytöllä pohjapaperissa päästään hyvin lähelle teräpäällystetyn lwc- offsetpaperin laatua.

4.6. Galerie Fine (Kirkniemi)

Lähteet: Jyrki Kettunen: ”Kuuseen kurkottajat”, M- Realin ja Sappin esitteet ja keskustelut Stina Nygårdin kanssa.

Kirkniemi lanseerasi vuonna 1996 markkinoille innovatiivisen, uudenlaiseen mekaaniseen massaan perustuvan päällystetyn 65–115 g/m2 hienopaperin vaativimpiin käyttökohteisiin (esim. sisustus- ja lifestyle- lehdet). Tuote sai kauppanimen Galerie Fine. Ainutlaatuisen hyvä optisten ominaisuuksien, sileyden ja painetun pinnan kiillon yhdistelmä kyettiin saavuttamaan entistä alemmalla neliömassalla. Konseptin perustana olivat asiakkaan tarpeiden mukaan räätälöity paperimassa ja ainutlaatuinen päällysterakenne. Konseptille saatiin patenttisuoja. Avainhenkilöitä tuotteen ja tuotekonseptin kehitystyössä olivat Henrik Damen; Markku Leskelä ja Stina Nygård. Teknillisestä korkeakoulusta merkittävästi mukana olivat Hannu Paulapuro ja Pirkko Oittinen. KCL:n Kalle Niskasen kehittämää PAKKA- mallia sovellettiin menestyksellisesti. Runsas satsaus henkilökunnan valintaan ja koulutukseen sekä markkinoiden ja tuotannon onnistunut tahdistus olivat tuote- ja prosessikehityksen ohella tärkeitä menestystekijöitä hankkeessa.

 

 

 

 

4.7. Kevytpainopaperi (Kaipola)

Yhtyneet Paperitehtaat Oy:n henkilöstölehti ”Työn äärestä” julkaisi vuoden 1975 5. numerossaan artikkelin Kaipolan paperitehtaalla tehdystä kehitystyöstä, josta englantilainen ”The Times” oli kirjoittanut vähän aiemmin seuraavaa: ”Yhtyneet Paperitehtaat Oy on vakiinnuttanut asemansa maailman johtavana kevytpainopapereiden valmistajana”. Kyseessä oli ns. raamattupaperia selvästi halvempi lentopostipainoksiin tarkoitettu 40- 45 g/m2 puupitoinen, ilman lujitesellua valmistettu paperi. Maailman suurista lehdistä Daily Telegraph oli ensimmäinen, joka ryhtyi käyttämään 45- grammaista paperia myös normaalipainoksessaan. Normaali sanomalehtipaperi oli tuolloin 52-grammaista.

Tehtaan johtaja Per-Erik (Putte) Ohlsin kertoman mukaan kehitystyö alkoi vuonna 1971 yhteistyössä ranskalaisen ”Le Figaro”- lehden kanssa. Paperitehtaalla kevytpainopaperin kehittämisen avainhenkilöitä olivat DI Jussi Kokko ja DI Sakari Isokääntä. Vuonna 1975 kevytpainopaperien osuus Kaipolan tehtaan koko tuotannosta nousi 60 prosenttiin. Näyte-eriä oli jo silloin valmistettu jopa 33-grammaisina. Lehtitalojen ohella myös luettelojen valmistajat alkoivat siirtyä yhä keveyempiin neliömassoihin (etenkin puhelinluettelot).

Mikä sitten teki mahdolliseksi tuollaiset kehitysaskeleet? Avainteknologia oli Jylhävaaran konepajan Kaipolan koelaitoksessaan kehittämä kuumahierre tai lämpöhierre, joksi sitä tuolloin nimitettiin. Tästä on erillinen kertomus toisaalla näillä sivuilla. Lämpöhierteen valmistuksessa hake esilämmitettään ennen jauhatusta. Vuonna 1969 valmistunut Kaipolan ”kylmähiertämö” muutettiin 1974-75 lämpöhiertämöksi. Sillä saadaan tuotetuksi pitkäkuituisempaa, huomattavasti hioketta lujempaa mekaanista massaa. Tämä teki mahdolliseksi neliömassan alentamisen ilman lujitesellua. Näin painopaperille tärkeä opasiteetti (läpinäkymättömyys) säilyy riittävän hyvänä. Paperin jäykkyyden kannalta tärkeä paperin paksuus myös säilyy paremmin selluttomalla hierrepaperilla. Sellun käytön vähenemisen ja paperin kevenemisen vuoksi samasta puumäärästä voidaan valmistaa jopa neljännes enemmän paperia kuin aiemmin. ”Kuitua ei ole varaa tuhlata tarpeettomasti, kun sitä kerran voidaan säästää”, sanoi johtaja Ohls haastattelussa.

Putte Ohlsin mukaan neliömassan alentaminen ei olisi ollut mahdollista ilman prosessitietokonetta. Sen soveltaminen paperikoneen ohjaukseen kuului vuosisadan merkkitapauksiin paperin valmistuksen tekniikassa. Sen avulla voitiin pienentää neliömassan (ja myös paperin kosteuden) vaihtelua. Tämä on sitä tärkeämpää mitä kevyempää paperia valmistetaan.

Kaipolan sanomalehtipaperitehtaalle oli myös jo 60- luvulla, Juuso Waldenin aikana, hankittu pehmeänippinen superkalanteri. Pintakäsittelemällä kevytpainopaperit tällä saatiin paperilta vaadittava sileys syntymään pienemmällä paperin litistämisellä. Jäykkyys säilyi paremmin ja painojälki oli tasaisempi tällaisella kalanterilla viimeistellylle paperille. Tässä tekniikalla oli myös oma osuutensa Kaipolan kevytpainopaperin menestykselle asiakaskunnassa.

Neliömassan alentamisena konkretisoituva ”hehtaariajattelu” paransi merkittävästi Kaipolan kilpailuasemaa vaikeina 70- luvun jälkipuoliskon lama- ja taantumavuosina. Kehityksen tekivät mahdolliseksi rohkeat teknologiavalinnat ja niihin tehtaalla liittyvä tekninen pioneerityö sekä sinnikäs ja luovia menetemiä käyttänyt, asiakkaiden (painotalojen ja kustantajien) kanssa kiinteässä yhteistyössä tapahtunut tuotteen kehittäminen.

4.8. Uusi MFC paperi Kymtech, Voikkaa PM 11

(Markku Johansson, Jaakko Palsanen 4.3.2009)

Vuonna 1961 lähti Voikkaalla käyntiin siihen asti suurin Suomessa rakennettu, Valmet Oy:n Rautpohjan tehtaan toimittama sanomalehtikone PK11. Tämä oli samalla suurin Kymin Osakeyhtiön paperikoneista. Koneen ns. puhtaaksi leikattu leveys oli 535 cm (210”), nopeus 800 m/min ja tuotantokapasiteetti 80.000 t/v.

Kun PK 11 vuonna 1978 oli saavuttanut yli miljoonan tonnin tuotantomäärän, koki se perusteellisen modernisoinnin. Jopa niin täydellisen, että sanottiin ”vanhaa jääneen ainoastaan kuivaussylinterit tukirakenteineen”. Kone sai näet uuden perälaatikon, SymFormer-kaksoisviiraosan, Sympress II-puristinosan, tyristoriohjatun sähkökäytön, prosessin ohjaukseen Damatic-tietokonejärjestelmän sekä Accuray 1180 ’on line’ -mittalaitteet ym. Kuivausosalle saatiin kokonaan suljettu kaapu ja lämmöntalteenotto. Uusinnan yhteydessä koneen pituus lyheni 26 metriä, leveys kasvoi 540cm:ksi ja nopeus nousi arvoon 1000 m/min. PK 11:n uusi tuotantokapasitetti oli juhlalliset 100.000 t/v.

Voikkaan tehdas oli tietoisesti kehittänyt tuotteitaan standardi sanomalehtipaperista laadukkaampiin tuotteisiin. Kymi oli ollut Suomessa uranuurtaja hiokkeen valkaisun kehittäjänä. Kun lisäksi oli tiedostettu offset-painomenetelmän voimakas kasvu, syntyi PK16/PK17-linjalle offset-kelpoiset Kym Press -laadut. Voikkaan tehtaan toisena tuoteryhmänä olivat PK12:n ja PK15:n kiiltävät S/C-aikakauslehtipaperit.

Kymintehtaan puolella oli jo vuoden 1969 lopulla käynnistynyt pigmenttipäällystykseen PK4:n ja PK6:n pohjapaperia jalostava teräpäällystyskone, Coater 1. Amerikassa puolestaan Consolidated Papers oli 1980-luvun alussa kehittänyt SDTA (Short Dwell Time Application) päällystystekniikan, joka tarjosi määrättyjä ajettavuusetuja aikaisempaan verrattuna.

Paperimarkkinoilla kilpailun kovennuttua elo-syyskuussa 1984 aika oli kypsä hyödyntää Kymin puolella syntynyttä osaamista ja ottaa Voikkaan tehtaalla rohkea ja innovatiivinen askel, jonka yhtiön hallitus siunasi kokouksessaan 13.12.84 myöntäessään tarvittavat varat, 210 milj.mk.

PK11:n uudeksi tuotteeksi valittiin MFC (Machine Finished Coated) paperi, joka on matta- tai himmeäpintaista LWC-paperia. Uudet tekniikat mahdollistivat uudentyyppisen valmistuskonseptin, joka samalla mahdollisti uusia lopputuotteen ominaisuuksia. Voikkaan VOC-perheeseen (Voikkaa Offset Concept) liitetty Kym Tech tuote yhdisti rohkeasti näitä uusia tekniikoita menestyksellä ja samalla luotiin uusi laatustandardi tälle paperilajille. Tuotanto perustui on-machine tekniikkaan eli kaikki prosessivaiheet tapahtuivat samalla koneella.

Uudistus tuli sisältämään seuraavat muutokset: hiomon lajittelun uusimisen, rejektin käsittelyn, hiokkeen valkaisukapasiteetin lisäämisen, hylky- ja vesisysteemin uudistamisen, kuivausosan muutokset, pintakäsittelylaitteet ja pastakeittiön, instrumentoinnit ja prosessitietokonejärjestelmän, uuden SymFlo-perälaatikon, uudet kalanterit ja uuden pituusleikkurin.

Jo syksyllä 1984 oli aloitettu tutkimusosaston toimesta runsaat laboratorio- ja pilot-mittakaavaiset koeajot niin laite- kuin raaka-ainetoimittajienkin koelaitoksilla. Näiden pohjalta tehtiin lopulliset valinnat. Uusinnan päätoimittaja oli Valmet Oy, mutta päällystysyksiköt toimitti J.M.Voith AG. Näistä oli hyvät kokemukset Kaukaalta.

On line -mattakalanterien toimittajana oli näkyvimpänä esillä ollut Küsters, mutta projektin johdon korviin oli kantautunut vakavia huolia mm Beghinin tehtailta. Riskin tiedostaen mattakalanterit päätettiin hieman uhkarohkeastikin tilata kotimaiselta Valmetilta, ja Nokia Savion tehdas (jonka omistus oli juuri siirtymässä Valmetille tai Stowe Woodwardille) sai kiireellisen telapinnoitteiden kehtystehtävän. Ensimmäinen mattakalanterinippi rakennettiin KCL:n superkalanterin yhteyteen ja syksyllä 1985 valmistui Rautpohjan koelaitokseen erillinen pilot-yksikkö. Ensimmäiset Plastech-nimeä kantaneet pinnoitteet antoivat koeajokokemuksien kautta oikean suunnan ja tavoitteet saavutettiin edelleen kehitetyillä Polymat-teloilla. On-machine -kalanterin ajaminen vaati paljon kehittämistä, jotta sileää paperia valmistettaessa synteettiset telat eivät kuumenisi liikaa ja että päällysteviat ja katkot eivät vahingoittaisi teloja.

Uuden KymTech-laadun valmistus aloitettiin 12.3.1986 klo 13:30, kun PK 11:n päällystysyksiköt otettiin käyttöön.

Kymtech sai pian seuraajia Suomessa Anjalan ja Kotkan tehtailta. Jämsänkoski teki vastaavaa laatua hieman eri tekniikalla. Myöhemmin on-machine tekniikan kehittyessä tuotanto alkoi siirtyä yhä suuremmille ja tehokkaammille koneille Keski-Eurooppaan.

Uusi KymTech-valmistuskonsepti onnistui teknisesti ja laadullisesti erinomaisesti. Sen sijaan kaupallisesti uuden tuotteen lanseerauksessa Kymin ja Kaukaan fuusion yhteydessä muodostetulla aikakauslehtipaperiryhmällä oli ongelmia. Tuotteen, jonka nimi oli vaihdettu Saimatech’ksi, positiointi lisäarvoa tuottavaksi erikoistuotteeksi osoittautui vaikeaksi.

Vaativa KymTech projekti toteutettiin Kymin johdolla ja projektiin osallistuivat mm. Lennart Gräsbeck, Pekka Holm, Pertti Asunmaa ja Teuvo Honkanen. Tuotekehitystiimiä veti Markku Johansson.

Teksti pohjautuu osittain Markku Johanssonin ja Pauli Paasosen teksteihin heidän kirjassaan ”Lumppupaperista hienopaperiin”

4.9. Vaalea sc- paperi (Myllykoski My Plus)

Lähteet: Keskustelut Erkki Peltosen kanssa, Pentti Salinin esitelmä ”Päättäjien 16. Metsäakatemiassa Kirkkonummella 6.10.2003 ja Kymenlaaksossa 15.–17.10.2003

Myllykoski lanseerasi painopaperimarkkinoille vuonna 1996 vaaleudeltaan parannetun sc- syväpainopaperin. Tuote sai kauppanimen My Plus. Se oli tarkoitettu erityisesti myyntiluetteloihin tarjoamaan lwc:tä halvemman mutta painatuslaadultaan sitä lähellä olevan vaihtoehdon. Tavanomaista vaaleampia sc- lajeja valmistettiin asiakkaiden (erityisesti IKEAn) toiveista myöskin muualla mutta vaaleuden nosto oli kallista muun muassa kalliiden erikoispigmenttien käytön vuoksi. Vaaleita, hinnaltaan selvästi halvempia kalsiumkarbonaatteja, erityisesti saostettua lajia (pcc) käytettiin yleisesti hienopapereissa mutta ei vielä puupitoisissa paperilajeissa. Syynä oli kalsiumkarbonaatin liukeneminen happamissa vesissä ja alkalisen prosessin pH:n aiheuttama mekaanisen massan tummeneminen. Specialty Mineralsilla (SMI) oli patentoitu menetelmä estää pcc:n liukeneminen lievästi happamassa paperin valmistusprosessissa. Tämä mahdollisti sc- paperin vaaleuden merkittävän noston kustannustehokkaasti. Myllykosken kanssa tehdyn kehitystyön tuloksena SMI rakensi pcc- laitoksen Myllykoskelle. Peroksidivalkaisua edelleen tehostamalla ja pcc:tä täyteaineena käyttämällä Myllykoski pääsi jopa kymmenkunta prosenttiyksikköä korkeampaan paperin vaaleuteen hyvällä opasiteettitasolla. Monien paperintekijöiden yllätykseksi paperin syväpainettavuus säilyi hyvällä tasolla.

Fosforihapon käyttöön perustuva SMI:n menetelmä estää karbonaatin liukeneminen korvattiin myöhemmin taloudellisemmalla AGAn ja UPM:n yhteistyönä kehittämällä CO2:n käyttöön

4.10. Release-paperista Tervasaaren kantava voima

(9.4.2009 Kaj Koskinen)

Tervasaaren tehdas oli 1970-luvun alkuvuosiin asti kannattava eri voimapaperilaatuja tuottava paperi- ja sellutehdasintegraatti. 70-luvun öljykriisi muutti kuitenkin nopeasti tilanteen huonompaan suuntaan. Tehtaalla jouduttiin voimakkaisiin saneeraustoimenpiteisiin.

Tehtaan tuotantorakenne oli monimutkainen ja tuotteita oli paljon. Oli aika luoda uusi strategia Tervasaareen. Tällöin tehdasta johti Pekka Laine ja kehityksestä vastasi Reino Halmevaara, josta myöhemmin tuli Pekka Laineen seuraaja tehtaanjohtajana. Tällöin 70-ja 80-luvun taitteen aikoihin tehtaan päätuotteiksi valikoituivat kirjekuori-, release- ja säkkipaperi. Tehtaan rakennetta virtaviivaistettiin myöskin voimakkaasti em. lähtökohdista. Release-paperin tuotanto keskitettiin PK 5:lle. Release-paperistrategia perustui lähinnä kahteen tekijään: PK 5:n leveys oli sopiva ko. tuotteelle ja tehtaalla oli tuotteeseen sopivaa integroitua SAP- massaa.

Release-paperin keskeisiä tuoteominaisuuksia ovat hyvä silikonoitavuus, hyvä stanssattavuus ja moitteeton etiketöintikäyttäytyminen. Paperiteknisesti tämä tarkoittaa tiivistä paperin pintaa, joka aikaansaadaan pitkälle jauhetulla massalla, pintaliimauksella ja kovalla superkalanteroinnilla. Kalanterointia varten paperi on voimakkaasti kostutettava.

Release-paperin tekeminen oli aluksi paljolti opettelua. Laitekanta oli tuotteelle epäsopiva ja tuotantoreseptejä haettiin jatkuvasti. Uuden tuotteen valmistaminen edellytti aivan uuden, vaativan tuotantokulttuurin omaksumista. Tämä taas vaati koko osaston väeltä kärsivällisyyttä ja periksi antamatonta asennetta.

80-luvun alussa PK 5:n osastojohtajaksi tuli Seppo Valtanen ja release-paperin tuotannon kehittäminen sai entistä enemmän vauhtia. Laitteita kehitettiin pieninvestoinneilla ja 80-luvun puolivälissä hankittiin uusi superkalanteri Kleinewefersiltä. Samalla tehtiin muitakin parannuksia tuotantolinjaan. Tämän jälkeen release-paperin tuotanto pääsi todella vauhtiin ja muista tuotteista voitiin suurelta osin luopua ja keskityttiin vain yhteen päätuotteeseen.

90-luvun alussa tuotanto ja kannattavuus paranivat jatkuvasti ja -93 ja -94 tehtiin kaksi mittavaa koneuusintaa peräkkäin kapasiteetin nostamiseksi. Jo tällöin oli selvästi nähtävissä, että PK 5:n kapasiteetti ei tulisi riittämään kasvavilla markkinoilla ja niinpä alettiin valmistella kokonaan uuden konelinjan rakentamista. Tämä kehitys huipentui sitten PK 8: n rakentamiseen. Koneen dimensiot olivat aivan uudessa luokassaan: leveys 1,5 – kertainen, nopeus 2-kertainen ja tuotanto 3-kertainen verrattuna PK5:n vastaaviin lukuihin. Tämä asetti koneenrakentajille kovat vaatimukset. Uutta teknologiaa sovellettiin mm. pintaliimauksessa, märän radan rullauksessa ja kalanteroinnissa. Esim. kalanterin telojen rakenteen hallinta kyseisellä leveys/viivapaineyhdistelmällä oli laiteteknisesti haastava. Laiteratkaisut osoittautuivat kuitenkin onnistuneiksi. Varsinainen laadun tekeminen jäi kuitenkin tuotantohenkilöitten harteille. Tässäkin suhteessa edettiin nopeasti ja PK 8 osoittautui erittäin tehokkaaksi tuotantoyksiköksi. Uusi kone käynnistyi 2.7.1996. PK 5:n pioneerityö oli kantanut hedelmää.

4.11. Korkeahuokoinen säkkipaperi (Tervasaari)

(6.4.2009 Mauri Arola)

 

Tausta ja lähtötilanne

Säkkipaperin on perinteisesti käytetty pulverimaisten materiaalien pakkaamiseen venttiilisäkeissä. Venttiilisäkki on 2-3-kerroksinen umpinainen säkkirakenne, jossa on täyttämistä varten toisessa päässä aukko varustettuna itsesulkeutuvalla venttiilillä. Venttiilisäkki täytetään pneumaattisesti syöttämällä jauhemainen pakattava materiaali paineilman avulla säkkiin. Ilma poistuu säkistä huokoisen säkin seinämän kautta ja pulverimainen materiaali jää säkkiin. Toiminta on hyvin samansorttinen kuin pölyimurissa.


 

 

 

 

 

 

 

Kuva 1. Säkin täyttyminen pneumaattisessa täyttökoneessa.

Säkkipaperia on perinteisesti pidetty hyvin huokoisena materiaalina. Kuitenkin ajan myötä säkitysnopeuden kasvaessa paperin huokoisuus ei ole ollut enää riittävä, jotta säkitystapahtuma toimisi häiriöttä. Vaarana nimittäin on, että täytettäessä paineen noustessa säkin sisällä säkki särkyy ja materiaali leviää työympäristöön. Tämän vuoksi säkintekijät alkoivat perforoida eli rei’ittää säkin yläosaa, jotta paine ei nousisi vaarallisen suureksi ja aiheuttaisi säkin särkymistä. Perforoinnissa on se epämukava piirre, että ilman mukana rei’istä purkautuu myös pakattavaa jauhetta työympäristöön.

 

 

 

 

 

 

 

 

Kuva 2. Säkin perforointi.

Säkkipaperin huokoisuus ei siis ollut lainkaan sillä tasolla kuin säkin täyttämisprosessin kannalta olisi ollut syytä olettaa. UPM:n Tervasaaren tehtaalla asiaa pohdittiin, ja kun löytyi innostuneita asiakaita tekemään koeajoja, aloitettiin koeajot paperin huokoisuuden nostamiseksi säkkipaperissa.

Korkealaatuisen säkkipaperin valmistuksessa käytetään suursakeusjauhatusta (> 30 %) ja matalasakeusjauhatusta. Edellinen vaikuttaa venymään ja jälkimäinen vetolujuuteen samalla kuitenkin tiivistäen paperia. Pian selvisi, että pelkästään matalasakeus jauhatusta vähentämällä ei päästä kovin suureen huokoisuuden lisäämiseen.

Koska kyseessä oli pitkälle integroitu sellu/paperikombinaatti, yhteistyö puunkäsittelyn ja sellutehtaan kanssa oli kiinteä ja hedelmällistä. Valmistettavan pitkäkuitusellun ainoa käyttäjä oli säkkipaperikone ja sen toiveet hakkeen käsittelyssä kuten myös sellun keitossa voitiin ottaa huomioon. Varsin pian huomattiin hakelaadun selvä vaikutus paperin lujuuteen ja huokoisuuteen. Parasta paperia saatiin sahoilta tulevasta hakkeesta, koska siinä oli paras kuitupituus pintapuun vuoksi. Hakkeen paksuuslajittelu ja hienoaineen erottelu keittoon menevästä jakeesta paransivat selvästi massan paperiteknisiä ominaisuuksia.

Selvitettäessä apukemikaalien vaikutusta lujuuteen ja huokoisuuteen havaittiin varsin pian lyhyessä kierrossa kiertävän hienoaineen ratkaiseva merkitys paperin huokoisuudelle. Lähtökohta oli minimoida paperikoneen massasysteemin hienoaineen määrä, sillä se oli ratkaiseva tekijä, joka tiivisti paperia.

Koeajojen alussa jätettiin massaseoksesta hylkyjae pois kokonaan ja sen avulla huokoisuutta voitiin lisätä tuntuvasti. Huokoisuus voitiin nostaa tasolta 25 s/100 ml tasolle 5 s/100 ml. Tätä menettelyä ei kuitenkaan voitu jatkaa pysyvässä tuotannossa säiliötilojen riittämättömyyden vuoksi. Pysyväksi ratkaisuksi löydettiin sitten retentioaineiden käyttö. 80-luvulla retentioaineiden käyttö täyteaineettomien sellupapereiden valmistuksessa oli tuntematon asia. Retentioaine oli lopullinen salainen ase, jolla korkeahuokoisen säkkipaperin voittokulku mahdollistui.


Kuva 3. Huokoisuuden vaikutus säkin seinämän läpi kulkevan ilman määrään.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kuva 4. Säkin seinämän läpi poistuvan ilmamäärän vaikutus säkin paineeseen.

Korkeahuokoisen paperin ensimmäinen käyttäjä oli Suomen Talkki, joka käytti sitä hienojakoisen mikrotalkin pakkaamiseen. Markkinointia hieman hidasti se, että olimme ainoa tämän huokoisuustason paperia valmistava tehdas. Keski-Euroopan asiakkaat vieroksuivat jäädä yhden ainoan toimittajan varaan. Kun sitten ruotsalaiset kilpailijat pääsivät vuosien kuluessa samoin huokoisuustasoihin, myynti helpottui.

Myöhemmin sementtiteollisuus nopeasti omaksui korkeahuokoisen paperin edut säkityksessä. 2000-luvulla sen osuus paperikoneen vuosituotannosta oli jopa yli 50 % ja siitä tuli sementin säkkipakkaamisen standardiratkaisu globaalisti.

4.12. Nestepakkauskartonki

(Matti Salste)

Kuitupohjaisia nestepakkauksia tiedetään kehitetyn jo 1800-luvun puolella, mutta vasta 1930-luvulla niistä tuli kaupallisia muotoja. Sota keskeytti hyvin alkaneen kehityksen Euroopassa, mutta heti sodan jälkeen se jatkui nopeasti. Suomeen ensimmäiset kartonkimaitopakkaukset tulivat 50-luvun alussa. Nykyisin alalla käytetyt teknologiat perustuvat 50- ja 60-luvulla käyttöönotettuihin materiaalinvalmistus-, pakkauksenvalmistus- ja pakkausteknologioihin.

Nestepakkauskartonki voidaan määritellä kartonkilaaduksi, josta valmistetaan nestepakkauksia. Nestepakkauskartonkeja on alettu tehdä eri teknologioilla läh-tien sellukartonki-, taivekartonki- ja kraftliner-pohjalta ja virittämällä tuotteeseen tarvittavat ominaisuudet.

Käytännössä jokaista nestepakkaustyyppiä varten tarvitaan oma kartonki- tai paperilaatu, joka räätälöidään asiakaskohtaisesti pakkausketjun tarpeiden mukaiseksi. Kehitys on tavallisesti kahdenvälistä tiivistä ja vuosia jatkuvaa yhteistyötä, josta ei julkista tietoa ole saatavissa.

Nestepakkauskartonki niin kuin muutkin pakkausmateriaalit valmistetaan sovittuihin mitattaviin spesifikaatioihin. Tuotevaatimukset sisältävät kuitenkin paljon ei-mitattavia ominaisuuksia, jotka tulevat pakkauksen valmistus- pakkaus- ja käyttövaiheista. Innovaatio yhdessä pakkausketjun vaiheessa edellyttää usein jatkoinnovaatioita ketjun muissakin osissa.

Seuraavassa käsitellään alan esimerkkinä tuoremaitopakkauksena yleisesti käytetyn harjakattopakkausmateriaalin kehitysvaiheita. Esitys sisältää vain kehityskulun pääkohtia.

Käytännössä kehitystä ja innovaatioita tehdään tuoteketjussa koko ajan ja vasta jälkikäteen voidaan nähdä, mitkä toimet ovat alan kannalta tuottaneet merkittäviä kehityshyppäyksiä tuotteen elinkaareen. Merkkipaalut vaihtelevat myös näkökulman ja tarkastelun ajankohdan mukaan. Tässä on näkökulmana kestävä kehitys.

Harjakattopakkauskartonki esimerkkinä kestävästä kehityksestä

Enso-Gutzeit Oy:n Kaukopään tehtailla alettiin valkaista sulfaattisellua 50 –luvun puolivälissä ja siitä alettiin kehittää valkoisia sellukartonkeja mm. nestepakkauksia varten. Ensimmäiset kaupalliset toimitukset harjakattopakkauksiin alkoivat 1958. Tämä pakkaus koottiin liimaamalla ja syntynyt kotelo vahattiin täyttökoneessa. Kartonkiteknologian suuri haaste oli alussa tuottaa sellaiset lujuus- ja tiiveysominaisuudet, että vaha imeytyi sopivasti ja piti tölkin tiiviinä ja pakkaus suojasi tuotteen käyttöön saakka.

Vuonna 1963 alettiin Suomessa nestepakkauskartonkia päällystää muovilla vain muutaman vuoden viiveellä siitä, kun teknologia oli tullut Yhdysvalloissa käyttöön. Maitotölkki saumattiin nyt muovin avulla, liimaa ja vahaa ei enää tarvittu. Kartongin lujuusvaatimukset muuttuivat. Muutos tapahtui koko ketjussa pakkauksen valmistusta ja pakkaamista myöten. Myös kuluttaja koki muutoksen, sillä tölkit olivat nyt tiiviimpiä.

Vuosikymmenen lopulla alettiin kehittää kartongin massaliimausta ja siirryttiin vähitellen hartsiliimauksesta neutraaliliimaukseen. Näin saatiin kartongille pa-rempi lujuus, josta oli hyötyä muovipäällystyksessä ja pakkauksen valmistuksessa. Kartongin kestävyys nestettä vastaan parani, jonka kuluttaja huomasi jämäkämpänä pakkauksena. Samalla kartonkipakkausta voitiin käyttää maitoa vaativampien nesteiden pakkaukseen.

Aivan 70-luvun alussa nestepakkauskartonkia alettiin kehittää mehujen pakkaamiseen. Sitä varten muovipäällystyksen yhteydessä alettiin laminoida tölkin sisäpuolelle alumiinifolio. Näin saatiin aikaan riittävä happitiiveys. Tämä vaihe edellytti jälleen kartongin laatuominaisuuksien parantamista ja alumiinin laminointi- ja päällystysteknologian opettelemista. Vastaavasti pakkauksen valmistajan ja pakkaajan oli kehitettävä omia toimintojaan kuten saumaus- ja täyttötekniikkaa, jotta kuluttajalle saadaan päivän C-vitamiiniannos turvallisesti ja hyvän makuisena.

70-luvun puolivälissä Kaukopään tehtailla sellun valmistui uudistui, kun uusi jatkuvatoiminen kuitulinja käynnistyi. Tehtaan kuitutalous muuttui ja kuidun laatu parani. Nestepakkauskartonkia oli tehty puolivalkoisena ja valkoisena ja litran pakkauskokoa varten oli käytetty 340 g/m2 kartonkia. Uudessa tilanteessa kehitettiin samaan tarkoitukseen aiempaa vaaleampi 320 g/m2 kartonki. Parannettiin samalla sekä laatua että kilpailukykyä, sillä tuote oli nyt amerikkalaisia kilpailijoitaan selvästi valkoisempi ja kevyempi.

Vähitellen alettiin pakatuissa tuotteissa huomata haju- ja makuongelmia. Monien vaikeuksien ja systemaattisen tutkimuksen jälkeen tiedon taso kohosi ja opittiin tuottamaan pakkauksia, joista ei siirry hajuja ja makuja sisältöön. Kehitystä tapahtui paitsi kuidun ja kartongin valmistuksessa myös muovipäällystyksessä, pakkauksen valmistuksessa, pakkaamisessa ja pakatun tuotteen käsittelyssä.

80-luvun puolivälissä Kaukopään tehtailla alettiin kehittää kolmikerroskonseptia nestepakkauskartongin valmistukseen. Ajatuksena oli aluksi kehittää yksikerrossellukartongin tilalle kolmikerrostuote ja samalla päästä alentamaan neliömassaa. Teknologiaksi valittiin sakeamassateknologia, jolla arveltiin olevan paras potentiaali. Koeyksikkö rakennettiin tehtaan pienimmälle kartonkikoneelle, kartonkikone 1:lle. Koeajossa päästiin noin 300 g/m2 tasolle 1 litran pakkauskartongilla, jossa normaalisti käytettiin 320 g/m2 kartonkia.

Tämä innovaatio synnytti uusia innovaatioita etenkin pakkauksen testaukseen ja analysointiin. Sekä pakkauksen valmistus- että pakkauskoeajoissa prosessista löytyi kohtia, joissa pakkausmateriaali joutuu erittäin kovaan rasitukseen. Kartongin lujuutta jouduttiin etsimään taas udella tavalla.

80-luvun alussa muoviteollisuudessa oli opittu valmistamaan monikerroskalvoja, joilla saavutettiin hyvä happitiiveys. Tämän teknologian soveltamista alettiin miettiä myös nestepakkauskartongin päällystykseen ajatuksena happitiiveyden ja kemikaalikestävyyden parantaminen. Laminointikokeet osoittivatkin konseptin toimivan teknillisesti, mutta silloiset muoviratkaisut eivät olleet kovin kilpailukykyisiä. 80-luvun puolivälin jälkeen Keski-Euroopassa nestemäiset pesuaineet olivat tulleet markkinoille ja muutamat valmistajat kiinnostuivat kartonkipakkauksesta. Kysyntä oli niin kova, että erään asiakkaan kanssa voitiin sopia kalvolaminaatti-konseptista, joka sellaisenaan johti muutaman vuoden kestäviin kaupallisiin toimituksiin. Tällainen nopeus ja onnistuminen kerralla on tällä alalla poikkeuksellista. Varsinkin, kun muistetaan, että nestemäinen pesuaine on kuitupakkauksen kannalta erittäin vaativa. Onnistumiseen tarvittiin tietenkin paljon osaamista, intoa ja tahtoa kaikilta osapuolilta.

Samanaikaisesti yhtiössä kehitettiin monikerrosteknologiaa muovipäällystykseen. Hankittiin uusi muovipäällystyskone, johon rakennettiin monipuoliset ominaisuudet tuotekehitystä varten. Niinpä pian voitiin markkinoille valmistaa aivan uudella teknologialla happitiivis mehupakkaustölkki, jossa oli pelkästään kuitu- ja muovikomponentteja ja joka oli aikaisempaa kevyempi. Sitä alettiin heti käyttää mehu- ja jogurttipakkauksiin. Tuote korvasi nopeasti myös edellä mainitun pesuainepakkauksen.

90-luvun alussa Kaukopään kartonkikone 4:lle investointiin sakeamassaperä ja hiukan myöhemmin tehtaalle tuli CTPM –laitos. Nyt päästiin tuottamaan entistä bulkkisempaa kartonkia, jossa CTMP-kuidun jäykkyys ja sellukuidun lujuus hyödynnetään aiempaa tehokkaammin. Tällä tekniikalla yhden litran kartonkipakkaus syntyi 285 g/m2 kartongista.

90-luvun alusta lähtien juomapakkauksiin kohdistui voimakas uudelleentäyttö- ja kierrätysvaatimus eri puolilla maailmaa. Enso Oyj Euroopan suurimpana nestepakkauskartongin valmistajana rupesi kehittämään käytettyjen nestepakkausten kierrätystä. Hylsykartonginvalmistajan Corenson laitoksilla kierrätys aloitettiin, teknologiaa kehitettiin ja kapasiteettia lisättiin niin, että Varkauteen syntyi 90-luvun aikana laitos, jossa juomapakkaustölkit voitiin kierrättää ja materiaalin kaikille komponenteille löytyi tarkoituksenmukainen käyttö:

  • Kuidusta tehdään hylsykartonkia.
  • Muovi kaasutetaan synteesikaasuksi ja se käytetään energiana prosessissa.
  • Alumiini erotetaan kaasutuksessa ja kierrätetään metallin.

Osa hylsykartongista käytetään uusien nestepakkausrullien valmistuksessa, joten tässä tapauksessa sama kuitu palvelee samaa tuotetta kahdesti ja kiertää sen jälkeen edelleen keräyskuitukartonkina.

2000-luvulla kehitys jatkuu. Teknologiaa kehitetään ja innovaatioita syntyy edelleen. Kun kehitystä tarkastellaan kestävän kehityksen näkökulmasta, voidaan yhtenä tuloksena laskea, että maitolitran pakkaamiseen tarvittiin 40-50 vuotta sitten puolitoistakertainen ja mehulitran pakkaamiseen lähes kaksinkertainen määrä puuta nykyiseen verrattuna. Lisäksi maitopakkauksen hiilijalanjälki on kierrätyksen ja uusiutuvan energian hyödyntämisen ansiosta lähellä nollaa.

 

Yli 50 vuotta nestepakkauskartonkia Imatralla

(Kirjoittanut Jorma K.O. Ignatius, Imatralla, syksyllä 2007)

Sota aiheuttaa aina suunnatonta kärsimystä ja tuskaa ympärilleen. Toinen maailmansota ei tehnyt tästä poikkeusta, - miljoonat ja taas miljoonat kaatuivat, kuolivat, joutuivat kodittomiksi -jopa valtakuntia katosi maailmankartalta. Pasitiivistakin kuitenkin liittyy tähän sotaan- Maitotölkki ja Vuoksenlaakson vaurastuminen. Jopa on outoa puhetta ajattelette varmaan lukiessanne tätä.

Palatkaamme ajassa taaksepäin. Ensimmäinen tunnettu patentti paperin käyttämisestä lasipullon sijasta nesteen pakkaamiseen on saksalaisen Gustav Türk 'n nimissä jo vuodelta 1882. Ensimmäinen maitopakkauskin patentoitiin amerikkalaisen George Maxweilin nimiiin 1906. Varsinainen läpimurto tapahtui kun Amerikassa alkoivat lähinnä IP ja Potlatch jo 1930-luvulla valmistaa erityisiä nestepakkauskartonkeja mm Pure-Pak maitopakkauksiin, jonka patentti oli tosin jo myönnetty 19. lokakuuta 1915. Maitotölkit havaittiin heti mm hygieenisiksi. Kun sitten amerikkalaiset miehitysjoukot saapuivat Saksaan sodan jälkeen, vaativat armeijan (eläin)lääkärit hygieniatason säilyttämiseksi kertakäyttöisten maitopakkausten käyttämistä.

1930-40 luvuilla Enson tehtaalla oli yhtiömme suurin kartonginvalmistuskapasiteetti ja vastaavasti Kaukopäässä yksi maailman johtavista markkinasellutehtaista ja sellun kuivauskoneista- Minton -kapasiteetti 240 to/vrk! Kun Suomi menetti epäoikeudenmukaisessa rauhansopimuksessa Neuvostoliitolle mm. 13 % metsäalastaan, tukkipuustostaan 22 % ja puunjalostuskapasiteetistään 26 % olivat Enso-Gutzeit Osakeyhtiön menetykset vielä kertaluokkaa isommatsulfiittiselluloosakapasiteetistä 70% ja sulfaattiselluloosakapasiteetistä 34 % ja kartongintuotantokapasiteetista 56 % ja maa-alueistaankin lähes 32 %, kun huomioidaan myös siirtolaisten asuttamiseen pakkoluovutetut alueet.

Nopeasti- jo vuonna 1950 Kaukopään markkinasellutehdas ryhtyi paikkaamaan menetettyä kapasiteettia ja alkoi tuottamaan ruskeaa lineriä Ka l:llä. Vuonna 1956 käynnistyi valkaistuille elintarvikekartongeille tarkoitettu Ka2 . Näihin aikoihin ilmestyi nmjalainen August Johansen silloisen paikallisjohtaja Pentti Hallen luo tiedustelemaan Enson mahdollisuuksia toimittaa kartonkia maitopakkauksiin. Silloinen osastoinsinööri Lasse Parkkinen lähti ensimmäisen koerullan kanssa Norjaan keväällä 1958. Jo saman vuoden syksyllä oli Jaakko Paronen Spikkestadissa todistamassa ensimmäisen varsinaisen toimituksen saapumista perille. Heti seuraavana vuonna 1959 muodosti Y2 ja 1/1 valkoinen "maitopullokartonki" - kuten sitä virallisesti nimitettiin - jo n. 40 % koko Kaukopäässä valmistetun valkoisen kartongin määrästä. Kokeet ja myöhemmät toimitukset ja neuvottelut johtivat siihen, että nyt 50 vuotta myöhemmin StoraEnso Oyj toimittaa Elopakille ja sitä kautta Pure-Pak- harjakattoisiin maitotölkkeihin kartonkia vuosittain satoja tuhansia tonneja. Enpä usko, että Suomesta, tuskin pohjoismaistakaan löytyy ihmistä, joka ei olisi joskus pitänyt Pure-Pak tölkkiä kädessään. Se on vakiintunut jopa nimeksi kuten mono tai heteka. Nyttemmin tämä norjalainen Elopak-konserni on tytäryhtiöineen levittäytynyt 42 maahan markkinoiden käsittäessä yli 100 maata. Tuotantolaitoksiakin on 18.

Jo vuotta aikaisemmin - siis vuonna 1955- olivat Tetran edustajat Euran Paperista ottaneet yhteyttä yhtiöömme selvittääkseen nestepakkauskartongin toimitusmahdollisuuksiamme. Silloisissa neuvotteluissa viitattiin "jopa" 30.000 tonnin vuositoimituksiin. Nämä olivat, silloin alkuaikoina, huimia lukuja ja epäileviä Tuomaita oli paljon. Nyt puoli vuosisataa myöhemmin yhtiömme valmistaa jo noin miljoona tonnia nestepakkauskartonkia vuodessa, niin huimaa on ollut kehitys. Myöskin pakkauskehitys on ollut huimaa. Tetra Pak aloitti pyramidin muotoisella pakkauksella, Tetraeder:illä, jonka 1. patenttihakemus tehtiin maaliskuussa 1944 ensimmäisen teollisen täyttökoneneen käytmistyessä Ruotsissa joulukuussa 1952. Vuonna 2006 Tetra Pakilla oli jo täyttökoneita 165 maassa ja pakkaustehtaitakin kokonaista 48 ! Erilaisia pakkausformaatteja on 10 ja jos huomioidaan eri avaussysteemit ja pakkauskoot päästään jo yli 150 variaatioon. Kaikkialla maailmassa tunnetaan tiiliskiven muotoinen Tetra Erik-pakkaus.

Mutta palatkaamme vielä takaisin alkuaikoihin, onhan yksi merkittävä asiakkaamme vielä käsittelemättä. SIG Combibloc -jota me "vanhat parrat" usein edelleenkin Linnichiksi kutsumme. Jagenberg, PKL ja Gizeh- valmistivat 1950 luvulla alussa mainitsemilleni amerikkalaisille miehitysjoukoille ns. Perga-pakkauksia, jotka olivat pääasiallisesti sulfiittipohjaisia ja nestetiiveys varmistettiin vahaamalla. Perga-pakkauksenkin patentti on jo vuodelta 1929. Sodan jälkeen kartonki tuli lähinnä USA:sta ja yllätys-yllätys Suomesta, mutta yllätys-yllätys ei Ensolta vaan Yhtyneiltä Paperitehtailta Jämsänkoskelta. Yhtiömme sinnikkäät edustajat onnistuivat koerullien ja - ohjelmien kautta samaan sulfaattikartonkipohjaisilla tuotteilla jalan oven väliin heti vuonna 1956 niin hyvin ja nopeasti, että jo vuoden 1959 loppupuolella olimme lähes ainoa toimittaja Jagenbergillä. Itse muistan kuitenkin vielä 1970 luvulla nähneeni Linnichin varastossa Yhtyneitten "uusia" koerullia, mutta kuten kaikki tiedämme on Stora Enson Imatran tehtaat nykyisin ainoa nestepakkauskartongin valmistaja Suomessa. Linnich kehitti myös menestykselliset Blocpak pakkauksen ja Pure-Pakille kilpailevan Quadroblock' in, jota vastaava on myös Tetra Pakilla nimeltään Tetra Rex. Maailman menestykseen yhtiön on kuitenkin vienyt Combibloc, joka on edistyksellinen aseptinen pakkaus mm. kappaleisille elintarvikkeille kuten keitoille. Myöskin mehuissa se on saavuttanut merkittävän jalansijan myös Suomessa.

Suomi on edelläkävijä Euroopassa paitsi kartongin valmistuksessa myös tölkeissä. Jo 50-luvulla Valiolla oli jossain määrin käytössä Perga-tyyppisiä, Yhtyneitten Paperituotteen Satona-tölkkejä ja vaikka myös Pure-Pak tölkkien valmistus alkoi Lahdessa jo 1959, olivat nekin aluksi kuitenkin melko harvinaisia. Ikätoverini muistavat varmasti ajan kun maito haettiin kannuilla kaupasta, myyjän mitatessa sen tonkasta mittakauhalla. Maitopulloja oli jo 50-luvulla mutta niitten kulta-aika oli 60-luvulla kun uutuutena kauppoihin tulivat ruskeat maitopullot, mutta haittana paino ja särkyvyys - kolaus tai pakkanen - sirpaleita -ja maito oli joko lattialla tai kassissa. Kehityksen kulkiessa eteenpäin kauppoihin ilmestyivät lähinnä 1960-luvun lopussa maitopussit - ne sisäpuolelta mustat, joista monet ahkerat kädet kutoivat mattoja saunan eteisiin ja muihin kosteisiin tiloihin. Myöskin näihin pusseihin tarvittavat muoviset kaatopitimet ovat monen muistissa. Pussit olivat ensimmäinen todella halpa keino pakata maitoa hygieenisesti. Mutta huono kestävyys ja muu hankalakäyttöisyys olivat syyt, että näistäkin on luovuttu. Viimeiset pussit poistuivat Suomesta 1975. Svetogorsk eli entinen Enso lienee lähin paikka, jossa niitä on vieläkin yleisessä käytössä.

Kartonkitölkit vahattiin aluksi nestetiiveyden saavuttamiseksi mutta Imatralle tuli ensimmäinen muovipäällystyskone PE1 vuonna 1963 ja vähitellen vahatut tölkit poistuivat markkinoilta. Itse muistan usein mökillä 1960 luvulla ihastelleeni takassa palavan tyhjän vahatun piimätölkin vihreää liekkiä.

Lyhyen tähdenlennon nestepakkausmarkkinoilla suorittivat myös Bosch'in kehittämät Hypa- ja Hypa S - pakkaukset, joihin soveltuvaa mineraalipäällystettyä kartonkia maailmanlaajuisesti valmisti vain Ka2 lähinnä 1970 luvulla. Tässä pakkauksessa olivat sekä pohja, että kansi paksua alumiiniä.

Vaikka tämä juttuni ja näyttely käsitteleekin pääasiassa nestepakkauksia en maita olla lopuksi mainitsemasta Huhtamäkeä, jonka maailmanvalloituksen aloitus kupintekijänä on kytköksissä tähän samaan aikajanaan ja meihin. Toimitettiinhan Imatralta vahattavaa kuppikartonkia Mensa Oy:lle Hämeenlinnaan jo vumma 1956. Ja tätä laatua alettiin toimittaa myös - uskokaa tai älkää - myös Etelä-Afrikkaan Mono Containers'illekin jo vuonna 1957.

Eli ilman sotaa olisimme pitkään olleet ilman maitotölkkiä ja ilman Enson tehtaan menetystä ehkä tekisimme vieläkin pelkkää sellua Ruokolahdella ja Imatran tuntisivat toispaikkakuntalaiset vain kuohuvasta koskesta. Ja kun muistamme palauttaa käyttämämme maito- ja mehutölkit kartonkikeräykseen hylsykartongin raaka-aineeksi tai poltamme ne takassa tai saunankiukaassa energiaksi teemme myös palveluksen luonnolle! Mutta ennen kuin kierrätätte, tutkikaa pakkausta, etsikää siitä valmistajan nimi ja/tai pakkauksen tyyppinimi, näin teille avautuu uusi kiehtova maailma- hyväksi todettuja pakkauksia nimittäin kopioidaankin ja patentteja yritetään kiertää. Piratismia on siis muuallakin kuin vaatteissa ja CD levyissä.

Ja onneksi ei toteutunut vuorineuvos Lehtisen uhkaus Ka4:n koerullien asiakastestauksen valmistuttua: "Enso-Gutzeitin politiikan mukaan ei koskaan tehdä sellaista, mitä ei osata ja näin ollen maitokartonkiyritykset lopetetaan heti ja lopullisesti"

Eipä siis maitopullosta tai pussista tullut kuningatarta eikä se perinyt edes puolta valtakuntaa... Jatkakaamme siis kartongin valmistusta ja kohottakaamme malja ensimmäiselle nestepakkauspatentille, joka täytti siis 20. heinäkuuta 2007 kunnioitettavat 125 vuotta!

Tästä kaikesta kertoo myös tämä tänne Tutkimuskeskukseen (Stora Enso Research Center, Imatra) pystyttämäni näyttely, jonka rungon muodostaa vanha Tetraeder (Tetra Classic Aseptic) pakkauskone, joka vielä äskettäin pakkasi mehu ja Kolumbiassa sekä joukko vanhoja nestepakkauksia ja valokuvia ja muuta "rekvisiittaa".

Lopuksi haluan muistaa ja kiittää erityisesti seuraavia henkilöitä (aakkosjärjestyksessä) , sillä ilman heidän osuuttaan en olisi pystynyt toteuttamaan tätä vuosien haavettani pystyttää edes pienimuotoinen näyttely kertomaan tarinaa irtomaidosta kartonkipakkauksiin. Juhani Aaltio, Udo Brockmann, Sverre Falck, Rainer Garz, Gerhard Harting, Sari Hassi, Reijo Hirvensalo, Karin Ignatius, Teuvo Lehvonen, Erling Lindahl, Hemy Lindell, Rauno Mäkinen, Jyrki Oesch, Jaakko Paronen, Mmja Päivärinne, Niilo Pöyhönen, Seija Sairanen, Juha Sormunen, Reino Uusitalo, Mikko Ylilammi

Viihtykää näyttelyssä, Jorma K.O. Ignatius Imatralla, syksyllä 2007

PS. olen etsinyt kirpputoreilta ym näitä mainitsemiani erilaisia käytetyistä maitopusseista tehtyjä mattoja, kun en aikanaan tullut sellaisia säilyttäneeksi - ei vain löydy - ehkäpä jollakin vierailijoista on sellainen ja voisi lahjoittaa sen tänne näyttelyyn. Myöskin muita vanhoja pakkauksia ja valokuvia otan mielelläni vastaan .

PS 7.1.2008 - Nyttemmin olen saanut 2 em. maitopusseista tehtyä mattoa, jotka ovat esillä takaseinällä, toinen virkattu ja toinen kangaspuilla kudottu! Kiitos lahjoittajille.

Kulutusmaidon jakauma Suomessa pakkautyypeittäin 1963 - 1983

Vuoksenlaakso eilen ja tänään

4.13. Tapettikartonki

(Jaakko Palsanen 2.11.2008)

Lainaus Jyrki Kettusen kirjasta Kuuseen kurkottajat.

Äänekosken kartonkikone starttasi vuonna 1966 ja se oli taloudellinen katastrofi. Markkinoilla ei ollut sijaa uudelle toimijalle, jolla ei ollut tarjota laadullisia etuja. Hädässä ratkaisua etsittiin monelta taholta. Apu löytyi sieltä, mistä usein ennenkin – asiakkaalta.

Saksan varsin mittava tapettiteollisuus valmisti tuotteensa liimaamalla yhteen tapetin hiokepitoisen pohjapaperin ja valkoisen painatukseen soveltuvan pintamateriaalin. Menetelmä oli kallis ja materiaalia tuhlaava. Eräs tapettiyrityksistä, G.L.Paine Hildesheimissa otti esiin kysymyksen, eikö jo kartonkikoneella saataisi aikaan tapetinpainatukseen kelpaava rakenne. Arvo Reipas ja Paavo Liuttu tarttuivat tähän mahdollisuuteen. Yhteistyö syntyi, ja tapettikartongin kehitys käynnistyi suoraan tehdasmitassa vuonna 1967.

Tuote oli, aluksi puutteellisenakin, selvä menestys. Jo vuonna 1972 Äänekoski markkinoi Saksaan enemmän tapettikartonkia kuin kaikki kilpailijat yhteensä. Tapetista oli samalla tullut tehtaan päätuote, jonka laatua painettavan pinnan ja käytettävyyden suhteen jatkuvasti parannettiin. Kehitettiin myös palstautuva laatu, joka tapettia uusittaessa halkeaa niin, että pohjaosa muodostaa hyvän pohjan uudelle tapetoinnille. Etenkin lapsiperheiden suosimat, pesunkestävät tapetit kehitettiin 1980-luvulla.

Tapettikartonki on tiettävästi Suomen paperiteollisuuden ensimmäinen innovaatio, uusi tuote, jonka ylivoimainen palvelukyky otti markkinat. Toteutus tapahtui alalle uudella teknologialla. Tässä, kuten useissa muissakin, avainkysymys tuotteen syntyyn tuli valistuneelta ostajalta.

4.14. Juantehdas: Olutpahvista graafisen kartongin laatujohtajaksi

Lähde: Järvimalmiruukista kartonkitehtaaksi, Juantehtaan historia 1746 – 1996, Forsberg, Juha, Kankkunen, Ari, Karisto Oy, Hämeenlinna, 1996

Juantehtaan, ruotsiksi Strömsdal, teollinen toiminta alkoi vuonna 1746, jolloin Nilsiän pitäjään, viisi peninkulmaa Kuopiosta sijaitsevan Juankosken äärelle perustettiin rautaruukki. Yli 250-vuotisen historiansa aikana Juantehdas on jalostanut alueen raaka-aineista, järvimalmista ja metsistä rautatuotteita, lankkuja, puuhioketta ja kartonkia. Sahatavaraa vietiin 1800-luvulta alkaen. 1900-luvun alkupuolella alkoi hiokkeen ja kartongin valmistus ja vienti. Tehtaan omistus on vaihdellut savolaiselta maalaisaristokratialta pietarilaiselle teollisuussuvulle, venäläis-suomalaiselta vapaaherralta vuodesta 1915 suomalaiselle suuryhtiölle, Kymin Osakeyhtiölle ja viimeksi, vuodesta 1988 yksityiselle pörssiyhtiölle. Tällä hetkellä yhtiö on kaikista ponnisteluista huolimatta ajautunut rahoitusongelmiin ja selviytymistilaan.

Toimintahistoriansa aikana tehtaan tuotteiden jalostusastetta nostettiin määrätietoisesti. Erikoistumisella ja kapean sektorin osaamisella pyrittiin takaamaan toiminnan jatkamisen edellytykset.

Sotien jälkeen aina 1970-luvun alkuun Juantehtaan päätuote oli valkoinen puupahvi. Suurin artikkeli oli ns. olutpahvi, jossa tehdas oli johtavia tuottajia Euroopassa. Olutpahvi oli kiillottamatonta UGL-kartonkia, paksuudeltaan 1 – 2,3 mm, usein gaufreerattua eli pistekuvioitua. Ostaja painoi kuvan mainosteksteineen, stanssasi kartongin pieniksi levyiksi ja myi ne sitten olutpanimoille, jotka edelleen jakoivat ne asiakkaina oleville ravintoloille. Olutpahvin ominaisuutena täytyi painokelpoisuuden lisäksi olla tehokas imukyky.

1960-luvun lopulla kartonkikone päätettiin uudistaa perusteellisesti ja siirtyä uusien korkealaatuisten tuotteiden valmistukseen. Uusi päätuote oli myyntipakkauksissa käytettävä taivekartonki. Se poikkesi olutpahvista raaka-ainepohjaltaan siten, että muualta tuotavan sellun osuus oli yli 50 %, kun se olutpahvissa oli ollut 10 -15 %. Pakkauskartongin ohella alettiin 1970-luvulla valmistaa onnittelu- ja maisemapostikorttien sekä pehmeäkantisten kirjojen kansiin käytettäviä ns. graafisia laatuja. Kaikki tuotteet valmistettiin päällystämättöminä, kevyesti päällystettyinä ja täyspäällystettyinä.

Vuonna 1986 Juantehtaan tuotevalikoimaan tulivat laminoidut kartongit. Markkinoille saatiin Kym Metallic, Kym Foil ja eräitä muita. Metallipintaisia laatuja käytettiin näyttäviin pakkauksiin savuke-, alkoholi-, makeis- ja kosmeettisen teollisuuden raaka-aineeksi. Muovipintaisia käytettiin vuosikertomusten kansiin ja postikortteihin.

Vuonna 1987 Juantehtaan tuotteet määriteltiin price-, performance- ja appearance-laatuihin. Price-tuotteet olivat bulkkitavaraa, pesuaine- ja kaurahiutalepakkausten materiaalia. Performance-kategoriassa laadulliset seikat kuten painettavuus ja ajettavuus tulivat mukaan, mutta hinta oli myös määräävä tekijä. Appearance-tuotteissa taas ulkonäkökysymys oli merkittävin tekijä ja hinta päätöksenteossa vasta korkeintaan kolmannella sijalla. Pyrkimys oli kaikkein korkeimpaan kategoriaan, kuitenkin niin, että toisenkin kategorian tonnistot säilyvät tuotannossa, koska pelkät ulkonäkö-tuotteet olivat liian kapea markkinasegmentti.

1990-luvun puolivälissä Stromsdalin tuotevalikoima koostui neljästä kartonkilaadusta: GraphiArt Duo, GraphiArt Lux, GraphiArtCard HB ja Stromcard HB. Usean vuoden tuotekehityksen tuloksena yhtiö saavutti Euroopassa graafisen kartongin laatujohtajan aseman. Korkeatasoisen kartongin ominaisuuksia ovat mm. vaaleus, kiilto, sileys ja jäykkyys. GraphiArt Duo on markkinoiden ainoa molemmin puolin täyspäällystetty symmetrinen taivekartonki. GraphiArt Lux ja RaphiArt HB ovat Euroopassa lajissaan ensimmäisiä kolme kertaa yksipuolisesti teräpäällystettyjä laatuja. Rakenteeltaan tuotteet ovat kolmikerroskartonkia. Keskikerros on valkaistua hioketta valmistettuna lähialueen kuusipuusta. Pinta- ja taustakerros koostuvat valkaistusta sa-sellusta. Kartonkikoneella on terä- ja ilmakaavaripäällystinyksiköt pintapuolella ja sauvapäällystinyksikkö taustapuolella. Graphi-laadut päällysteään erillisellä päällystyskoneella, jossa on sekä pinta- että taustapuolella kaksi teräpäällystinyksikköä. Lopullinen kiilto ja sileys saadaan aikaan softkalanterilla.

Stromsdalin tuotteet on 85 %:isesti myyty arkkipakattuna. Käyttökohteita ovat olleet vaativat painotyöt, kuten onnittelu- ja postikortit, mainostuotteet sekä kosmetiikka-, lääkeaine- ja kulutustavarapakkaukset.

4.15. Silikonointi paperikoneella

Silikonoidun irrokepaperin valmistus Lohjan paperitehtaan PK 1:llä

25.06.2012 Leila Pohjola 


Lohjan Paperi Oy muodostettiin vuonna 1983 Rauma-Repola Oyn omistaman Joutseno Pulpin Lohjan tehtaasta. Toimitusjohtaja Seppo Virtasen johdolla laadittiin tulevaisuuden strategia, jossa päätettiin keskittyä irrokepapereiden tuottamiseen ja myyntiin. Alkuvaiheessa tätä strategiaa toteutettiin jalostustehtaalla silikonipaperin kehittämisellä ja pieninvestoinneilla sekä perustamalla omat myyntiyhtiöt. Paperitehtaalla PK 1:lle oli vuoden 1979 koneuusinnan yhteydessä hankittu kaksi päällystysyksikköä ja yhtenä uutena tuotteena kehitettiin pigmenttipäällystetty silikonoinnin
pohjapaperi.


1980-luvun loppupuolella perustettiin kehitysprojekti on-machine silikonoinnin kehittämiseksi PK 1:llä (projektivastuussa Leila Pohjola, Timo Pahl, Jussi Pukkila ja Esa Stenroos ja Rolf Moring). Tutkimuksesta siirryttiin melko nopeasti tuotantomittaisiin koeajoihin ja edistyminen edellytti paljon opettelua käytännössä. Emulsiosilikonin toimittajan tuli myös kehittää tuotteensa koneolosuhteisiin sopivaksi.


1990-luvulla PK1:llä valmistettiin aluksi pieniä tuotantoeriä ja määrät kasvoivat aluksi hitaasti ja sitten nopeasti niin, että vuosikymmenen lopussa silikonoitu paperi oli koneen päätuote. Toimitusjohtaja Jussi Virkkusen ja myyntijohtaja Heikki Lehtosen ponnistusten avulla PK 1:n irrokepaperista tuli hygienia- ja kirjekuorisegmenteillä markkinajohtaja ja kilpailijat joutuivat sopeuttamaan omat tuotteensa PK 1:n laadun mukaiseksi. Markkina-aseman ja kannattavuuden saavuttaminen edellytti myös investointeja painatukseen ja pienrullaukseen sekä myyntiverkoston kehittämiseen.


Vuonna 1999 toteutettiin PK 1:n perusteellinen modernisointi. Tavoitteena oli silikonipaperin valmistuksen tehokkuuden nosto, tuotteen parantaminen ja tuotevalikoiman laajennus. Uusinnan jälkeinen hienosäätö ja opettelu vaati vielä jonkin verran aikaa. Erityisesti Pasi Harju ja Ritva Niemi tekivät työtä tuotannon ja laadun kehittämiseksi.

Vuonna 1990 Lohjan Paperi Oy tuli osaksi Repolaa ja vuonna 1995 osaksi UPM-Kymmeneä. Vuonna 2001 Lohjan Paperi osti Rexam Releasen, joista muodostettiin monikansallinen Loparexryhmä. UPM-Kymmene myi Loparexin ABN Amrolle vuonna 2005, joka taas möi Loparex Oy:n Mondille vuonna 2008. Huolimatta omistajamuutoksista paperikonesilikonointi Lohjan paperitehtaalla on jatkunut tähän päivään saakka. On-machine silikonointitekniikan kehittämisellä on pienen paperikoneen elinikää saatu jatkettua.

4.16. Tako ja taivekartongin valmistuksen kehitys 1950-2010

Tämän artikkelin ovat helmikuussa 2010 kirjoittaneet DI Bo Ahlskog, joka tuli Takoon v. 1957 ja jäi eläkkeelle Metsä-Serlan teknisenä johtajana v. 1995, sekä DI Seppo Katajamäki, joka tuli Takoon v. 1970 ja jäi eläkkeelle M-realin kartonkiryhmän tutkimus- ja kehitysjohtajana v. 2007.

TUOTE

Taivekartonki on kolmekerroksinen kulutuspakkauksiin käytettävä tuote, jota valmistetaan neliömassoilla 160-400 g/m2. Pinta on 1960-luvusta alkaen pigmenttipäällystetty. Pintakerrokset ovat valkaistua sellua. Sisäkerroksessa on halpaa mekaanista massaa ja konehylkyä. Kolmekerros- rakenteensa ja bulkkisen mekaanisen massa ansiosta taivekartonki on jäykempi kuin kilpailevat kierrätyskuiduista tai puhtaasta sellusta valmistetut kartonkilajit.

TUOTANNON KEHITYS

Vuonna 1950 valmistettiin Länsi-Euroopassa noin 550 000 tonnia taivekartonkia noin viidelläkymmenellä koneella. Suomessa tehtiin silloin noin 50 000 tonnia seitsemällä koneella. Takon KK2 oli vuosituotannolla 12 000 tonnia ja leveydellä 3,2 m Euroopan suurin ja levein kone. Vuonna 2000 Euroopassa valmistettiin 1 850 000 tonnia taivekartonkia 27:llä koneella. Niistä oli 10 ollut käynnissä vuonna 1950. Suomessa valmistettiin v. 2000 yhdeksällä koneella 520 000 tonnia. Takon tuotanto oli silloin 210 000 tonnia kolmella koneella. Vuonna 2010 Tako kuuluu M-realin Consumer Packaging liiketoiminta-alueeseen, jonka kapasiteetti on runsaat 700 000 tonnia taivekartonkia viidellä koneella neljässä tehtaassa.

YHTEENVETO

Takossa oli v. 1950 kaksi kartonkikonetta. Viiralieriökone KK1ajoi 12 000 t/a ruskeita tuotteita omaa aaltopahvitehdasta varten ja kolmeviirakone KK2 ajoi 13 000 t/a taivekartonkia vientiin. Lieriökone KK3 rakennettiin v.1953 oman aaltopahvitehtaan raakapapereita varten Tako aloitti v. 1957 pigmenttipäällystyksen ilmakaapimella KK1.lla ensimmäisenä Euroopassa ja KK2:lla v. 1960 sekä KK3:lla v.1971. Tako oli koko 1960-luvun ajan Euroopan johtava päällystetyn kartongin valmistaja. Kun 70-luvulla Tako kärsi markkinoiden ylikapasiteetista aloitettiin KK1:llä vuonna 1975 teräpäällystys ja v. 1981 KK3:lle asennettiin kaksi teräpäällystintä pintaa ja yksi taustaa varten Samalla uusittiin märkäpää kolmeviirakoneeksi ilman siirtohuopia. Tuotteesta tuli hyvän laadun suhteen maailmankuulu. Silloin oli formeri- ja lieriökoneilla sekä ilmakaapimella suurin nopeus 400 m/min. Takon konseptilla tällaista rajoitusta ei ole. Tämä käynnisti vanhojen koneiden modernisointiaallon, jolla tuotantoa on nostettu niin että yhtään uutta kartonkikonetta ei ole Euroopassa rakennettu v. 1981 jälkeen. Uudetkin Kiinaan toimitetut isot koneet ovat tätä tyyppiä. Kun Metsä-Serla v.1966 muodostettiin Äänekosken ja Takon kartonkitehtaat muodostivat kartonkiryhmän. Tako antoi päällystysosaamista jolla yhteinen tuoteperhe muodostettiin. Kun Kyro hankittiin v. 1995 Tako toi sinne teräpäällystysosaamisen, jolla teräpäällystetty kartonki saatiin heti markkinoille. Simpeleen hankinnassa v. 1997 saatiin tuoteperheeseen yleispakkauskartonki, mikä aikaisemmin puuttui. Tekninen kehitys on viimeisen 60 vuoden aikana ollut valtava. Siitä vanhat tehtaat ovat hyötyneet ja ovat voineet modernisoida tehtaansa. Taivekartongin sisäkerrokseen käytetty mekaaninen massa on kehittynyt ja pintakerroksiin käytetty sellu on muuttunut. Perinteinen pinnan sileyden aikaansaaminen kiillotussylinteriä käyttäen on kehittynyt ja uusilla kalanterointimenetelmillä voidaan kiillotussylinteri korvata. Simpeleella asennettiin v. 2006 ensimmäinen ValZone kalanteri, joka korvasi kiillotussylinterin. Takossa aloitettiin tammikuussa 2010 jenkkipintaisen kartongin kolmoisteräpäällystys, jolla taas tehdään maailman parasta kartonkia savukepakkauksia varten.

TAKON LIIKEIDEA

Isännöitsijä F.O. Sohlberg sanoi jäädessään eläkkeelle v. 1964 että Tako voi toimia Tampereen keskustassa vain niin kauan kuin:

  • se pysyy taloudellisesti kilpailukykyisenä ja
  • se pystyy toimittamaan markkinoiden parasta pakkauskartonkia.

Tästä tuli Takon liikeidea, jota noudattamalla tehdas toimii vielä vanhalla paikalla. Tehokkuutta saatiin lisäämällä tuotantoa 1980-luvulle saakka, jolloin alkoi saneeraus. Automaatiota hankkimalla saneeraus jatkui 1990-luvulla ja 2000-luvun alussa Kyron ja Takon organisaatiot yhdistettiin. Päällystystä ja massareseptiä kehittämällä Tako on yleensä ollut laadun suhteen edelläkävijä.

PÄÄLLYSTYS

Vuonna 1950 kävi G.A. Serlachiuksen varatoimitusjohtaja kreivi Vitzthum USA:ssa ja siellä hän tutustui kartongin koneessa tapahtuvaan ilmakaavinpäällystykseen. Kotiin tullessa hän ilmoitti, että Takon pitää rakentaa uusi kartonkikone aalto- ja voimapahvijalostuksen raakapapereita varten sekämodernisoida silloin raakapapereita valmistavaa KK 1:sta ja varustaa se ilmakaapimella. Takon isännöitsijä F.O. Sohlberg palkkasi nuoria diplomi-insinöörejä tätä kehitysprojektia varten: Lars G. Viklundin tekniseksi johtajaksi, Martti Nupposen tuotantopäälliköksi, Heli Juurikkaan laadunvalvonnan ja pastareseptien kehityspäälliköksi sekä Bo Ahlskogin päällystyksestä vastaavaksi insinööriksi. Uusi Voithin toimittama KK 3 lähti käyntiin vuoden 1953 lopussa. Seuraavana vuonna tilattiin KK1:n modernisointi Tampellalta, ilmakaavin Jagenbergiltä ja harjakiillotuslaite sekä taikinamylly Brauwerilta. Pigmenttipäällystystä oli Euroopassa 20-luvulta lähtien tehty pienillä jalostuskoneilla joissa pastaa tasoitettiin tankoihin kiinnitetyillä pyykkiharhoilla ja rainaa kuivattiin kuumassa huoneessa tangoilla roikkuen. Sen takia ilmakaavinta kutsuttiin ilmaharjaksi. Päällystys alkoi kesällä 1957. Päällystetty pinta oli hyvä mutta käyryyden hallinta tuotti vaikeuksia. Siihen aikaan Äänekosken CMC-tehdas lähti käyntiin ja CMC- pintaliimaa ruvettiin levittämään taustaan n.s. välikalanterilla. Sillä suoruus saatiin hallintaan. Seuraava vaikeus oli pastan painettavuuden kehittäminen ja sopivien painovärien löytäminen. Siihen tarjoutui apua suorittamalla koepainatuksia omassa offsetpainossa eri värinvalmistajien painoväreillä. Hankittiin laboratorioon pastansekoitin ja tehtiin 60 cm leveä kaavin, joka työnnettiin ilmakaapimen nostotelaa vastaan. Se kaavasi käytössä olevan pastan pois ja kitaan kaadettiin koepasta. Arkkileikkurilla kerättiin koearkit sivuun ja vietiin painolaitokseen. Jo muutaman kuukauden kuluttua oli resepti hiottu valmiiksi ja painovärisuositukset voitiin antaa asiakkaille. Päällystetyn kartongin kysyntä kasvoi niin kovasti että jo syksyllä 1958 ruvettiin suunnitteleman päällystystä KK 2:lle. Tämä investointi tapahtui vuonna 1960. Kun KK1:n vuosituotanto oli 20 000 tonnia KK2:n tuotannoksi tuli 40 000 t/a.. Tako aloitti ensimmäisenä taivekartonkitehtaana Euroopassa taivekartongin päällystyksen. Muutama kuukausi aikaisemmin oli Mayr Melnhof Itävallassa aloittanut WLC:n päällystyksen ja vuotta Takoa myöhemmin aloitti Feldmühle Arnsbergissa taivekartongin päällystyksen koneella, jonka tuotanto oli 10 000 t/a. Näin ollen Tako oli pitkälle 60-lukua markkinointijohtaja. Vuosina 1961-65 Takon päällystetty kartonki oli niin kysyttyä että asiakkaille annettiin tilattaessa vain valmistuskuukausi ja noin kuukautta ennen valmistusta ilmoitettiin laivauspäivä. Tässä tilanteessa Tako standardisoi toimitettavat tuotteet paksuuden ja neliöpainon suhteen. Tästä ns. kaliperilistasta tuli yleinen standardi, jota kilpailijatkin noudattivat. Kaikki kilpailijat hankkivat päällystyslaitteet 70-luvun alkuun mennessä sillä seurauksella että päällystetystä kartongista tuli 70-luvulla ylitarjonta. Ennen sitä Tako ehti vuonna 1970 uusia vanhan KK 1:n täydellisesti jolloin sen tuotanto nousi 45 000 tonniin/a. Markkinoille tuli uusia tehtaita ja laatukilpailu kävi yhä kovemmaksi. Pitkään harkittuun kaksoisteräpäällystykseen valmistauduttiin hankkimalla teräpäällystin KK1:lle v. 1975. Esipäällystimeksi hankittiin teräsauva. Näillä ajettiin kuusi vuotta kaikki tupakkaan menevät syväpainotilaukset. Sinä aikana markkinoille tuli uusia latekseja ja uusia pigmenttejä: mm. hieno ja karkea karbonaatti, valkaistu hieno amerikkalainen kaoliini ja muovipigmentit. Tämä mahdollisti intensiivisen pastojen kehitystyön, jossa oman painolaitoksen yhdellä painokoneella tehtiin koepainatuksia viikoittain. Kartonkikone 3 uusittiin keväällä 1981. Kone oli ollut lieriöviirakone ja Ahlström teki siitä kolmeviirakoneen. Jagenberg toimitti kolme teräpäällystintä ja Küsters sekä gloss-kalanterin että kaksitelaisen terästelakalanterin. Tako asensi 4 harjaa. Koneessa oli lisäksi vanha ilmakaavin käyntiinlähtöä helpottamassa. Kaksoisteräpäällystys lähti kaksi kuukautta käyntiinlähdön jälkeenniin hyvin käyntiin että kone oli jo puolen vuoden kuluttua täynnä tilauksia, vaikka oli ylituotantotilanne. Teräpäällystettyä pintaa ei voitu harjata, mutta hyvä kiilto saatiin pastareseptiä hiomalla ja gloss-kalanterilla. Tästä tuli maailman paras päällystetty taivekartonki. Tako muutti seuraavana vuonna KK 1:n päällystyslaitteet KK3:n mallin mukaisiksi. KK2, joka ajoi pääasiassa paksuja lajeja, sai kaksoisteräpäällystyslaitteet vasta 1992.

DI Heli Juurikas jäi vuonna 1983 sairaseläkkeelle ja ehti nähdä hänen kehittämänsä kaksoisteräpäällystetyn kartongin menestyksen. Kun Metsä-Serla muodostettiin vuonna 1986 Takon pastareseptejä ruvettiin käyttämään Äänekosken kartonkitehtaan graafisiin lajeihin. Kyron siirtyessä Metsä-Serlan omistukseen vuonna 1995, tehdas oli hankkinut teräpäällystimet kartonkikoneeseen, mutta käytti vielä ilmakaavinta. Tako toi sinne omat reseptinsä ja osaamisensa ja kuukauden kuluttua haltuunotosta ajettiin ensimmäiset kokeet teräpäällystiimillä. Puolen vuoden kuluttua ilmakaavin jäi käytöstä pois.

MASSARESEPTIEN KEHITYS

Taivekartongin pinta tehtiin perinteisesti valkaistusta kuusisulfiitista. Pintakerroksen neliömassa oli 65 – 70 g/m2. Taustakerros oli 45 g/m2 sisältäen konehylkyä ja valkaisematonta kuusisulfiittia. Sisäkerroksessa oli hioketta ja hylkyä sekä valkaisematonta sulfiittia armeerausmassana. Koska sellu maksoi noin kaksi kertaa enemmän kuin oma hioke sisäkerroksen osuutta pyrittiin maksimoimaan. Tällä kolmikerrosrakenteella saadaan hiokkeen ansiosta hyvä bulkki ja pintakerrokset antavat jäykkyyttä. Valkoinen opaakki jenkkipinta antaa hyvän ulkonäön ja painettavuutta. Nämä ominaisuudet ovat kilpailutekijöitä, joita käytetään markkinoinnissa. Päällystyksen ansiosta opasiteetti parani niin että pintakerrosta voitiin ohentaa. Tällöin jäykkyys helposti laski ja nuuttauslujuus saattoi tulla kriittiseksi. Näiden asioiden tutkiminen tuli ajankohtaiseksi kun Brecht ja Siewert v. 1966 julkaisivat mullistavat jauhatusteoriansa. Takossa aloitettiin DI Seppo Katajamäen johdolla sarja tutkimuksia kartongin eri kerrosten reseptien optimoimiseksi. Tutkimuksissa verrattiin suomalaisten sulfiitti- ja sulfaattimassojen sopivuutta taivekartongin pinta- ja taustakerroksiin. Myös sisäkerroksen optimointi tehtiin omaa hioketta ja jauhettua konehylkyä sekä jauhettua sellua käyttäen. Koska kartonkia myydään painon mukaan, pintakerrosten neliömassaa ja reseptikustannuksia optimoitiin, jäykkyyttä säilyttäen, opasiteettia ja pintalujuutta huomioiden. Sisäkerroksissa olivat bulkki ja palstautumislujuus määräävät tekijät. Tulokset osoittivat että uusi jauhatusteoria piti hyvin paikkansa ja että paras massa pintakerroksiin on koivusulfaatti. Sisäkerokseen tarvitaan oikealla hylyn jauhatuksella harvoin hyvin vähän jauhettua sellua. Tulosten valmistuttua jouduttiin täytäntöönpanoa odottamaan muutama vuosi, kunnes Metsä-Botnian Kaskisten sulfaattisellutehdas valmistui v.1977. Yhdessä Jylhävaaran ins. Jorma Lumiaisen kanssa suunniteltiin jauhatusosasto uudestaan. Onneksi voitiin käyttää valtaosa Jylhävaaran v. 1965 toimittamista jauhimista muuttamalla kierroslukuja ja teriä. Muutokset suoritettiin periaatteella että kunkin koneen jokaisen kerroksen jokainen massakomponentti pitää voida jauhaa erikseen kyseiselle kuituraaka-aineelle ja kartonkilajille parhaiten sopivalla tavalla. Tutkimuksissa saadut tulokset osoittautuivat käyttökelpoisiksi ja uudet reseptit voitiin ottaa käyttöön. Näiden muutosten seurauksena kartongin sileys parani, tuotanto nousi ja ennen kaikkea kustannukset laskivat. Tako oli tässä edelläkävijä, mutta vuosien kuluessa tieto tuloksista vuoti kilpailijoille

MEKAANINEN MASSA

Mekaaninen massa oli alun perin kivihioke. Sitä käytetään edelleen monessa tehtaassa. Tako aloitti hiokkeen valmistuksen v. 1865 ja taivekartongin valmistuksen v. 1932. Workingtonissa Englannissa lähti v.1963 taivekartonkikone käyntiin käyttäen(hierre-) RMP-massaa. Tämä sopi myös hyvin kartongin valmistukseen ja bulkki oli hyvä. Vähän myöhemmin lähti kolme taivekartonkikonetta käyntiin käyttäen (kuumahierre-)TMP:ta mekaanisena massana. Pohjanmuodostus oli kuitenkin niin huono että kaikkien markkinointipääsy epäonnistui. Suomessa

Tainionkosken KA5 vaihtoi nestepakkauskartonkiin korvaamalla TMP sellulla. Ruotsissa Skoghall vaihtoi TMP- laitoksensa(kemihierre-) CTMP:n valmistukseen voidakseen ajaa nestepakkauskartonkia. Ruotsissa myös Forsin tehdas muutti TMP-laitoksensa CTMP:n valmistukseen voidakseen ajaa osan tuotannosta nestepakkauskartonkina syväpainoon. CTMP antaa paremman pohjan kartongille kuin TMP ja on hajuton. Tupakka-asiakkaat mieltyivät tähän uudentyyppiseen taivekartonkiin ja kun Forsin koneen märkäpää v. 1984 muutettiin Takon KK 3:n mallin mukaisesti siitä tuli Takon pahin kilpailija. Tupakka-asiakkaat rupesivat 70-luvun lopulla valittamaan Takon kartongista johtuvasta savukkeiden sivumausta. Hankittiin kaasugkromatograafi, jonka avulla todettiin että sivumaku johtui hiokkeessa olevista hartseista. Hartsin saa pois alkalipesulla , mutta se värjää hiokkeen niin tummaksi että perioksidivalkaisu ja pesu olisivat tarpeen. Kun Takon tontilla tämä ei ollut mahdollista käynnistettiin usean vuoden kestävä tutkimusohjelma, jolla pyrittiin tehdä hiokkeessa oleva hartsi hajuttomaksi. Tutkimukset tehtiin DI Heli Juurikkaan toimesta Åbo Akademissa prof. Bjarne Holmbomin johdolla Tehtävä oli kuitenkin ylivoimainen. Ainoa tapa ratkaista ongelma oli ottaa CTMP käyttöön. Tako ryhtyi Lielahden CTMP-laitoksen valmistuttua ajamaan osan tupakkatilauksista CTMP:lla ja v.2004 hiomo suljettiin ja tehdas rupesi käyttämään yksinomaan CTMP:ta mekaanisena massana. Tässäkin tuli ongelmia eteen. Jotkut asiakkaat valittivat edelleen savukkeiden makuhaitasta. Kaasukromatograafin avulla todettiin että makuhaitat johtuivat rasioissa olevista liuotinjäämistä. Nämä esiintyivät kuitenkin vain kohdissa joissa kartongin kosteus oli ollut yli 8%. Liuotinjäämät vähenivät olennaisesti kun kartongin kosteus laskettiin 6%:iin.

RAINANMUODOSTUS

Taivekartonkikoneet olivat yleensä lieriökoneita, joilla oli viira pintaa varten. Saksassa tehtiin 30-luvulla neljä kahdella siirtohuovalla toimivaa neliviirakonetta. Takon KK2 oli niistä suurin ja levein. Viirojen ja siirtohuopien välistä nopeudenhallintaa pidettiin kuitenkin ongelmallisina. Kehitettiin pitkällä kantoviiralla toimivat formerit. Walmsley toimitti 60-luvun alussa ensimmäisen Inverform-koneen ja heti perään muut konevalmistajat kehittivät omat formerinsa. Näitä koneita lähti 60- ja 70- luvuilla käyntiin Suomessa kaksi, Ruotsissa kolme ja Englannissa kolme. Kun Tako v.1969 tilasi siirtohuovilla toimivan kolmeviirakoneen Tampella ilmoitti että moniviirakoneet eivät enää kuulu heidän ohjelmaansa. Saksassa Feldmühle oli juuri käynnistänyt neljällä siirtohuovalla toimineen viisiviirakoneen Baienfurtissa ja valtavat käynnistysvaikeudet olivat kaikkien tiedossa. Kun Tako 1980 suunnitteli KK3:n muuttamista 3-viirakoneeksi tekninen johtaja Bo Ahlskog ja osastoinsinööri Jussi Kauppila tekivät tarjouspyyntöpiirustuksen kolmeviirakoneesta ilman siirtohuopia. Ahlströmin Karhulan konepaja teki koneuusinnan ja viiraosa toimi alusta alkaen erinomaisesti. Koska kerrokset tässä koneessa yhtyvät märempinä kuin siirtohuopakoneissa kerrosten välinen lujuus on parempi. Pohjanmuodostus oli tällä koneella parempi kuin millään aikaisemmalla koneella. Kun kaksoisteräpäällystys myös onnistui hyvin tästä konekonseptista tuli kuuluisa. Tästä lähti kilpailevien koneiden uudistus käyntiin. Se on aiheuttanut niin suuren tuotantokapasiteetin lisäyksen, että 2000-luvulla vallitsee ylituotantotilanne, vaikka ei yhtään uutta konetta Eurooppaan vuoden 1981 jälkeen ole rakennettu. Moniviirakoneiden suurin etu oli poikkisuunnan parempi jäykkyys. Viirakoneilla jäykkyyssuhde on noin 1:2, kun se lieriö- ja formerikoneilla on noin 1:3. Painajat olivat Takon kolmeviirakartonkia jalostettaessa voineet käyttää muiden tuotteita alempia neliömassoja. Tämä etu menetettiin kun 80-luvulla kilpailijat muuttivat koneiden märkäpäät moniviirakoneiksi.

PURISTINOSAN KEHITYS

Kartonkikoneissa oli vuosikymmenet kolme puristinta, joista ensimmäinen oli imupuristin ja kaksi seuraavaa olivat tasopuristimia. Puristinhuovat olivat villaa ja kuiva-ainepitoisuus puristiosan jälkeen oli 30-35%. Huopien pesu oli alkeellista. Kun neulatut huovat 70-luvulla tulivat markkinoille niitä voitiin puhdistaa korkeapainesuihkuilla ja imulaatikoilla. Villahuopien kestettyä koneessa 2-4 viikkoa neulatut huovat kestivät 2-4 kuukautta. kuiva-ainepitoisuus nousi silloin noin 40 prosenttiin.

Amerikassa otettiin 80-luvun puolivälissä lainerikkoneilla kaksi erilaista pitkänippupuristinta käyttöön. Toinen oli pehmeätelainen isotelapuristin ja toinen kenkäpuristin. Niillä voitiin käyttää monta kertaa aikaisempaa suurempaa viivapainetta, bulkkia menettämättä. Syntyi uusi teoria, jonka mukaan bulkki on riippuvainen pinta-alaan kohdistuvasta puristuspaineesta. Molemmilla saavutetaan kuiva-ainepitoisuus noin 50% ennen kuivatusosaa. Siitä tieto pian siirtyi kotelokartonkivalmistukseen ja vähän myöhemmin paperinvalmistukseen. Vanhoihin puristiosiin verrattuna on haihdutettava vesimäärä vain puolet entisestä. Kyroon hankittiin kenkäpuristin v.1995, Äänekoskelle v. 2002 ja Takoon isotelapuristin v.1996.

KIILLOTUSSYLINTERI JA KALANTERIT

Kiillotussylinteri (jenkki) otettiin 1920-luvulla Euroopassa käyttöön taivekartonki- ja WLC-(kierrätyspaperikartonki-)koneissa. Sen etuina ovat sileä pinta ja hyvä bulkki. Kiillotussylinteri vaatii että raina on ajettava tietyllä kosteudella sylinterille. Vain yhdellä neliömassalla saadaan optimaalinen tuotanto. Sitä paksummilla ja ohuimmilla neliömassoilla on tuotanto pienempi. Kiillotussylinterin tehoa on voitu nostaa vaihtamalla sen päällä oleva huuva tehokkaammaksi. Liian tehokkaalla huuvalla kartonki palstautuu. Sen takia on monessa uusinnassa vaihdettu kiillotussylinteri isommaksi. Takon KK1:ssa oli halkaisija alun perin 3,8 m, sitten 4,5 m ja nykyisen halkaisija on 6 m. Kun puristinosat ovat vuosien mittaan tehostuneet ovat vanhojen koneiden etukuivatusryhmät ylimitoitetut eli kiillotussylinteri on yleensä tuotannon noston esteenä. Kiillotussylinterin suurin leveys sekä halkaisija on n. 6,5 m. Nopeudet ovat kuitenkin kasvaneet niin että halkaisija 6,5 m ei enää riitä. Tällaisen n. 100 tonnin kuorman kuljettaminen on myös moniin paikkoihin mahdoton tehtävä. Vuosikymmenien ajan on haettu kalanterointimenetemä, joka antaisi kiillotussylinterin edut. USA:ssa kartongin pintaa on 20-luvulta lähtien tehty ns. vesikalanterilla, mikä on edelleen yleisesti käytössä. Sillä tekniikalla ei kuitenkaan saa yhtä hyvää bulkkia kuin kiillotussylinterillä. Bulkin säästämiseksi ruvettiin Amerikassa 60-luvulla käyttämään glosskalantereita konekalentereina. Glosskalanteriksi kutsutaan kuumalla terästelalla varustettu softkalantei. Takon KK 3 oli ensimmäinen kartonkikone Euroopassa joka varustettiin glosskalanterilla. Moni tehdas Euroopassa rupesi 90-luvulla käyttämään glosskalanteria ennen päällystystä ja jätti kiillotussylinterin pois käytöstä. Se on keino nostaa tuotantoa, mutta pinnan ulkonäkö ja sileys ovat paljon huonommat kuin ns. jenkkikiilto. Uudet isot ja leveät koneet Kiinassa ajavat tällä tekniikalla ja laatu on melko hyvä, erityisesti niissä tapauksissa kun pinta päällystetään kolmella terällä. Tampella kehitti Condebelt nimisen teräsnauhakuivaimen joka antaa hyvän sileän pinnan. Sellainen prototyppi pyörii Pankakoskella kierrätyspaperipitoisella lajilla. Sen kehittäminen jäi kesken Metson otettua Tampellan haltuunsa. Tätä periaatetta käyttäen on Metso kehittänyt teräsnauhakalanterin, jota myyvät ValZone nimellä. Siinä kartonkirainan puristusaika telan ja teräsnauhan välisessä nipissä on saatu moninkertaistetuksi muihin kalanterointimenetelmiin verrattuna. Ensimmäinen ValZone kalanteri asennettiin M-realin Simpeleen kartonkikoneeseen vuonna 2007. Kiillotussylinteri jätettiin pois ja ylipitkän etukuivatusryhmän ansiosta tuotanto nousi 25%. Koska Takon KK2 oli ajanut samoja lajeja se pysäytettiin ylituotannon välttämiseksi.

KARTONKIRYHMÄN KEHITTÄMINEN

DI Pentti Kilpisen siirryttyä Takon tehtaan johtoon 80-luvun puolivälissä alkoi systemaattinen strateginen suunnittelu. Siihen kuului mm. asiakkaiden luokittelu loppukäytön mukaan. Takon tietotaidon hyödyntäminen kilpailevia tehtaita hankkimalla ideoitiin ja oltiin mukana muutamassa hankintaneuvotteluissa, jotka eivät toteutuneet. Ensimmäinen fuusio tapahtui v. 1986 kun Metsä-Serla muodostettiin. Silloin muodostettiin yhdessä Äänekosken kartonkitehtaan kanssa Metsä-Serlan kartonkiryhmä. Strategiassa nimellä Suomen Kartonki Oy oli suunnitelma saada vielä yksi tai kaksi suomalaista taivekartonkitehdasta ryhmään mukaan. Tähän tuli yllättäen apua EU:ltä, kun se kielsi myyntiyhdistysten toiminnan v.1994. Seuraavana vuonna Kyro liitettiin kartonkiryhmään ja v.1997 tapahtui Simpeleen hankinta. Nyt kartonkiryhmällä oli seitsemän kartonkikonetta neljässä tehtaassa.

Tälle ryhmälle ruvettiin laatimaan uutta strategiaa. Vienti Kiinaan kasvoi räjähdysmäisesti 90-luvun alussa. Voidakseen vastata kysyntään Tako uusi täydellisesti KK1:n ja massaosaston, jolloin tehtaan tuotantokapasiteetti nousi 250 000 tonniin /vuosi. Kun Kyrön hankinta toteutui, oli sen kartonkikone vielä sisäänajovaiheessa ja Takon tietämyksellä sen kapasiteettia voitiin nostaa 150 000 tonniin /vuosi. Nämä 150 000 tonnin tuotantolisäykset tulivat oikeaan aikaan, sillä kaikki voitiin markkinoida Kiinaan ja muihin Aasian maihin. Takon päällystystietämyksellä Kyrön ja Takon kartongeissa ei ollut laatueroja, joten tilaukset voitiin siirtää tehtaasta toiseen. Strategiaryhmä pani toiveensa uuden tuotteen kehittämiselle seuraavaa mahdollista investointia silmällä pitäen. Euroopan markkinoilla oli hyvin pieni kasvu perinteisissä tuotteissa ja toimittaja-asemat olivat vuosien mittaan lukkiutuneet. Ruvettiin kehittämään SBS:n (sellukartonki) kanssa kilpailevaa taivekartonkia. DI Ole Nickullin johdolla alkoi uudentyyppisen CTMP:n kehittäminen. Haapa CTMP:tä ostettiin Kanadasta ja tehtiin koeajoja Takossa. Yhdessä jauhintoimittajan kanssa kehitettiin teriä ja hierreprosessia ja tuloksena oli vähän energiaa vaativa, vaalea ja bulkkinen haapa-CTMP. Koeajot Takossa osoittivat sen sopivan hyvin kartongin valmistukseen. V. 2000 päätettiin uusia Äänekosken kartonkikone uudentyyppiselle taivekartongille, jonka sisäkerroksessa olisi haapa-CTMP. Rakennettiin CTMP-laitos Joutsenoon sekä kartonkiteollisuutta että hienopaperia varten. Pääosa sen tuotannosta menee Äänekoskelle ja Takolle. Tuoreen haavan saanti Venäjältä oli ajoittain vaikeata. Sen takia ruvettiin kehittämään koivu-CTMP:tä ja siitä tuli vielä kartongille sopivampi tuote kuin haapa-CTMP. Vaihto koivuun oli helppo. Äänkosken kartonkitehdas uusittiin v. 2002 tuotannolle 150 000 tonnia. Pääosa tapettitilauksista siirrettiin Kyron tapettikoneelle. Ohuista graafisista lajeista luovuttiin. Länsi-Euroopan markkinoille piti näin ollen myydä koko tuotanto uudentyyppistä SBS:n kanssa kilpailevaa taivekartonkia segmentille, jonka koko oli vain 600 000 t/a. Koeajot ja koemarkkinointi oli usean vuoden aikana tehty Takossa. Siihen liittyi myös mittava pastojen ja massalisäaineiden kehitysohjelma. Äänekosken uusi tuote on korkealaatuisin M-realin taivekartonki. Vaikka Euroopan markkinoille pääsy vei muutaman vuoden, sen menekki on ollut hyvä. Seuraava vaihe oli tuotteiden standardisointi, tehdaskohtaisten tuotetiestrategioiden laatiminen ja sisäänajo. Tämä taas vaati paljon koeajoja, tehdastietojen vaihtaminen ja koetoimituksia asiakkaille. Muutokset toteutettiin v. 2004, jolloin Tako keskittyi palvelemaan tupakka-asiakkaita CTMP:tä käyttäen ja Simpele keskittyi elintarvike yms. pakkausalalle. Kyrolle jäi kosmetiikka-, lääke- ja muut pakkausalat. Aänekosken suurimmat asiakkaat ovat graafiset painajat.

4.17. Pilvilinerin valmistus Kemi Oy:ssä

(Jukka Laitinen, 3.1. 2010.)

Tausta:
Vuonna 1971 käynnistyi Kemi Oy:n Pajusaaren tehtailla uusi Tampellan toimittama kraftlinerkartonkikone ”Polar Queen”. Koneen kapasiteetti oli 180 000 tn ruskeaa kraftlineria. Kone oli varustettu toisioperälaatikolla kartongin pintakerroksen valmistamiseksi. Investointiohjelma käsitti myös jatkuvatoimisen Kamyrkeittimen kartongin pohjamassan valmistamiseksi. Kamyrkeitin oli ensimmäisiä uuden polven keittimiä, jotka oli varustettu erillisellä keittoliuoksen esi-imeytystornilla. Melko pian kävi ilmi, että eräkeittolinjalta otettava kartongin pintamassa voidaan valmistaa pohjamassan kanssa samalla pohjamassakeittimellä vaihtamalla kappalukutasoa. Vuonna 1975 valmistui tehtaan ensimmäinen valkaisulaitosinvestointi. Valkaisimo oli ensimmäinen viisivaiheinen sulfaattiselluvalkaisimo Suomessa.


Pilviliner:
Välittömästi valkaisimon käynnistymisen jälkeen aloitettiin koeajot pilvilinerin valmistamiseksi. Toisioperälaatikkoon syötettiin valkaistua sellua noin 45 g/m2 ja näin kartongille saatiin aikaan vaalea pilvimäinen pinta. Pilvikuvio on spesifinen jokaiselle tehtaalle riippuen kartonkikoneen rakenteesta, prosessiolosuhteista ja raaka-ainekoostumuksesta. Neliöpainoalue oli 125 – 200 g/m2 ja vaaleus 73-74 ºISO. Pilvilinerin painettavuusominaisuudet olivat selvästi ruskeaa kartonkia paremmat ja Kemin piviiner oli asiakkaiden taholta erittäin pidetty ja sen kysyntä ruskeaa lineria vakaampi; aluksi tuotanto oli noin 30 000 tn/v ja vakiintui myöhemmin tasolle 60-70 000tn. Pilviliner sopi erityisesti vihannes- ja hedelmäpakkauksiin. Kahdeksankymmentäluvun puolivälissä kartonkikoneen koko märkäpää uusittiin ja toisioperälaatikko korvattiin yläviirayksiköllä. Tämä avasi tien White top –laatujen valmistukseen. Tällöin pilvilinerin ulkonäkö muuttui hieman aiempaa tasaisemmaksi ja sekä lujuus- että painatusominaisuudet paranivat. Asiakkaat ottivat nämä muutokset vastaan erittäin myönteisesti. Kemin tehtailla päällystetyt White top –laadut korvasivat 2000-luvun alussa pilvilinerin. Pilvilinerilla oli 25-vuoden ajan tärkeä osa Kemin linerkartonkien kehityksessä ruskeasta lineristä korkealuokkaisiksi päällystetyiksi laaduiksi. Pilviliner tasoitti myös jossain määrin ruskean kartongin voimakasta markkinavaihtelua.

Huom! Kemi Oy osaksi Oy Metsä-Botnia Ab:tä vuonna 1991.

4.17. IN ENGLISH Mottled liner in Kemi Oy

(Jukka Laitinen, 3.1. 2010.)

Background:
A new kraftliner machine, ”Polar Queen”, nominal capacity 180 000 ton/a brown kraftliner, was started in the year 1971. Polar Queen was equipped by a secondary head box for the top layer formation. The investment did include also one of the first Kamyr digesters of a new generation equipped by a separate pre impregnation tower. The Kamyr digester was designed to produce the bottom layer for the kraftliner. Quite soon it did turn out that also the top layer could be possible to produce by the same digester by switching the kappa number. In the year 1975 the first bleach plant investment was completed. It was the first five stage kraft pulp bleach plant in Finland.

Mottled kraftliner:
After the start up of the bleach plant, it was started also trials to feed a thin layer, approximately 45 g/m2, bleached pulp to the secondary head box and so the new board grade, mottled liner was developed. The mottling pattern is specific for every board machine depending of technical concept and raw material. Basis weight area was 125 – 250 g/m2 and brightness 73 -74 ºISO. The printing properties of mottled liner were significantly better compared to the brown liner and Kemi mottled was very much liked by the customers and did have a quite stabile market, in the beginning about 30 000 ton/a and later on the level of about 60 - 70 000 ton/a. The product was suitable especially for the fruit and vegetable packages. In the middle of 80’s the whole wet end was rebuild, and secondary head box was replaced by a secondary wire section, which did open the road to the white top grades. The strength properties of mottled liner did also improve and the appearance of surface was immediately accepted by the customers. In the beginning of 2000’s the coated liners did replace mottled kraftliner at Kemi Mill. During the time period of 25 years mottled liner has been one important step in the development path of Kemi liner grades from brown liner to the white top grades and has to some extend also softened the volatility of the brown liner market.

Note! Kemi Oy as a part of Oy Metsä-Botnia Ab since 1991.

4.18. Absorbex laminaattipaperi

Pentti Sierilä 20.3.2012

 

Kotkan tehtailla absorbex-voimapaperi, jota kutsutaan myös laminaattipaperiksi tai levyraakapaperiksi, oli ollut kokeiluluonteisesti tuotannossa 1950-luvun lopulta, mutta vasta 1960-luvun puolivälissä sen osuus kasvoi nopeasti. Levyraakapaperin tuli olla imukykyistä ja pohjaltaan tasaista. Jalostettaessa paperi kyllästettiin fenolihartseilla, leikattiin arkeiksi ja laminoitiin kuumapuristimessa levyiksi. Samalla levyn pintaan saatiin haluttu kuvio. Teknisenä kehittelynä absorbex on mielenkiintoinen. Kehitystyön lähtökohtana oli ajatus siitä, että sahanpurusta olisi muuksikin kuin polttoaineeksi. Kysymystä koetettiin ratkaista aluksi käyttämällä massassa lyhytkuituista koivusellua ja sahanpurusta valmistettua niin ikään lyhytkuituista sellua. Pian huomattiin kuitenkin, ettei koivu ollut tarpeen vaan absorbex`in massaksi soveltui hyvin pelkästä sahanpurusta valmistettu sellu, koska tuotteelta ei vaadittu suurta vetolujuutta. Sahanpurun käyttäminen vaati muutoksia myös sellun valmistukseen. Entiset keittokattilat eivät soveltuneet lyhytkuituiselle sahanpurulle, vaan tehtaaseen hankittiin kaksi jatkuvatoimista Bauer-keitintä.

 

4.19. Kokonaisvaltainen sellu- ja paperitehdassuunnittelu

(Jukka Terho 9.4.2009)

Historiaa
 

Alan ensimmäisenä tehdassuunnittelun pioneerina Suomessa voidaan pitää Kaarlo Amperlaa, joka 1950- 70-luvuilla suunnitteli paperi- ja sellutehtaita Suomeen ja Portugaliin. Prof. Jaakko Murto ja Jaakko Pöyry aloittivat insinöörikonsultoinnin Suomessa 1958 Metsäliiton Äänekosken sellutehtaan suunnittelulla ja perustivat Insinööritoimisto Murto&Pöyryn . Tästä alkoi Pöyry- yhtiöiden kehitys ensin muutaman henkilön toimistoksi ja siitä viidessäkymmenessä vuodessa nykyiseksi Pöyry Oyj:ksi, joka työllistää 8000 henkilöä 49 maassa ja toimii metsäteollisuuden lisäksi energia- , vesi ja ympäristö-, rakentamisen palvelujen , ja liikennejärjestelmien suuunnittelualoilla. Tehdassuunnittelu piti Murto& Pöyryllä aloittaa ensimmäisissä töissä nollapisteestä. Ei ollut valmiita malleja tehdassuunnittelun läpiviemisestä ja kaikista muistakin resursseista oli pulaa. Hyvän kuvan uranuurtajien ankarasta ponnistelusta ja toiminnan kehittämisestä saa Raimo Seppälän kirjoittamasta elämäkerrasta ”Korvessa karjui se karvainen karhu- Jaakko Pöyryn tie Sodankylästä kuuteen maanosaan” ( Otava, 2004).Tarvittiin yksi jos toinenkin idea ja innovaatio että ensimmäiset tehdasprojektit saatiin menestyksellisesti toteutettua. Alusta alkaen lähdettiin kehittämään suunnittelusystematiikkaa , mitä työtä on jatkettu tähän päivään saakka. Jaakko Pöyryllä oli kyky ja onni kerätä luottomiehikseen päteviä eri alojen asiantuntijoita, joiden merkitys tehdassuunnittelun kehttämisen alkuvaiheessa oli ratkaiseva . Tällaisia olivat mm.: Matti Kankaanpää (paperikoneet), Eric Ehrnrooth (sellutehtaat), Esko Mykkänen (projektinjohto, aikataulusuunnittelu), Sami Alperi (automaatio), Pauli Heinonen (laitossuunnittelu), Voitto Leppänen (laitossuunnittelu), Paul Talvio (projektin läpivientiohjelmien kehittäminen, automaatio), Mikko Nyyssölä (paperitehtaat), Pentti Piilonen (sellutehtaat),

Suunnittelujärjestelmän nykytilanne

Pöyryllä on vuodesta 1975 lähtien käytetty tietokonepohjaisia suunnittelujärjestelmiä. Suunnittelujärjestelmät ovat olleet omassa talossa kehitettyjä suurten projektien tarpeisiin. Paul Talvion kehittämiä ajatuksia tehdasmallinnuksesta 1970-80-luvuilta on IT-teknologian edistyessä pystytty nyt toteuttamaan. Vuodesta 1992 on käytössä ollut PC-maailmassa toimiva ProElina-järjestelmä. Järjestelmää on käytetty noin 50 suuressa sellu- ja paperitehdasprojektissa.

ProElina

Suunnittelujärjestelmään syntyy suunnittelun kuluessa käytännössä tehtaan tietomalli. Tehtaan kaikki laitteet, sähköistys moottoreineen ja automaatiojärjestelmineen ja kenttälaitteineen löytyvät ProElinan tietotauluista. Tehtaan laitteiden lisäksi järjestelmässä on kuvattu tehtaan fyysinen ja toiminnallinen rakenne. Suunnittelujärjestelmässä oleva tieto on linkitetty piirustuksiin. Esimerkiksi virtauskaavioiden kaikki tiedot tulevat ProElina tietokannasta. Sähkö- ja automaatiopiirustukset on mallinnettu grafiikkaa myöten tietokannassa, ne generoidaan automaattisesti kuviksi mallissa olevien tietojen perusteella.

WebPub

Vuonna 1998 ProElinan yhteyteen kehitettiin selainkäyttöliittymässä toimiva WebPub julkaisujärjestelmä. Järjestelmä on kiinteästi liitetty ProElina tietotauluihin.

3D

ProElina-tietomallissa oleva tieto palvelee myös laitoksen ja putkiston 3D-suunnittelua. Tehtaan laitteiden, putkistojen ja armatuurien tiedot siirtyvät ProElina tietomallista 3D-malliin. 3D-mallista voidaan ajaa WebPub-järjestelmällä katsottava katselumalli. Suunnittelujärjestelmästä ja siihen liittyvästä julkaisujärjestelmästä on hyötyä myös käyvillä tehdaslaitoksilla. Vaatimukset tehtaan käynnissäoloajan maksimoimiseksi edellyttävät että tehtaan dokumentit ovat ajan tasalla ja nopeasti löydettävissä.. Erityisesti sähköistyksen ja automaation osuus tehtaan päivittäisessä kunnossapitotoiminnassa on suuri, ja näitä asioita käsitteleviä dokumentteja on paljon. WebPub-julkaisujärjestelmässä oikean ja paikkansapitävän tiedon löytäminen on helppoa ja nopeaa.

Virtual Mill- Tehdastiedon hallinta projekteista käyville tehtaille

Viimeisimpänä vaiheena Pöyryn tehdassuunnittelumenetelmän kehityksessä on Virtual Mill osaksi tehtaan tietojärjestelmiä. Virtual Mill sijaitsee tehdaslaitoksen lähiverkossa ja sisältää ProElina-ja WebPub-sovellusten lisäksi Jalina-piirikohtaiset toimintakuvaukset-sovelluksen sekä Pöyryn kehittämät piirustussovellukset. Virtual Mill konsepti mahdollistaa Remote Engineering-palvelun Internetin kautta. Virtual Mill työkaluja voi samanaikaisesti käyttää useampi suunnittelija. WebPub-julkaisujärjestelmästä tietoja ja kaavioita voidaan katsella selaimen avulla. ProElina suunnittelujärjestelmässä suunnittelijoiden toimesta syntynyt tieto on tarpeen myös tehtaan muissa tietojärjestelmissä. Perinteisestä suunnittelusta syntynyt tieto on paperikopiosta syötetty sisään muihin tehtaan tietojärjestelmiin. Esimerkiksi tehtaan kunnossapito- ja DCS-järjestelmien rakenne perustuu suunnittelusta tulleeseen informaatioon. Laitteiden ostospeksit ovat taasen tarpeen ostojärjestelmässä. Pöyry on yhdessä asiakkaidensa kanssa toteuttanut ratkaisuja, joissa ProElina suunnittelujärjestelmän tieto on synnyinsija muiden tehtaan tietojärjestelmien tiedoille. Tällainen ratkaisu takaa myös tehtaan eri tietojärjestelmien tiedon eheyden. Tietomallin julkaisujärjestelmässä WebPubissa on taasen integroitu käyttöliittymän tasolla tehdasmallia tehtaan muihin tietojärjestelmiin.

4.20. Paperitehtaan prosessit

(Jukka Terho 9.4.2009)

Massa- ja vesijärjestelmät olivat 1960- luvulle asti eri paperitehtaissa ratkaisuiltaan hyvin kirjavia. Koneet olivat huomattavasti nykyisiä pienempiä ja hyvin usein monilajikoneita, mikä asetti erilaisia vaatimuksia prosessijärjestelmille. Tehdasyksiköitten koon kasvaminen ja ympäristövaatimusten kiristyminen asettivat uusia vaatimuksia, jotka ohjasivat 1970- luvun alussa tehdasprosessien systemaattiseen analysointiin ja kehittämiseen Insinööritoimisto Jaakko Pöyry:llä. Kehitystyön tehokasta läpivientiä edesauttoi senaikainen matalasuhdanne. 70-luvun alussa oli Pöyryllä ollut useampia suuria tehdasprojekteja joiden suorittamiseen oli palkattu uusia resursseja. Kun isot työt loppuivat Jaakko ei halunnut lomauttaa tai irtisanoa vapautuneita resursseja vaan satsasi tehdasmallien suunnitteluun. Mikko Nyyssölän johdolla laadittiin paperitehtaan eri osaprosesseille tyyppiratkaisut, joita alettiin soveltaa kaikissa projekteissa. Päätavoitteina olivat:

  • prosessin toiminnan stabilisuus sekä normaalituotannossa että häiriötilanteissa
  • hallittu ja nopea lajinvaihto varsinkin monilajikoneille
  • tuoreveden käytön ja jätevesikuorman minimointi/vähentäminen
  • märänpään kemian hallinta ( esim. vastavirtapesu, tasainen tuorevedenotto prosessiin)
  • energiankulutuksen pienentäminen.

Tyyppiratkaisut kehitettin mm. seuraaviin osaprosesseihin:

  • massankäsittely ml. jauhatus, massatornien ja –säiliöiden mitoitus
  • lyhyt kierto, massan puhdistus, viirakaivon ja putkiston suunnittelu
  • kiertovesijärjestelmä, kuidun talteenotto, varastokapasiteetin mitoitus
  • hylkyjärjestelmä, varastojen mitoitus, saostus, lajittelu
  • suihkuvesijärjestelmät puhdistetulle kiertovedelle ja tuorevedelle lämmöntalteenottojärjestelmineen.

Kokemukset järjestelmästä ensimmäisten paperikoneitten käyntiinlähdön jälkeen olivat rohkaisevia; tavoitteet enimmäkseen oli saavutettu, joitain ratkaisuja parannettin seuraavissa projekteissa. Prosesseja on senjälkeen jatkuvasti kehitetty ei vähiten prosessilaitteiden ja mittaus- ja ohjauslaitteiden kehittymisen seurauksena. Näillä periaatteilla on Pöyryllä neljän vuosikymmenen aikana menestyksellisesti suunniteltu noin 150 paperitehdasprojektia ja samantyyppisiä ratkaisuja on käytetty myös monissa muissa tehtaissa. Paperitehtaiden prosessisuunnittelu ei sinänsä vaikuta miltään rakettitieteeltä . Sen vaikutus paperitehtaan tuotantoon on omalta osaltaan kuitenkin hyvin ratkaiseva. Esim. Pohjois-Amerikasta löytyy lukuisa määrä suuriakin paperikoneita, joissa huonot ratkaisut erikoisesti hylky- ja kiertovesijärjestelmissä aiheuttavat suuria vaihteluja ja sitä kautta tuotantotappioita. Lisäksi veden- ja energiankulutukset ovat niillä huomattavan korkeita.

4.21. Valmetin paperikoneinnovaatiot

(Matti Kankaanpää)

Paperikoneiden valmistus Suomessa alkoi 40-luvun lopussa - 50-luvun alussa seuraavissa yhtiöissä:

  • A.Ahlström, Karhula
  • Valtion Metallitehtaat, myöhemmin Valmet, Jyväskylä
  • Tampella, Tampere
  • Wärtsilä / Kone ja Silta, Helsinki

Tärkeimmät kilpailijat olivat:

  • Beloit Iron Works (myöhemmin Beloit corporation), USA
  • Walmsleys Bury Ltd, Englanti
  • Black Clawson, USA
  • Voith, Heidelheim, Länsi-Saksa
  • KMW, Karlstad, Ruotsi

Kaikki nämä konerakentajat olivat toimittaneet tai toimittamassa lukuisia suuria paperikoneita suomalaisille paperitehtaille.

Suomalaisten koneenrakentajien ensimmäiset toimitukset:

Ahlström: Tervakoski Oy Erikoiset hienopaperit, sotakorvaustoimitus (pieni kone)

Valmet: YPT Simpele, laajamodernisintitoimitus, jossa mm. ensimmäinen suction pick-up -ratkaisu. Veitsiluoto, säkkipaperi/kartonkikone, jossa viiraosa ja perälaatikko USA:sta (Valley)

Kone ja Silta: Steti, Tsekkoslovakia, Säkkipaperikone, kokonaistoimitus (rakenne kehitettiin Walmsleyn vanhan sanomalehtikonepiirustusten perusteella) Sotakorvaustoimitus (pieni kone, samanlainen kuin Ahlströmin toimitus)

50- ja 60-luku

Suomessa toimitettujen koneiden rakenne perustui tunnettuun tekniikkaan ja kilpailijoiden rakenneratkaisujen seurantaan. Ylivoimaisesti johtava konetoimittaja oli Beloit Corporation, jolla merkittäviä toimituksia mm. Enso-Gutzeitille (Kaukopää, Kotka ja Summa). Veitsiluoto, Kemi ja Yhtyneet, Kaipola. Beloitin voimakas tutkimus- ja tuotekehitysohjelma tuotti momia uusia tehokkaita ratkaisuja. Suomalaiset konetoimittajat kilpailivat erityisesti hyvällä laadulla, täsmällisillä toimituksilla ja hinnalla. Valitettavasti yhtiöt (Tampella, Valmet, Wärtsilä) kilpailivat keskenään samoista, huomattavista vientiprojekteista (mm. Nordenfjälske Skong, Timavo Italia), joissa seitsemästä konetarjoajasta kolme oli suomalaisia.

Tämä tilanne johti ko. yhtiöiden väliseen yhteistyösopimukseen nk. TVW-sopimukseen, jossa sovittiin tuotejako: Tampella kartonkikoneet, Valmet sanomalehti/aikakauslehti- ja säkkipaperikoneet, Wärtsilä hienopaperikoneet. Lisäksi muodostettiin yhteinen TVW-markkinointiorganisaatio. Tässä tilanteessa suomalaisten konetoimittajien yhteinen markkinaosuus paperikonemarkkinoilla oli noin 15-20 %. Beloit oli ylivoimainen ykkönen.

70-luku

70-luvun alussa alkoi määrätietoinen panostus tutkimukseen ja tuotekehitykseen sekä uusien ideoiden kehittämiseen ja patentointiin. Erityisesti Valmetin piirissä luotiin uutta sekä prosessipuolella että valmistusprosessissa. Tämän toiminnan tavoitteena oli nousta maailman johtavaksi paperikonetoimittajaksi ja sivuuttaa kansainvälisiä markkinoita pitkän ajan johtanut Beloit Corporation.

Tärkeimmät tutkimus- ja tuotekehitysohjelmat: Tavoitteena oli koneiden nopeuden nosto, tuotteiden laadun parantaminen, käyttövarmuuden ja hyötysuhteen parantaminen, raaka-aineiden tehokkaampi hyväksikäyttö, energian kulutuksen alentaminen ja suurien koneyksikäiden leveyden kasvattaminen.

Lähtökohdat paperilajista riippuen: Koneleveydet 6-8 m, maksiminopeudet 600-800 m/min

Valmetin tutkimus- ja tuotekehitysohjelmat:
Uusi koneen märkäpään, s.o rainanmuodostusosan ja puristinosan kehittäminen
Tuloksena nk. Sym-concept, joka käsittää:
Hydraulinen perälaatikko
Sym-Former kaksoisviira rainanmuodostusosa (Patentoitu)
Sym Press I ja II (Patentoitu)

V. 1972 rakennettiin ensimmäinen täyden nopeuden koekone Rautpohjaan, jossa toteutettiin ym. uudet ideat. Koneen leveys 1,0 m ja maks. nopeus 1300 m/min. Koekoneen toiminnan ja tulosten analysoinnin perusteella myytiin ensimmäinen teollinen sovellutus YPT Simpeleen tehtaalle v. 1971. Kone käynnistyi v. 1972/73. Jatkossa Ahlström Varkaus (sanomalehti) ja MoDo (hienopaperi).

Tämä uusi konstruktio- ja prosessiratkaisu osoittautui ylivoimaiseksi useilla paperilaaduilla. Vedenpoiston symmetrisyys koneen former- ja puristinosassa parantaa ratkaisevasti paperin laatua, symmetrisyyttä ja formatiota. Mm. Japanissa ko- ratkaisusta tuli hienopaperilla hallitseva standardi.

Otteita kirjasta Telan Ympäri, Panu Nykänen 2005

Sym-Press

"Enso-Gutzeitin sanomalehtipaperikoneilla 1960-luvun alussa esille tuoma puristinosan rakenteen vaikutus paperin sisäiseen rakenteeseen nousi esille Wärtsilän neuvotellessa vuonna 1970 samanaikaisesti kahden hienopaperikoneen toimituksesta Ruotsiin, Papyruksen Nymöllan ja MoDo Husumin paperitehtaille.

MoDo:n tehdasprojektin suunnittelusta ja laitevalinnoista vastasi Jaakko Pöyry Oy, jonka paperitehdasprojekteista vastaavana varatoimitusjohtajana toimi Matti Kankaanpää. Neuvottelujen aikana MoDo vaati, että paperikoneeseen asennetaan Valmetin valmistama perälaatikko ja viiraosa. Kankaanpää esitteli tilaajalle uuden, tammikuussa 1970 luonnostelemansa symmetriseen vedenpoistoon tähtäävän puristinosaratkaisun, jonka tilaaja loppuneuvotteluissa vaati sisällytettäväksi toimitukseen. Wärtsilä suostui tilaajan pyyntöön ja sai koneen tilauksen. Nymöllan koneesta oli päästy sopimukseen hieman aikaisemmin, ja uudentyyppinen puristinosa sisällytettiin myös tähän toimitukseen. Puristimen nimen Sym-Press antoi Wärtsilän Pentti haila. Tammikuussa 1970 Kankaanpää oli ideoinut vielä toisen, 3-nippisen puristimen suurempia ajonopeuksia ja ohuempia paperilaatuja varten. Tämä puristin sai nimen Sym-Press II.

Sym-Press II suunniteltiin erityisesti suurille nopeuksille ja papereille, joiden vedenpoisto-ominaisuudet ovat huonot. Puristinosan ensimmäisen nipin muodostavat yläpuolinen imutela ja alapuolinen, yleensä taipumakompensoitu uratela. Veden poisto tapahtuu molempiin suuntiin. Kakkosnipin muodostavat imutela ja graniittitela. Kolmosnippinä on käytetty huovalla päällystettyä uratelaa ja graniittitelaa. Sym-Press II:sta muodostui myyntimenestys ja se ssyrjäytti Twinver puristimen."

Sym-Former

"Matti Kankaanpää suunnitteli kesäkuussa 1971 uuden formeriratkaisun, jolla kyettiin yhdistämään tasoviiran varovainen vedenpoisto ja tästä aiheutuva hyvä retentio, sekä kaksoisviiran aikaansaama vedenpoiston symmetrisyys ja tästä aiheutuva hyvä formaatio ja rainan sisäinen struktuuri. Tavoitteena oli eliminoida markkinoille tulleiden kitaformereiden heikkoidet paperirainan rakenteen suhteen. Laitteisto sai ominaisuuksistaan nimen Sym-Former, valmistettava paperi oli symmetristä.

Sym-Formerissa, joka oli ensimmäinen rakennettu hybridiformeri, massa johdetaan ensin tavanomaista fourdrinier-viiraa muistuttavalle tasolle. Tämän jälkeen raina johdetaan kaksoisviiran väliin. Viirojen välissä tapahtuva lateraalinen liike tasoittaa osaltaan rainaa, mutta suurin merkitys formaatiolle aiheutuu viirojen välissä, kaarevan kengän päällä.

Sym-Formerin kannalta ratkaisevaksi tilaukseksi muodostui Yhtyneet Paperitehtaat Oy:n Simpeleen PK 1 uusinta. Tilaajan ja valmetin välille 1960-luvun kuluessa muodostuneet luottamukselliset suhteet mahdollistivat lopulta sen, että Valmet tarjosi projektissa mahdollisuutta kokeilla uusinta olemassaolevaa tekniikkaa, joka käsitti uuden hydraulisen lamelliperän, Sym-Formerin ja Sym-Press II:n.

Yhtyneet Paperitehtaat Oy pyysi professori Niilo Rytiä arvioimaan uuden konstruktion onnistumismahdollisuuksia. Ryti esitti myöhemmin lentäväksi lauseeksi muodostuneen lausuntonsa käyttäen kiertoilmaisua: ”Ei ole mitään syytä odottaa että laitteisto ei toimisi”. Simpeleen tehtaan johtaja Matti Mäkinen ei kuitenkaan aivan suoraa päätä suostunut asettamaan tehdastaan pilottilaitteiston asennuspaikaksi, vaan edellytti konseptin kokeilemista Rautpohjaan rakennettavalla koekoneella. Kesällä 1972 sovittiin perusperiaatteista ja Valmet sitoutui rakentamaan esitetyn ratkaisun mukaisen, täyden nopeuden ja geometrian mukaisen koekoneen.

Simpeleen kone käynnistyi uusinnan jälkeen syyskuussa 1973. Koneella valmistetun paperin kerrostuneisuus saatiin pois kokonaan, kaksoisviirakoneiden ehkä pahin ongelma oli ratkaistu."

1970- ja 80-luvun merkittävimmät tuotekehitys- ja tutkimuskohteet ja saavutetut tulokset

Rainanmuodostus
Speed Former (patentoitu) nk. Kitaformer tela/lista ratkaisuna. (Gap-Former, roll/blade design). Lähinnä sanomalehtikoneet. Nopeuspotentiaali 1800 m/min. Ensimmäinen toimitus Union Bruk, Norja. Lukuisia toimituksia 80-luvun aikana.
Formerin jatkokokehitys erityisesti täyteainepitoisille painopapereille ja hienopapereille. Opti-Former ja Opti Flow perälaatikko, myös monikerros sovellutus, maksimi ajonopeus 2000 m/min +. Osoittautui ylivoimaiseksi ratkaisuksi, jota kilpailijatkin (Beloit ja Voith) alkoivat kopioida. Maksimi ajonopeus 90-luvun alussa jo lähellä 2000 m/min.

Ote kirjasta Telan Ympäri Panu Nykänen 2005

Hydraulinen perälaatikko

"Perälaatikossa syntyvä pienikin virtauksen suunnan vaihtelu johti kuituorientaation poikkeamaan ja edelleen ongelmiin jatkolomakepaperin taipumukseen laskostua epäsäännöllisen muotoiseen pinoon. Jouni Koskimies, Kari Pitkäjärvi, Markku Lyytinen. Esa Ottelin ja Erkki Ilmoniemi analysoivat ja ratkaisivat ongelman. Ongelma ratkaistiin perälaatikon kylkeen sijoitetulla säädettävällä sivuvurtaussyötöllä, joka ratkaisu myös patentoitiin. Kuituorientaation säätö on ensimmäisestä Rauman PK 3:lle 1984 toimitetusta Sym-Flo perälaatikosta lähtien kuulunut Rautpohjan valmistamiin perälaatikoihin. Tässä perälaatikossa oli myös uudentyyppinen turbulenssigeneraattori."

Speed Former kitaformeri

"Matti Kankaanpää esitti lokakuussa 1972 uuden kitaformeriratkaisun, josta tuli aikanaan Speed Former. Tämä oli ensimmäinen tela/listakenkäformeri. Se yhdisti tela- ja listakenkäformereiden tekniikkan ja tuloksena oli samanaikaisesti hyvä formaatio, retentio ja ajettavuus. Speed Formerin kehitys eteni kuitenkin Rautpohjassa hitaasti johtuen lähinnä Sym-Formerin hyvästä menestyksestä. Ensimmäinen Speed Former yksikkö asennettiin Rautpohjan koekoneelle 1970-luvun lopussa ja ensimmäinen toimitus tapahtui Union Brukille Norjaan 1985."

Rainanmuodostusosan lyhyt kierto
POM Technologyn kehittämä ja patentoima Pomp-sovellutus rainanmuodostusosan lyhyessä kierrossa. Pomp-yksikkö toimii 0-veteen sekoittuneen ilman poistajana, sulkee ja paineistaa systeemin. Pomp-konseptille myönnettiin Wallenberg-palkinto. Järjestelmän edelleen kehittäminen suurilla nopeuksilla Kita-formerin yhteydessä antaa mahdollisuuden huomattavaan energian talteenottoon koneen lyhyessä kierrossa. Alustavien laskelmien mukaan mahdollisesti jopa puolet sekoituspumpun moottoritehosta. Idealle on patenttihakemus käsittelyssä. (katso erillinen kronikka)

 

Puristinosa
Pitkänippipuristin (alkukehitys Kanadassa). Eri sovellutukset Sym-pressin ja erillisen puristimen yhteydessä tehneet mahdolliseksi nostaa rainan kuiva-ainepitoisuutta puristinosan jälkeen 40-44 % tasolle.

Imutelat
Haponkestävät imutelat. Gun-drilling -tekniikan kehittäminen haponkestävän telavaipan rei'ityksessä. Ylivoimainen valmistusmenetelmä.

Ote kirjasta Telan Ympäri Panu Nykänen 2005

"Koneiden nopeuden ja koon kasvaessa perinteiset jouduttiin imutelojen vaipoissa luopumaan pronssimateriaaleista ja siirtymään teräksiin 1960-luvulla. Suomessa ei valettu imutelojen vaippoja. Yhdysvalloissa oli siirrytty martensiittisiin teräksiin, joiden työstö oli ongelmallista työstönopeuden ja työstövirheiden suhteen. Kun martensiittisistä teräksistä oli siirryttävä kaksifaasiteräksiin, tilanne alkoi jo muodostua mahdottomaksi.

Unto Rehnströmin johtama tutkimusryhmä ratkaisi valmistusteknisen ongelman 1970-luvun alussa kehittämällä erikoisporakoneen. Porana käytettiin asetuotannossa tavallista epäkeskoon lastuavaan kärkeen perustuvaa kanuunaporaa. Kone rakennettiin siten, että sillä pystyttiin käsittelemään 12 m pitkiä telavaippa-aihioita. Terien suurin lukumäärä koneessa oli 336 kappaletta. Imutelanaihioiden toimituskysymys ratkaistiin ryhtymällä yhteistyöhön japanilaisen Kubotan kanssa. Kaanunaporakone otettiin käyttöön ensimmäisten kaksifaasiteräksisten aihioiden saapuessa tehtaalle.

Kanuunaporakoneita otettiin käyttöön yhteensä neljä, kaksi Rautpohjassa, yksi Valmet Dominion Inc:lla Kanadassa ja yksi Sumitomolla Japanissa. Valmet nousi kanuunaporakoneen ansiosta imutelojen markkinajohtajaksi 1970-luvulla. Unto Rehnström sai keksintösäätiön tunnustuspalkinnon vuonna 1978."

Puristinosan uratelat Puristinosan uratelat (Venta-Nip telat, Beloitin kehittämä ja patentoima telarakenne). Haponkestävän uritetun telapinnan valmistaminen nauharatkaisuna (patentoitu ylivoimainen valmistusratkaisu).

Ote kirjasta Telan Ympäri Panu Nykänen 2005

"Teräksisten uratelojen valmistus jyrsimällä on kallista ja aikaa viepää. Uratelan valmistus kiertämällä teräsnauhaa telan ympärille on ollut pitkään tunnettu ja sitä on käytetty hitaasti pyörivissä teloissa. Nopeuden kasvaessa ongelmana oli mahdollinen nauhan katkeaminen ja tällöin pinnoitteen purkautuminen saattoi johtaa vaarallisiin tilanteisiin.

Asia nauhatelan käytöstä nousi esille 1970-luvulla etsittäessä vaihtoehtoja Beloitin ja Küstersin patentoimille uratelaratkaisuille ja vaikeasti valmistettavalle Karhulan A-telalle. Kaipolan tehtaan korjauspajan ja piirustuskonttorin päällikön Aimo Lepolan aloitteesta kokeiltiin Kaipolan pakkauskartonkikone PK 3:lla nauhatelaa viimeisellä puristimella. Tela ei kuitenkaan kestänyt käyttöä. Koe tuli tunnetuksi laajemminkin Suomessa.

Rautpohjan tehtaan isännöitsijä Gunnar Rask antoi nauhatelan valmistustekniikkaan liityvän ongelman ratkaisutehtävän Väinö Sailakselle. Telateknologian mullistanut idea syntyi perisuomalaiseen tapaan lauantaisaunassa. Sailas huomasi, että uratela voitiin tehdä helposti kiertämällä telan ympäri teräsnauha, joka kiinnitettiin samalla mekanismilla kuin saunan seinän ponttilaudoitus. Pontti lukitsi nauhan paikalleen jopa nauhan katketessa. Kaikkein parasta G-telassa oli se, että tela valmistui nyt yhden työpäivän kuluessa. Telan valmistuksen tekniikkaan liittyi ongelmia, mutta lopulta päästiin haluttuun tulokseen. Lisäksi ongelmana oli Beloitin Ventanip-uran muotoon liittyvän patentin kiertäminen. G-telan uran vino muoto esti Beloitin patentin rikkomisen."

Taipumakompensoidut telat
Taipumakompensoidut puristin- ja kalanteritelat vyöhykesäädöllä. Erittäin tehokas ja monipuolinen ratkaisu, joka on välttämätön erityisesti suurilla koneleveyksillä.

Telapinnoitus
Uusi telapinnoitustekniikka erityisesti Sym-Press -ratkaisun yhteydessä korvaamaan aikaisemmin käytetyt graniittitelat. Koneleveyden ja ajonopeuden kasvaessa graniittiteloilla ei enää saavutettu riittävää lujuusvarmuutta (eräitä kriittisiä rikkoutumisia tapahtui 80-luvulla).

Ote kirjasta Telan Ympäri Panu Nykänen 2005

"Puristinosan keskitela on perinteisesti valmistettu graniitista. Keskitela on perinteisesti paperikoneessa ensimmäinen kohta, jossa paperirata siirretään avoimena vientinä. Koneen nopeuden kasvaessa tämä kohta tuli entistä kriittisemmäksi. Tilannetta pahensi vielä kuiva-ainepitoisuutta lisäämään tarkoitettu höyrylaatikko, joka nosti graniittitelan pinnan lämpötilaa. Korkeat lämpötilat ja lämpötilamuutokset tietyissä ajotilanteissa johtivat ikäviin telan särkymisestä johtuviin vakaviin onnettomuuksiin.

Prokekti graniittitelan korvaamiseksi muulla materiaalilla alkoi Rautpohjassa 1984. Aluksi tehtiin kokeita erikoisvaluraudoista tai martensiittisistä teräksistä valmistetuilla teloilla ja polymeeri-matriisista ja täyteaineesta valmistetuilla pinnoitteilla. Vuosikymmenen vaihteessa kokeiltiin karbidipohjaisia Center-Mate materiaaleja.

Vuonna 1991 onnistuttiin pinnoittamaantela-aihio ruiskuttamalla sen pintaan oksidikeraamista materiaalia. Ari Telaman ja Pentti Lehtosen työryhmä sai ruiskutuslaitteiston toimimaan jopa kymmenmetrisen telan päällystämiseksi riittävällä varmuudella. Aluksi markkinoille tullutta alumiinioksidipohjaista ValRok STD:tä seurasivat 1995 kromioksidipohjainen ValRok C ja vuotta myöhemmin ValRok S."


Kuivatusosa
Suljettu vienti kuivatusosalla suurilla ajonopeuksilla.
Puhalluslaatikkoratkaisu rainan viennin stabilisointi. Tehokas ja käyttövarma systeemi. Menetelmä on patentoitu ja sai Wallenberg-palkinnon.
Tähän tekniikkaan liittyen kehitettiin uritettu ja rei'itetty vaakkumi-sylinteri varmistamaan erityisesti ohuempien paperilajien tehokas kuivatus ja ajovarmuus.

Paperin päällystys (coating)
Sym-Sizer kuivatusosassa. Pintaliimaus ja erilaiset esipäällystykset kuivatusosassa.
Paperin päällystystekniikan kehittäminen on- tai off-machine ratkaisuna suurilla nopeuksilla ja vaativilla paperilajeilla blade-coating tekniikalla.

Kalanterointi
Konekalanterit ja Superkalanterit
Taipumakompensoidut kalanteritelat profiilisäädöllä
On-machine superkalanteriratkaisu

Paperikoneen käyttö- ja säätöjärjestelmä
Koneen sähkökäyttö jaksolukuohjauksella varustettu säätöjärjestelmä (ABB/Strömberg)

Yleistä
Uusimpien paperikoneiden ajonopeus lähestyy 2000 m/min. Suurimmat koneleveydet 10-11 m.

Vuoden 1970 lähtötasosta koneiden tuotanto eri paperilajeille on kasvanut 2,5-3,0 kertaiseksi.

Oman tutkimus- ja tuotekehitystyön ansiosta sekä yritysjärjestelyjen ja -ostojen avulla suomalainen paperikoneiden valmistaja Metso (Valmet) on noussut maailman johtavaksi yritykseksi alalla. Hyvällä syyllä voi myös todeta, että paperin valmistus modernilla tekniikalla edustaa todellista high-tech teollisuutta.

Otteet kirjasta Telan Ympäri valinnut Jaakko Palsanen

4.22. POMppu ja paperikoneen kompakti vesikierto

(Erkki Eiroma 20.11.2008)

Paul Olof Meinander sai vuonna 2004 Marcus Wallenberg palkinnon. Perusteeksi oli kirjattu: ”Very large amounts of water are circulated in the paper machine wet end. With the new POM-Technology applied the water flow is handled in another way which leads to a considerable reduction of the size of the wet end systems. There are significant savings in capital costs and reduction of energy required for the process. Control of the process is improved and this improves the paper quality. Other achievements are increased cleanliness in the system and the paper web. In addition, paper grade changes are faster.”

Marcus Wallenberg palkinto oli merkittävä tunnustus yli 10 vuotta jatkuneesta kehitystyöstä, joka on johtanut käänteentekevään prosessiparannukseen paperikoneen lyhyen vesikierron alueella. Innovaatio on palkittu myös Tasavallan Presidentin Innosuomi palkinnolla vuonna 2003 sekä Tappi Harris Award’lla vuonna 2005.

Paul Olof Meinander perusti POM Technology Oy Ab:n joulukuussa 1993 kehittämään ideoimansa POM konseptin kaupalliseen muotoon. Toimintansa yhtiö aloitti vuoden 1994 alussa.

POM konsepti mahdollistaa traditionaalista merkittävästi kompaktimman paperikoneen lyhyen kierron systeemin rakentamisen. Idea perustuu siihen, että poistamalla kiertovedestä vapaa ilma, lyhytkierto voidaan rakentaa hydraulisesti lähes täysin suljetuksi, yksinkertaiseksi putkistosysteemiksi. Siten lyhyen kierron tilavuutta voidaan pienentää merkittävästi. Alun perin tavoitteena oli lajinvaihtojen nopeuttaminen ja monilajikoneiden toiminnan tehostaminen. Ajatus POMppuihin perustuvasta kompaktista kiertovesisysteemistä esiteltiin ensimmäisen kerran alan teollisuudelle Tappi Papermaker-konferenssissaYhdysvalloissa vuonna 1992.

Paperin laadun hallinnan kannalta on myös tärkeää, että massa valmistetaan mahdollisimman myöhäisessä vaiheessa (just on time) välttäen turhia viiveitä. POM Systeemissä massan lopullinen koostumus tehdään siksi mahdollisimman lähellä perälaatikkoa prosessin vasteaikojen minimoimiseksi. Samoin ydinprosessista kiertojen kautta poistuva materiaali tulee voida palauttaa mahdollisimman nopeasti – lyhintä tietä - takaisin prosessiin. Tämä siksi, ettei muutostilanteessa kierrossa olisi vanhentunutta materiaalia hidastamassa prosessin tasapainottumista. Pieni prosessitilavuus edesauttaa systeemin nopeaa tasapainottumista.

POM Systeemin ydinkompponentit ovat

  • POMix massasekoitin, jossa komponenttien ja lisäaineiden sekoitus ja homogenisointi tapahtuu pienessä sekoitustilavuudessa tehokkaasti ja suhteellisen korkeassa sakeudessa (3-5%). Massaseoksen viipymäaika POMix:ssa mitoitetaan noin 1 minuutiksi, joka on riittävä vaimentamaan nopeat prosessivaihtelut säädettävälle tasolle ja jona aikana kuitenkin tehokas sekoittuminen voi tapahtua.
  • Pyörrepuhdistuslaitos, joka rakennetaan kompaktiksi patentoidun, nk. joustavan kaskadin periaatteen mukaisesti. Tässä kytkennässä perinteinen kaskadi avataan, ja ensimmäisen sekä toisen vaiheen akseptilinjat yhdistetään syöttämään peränsyöttöpumppua. Mahdollinen ylimäärä johdetaan takaisin sekoituspumpulle.
  • POMp –ilmanpoistimet, joihin viiraveden sakeudeltaan erilaiset jakeet johdetaan viira-altaasta. Ne poistavat viiravedestä siinä olevan kaasun.
  • POMlocks-vesilukosto, johon imulaatikkovedet sekä hybriidikoneen kyseessä ollessa yläviiralta poistuvat vedet kerätään. Sillä on kaksi eri muotoa, josta toinen muodostaa sarjan erillisiä vesilukkoja, jotka syöttävät viiraveden yhteiseen avoimeen ja kapeaan kanaaliin, ja toinen, jossa imulaatikkojen viiravedet kootaan suljettuun pienen tilavuuden omaavaan kollektoriin ja ohjataan karkean ilmanpoiston kautta eteenpäin.
  • POM Header (viiraveden jakotukki), jota voitaneen pitää koko kompaktin systeemin sydämenä, on itse asiassa kiertovesisysteemi, joka korvaa perinteisen systeemin kaikki viiravesisäiliöt. Siihen tuodaan kaikki kiertovedet hierarkisessa järjestyksessä. Tästä jakotukista prosessin laimennusvesi johdetaan sakeushierarkian mukaisesti eri laimennuspisteisiin, ja ainoastaan laimein kiertovesi johdetaan ylijuoksun kautta pitkään kiertoon ja kuitujen talteenottoon. Samalla ylijuoksu tasaa jakotukissa vallitsevan paineen.

Kompaktin POM Systeemin rakentaminen edellytti kuitenkin ensin sen ydinlaitteen – POMpun - kehittämisen, joka tehokkaasti poistaisi vapaan ilman kiertovedestä. POMppu on keskipakopumpun ja sentrifugin yhdistelmä, jossa ilmakuplat erotetaan vesifaasista keskipakovoiman avulla. Sen ensimmäinen prototyyppi suunniteltiin ja rakennettiin ”Pommen” Meinanderin ohjauksessa Kimmo Molanderin diplomityönä TKK:ssa vuonna 1994. Prototyypin seuraavan, parannetun version valmistuttua sitä koeajettiin vuonna 1996 tutkimusolosuhteissa sekä sittemmin teollisessa mitassa Storan tehtailla Ruotsissa.

Ensimmäiset kaupalliset POMput myytiin ja asennettiin Albbrukin paperitehtaalle PK 7:lle Saksaan vuonna 1997 ja kyseisen koneen koko lyhytkierto rakennettiin kompaktin POM Systeemin mukaiseksi vuonna 1999. Kokemukset Albbrukista olivat erittäin rohkaisevat. Jo ensimmäiset tulokset vahvistivat POMppujen toimivan odotusten mukaisesti tehokkaina ilmanpoistajina. POMppujen asennuksen jälkeen koneen lyhytkierto voitiin rakentaa tilavuudeltaan aikaisempaa yli 80 % pienemmäksi hydraulisysteemiksi. Kun muutkin muutostyöt oli vuonna 1999 saatu loppuun suoritetuksi, niiden tuloksena koneella tehdyt lajinvaihdot olivat nopeutuneet yli puolella, ja systeemi pysyi huomattavasti puhtaampana, mistä seurauksena oli aikaisempaa vähemmän katkoja, harvemmat pesut ja mm. pienempi limantorjuntakemikaalien tarve sekä huomattava energiansäästö.

Albbrukista saadut kokemukset kiirivät nopeasti mm. International Paperin tietoisuuteen, ja yhtiö päätti lähteä modernisoimaan POM Systeemiä hyödyntäen pieniä monilajikoneitaan Yhdysvalloissa. IP solmi vielä vuonna 1999 POM Technologyn kanssa raamisopimuksen 10 paperikoneensa modernisoinnista. Näistä kerittiin toimittaa vuosina 1999-2000 kolme. Saadut tulokset vahvistivat Albbrukin kokemukset POMpuilla ja POM Systeemillä saavutettavista eduista. Tehty raamisopimus kuitenkin purkautui, kun IP osti Champion Paperin ja tämän seurauksena yhtiön koko tuotantostrategia suunnattiin uudelleen.

Myös keski- ja etelä Euroopassa mahdollisuus tehostaa olemassa olevien koneiden lajinvaihtojen joustavuutta sekä ajettavuutta kompaktin lyhyen kierron tuomien mahdollisuuksien myötä herätti nopeasti kiinnostusta ja johti useampien sekä yksittäisten POMppujen että POM Systeemien asennuksiin. Ensimmäinen POM Systeemin toimitus uudelle ”greenfield”-koneelle tapahtui vuonna 2001 Japaniin.

Alkuvuosina POM Systeemien toimitukset perustuivat POMp 400-sarjan ilmanpoistimien käyttöön. Näiden varaan rakennettuja lyhyen kierron ratkaisuja voitiin tarjota kilpailukykyisesti paperikoneille, joiden tuotantokapasiteetti oli maksimissaan noin 150 000 vuositonnia. Suurempia koneita varten jouduttiin kuitenkin kehittämään uusi, kapasiteetiltaan noin kolme kertaa tehokkaampi POMp 700. Ensimmäinen POMp 700 asennettiin vuonna 2002 Stora Enson Varkauden tehtaan PK 1:lle. Tehtaan tavoitteena oli perälaatikon runsaan ilmapitoisuuden pienentäminen ja tästä johtuvan paperin reikäisyyden eliminointi. POMppu toimi asetetun tavoitteen mukaisesti: reikäongelmista päästiin eroon ja aikaisemmin varsin runsaasti käytetyn vaahdonestokemikaalin lisäysmäärää voitiin pienentää radikaalisti. Lisäksi systeemi pysyi selvästi puhtaampana, jonka seurauksena ratakatkojen määrä pieneni. Myös vedenpoisto viiralla tehostui ja viiraretentio parani. Tehdas raportoi koneen kokonaistehokkuuden parantuneen POMpun käyttöönoton jälkeen yli 8 %-yksiköllä. POMp 700-sarjan ilmanpoistimet ovat sittemmin mahdollistaneet POM Systeemien toimittamisen myös suuren kapasiteetin omaaviin, nopeakäyntisiin paperikoneisiin, joista toistaiseksi suurin on 350 000 tpa LWC-kone Japaniin.

Tänä päivänä POM referenssilaitoksia on toimitettu kaikkiaan 60 niin Eurooppaan, Yhdysvaltoihin kuin Aasiaankin. Referenssit ovat osoittaneet sen, että POM Systeemi tarjoaa perinteiseen märkäosaratkaisuun verrattuna merkittäviä etuja sekä paperin laadun että paperikoneen tehokkuuden suhteen. Toimitetut sovellutukset ovat kattaneet sekä pienet ja keskisuuret foudrinier-tyyppiset monilajikoneet että suuret ja nopeakäyntiset gapformer bulkkipaperikoneet samoin kuin monikerroskartongin valmistukseen käytettävät hybridikoneet.

Paperikoneen märkäosan prosessitilavuuden pienentäminen ja lyhytkierron rakentaminen käytännössä suljetuksi hydraulisysteemiksi on odotetusti nopeuttanut tuotannossa tapahtuvia lajinvaihtoja. Kaasujen (ilman) poisto kiertovedestä on parantanut prosessin stabiilisuutta ja helpottanut vedenpoistoa viiralla. Siitä on seurauksena ollut myös paperin parantunut formaatio, lujempi kuitusidosten muodostuminen sekä vähentynyt paperin reikäisyys. Ilman poisto on auttanut myös pitämään kiertovesisysteemin puhtaampana, mistä seurauksena on ollut ratakatkojen väheneminen ja siten hylkymäärän pieneneminen, vähemmän systeemipesuja sekä pienempi pesu-, limantorjunta- ja vaahdonestokemikaalien käyttötarve. Kompaktin systeemin rakentaminen on tuonut merkittäviä säästöjä käyttökustannuksiin energiakustannussäästöjen muodossa sekä investointiin liittyvissä laite- että rakennuskustannuksissa. Useassa tapauksessa investoinnin takaisinmaksuajoissa on voitu päästä jopa alle vuoden takaisinmaksuaikaan.

POM Systeemiä kehitettäessä on nähty tärkeäksi sekä itse systeemiin että sen ydinkompponentteihin liittyvien innovaatioiden kattava suojaaminen patentoinnilla. POM Technologyllä on tällä hetkellä voimassa 68 patenttia tai aktiivia patenttihakemusta. Patenttisuoja kattaa tärkeimmät paperiteollisuutta harjoittavat maat, ja nykyisten patenttien voimassaolo ulottuu vuodesta 2014 aina vuoteen 2027 asti.

4.23. Paperiradan stabilointi puhalluslaatikoilla

(Jaakko Palsanen 27.8.2008)

Pekka Eskelinen, Raimo Virta ja Vesa Vuorinen saivat vuonna 1999 Marcus Wallenberg palkinnon. Perusteena oli ”Their path breaking development of a unique air blowing technology for stabilizing paper webs aerodynamically at high speeds. This development has been taken into use on a large number of paper machines in many countries and has lowered the cost of paper production by greatly increasing the speed and efficiency at which papermaking machines can be operated.”

Pekka Eskelinen piti Marcus Wallenberg Prize Symposiumissa 1999 esitelmän Production Improvements Through Improved Technology. Seuraava teksti perustuu tähän esitelmään.

Hylte Brukissa otettiin käyttöön 1975-76 kuivatusosalla yksiviiravienti, jonka avulla ajonopeus pystyttiin nostamaan lähelle 1000 m/min. Suuremmissa nopeuksissa rata pyrkii irtautumaan kuivatusviirasta keskipakovoimasta sekä sylinterin ja viiran muodostaman kidan ylipaineesta johtuen. Lisäksi märkä rata pyrkii seuraamaan sylinteriä adheesiovoimasta johtuen.

Valmetin Pansion tehtaalla kehitettiin Uno Run Blow Box, jolla pystyttiin välttämään sylinterin ja viiran muodostaman kidan ylipaine. Uno Run Blow Box on ejektori, joka puhaltaa ilmaa Coanda suuttimien läpi sylinterin ja viiran liikesuntia vastaan. Tämä saa aikaan alipaineen koko ylä- ja alasylinterin väliselle alueelle. Ensimmäinen Uno Run Blow Box asennettiin Kirkniemen PM2:lle 1981.

Puristinosan ja kuivatusosan välinen vapaa vienti on toinen paperikoneen nopeutta ja ajettavuutta rajoittava kohta. Valmetin Pansion tehtaalla kehitettiin Press Run Concept, jolla tilannetta helpotettiin olennaisesti. Konseptissa kuivatusviira tuotiin mahdollisimman lähelle puristimen keskitelaa muuttamalla viiran johtotelan sijaintia. Lisäksi viiran sisälle kehitettiin Press Run Blow Box, jolla aikaansaatiin alipaine viiraan johtotelan ja ensimmäisen sylinterin välille. Ensimmäinen Press Run Concept asennettiin Kirkniemen PM2:lle 1983. Uno Run Blow Boxin ja Press Run Conceptin avulla koneen nopeutta voitiin nostaa 16% sekä trimmi lisääntyi 40 mm johtuen 30% pienemmästä nopeuserosta puristinosan ja 1. kuivatusryhmän välillä.

Samaa tekniikkaa sovellettiin myöhemmin kuivatusosilla, joissa käytettiin erillisiä kuivatusviiroja ylä- ja alaryhmillä. Twin Run Conceptissa sijoitettiin viiranjohtotela uudelleen vapaan välin minimoimiseksi ja rataa tuettiin Twin Run Blow Boxeilla. Twin Run Concept asennettiin Augsburg PM1:lle 1985-87. Koneen nopeus pystyttiin nostamaan tasolta 950 m/min tasolle 1300 m/min varustamalla kone Press Run Conceptilla, Uno Run Blow Boxeilla, Twin Run Conceptilla sekä 4. puristimella.

4.24. Metal Belt kalanterointi

Mika Viljamaa sai vuoden 2012 Wallenberg palkinnon Metal Belt kalanteroinnin kehittämisestä. Oheinen teksti perustuu Wallenberg palkinnon perusteluihin sekä Viljamaan esitykseen palkinnon jakotilaisuuden yhteydessä olleessa symposiumissa.

Kalanteroinnilla pyritään parantamaan paperin pintaominaisuuksia ja edelleen painettavuutta. Verrattuna perinteiseen kalanterointiin Metal Belt kalanteroinnilla voidaan paperin ja kartongin valmistuksessa  saavuttaa parempi sileys halutulla jäykkyyden tai bulkin tasolla, mutta käyttäen 3-10% vähemmän kuitumateriaalia. Lisäksi menetelmä kuluttaa vähemmän energiaa ja sillä on parempi tuotantotehokkuus verrattuna perinteisiin menetelmiin. Se soveltuu erityisesti kierrätyskuiduille ja mahdollistaa täten uusien kustannustehokkaampien paperi- ja kartonkilajien kehittämisen. Noin 20% maailman paerintuotannosta voi hyödyntää tätä teknologiaa.

Metal Belt kalanteroinnissa kahden telan muodostama kita on pystytty korvaamaan 1000 mm pitkällä puristusvyöhykkeellä. Sekä metallinauhan että kalanterointiin liittyvän termotelan lämpötila voidaan säätää alueella 80-170 astetta C. Näin voidaan välttää korkeat kitapaineet sekä mahdolliset lisäkostutukset.

Metal Belt kalanterointi on stimuloinut tutkimuksia soveltaa tätä teknologiaa myös paperikoineilla puristimissa ja kuivauksessa ja voi täten toimia perustana huomattavalle kehityspotentiaalille, joka radikaalisi muuttaisi paperin ja kartongin valmistusta perälaatikosta rullaimelle. Tällainen rakenne mahdollistaisi tehokkaan tuotannon alhaisemmilla investointi- ja käyttökustannuksilla.

Ensimmäiset tutkimukset Metal Belt kalanteroinilla käynnistyivät Valmetin Järvenpään tehtaalla vuonna 1996 ja pilot mittakaavan kokeet alkoivat vuonna 2000. Ensimmäinen tehdasmittainen laite käynnistyi vuonna 2006 Simpeleen kartonkikoneella. Vuonna 2012 Metal Belt kalanteroinnin maailmanlaajuinen tuotantokapasiteetti oli 2,2 milj.t/a. Oletetaan, että vuosittain käynnistyy 5-10 uutta laitetta.

4.25. Trumpjet kemikaalisekoitin

Trumpjet kemikaalisekoitin

 

Perustuu Eila Jokelan tekemään Jouni Matulan haastatteluun Paperi ja Puu lehdessä vuonna 2012

 

Jouni Matula ryhtyi 1990-luvulla selvittämään Tekesin myötävaikutuksella, miten paperi- ja kartonkikoneen märkäosan lisäaineiden sekoittamisessa voitaisiin vähentää veden kulutusta. Syntyi uusi, entisestä poikkeava innovaatio, TrumpJet –tekniikka, jossa kemikaalien sekoitukseen käytetään veden sijasta prosessin omaa nestettä, paperimassaa. Perinteinen sekoitustekniikka kun käyttää reilusti puhdasta vettä. Ensimmäinen sovellus otettiin tuotantoon UPM:n Jämsänkosken tehtaalla vuonna 1999.

                            

Kemikaalit sekoittuvat TrumpJet –tekniikan ansiosta paremmin. Sekoitus tapahtuu hyvin nopeasti eli esimerkiksi 0,2 litraa kemikaalia voidaan sekoittaa 2000 litraan virtaavaa paperimassaa alle kahdessa sekunnissa. Kun vettä ei tarvita, sitä ei tervitse myöskään kuumentaa prosessilämpötilaan, mikä säästää merkittävästi energiaa. Lisäksi paperin laatu paranee ja kemikaalien kulutus pienenee jopa 70%.

 

Kaikkiaan 340 TrumpJet –sekoitusasemaa on asennettuna 21 maassa. Ne säästävät vuodessa vettä yhteensä 42 miljoonaa kuutiometriä ja energiaa 1,6 miljoonaa megawattituntia sekä vähentävät hiilidioksidipäästöjä miljoona tonnia.

4.26. OptiReel rullaus

Paperikoneen kiinnirullaimissa alkoi esiintyä huomattavia ongelmia rullausvikojen muodossa koneiden nopeuksien ja leveyksien kasvaessa sekä haluttaessa kasvattaa rullan halkaisijaa. Valmet aloitti kehitystyön, jonka tuloksena syntyi uudentyyppinen rullain OptiReel. Siinä on mm. tampuuriraudalla apukäyttö, jolla voidaan hallita rullauksen laatua Popesylinterin kehävetoisen voimansiirron lisäksi. OptiReelistä on tullut maailmanlaajuisesti teollisuuden standardi ja niitä on toimitettu yli sata yksikköä.

Lue myös teksti Pituusleikkurit ja rullaimet

4.27. Paperikoneiden sähkökäytöt

(Jaakko Palsanen 16.2.2009)

Perustuu osittain teokseen Telan ympäri, Panu Nykänen 2005

Paperikoneen käyttöjärjestelmissä vaaditaan sekä paperikoneen käyntinöpeuden että käyttöryhmien nopeuserojen tarkkaa hallintaa. Paperikoneet saivat aikanaan käyttövoimansa vesiturpiinista, sittemin höyryturpiinista tai sähkömoottorista. Voima siirrettiin koneelle valta-akselilla, josta se jaettiin eri käyttöryhmille hihnakäytöillä. USA:ssa kehitettiin mekaaninen menetelmä, jossa voima siirrettiin valta-akselilta eri käyttöryhmille säädettävillä differentiaalivaihteistoilla. Valmet kehitti menestyksellisesti oman diffrentiaalikäyttönsä 1950-luvulla ja 1960-luvun alussa maailmassa oli vain kaksi tätä periaatetta tuotteissaan käyttävää paperikonetehdasta.

Käyttöjärjestelmissä oli vaikeutena yhden käyttöryhmän pysäyttäminen muun koneen pöyriessä. Differentiaalikäytössä tarvitaan kytkin vaihteiston ja ryhmän välille. Kytkimen täytyy olla luistava, koska paperikoneen kiihdytyksen aikana liian nopeasti tapahtunut voiman kytkentä nostaa vääntömomentin liian suureksi ja rikkoo järjestelmän heikoimman komponentin. Perinteinen kitkakytkin ei enää toiminut, koska paperikoneiden koon kasvaessa käyttöön tarvittavat voimat olivat kasvaneet. Strömbergin ja Valmetin yhteityönä kehitettiin induktio-kitkakytkin, jossa pääosa kiihdytyksestä aina 95 %:iin asti tapahtui induktiokytkimellä. Vasta kiihdytyksen loppuvaiheessa kitkakytkin kiinnitettiin voimansiirtoon. Induktio-kitkakytkin mahdollisti myös paperikoneen ryömintäajon.

Jo 1930-luvulla oli kehitetty käyttöjärjestelmä, jossa jokaisella käyttöryhmällä oli oma nopeussäädetty sähkömoottori. Tällainen monimoottorikäyttö saavutti yleisempää menestystä vasta kun tyristoriohjaus otettiin käyttöön 1960-luvulla. Suomessa Oy Strömberg Ab alkoi kehittää tällä tekniikalla toimivia käyttöjärjestelmiä perustamalla 1962 sähköteknisen toimiston. Strömbergin tasavirtamoottoreihin perustuvilla tyristorikäytöillä oli erinomainen laatumaine. Tasavirtamoottoreiden huonona puolena oli monimutkainen rakenne, suuri koko sekä kalliit valmistus- ja huoltokustannukset. Oikosulkumoottori olisi ollut parempi ratkaisu.

Olli Aumala teki Strömbergin Pitäjänmäen koekentällä ensimmäisen kokeen vaihtovirtakäytön prototyypillä jo vuonna 1968. Koe loppui lyhyeen, kun moottori ei suostunut käynnistymään. Kun laitteeseen kytkettiin virta, syntyi vain murinaa. Jo muutaman vuoden kuluttua oli kuitenkin nähtävissä, että kehitys tulisi suuntautumaan vaihtovirtamoottoreiden suuntaan, ja eri valmistajat esittelivät useita vaihtoehtoisia moottoreiden ohjausjärjestelmiä. Strömbergillä valittiin konseptiksi BBC:n PWM (Pulse Width Modulation) periaate. Martti Harmoinen ryhtyi kehittämään tätä tekniikkaa täyspäiväisesti vuonna 1970.

Uudenlaisten ohjausjärjestelmien kehitystyö sai vauhtia Helsingin Metron rakennushankkeesta 1970-luvun alkupuolella. Metron vaihtovirtakäytön kehitystyötä varten Strömberg järjesti useita vuosia kestäneen laboratoriotutkimusohjelman, joka onnistui erinomaisesti. Martti Harmoiselle myönnettiin vuonna 1981 ensimmäinen Suomalainen Insinöörityö palkinto tästä kehitystyöstä. Liikennevälinesovellusten ohella aloitettiin työskentely teollisuuden voimalaitteiden kehittämiseksi. Kehitysprojektin takuumiehinä toimivat Martti Harmoisen lisäksi Ilkka Erkkilä ja Alpo Kaulio. 1970-luvun puolivälissä Strömberg oli valmis toimittamaan Strömbergin Asynkroni/Moottori Invertterikäytöksi (SAMI) nimettyjä järjestelmiä tarkkaa ohjausta vaativiin teollisuuden kohteisiin. Ensimmäinen SAMI toimitettiin Loviisan ydinvoimalaitoksen polttoaineen vaihtokoneen ohjausjärjestelmäksi.

Siirryttäessä tasavirtakäytöistä vaihtovirtakäyttöihin ei muodostunut selvää teknistä käännekohtaa, vaan muutos tapahtui vähittäin. Strömberg ei myöskään panostanut uutuuden kehittelyyn paperikoneiden yhteydessä. Projektissa olivat mukana osa-aikaisesti Mauno Pokkinen, Ilkka Erkkilä, Reijo Sairinen ja Aulis Kähkönen. Ensimmäinen paperikoneeseen asennettu vaihtovirtakäyttö asennettiin vuonna 1981 Yhtyneille Tervasaareen. Käytön ohjaus perustui osin sekä analogiseen että digitaaliseen ohjausjärjestelmään. Siirtyminen vaihtovirtakäyttöihin mahdollisti samalla mekaanisten vaihteistojen yksinkertaistemisen. Strömberg kehitti yhteistyössä Santasalo Gears yhtiön kanssa erityisesti paperikoneen kuivatussylinteitä varten tarkoitetun, suoraan sylinteriin vaikuttavan moottorin Strömberg Direct Cylinder Drive, jonka ensimmäinen käyttöönotto tapahtui 1986 Papyrus AB:n tehtailla Ruotsissa.

Moottoreiden ohjausjärjestelmien kehitys kulki omaa linjaansa analogisista digitaalisiin. Kun Heikki Soljama laati diplomityönsä Mikroprosessilla ohjattu tyristoritasasuuntaaja tasavirtamoottorin vrtalähteenä vuonna 1974, kesti lähes kymmenen vuotta ennen kuin Intel 8088 prosessori mahdollisti käytännön toteutuksen. Kun Strömberg vuosina 1983-84 julkisti täysdigitaalisen säädön sekä AC että DC käytöille, yhtiö oli ensimmäinen, jolla oli tarjottavanaan koko valikoima. Koordinoivana säätäjänä oli tällöin SELMA 2.

1980-luvun alussa Japanissa oli kehitetty Gate Turn-Off tyristorin valmistustekniikkaa niin, että GTO sopi myös suurten taajuusmuuttajien tehokomponentiksi. Tämä mullisti vaihtovirtakäyttöjen ohjauksen. Uusi teknologia sopi erinomaisesti käytettäväksi PWM-konseptissa. Strömberg kehitti 1985 käyttöön otetun SAMI STARin. Kun ohjausjärjestelmä kytkettiin SELMAan syntyi yli kymmenen vuotta tuotannossa säilynyt menestystuote. Vuosikymmenen lopulla prosessoritekniikan myötä avautui mahdollisuus kehittää Direct Torque Control järjestelmä, joka jälleen nosti Strömbergin aivan vaihtovirtakäyttöjen valmistajien terävimpään kärkeen.

Strömberg siirtyi 1986 ASEA:n omistukseen, josta fuusion seurauksena muodostui ABB. Strömbergillä Suomessa jatkui säädettävien vaihtovirtakäyttöjen kehitystyö.

Lisäys 16.4.2009

PI:n kokouksessa 16.4.2009 julkistettiin vuoden 2009 Marcus Wallenberg palkinto, joka tuli ABB:lle Jouko Ikäheimolle, Vesa Kajanderille ja Bengt Welinille heidän uraauurtavasta työstään paperikoneiden suorakäyttöjärjestelmän kehittämisestä. Tämä perustuu kestomagneettimoottori-teknologiaan, joka mahdollistaa moottorin koon pienetämisen ja hyötysuhteen kasvattamisen. Vaihteen poisjääminen mm. yksinkertaistaa rakennetta, vähentää tilantarvetta, vähentää kunnossapitoa, pienetää tehohäviöitä, poistaa voitelutarpeen, parantaa säätötarkkuutta jne.

Löytyisikö Strömberg/ABB:lta tahoa, joka jaksaisi kirjoittaa paremman ja asiantuntevamman kronikan näistä hienoista suomalaisista innovaatioista, jotka ovat tehostaneet paperitehtaiden toimintaa olennaisesti?

4.28. AHR lämmöntalteenotto

(Jaakko Palsanen 16.2.2009)

Perustuu osittain teokseen Telan Ympäri, Panu Nykänen 2005

Valmetin toiminnan järjestelyjen yhteydessä ilmastointikonetoiminta siirrettiin vuonna 1964 Pansioon. Vanhan telakan valimoon rakennettiin ilma- ja lämpötekninen laboratorio, josta muodostui tärkeä lämmön talteenottoon ja ilmastointiin perehtyneiden asiantuntijoiden koulutuskeskus.

Lämmön talteenotto paperikoneen huuvan poistoilmasta on tapahtunut perinteisesti ilma/ilma lämmönvaihtimilla. Valmet Pansio Mauri Soinisen johdolla kehitti 1960-luvulla tähän tarkoitukseen glykoli-vesi -lämmön talteenottojärjestelmän. Menetelmän etuna on helppous siirtää lämpöä veden avulla haluttuun käyttökohteeseen ja siten tehostaa talteenotetun lämmön käyttöä. Laitteiston kaupallinen toteutus edellytti myös tuotantolinjaa haponkestävästä ohutlevystä valmistetun laitteiston tuotantoon, jonka suunnitteli Martti Heinonen. Ensimmäiset kaupalliset sovellutukset olivat Enso-Valmetin paperikone Imatralla ja Kymin PK 7 vuonna 1970. AHR-järjestelmästä (Aqua Heat Recovery) muodostui Pansion tehtaiden tuotannon yhdin, jonka valmistuksessa päästiin nopeasti markkinajohtajan asemaan koko maailmassa.

4.29. Adaptiivinen jauhatus

Adaptiivinen jauhatus (Adapt-Set) (Antti Arjas, Jouni Huuskonen 16.8.2012)

11.5.1981 myönnettiin Yhtyneitten Jylhävaaran konepajalle patentti Antti Arjaksen keksinnölle ”Adaptiivisen jauhatuksen säätömenetelmä”.

Keksintö pohjautuu itävaltalaiseen Flucherin yhdessä professorinsa Ferdinand Wultschin kanssa vuonna 1958 kehittämään ominaissärmäkuormateoriaan. Professori Walter Brecht kehitti ajatusta edelleen ja julkaisi sen 60- luvun alussa yhdessä oppilaansa Walter Siewertin kanssa. Teorian mukaan sellukuitujen jauhautuminen matalissa sakeuksissa tapahtuu sitä ”hellävaraisemmin” ja vähemmän kuituja katkovasti, mitä pienempi on massaan kohdistetun ”puhtaan” jauhatustehon ja jauhimen teräsärmien leikkausnopeuden suhde (ominaissärmäkuorma). Puhdas jauhatusteho on tehonoton ja tyhjäkäyntitehon erotus ja leikkausnopeus pyörimisnopeuden ja särmien leikkauspituuden tulo. Jauhimeen syötetty puhdas jauhatusenergia määrää sen miten pitkälle jauhautuminen etenee. Antti Arjaksen väitöskirjatyöhön liittyvissä Jouni Huuskosen ja Ilkka Kartovaaran diplomitöissä havaittiin teorian toimivan niin hyvin, että pyörimisnopeuden säädön mukaan otto jauhatuksen hallintasuureeksi on perusteltua silloin kuin jauhautumisen rajuutta halutaan kontrolloida.

Antti Arjaksen keksimällä adaptiivisella jauhatusjärjestelmällä voidaan jauhatustapaa ja jauhatuksen määrää säätää erikseen ja portaattomasti. Erilaisille sellun käyttökohteille parhaiten sopiva kuitujen jauhautumistila kyetään näin saavuttamaan taloudellisesti optimaalisella tavalla. Menetelmä käsittää

  1. jauhimeen tulevan kuitumäärän määrittämisen massan sakeuden ja virtaaman perusteella,
  2. jauhatustehon määrittämisen kuitumäärän sekä jauhatusmäärää kuvaavan ominaisenergiankulutuksen asetusarvon perusteella sekä
  3. jauhimen pyörimisnopeuden määrittämisen jauhatustehon ja jauhatustapaa kuvaavan ominaissärmäkuorman asetusarvon perusteella ja
  4. jauhatustehon ja pyörimisnopeuden säätämisen määritettyjen arvojen mukaisesti, jolloin jauhatuksen määrää ja tapaa voidaan muuttaa toisistaan riippumatta.

Säätimeen on ohjelmoitu häviötehon riippuvuus pyörimisnopeudesta puhtaan jauhatustehon laskemiseksi.

Ensimmäinen Adapt-Set asennettiin Tervasaaren kirjekuoripaperikoneelle. Laite toimi hyvin, mutta sen arvoa ei oikein osattu nähdä vaan se purettiin jonkin vuoden kuluttua pois. Seuraavat kaksi linjaa rakennettiin Tervakoskelle Kimmo Kalelan aloitteesta ja päätöksellä. Ne lienevät edelleen käytössä. Christopher Diesen on tehnyt niistä diplomityön.

Noista päivistä invertteritekniikka on kehittynyt ja kierroslukuhallinta tullut siten olennaisesti halvemmaksi, energian hinta on noussut ja sellut ovat kehittyneet erikoismassojen suuntaan. Näin ollen sellujen ominaisuuksista pitää saada paras irti. Paperin laatukilpailu sekä ominaisuuksien tason että tasaisuuden tähden vaatii myös jauhatukseen paneutumista. Ilmassa onkin nyt sellaista tuntua, että Adapt-Setia harkitaan joihinkin sovellutuksiin. Ainakin aluksi päämotiivina näyttää oleva energian säästäminen.

4.30. Condebelt kuivatus

(Vesa Huovila, Ilkka Kartovaara, Pekka Pöllänen 20.8.2009)

Teknologian kehittämisen alkuvaiheet

Condebelt-prosessin toimintaperiaatteen keksijä oli Tri Jukka Lehtinen. Tuotekehityksen teki Tampella Papertech. Prosessin toimintaidean ydin on paineella aikaansaatu erittäin hyvä lämmönsiirto kuumentavasta pinnasta rataan ja ns. heatpipe-ilmiö radan sisäisessä lämmön ja aineen siirrossa. Kuumentavalla pinnalla höyrystetty vesi kondensoidaan radan vastakkaisella puoleella olevalla jäähdyttävällä pinnalla (tästä tulee nimen alkuosa) ja näin ylläpidetään tehokas aineen (veden)siirtoa ajava gradientti. Kuumennus ja jäähdytys toteutetaan päättömillä teräsnauhoilla.

Teknologialla arvioitiin voitavan lyhentää merkittävästi kartonkikoneen kuivatusosaa ja alentaa energiankulutusta. Muutoksena vallitsevaan teknologiaan verrattuna se oli luultavasti suurin hyppäys, mitä paperinvalmistuksessa on tehty sitten jatkuvan prosessin keksimisen.

Ensimmäiset koelaitteet olivat staattisia laboratoriolaitteita. Niitä rakennettiin vuosien 1978-1988 aikana 8 erilaista versiota. Kuivatuskokeissa tehtiin tärkeä havainto: Tehokkaan lämmönsiirron ja nopean kuivatuksen lisänä saatiin aivan poikkeuksellisia paperiteknisiä ominaisuuksia, erityisesti z-suunnan lujuus.

Tärkeä edistysaskel ja tekninen välitavoite oli Tampella Papertechin Inkeroisten uudelle koelaitokselle rakennettu pilot-mittakaavainen yksikkö, joka otettiin käyttöön v. 1990. Jo ensimmäiset koeajot osoittivat, että staattisilla koelaitteilla saavutetut paperin ominaisuuksien ”vallankumoukselliset” parannukset toteutuivat myös dynaamisessa prosessissa.

Päätös kaupallistamisesta

Niukasti 90-luvun alun pankkikriisin jaloista selviytynyt kehitysprojekti odotti nyt seuraavaa haastetta eli tuotteen kaupallistamista.

Jo tässä vaiheessa oli selvää, että ensimmäinen toimitus tulisi olemaan kaupallinen prototyyppi, joka vaatisi huomattavasti tavallista enemmän tehtaalla käynnistämisen yhteydessä tapahtuvaa kehitystyötä. Erityisen haasteen muodostivat perinteisestä paperikoneteknologiasta täysin poikkeavat tekniset ratkaisut. Tärkein haaste oli condebelt-prosessin keskeisen komponentin – teräsnauhan (tästä nimen loppuosa) kestävyys taivutuksia ja tiivisteiden aiheuttamaa paikallista kulumista ja kuumenemista vastaan. Parhaiden asiantuntijoiden lausunnot sisälsivät tämän osalta suuruusluokaltaan dekadien epävarmuuksia.

Vuonna 1992 perustetun Valmet-Tampella- yhtiön nimissä kaupallistamiseen päätettiin kuitenkin ryhtyä. Mm. Pääjohtaja Matti Sundberg antoi hankkeelle voimallisen tukensa aivan alusta alkaen.

Teknisistä haasteista johtuen ja aikaisemmista kauas toimitetuista ”hankalista” prototyypeistä viisastuneina sopivaa kohdetta ja asiakasta haettiin ensisijaisesti lähialueilta. Lisäksi toivottiin, että löytyisi mahdollisimman kapea ja hidasnopeuksinen kartonkikone. Lopputuotteen osalta ei ollut mitään erityistä tavoitetta tai näkemystä.

Asiakas löydetään Pankakoskelta

Varsin pian kehittäjän ja asiakkaan tarpeet kohtasivat kun Tampereelle kantautui tieto, että Enson Pankakosken tehtaalla olisi tarvetta kehittää uusia tuotteita.

Pankakosken tehtaan tarpeiden tausta oli seuraava. 1990-luvun alkupuolella tehdas tuotti kahdella pienellä kartonkikoneella 100 000 tonnia erikoiskartonkeja. Kartonkikone 3 (KK3) valmisti n. 50 000 t/v hylsykartonkia käyttäen raaka-aineenaan keräyspaperia, lähinnä aaltopahvi- ja kartonkijätettä.

Vuonna 1992 Enso ja UPM päättivät yhdistää hylsykartonki- ja hylsytuotantonsa uuteen perustettavaan yhtiöön, jonka nimeksi tuli Corenso Oy. Samassa yhteydessä päätettiin asteittain lopettaa hylsykartongin tuotanto Pankakoskella. KK2:lle oli jo aiemmin päätetty kehitysohjelma, mutta KK3:n tuotannon jatkuminen uudella tuotevalikoimalla oli tehtaalle elinehto.

Käynnistyneissä keskusteluissa päädyttiin hyvin nopeasti johtopäätökseen, että Condebelt- teknologia tarjosi mahdollisuuden tehdä myös KK 3:lle uskottava kehitysohjelma.

Kun vielä hoksattiin, että KK3:lla olisi mahdollisuus sijoittaa kuivain ns yläkertaan ja jättää vanha kuivatusosa toimimaan sellaisenaan back-up’pina huonoimman skenaarion varalta ja näin pienentää riskiä, oli Valmet-Tampella erittäin kiinnostunut ottamaan Pankakosken uuden teknologian koekentäksi.

Aluepolitiikka ja uuden teknologian käyttöönottoon liittyvä yhteiskunnan investointi- ja tuotekehitystuki edesauttoivat merkittävästi investointien hyväksymistä ja mittavan tuotekehitysohjelman toteutusta.

Tuotekehitysohjelmalla oli Ensossa myös KK3:n investointi laajempi tavoite: Selvittää monipuolisesti Condebelt-teknologian potentiaali Enson kartonkituotannossa. Alkuperäisen korkeapaineisen (>5 bar) ajotavan rinnalle suunniteltiin matalapaineinen (noin 1 bar) ajotapa. Korkeaa painetta tarvittiin ajettaessa erittäin lujia hylsykartonkilajeja. Matalapaineisena ajettaessa pyrittiin parantamaan kartongin sileyttä, mikä mahdollistaisi hioke- ja sellupohjaisten erikoiskartonkien valmistuksen myös KK3:lla. Lisäksi tarkoituksena oli valmistaa hyvän painatuspinnan omaavaa keräyskuitupohjaista aaltopahvipakkausten pintakartonkia, jossa pintakerroksessa käytettiin valkaistun sellun ohella erilaisia sekundamassoja.

Käynnistys ja Pankakosken tavoitteiden toteutuminen

Condebeltin käynnistys v. 1996 sujui ilman suurempia yllätyksiä. Pääasialliset tekniset vaikeudet liittyivät teräsnauhojen ohjaamiseen ja reuna-alueiden säröilyyn. Ensimmäisen käyttövuoden aikana esiintyi luonnollisesti jonkin verran mekaanisia ongelmia, mutta suhteessa teknologian uutuuteen voi perustellusti sanoa käyntiinajon sujuneen hyvin. Laadunhallinnan opettelu täysin uuden prosessilla vaati luonnollisesti oman aikansa.

Kartongin ominaisuuksien parantuminen vastasi hyvin pilot-koeajojen perusteella asetettuja tavoitteita. Kartongin tasaisuus – sekä kosteusprofiili että tasomaisuus – oli poikkeuksellisen hyvä.

Condebeltin avulla onnistuttiin valmistamaan erittäin lujaa hylsykartonkia ja paksuus-stabiilia hylsyjen pintanauhaa. Ei-teknisten syiden takia hylsykartongin tuotantomäärät jäivät kuitenkin melko vähäisiksi. Bulkkilajien markkinahinta oli Pankakosken kustannustason kannalta liian alhainen. Kaikkein lujimpien lajien käyttö on suurinta Aasian tekstiiliteollisuudessa. Rahtikustannukset, valuuttakurssien heilahtelut ja Corenson omistuspohjasta johtuva intressiristiriita myydä Pankakosken kartonkia rajoittivat erikoislujan hylsykartongin tuotannon lisäämistä.

Valkopintainen aaltopahvin pintakartonki, jota valmistettiin lähinnä konsernin omille aaltopahvitehtaille, saavutti hyvän suosion pakkausten käyttäjien keskuudessa. Hyvälaatuisena uusio-tuotteena sillä oli merkittävä imagoetu loppukäyttäjille. KK3 koneleveys ja neliöpainoalue rajoittivat kuitenkin käyttökohteita ja sen seurauksena volyymit eivät nousseet kovin suuriksi. Tuotanto loppui 2000-luvun alkupuolella, kun tehdas lopetti keräyskuidun käytön raaka-aineena. Myös sellu- ja hiokepohjaisten kartonkienvalmistuksessa saavutettiin tekniset tavoitteet ja ne muodostavat koneen tuotannon rungon tälläkin hetkellä. Ja Condebelt-investoinnin ansiosta KK3 ja koko tehdas ovat edelleen toiminnassa, vaikka osa alkuvaiheen tuotteista olikin kilpailukyvyttömyyden takia lyhytikäisiä.

Sekä tuotteiden ominaisuuksien että teknologian toimivuuden suhteen projektin tavoitteet saavutettiin siis varsin hyvin ja ilman suuria vaikeuksia. Onnistumista edesauttoi hyväyhteistyö toimittajan ja asiakkaan välillä sekä koko toteuttavassa organisaatiossa (toimittajan tuotekehitys, Pankakosken tehdas, business-organisaatio, Enson tuotekehitys) vallinnut suoranainen innostus.

Kaupallistamisen jatko

Kaupallisessa mielessä projekti oli laitetoimittajalle vaikea. Ensimmäisenä referenssinä katetaso oli jo alun perin alhainen. Lisärasitteeksi muodostuivat painetason vaatimat, ennakkoarvioita huomattavasti raskaammat teräsrakenteet. Uudentyyppiset rakenteet ja materiaalit aiheuttivat paljon ylimääräistä suunnittelutyötä.

Uusi teknologia herätti luonnollisesti paljon mielenkiintoa kartongin valmistajien keskuudessa. Referenssivierailuja oli todella paljon ja Pankakosken henkilökunta tuki Valmet-Tampellan markkinointia ja teknologian myönteistä esittelyä. Tärkein keskustelun aihe oli aina käytettävyys.

Teknisesti kiinnostavimmat sovelluskohteeet olivat USA:ssa mutta jo 1990-luvulla oli amerikkalainen paperi- ja kartonkiteollisuus siirtynyt hyökkäyksestä puolustuspelaamiseen eikä riskinottokykyä löytynyt. Tilannetta ei varmaankaan helpottanut Valmet-Tampellassa ja myöhemmin Valmetissa alkanut pitkäaikainen organisatorinen turbulenssijakso.

Yksi ensimmäisiä vierailijoita oli korealainen teollisuusmies Mr. Chung, joka melko nopealla aikataululla tilasikin 4,2 m leveän Condebelt-yksikön, jonka maksimi ajonopeus on 750 m/min. Ansanin kaupungissa sijaitsevan koneen tuotesortimentti perustuu nykyisin lähes täysin Condebeltin antamia lujuus- ja sileysominaisuuksia hyödyntäviin tuotteisiin eikä täysin uudenlaistenkaan tuotteiden kehittäminen ole siellä päättynyt.

4.31. Karhulan A-tela

(Jaakko Palsanen 4.3.2009)

Ote teoksesta Telan Ympäri, Panu Nykänen 2005

Beloit kehitti 1960-luvun alussa kovakumilla päällystetyn Venta-Nip uratelan. Ensimmäinen kumipäällystetty uritettu Venta-Nip –tela Suomessa asennettiin 1967 Varkauden PK 1:n toiseen puristimeen imutelan sijaan. Muutaman kuukauden jälkeen kokeiltiin vastaavaa uivaa telaa. Ongelmana oli kumipäällysteen huono kestävyys. Ratkaisuksi Ahlström kehitti ruostumattomasta teräksestä valmistetun teräsvaippaisen uivan uratelan eli A-telan. A-telan patentin sai Karhulan konepajan Nikkanen.

A-tela erosi Beloitin Venta-Nip –telasta siten, että valurautaisen runkorakenteen päälle hitsattiin ruostumattomasta teräksestä kerros, johon urat jyrsittiin. Ensimmäinen tela asennettiin Varkauteen 1968. Telan toiminta oli odotusten mukainen, ainoa haitta oli puristinhuoville asetettavat korkeammat laatuvaatimukset. Vuoden kuluttua Varkaudessa oli käytössä viisi A-telaa.

Sen jälkeen kun Karhula oli saanut markkinoille oman A-telansa, Farrell osti Ahlströmiltä tämän lisenssin. Farrell valmisti 1970-luvulla USA:ssa useita satoja A-teloja.

4.32. TwinCleaner

4.33. Kudosinnovaatiot

Kudoskehitys paperiteollisuudessa (12.6.2012 Antti Palokangas)

 

Tamfelt on ollut kehittämässä seuraavia kudoksia:

Märkäviirat
Metalliviiroista muoviviiroihin siirtyminen
Sidokset epäsymmetrisiksi; hieno pinta kestävä telapuoli

Puristinhuovat
Villahuovista siirtyminen polymeerihuopiin.
Yhteen laminoidut peruskudokset, hieno pintakudos markkeerauksen pienentämiseksi.
Vakuumihuopa puristinnipin jälkeisen jälleenkastumisen pienentämiseksi.
Aqaduct; luomalla tehty peruskudos (kutomaton).
Aquaductin pinta koneen poikkisuuntaisilla langoilla, jolloin konesuuntainen virtaus puristinnipissä estyy.
Kenkäpuristinnauhat; kutomaton peruskudos ja uretaanin valaminen lieriön sisään
Kenkäpuristinbeltit

Kuivatusviirat
Polymeerilankoihin siirtyminen
Kuivatusprofiilin säätö  viiran läpäisyprofiilin säädöllä.
Viiran neutraaliviivan siirto mahdollisimman lähelle pintaa yksiviiraviennissä.
Litteät monofilamentit
Hydrolyysinkestävät raaka-aineet

4.34. ControFlow formeri

CONTRO FLOW FORMERI PANKAKOSKEN KK III:LLA
(lkka Kartovaara, Johan von Pfaler, Ismo Lehmus)


Pankakosken tehtaan tilanne 1970-luvun alussa
Enso-Gutzeit Oy:n Pankakosken kartonkitehdas oli 1970-luvun alussa sekä tekniikaltaan että tuotantotehokkuudeltaan täysin vanhentunut.  V. 1975 käynnistettiin suunnitelma korvata kolme vanhentunutta kartonkikonetta yhdellä uudella ja modernilla tuotantolinjalla.  V. 1976 lopulla katsottiin kuitenkin, että suunniteltu investointi ei olisi riitävän  kannattava ja ryhdyttiin selvittämään vanhojen kartonkikoneiden uusimista.

Uusittu investointisuunnitelma valmistui projektipäällikkö Ismo Lehmuksen johdolla talvella 1977. Myöskään sen kannattavuus  ei täyttänyt normaaleja investointikriteerejä ja yhtiön johto esitti valtiovallalle (suurimmalle omistajalle), että investointi voitaisiin toteuttaa vain edullisen erityisluoton avulla.  Päätös erityisluotosta syntyi vasta vuoden päästä, maaliskuussa 1978.  Uusitun investointisuunnitelman – KK I:n romuttaminen, KK II:n perusteellinen uudistaminen ja KK III:n märkäpään uusinta –  toteutus käynnistyi välittömästi.  KK II:n uusinta tehtiin ensin ja kone käynnistyi kesällä 1979.

 

CFF:n kehityshistoria
Tampella Oy  oli v. 1973 tutustunut  International Paper Companyn omistaman C. A. Leen kehittämään uuteen rainaustekniikkaan.  Siinä kiilan muotoisesti kapeneva kaksoisviiraosa on paineenalainen. Paineistus tapahtuu sekoituspumpulla ja sen tekee mahdolliseksi huuliaukon ja rainaimen välin ja viiraosan reunat kattava tiivistys.  Knoxvillessä (Tennessee, USA) oli 300 mm leyinen nonwoven-tuotteiden valmistukseen suunniteltu koekone.  Siinä oli kiinteä 250 mm korkuinen huuliaukko.

Vuonna 1973  Tampella käynnisti Johan von Pfalerin johdolla yhteistyössä C.A. Leen kanssa  kehitysohjelman CFF:n soveltamisesta monikerroskartongin valmistukseen. Formerin  ja perälaatikon muunnostyöllä huuliaukoksi tehtiin 50 mm.  Koeajot olivat lupaavia ja kehitystyötä jatkettiin.  V. 1974 Tampella rakensi Knoxvillen  koekoneelle 3-kanavaisen perälaatikon, jonka huuliaukkoa voitiin muuttaa ajon aikana.  Viiraosan vedenpoistolaatikot  varustettiin karkealla virtausmittauksella vedenpoiston säätämiseksi.

Perusteellisen koeajo-ohjelman jälkeen Tampella osti v. 1975 IP:lta CFF:n patentit ja käynnisti suunnitelman rakentaa CFF-yksikkö Inkeroisten koekoneelle.  Inkeroisten yksikkö valmistui v. 1977.  Se tarjosi monipuoliset mahdollisuudet uuden rainaustekniikan tutkimiseen. Kaikissa vedenpoistolaatikoissa oli magneettinen virtausmittaus ja koko viiraosan matemaattisen mallinnuksen avulla voitiin laskea viiran ja sulpun nopeussuhde kunkin vedenpoistolaatikon kohdalla.

 

KK III:n märkäpään uusinta
KK III:n investoinnin reunaehdot olivat  uusinnalle tyypilliset. Tyydyttävä kannattavuus edellytti merkittävää tuotantokapasiteetin nostoa, mutta rajoittavana tekijänä oli käytettävissä oleva tila.  Kehitysvaiheessa oleva CFF  oli erityisen sopiva ratkaisu  KK III:n uusintaan. Inkeroisten koekoneella  tehdyissä koeajoissa oli todettu, että pystyyn sijoitetun CFF:n rainanmuodostuskapasiteetti oli parhaimmillaan kaksinkertainen  samaan tilaan mahtuviin pressure formereihin verrattuna.  Tuotantokapasiteetti olisi CFF:n avulla 100 ton/vrk kun se muuten olisi 50 ton/vrk (leikattu leveys 2,4 m). Koska CFF tarjosi muitakin etuja konventionaaliseen tekniikkaan verrattuna, tehtiin päätös sen hankkimisesta.  Uusittu kone ja maailman ensimmäinen Contro Flow Former käynnistyi joulukuussa 1980.


Vallankumouksellinen CFF
CFF oli usealla tavalla vallankumouksellinen rainanmuodostusteknologia.  Kaikissa muissa teknologioissa  paineenalaisesta perälaatikosta  purkautuva suihku tulee ns. vapaana suihkuna ulkoilmaan  ja  sitten  lyhyen ilmavälin jälkeen kosketukseen  viiran kanssa.

CFF:ssä ei ole vapaata suihkua.  Perälaatikko ja formeri muodostavat yhtenäisen paineenalaisen tilan.  Perälaatikon huuliosa on tiivistetty kapenevan kiilan muodostavaa kahta viiraa vasten niin tehokkaasti, että sekoituspumpulla aikaansaatu ylipaine säilyy  rainanmuodostuksen loppuun saakka.  Viirojen sivureunoissa on luonnollisesti myös tiivistys. 

Kun kaksoisviiraformerin vedenpoistoa normaalisti säädetään muuttamalla paikallisesti viirojen kaarevuuden avulla niiden välissä vallitsevaa ylipainetta, niin CFF:ssä  viirojen välissä olevan sulpun ylipaine on koko ajan vakio. Viirojen välisen kiilan geometriaa säätelevät listat on jaettu kapeiksi poikkisuuntaisiksi kammioiksi  ja myös nämä  kammiot ovat osa sekoituspumpulla paineistettavaa systeemiä.  Koska viirojen läpi suotautuva vesi on paineenalaista, vedenpoistoa  voidaan ohjata yksittäisten kammioiden  ulosvirtausta säätävillä kuristusventtiileillä.  Tämä mahdollisti koko viiraosan vedenpoistoa ohjaavan suljetun säädön.

Vapaan huulisuihkun puuttumisesta seuraa myös, että CFF:llä ei synny sisäänmenokidan aiheuttamaa kuituorientaatiota  eikä sillä ole myöskään normaalin kaksoisviiraformerin rajoituksia huulisuihkun paksuus/nopeus-yhdistelmän suhteen.

Konventionaalisen formerin neliömassaprofiili määräytyy käytännössä täysin perälaatikossa ja huuliaukossa.  CFF:ssä alkupään vedenpoistokammiot on jaettu poikkisuunnassa  30 cm levyisiin kammioihin ja neliömassaprofiilia voidaan pienessä määrin säätää myös viiraosalla. 

 

Loppuarvio
Pankakosken CFF täytti pääosin sille asetetut vaatimukset.  CFF oli omimmillaan kapealla ja melko hitaalla koneella. Sen avulla saatiin lyhyeen tilaan paljon rainanmuodostuskapasiteettia.  100 t/vrk mitoituskapasiteetti ylitettiin selvästi.  Kolmikanavaisen perälaatikon avulla voitiin optimoida runkokerroksen rakennetta. Vedenpoistokapasiteettia rajoitti jonkin verran  palstautumislujuus. Vedenpoistokapasiteetin kannalta ideaalisella ajotavalla – symmetrinen vedenpoisto – palstautumislujuus oli huono. Hyvä bonding saatiin poistamalla n. 70% vedestä rainan yläpuolen kautta. 
Paineenalaisen vedenpoiston soveltaminen  huomattavasti leveämmille koneille ja paljon suuremmalle tuotantokapasiteetille per leveysmetri osoittautui liian vaikeaksi.  Pankakoskella perälaatikon syöttöpaine oli  alle 30 kPa  ja rainauksen leveys 3,1 m.   Jo 5 m koneleveydellä ja 50 kPa syöttöpaineella olisivat riittävän jäykät (taipumien estäminen)  viiranosan  tukirakenteet  tulleet ylivoimaisen raskaiksi. Myöskään formaatio/orientaatio-yhdistelmän suhteen CFF ei ollut täysin kilpailukykyinen kolmiviiraratkaisun kanssa.  Luultavasti näiden tekijöiden takia Pankakosken ensimmäinen CFF jäi ainoaksi.

4.35. Walkisoft – innovaatio metsäteollisuudessa

Historiikki

Walkisoft – innovaatio metsäteollisuudessa

Jorma Leskinen, Jaakko Rislakki

Johdanto

Ajatus paperin tekemisestä ilman vettä oli viehättänyt keksijöitä 1930-luvulta lähtien: amerikkalaisia, japanilaisia, suomalaisia, venäläisiä. Viimeksi mainitut suunnittelivat keinonahan valmistusta. Mutta aivan erityisesti ajatus on kiehtonut tanskalaisia ja tanskalaisten keksijöiden synnyttämiä ovat vielä tänäänkin molemmat maailmaa hallitsevat perusteknologiat. Herrat Kroyer ja Mosgaard olivat näiden patentoitujen teknologioitten takana. Myös suomalainen H O Hjelt ideoi -50-luvulla ja työskenteli osin tanskalaistenkin kanssa.

Teknologioissa ajatuksena oli repiä selluloosasta yksittäiset puukuidut kuivina, vinhasti pyörivien “vasaroiden” avulla, kuljettaa ne ilmavirran avulla tuotantokoneelle ja siellä tasaisesti vanhastaan paperiteknologiasta tutulle viira-sihdille. Koska vettä ei käytetty, kuidut eivät voineet kiinnittyä toisiinsa perinteisen paperin valmistuksen keinoin ns. vetysidoksilla. “Kuivan” paperin kuidut kiinnitettiin toisiinsa sideaineilla. Veden kulkua on suhteellisen helppo hallita, mutta ilmavirran kulun hallinta oli teknologinen haaste. “Ilmatekniikan” ja sideainekäsittelyn ansiosta tuotteesta tuli pehmeä, imukykyinen ja märkänäkin kestävä.

Kaupallisiin irtiottoihin pyrkivät vuosikymmen pari myöhemmin amerikkalaiset ja japanilaiset. 1960-luvun lopulla päätti Kimberly-Clark kaupallistaa idean uudeksi “Kleenex”-kasvopyyhkeeksi. Idea ei kuitenkaan kantanut - ei taloudellista kilpailukykyä perinteisempiin pehmopaperikoneisiin verrattuna. Myöskään vuosikymmen myöhemmin käynnistetty toinen amerikkalainen kokeilu, American Can’n (sittemmin pehmopaperijätti James River) uusi ja lujempi keittiöpyyhe “Bolt” ei jaksanut vielä lentää. Mutta teknologia ja täysmittakaavainen kone jäivät jo henkiin. Menestyksekkäin oli tässä vaiheessa japanilainen Honshu (nyk. Oji Paper), joka itse kehittämänsä teknologian pohjalta käynnisti tuotannon ja kaupallisti kertakäyttöisen materiaalin raaka-aineeksi mm. Japanissa tuttuihin “oshiboriin” (kostea pyyhe) ja “cooking paper”:iin (keitinöljyn suodatukseen).

Kyseessä oli uusi teknologia ja uusi tuote, joista maailmalla tiedettiin hyvin vähän. Sanonnalla “A Technology for a Search of Markets” kuvattiin sittemmin silloista tilannetta. Kyseessä oli uusi mahdollisuus, innovaatio maailmanlaajuisesti. Hitaamman alun jälkeen menekki lisääntyi ja kasvu kiihtyi. Alan kiehtovuus houkutteli uusia tulijoita ja asiakaskunnan myötä alkoi ala vahvasti globalisoitua. 


Esihistoria

Raf Haarla fuusioitiin Yhtyneisiin Paperitehtaisiin v. 1977.  Haarla oli tunnettu uusien tuotteiden kehittämisestä, mistä esimerkkeinä tarralaminaatti ja itsejäljentävä paperi. Myös kuivapaperin idea syntyi Haarlan organisaatiossa.

Jo 1960-luvun lopulla Haarlan paperitehtaan johtaja Pekka Haarla kiinnostui kuivapaperista. Hän tutustui Leningradin instituutin keksintöön, joka osoittautui liian hitaaksi, maisteri Hjeltin sähköstaattiseen menetelmään ja Kroyerin patentoimaan menetelmään. Hanke ei kuitenkaan edennyt.

V. 1980 yksikönjohtaja Erkki Molander ja kehityspäällikkö Kalevi Riihinen ehdottivat johtajistolle patentoidun kuivapaperikoneen tilaamista tanskalaiselta Danwebforming-insinööritoimistolta, jonka omistivat keksijät John Mosgaard ja Helge Kongsted. Ajatuksena oli uuden materiaalin saanti lautasliinojen ja muiden kertakäyttötuotteiden tarpeisiin, sekä tehtaan paperihylyn käyttö prosessin raaka-aineena. Työnimenä oli aluksi Q-ivo.

Johtajiston paperi-insinöörit ja yhtiön tekninen johtaja Antti Arjas suhtautuivat varauksin rainanmuodostukseen ilmavirrasta. Poikkeuksen teki P.-E. Ohls, joka näki prosessissa potentiaalia hierteen käyttöön: voitaisiinko raina muodostaa puusta lähtien ilman vettä? Tämä ratkaisi varovaisen myönteisen kannan.

Johtajiston jäsen Jaakko Rislakki oli myös myönteinen ajatukselle, sillä juuri tällaisia uusia tuulia Niilo Hakkarainen tarkoitti palkatessaan aikanaan fyysikko Rislakin. Molanderin esimiehenä Rislakki ei hyväksynyt tuotantokoneen tilaamista suoralta kädeltä keksijäorganisaatiolta, vaan prosessi pitäisi ensin kehittää yhdessä pilotvaiheen kautta. Lopulliset tuotantokoneet tulisi hänen mukaansa tehdä Jylhävaaran konepajan toimesta. Jylhän yksikönjohtaja Yrjö Arola oli myös kiinnostunut saamaan uuden tuotteen jalostuskoneosastolle.

Tältä pohjalta laadittiin sopimus Danwebin kanssa ’joint venture’- kehitysyhtiöstä (Uniweb) lokakuussa 1980. Tässä Yhtyneet sai oikeuden mm. koneiden toimittamiseen yksinoikeudella seuraavilla alueilla

  • Pohjoismaat Tanskaa lukuun ottamatta
  • SEV-maat
  • Aasia Kiinaa lukuun ottamatta
  • Australia ja Uusi Seelanti

Lisenssimaksuun tai minimirojaltiin ei Yhtyneissä suostuttu, sillä rahaa ja työpanosta sijoitettiin pilotiin.

Uniweb päätti tilata 1,65 m leveän  pilotkoneen tanskalaisten piirustusten pohjalta Danwebin tiloihin. Molemmat osakkaat olivat kiinnostuneita toimittamaan koneen kokonaisvastuulla ja antoivat tästä tarjouksen. Kun Danwebin tarjous oli edullisempi, se sai kaupan. Projektin vetäjä Yhtyneitten puolella oli Kalevi Riihinen, Jylhässä Hannu Salonen.

Danwebin tarjous osoittautui epärealistiseksi ja kustannusten noustua he halusivat lisää rahaa, johon pyyntöön ei Yhtyneiden puolelta suostuttu. Tästä alkoi loputtomien riitojen jatkumo. Pääneuvottelijana 15 vuoden ajan toiminut Rislakki sai Mosgaardilta lopulta lempinimen ”Smiling Killer”. Oltiin ilmeisesti saatu tahto yleensä läpi.

Pilotin käynnistyttyä voitiin heti todeta, että täysimittaisen prosessin tilaaminen olisi ollut virhe. Ongelmia oli kaikkialla: sähköstaattisia ilmiöitä, profiilivaikeuksia, ongelmia viirojen puhtaanapidon, lateksisuutinten, kuituuntumattomien eli nitsien, kuitukimppujen eli flokkien, pölyämisen jne kanssa. 

Kalevi Riihisen siirryttyä toisen työnantajan palvelukseen projektipäälliköksi tuli Jaakko Knuutila. Suomalaisten ryhmä vuokrasi omakotitalon Århusista ja osallistui tarmokkaasti pilotkokeisiin. Materiaalia saatiin sen verran, että lopputuotekokeita voitiin tehdä omilla jalostuskoneilla.

Vasta v. 1984 alussa alettiin olla valmiita tekemään investointipäätös. Tällä välin projektin johto oli siirretty Kotkan yksikköön ja myös lautasliinaosasto siirrettiin Kotkaan. Kotkan yksikönjohtajana oli Ilkka Muhonen ja Knuutilasta tuli osastonjohtaja. Muhonen keksi tuotteelle nimen Walkisoft.

Ennen investointipäätöstä Danweb oli ehtinyt tehdä esisopimuksen kertakäyttötuotteita valmistavan    Robinson & Sons-yhtiön kanssa etuoikeuksista UK:n markkinalla. Kun uutta sopimusta ryhdyttiin laatimaan, siitä tuli kolmen osapuolen välinen. Yhtyneet sai luvan rakentaa itselleen kolme rojaltivapaata konetta. Muille myydyistä koneista maksettaisiin 5 % rojalti. Yhtyneitten konemyynnin yksinoikeus käsitti koko maailman lukuun ottamatta Pohjois-Amerikkaa, Tanskaa ja UK:ta, johon Robinsonilla oli optio.

Tässä vaiheessa suostuttiin pienehköön minimirojaltiin 200 000 DKK/a (nykykurssilla n. 25 000 euro/v): Lisäksi annettiin Uniwebin osakkeet ja maksettiin Uniwebille 300 000 Dkr vastaten puolta sen kertyneistä tappioista, joten pilotlaitos jäi Danwebille. Danweb hyväksyi näin kevyen vastikkeen todennäköisesti siksi, että heillä oli vahva usko saada konekauppoja Amerikkaan ja rojaltituloa Englannista, joita kauppoja edistäisi Kotkaan tuleva ensimmäinen referenssikone. Todellisuudessa näitä kauppoja ei syntynyt.

Samoihin aikoihin Yhtyneet oli asteittain luopumassa konepajateollisuudesta. Niilo Hakkarainen vaati suurimman asiakkaan ominaisuudessa Jori Pesoselta, että Valmet ostaa Jylhävaaran kannattamattoman jalostuskoneosaston. Osasto valmisti kaikkia radan käsittelyn liittyviä koneita mm. sveitsiläisen Bachhofen&Meierin lisenssillä. Kauppaan ei kuulunut Walkisoftin know-how ja lisenssioikeudet, vaan tiedon hallitsevat 5 henkilöä siirrettiin Walkisoftiin perustettuun Engineering-osastoon.

Ennen lopullista investointipäätöstä Kotkaan Niilo Hakkarainen halusi tyylilleen uskollisena tehdä vielä yhden varmistuksen: Hän halusi teettää feasibility studyn Teollistamisrahaston asiantuntemuksella. Investointia suosittelevan raportin laati yritystutkija Heikki Bergholm.


Investointi Kotkaan

Walkisoftin käynnistyessä Kotkassa (1985) ei valmista markkinaa “kuivapaperille” juuri ollut. Ensimmäinen esitevihkonen “The Disposable Products Material with a Thousand Uses” kuvasi ideoita: kestävämpi nenäliina, kylpypyyhe, pehmeä pakkausmateriaali, pesukinnas, lautasliina, silmälasipyyhe, poikkilakana, pyyhkeitä, jne. Kone oli suhteellisen pieni (170 cm leveä), ei juuri Tanskan koekonetta suurempi. Oli Euroopassa toki jo muutama muukin yritys liikkeellä, kaikki yhtä kaikki pieniä ja aloittelevia: Duni Ruotsissa kehitti “premium”- materiaalia valmistamiinsa pöytä- ja lautasliinoihin, Ranskassa Beghin-Say ja Italiassa Mira-Lanza.

Kotkan pehmopaperitehtaan myyntiverkosto - Yhtyneiden verkosto laajemminkin - antoi hyvät puitteet erilaisten käyttöideoiden rummutukselle ympäri Eurooppaa. Merkittävät tulokset kuitenkin odotuttivat. Uusi materiaali viehätti markkinaa, mutta edessä olevat lanseerauskustannukset ja mahdollisesti tarvittavat uudet jalostuskoneinvestoinnit mietityttivät asiakkaita - oliko materiaali niin uusi ja erikoinen? Niinpä Walkisoftissa painopisteeksi kehittyi materiaalin oma jalostus lopputuotteiksi saakka: Kotkan pehmopaperitehtaan lukuisilla jalostuskoneilla samojen myyntikanavien kautta - parempia pyyhkeitä ja erilaisia suojia pehmopaperisten rinnalle. Toisaalta, kun Raf Haarlan peruja ollut kattaustuote-business oli sekin liitetty Kotkan yksikköön, myös tämä sektori oli luonteva uuden tuotteen kehityskohde. Pitkälle näiden lankojen varassa menekki saatiin alkuun - ja samalla näyttöjä läpimurroista. Erityisesti kattaustuotteina tässä “kertakäyttötekstiilissä” yhdistyivät tekstiilin imago ja kertakäytön käytännöllisyys: ravintoloihin ja lentokoneisiin. Sen sijaan kuluttajapyyhkeen lanseeraamiseksi ei löydetty toimivaa konseptia - Huhtamäen kautta lanseerattu oma brändi “Klaara” oli tuotekonseptina kuluttajalle liian kallis “nich”, “Pirkka” kaupan brändinä taas ei saanut riittävää uutuushuomiota. Tulevaisuuden kannalta merkittävimmäksi läpimurroksi osoittautui -80-luvulla, tosin vuosia pienin volyymein, tämän erittäin imukykyisen materiaalin soveltuvuus naisten siteiden imukerrokseksi - Johnson & Johnson’n “Carefree” ja uudet ohuet naisten siteet. Myynnin sitten käynnistyttyä myös Kotkan tehtaan tulos oli erinomainen. 

Uuden teknologian kanssa riitti kehityskohteita ja -ideoita. Tilanteeseen sopi huonosti ’raskaalle paperille’ tarkoitettu työehtosopimuksen ns. Pekkasen 11. pykälä, jonka mukaan uutta kehitystä käyttöön otettaessa tuli aina palkkauksesta keskustella - käytännössä maksaa lisää. Tehtaanjohdon puolelta todettiin seurauksena tästä oleman Kotkan tehtaan kilpailukyvyn rapautuminen ja kehityksen siirtyminen pois Kotkasta vaiheessa, jossa tehtaita on myös muualla. Tämä oli yksi syy siihen, että Kotkan tehdas myöhemmin teknisesti jälkeen jääneenä ja muihin verrattuna kilpailukyvyttömänä lopetettiin (tulevan omistajan Buckeye Inc:n toimesta v. 1999).

Osaston johtajana Kotkassa toimi aluksi Jaakko Knuutila. Knuutilan siirryttyä Saksaan v. 1986 seuraajaksi nimitettiin Jorma Leskinen. Sittemmin, Walkisoftin irtaantuessa v. 1991 omaksi tulosyksiköksi ja Leskisen tultua sen johtoon, Kotkan vetäjinä toimivat Hannu Salonen ja hänen jälkeensä oto-vastuisina Tanskasta yksikön tuotekehitysjohtajaksi siirtynyt Tapio Niemi ja yksikön talousjohtaja Frej Nygård.


Investointi Saksaan

Onnistuneita läpimurtoja kertyi siihen tahtiin, että pian oli nähtävissä Kotkan kuivapaperikoneen kapasiteetin riittämättömyys. Uusi tehdas Luoteis-Saksassa, Steinfurtin pienessä kaupungissa vihittiin käyttööön 1988. Steinfurtissa oli jo aiempaa Yhtyneiden jalostustoimintaa ja valmista infraa. Se oli myös perinteistä tekstiiliteollisuuden aluetta, jossa oli oletettavissa “kertakäyttötekstiilin” valmistuksen kanssa nopeasti tutuksi tulevaa työvoimaa. Kone oli seuraavaa sukupolvea, myös tehokkaampi (4500 tn/v). Sen hetken vetovoimaisin tuote oli lautasliina, mihin käyttöön myynti oli jo valtaosaltaan materiaalin myyntiä ulkopuolisille jalostajille - ja sen mukaisesti määrittyi koneen leveyskin (6*40 cm = 240 cm).

Kaupallistamisen eteen teki töitä laaja joukko - etunenässä Alexander Maksimow Saksassa, Risto Kiiveri Kotkasta, Alan Baker Englannissa, myös Muhonen, Rislakki, Knuutila ja Leskinen. Markkinan muokkaamisen kiihdyttämiseksi käynnistettiin lisää lopputuotteita jalostavia koneita sekä Kotkassa että vuodesta 1987 alkaen myös Steinfurtissa.

Vaikka myynti tuplaantui Saksan ensimmäisen koneen käynnistymistä seuraavan kolmen vuoden aikana, kuitenkaan markkina ei niellyt uuden tehtaan myötä 3-kertaistunutta kapasiteettia vielä aikoihin. Painopisteinä vuorottelivatkin uutuuksien innovointi ja toimintojen optimointi. Kokonaistuloksen maksimoimiseksi siirrettiin K-Euroopan tilauksia Kotkasta Steinfurtiin (mistä johtuvaan Kotkan tehtaan heikentyvään tulokseen vaati Yhtyneiden konsernijohto kunnon selityksiä, sillä  tuolloin paperitoimialalla tulosvastuu oli tiukasti tehdastasoista). 

Knuutilan siirryttyä toisen työnantajan palvelukseen Walkisoft GmbH:n toimitusjohtajana jatkoi Alexander Maksimow (alkuvuosina Saksassa 2 toimitusjohtajaa).
 

Rauma-Repolasta kilpailija, ”thermobonding” uusi sidontateknologia

Rauma-Repola (RR) oli merkittävä fluff-sellun toimittaja vaippateollisuudelle ja myös Walkisoftille. RR osti sellun Metsä-Botnialta ja käsitteli sen helposti kuituuntuvaan tilaan ja markkinoi tuotteen rullissa. Kun lasten vaipan valmistajat alkoivat puhua superabsorbenteista, RR arveli sellun kysynnän vähenevän, sillä superabsorbentti imee yli satakertaisen määrän nestettä omaan painoonsa nähden.

Markkinalla uumoiltiin tulevaisuuden vaipan olevan ohut kuivapaperiraina, jonka sisällä imevä aine. Tässä kehityksessä RR halusi välttämättä olla mukana. Lateksisidottua rainaa ei kuitenkaan voitu käyttää, sillä superabsorbentti turpoaisi jo valmistusvaiheessa. Sen vuoksi RR halusi kehittää yhdessä Danwebin kanssa rainan, jossa sidonta tapahtui lateksin sijasta kuumasaumautuvilla synteettisillä kuiduilla (”thermobonding”, ”thermo”).

Walkisoft ei luonnollisesti halunnut uuttaa kilpailijaa, mutta kun RR:n suunniteltu eteneminen uuteen vaippamateriaaliin oli hyvin looginen strategia, tarjouduttiin kehittämään ja tekemään RR:lle tuotantokone, kunhan sovittaisiin loppukäyttöjaosta: RR toimittaisi materiaalia lasten vaippoihin ja Walkisoft muihin käyttöihin.

RR ei tähän työnjakoon ollut valmis. Tilanne oli tulossa koomiseksi samojen omistajien yritysten ryhtyessä kilpailijoiksi. Tässä tilanteessa Rislakki otti yhteyden Pentti Taloseen, joka istui molempien yritysten hallituksessa.  Hän ymmärsi tilanteen heti ja lupasi hoitaa asian. Parin viikon sisällä hänet kuitenkin erotettiin Pohjolan toimitusjohtajan tehtävästä ja kaikista siihen liittyvistä hallituksista.

RR osti Århusin tehtaan, jonka Walkisoft oli jo hylännyt, ja tilasi keksijöiltä ”thermobonding”-koneen. Projektista vastasi Lauri Prepula. Yhtyneiden mielestä hanke oli alusta pitäen tuhoon tuomittu seuraavista syistä:

  • keksijät eivät olleet koskaan toimittaneet toimivaa konetta
  • RR ei sitonut projektiin yhtään omaa insinööriä
  • kunnon pilotkokeet puuttuivat
  • tehdas sijaitsi asuntoalueella, aiheutti melua ja pölyä, eikä tontilla ollut laajennusmahdollisuutta
  • tehtaasta oli maksettu liian kova hinta

Kone valmistui, mutta takuuarvoja ei saavutettu. Tässä vaiheessa tuli UPM-RR fuusio! Tanskan tehdas liitettiin perustettavaan Walkisof-yksikköön ja paikalle lähetettiin insinööri Helmer Gustafsson. Toimitusjohtajana toimi Werner Hansen. Gustafsson saikin prosessin lopulta toimimaan. Tuote osoittautui kuitenkin niin pölyäväksi, että sitä ei voinut käyttää muuhun kuin vaipan sisäosaan. Toisaalta vaippateollisuus ei lähtenyt ennakoituun kehitykseen eikä vielä tänäkään päivänä (2014) uutta vaippakonstruktiota juuri käytetä.

Lopulta tuotteesta kehitettiin superabsorbentin sisältävä vaihtoehto jo tuttuihin naisten siteisiin ja se onnistuttiin kaupallistamaan. Kaupallistamista tosin hidasti aluksi se, että Walkisoft oli uuden tuotteen ensimmäinen ja ainut valmistaja eivätkä asiakkaat mielellään yhden toimittajan varaan lähteneet.

Århusin tehdas oli aluksi syvästi tappiollinen. Se, että DW uuden koneen toimittajana oli edelleen myös vähemmistöosakas, hämärsi vastuita ja mutkisti takuukysymyksistä sopimista. Eikä UPM:ssä aktivoitu kehityskustannuksia. Lopulta takuuriidat sovittiin ja koneen hintaa alennettiin 10 %:lla. Tehdas hankittiin UPM:n 100-%:een omistukseen ja tehtaan arvossa suoritettiin tuntuva alaskirjaus. Tehtaan toimitusjohtajaksi nimitettiin Tapio Niemi Rauma-Repolasta. Organisaatio pienennettiin kolmanneksella. Uuden koneen myötä hankittu uusi muovilaminointilinja ja Yhtyneiden ja Dan-Webin aikaisemman yhteistyön ajoilta peräisin ollut pilot-kone myytiin Kiinaan.
   
Näillä toimenpiteillä saatiin tehdas kannattavaksi. Ongelmiksi jäivät, ettei tehtaan sijainnin ja tilapulan takia Århus’iin ollut koskaan saatavissa “2 koneen tehdasta” -mikä kustannustehokkuuden kannalta oli jo nähtävissä välttämättömyytenä entistä selvemmin - ja se, että Tanska sijaintina oli Walkisoftissa strategisesti hyödytön. Tehdas suljettiin v. 1999, osia koneesta käytettiin varaosina Buckeyen (aiemman Merfinin) uudella Irlannin tehtaalla.

Saatua teknistä kokemusta käytettiin hyväksi ja Saksan tehtaan toiseen koneeseen asennettiin myös thermobonding-tekniikka.

Tapio Niemen siirryttyä yksikön tuotekehitysjohtajaksi toimivat Tanskan vetäjinä ensin Pekka Helynranta ja hänen siirryttyä USA:aan Risto Kiiveri.
 

USA

1980-luvun lopussa merkittävimmin “airlaid tissueta” tuottivat kookkaat amerikkalaiset pehmopaperiyritykset J River ja F Howard sekä Vancouverissa aivan hiljattain käynnistynyt uusi tulokas Merfin (jonka varhaisiin omistajiin kuului mm. Danisco A/S). Niiden koneet olivat eurooppalaisittain suuria ja niiden tuotantoprosessit pohjautuivat toiseen tanskalaiseen teknologiaan (M&J Kroyerin lisenssin pohjalta). Niiden ohella USA:n kansallista lopputuotemarkkinaa hallitsivat muutamat suurehkot jalostajat. Laitospyyhkeiden ohella suurin käyttökohde oli kosteuspyyhe “baby wet wipe”, joka vielä tuolloin Euroopassa oli lähes tuntematon. Toisaalta USA:sta puuttuivat vielä kokonaan monet Euroopassa kehitetyt nichit, erityisesti kattaussektori. Kokonaismarkkina oli kasvava ja jo Eurooppaa suurempi, mutta hintataso alhaisempi.

USA:n markkina tarjosi mahdollisuuksia. Lisäksi oli uudeksi suurehkoksi nich-mahdollisuudeksi muodostumassa erityisen ohut airlaid (45 g/m2) korvaamaan kallis rayon-pohjainen kuitukangas. Walkisoftin käyttämä D-W-teknologia oli osoittautunut soveltuvammaksi ohuitten materiaalien ja muutenkin erikoistuotteiden valmistukseen kuin kilpaileva M&J-teknologia. 
 
Aiempi lisenssisopimus ei sallinut USA:ssa toimimista, joten aluksi tutkittiin mahdollisuutta toimimiseen jopa Bahamalta käsin (selvittäjänä Matti Haverila). Lopulta Danwebin kanssa päästiin toimivaan sopimukseen: Walkisoft osti Danwebiltä lisenssin USA:han, hinta 1 MUSD. Lisenssi oikeutti yhden kapasiteeltiltaan max 10000 tn/v ja teknologialtaan lateksisidontaan perustuvan koneen rakentamiseen ja käyttämiseen. Tällä kertaa päätökseksi kypsyi kone, joka olisi kaksi kertaa suurempi kuin edellinen Saksan kone (10.000 tn/v) ja maailman levein (330 cm). Täsmällisempi leveys määrittyi yhtä käytännönläheisesti kuin joku vuosi aiemmin Saksassa: em. ohuen 45 g/m2:n tuotteen ostoleveys 165 cm kaksinkertaisena. Projektin vetäjäksi nimitettiin amerikkalainen John Conley.

Myyntisuunnitelman runko oli seuraava 

  • kosteuspyyhkeisiin ohut 45 gsm nich-tuote, kapasiteetin täytteeksi myös amerikkalaista paksumpaa standardituotetta 
  • kattaustuotteiksi lentokoneisiin - ja muutenkin eurooppalaistyylisen kattaussegmentin luominen
  • liikkeelle lähtö naisten siteissä
  • lisäksi amerikkalaisia laitospyyhkeitä – kuitenkin heikompihintaisina 
  • merkittävimmin vain alkuvaiheen ylimääräisen kapasiteetin ajaksi

Tehtaan sijoituspaikaksi päätettiin North Carolina, tuleva pienteollisuusalue Mt Holly’ssa Charlotten kupeessa. Vaikka pääosa potentiaalisista asiakkaista sijaitsikin pari osavaltiota pohjoisempana, lisääntyvä muutto etelään oli menossa. Alue oli Steinfurtin tapaan perinteistä vanhempaa tekstiilialuetta ja palkkatasokin oli vielä silloin pohjoista matalampi. Charlottesta oli hyvät maantieyhteydet ja siellä oli myös kansainvälinen lentokenttä, josta oli suorat yhteydet kaikkialle USA:han.

Päätös syntyi kesäkuussa 1990, hieman Yhtyneiden ja Rauma-Repolan fuusion lykkäämänä: kokonaisinvestointi n. 20 mUSD. Kyseessä oli UPM:n ensimmäinen varsinainen tuotannollinen yritys USA:ssa, greenfield.

Tehdas käynnistyi aikataulun ja kustannusarvion mukaisesti syksyllä 1991. Sijainti osoittautui onnistuneeksi ja yrityksellä oli laadukkaan tuotteen imago. Markkinalle menossa ja tuloksen kanssa tuli kuitenkin pettymyksiä ja yllätyksiä

  • rayonin hinnan merkittävästi laskettua ei uutta ohutta 45 gsm materiaalia enää suuremmin tarvittukaan
  • eurooppalaistyylisen ’premium’ kattaustuotemarkkinan käynnistäminen oli vaikeampaa ja hitaampaa USA:ssa - ”disposable textile” ei purrut, USA:n alhaiset pesulakustannukset ja “fast-food”-kulttuuri pitivät siitä huolen (saman totesi myös eurooppalainen Duni pyrkiessään samoihin aikoihin USA:n kattausmarkkinoille)
  • pari vuotta aiemmin Merfinin ja nyt Walkisoftin käynnistämien koneiden vanavedessä syntyi lievä ylikapasiteettitilanne (sellainen oli ollut Euroopassa lähes kroonista ja lievä sellainen jopa tarkoituksellista, mutta USA:ssa vajaakäyntiä oli vaikea kompensoida korkeammilla hinnoilla)


Pyrkimyksistä huolimatta US-markkinan tuntemus oli jäänyt vaillinaiseksi. Koemarkkinointia oli tehty Euroopasta käsin, mutta osin silloisesta alhaisesta USD:n kurssista (USD=4 FIM) johtuen lopulta vähänlaisesti. Toisaalta laajemmallakaan Euroopasta käsin toteutetulla markkinan avauksella ei olisi sivuutettu sitä, että asiakaskohtaisten laatuhyväksyntöjen tuli aina viime kädessä perustua toimittavan tehtaan tuotantoon.

Euroopassa kehitettyjen asiakassuhteiden laajentamista transatlanttisiksi haittasivat markkinoiden eroavaisuudet - joita globalisoituminen ei ollut vielä tasoittanut. Hintataso erityisesti suurivolyymisissä kohteissa oli USA:ssa selvästi Euroopan alapuolella (alhaisen USD:n kurssin syventäessä eroa), joten yhteistyön käynnistys oli hankalaa. Alun perin suunnitelmia ei tosin niiden varaan oltu rakennettukaan. 

”Value added”-tuotteita ei markkinalla vielä juuri ollut eikä erilainen teknologiamme ollut riittävän erilainen uusia tarpeita mahdollistamaan. Uusien “parempien” tuotteiden tuomisen sijasta oli mukauduttava amerikkalaisten vakiinnuttamiin laatuihin. Eivät ne erityisen laadukkaita olleet, mutta ne olivat erilaisia ja niitä valmistettiin “sillä toisella” teknologialla. Artikkelissaan 10/2000 totesi Merfininin ex-President I Pivko silloiseen vaiheeseen ja silloisiin amerikkalaisiin tuottajiin viitaten “Airlaid technology fell into wrong hands....put their energy into making better paper”. Ja vaikka ei amerikkalaisen etelän männyn eurooppalaista jäykempi rakenne eikä etelässä vallitsevat suuret lämpötila- ja kosteusvaihtelut sinänsä yllätyksiä olleet, nyt todettiin myös niiden vaikutukset herkässä ”air”-prosessissa.
 
Alkuongelmien jälkeen osoittivat grafiikat oikeisiin suuntiin ja v.1995 teki Walkisoft Inc jo hetkellisesti voittoakin. Ongelmina eivät olleet kiinteät kustannukset eivätkä investoinnin alhaisuudesta johtuen myöskään pääomakustannukset (kuten Tanskassa), joten kuiville pääsy pelkistyi myyntikatteen (USD) moninkertaistamiseen, ts. käyttöasteen nostoon ja kapasiteetin täyttöön optimaalisella miksillä. Varsinkin terveydenhoidon alueella nich-konsepti korkein hinnoin toimikin hyvin - vahva yksityissektori oli Eurooppaa valmiimpi maksamaan “premium”-kertakäyttötuotteista. Täytevolyymiä oli nopeimmin otettavissa kosteuspyyhkeistä (baby wet wipeista). Asteettain hellitti myös ylikapasiteetti markkinalla.
   
Sittemmin sahasi tulos pitkään edestakaisin. Tavoiteltu erikoistuote-markkina kehittyi hitaasti ja varsinaisiin bulkkikohteisiin koneen kapasiteetti ja tehokkuus osoittautuivat vaatimattomiksi. Pelkästään lisenssin mahdollistamalle kapasiteettitasolle pääsemiseksi ei kovin suuria investointeja kannattanut tehdä. Koko linjan läpimenon tehokkuutta haitasi pitkään myös kömpelöksi osoittautunut käytetty pituusleikkuri (Parkinson, joka sittemmin Quattrollin toimesta modernisoitiin).
 
Sopimukselliset esteet pullonkaulainvestointien suhteen poistuivat, kun Dan-Webin ja Walkisoftin välille sovittiin alkuvuodesta 1998 kokonaan uusi sopimus, jolla a) Walkisoft sai maailmanlaajuisen oikeuden kehittää ja rakentaa teknologiaa itselleen rajoituksetta (ja ilman siihenastisia royalteja), ja b) Walkisoft luopui teknologian myynnistä, jolloin Dan-Web pääsi toimimaan tahollaan maailmanlaajuisesti. Tehdyin muutoksin kilpailukyky USA:ssa parani ja jo seuraavana vuonna  tilauskanta/tulos kehittyivät positiivisesti. Kuitenkin varsinaisen kuidutuskapasiteetin lisäys Mt Hollyssa toteutettiin vasta seuraavan omistajan (Buckeye) aikana. Tehdasta on sittemmin edelleen vahvasti kehitetty ja se on (v. 2014) USA:ssa alan johtava yksikkö.
  
Walkisoftin ohuessa organisaatiossa oli vähän reservejä, joten alkuvaikeuksissa v. 1993 Walkisoft Inc:n johtoon siirtyi yksikön johtaja Leskinen oto. USA:han siirtyi myös eurooppalaista Walkisoft- ekspertiisiä myyntiin, Peter Gawley UK:sta. Myynnistä kokonaisuudessaan vastasi Mike Shaltry. Sittemmin Walkisofti Inc:n toimitusjohtajina toimivat Jouko Resla ja Pekka Helynranta. Peter Gawleyn palattua Eurooppaan siirtyi USA:aan Marko Rajamaa.

 

Eurooppaan lisää kapasiteettia, Saksaan uusi tehdas 

V. 1995 saavutti Walkisoft konsernin pitkän aikavälin ROCE- tavoitteen 15 %, Eurooppa yli 20 %. Tulosta siivitti 35 %:n kasvu. Walkisoftin markkinaosuus Euroopassa oli n. 30 %, globaalisti Walkisoft oli johtava.

1990-luvun puolivälissä ylitti airlaidin globaali kysyntä globaalin kapasiteetin. Teollisuuden omat arviot kokonaiskysynnän vuosittaisesta kasvusta vaihtelivat 10-20 %:n välillä. Airlaidin penetraatioasteissa alueitten välillä oli eroja - kattaustuotteet selvimmin Euroopassa, vauvapyyhkeet lähes kyllästymispisteessä USA:ssa, kuuma pyyhe “oshibori” yksinomaan Aasiassa. Kuitenkin naisten siteet loppukäyttönä oli kasvanut selvästi suurimmaksi. Niiden imukerroksissa oli airlaidin osuus Euroopassa ja USA:ssa n. 40 %, suurimmassa osassa muuta maailmaa vielä hyvin matala. Walkisoftista siteet olivat jo lähes puolet.

Alalla ajatus pienistä lasten vaipoista heräsi uudelleen henkiin - ”analoginen jatko naisten siteille”. Laskettiin että maailman silloinen airlaid-kapasiteetti ei olisi riittänyt yhden johtavan vaippatuottajan Euroopan tarpeisiin. Näkymät olivat parantuneet myös airlaid-keittiöpyyhkeen osalta - Italiassa Mira Lanza näytti vakiinnuttaneen “Lotuksen”. Suurkoneiden tehokkuuden laskettiin laskevan hinnan oletetun kriittisen rajan tuntumaan ja nichinäkin se muodosti merkittävän mahdollisuuden. Walkisoft kehitti keittiöpyyhekonseptia johtavan eurooppalaisen jalostajan/ brandinhaltijan kanssa (Melitta). Asiakasprojektit olivat aiempaa mittavampia. Jo osankin toteutuminen edellytti lisäkapasiteettia.

Useat airlaidin tuottajat suunnittelivat uutta kapasiteettia ja uusia tehtaita Eurooppaan. Duni otti näyttävän varaslähdön “Aluksi yksi suuri kone ja perustukset samalla toiselle”. Amerikkalaisia Merfiniä ja Concertia Eurooppaan tuloon ajoi paine globalisoitua johtavien hygieniatuotteiden valmistajien perässä. Vaikka sen seurauksena todennäköisimmin jonkinasteinen ylikapasiteetin jakso olikin nähtävissä, strategiassaan myös ne olivat päättäneet nojata johtaviin globaaleihin yrityksiin (P&G). Pienikapasiteettisia koneita taas ei kasvavaan hygieniakäyttöön kannattanut rakentaa.

V. 1994 oli Walkisoftissa päätetty ohjelmasta, jolla jo toimivien Euroopan koneiden kapasiteetti nostettiin niiden nimellisille ylärajoille - viidennes lisää kapasiteettia ja tehokkuutta nopeasti tuottavilla pieninvestoineilla. Vuotta myöhemmin kesällä 1995 syntyi päätös uudesta tehdasinvestoinnista - nopealla aikataululla Steinfurtiin Saksaan entisen tehtaan kupeeseen. Päätöksen viime metrien rivakkuuteen vaikutti osaltaan se, että Merfin oli ehtinyt hieman edelle julkaisemalla päätöksensä alkukesällä - tehdas Tsekkeihin. Walkisoftissa oli silti tavoitteena tuoda kaivattu lisäkapasiteetti markkinalle ensimmäisenä ja pitää siten etulyöntiasema. Päätöksen alla arveli johto investoinnin sisältävän riskin, mutta pitemmällä tähtäyksellä investoimattomuuden vielä suuremman riskin. Kohta Merfin keskeytti hankkeensa Tsekeissä ja käynnisti sen uudelleen hieman myöhemmin - Irlannin Corkisssa.

Investoinniltaan n. 70 mDEM:n tehdas oli määrä käynnistyä seuraavan vuoden 1996 syksyllä

  • kapasiteetti 25000 tn/v, lähes kaksinkertainen verrattuna sen hetken maailman suurimpiin koneisiin (laskelmissa käytettiin varovaisemmin maksimissaan 16000 tn/v)
  • haasteena tällä kertaa lähes kaksi kertaa tunnettuja korkeampi nopeus (400 m/min), leveydeksi jo tuttu 240 cm
  • sidontateknologiana edelleen lateksisidonta, kuitenkin mahdollisuudeksi lisätä ”thermobonding” myöhemmin

Alun perin harkinnassa oli tuotannon aloittaminen vielä yhdessä uudessa Euroopan kolkassa, Britanniassa - kahdesta syystä

  • oli nähtävissä, että monet amerikkalaiset keskikokoiset asiakasyritykset päätyisivät matkallaan Eurooppaan ensin näille saarille
  • erityisesti silloisella punnan kurssilla lähes kaikki kustannukset (palkat, energia, korot) olivat 40 % Saksaa alhaisemmat !

Lopulta valinnaksi tuli Saksa, jossa projekti ja tehtaan käynnistys oli toteutettavissa nopeimmin, valmiiseen infraan ja paikalliseen kokemukseen nojautuen. Samalla syntyi myös Walkisoftin ensimmäinen kahden koneen tehdas. Harmiksi jäi kalleus Walesiin verrattuna - ja verrattuna myös Irlantiin ja itäiseen Saksaan, sillä kun myös amerikkalainen Concert päätti tulla Eurooppaan, mahdollisti EU sille Saksan myöntämän 40 %:n investointituen itäisessä Saksassa, toisen amerikkalaisen Merfinin saadessa muussa muodossa merkittävät valtion tuet Irlannissa. Siinä missä Walkisoft eurooppalaisena yrityksenä rakensi läntisessä Saksassa ilman minkäänlaisia avustuksia, EU tuki ulko-eurooppalaisia omistajia ylikapasiteetin ja epäterveen kilpailun synnyttämisessä.
  
Alan monet samanaikaiset investoinnit Eurooppaan (päätökset järjestyksessä Duni, Merfin, Walkisoft, Concert) olivat lopulta liikaa (ja vuosien 1997-1998 Aasian kriisin aiheuttama taantuma tuli päälle). Ei riittänyt, että Duni jätti suunnittelemistaan uusista koneista toisen perustusasteelle.  Globalisoitumisen ja kasvavien volyymimarkkinoiden oli ennakoitu laskevan hintoja, mutta ylikapasiteetin myötä hinnat laskivat nyt 15 % ennusteidenkin alle, ja keskeinen asiakas (Mölnlycke) menetettiin. Seurauksena tuloksen romahdus. Pääomakustannukset nousivat 25 %:iin liikevaihdosta. Yleisistä odotuksista huolimatta ei lasten vaipan läpimurron varaan kuitenkaan vielä oltu laskettu eikä sitä investointisuunnitelmaan oltu sisällytetty. Saksan tehtaan johtoon siirtyi teknologiajohtaja Pirinen, Euroopan myynnin johtoon nimitettiin Kim Schulte. Myös yksikönjohtaja Leskinen siirtyi Saksaan.
 
Investointisuunnitelmassa oli huomioitu valmius thermobonding-teknologian myöhempään koneeseen lisäämiseen. Kustannussyistä se jätettiin kuitenkin ensivaiheesta pois. Näin jälkikäteen, sen sisällyttäminen koneeseen jo alkuvaiheessa olisi mahdollistanut tilausten pikaiset siirrot Tanskasta Saksaan ja Tanskan tehtaan nopeamman sulkemisen. Nyt piti ensin odottaa ”thermobonding”-teknologian valmistuminen Steinfurtiin - ja tuotekvalifiointi siellä. ”Thermobonding” lisättiin koneeseen alkukesällä 1998 - ja uuden Danwbin sopimuksen myötä heti perään myös USA:n koneeseen.

Vuoden 1997 loppu oli käännepiste, 1.vuosipuoliskon myynti seuraavana vuonna oli jo 30 % edellisvuotta suurempi ja sitä seuraavana vuonna (v. 1999) tilauskannat/tulos paranivat edelleen. Asteettain ylikapasiteetti kuroutui ja v. 2000 koneet olivat kutakuinkin täynnä. Myös Merfinin uuden Irlannin tehtaan käynnistymisen hitaus auttoi. “Irlannin koneen käynnistymisen hitaus oli sekä teknistä että kaupallista”, totesi sittemmin ex-buckeylainen - sen verran Walkisoftin käynnistyminen ennen Merfiniä vaikutti.

Kuva 1. Tuloskehitys eri kehitysvaiheissa vv.1985-1998.

Strategian kehittyminen

Strategisia näkökulmia oli kaksi: toisaalta Walkisoftin rooli konsernissa ja toisaalta Walkisoftin oma strategia.

Aluksi hanke oli konsernin kannalta ihanteellinen, sillä se antoi mahdollisuuksia sekä konepajalle että konserniin tulleille Tampereen ja Kotkan yksiköille.

Kun konepajan jalostuskoneosasto oli myyty, Walkisoft puolusti edelleen paikkaansa molemmin puolin vuotta 1990. Tällöin konsernin strategiana oli ylläpitää ja kehittää kaikkia toimialoja, joilla oli edellytykset markkinajohtajaksi. Walkisoftilla nähtiin olevan mahdollisuudet johtavaksi globaaliksi tekijäksi. Perinteisessä pehmopaperissa ei näitä mahdollisuuksia ollut, joten se myytiin.

RR fuusion jälkeen Walkisoftin rooli korostui, sillä Lohjan paperilla ja Raumalla oli tuotteita samalle asiakaskunnalle (silikonipaperinauhat ja fluffisellu hygieniatuoteteollisuudelle).

UPM-Kymmene fuusion jälkeen konsernin strategia painottui paino- ja kirjoituspapereihin, joten valtaosa muista toimialoista myytiin - näiden joukossa myös Walkisoft.

Walkisoftin strategiassa muutokset koskivat ansaintalogiikkaa. Konepajan myynnin jälkeen ansaintatapoja oli edelleen kolme: koneiden myynti oman insinööritoimiston kokoonpanemina, valmiiden tuotteiden myynti ja raaka-aineen myynti jalostajille.  

Koneiden myyntiä ulkopuolisille toteutui vain kerran, Japaniin. Tämän jälkeen tästä toiminnasta luovuttiin ja oikeudet konemyyntiin jätettiin Danwebille.

Valmiiden tuotteiden myynti oli aluksi erittäin ratkaisevassa roolissa, kun uusia tuotteita haluttiin testata markkinoilla ja sovellutusten kaupallisia läpimurtoja kiihdyttää. Kotkan tehtaalla olikin tähän hyvä valmius olemassa olevien jalostuskoneiden avulla. Myös Saksan tehtaalle hankittiin lautasliinakoneet. Tarkoituksena oli korvata airlaid’llä lähinnä korkeampihintaisia tekstiilejä ja kuitukankaita (päinvastoin kuin aikaiset amerikkalaiset, jotka tähtäsivät lähinnä parempilaatuisiin ’paperituotteisiin’).

Lopulta strategiaksi valittiin mahdollisimman suuri osa kokonaismarkkinasta, mikä edellytti hyvää yhteistyötä kaikkien jalostajien kanssa ja omasta kilpailevasta jalostuksesta luopumista. Painopisteenä vahvistui suurivolyyminen, samalla hintaherkkä hygieniateollisuus. Tavoitteena johtajuus alalla täsmentyi johtajuudeksi johtavien globaaleitten asiakkaiden kanssa, 1-liigassa. Tämä taas edellytti erityistä kustannustehokkuutta ja merkitsi globaaleja tuotekehityshankkeita. Suunnitellusta Kiinaan menosta sen sijaan luovuttiin – viimeisimmän Saksan investoinnin jäljiltä ja em. hankkeiden vuoksi olivat tuolloin yksikön resurssit /oma tulorahoitus tiukoilla.
 

Organisaation/johtamisjärjestelmän kehittyminen 

1980-luvun pioneerivaiheessa Walkisoft-liiketoiminta ei muodostanut vielä omaa organisatorista kokonaisuutta. Molemmat tuloksestaan vastaavat tehtaat (Kotka, Steinfurt) samoin kuin alueelliset markkinointipäälliköt ja Engineering raportoivat kukin erikseen yhteiselle emolle, Kotkan pehmopaperiyksikön johdolle. Tehtaitten työnjako oli yksinkertainen, vaikkei kaikkein optimaalisin: Saksassa tuotettiin keskeiseen Eurooppaan, Suomen rooliksi “jäi” muut alueet.

1990-luvun vaihteessa oli konsernissa trendinä määrittää strategiset business-alueet tulosyksiköiksi. Päätös Amerikkaan menosta ja Tanskan ”fuusio” vauhdittivat kehitystä Walkisoftissa ja kasvattivat sen kertaheitolla myös yksikön kokoiseksi. Konsernijohto irroitti Walkisoftin omaksi liiketoimintayksiköksi 1.1.1991. Yksikön johtoon nimitettiin Jorma Leskinen. Pehmopaperiliiketoiminta myytiin Metsä-Serlalle, joka sen sitten lopetti. 

Tehtaat olivat edelleen tulosvastuisia johtoryhmän koordinoidessa markkinointia Euroopassa. Johtoryhmä koostui yksikön johtajan ohella Kotkan, USA:n, Saksan, Tanskan, Englannin jalostuksen ja Engineeringin vetäjistä -  jenkki, britti, juutti ja suomalaisia. Euroopan myyntiverkostoksi kiteytyi yhdistely kahdesta myyntiverkostosta (Yhtyneet, Rauma-Repola). Ei erillistä esikuntaa, yhteiset ydinasiat jaettuina johtoryhmäläisille oto-tehtävinä.

Kaksi samanaikaista projektia (USA, Tanska) vielä tappiollisten osien (Tanskan vanhempi osa, kattausjalostus, Dowdings) kanssa tekivät alkuasetelmasta haasteellisen. Myös Kotkan ja Saksan tehtaat olivat vielä vajaakuormituksessa (-80/-90-lukujen taitteen laman ja ”Gulf War”:n aiheuttaessa ylimääräistä varovaisuutta), mutta ne olivat plussalla. Pidättyminen kevyessä johdon organisaatiossa merkitsi muuttuvissa tilanteissa tiivistä johdon kierrätystä – mikä laajemman kokemuksen kehittämiseksi oli kyllä tarkoitus itsessäänkin.

Strategian täsmennyksissä v.1997 muuttui organisaatiorakenne seuraavasti:

  • tulosvastuullisina alueina Eurooppa, Amerikat ja Aasia - kunkin vastuulla myös yksikköstrategiaan sovitetun aluestrategian suunnittelu ja toteutus
  • Euroopassa yksittäisistä tehtaista riippumaton markkinointi, vastuulla myynti ja myyntikate Euroopan kokonaiskate optimoiden (muuttujina määrät, hinnat, mixi ja valmistuspaikat)
  • globaaleista asiakkaista vastuullinen erillinen markkinointi
  • tehtaiden primääritehtävinä tehokas/laadukas tuotanto ja asiakkaiden palvelu
  • tuotekehitys, teknologiakehitys, hallinto yksikkötasolla - rahoitus edelleen konsernitasolla

Muutaman suurasiakkaan (mm. P&G) positiiviset palautteet vakuuttivat. Tuolloin rakenne oli sen verran uutta, että globaaleja asiakkaita se kiinnosti itsessäänkin. Kaikkia uusi organisaatio/tapa ei  innostanut - Saksan tehtaan pitkäaikainen toimitusjohtaja Maksimow irtaantui.

V.1995 Walkisoft sai ensimmäisen sisäisen hallituksen. Sen rooli oli aluksi kahtaanlainen: toisaalta Walkisoftin hallitus, toisaalta UPM:n hygienialoppukäyttöön myyvien liiketoimintojen keskustelu-/koordinaatiofoorumi. Hallituksen koostumus: Juha Niemelä (pj), Jaakko Rislakki, Lohjan yksikön johtaja Jussi Virkkunen, Rauma-Cell’n markkinointipäällikkö Päivi Vihijärvi, Jorma Leskinen. UPM-Kymmene fuusion yhteydessä Niemelän paikalle tuli Berndt Brunow ja uudeksi jäseneksi konsernin verojohtaja Erkki Numminen. Muitten liiketoimintojen vetäjät jäivät hallituksesta pois. Sittemmin yksikkö yhtiöitettiin -  myös liiketoiminnan ohjauksen/johtamisen kannalta oli selkeämpää olla omistettu kuin integroitu.

Kesällä 1998 yksikönjohtajaksi nimitettiin Pentti Kallio UPM:n keskushallinnosta.

 

Kilpailijat

Fort Howard ja James River (myöhemmin Fort James) olivat integroituja pehmopaperin ja siitä valmistettujen lopputuotteiden tuottajia. Yritykset olivat lähtökohtaisesti amerikkalaisia, mutta yritysjärjestelyjen myötä niillä oli merkittävää toimintaa myös Eurooppassa. Airlaid monipuolisti niiden raaka-ainepohjaa

  • tuotantolinjat perustuivat M&J:n teknologiaan, sopivimpia bulkkituotantoon
  • tuotteisto”parempia pehmopaperituotteita”, Euroopassa myös värillisiä kattauslaatuja

Merfin ja Concert olivat amerikkalaisia airlaid-alan pioneereja, mutta käynnistivät 1990-lopulla valmistuksen myös Euroopassa

  • integroitumattomia, materiaalin valmistus toiminnan ydin
  • M&J:n teknologia, bulkkituotteisto, kustannuspohjainen hinnoittelu
  • tavoitteina 1-liiga globalisoituvassa hygieniateollisuudessa
  • Merfinin tehdassijoittelut pyrkimyksin hallita kaksi maanosaa yksistä paikoista eivät lopulta toimineet (tehtaat Vancouverissa ja Corkissa Irlannissa lopetettu)

Duni on eurooppalainen valmiiden kattaustuotteiden valmistaja, joka nojasi omaan pehmopaperiin ja omaan airlaidiin

  • aikaisia airlaidiin pohjautuvien ”tekstiilisten” kattaustuotteiden pioneerejä, myös laadukkaat värilliset tuotteet
  • pyrki 90-luvun puolivälissä airlaidin toimittajaksi myös hygieniateollisuudelle ja käynnisti siihen tarkoitukseen myös uuden tehtaan (sittemmin palannut juurilleen kattaukseen, Dunin resurssit ja tehtaitten sijainnit vain Ruotsissa eivät hygienian 1-liigassa riittäneet)

Walkisoft erosi kilpailijoistaan seuraavasti

  • oma konesuunnittelu (Danwebin perusteknologian pohjalta), prosessikehitystyö ja kokoonpano
  • monipuolinen oma jalostus mahdollisti lopputuotekokeita laajalla rintamalla
  • suuryhtiön resurssit antoivat mahdollisuuden pitkäjänteiseen satsaukseen
  • strategiassa korostuneina laatu, erikoistuotteet ja asiakasläheisyys (myös tehtaat lähelle markkinaa)


Teknologia

Walkisoftin/Danwebin teknologia perustui monilta osin paperiteknologisiin ratkaisuihin: suljetut tuetut viennit ja kuivaus yhdessä tasossa (vrt. tekstiililähtöisen M&J-teknologian tyypilliset avoimet viennit ja monikerroskuivatus) mahdollistivat lähtökohtaisesti sekä suuremmat nopeudet että tasaisemman formaation ja alhaisemmat pintapainot. Saksan uusimman koneen nopeus 400 m/min ylittikin selvästi siihen asti tunnetut nopeudet. Nopeat viirojen vaihdot (vrt. M&J:n teknologiassa käytettyjen raskaiden puristustelojen vaihtoihin) mahdollistivat nopeat pintakuvioiden vaihdot - ja siten monien erikoistuotteiden kivuttomamman valmistuksen.

Värillisten tuotteiden valmistamiseksi Walkisoftissa kehitetty menetelmä värjäyksen suorittamiseksi sellun massavärjäyksenä pintavärjäyksen sijaan mahdollisti pehmeät ja tasalaatuiset lopputuotteet. Menetelmällä oli merkittävä osuus Walkisoftin kehittymisessä ylivoimaiseksi ”tekstiilisten” kattaustuote-materiaalien toimittajaksi ei-integroiduille eurooppalaisille jalostajille (Duni, F James integroituja). Sittemmin totesi tuleva omistaja Buckeye ”One area of focus for Buckeye is the table-top market, an area where Walkisoft in Europe has historically been a very strong player”.

Omat koneet Walkisoft suunnitteli, kehitti edelleen ja asensi itse – Danwebin teknologian pohjalta Engineeringin toimesta. Jo kehityksen alusta lähtien mukana ollut ja pitkään myös Kotkan tehtaan tuotantopäällikkönä toiminut Paavo Hyvärinen oli keskeisesti jouduttamassa kaikkien omien koneiden (ja myös Japaniin myydyn koneen) käynnistyksiä.

Alkuperäisen sidontateknologian ’binderbonding’in rinnalle kaupallisti Walkisoft ensin toimivan ’thermobonding’in ja sitten näiden yhdistelmänä ’multibonding’in. Sittemmin on asemansa alalla vakiinnuttanut myös sideaineeton ’hydrobonding’-teknologia.  

 
UPM/Kymmene-fuusio, irtaantuminen Walkisoftista, taloudellinen tulos

UPM-Kymmenessä Walkisoft oli lopulta rönsy. V. 1999 Walkisoftin osti Buckeye Inc, hinta 120 mUSD. Buckeye oli alkujaan erikoissellujen tuottaja, ja valtaosa sellusta oli fluffia naisten siteisiin ja lasten vaippoihin. 

Kaupasta neuvoteltiin UPM:n yrityskaupparyhmän johdolla jo keväällä 1998, mutta vielä silloin kauppa sortui alhaiseen hintaan (ja jäi käsitys Walkisoftin alhaisesta arvosta). Kallion johdolla käydyissä uusissa neuvotteluissa käsitys muuttui - ”Walkisoftin arvo on jotain ihan muuta kuin mitä on aiemmin arvioitu”. Hieman ennen Walkisoftin ostoa oli Buckeye ostanut Merfinin - Walkisoftin hintaa selvästi korkeammalla hinnalla. ”Walkisoftista maksettu hinta oli kohdallaan, mutta Merfinistä maksettu hinta oli liian korkea”, totesi ex-buckeyelainen myöhemmin.

Omistajalle tuotto (IRR) Walkisoftista yli elinkaaren oli kaiken kaikkiaan n. 10 %.

Kirjassaan ’Oravanpyörässä’ v. 1994 totesi tj. Niilo Hakkarainen ”...kuivapaperin käytön lisääminen edellyttäisi tuotekehittelyyn huomattavasti suurempaa investointia kuin mitä Yhtyneissä on tehty, ja niin kuivapaperi on jäänyt vähän oudoksi linnuksi Yhtyneiden laajassa paperivalikoimassa”. Ilmeisesti hänkin odotti ”kuivalta paperilta” jotakin merkittävästi suurempaa.
 

Sittemmin nähtynä (2014)

Ostettuaan ensin Merfinin sai Buckeye ostaessaan v. 1999 myös Walkisoftin

  • pääsyn P-Amerikassa myös itärannikolle (Merfin Vancouverissa) ja siten vahvan strategisen aseman Amerikassa
  • mahdollisuuden P-Amerikassa nopeisiin lisälaajennuksiin (päätös uudesta 50.000 tn/v:n jättikoneesta oli tehty jo ennen yrityskauppaa, nyt yrityskauppa mahdollisti ihanteellisen sijainnin Walkisoftin USA:n tehtaalla Mount Holly’ssa)
  • pääsyn keskelle Eurooppaa Saksaan (Merfin toimi Corkissa Irlannissa), siten myös Euroopassa hyvän strategisen aseman
  • Walkisoftin uusimman Saksan tehtaan ja sen uusimman teknologian (nyt hallussa   molemmat hallitsevat perusteknologiat)
  • yhteensä n. 40000 tn lisäkapasiteettia aiemmin ostamansa Merfinin n. 40000 tn:n lisäksi - ja yhteensä n. 45 %:n globaalin markkinaosuuden

”Myös Mt Holly teki voittoa v. 2000”, kertoi Buckeye. Walkisoftin keskeisimmät tehtaat Steinfurtissa ja Mt Holly’ssa jatkavat edelleen (sijainti, tekninen kunto), Merfiniltä ostamansa tehtaat Vancouverissa ja Corkissa Buckeye asteettain lopetti.

Kauppaan kuului myös Kotkan vanha tehdas, ei kuitenkaan jo lopetuspäätöksen saanut Tanskan tehdas (kylläkin Tanskan kone). Walkisoft Engineering’stä tuli Buckeye Engineering, joka vuodesta 2002 jatkoi Anpap Oy:nä  henkilöstön Pirinen, Vihtakari, Niiranen, Ojanen omistuksessa. Anpap toimitti uuden koneen Iitissä v. 2007 käynnistyneelle Lacell Oy:lle, joka konkurssin jälkeen siirtyi v. 2013 valkeakoskelaisen kertakäyttötuotteita valmistavan Hypap Oy:n omistukseen nimellä SharpCell Oy.

V. 2013 Buckeyen osti Georgia Pacific LLC, pitkän linjan hygieniayritys. Useiden yritysjärjestelyjen kautta on Georgia Pacific’n omistukseen jo ennen tätä siirtynyt monia muita varhaisemman kauden airlaidin valmistajia - James River, Fort Howard, Mira Lanza, Beghin-Say.
Yhtiön on kerrottu sulkevan toisen sille Wisconsin’ssa siirtyneistä koneista toimitusten siirtyessä myös siltä osin Mt Holly’iin. Georgia Pacific’n osuus maailmanlaajuisesta airlaidin nykyisestä markkinasta (n. 1000 MEURO) on noin neljännes ja se on sillä alan markkinajohtaja.

Lasten vaippoihin ei merkittävää läpimurtoa ole syntynyt, mutta ajatus elää - vuoden 2014 Index-näyttelyssä esitteli USA:ssa pääkonttoriaan pitävä Glatfelter (toinen tämän päivän johtava alalla) lasten vaippoihin uusimman airlaid/superabsorbent-ratkaisunsa.

-------------------------------------------------

Tapahtuneen kehityksen johdosta voidaan sanoa, että Walkisoftin rakentamisessa mukana olleet ovat olleet mukana luomassa alansa markkinajohtajaa ja voivat olla ylpeitä työnsä tuloksesta. Vuoden 1997 konferenssiesityksessään totesi aktiivisen kanssakilpailijan Merfinin pitkäaikainen toimitusjohtaja Ivan Pivko “Walkisoft’s accomplishments with technology have encouraged the others, Merfin included, to explore airlaid potential beyond the better paper limitation. Nonwovens industry in general, and absorbent products business in particular, salute to our Nordic friends for their ground-breaking pioneering job in air-laying. The decade 1987-1997 belongs, unquestionably, to them”.

Liite: Tekninen piirros.

5. Päällystys ja jälkikäsittely

5.1. Suomalaisten paperinpäällystyskoneiden historiaa

Päällystystekniikka

Suomalaisten paperinpäällystyskoneiden historiaa (7.8.2012 Seppo Luomi)

Ensimmäiset ajatukset paperinpäällystyskoneiden valmistuksesta Suomessa syntyivät Wärtsilän paperikoneosastolla vuoden 1962 alkupuolella ja jo lokakuussa 1963 saatiin tarjouspyyntö päällystyskoneen toimittamisesta Metsäliiton Äänekosken tehtaalle. Päällystyskoneiden rakentamisessa tarvittavan erikoistietouden hankkimiseksi solmittiin amerikkalaisen Blandin Paper Co:n kanssa konsulttisopimus syyskuussa 1964.

Ensimmäinen päällystysajo Äänekoskelle toimitetulla koneella suoritettiin 25.2.1966 ja varsinainen päällystystuotanto aloitettiin 2.3.1966. Toimitettu kone oli ns. erillispäällystyskone (off machine coater) eli siinä oli erillinen aukirullain, jolle paperikoneen tekemä konerulla siirrettiin. Täten konetta voitiin ajaa itsenäisesti erillään paperikoneesta. Koneella päällystettiin korkealaatuista painopaperia. Kyseinen kone purettiin kun Äänekosken tehdas investoi uuteen modernimpaan tekniikkaan 1980-luvun lopulla.

1960-luvulla Wärtsilä toimitti yhteensä kolme päällystyskonetta (Äänekoski, Kuusankoski, Kemi). Kaikissa koneissa oli päällystystekniikkana sivelytelatyyppinen yksikkö. Auki- ja kiinnirullauksessa suoritettiin ns. lentävä rullanvaihto eli rulla vaihdettiin täydessä ajonopeudessa. Paperiradan kuivaus tapahtui ilmapuhallushuuvilla, joissa kuumaa ilmaa puhallettiin paperin päällystettyyn pintaa ja näin haihdutettiin ylimääräinen vesi pois. Koneiden rataleveydet olivat 3.1 – 4.5 m. Ensimmäiset toimitukset ulkomaille tapahtuivat 1972.

Päällystys jaoteltiin 1960-luvulla painopapereiden pigmenttipäällystykseen ja pakkausmateriaalien suojapäällystykseen. Wärtsilän strategiana oli keskittyä painopaperien pigmenttipäällystykseen ja erityisesti ohuiden paino- ja aikakauslehtipaperien päällystyksessä käyttävään teräpäällystystekniikkaan, jota kaikki kolme ensimmäistäkin toimitusta olivat. Kyseiset päällystyslinjat olivat aikanaan nopeimpia ja leveimpiä koneita alallaan. Koko 70-luvun ja vielä pitkälle 80-luvullakin Wärtsilä nähtiin uusien suurten ja nopeiden koneiden kehittäjänä, valmistajana ja toimittajana. 80-luvun puolenvälin jälkeen keskityttiin myös kapeampiin koneisiin ja olemassa olevien linjojen modernisointeihin. Ensimmäinen kartongin päällystyssovellus toimitettiin 1970 Takon tehtaalle Tampereelle.

Sivelytelalla varustettu teräpäällystysasema säilytti painopaperialueella valta-asemansa vuoteen 1983 asti. Senkin jälkeen asematyyppiä on toimitettu raskaiden painopaperien ja erityisesti kartonkien päällystystarkoituksiin ja sitä toimitetaan edelleenkin.

 

Vuonna 1982 ns. lyhytviipymäpäällystysasemat alkoivat yleistyä. Päällystysasematyyppi kehitettiin USA:ssa erityisesti parantamaan ohuiden painopaperilinjojen ajettavuutta eli vähentämään ratakatkoja. Päällystyskoneiden kapasiteetit olivat kasvaneet siten, että 1980-luvun alussa uusien koneiden rataleveys oli noin 8 m ja ajonopeudet olivat nousseet tasolta 600 m /min tasolle 1200 m/min. Automaatio lisääntyi ja kuivatustekniikka kehittyi. Suomessa päällystyksen kuivatustekniikan kehitys on tapahtunut erityisesti Valmetin Pansion tehtaiden toimesta.

Suomessa päällystyksen kehitys keskittyikin 1980-luvulla erityisesti uuteen lyhytviipymäpäällystimeen. Ensimmäinen Wärtsilän toimitus tapahtui Metsäliiton Kirkniemen päällystyskoneelle, jonka olemassa olevat sivelytelalla varustetut asemat muutettiin lyhytviipymätyyppisiksi vuonna 1983. Uuden päällystysasematyypin kehitys vaati runsaasti koeajoja, jotka suoritettiin Keskuslaboratoriossa Espoossa. Samalla heräsi ajatus oman päällystykseen ja kalanterointiin keskittyvän tutkimuslaitoksen rakentamisesta. Yhtiön strategiaan olikin kirjattu tavoitteeksi kehittää teknisesti ylivoimaisia tuotteita paperin jalostukseen ja käsittelyyn.

Järvenpään tehtaan uusi tutkimuslaitos otettiin käyttöön vuoden 1984 alussa, josta lähtien päällystystekniikan ja kalanteroinnin kehitys pystyttiin tekemään omissa tilossa ja entistä tehokkaammin. Samalla liiketoiminnan painopistettä laajennettiin ohuista painopapeista myös selkeästi raskaiden hienopapereiden ja kartonkien päällystyksen alueelle.

Lyhytviipymätekniikkaan perustuvia päällystimiä toimitettiin ympäri maailmaa. Tekniikan antama paperin laatu ei kuitenkaan riittänyt vaativimmille paperilajeille, joten 1980-luvun lopulla aloitettiin kehittämään uutta ratkaisua, joka antaisi paremman päällysteen laadun mutta myös hyvän ajettavuuden. Vuosien kehityksen tuloksena syntyi Jet-tyyppinen päällystin, joka yleistyi 90-luvun puolen välin jälkeen ja on tänä päivänäkin yksi yleisimmistä myydyistä tekniikoista etenkin paperin päällystykseen.

Ruotsalainen kilpailija myi päällystystekniikkaa, joka käsitteli paperin kummankin puolen samanaikaisesti. 1980-luvun alkupuoliskolla aloitettiin myös Wärtsilässä vastaavan tekniikan kehitys. Tuloksena syntyi TwoStream päällystin, jossa radan molemmat puolet käsiteltiin yhtä aikaa. Ensimmäinen laite toimitettiin Imatralle vuonna 1984.

Paperin pintaliimaus tehtiin perinteisesti ns. liimapuristimella, jossa kahden telan välistä ylhäältä alaspäin kulkevan paperin ja telojen väliin muodostettiin liimalammikot, joissa paperin pintoihin siirtyi liimaa. Menetelmä on kuitenkin nopeusrajoitteinen ja kun nopeudet nousivat lähelle 1000 m/min tuli tarve kehittää uutta tekniikkaa. Pintaliimaus on osa paperikonetta ja siten sen kehitys ja myynti kuului Valmetin tuotealueeseen. Valmetin Jyväskylän yksikössä toteutetun kehityksen tuloksena syntyikin uusi pintaliimaustekniikka, joka sai tuotenimen SymSizer. Ensimmäinen laite toimitettiin Jyväskylään Kankaan paperitehtaalle vuonna1988. Aluksi laite oli tarkoitettu pintaliimaukseen mutta nopeasti sitä kehitettiin myös päällystyssovelluksiin. Päällystyksen siirtyessä yhä enemmän suoraan paperinkoneen yhteyteen kehittyi SymSizer tekniikka (myöhemmin tuotenimellä OptiSizer) yhdeksi päämenetelmäksi valmistettaessa ohuita päällystettyjä painopapereita tehokkailla tuotantolinjoilla. Nykyisin laitetta on myyty yhteensä yli 200 kappaletta ympäri maailmaa.

Haluttaessa kartongin pintaan hyvä päällysteen peitto on kartongin päällystyksessä perinteisesti käytetty ns. ilmaharjapäällystimiä. Ensimmäinen Wärtsilän toimitus tapahtui 1970 Takon tehtaalle. Kartonkilinjojen nopeuksien noustessa tekniikasta tuli nopeuden nostoa rajoittava tekijä ja nykyisin tarkoitukseen käytetäänkin ns. verhopäällystystekniikkaa, joka antaa erittäin hyvän päällysteen peiton ja mahdollistaa jopa useamman erilaisen päällystekerroksen tekemisen samanaikaisesti. Verhopäällystystä käytetään laajalti myös erikoispaperin päällystykseen, koska niissä tarvitaan usein hyvää päällysteen peittokykyä tai useamman erilaisen päällystekerroksen antamia paperin erikoisominaisuuksia.

5.2. Sym-Sizer

Valmetin SymSizer- filmipäällystimestä markkinajohtaja 1990- luvulla

(12.11.2012 Rauno Rantanen, Jouni Huuskonen)


Lähteet:
Rauno Rantasen ja Jouni Huuskosen puhelinmuistelut
Rauno Rantasen tekemä luku ”On-machine surface treatment of paper and board with the film press” James Branderin ja Ian Thornin toimittamaan kirjaan ”Surface Application of Paper Chemicals”, 1997 Chapham & Hall, London 
Kronikka Yhtyneet Paperitehtaat Oy:n tutkimuskeskuksen tekemisistä 80- ja 90- luvuilla.


Liimapuristinteknologia mullistui 80- luvulla poistaen hienopaperikoneiden nopeuden noston suurimman pullonkaulan ja luomalla samalla monia uusia, kustannustehokkaita mahdollisuuksia pigmentoitujen ja päällystettyjen paperien valmistuskonseptien kehittämiseen.

Liimapuristimen ongelman suuruutta kuvaa viimeisimmän ilman filmipuristinta Nordland Papierille myydyn suuren Valmetin hienopaperikoneen tilanne. Paperikoneen nopeus oli jumittunut nopeuteen 850 m/min ja katkoja oli keskimäärin yli 10 vuorokaudessa. Rauno Rantasen käydessä tehtaalla oli kone ollut tekemättä kolme vuorokautta tonniakaan paperia, kun rainaa ei saatu liimapuristimen telasta irti vaan tuloksena oli joka yrityksellä katko. Tilanteen jatkuttua jonkin aikaa, liimapuristin muutettiin filmipuristimeksi tehdyn etukäteisvarauksen mukaisesti, vaikka Jurgen Hoppe ei uskonut SymSizerin pystyvän tekemään hyvää hienopaperia. Hän sanoi että, jos prototyyppi kuitenkin jostain syystä toimii, niin hän ostaa heti samanlaiset muille kolmelle koneelle. Parissa viikossa startista asiakas hyväksyi kaikki koneen paperilajit. Koneen nopeus voitiin pian nostaa nopeuteen 1100 m/min ja siitä edelleen rakennenopeuteen 1400 m/min. Lisäetuna oli tuntuva energiansäästö.

Historia tuntee lukemattomia laitteita korvata liimapuristin hienopaperin pintaliimauksessa. Viimeisin epäonnistunut yritys oli pintaliimaus teräpäällystimillä. Menetelmällä ei kyetty valmistamaan laadukkaasti kannattavimpia hienopaperilajeja, kopiopaperia ja offsetpainopaperia. Kopiokoneilla paperin käyristyminen oli mahdoton hallita luotettavasti ja sen lisäksi offset arkki- painopapereissa (kuten monissa muissakin käyttökohteissa) paperin sisäinen lujuus oli riittämätön.

Rauno Rantanen oli julkistanut lyhytviipymäterän käytön filmipuristimen aplikaattorina patentissa FI 800029. Liima- tai päällystefilmi applikoitiin liimapuristimen teloille lyhytviipymälaitteella ja filmi siirrettiin nipissä paperiin. Patentti koski pursotintyyppistä teräpäällystyslaitetta, minkä koeajot laajoine, lähinnä puupitoisen jatkolomakepaperin koetuotantoineen oli tehty Enso Gutzeitin tutkimuskeskuksessa 1970-luvun puolivälissä. Oli parempi julkaista menetelmä kuin odottaa, että jokin muu taho sen keksisi ja saisi ”monopolin” menetelmään. Enso ei ollut halunnut patentoida keksintöä, joka koski minkä tahansa lyhytviipymäpäällystimen käyttöä filmipuristimessa.

Patentin tultua julkiseksi 1981 teki Beloit kahden kuukauden kuluttua patenttihakemuksen GB 2103115A tavanomaisen nostotelalla varustetun teräpäällystyslaitteen käytöstä filmipuristimessa. Ensimmäisen filmipuristimensa tuotantokoneelle Beloit toimitti vuonna 1984 varustettuna lyhytviipymäaplikaattorilla ja teräkaapimella.

Voith haki vuonna 1984 patenttia yhdistelmälle, missä perinteisessä lyhytviipymäapplikaattorissa kaapimena käytettiin urasauvaa. Ratkaisu tuli tuotantokonekäyttöön vuonna 1986. Urasauva oli aivan ylivoimainen terään verrattuna, sillä liimamäärä oli volymetrisellä annostelulla helppo hallita. Sauvojen kuluminen oli joissakin erikoistapauksissa ongelma, kun pohjapaperista irtosi kovia pigmenttejä tai kierrätyspohjaisilla papereilla hiekkaa, mitkä tarttuivat telapintaan ja kuluttivat nopeasti urien harjat. Päällystyksessä ja pigmentoinnissa ei myöskään voinut käyttää kovia pigmenttejä. Pehmeä kalsiumkarbonaatti syrjäytti muut hienopaperin täyteaineet ja ongelma tältä osin poistui.

Valmetin nousu johtavaksi filmipuristimien toimittajaksi alkoi, kun Rautpohjassa suoritettujen urasauvakokeiden perusteella oli ilmiselvää, että hydrodynaamisella filmin määrän hallintaan perustuvalla teräkaapimella ei ollut mitään mahdollisuuksia hienopaperikoneiden filmipuristimien kaapimena, vaan että urasauva oli ainoa järkevä vaihtoehto helppokäyttöisyytensä ansiosta. Valmetin filmipuristimen aplikaattoriksi kaavailtua Wärtsilän lyhytviipymäaplikaattoria ei Voithin patenttihakemusta loukkaamatta voitu käyttää. Näin Valmet oli umpikujassa filmipuristimen aplikaattorin suhteen. Ainoa mahdollisuus oli käyttää edellä mainittua Rauno Rantasen patentoimaa pursotintyyppistä aplikaattoria pohjana filmiaplikaattorin kehitystyölle. Voithin urasauvapatentti ei kattanut sellaisen aplikaattorin käyttöä urasauvan yhteydessä. Ensolla käytössä ollut aplikaattori oli hyvin yksinkertainen. Liiman syöttö tapahtui reikien kautta suorakaiteen muotoisesta, noin 30x60 millimetrin putkesta, missä normaalisti oli läpivirtausta. Painekammio, joka rajoittui telapintaan, muodostui putken vastakkaisille puolille kiinniruuvatuista päällystysteristä, mitkä olivat eri levyiset siten, että telapintaan asetettuna kulmaksi muodostui 20 astetta. Päädyissä oli tavanomaiset tiivisteet. Kuormitus tapahtui syöttöputken päähän kiinnitetyllä vipuvarrella ja kuormitettuna terän kärkikulma telaan nähden oli lähellä nollaa. Kokeet tehtiin pääosin 1000 m/min nopeudella. Laite toimi erinomaisesti. Tuotantokäyttöön laitetta sellaisenaan ei uskaltanut ottaa, sillä riskinä oli etuterän likaantuminen jatkuvassa ajossa, Rullanvaihtojen tähden koekoneella voitiin ajaa vain puoli tuntia kerrallaan, minä aikana likaantumista ei esiintynyt. Myöhemmin rakenne otettiin myös tuotantokonekäyttöön kuitenkin niin, että etuterän tilalla oli sauva mutta myös yhdessä koneessa terä. Likaantumista ei tapahtunut. Terän huuhtelu oli yksinkertaista toteuttaa ottamalla liimaa painekammiosta reikien kautta suoraan etuterän eteen tai erillisenä virtauksena, joista molemmista suoritusmuodoista on kuvat patentissa FI 875333, (Rantanen, Lummila 1987). Yhteensä muutaman tunnin koeajon perusteella, oli helppo tehdä riskitön päätös menetelmän ottamisesta myyntikonseptiksi. Ajokierron määräksi valikoitui noin 90 l/min/leveysmetri, kun se kilpailijoilla oli 3-5 kertainen. Suuri etu aplikaattorin rakenteen kannalta oli myös, että syötön määrä ei juuri ollut nopeusriippuvainen. Keskeisiltä osiltaan palkin rakenne oli alkuperäisen pursotintyypin mukainen: syöttökammio oli erittäin pieni ja ilman pääsy painekammioon oli tehokkaasti estetty, mitkä tekijät yhdessä antoivat vanattoman filmin laadun suurissakin nopeuksissa, palkissa ei tarvittu kulmansäätöä, painekammiossa ei ollut aukaistavaa kantta, syöttö suoraan syöttöputken rei’istä painekammioon, sivuvirtausten estämiseksi painekammiossa em. rei’issä tarvittiin kuitenkin holkit, mitkä oli helppo mitoittaa varsin vakiona olevan virtausmäärän ansiosta. Koska holkeista virtaus jatkuin puskuna kammion etuseinämään, syötön poikkisuunnan profiili oli virheetön. Kallista erillistä kuristus osaa syötölle ei tarvittu. Pisimmälle kehitetyssä mallissa päällystyspalkki oli myös pyörähdysliikkeellä ajosasentoon siirtyvä.    

Seuraava suuri kehityskohde oli kaapimien edelleen kehittäminen. Tuloksena olivat patentoidut ratkaisu: suuren halkaisijan omaava sauva pigmenttipäällystämiseen, sanomalehtipaperin pintaliimaukseen ja ohkopainopaperin pintaliimaukseen, suuren halkaisijan uritettu sauva, millä oli moninkertainen kulutuskestävyys tavanomaiseen urasauvaan verrattuna sekä kaksoiskuormitettu terä, millä estettiin liimafilmin kavitointi sen irtautuessa teräkaapimesta. Terävaihtoehtoa pidettiin kuitenkin yllä, jos urasauvoille kuitenkin jossakin tilanteessa tulisi ongelmia kulumisen suhteen. Onneksi ei tullut.

Pigmenttipäällystyksessä Valmetin kilpailukykyä paransi merkittävästi jo 1970-luvun puolessavälissä yhteistyössä Valmetin ja Enso-Gutzeitin kanssa kehitetty erittäin tehokas ylipainesuuttimin varustettu leijakuivain. Saman teki myös integroitu rainan kääntö- ja kuivauslaite TurnDry. Se taas kehitettiin pakottavasta tarpeesta saada Rautpohjan koekoneelle lisää kuivatuskapasiteettia kun muualla koneessa ei ollut kuivaimelle tilaa.   

Filmipuristinaseman rakennetta ja käytettävyyttä kehitettiin yhä leveämmille ja nopeammille koneille sopivaksi. Valmetista tuli jo 1994 markkinajohtaja ja 90- luvun loppuun mennessä oli myyty yli 100 SymSizer- asemaa. Markkinoista oli saatu yli puolet.

Filmipäällystyksen sovellutuskokeita tehtiin useiden paperitehtaiden kanssa Rautpohjan koetehtaalla ja myöhemmin myös Raision päällystystutkimuskeskuksessa. Rauno Rantanen ja Pirkko-Leena Aarnikoivu olivat Valmetin avainhenkilöitä kehitystyössä. Suomalaisista paperitehtaista kehitystyöhön osallistuivat Yhtyneet Paperitehtaat, Kirkniemi, Kaukas ja Enso-Gutzeit. TEKES oli tukemassa useaa yhteisarvoltaan 10 Mmk projektia. Eräs tärkeimmistä oli Yhtyneet Paperitehtaat Oy:n kanssa tehty SymSizerin ja gate- rollin vertailu pigmenttipäällystyksessä. Nopeudesta 1100 m/min alkaen gate-roll- päällystimellä nousi ongelmaksi sumuaminen siirtotelan ja nippitelan välisestä nipistä. SymSizer sen sijaan toimi moitteettomasti aina silloiseen koekoneen maksiminopeuteen 1500 m/min asti. Kun osoittautui, että SymSizer oli parempi myös sanomalehtipaperin pintaliimauksessa, päätös luopua gate-rollin markkinoinnista oli Valmetille helppo.   

Yhteisissä koeajoissa opittiin ymmärtämään prosessia ja sen antamia tuotekehitysmahdollisuuksia. Havaittiin mahdolliseksi tehdä minimissään 4 g/m² liimafilmi. Suuri sanomalehtikone ajoi ongelmitta tällä filminpaksuudella pintaliimaa 0, 2g/m2/puoli sanomalehtipaperille. Ylärajaa liiman filminpaksuudelle ei käytännössä ollut enempää kuin nopeudellekaan. Pigmenttipäällystyksessä tavanomainen 2-8 g/m2/puoli ei tuottanut ongelmia. Koekoneella ajettiin jopa nopeudella 3000 m/min. Tuotantokoneilla päällystemääräalue oli 1,5–15 g/m2/puoli. Enson Tervakosken tehtaalla SymSizerilla saavutettiin ohkopainopaperin pintaliimauksessa ja päällystyksessä lähes 2-kertainen tuotantonopeus tavanomaisen liimapuristimeen nähden. Yhtä suuri ellei suurempikin oli UPM:n Tervasaaren saavuttama tulos tarrapaperin pohjapaperin pintaliimauksessa samalla kun erittäin kalliin liiman määrää voitiin laadun kärsimättä huomattavasti alentaa. Sileä, suuren läpimitan sauva, sopiva vastatelan kovuus ja pastareseptin hienosäätö olivat avainasemassa onnistumiselle.

Puupitoisissa painopapereissa pohjapaperia vähän rasittava päällystysmenetelmä mahdollisti tuntuvan sellun säästön ja myös siistausmassan runsaan käytön pohjapaperissa. Runsas täyteainemäärä pohjapaperissa osoittautui mahdolliseksi ja antoi mahdollisuuden parantaa päällystetyn paperin sileyttä (jopa syväpainatukseen kelpaavaksi). Pohjapaperin hyvä formaatio ja märkäosalla luotu tiiveys ja sen tasaisuus osoittautuivat avainasioiksi lopputuotteen laadun kannalta. Kirkniemi lanseerasi SymSizeriin keskeisesti perustuvan fco (film coated offset)- paperin valmistuksen. Laatu oli hyvin lähellä teräpäällystetyn lwc- offsetpaperin laatua.  Yhtyneiden tekemien koeajojen perusteella 57 g/m2 lwc- offsetpaperin muuttuvissa valmistuskustannuksissa olisi 90- luvun loppupuolen kustannustasolla saatu filmipäällystimen avulla viidenneksen säästö. Suomen viimeiseen lwc- koneeseen, Rauman PK 4:lle ei konseptia kuitenkaan uskallettu valita, kun tähdättiin painavampiin lajeihin ja huippulaatualueelle. Yhtyneet patentoi filmipäällystykseen osittain perustuvan konseptin valmistaa lwc- ja mfc- paperia ilman sellua. Stracelissa tehtiin sellaista aikansa. Koetehdasmitassa havaittiin filmipäällystyksen antavan mahdollisuuksia myös muihin innovatiivisiin päällystettyihin tuotteisiin. Yhtyneet ja Valmet kehittivät yhdessä wet-on-wet- konseptin, jossa filmipäällystimellä ja lyhytviipymäpäällystimellä kyettiin koetehdasmitassa tekemään kevyimpiä mwc- lajeja laadultaan lähellä oleva tuote on-machine nopeusalueella 750–1400 metriä minuutissa. Siihen aikaan tarkoitukseen käytettiin 4-asemaista erilliskoutteria.

Huolimatta monesta käyttämättömästä mahdollisuudesta Valmet on myynyt yli vuoteen 2008 mennessä 200 SymSizeria, joista 63 paperin päällystykseen mukaan lukien 5 koekonetta.  Suomeen on myyty tuotantokoneille 26 kappaletta ja lisäksi koekoneille 3kpl.

 

Kuva 1. SymSizer applikointimenetelmä

 

Kuva 2  SymSizer ja TurnDry

 

5.3. Ylipainesuutinkuivain ja TurnDry kääntöleiju

Maininta kronikassa Sym-Sizer

5.4. Järvenpään tehtaan kalanterit

Pekka Komulainen - Martti Tuomisto

 

Järvenpään tehtaan kalanterit

 

Kalanterityypit

 

Kalanteri on pyörivistä teloista muodostettu ladelma, jossa nipistä toiseen johdettua paperia muokataan kyseisissä telanipeissä eli telojen kosketuskohdissa hallitulla kuormituksella ja lämpötilalla. Paperin kosteus vaikuttaa sen muokkautumiseen, joten kosteuden pitää olla optimaalinen. Useimmiten kalanteritelat ovat niin kuumat, että paperi kuivuu, joten hallitun loppukosteuden saavuttamiseksi tulokosteuden on oltava tarkka.

Monitelaisissa kalantereissa telojen pyöritysvoima välittyy nippien kautta yhdestä käytetystä telasta pinkan muihin teloihin. Jos telat ovat kaikki kovia valurautateloja, niin ladelmaa kutsutaan perinteisesti konekalanteriksi (aikoinaan MF erotuksena superkalanteroinnista SC). Konekalanterilla ei saavuteta korkeaa kiiltoa, vaan sillä tavoitellaan sopivaa sileyttä ja tasaista paksuutta. Aikaisemmin konekalantereissa oli  useampia teloja, mutta nykyisin tyydytään yleensä vain kahteen telaan eli yhteen nippiin. Toinen kovista teloista on tavallisesti lämmitetty ja toinen taipumasäädetty.

Varsinaiset paperin kiillotukseen tarkoitetut kalanterit ovat tavallisesti yli viiden telan muodostamia kalantereita, joissa on kovien valurautatelojen lisäksi joustavilla pinnoitteilla varustettuja teloja ja joita käytetään mm. painopapereiden jälkikäsittelyssä paperin pinnan sileyden, kiillon ja tiiviyden parantamiseen. Nykyaikaisia polymeeriteloilla varustettuja kiillotuskalantereita kutsutaan moninippikalantereiksi ja niitä voidaan käyttää myös suoraan paperikoneella. Superkalanterit, jotka ovat erillisinä paperikoneesta eli off-machine, ovat vuorotellen kuitu- ja metalliteloilla varustettuja vanhemman tyypin monitelakalantereita. Superkalantereita ei voi asentaa suoraan paperikoneelle, koska normaalit kuitutäytteiset telat eivät kestäisi riittävän kauan, johtuen korkeista ajolämpötiloista sekä kuitutelojen markkeeraus- ja vaurioitusmisriskistä.

 Kolmas perinteinen kalanterityyppi ovat kartongin valmistuksessa kaytetyt kiiltokalanterit (gloss-kalanterit) ja enimmäkseen paperin kalanterointiin tarkoitetut soft-kalanterit. Niille on tyypillistä, että kullakin joustavapinnoitteisella telalla on vain yksi nippi, jotta tela kestäisi suuria rasituksia riittävän kauan. Moninippikalanterien vastakohtana niitä voitaisiinkin kutsua yksinippikalantereiksi. Ne kiillottavat lähinnä vain sen puolen, joka on kuumaa metallitelaa vasten. Joustavan telan tarkoituksena on aikaansaada tasainen paine kuumaa telaa vasten. Molempien puolien kiillottamiseksi tarvitaan siis vähintään kaksi yksinippistä kalanteria. Niissä ei voi käyttää erikoispaperista valmistettuja kuitutäytteisiä teloja.

 

Järvenpään tehdas

 

Järvenpään tehtaan juuret ovat Wärtsilän Kone ja Silta -konepajassa, joka sijaitsi Helsingissä Sörnäisten rantatien molemmin puolin. Jo 1960-luvulla konepaja päätettiin siirtää pois Helsingistä ja vuonna 1970 se aloitti toimintansa Järvenpäässä. Konepaja oli ollut varsinainen sekatavaratalo valmistaen nimensä mukaisesti siltoja, kaikenlaisia teräsrakenteita, atomivoimaloiden komponentteja ym. Metsäteollisuuteenkin oli laaja repertuaari mm. sellun eräkeittimiä, suotimia, sellun kuivatuskoneita, hienopaperikoneita, päällystyskoneita ja pituusleikkureita. Myöhemmin seikkailtiin jopa painokoneiden parissa.

Järvenpään tehdas suunniteltiin joka tapauksessa kevyemmille jälkikäsittelykoneille eikä lainkaan raskaammille paperikoneille. Tuohon aikaan siirryttiin yhä enemmän hitsattuihin teräsrakenteisiin valetuista rakenteista. Silti vielä tänä päivänäkin esimerkiksi paperikoneen kuivatussylinterit ovat valettuja. Valmetilla oli Rautpohjassa valimo, mutta Järvenpäähän sitä ei kannattanut rakentaa.

Vuonna 1969 solmittu TVW-sopimus (Tampella-Valmet-Wärtsilä) määritteli tuoterajat niin, että Wärtsilälle kuuluivat jälkikäsittelykoneiden lisäksi myös hienopaperikoneet. Wärtsilähän oli aina 1970-luvun alkuun saakka huomattava paperikonetoimittaja, joka oli aloittanut jo ennen Valmetia. Kuitenkin 1970-luvun alussa Wärtsilä jäi jälkeen kehitystyössään, koska se ei panostanut tarpeeksi paperikoneen märkään päähän. Vielä vuonna 1972 starttasivat Ruotsissa Wärtsilän toimittamat Nymöllan ja Husumin uudet hienopaperikoneet, joissa märän pään ratkaisut olivat perinteisiä. Varsinkin Nymöllan perälaatikossa ilmeni suuria vaikeuksia, kun se käytti oman sulfiittitehtaan pyökkimassaa. Tämäkin saattoi olla osasyynä hienopaperikoneista luopumiseen. Ei ole tämän kirjoittajien tiedossa luopuiko Wärtsilä vapaaehtoisesti hienopaperikoneista vai saiko jotain vastikkeeksi Valmetilta ja kirjattiinko TVW-sopimukseen luopuminen jo alun perin vaiko vasta Ruotsin koneiden toimittamisen jälkeen.

Wärtsilän Kone ja Sillan entinen pääsuunnittelija Matti Kankaanpää oli ideoinut ja patentoinut Valmetissa uusia märän pään ratkaisuja kuten hydraulisen perälaatikon, Sym Former viiraosan ja Sym Press puristinosan.Tosin Sym Press puristinosa teki  paperin paksuussuunnassa erittäin epäsymmetristä paperia, mutta oli kuitenkin ajettavuudeltaan erinomainen. Valmetin Rautpohjan tehtaalle tehtiin koekone, jossa näitä ratkaisuja testattiin ja tällainen tuotantokone käynnistyikin Simpeleellä jo 1973.

Kun paperikoneiden koot kasvoivat, oli Wärtsilän konepajalla kapasiteettia rakentaa vain kaksi paperikonetta vuodessa. Yksi ei tuonut kannattavuutta ja kolme oli jo liikaa. Oli ennustettavissa, ettei ole mahdollista saada joka vuosi kahden koneen tilausta. Viimeistään Valmetin rakentama Kankaan PK4 nimeltään Anna sinetöi Wärtsilän hienopaperikoneiden valmistuksen lopun käynnistyessään Jyväskylässä vuonna 1974.

Siihen, että Järvenpään tehdas keskittyi puhtaasti jälkikäsittelykoneisiin, vaikuttivat myös ne johtajat, jotka aikoinaan tekivät tästä päätöksiä  etunenässä Bertel Långhjelm. Myöhemmin lähimpänä Järvenpään tehdasta olivat tunnetut teollisuusjohtajat Georg Ehrnrooth, Krister Ahlström ja Pekka Salo sekä tutkimuspuolella Martti M. Kaila.

Keskittyminen jälkikäsittelykoneisiin meinasi olla kohtalokasta siinä vaiheessa, kun päällystys ja kalanterointi alkoivat siirtyä yhä enemmän itse paperikoneelle. Oli nimittäin sovittu, että jälkikäsittelykoneita ovat nimensä mukaisesti koneet, jotka sijaitsevat paperikoneen rullaimen eli Popen jälkeen. Valmet alkoikin kehittää sekä on-machine päällystystä että kalanterointia selvästi Wärtsilän kilpailijana. Esimerkkinä tästä voidaan mainita soft-kalanterit ja filmipäällystys.

Jälkikäsittely onkin perinteisessä mielessä kovin huono termi kuvaamaan päällystystä ja kalanterointia. Nykyään sopisi paljon paremmin englannin kielestä tuttu sana paperin viimeistely (finishing). Joka tapauksessa rajanvedosta käytiin 1980-luvun alkupuolella useita neuvotteluja Valmetin Jori Pesosen ja Wärtsilän Pekka Salon välillä, mutta vasta telakkateollisuuden kriisi ja Wärtsilän tehtaan siirtyminen Valmetin omistukseen vuonna 1986 toi asiaan lopullisen ratkaisun. Tämä siirto turvasikin kalantereiden kehitystyön ja bisneksen jatkumisen Järvenpään tehtaalla.  

Ennakkoluulottomien päätösten lisäksi Wärtsilän menestykseen vaikuttivat sekä päällystettyjen papereiden voimakas kasvu että konenopeuksien nousu. Kun konenopeudet kasvoivat, yhä useammalle paperikoneelle tarvittiin kaksi pituusleikkuria ja myös superkalantereiden kysyntä kasvoi. Siihen aikaan superkalanterin nopeuden nosto huononsi kalanterointitulosta voimakkaasti ja joillekin koneille tarvittiin jo kolme superkalanteria tai kahdelle koneelle viisi. Toisaalta kun paperirullien halkaisijat ja kiillotettujen papereiden tuotanto kasvoivat, jouduttiin jo 1970-luvun alussa suunnittelemaan uudenlaisia pituusleikkureita, jotka lisäsivät tehtaan liikevaihtoa.

Jälkikäsittelykoneiden kapasiteetin oli myös parannuttava ja tämä lisäsi automaation tarvetta. Pituusleikkurille suunniteltiin edistyksellinen logiikka-automaatiojärjestelmä Siemensin PLC-systeemeihin perustuen. Sieltä se levisi sitten muihinkin jälkikäsittelykoneisiin. Järvenpään tehtaalla olikin oma pieni automaatio-osasto myös tuotekehitystä varten.

Menestyvän yrityksen on tunnettava asiakkaan tarpeet ja jopa asiakkaan asiakkaan tarpeet. Aikoinaan 1950-luvulle saakka Wärtsilässä oli tätä tietämystä, kun se omisti kokonaan Äänekosken tehtaat,  joskin viime vaiheissa vain pienen osan. Myöhemmin 1970-luvun lopussa ei Järvenpään tehtaalla ollut yhtään insinööriä, jolla olisi ollut paperitehdaskokemusta. Yhdellä insinöörillä oli paperialan koulutus, mutta hänkin työskenteli pituusleikkureiden myyntitehtävissä. Vasta 1980-luvulla alkoi tehtaalle tulla enemmän paperialan koulutuksen ja kokemuksen saanutta henkilöstöä. Tällä sekä perustetulla koelaitoksella oli positiivinen vaikutus koko konepajan ja siten kalanterienkin kehitykseen ja myyntiin.

 

Superkalanterin joustavat telat

 

Superkalantereiden joustavina teloina toimivat yleensä tekstiilikuitupaperilla täytetyt telat, joista useimmat ovat Suomessa sinertävän harmaita, koska telapaperin valmistuksen materiaalina käytetään myös farkkukangasta (blue denim). Puuvillan joukkoon lisätään yleensä 10-25 % villakuituja elastisuuden parantamiseksi. Näin tela ei merkkaannu yhtä helposti kuin kova puuvillatela. Samoin nippi saadaan leveämmäksi, mikä on laadunkin kannalta edullista monissa tapauksissa. Asbestiakin käytettiin vaativissa olosuhteissa 15-35 %. Se lisäsi telan kuumuuden kestävyyttä. Asbestin lisäys loppui 1980-luvulla, kun sen käyttö kiellettiin. Harvoissa vaativissa tapauksissa käytettiin synteettisestä Nomex-paperista valmistettuja teloja, jotka olivat hinnaltaan noin kymmenkertaisia villa-puuvillateloihin verrattuna. Nomex-telakalantereita oli joillakin hitailla erikoispaperikoneilla on-machine jo ennen kuin varsinaiset polymeeriteloihin perustuvat soft-kalanterit ja moninippikalanterit kehitettiin.

Kuitutelojen valmistus aloitettiin Järvenpäässä jo 1973. Suomessa oli kyllä Tervakoskella sekä kuitutelapaperin valmistusta että kuitutelojen valmistusta, mutta kuitutelojen valmistuslaitteet olivat kuitenkin vain pienille, lähinnä omille teloille. Suurin osa Suomen tarvitsemista teloista tuotiin Saksasta ja Englannista. Rahdin takia toimitusajat olivat pitkiä ja teloja tarvittiin paljon.

Telojen valmistuksessa paperikiekot puristetaan parin tuhannen tonnin voimalla pystysuunnassa rauta-akselin ympärille. Järvenpään hydrauliset puristimet ovat siten yli kymmenen metriä korkeita, koska teloja pitää voida toimittaa leveillekin superkalantereille.  Kuituteloihin tarvittavan paperin Wärtsilä osti pääosin Saksasta Jagenbergin paperitehtaalta, mutta joitakin toimituksia oli Tervakoskeltakin.

Myös kuitutelojen valmistukseen Wärtsilä innovoi omia ratkaisujaan. Pitkäaikainen telatehtaan johtaja Eero Paakkunainen patentoi jo 1970-luvun lopussa kuitutelojen injektioruiskutusmenetelmän. Huomattiin nimittäin telan pintaa puukapulalla koputtelemalla kuten tampuurirullan pintaa, että perinteisellä valmistusmenetelmällä rauta-akselin ja paperikiekkojen väliin saattoi jäädä onttoja tiloja, jotka kuumetessaan haittasivat telan kestoa ja aiheuttivat paperiin poikkiprofiilivirheitä. Myöhemmin kehitettiin Wärtsilän tutkimuskeskuksen avustamana oikein koputuskone tätä varten. Myyntityössä oli infrapunakamera mukana jo 1980-luvun alussa. Sillä saattoi osoittaa asiakkaalle, kuinka kilpailijan telat lämpenivät kalanterissa ontoista kohdista, kun eivät olleet injektoituja.

Injektiomenetelmän mukaan telan akselin suuntaan järjestettiin koko telan levyinen lovi. Se oli helppo saada, kun jätettiin vanhoista akseleista kiila pois. Ennen kuviteltiin, että paperikiekot voisivat pyöriä akselin ympärillä, ellei ollut kiilaa. Kiilauraa myöten voitiin sitten suurella paineella pumpata kovettuvaa epoksimaalia. Hyvä ja edullinen epoksimaali löytyikin mustasta laivamaalista, jota Wärtsilä osti suuret määrät. Tämä epoksi sitten kiinnitti kuitukiekot tiiviisti akseliin ilman että onkaloita pääsi syntymään. Sittemmin uusiin tela-akseleihin suunniteltiin urat epoksin johtamiseksi koko telan leveydelle.

Toinen oivallus liittyi paperikiekkojen konesuunnan sekoittamiseen. Paperissahan ovat kuidut suuntautuneet eniten konesuuntaan. Ellei viereisiä paperikiekkoja sekoiteta tasaisesti eri suuntiin, telasta tulee kalanterilla kantikas. Saksalaiset olivat tehneet monimutkaisen automaattisen koneen, jolla jokainen yksittäinen paperikiekko nostettiin ylös erikseen useammalta lavalta ja kuljetettiin uuteen pinoon, niin että lopputulos oli tasainen. Laite oli iso, hidas ja kallis. Wärtsilässä ideoitiin pieni laite, johon isompi paperikiekkopinkka nostettiin kerralla ja pyöräytettiin kumisen kartion päällä muutama sekunti ja kas kiekot olivat satunnaisesti sekaisin.

Kolmas innovaatio oli telojen purkukone, jossa vanha päällyste leikattiin nopeasti irti akselistaan kahdella aksiaalisuuntaan liikkuvalla terällä. Leikatut kappaleet siirrettiin kuljettimella paalattaviksi. Purettu jätepaperi ja sorvatut paperit palautettiin takaisin Saksaan Jagenbergin paperitehtaalle uudelleenkäyttöä varten. Jätteistä saatava hinta olikin huomattavan suuri tulolähde telanvalmistuksessa.

 

Wärtsilän superkalanterit

 

Suomessa käytetyt superkalanterit olivat 1970-luvun lopulle saakka yleensä Länsi-Saksassa tai USA:ssa valmistettuja. Kun Wärtsilä lopetti paperikoneiden valmistuksen ja keskittyi paperin jälkikäsittelykoneisiin, oli luonnollista, että myös superkalanterit tulivat valmistusohjelmaan. Wärtsilän omien superkalanterien kehitystyö aloitettiin vuonna 1974 ja sitä jatkettiin saksalaisen Bruderhaus-yhtiön lisenssiin perustuen. Lisenssi tuli voimaan vuoden 1976 alusta. Kalanterien rakenteet poikkesivat kasvaneen leveyden vuoksi Bruderhausista jo alun perin varsin paljon ja lisenssin mukaisia konstruktioita jouduttiin järeyttämään. Lisenssi antoi oikeuden valmistaa ja toimittaa superkalantereita Pohjoismaihin ja Neuvostoliittoon. Kehitystyötä voimistettiin, kun lisenssin antajan toiminta päättyi konkurssiin vuonna 1981 ja Wärtsilälle avautuivat maailmanlaajuiset markkinat.

Ensimmäiset superkalanterit toimitetiin Syktyvkarin tehtaalle vuonna 1977, mutta ne lojuivat pitkän aikaa varastoituina tilaajasta johtuvista syistä. Ne olivat heti maailman leveimmät kalanterit. Varsinaisesti ensimmäiset superkalanterit starttasivat kuitenkin Raumalla, kun PK1 muutettiin sanomalehtipaperilta SC-paperille vuonna 1980. Wärtsilähän oli jo tätä ennen valmistanut menestyksellisesti paperiteloja superkalantereihin.

Mielenkiintoinen yksityiskohta noilta ajoilta liittyy markkinointiin. Vuonna 1977 pidettiin Järvenpäässä erikseen sekä Pituusleikkuripäivät että Kalanteripäivät. Kalanteripäivillä Syktyvkariin menevä kalanteri oli pystytetty Järvenpäähän asiakasesittelyä varten.  Päivällismenukin oli painettu siniharmaalle telapaperille. Näistä päivistä alkoi jokavuotinen tapa järjestää Järvenpäässä Finishing Days ja lisäksi jopa Neuvostoliitossa tai jossain muualla ulkomailla. Nämä päivät tiettävästi kirvoittivat myös Jori Pesosen järjestämään Rautpohjassa Paperikonepäiviään, joista ensimmäiset olivat vuonna 1978.

Wärtsilä korvasi superkalanterin valurautarungon hitsatulla rakenteella, joka oli jäykistetty täyttämällä ontto sisus kivillä ja paineistetulla betonilla. Täten pystyttiin eliminoimaan toimitusteknillisesti ongelmalliset painavat valurautakappaleet ja samalla vaimentamaan haitallisia värähtelyjä runkorakenteessa. Kun täytettyyn runkoon iskettiin kovalla esineellä, ei se jäänyt lainkaan soimaan, vaan ääni oli kuin olisi kiveen isketty. Näin oli helppo vakuuttaa asiakas uuden rungon erinomaisuudesta.

Vanhoissa superkalantereissa ei ollut kunnollista välikokillitelojen lämmitystä. Keskellä kokillitelaa oli pieni reikä, jota myöten pumpattiin lämmintä vettä telan päästä toiseen. Tarkoituksena oli myös tasata poikkisuunnan lämpötilavaihteluja. Aikaa myöten reikä ruostui sisältä epätasaisesti ja lämpötilavaihtelut vain kasvoivat. Toisaalta hiljaa virtaava vesi oli jo jäähtynyt tullessaan telan toiseen päähän ja tämä aiheutti vinon lämpötilajakauman.

Lämmönsiirtokapasiteetti oli myös aika mitätön. Voidaankin sanoa, että kokillitelojen pintalämpötila oli jokseenkin sama kuin paperitelojen. Muokkaantuneet paperitelat olivat myös aika sileitä. Vallitsikin tilanne, että molemmat telat silittivät ja kiillottivat paperia jokseen yhtälaisesti. Tilannetta kuvastaa hyvin se, että  Amerikassa on ollut yleistä käyttää  9-telaisia superkalantereita ja silti saadaan aika tasapuolinen tulos painopapereille. Tällaisessa kalanterissahan ovat kaikki kokillitelat toista puolta vasten ja kaikki kuitutelat toista puolta vasten. Euroopassa olivat superkalanterin lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmät kehittyneet jo aikaisemmin ja painopaperien superkalanterit olivat yleensä 12-telaisia, joissa ns. paritela (kaksi paperitelaa vastakkain)  oli alhaalta lukien positiossa 4/5. Ylhäältä lukien paperin tulosuunnassa oli siis ensin kolme kuumaa välikokillitelaa toista puolta vasten ja alhaalla vain yksi. Myöhemmin paritelan paikkaa muuteltiin ja useimmiten juuri päinvastoin niin, että paritela on ylhäältä laskien positiossa 4/5.
 

Wärtsilän aloittaessa superkalanterien valmistuksen käytettiin lämmitykseen tehokkaampaa järjestelmää, jossa välikokillitelojen sisällä oli sylinterimäinen syrjäytyskappale. Näin saatiin vesi noin sentin rakoon lähemmaksi telan pintaa ja kun vettä pumpattiin suurella nopeudella, oli lämmönsiirto turbulenssin takia tehokkaampaa eikä vesi ehtinyt niin paljon jäähtyä telan toiseen päähän mentäessä. Kokillitelojen valmistajat kehittivät omia ratkaisujaan, joissa kokillitelan vaippaan oli porattu reikiä veden virtausta varten. Näin saatiin lämmitys vieläkin lähemmäksi telan pintaa. Myöhemmin kylläkin huomattiin, että reikien kohdalla lämpölaajeneminen aiheutti piparkakkumuotoa telaan ja ylimääräistä tärinää kalanteriin. Tärinä on tänäkin päivänä suurimpia riesoja, kun nopeudet ovat kasvaneet ja joustavat telat helposti muokkautuvat ”nimismiehen kiharaan”.

Myös rainan kulkuun, päänvientiin ja rullaukseen kehitettiin parempia ratkaisuja. Vanhoissa superkalantereissa oli Pope-tyyppinen kiinnirullain, mutta jo alussa siirryttiin keskiövetoon, jossa painotelalla hiukan painettiin tampuurirullaa. Näin voitiin rullan halkaisijaa kasvattaa. Popen kehävedossa on se haitta, että viivakuormitus rullausnipissä täytyy olla aika suuri, että käyttövoima saadaan siirtymään Pope-sylinteristä ilman luistoa tampuurirullaan. Poikkiprofiilien ollessa huonot tulee näin helposti rullausvikoja suuren tampuurirullan pintaan nipin epätasaisen kosketuksen takia.

Entistä tehokkaamman kalanteroinnin takia tuli paperiin helposti rynkkyjä, ellei rainan levitys ollut hyvä. Ulosottotelat piti olla joka välissä ja kun ne olivat kolmiosaiset, niin niihin saatiin levitysvaikutusta. Samoin ennen telanippejä ja usein ensimmäisen nipin jälkeenkin käytettiin oikeita levitysteloja kuten ennen kiinnirullaustakin. Lämpötilojen kohotessa tuli ongelmaksi paperin liiallinen kuivuminen päänviennissä ja siitä seurasivat katkot ja päänvientivaikeudet. Piti kehittää niin sanottu nipit-auki päänvienti, joka vaati ryömintäkäytöt teloihin. Myöhemmin kehitettiin päällystyskoneista tuttu ns. lentävä vaihto kapasiteetin lisäämiseksi. Vaihto ei kuitenkaan toimi täydellä nopeudella kuten päällystyskoneissa.

Kalanterointikehitystä auttoi Järvenpäässä vuoden 1984 alussa startannut koelaitos, jossa olivat jo alusta asti päällystyskoneen lisäksi superkalanteri ja pituusleikkuri. Superkalanterin maksiminopeudeksi valittiin 1500 m/min, joka oli osapuilleen kaksinkertainen tehtaissa tuolloin käytetty nopeus. Sittemmin sekin kävi pieneksi. Kalanterissa oli täydet 12 telaa ja niiden halkaisija oli suuri verrattuna muihin koekalantereihin, jotta koe-olosuhteet vastaisivat paremmin tehdaskalantereita. Myös metrin rainaleveys oli jopa turhankin suuri. Myöhemmin uudeksi rainaleveydeksi päätettiin standardisoida 550 mm, joka on edelleenkin käytössä Järvenpään koelaitoksen kaikilla koekoneilla.

Saadakseen jalansijan myös Pohjois-Amerikassa Wärtsilä osti vuonna 1983 silloin satavuotiaan amerikkalaisen Appleton Machine Companyn,  joka siihen mennessä oli ollut johtavia superkalanterien toimittajia maailmassa. Jo 1930-luvulta lähtien Appleton oli toimittanut noin 400 superkalanteria, joita oli aikanaan käytössä Suomessakin mm. Kajaanin, Kuusankosken, Kaipolan ja Kauttuan tehtailla. Appleton keskittyi A-runkoisten superkalanterien toimittamiseen ja aika oli jättämässä ne auttamattomasti jälkeensä. A-runkoisissa superkalantereissa kuitetelan vaihto saattoi kestää koko 8-tuntisen vuoron, kun uusissa avorunkoisissa se oli mahdollista selvästi alle tunnissa. Appletonin ostosta oli kuitenkin etua, sillä kertaheitolla Wärtsilä sai 80 %:n osuuden Pohjois-Amerikan kuitutelamarkkinoista, hyvän teknisen asiantuntemuksen ja referenssikannan kasvaville modernisointimarkkinoille ja lisäksi tietenkin jalansijan Pohjois-Amerikkaan, joka oli paperikoneteollisuuden suurin markkina-alue siihen aikaan. Tämä olikin varmaan johtaja Pekka Salon uran paras hankinta.

Superkalanterointi on tärkeä vaihe etenkin päällystämättömän aikakauslehtipaperin eli SC-paperin pinnan viimeistelyssä. Nippipaineella, paperin pinnan lämpötilalla ja paperin kosteudella on suuri vaikutus paperin muokkautumiseen. Paperin pintaan erityisistä putkista puhallettu vesihöyry pehmensi paperikuituja ja paransi kalanterointitulosta. Ongelmana kuitenkin oli paperitaskujen ulkopuolella tapahtuva epätasainen ja tehoton höyryn syöttö. Wärtsilän vastaus tähän oli höyrylaatikoilla tehty taskuhöyrytys, jolloin koko nipin nielu täyttyy höyrystä. Sillä oli ratkaiseva merkitys SC-paperien laadun kehittymiseen. Paperin pinta kostui ja lämpeni paremmin eivätkä kostutus tai lämpö ehtineet kokonaan paperin sisäosiin. Tämä ns. gradienttikalanterointi oli jo S.D.Warrenin periaate. Tosin gradientti oli silloin vain lähinnä lämpögradienttia, kun se nykyisin on sekä lämpö- että kosteusgradienttia. Gradienttikalanteroinnin nimen ja periaatteen toi myöhemmin yleiseen tietoisuuteen kanadalainen Ron Crotogino julkaisuissaan 1980-luvulla. Joka tapauksessa näin saatiin paperin pinta halutun sileäksi, kiiltäväksi ja tiiviiksi sisäosan säilyessä bulkkisempana eli paksumpana. Suurempi paperin paksuus paransi jäykkyyttä. Myös paperin lujuudet ja läpinäkymättömyys eli opasiteetti säilyivät paremmin. Päällystetylle paperille ei höyrytys juurikaan sovellu päällysteen helpon irtoamisen vuoksi.

Hiokepaperia vaikeammin kalanteroitavien karkeakuituisten hierrepaperien valmistuksessa taskuhöyrytys oli suurien nippipaineiden ja korkeiden lämpötilojen ohella ratkaisevan tärkeä tekijä. Sitä kokeiltiin jo Raumalle toimitetuissa superkalantereissa, mutta sitä  tarvittiin erityisesti 1980- luvun alussa Jämsänkosken uuden sukupolven SC-syväpainopaperille parantamaan pinnan sileyttä ja kiiltoa, mutta myös Kirkniemen WSOP-paperille takaamaan paperin pinnan laatu ja pölyämättömyys offsetpainatuksessa.

Superkalantereiden käytettävyyttä alensivat telavauriot, joita syntyi rainakatkojen yhteydessä. Tähän tarkoitukseen koneiden valmistajat kehittivät erilaisia kuormitusjärjestelmiä, joissa telat saatiin irti toisistaan mahdollisimman nopeasti vaurioiden välttämiseksi. Telapino oli hydraulisylinterien varassa ja katkon tapahduttua sylinterien paine laskettiin nopeasti ja telat putosivat irti toisistaan alle puolessa sekunnissa. Bruderhaus oli patentoinut ja rekisteröinyt jo vuonna 1972 oman Rapidrop-tavaramerkkinsä, jota Wärtsiläkin rupesi käyttämään.

Kuormitusjärjestelmän tuli myös soveltua nopeaan ja turvalliseen telojen vaihtoon. Superkalanterin kuitutelojahan jouduttiin vaihtamaan jokunen melkein joka päivä. Kehitettiinkin systeemi, jossa uudet telojen asemat määräytyvät automaattisesti siirtyvien muttereiden avulla koko kalanterin korkuisessa ruuvikarassa. Taisipa Wärtsilän ratkaisu jossain vaiheessa olla nimeltäänkin ScrewMatic. Bruderhausin lisenssitekniikkaan perustuvia ratkaisuja parantelemassa olivat Wärtsilän aikoina mm. Kauko Tomma, Jukka Joutsjoki ja Hannu Mälkiä.

Mielenkiintoisimpia seikkoja näin jälkikäteen on se, että 1980-luvulle saakka superkalantereilla ei ollut juurikaan mitään online-laatumittauksia, vaikka lopputuotteen tärkeät ominaisuudet muodostuivat juuri siellä. Nythän on jo tavallista, että kiinnirullauksessa on traversoiva mittapalkki aivan kuten paperikoneellakin. Joissakin tapauksissa mittapalkki on myös aukirullauksessa. Yksi selitys on se, että ennen paperi kuivui superkalanterilla vain 1-2 %-yksikköä, koska lämmityssysteemi oli tehoton. Nykyäänhän esimerkiksi SC paperi kuivuu superkalanteroinnissa 4-5  %-yksikköä, puhumattakaan release papereista, jotka kuivuvat jopa yli 10 %-yksikköä. Toinen syy on se, että Valmet, joka kehitti Damatic DCS-systeemin jo 1970-luvulla, lähti mukaan QCS-systeemeihin eli paperin laatumittaukseen ja -säätöön paljon myöhemmin. Kolmas syy on tietenkin se, että superkalantereita oli kaksi tai jopa kolme yhtä paperikonetta kohti, jolloin QCS-systeemi tulee suhteettoman kalliiksi. Nykyisilla on-machine kalantereilla on tästäkin ongelmasta päästy.

 

Uudet moninippikalanterit

 

Paperin laatuvaatimusten ja konenopeuksien kasvaessa superkalanterien kehitystarpeet kasvoivat voimakkaasti ja samoihin aikoihin Wärtsilän Järvenpään tehdas siirtyi Valmetille vuonna 1986. Koneiden leveyksien ja  nopeuksien kasvaessa superkalanterin telojen painot ja niistä johtuva nippikuormitus olivat yhä suurempi osa kokonaiskuormasta. Tämän takia kalanterin yläosan nipeissä oli paljon pienempi viivakuorma kuin alaosassa. Kalanterointivaikutus on suurin piirtein verrannollinen nippien puristusimpulssien summaan. Kun paperi menee nipin läpi nopeammin ajonopeuden kasvaessa ja ensimmäisissä nipeissä on pieni viivakuormitus, niin kalanterointiteho putoaa radikaalisti. Kalanterista tuli näin tehottomampi ja varsinkin yläosassa kiillotettu puoli sai huonomman käsittelyn. Oli syntynyt selkeä tarve suunnitella kalanteri, jossa on telojen oman painon vaikutus nippikuormaan eliminoitu. Näin voidaan saada jokaiseen nippiin sama tai hallitusti erilainen viivakuormitus.

Näiden vaatimusten pohjalta kehitettiin kokonaan uusi kalanterityyppi, jossa hydraulisylintereillä kevennetään kunkin telan oma paino molemmista päistä ja sitten kuormitetaan koko pinkkaa halutulla viivakuormalla. Jotta nipeissä olisi tasainen viivakuorma poikkisuunnassa, pitää välitelojen taipua samalla tavalla olivatpa ne sitten kokillivaluteloja tai joustavalla pinnoitteella pinnoitettuja teloja. Paperitäytteisiä teloja ei voida tällaisessa kalanterissa enää juurikaan käyttää, ei varsinkaan on-machine konsepteissa. Näin voidaan myös alanipin kuormitusta vähentää ja saadaan tarvittaessa bulkkisempi paperi ja vähemmän ns. paperin mustumista.

Tällaisen kalanterin kehitti Valmetin Järvenpään tehdas 1990-luvulla. Moninippikalanterin nimeksi tuli OptiLoad, joka hyvin kuvastaa sitä, että kuormitusjakauma pystysuunnassa on optimoitavissa. Yleensä käytetään samaa kuormitusta kaikissa nipeissä. Ensimmäiset OptiLoadit starttasivat Veitsiluodon Oulun PK 7:llä vuonna 1996. Juha Lipponen ja Pekka Koivukunnas olivat pääinnovaattorit.

Superkalantereissa oli samaa vaivaa kuin pituusleikkureissa eli ei ollut koskaan tarkkaa tietoa todellisista nippikuormituksista, vaan ne olivat laskennallisia. Telat liikkuivat runkoon kiinitetyissä johteissa, joiden kitkat aiheuttivat vääristymää. OptiLoadissa tähän on saatu parannus, kun telat ovat vipujen varassa.

Juuri ennen OptiLoadin tuloa markkinoille Voith otti selvän johtoaseman pystysuoralla Janus-kalanterillaan vuosina 1995-1997. Niitä myytin toista kymmentä, ennen kuin Valmet sai Veitsiluodon Oulun tilauksen. Esimerkiksi Stora Port Hawkesbury (Valmetin uusi PK2 Kanadassa) ja Gebrüder Langin Ettringenin tehtaan PK4 olivat harmittavia tappioita Järvenpään tehtaalle.  Pystysuora Janus Mark I käytti hyväksi korkeaa lämpötilaa, polymeeriteloja ja kevennystä, joka ainakin ”virallisesti” oli rajoitettu 80 %:iin johtuen Valmetin OptiLoad patenteista.

Päällystämättömän paperin on-machine kalanterointi eroaa prosessimielessä ratkaisevasti perinteisestä superkalanteroinnista. Superkalanterointia varten paperi ylikuivatetaan paperikoneella jopa alle 2 %:n kosteuteen. Sen jälkeen paperi kostutetaan tarvittavaan kalanterointikosteuteen profiloitavilla kostutussuihkuilla. Ennen ajateltiin, ettei paperin kosteusprofiileja saada riittävän suoriksi ilman tätä ylikuivatusta. Päällystetyllä paperillahan ylikuivatus tapahtuu jo ennen päällystystä eikä ylikuivatusta ja kostutusta tarvita enää päällystyksen jälkeen. Tämä ylikuivatus tietysti kuluttaa rutkasti lisää kuivatusenergiaa.

Voith lähti ennakkoluulottomasti kumoamaan tätä ylikuivatusvaatimusta samaan aikaan, kun kehitti Janus Mark I kalanterin. Niinpä SC-paperin on-machine kalanteroinnissa paperia ei ylikuivatettu ja se vaatiikin todella tasaisen kosteusprofiilin. Aluksi siinä olikin suuria vaikeuksia. Januksen suuri lämpötila on kuitenkin eduksi, koska veden haihtuminen ja lämmön johtuminen ovat märässä kohdassa suurempia. Nippipainehan painaa märkää kohtaa varsinkin alussa enemmän kasaan kuin kuivaa kohtaa. Suuri lämpötila ja on-machine kalanterointi suurella nopeudella olivat mahdollisia Voithin kehittyneen polymeeritelatekniikan ansiosta. 

Vuonna 1999 Voith starttasi Gebrüder Langin Ettringenin tehtaan PK5:llä vinon Janus MK II on-machine kalanterin, jonka kulma pystysuoraan nähden on 45 astetta. Siinä on myös muita esimerkiksi telanvaihtoon liityviä etuja mutta joitakin haittojakin perinteisiin kalantereihin nähden, jotka johtuvat tästä vinosta rakenteesta. Voithin ulospäin tunnetuin persoona kalanterikehityksessä on ollut Ulrich Rothfuss.

Myös Küsters kehitti osittain Beloitin tukemana oman konseptinsa nimeltä ProSoft, jollainen asennettiin mm. Stora Enson Summan PK2:lle, kun se muutettiin sanomalehtipaperilta SC-lajeille vuonna 2005. Kalanteri oli erikoinen kaksipinoinen, jossa paperin syöttö ensimmäiseen pinoon oli alakautta. Sillä sanottiin tehtävän SC-A+ tason paperia, mutta se oli kyllä hiukan erilaista kuin sileimmät paperit. Tuotenimi oli Magnipress Bulky. Küstersin ulospäin näkyvin kalanterointipersoona on ollut Peter Svenka.

OptiLoad ja Janus moninippitekniikkaa alettiin soveltamaan asteittain myös joissakin olemassaolevissa superkalantereissa. Ensimmäisissä projekteissa nostetttiin vain lämpötiloja käyttämällä korkeampaa lämmitysveden painetta, vaihdettiin kokillitelat poratuiksi ns. TriPass tai DuoPass teloiksi paremman lämmönsiirron toivossa, ja korvattiin kuituteloja asteittain polymeeriteloilla. Suomessa tällaisia projekteja teki Järvenpää mm. UPM Voikkaan PK18:lla ja myös Voith Myllykosken PK7:llä. Vuonna 2000 otettiin isompi askel, kun Appleton toteutti Mead Paperin Escanaban PK4:llä ensimmäisen varsinaisen superkalanterien OptiLoad-modernisoinnin, missä muiden tekniikoiden lisäksi nippipaine tuli samaksi joka nipissä ylhäältä alas. Sitä seurasi nopeasti useampi samanlainen projekti USA:ssa ja Kanadassa päällystetyillä hienopapereilla, SC-laaduilla ja release-papereilla. Vuonna 2005 Järvenpää muutti Suomessakin Voithin superkalanterit UPM Tervasaaren PK8:lla täydellisiksi OptiLoadeiksi, joihin tuli mm. kuumaöljylämmitys, teräksiset termotelat kokillitelojen tilalle, sama nippikuorma ylänipistä alanippiin. Samalla nippikuormaa nostettiin, ja kaikki kuitutelat korvattiin polymeeriteloilla. Mielenkiintoista on, että Tervasaaren release-kalanterien nopeutta ja kapasiteettia voitiin nostaa selvästi, vaikka ne olivat ennen modernisointia 15-telaisia, ja sen jälkeen vain 11-telaisia.

 

On-machine kalanterit

 

Vaativin painopaperin sileyden ja etenkin kiillon parantaminen on perinteisesti suoritettu erillisissä superkalantereissa. Tavallisesti kaksi superkalanteria riitti yhdelle koneelle, mutta vaatimusten kasvaessa joillakin koneilla oli jo kolme superkalanteria tai kahdella koneella viisi. Pienempi nopeus paransi paperin laatua varsinkin superkalantereilla.

Tuotantotehokkuuden parantamiseksi paperin kiillotus on jo pitkään pyritty liittämään paperikoneen yhteyteen. Graafisen kartongin valmistuksessa tähän oli päästy jo aikaisemmin johtuen erilaisista tuotteen laatuvaatimuksista ja alhaisemmista konenopeuksista. USA:ssa S.D.Warren -yhtiön tutkimusryhmä johtajanaan Jay Vreeland kehitti menetelmän ”Substrata Thermal Molding” hienopaperin on-machine viimeistelyyn. Kehitys aloitettiin jo 1960-luvun alkupuolella, tosin ensimmäinen tuotantomittainen on-machine kalanteri lähti käyntiin vasta 1970-luvun puolivälissä Mobile Alabaman PK1:llä. Myöhemmin tämän prosessin mukaisia on-machine päällystys- ja kalanterointilinjoja starttasi nykyisin SAPPI:n omistamalla Somersetin tehtaalla USA:n Mainen osavaltiossa seuraavasti: PK1 1982, PK2 1986 ja PK3 1990. Tehdas on nytkin Amerikan suurin pääl1ystettyjä papereita valmistava tehdas ja tekee hyviä tuotteita edullisella konseptilla. Kalanterit ovat nelinippisiä. Euroopassakin kiinnostuttiin vastaavista menetelmistä, mutta paljon myähemmin. 

Erotuksena kovalle metallitelanipille alettiin tällaisia kalantereita kutsua soft-kalantereiksi. Soft-kalanteri on kalanteri, jossa on kuumennetun metallitelan ja polymeeritelan välinen nippi, mutta kullakin polymeeritelallalla on vain yksi nippi. Moninippikalanterissahan on pinon välissä olevilla teloilla kullakin kaksi nippiä kuten superkalanterissakin. Polymeeritelan pinnan kuumeneminen ja kesto ovat teoreettisesti riippuvaisia nippi-iskujen lukumäärästä aikayksikössä. Siksi soft-kalanteri onkin sopiva juuri on-machine kalanteriksi, koska nippi-iskujen frekvenssi on vain puolet moninippikalanterin väliteloihin verrattuna. Toisaalta yksinippisyys johtaa siihen, että leveällä koneella joustavapintaisen telan taytyy olla kallis taipumasäädettävä tela.

Nykyisin kevyt soft-kalanterointi on vain yksinippinen, koska puristinosat tekevät toispuolista paperia ja kuuma tela karheampaa pintaa vasten teke paperin tasapuolisemmaksi. Tavoiteltaessa enemmän kiiltoa, sileyttä ja tasapuolisuutta, käytetään kahta tai neljää nippiä eli on kaksi erillistä yksi- tai kaksinippistä kalanteria. Jotkut kutsuvat moninippikalantereita monitelakalantereiksi, mutta juuri nipit tekevät paperin muokkaamisen ja nelitelaisessa soft-kalanterissa on vain kaksi nippiä. Moninippikalanteri onkin osuvampi nimitys kuin monitelakalanteri yksipinoiselle kiillotuslaitteelle.

Usein soft-kalanterilla tavoitellaan kiiltoa ja hyvää sileyttä etenkin päällystetyillä papereilla. Tätä varten polymeeritelaa vasten olevassa ns. termotelassa kiertää lämmitysöljy korkeampien lämpötilojen saavuttamiseksi. Näin saadaan telan pinnan lämpötila jopa yli 200 Celsius asteeseen.

Ensimmäinen tämän suuntainen huomattava investointi Suomessa oli Voikkaan paperikoneen PK11, joka uusittiin vuonna 1986 valmistamaan Kymtech MFC-paperia (katso tätä koskevaa kronikkaa). Tällä koneella pyrittiin päällystetyn paperin mattaan tai himmeään mutta silti sileään pintaan. On-machine kalanteri ostettiin Valmetilta ja sen joustavat pinnoitteet Savion kumitehtaalta, joka oli noihin aikoihin siirtymässä Nokialta Stowe Woodwardin omistukseen.

Vähemmän tunnettu tieto on, että Wärtsilä rakensi ensimmäisen softkalanteriksi tunnistettavan laitteen jo vuonna 1977 Keskuslaboratorioon Otaniemeen. Samalta vuodelta on myös Jukka Joutsjoen patenttihakemus, joka hyväksyttiin vuonna 1978. . Kalanteri oli normaali nelitelainen kovanippinen kalanteri, jonka ylä- ja alatelaa vasten oli sijoitettu soft-nipit kummallekin puolelle. Toisin sanoen paperi meni ensin kahden soft-nipin läpi, sitten kolmen kovan nipin läpi ja viimeksi kahden soft-nipin läpi. Ajateltiin sen olevan sopiva esimerkiksi SC-paperille. Kävi kuitenkin niin, että SC-paperin vaatima suuri kosteus ja täyteainepitoisuus aiheuttivat ns. paperin mustumista kovissa nipeissä ja SC-kokeilut lopetettiin. Tietenkin sillä voitiin ajaa monenkinlaisia nippikombinaatioita. Se ei kuitenkaan paljon edistänyt soft-kalanterien kehitystä Suomessa, koska joustavien telojen tekniikka ei ollut riittävän kehittynyt tuotantomittakaavaan. Toisaalta talon sisällä oli monenlaisia mielipiteitä siitä, mihin tuotekehityspanokset kannattaa satsata ja telakehitys jäi näin pitkäksi aikaa taka-alalle ja erillisten telapinnoitusfirmojen huoleksi.

Valmet lähti telapinnoitteiden ja polymeeritelojen kehitykseen paljon myöhemmin.Viivyttely johtui osin siitä, että superkalanterien paperitelojen huoltobisnes oli tuottoisaa ja uusi tekniikka olisi verottanut tätä. Kuitenkin tässäkin tapauksessa asiakkaan etu loppujen lopuksi voitti, ja Valmet jäi polymeeritelojen kehityksen alkuaikoina selvästi kilpailijoistaan jälkeen. Wärtsilän ja Valmetin toimintojen yhdistyttyä Metson alle työtä on-machine tekniikan kehittämisessä jatkettiin edelleen, kun OptiLoad siirrettiin lähes sellaisenaan paperikoneelle ja uudempiakin kalanterointi-ideoita ruvettiin toteuttamaan.

Valmet perusti vuoden 1995 lopulla japanilaisen komposiittimateriaaleihin erikoistuneen Yamauchin kanssa yhteisyrityksen, joka alkoi valmistaa kalanteritelojen polymeeripäällysteitä Järvenpäässä. Valmetin omistusosuus Dura Oy:n osakkeista oli 60 % ja Yamauchin 40 %. Tehdas vihittiin käyttöön 1997. Saman vuoden alussa oli Oulussa startannut ensimmäinen OptiLoad ja uusi telatekniikka joutui heti vaativaan käyttöön. Myöhemmin Metso on kiilannut tuotekehityksensä turvin eturivin kalanteritelatoimittajaksi hyödyntäen sekä japanilaista että Beloitilta saatua telatekniikkaa. Voidaankin sanoa, että kalanterien joustavat telat ovat yksi vaativimmista komposiittien käyttökohteista, jossa on pulssimainen korkea kuormitus ja lämpötila. Telamateriaaliin ei saa tulla epätasaista plastista muodonmuutosta, mutta sen pitää säilyä sileänä tai mieluummin jopa silittyä pitkän käyttöikänsä aikana. Kaiken tämän aikaansaamiseen tarvitaan polymeerien lisäksi sopivia vahvike- ja täyteaineita, taidetaanpa nykyisin puhua jo nanomateriaaleista. 

 

Historiaa ja tulevaisuutta 

 

Kalanterointi on kehitetty alun perin tekstiiliteollisuudessa, jonne vanhimmat kalanteritoimittajat toimittivat laitteitaan. Vanhemmat paperintekijät muistavat hyvin, että ennen oli useita superkalantereiden toimittajia. Mieleen tulevat mm. seuraavat nimet: Kleinewefers, Bruderhaus, Eck, Sulzer, Escher-Wyss, Hunt & Moscrop, Beloit, Appleton, Küsters ja japanilainen IHI. Nämä tekniikat ovat siirtyneet pääasiassa Voithille ja Metsolle, mutta taitaapa nyt olla kilpailussa mukana myös Andritz - Küstersin tekniikan turvin.

Kansainvälisessä kilpailussa Metso on onnistunut kehittämään omia konstruktioita ja innovaatioita sekä kalanterirakenteissa että telamateriaaleissa. Eräs erikoisimpia konsepteja on SC-paperille suunniteltu kaksipinoinen off-machine kalanteri OptiLoad TwinLine, jollaiset starttasivat Stora Enson Kvarnsvedenin tehtaan uusimmalla koneella PK 12 vuoden 2005 lopulla. Heti perään Irving Paper starttasi Kanadassa vastaavan ensimmäisen on-machine konseptin, jossa on myös 5+5 telaa. Vuotta myöhemmin Myllykosken Plattlingin tehtaan uusi PK 1 pani paremmaksi, sillä siihen tuli peräti 7+7 -telainen OptiLoad TwinLine kalanteri, joka tekee SC-A+laatua on-machine huippunopeuksilla.  Kovana kilpailijana on kuitenkin Voith vinolla Janus MK II -kalanterillaan, joka on myynyt hyvin etenkin Aasian päällystetyillä papereilla.

Tänä päivänä on myös muita kalanterointitekniikoita käytössä lähinnä kartongin teossa. Pitkää nippiä on sovellettu kaikissa paperinteon vaiheissa. Samoin kalanterointiin on tullut kenkänippi. Uusimpana innovaationa on Metson Järvenpään tehtaalla kehitetty kuuma metallihihnakalanteri, jossa painetta on pienennetty, mutta nipin pituus on venytetty metriin saakka. Lämpötila voidaan nostaa molemmin puolin aina 170 °C saakka ja näin saadaan tarvittaessa symmetrinen silitystulos. Laite sai nimen ValZone. Kalanterointitulos on erilainen kuin perinteisillä menetelmillä ja paperi tuntuu sileämmältä kuin sileysmittauksen perusteella voisi päätellä.

Ensimmäinen ValZone kalanteri starttasi nykyisen Metsä Boardin Simpeleen kartonkitehtaalla vuonna 2006 ja useat seuraavatkin olivat kartonkikonesovelluksia eli lähinnä jenkkisylinterin korvaajia pohjakartongille. Kuudes toimitettu ValZone oli hienopaperikalanteri Kiinan Sun Paperille vuonna 2011. Tällaisia installaatioita nähtäneen yhä enemmän papereillakin. Tästä kehitystyöstä palkittiin Metson Mika Viljanmaa Marcus Wallenberg-palkinnolla vuonna 2012, mutta niinkuin aina mukana oli isompikin joukko kehittäjiä.

5.5. Wärtsilän pituusleikkurit

Pituusleikkurit ja rullaimet (Pekka Komulainen 27.8.2009)

1. Kantotelaleikkurit

Asiakasrullien tekoon käytettiin lähes yksinomaan kantotelaleikkureita 1960-luvulla. Kantotelaleikkurit olivat silloisen mittapuun mukaan tehokkaita ja rullan laatua hallittiin rainan jarrutuskireyden, kantotelojen momenttieron ja painotelan kuormituksen avulla. Suomessa tällaisia leikkureita teki mm. Valmet Rautpohjan tehtaalla. TVW-sopimuksen myötä leikkurien valmistus siirtyi kuitenkin Wärtsilälle ja siellä suunniteltiin kantotelaleikkureiden työhevonen KL 1000 Kauko Tomman ja Martti Karttusen johdolla. Ensimmäinen KL 1000 starttasi Kuusankoskella 1979. Niitä toimitettiin reilusti yli sata kappaletta ympäri maailman. Nykyinen Metson kantotelaleikkuri nimeltään WinDrum on KL 1000:n seuraaja.

Rullan halkaisijoiden ja paperin tiheyden kasvaessa rullan oma paino kantoteloja vasten nousi kuitenkin liian suureksi ja virheettömän rullan valmistus kävi yhä vaikeammaksi. Erityisesti kiiltävät, voimakkaasti superkalanteroidut ja päällystetyt paperit olivat ongelmallisia. Rullattaessa suurihalkaisijaisia rullia ohuista ja kiiltävistä papereista kantotelaleikkurit aheuttivat rullan pinnan alle kreppirynkkyjä ja sisäisiä repeämiä, jotka usein huomattiin vasta painotaloissa rainan katketessa hiukan lentävän vaihdon jälkeen. Niiden eliminoimiseksi tehtiin 1970-luvulla paljon tutkimusta aluksi Wärtsilän ja Strömbergin kesken sekä myöhemmin Wärtsilän, Asean ja ruotsalaisten sanomalehtipaperitehtaiden yhteistyönä 1980-luvun alussa. Tämän tuloksena parannettiin säätötekniikkaa ja rullauksen hallintaa, jotta ongelmat voitaisiin välttää ja päästäisiin suurempiin rullakokoihin.

Paljon myöhemmin, 1980-luvulla, kehitettiin erilaisia kantotelaleikkurin muunnelmia, joilla liiallista nippipainetta voidaan vähentää. Täillaisia ovat Jagenbergin kehittämät rullan ilmakevennys kantotelojen välistä sekä kantotelan tai molempien telojen pinnoittaminen joustavalla materiaalilla. Näitä ratkaisuja kehitti myös Beloit sekä myöhemmin Metso Paper Järvenpään tehtaallaan. Ne kuitenkin auttavat vain pienehköön rullan maksimihalkaisijan kasvuun. Paineilmakevennys on verrattain hankala ratkaisu ja onkin sittemmin jäänyt harvinaisuudeksi. Sen sijaan joustavia pinnoitteita käytetään enenevässä määrin rullausnipin hallintaan.

Kun sanomalehtipaperin rullauksessa alkoi parannetusta säätötekniikasta huolimatta esiintyä ratkaisemattomia ongelmia rullakoon kasvaessa ja erityisesti kierrätyskuidun määrän lisääntyessä, oli pakko kehittää kunnollinen kantotelaleikkurin modifikaatio.Tämä todellinen suomalainen innovaatio kehitettiin 1980-luvun puolivälissä, kun silloisen Wärtsilän Järvenpään tehtaalla aloitettiin hihnatuetun WinBeltin suunnittelu Kauko Tomman johtamana. Suuren työn WinBeltin kehityksen vaikeina alkuaikoina teki myös Seppo Saukkonen. Ensimmäinen tuotantomittainen WinBelt käynnistettiin Rauman PK 3:lla muuttamalla KL 1000 kantotelaleikkuri WinBeltiksi vuonna 1989.

WinBeltissä paperin kulkusuunnassa toinen kantotela korvattiin pyörivällä hihnastolla. Näin saatiin kasvava osa rullan painosta kallistettua hihnojen varaan ja paine ensimmäistä, rullan tiukkuuden määräävää kantotelaa vasten voitiin hallita. Hihnalla saatiin aikaan myös tehokas rullaa kiristävä vaikutus jarruttamatta aukirullauksesta liian paljon ja näin voitiin vähentää leikkurin katkomääriä. Samalla kantotelaleikkurin korkea teho voitiin säilyttää, kun muutonvaihtoaika lyheni entisestään helpohkon automatisoinnin ansiosta.

WinBelt leikkurista kehitettiin myös leikkuriuusintoja varten versio, joka oli verrattain nopea asentaa lyhyen seisokin aikana. Esimerkiksi Grand Couronnen sanomalehtipaperikoneella PM 6 WinBelt ratkaisi leikkuriongelmat 1990-luvun alussa. Samaa ratkaisua edelleen kehitettynä myy vielä tänä päivänä Metso Paper ja siitä saatuja ideoita on sovellettu myös uusimpiin keskiörullaimiin.


2. Hylsyltä tukevat pituusleikkurit eli keskiörullaimet

Rullan painosta johtuvia fysikaalisia tosiasioita vastaan oli mahdotonta taistella ja jo 1960-luvun puolivälissä kehitettiin ensimmäiset hylsyltä tukevat pituusleikkurit, joka ratkaisu tuleekin helposti mieleen paperikoneen rullaimesta. Pituusleikkurilla rullataan kuitenkin monta erillistä paperirullaa rinnakkain ja ohuet kartonkihylsyt taipuvat helpommin verrattuna tampuurirautoihin. Rullia voidaan kuitenkin tukea molemmista päistä, kun kukin rulla rullataan ja tuetaan erikseen. Jotta jonkunlaiset tukivarret ja istukat mahtuisivat rullien päätyihin hylsyn sisään, pitää kukin leikattu raina rullata vuorotellen rullaussylinterin eri puolille. Ensimmäiset tällaiset leikkurit tehtiin USA:ssa aika suoraan Pope-rullaimen kopioina eli rullaa kuormitettiin hylsystä rullaussylinteriä vasten vaakasuorassa ja koko rullan paino oli hylsyn varassa. Tunnetuin toimittaja oli Cameron, joka toimitti päällystetyille ja itsejäljentävälle paperille ns. MIR-leikkurin (Multiple Individual Roll). Siinä rullaa kannateltiin istukoiden varassa ja painettiin horisontaalisesti rullaussylinteriä vasten. Istukoissa oli lisäksi hydraulikäyttö, jolla rullan pohja saatiin tiukemmaksi ja rullan maksimihalkaisijaa pystyttiin hiukan korottamaan. Ongelmana oli leikkurin alhainen tehokkuus ja erityisesti hydraulikäytön aiheuttamat ongelmat.

Samoihin aikoihin tuli myös seuraava pituusleikkuri eli Beloitin Bi-Wind, joka oli periaatteessa kantotelaleikkuri käännettynä 90 astetta. Kahden tukitelan molemmin puolin rullattiin rullat ja kuormitettiin hylsyiltä. Yksi ongelma oli, että keskiövetoa ei ollut ja toisaalta momenttieron vaikutus oli erilainen ”kantotelojen” eri puolilla.

Euroopan johtava leikkurivalmistaja Jagenberg kehitti 1970-luvun alussa pituusleikkurin nimeltä Vari-Twin, joka hiukan myöhemmin muutti nimensä VariRolliksi. Tässä ei ollut käyttöä hylsyistukoissa. VariRollin tehokkuus oli verrattain hyvä, mutta rullan laadun hallinta ei ollut kovin monipuolinen. Jagenberg mainosti tuohon aikaan voimakkaasti, että tarvitaan vain yksi leikkuri paperilinjaa kohti ja taisipa jopa taata sen. Moni paperitehdas haksahti tähän ja joutui sitten ajoittain seisottamaan paperikonetta ”rautapulan” takia niin kauan kunnes sai hankituksi toisen pituusleikkurin.

Alun perin keskiörullaimien kehitystyö käynnistyi Suomessa 1960-luvun lopulla. Professori Niilo Rytin johdolla tehtiin ensin sarja paperin rullausta käsitteleviä diplomitöitä Otaniemessä. Näiden avulla rullaustietämys parani. Varsinainen sysäys tuli Finnpapilta 1970-luvun alussa, kun markkinat vaativat yhä suurempia rullia. Työryhmä Erkki Kivimäki, Erkki Oila ja Pekka Komulainen tapasivat suomalaisten konepajojen Valmetin, Wärtsilän ja Ahlströmin edustajia, joita kannustettiin kehittämään pituusleikkureita, joilla voitaisiin rullata entistä suurempia rullia.

Paperintekijöiden kehotuksen ottikin Wärtsilä tosissaan ja kehitti Kauko Tomman ja Ilpo Lindellin johdolla päällystetyn paperin rullaukseen Twin-Winder pituusleikkurin, jonka prototyyppi starttasi Kymin päällystyskone 2:lla ja varsinaiset tuotantoversiot 1973 Kirkniemen ja 1975 Kaukaan päällystyslinjoilla. Leikkurimallin etuna oli sähköinen keskiöveto, jolla saatiin rullan pohja entistä tiukemmaksi. Rullan tukivarret oli nivelöity niin, että rullan kasvaessa rullausnippi laskeutui yhä alemmas keskellä olevan rullaustelan pinnassa – jopa niin alas, että se meni alle horisontaalitason suurilla rullahalkaisijoilla. Tämä oli myös leikkurin yksi heikkous, koska hylsyn kuormitus kasvoi sekä rullan painon että geometrian vaikutuksesta. Twin-Winderien kapasiteetti oli myös alhainen ja erityisesti muutonvaihtoajat olivat pitkät.

Kun nyt oli sentään jotakin ainutlaatuista uutta kerrottavaa pidettiin Järvenpäässä ensimmäinen suurempi pituusleikkuriseminaari kansainväliselle asiakaskunnalle vuonna 1977. Seminaarissa olivat mukana mm. johdon edustajat Georg Ehrnrooth ja Krister Ahlström. Perusteellisen teoreettisen esitelmän piti Wärtsilän tutkimusjohtaja Martti M. Kaila. Onnistunut seminaari olikin lähtölaukaus toistuville asiakasseminaareille, joita sittemmin pidettiin 1980-luvulla liiankin kanssa eli joka vuosi sekä Suomessa että Neuvostoliitossa. Tätä kirjoittaessani kaivankin hyllystäni siellä ylväästi vuosikymmenet seisseet vanhat 1980-luvun valkoiset mapit Wärtsilän Jälkikäsittelyseminaareista ja totean tekniikan kehittyneen niin paljon, että voin ne jo heittää pois.

Rullakokojen kasvaessa törmättiin ennen kokemattomiin ongelmiin keskiörullaimia käytettäessä. Liika kuormitus rullan kehällä tuhosi rullan kantotelaleikkureilla. Keskiörullaimilla pääkuormitus siirtyikin hylsylle ja ensimmäiset ongelmat tulivat vastaan hylsyn kestävyydessä. Aloitettiin voimakas hylsyjen lujuuden kehittäminen Ahlströmin kanssa. Näin saatiin hylsyjen palstautuminen istukan alueelta loppumaan, mutta sitten eivät rullat kestäneet, vaan paperikerrokset repeytyivät irti rullan pohjassa jo rullauksen aikana rullan painon kasvaessa. Alkuvaiheessa ei myöskään tajuttu paperin kitkan vaikutusta näihin ilmiöihin.

Myös Ahlström kehitti Walter Dörfelin johdolla oman keskiöleikkuriratkaisun Syromat C, jossa oli hydraulinen keskiöveto. Ahlströmin lopetettua paperikoneliiketoiminnan näiden leikkureiden kehitys sittemmin pysähtyi. Beloit osti Ahlströmin leikkuritoiminnot ja Syromat C koki 1985 uuden tulemisen nimellä Beloit/Lenox Bi-Wind HTC (High Torque Centerwind), mutta senkään menestys ei ollut kovin kummoinen.


3. Hylsyltä ja kehältä tukevat keskiörullaimet

Erityisesti syväpainorullien painon kasvaessa jopa kuuteen tonniin ei pelkkä tuki hylsyltä riittänyt, vaan rullausgeometriaa oli jälleen kerran muutettava. Oli loogista, että rullausnipit eivät olleet enää vaakasuorassa, vaan hylsyn kuormitusta vähennettiin tukemalla rullia myös rullaustelalla. Näin voitiin vähentää hylsyn ja rullan pohjan kuormitusta rullausnipin viivakuorman puitteissa. Pope-tyyppisiä leikkureita voitiin kutsua kello 9-3 leikkureiksi ja uusia leikkureita kello 11-01 leikkureiksi, koska rullausnippi oli noin 30 asteen kulmassa pystysuoraan nähden. Tällaisia leikkureita kehittivät Jagenberg ja Wärtsilä samanaikaisesti. Jagenbergin VariTop-leikkurissa on yksi iso rullaussylinteri keskellä ja Wärtsilän JR 1000- leikkuriin suunniteltiin kaksi erillistä pienempää kantotelaleikkurin kantotelan kokoista rullaustelaa. Molemmat kuitenkin toimivat kello 11-01 periaatteella ja rullien paino voitiin viimein nostaa jopa kahdeksaan tonniin. Kauko Tomman vahvalla taustatuella toteutetun Wärtsilän JR 1000- leikkurin ideoinnissa oli mukana mm. Kaj Fabritius ja pääsuunnittelun teki Jarmo Malmi työryhmänsä kanssa. Myös Kaukaan paperitehtaan Sami Pitkänen otettiin kehitystyöhön mukaan alusta alkaen. Ensimmäinen tuotantomittainen JR 1000 starttasi 1984 Rauman PK 2:lla, joka tekee syväpaino SC-paperia ja siten isoja rullia.

Kilpailu Jagenbergin ja Wärtsilän välillä oli kovaa keskiörullaimissa. Voith ja Beloit eivät päässeet kunnolla kilpailuun mukaan. Tosin Voith kehitti oman DuoRoller kaksoisrullaimen, joka oli kuin kaksi kantotelaleikkuria yhdistettynä. Se jäi kuitenkin muutaman tehtaan harvinaisuudeksi ja myöhemmin Voith ostikin Jagenbergin leikkuritoiminnot.

Kun näytti siltä, että syväpainorullien halkaisijat ja erityisesti leveydet kasvavat rajusti, aloitettiin Järvenpäässä 1990-luvun alkupuolella entisestään parannetun leikkurimallin eli WinRollin kehitys. Tällä mallilla pitäisi päästä jopa 10 tonnin rullien rullaamiseen. Leikkurin kantava idea oli, että rullausnipin ja hylsytuennan lisäksi tarvitaa lisää tukea, jotta rullan pohjan kuormitusta voitaisiin vähentää ja leveän rullan taipumista pienentää. Aluksi oli ideana käyttää erillistä tukitelaa, mutta sitten huomattiin, että leikkurissa jo muuten olevat painotelat voidaan siirtää rullauksen aikana rullan alle tukemaan rullaa ja siten keventämään hylsyn kuormitusta ja pienentämään taipumaa. Kun WinBeltissä oli jo käytössä hihnatekniikka oli luonnollista, että hihnoja käytettiin myös painotelojen ympärillä, jotta paine rullaa vasten saatiin tasaisemmaksi. Kun lisäksi huomattiin, että rullan pohja saadaan kireäksi liittämällä käyttö hihnoihin, kuten WinBeltissä, olivat leikkurin geometrian perusideat valmiit. Samalla voitiin luopua kalliista ja hankalasta keskiövedosta. Kuvaavaa oli, että kun Wärtsilällä oli keskiöveto, Jagenberg mainosti, ettei sitä tarvita. Kun sitten Wärtsilä luopui keskiövedosta, Jagenberg mainosti, että keskiöveto on välttämätön ja jopa molemmissa päissä.

Voikkaan PK 11 sai kunnian startata 1997 ensimmäisen WinRollin. Paperilaji oli ensimmäinen kunnon MFC eli ei varsinaisesti rullauksen kannalta vaativin päällystetty paperi. Voikkaalta saatiin kuitenkin hyviä kokemuksia ja myöhemmin on leikkureita toimitettu vaativimmillekin syväpainopapereille. 10 tonnin painoisia rullia on jo onnistuneesti testattu. WinRollin projektia johti innovatiivisesti ideoiva, armoitettu automaatiomies Pauli Koutonen, joka oli jo ansioitunut automaattisen rullanpakkauslinjan luojana. Mekaanisesta suunnittelusta vastasi Jarmo Malmi kokemuksineen JR 1000 leikkurista. Tässäkin projektissa oli Kaukaan paperitehtaan asiantuntijana Raimo Laitinen alusta asti mukana. Saattoi arvata, että leikkurin kapasiteetti ja automaatio ovatkin huippuluokkaa ja tekniset ratkaisut vieläkin ylivertaisia. Ainoa haitta lienee se, että näin leikkurista tuli kalliimpi ja sen kunnossapito on myös vaativampaa.


4. Konerullaimet

Päällystettyjen paperien ohetessa ja paperikoneen tampuurien eli konerullien halkaisijoiden kasvaessa alkoi Pope-tyyppisten rullaimien ongelmat kasvaa niin, että 60 km:n rullasta piti hylätä pohjalta aina kilometrin verran. Kun off-machine päällystyslinjalla on neljä tällaista kiinnirullausta ja neljä aukirullausta kokoleveältä tampuurilta, rupesivat hylkymäärät kasvamaan sietämättömän suuriksi. Ongelmat olivat vastaavia kuin pituusleikkureilla eli pohjalle tuli reunoihin kreppirynkkyjä ja repeämiä tampuurin loppurullauksen aikana. Ongelma johtui tampuurirautojen taipumisesta sekä hallitsemattomasta rullauksesta tampuurin vaihdon yhteydessä siirrettäessä uusi konerulla ensiöhaarukoilta varsinaiseen rullausasemaan.

Ongelman parissa askaroitiin turhan kauan, koska ns. TVW-sopimus jakoi busineksen Wärtsilän ja Valmetin välillä siten, että vain paperikoneen Pope-rullaimen jälkeiset laitteet kuuluivat Wärtsilälle. Telakkateollisuuden kriisin johdosta saatiin kuitenkin ratkaisu, jossa Valmetin ja Wärtsilän paperikonetoiminnot yhdistettiin Valmetiin ja telakkatoiminnot Wärtsilään vuonna 1986. Yhdistymisen jälkeen Valmetin Eero Turunen kutsui Rautpohjan ja Järvenpään asiantuntijat yhteiseen rullausseminaariin Hyvinkäälle, jossa käsiteltiin rullausteknologiaa ja uusia ratkaisuja paperikonerullaimeksi. Tästä alkoi sittemmin erittäin menestyksekkään ja uraauurtavan OptiReel-rullaimen kehitys.

Perusidea OptiReelissä on, että rullan vaihtoa ei tehdä niin, että paperia rullataan rullan pohjalle koko ajan laskeutuvalle tampuuriraudalle, jolla hallitsematon rullaus myöhemmin tuhoaa rullan pohjan. Parempi on tehdä vaihto niin, että uusi tampuurirauta on jo lopullisessa rullausasennossa ja vaihdon aikana tuleva hiukan hallitsematon rullaus tulee tampuurin pinnalle, jossa se ei joudu voimakkaan kuormituksen runtelemaksi. Tämän onnistumiseksi vaadittiin kunnollinen keskiöveto tampuuriraudasta. Näin voidaan myös kiristää rullan pohjaa keskiövedolla aivan kuten silloisessa JR 1000 pituusleikkurissa. Markku Kyytsösen johdolla tehtiin käytännön kehitystyö ja ensimmäinen OptiReel käynnistyi UPM:n Jämsänkosken PK 6:lla vuonna 1992. Kun samalla tampuurirautojen halkaisijaa kasvatettiin ja saatiin siten raudat jäykemmiksi, voitiin tampuurin halkaisijaakin kasvattaa ja näin vähentää pohjahylyn lisäksi pintahylkyä sekä lisätä jälkikäsittelykoneiden kapasiteettia.

Järvenpään rullaimien ja pituusleikkurien maailmanlaajuisesti johtavasta kehitystyöstä voitaneen yhteenvetona todeta, että tuskin millään yksittäisellä paperiklusterin tuotteella on saavutettu niin ylivertaista asemaa kuin Järvenpään rullausteknologialla. Sitä eivät ole pahemmin päässeet häiritsemään tehtaan seinässä olevan nimen vaihtuminen Wärtsilästä Valmetiin ja edelleen Metsoon. Osaltaan pituusleikkureiden kehitystyötä edisti myös uusien paperikoneiden nopeuksien nousu. Kiivaimman kehityksen aikana tapahtui se murros, että yhtä paperikonetta kohti tarvittiinkiin kaksi pituusleikkuria. Tämä on pitänyt pituusleikkureiden tilauskannan kaiken aikaa niin hyvällä tasolla, että on ollut varaa myös tuotekehitykseen.

Kiitos esimerkillisestä kehitystyöstä kuuluu myös niille Järvenpään tehtaan johtajille ja esimiehille, kuten Pekka Salo, Martti Karttunen ja Jaakko Uotinen, jotka ovat antaneet ideoiden pulputa ja omilla ennakkoluulottomilla päätöksillään vieneet kalliit tuotekehitysprojektit loppuun. Saumaton yhteistyö suomalaisten tehtaiden rullausasiantuntijoiden kanssa on osaltaan auttanut hyviin ratkaisuihin päätymiseen. Ei sovi myöskään unohtaa niitä paperitehtaiden johtajia, jotka ovat tilanneet suuren riskin sisältävät ensimmäiset tuotantoleikkurit. Näitä tehtaitahan ovat olleet mm. Kirkniemen, Kuusankosken, Kaukaan, Rauman, Voikkaan ja Jämsänkosken tehtaat noin kahdenkymmenen vuoden aikana 1975-1995. Kehitystyö jatkuu, mutta kovin mullistavia ratkaisuja ei ole viime vuosikymmenellä tullut - ei kai ole ollut tarvettakaan.

Lue myös teksti OptiReel

 

5.6. Automaattipakkauslinja

Jaakko Palsanen 16.2.2009

Ote teoksesta Telan ympäri, Panu Nykänen 2005

Huomattavan teknologiahyppäyksen Wärtsilän Järvenpään tehdas teki jo 1970- ja 80-lukujen taitteessa kehittämällä KR 3000 –rullanpakkauskoneen, jonka avulla yksi mies kykeni hoitamaan kokonaisen paperitehtaan rullanpakkauksen. Ensimmäinen KR 3000 kone myytiin Tampellan Anjalan tehtaalle PK 3:n rakentamisen yhteydessä. KR 3000:n toiminta perustui Wärtsilän itse rakentamiin, ohjelmoitavalla logiikalla toimiviin robotteihin. Rullanpakkauskoneita myytiin kaikkiaan toistakymmentä. Kehitystyötä jatkettiin 1980-luvulla markkinoille tullutta tietokone- ja robottitekniikkaa hyödyntämällä.

6. Paperin jalostus

6.1. Yhtyneiden paperitehtaitten pakkaustoimiala

 

Metsäteollisuutemme on ollut tuotekehityksen huipulla

(Julkaistu Aamulehdessä 18.5.2010. Kirjoittanut: Jaakko Rislakki)

Ministeri Pekkarinen on lausunut metsäteollisuuden tuotekehityksestä AL 15.5 mukaan mm. seuraavaa: ”Takavuosina (metsäteollisuus) löi täysin laimin tutkimus- ja kehitystyön. Metsäteollisuus käytti vain 0,20-0,25 % liikevaihdosta tähän tarkoitukseen…”

Oikea mittari kehitystyölle on kuitenkin tulokset eikä prosenttiosuus.

Suomen metsäteollisuus on ollut ehdotonta huippua maailmassa mitä tuotekehitykseen tulee. Uusia tuotteita ja menetelmiä on syntynyt runsaasti, mutta yritysten keskittyessä ydintoimintoihinsa monet niistä on myyty pois.

Syntyneet uudet tuotteet ovat usein olleet paperin jalosteita. Suurteollisuutemme on paljolti luopunut jalosteista ja keskittynyt perustuotantoon. Jäljellä on sentään vielä UPM:n Raflatac, tarralaminaattien kehittäjä, joka on kasvanut nollasta miljardiliiketoiminnaksi. Yhdessä tarkoitukseen kehitettyjen raakapaperien kanssa onkin saatu suomalaiselle kuidulle parempi hinta.

80- ja 90-luvuilla suuryhtiöiden strategiassa oltiin valmiit diversifioitumaan, kunhan kunkin tuotealueen oli mahdollista saavuttaa maailman huippu sekä teknisesti että markkinaosuutena (vähintään kahden parhaan joukossa). Sen sijaan 90-luvun lopulta lähtien pyrittiin keskittymään ”ydinosaamiseen”, jolla tarkoitettiin lähinnä sellu-, paperi- ja mekaanista teollisuutta. Muut toimialat myytiin, tosin yleensä hyvällä hinnalla.

En väitä että tämä strategia olisi väärä, vaan korostan että tuotekehitystuloksia syntyi runsaasti ja ne pystyttiin markkinoimaan. Toiminta myös kansainvälistyi ja tuotantolaitoksia syntyi ympäri maailmaa sekä vihreälle niitylle rakentaen että yritysostojen kautta.

Esimerkkeinä mittavasta tuotekehitystyöstä on mainittava mm. Metsäliitto-konsernin projektit, joista on kirjoitettu 140-sivuinen kirja (Kuuseen kurkottajat, Metsäliiton omakustanne). Merkittäviä tuloksia on saatu mm. raaka-aineiden (esim. haapa), sellun (esim. Savon sellun keittoprosessi), peruspapereiden (esim. kipsi täyteaineena), mekaanisen metsäteollisuuden (esim. kertopuu) ja metsäkemian (esim. karboksimetyyliselluloosa) osalta. Monet tulokset on myyty pois, esim. metsäkemia.

Esimerkit UPM:n ja sen edeltäjäyhtiöiden osalta tunnen tietysti paremmin. Tässä joitakin:

Walki-yhtiöt kehittyivät 60-luvulta lähtien maailman suurimmaksi paperin ja muovin yhdistelmämateriaalien valmistajaksi. Tuotteet käytetään kosteussuojakääreinä tai pakkausteollisuuden raaka-aineina. Esim. Euroopan pakastekoteloista huomattavin osa tehdään Walkin muovipäällystetystä kartongista. Myyty. On edelleen markkinajohtaja.

Lohjan paperin (myöhemmin Loparex) kehittyi samoin vuosikymmenien kuluessa merkittävimmäksi silikonoitujen irrokepaperien valmistajaksi. Tuotteet käytetään erilaisten tuotteiden tarraliimapinnan suojana. Esimerkkinä vaikka kirjekuorien liima. Myyty. Maailman huipulla mukana edelleen.

Walkisoft oli 10 vuoden kehitysprojekti, jossa kehitettiin pehmopaperi, jonka valmistuksessa ei tarvita vettä. Tuote on tekstiilimäinen ja vettä kestävä. Esimerkkinä vaikka luksus lautasliinat. Uudet tehtaat perustettiin neljään maahan. Myyty kilpailijalle. On markkinajohtaja.

Rosenlew-yhtiö aloitti jo kymmeniä vuosia sitten paperisäkkien rinnakkaistuotteiksi muovipohjaisten bulkkipakkauksien kehittämisen. Laajeni maailmanlaajuiseksi tekijäksi. Myyty useassa osassa.

Säteri ja myöhemmin UPM kehitti nailonpohjaiset monikerroslaminaatit elintarvikkeiden vakuumipakkauksiksi. Samalta tietopohjalta syntyi Suomeen kolmekin eri valmistajaa, jotka yhteensä ovat Euroopan johtava tekijä. Näiden yhdistämistä on ajoittain harkittu. Myyty.

Kartonkipohjainen aseptinen nestepakkausjärjestelmä oli haastavin tuotekehitysprojekti kestoltaan yli 10 vuotta. Teknologia onnistui yli odotusten, mutta markkinointia ei ehditty kunnolla aloittaa, kun tulokset myytiin. Markkinatilanne oli houkutteleva, kun oli vain yksi merkittävä toimija maailmanlaajuisesti.

Metsäkemian alalla Yhtyneet Paperitehtaat ja valtion metsäyhtiöt yhdistivät resurssinsa ja muodostivat näin Euroopan markkinajohtajan mäntyöljyn jatkojalostukseen. Myyty. Toimii edelleen markkinajohtajana.

Kun mediassa kehotetaan metsäteollisuutta ryhtymään tuotekehitykseen, tulee hieman hämmentävä olo. Niitä samoja tuotteitako, jotka on jo myyty? Vai uusia tuotteita, että olisi taas myytävää?

Kuten jo ilmoitin, en kritisoi metsäyhtiöiden strategioita. Kritisoin vain niitä, jotka unohtavat että Suomen metsäteollisuus on ollut maailman ykkönen tuotekehityksessä. Eikä ole huono nykyäänkään.

Jaakko Rislakki Eläkkeellä oleva pakkaustoimialan johtaja UPM:ssä

7. Kemikaalit ja muut raaka-aineet

7.1. Talkki suomalaisen paperin täyteaineena

Arto Elo, Erkki Eiroma, Jouni Huuskonen, Pertti Ahonen 4.11.2008

Lahnaslammen talkkiesiintymä

Geologinen tutkimuslaitos suoritti tri Aurolan ja Vesasalon johdolla 1940-luvun loppupuolella Pohjois-Karjalassa mineraalivarojen kartoitusta. Tämä kartoitus johti mm. Lahnaslammen talkkimagnesiittiesiintymän löytämiseen Sotkamosta. Topi Mikkolan vuonna 1955 tekemän muistion pohjalta Suomen Malmi aloitti vuonna 1956 Lahnaslammella ensin syväkairaukset ja sittemmin vuonna 1957 koelouhinnan. Talkin rikastustutkimukset tehtiin prof. Hukin johdolla VTT:llä. Lahnaslammella tehtyjen koeajojen ja itse työmaan vastuullisena henkilönä ja teknisenä toteuttajana oli Suomen Malmin geologi Antti Mikkonen.

Tavoitteena oli kehittää lähinnä paperiteollisuudelle kelpaavaa raaka-ainetta. Ajatuksen takana oli vuorineuvos J. W. Waldenin voimakas pyrkimys parantaa Suomen paperiteollisuuden omavaraisuutta kaikkien raaka-aineiden suhteen. Paperin täyte- ja päällystyskaoliinihan oli kaikki tuontitavaraa. Kalsiumkarbonaattia tai kipsiä ei vielä käytetty. Kaoliinia oli etsitty Suomesta ja löydettykin, mutta esiintymien suuret epäpuhtauspitoisuudet olisivat tehneet niiden valmistusprosessista epätaloudellisen. Talkkia käytettiin maailmalla myös paperin täyteaineena vaikka sen pääasiallisia käyttöalueita olivat keraaminen ja maaliteollisuus. Etenkin Ranskassa talkkitäyteainetta käytettiin lähinnä puuvapaissa hienopapereissa melko runsaasti. Sitä tuotti Etelä-Ranskassa Talc's de Luzenac.

Vuonna 1961 toimitettiin koe-erät Lahnaslammen pilotissa tuotettua talkkia Kajaanin paperitehtaalle sekä Yhtyneiden Paperitehtaiden Jämsänkosken ja Simpeleen tehtaille. Vuonna 1963 käytiin talkin mahdollisesta kokeilusta keskusteluja myös Kymin Kuusankosken tehtaalla. Ne päättyivät kuitenkin heti alkuunsa Botho Estlanderin voimakkaaseen vastustukseen. Hänen käsityksensä mukaan talkki ei sovellu paperin täyteaineeksi, koska se sisältää kovia, kuluttavia partikkeleja.

Suomen Talkki Oy:n perustaminen ja talkin rikastamisen aloittaminen

Suomen Malmi solmi vuonna 1964 optiosopimuksen Yhtyneiden ja Lohjan Talkkitehtaan kanssa Lahnaslammen talkkiesiintymän siirtymisestä niiden yhteisomistukseen. Lahnaslammelle rakennettiin koerikastamo ja vuosina 1965–66 mainitut yhtiöt suorittivat laajat paperikone- ja painatuskokeet, jotka sitten optiosopimuksen mukaisesti johtivat päätökseen tuotannollisen toiminnan aloittamisesta 1967 lopulla. Yhtyneet Paperitehtaat Oy ja Lohjan Kalkkitehdas Oy perustivat Suomen Talkki Oy:n 30.12.1967. Hallituksen puheenjohtajaksi tuli Yhtyneiden talkkitoiminnan uranuurtaja Osmo Aho. Toimitusjohtajaksi nimitettiin DI Väinö Juntunen Lohjalta.

Yhtyneiden osallistumisen taustalla oli paitsi raaka-aineiden omavaraisuus, myös JuusoWaldenin visiopuun käytön tehostamisesta kotimaisen täyte- (ja päällystys-) talkin avulla. Yhtyneillä oli nimittäin vähän metsiä muihin Suomen paperiyhtiöihin verrattuna. Yhtyneiden paperintuotannon rakenne tuki hyvin tätä ajatusta – laskettiin, että 1 tonni talkkia vastaisi 1 ha metsävaroja.

Talkin louhinta alkoi marraskuussa 1968 ja talkkikaivoksen ja – rikastamon rakennustyöt saatiin valmiiksi tammikuussa 1969. Rikastustoiminta alkoi virallisesti 12.2.1969 ja ensimmäiset täyteainetalkkitoimitukset Yhtyneiden Kaipolan tehtaille tapahtuivat 20.2.1969. Oy Keskuslaboratorio Ab, joka oli ollut aktiivisesti mukana tutkimustoiminnassa, ajoi talkkikoeajon maaliskuussa 1969 samasta talkkierästä. Kaipolassa valmistettiin ensimmäiset täysin kotimaista täyteainetalkkia sisältävät aikakauslehti-paperirullat maaliskuun lopulla 1969. Myös Yhtyneiden Simpeleen tehtaalla ajettiin talkkikoeajoja käyttäen talkkia taivekartongin täyteaineena. Kaipolan silloinen johtaja P-E Ohls, ensimmäinen talkin käytön todellinen pioneeri, järjesti Kaipolassa 13.5.1969 suuren talkkikokouksen, jossa olivat edustettuina kaikki Suomen paperiyhtiöt Kajaani Oy:tä lukuun ottamatta. Aihe oli luonnollisesti talkin käyttö paperin täyteaineena. Keväällä ja kesällä myös muutamat muut paperi- ja kartonkitehtaat kokeilivat onnistuneesti talkkia ja aloittivat sen pysyvän käytön. Lahnaslammen talkkitehtaan vihkiäiset järjestettiin 27.8.1969. Päällystystalkki mainittiin vakavasti ensimmäisen kerran tässä tilaisuudessa. Samalla myös julkistettiin päätös mikrotalkkitehtaan rakentamisesta. Uusi tehdas antaisi mahdollisuudet hienojakoisempien talkkilaatujen valmistamiseen, jolloin myös paperin päällystäminen talkilla tulisi mahdolliseksi.

Ensimmäiset talkin käyttäjät

Yhtyneiden Kaipolan ja Simpeleen tehtaiden jälkeen täyteainetalkin käytön aloittivat Veitsiluoto, Kyro ja Äänekoski vuonna 1969. Käyttökohteet olivat lähinnä syväpainatukseen tarkoitettu aikakauslehtipaperi, tapettipaperi ja taivekartonki. Talkin käytön pioneereja olivat mm. Kai Kunnas (Kaipola), Pentti Luopa (Simpele), Pentti Juvakka (Veitsiluoto), Erkki Lumme (Kyro) ja Arvo Reipas (Äänekoski). Näitä tehtaita seurasivat Anjala (Kalervo Lammenranta), Kirkniemi (Ebbe Sommar) ja Voikkaa (Anders Lund) vuonna 1970. Muut aikakauslehtipaperi- ja kartonkitehtaat tulivat mukaan myöhemmin. Varovaisimpia talkin käytön aloittamisen suhteen olivat Myllykoski ja Tako. Kajaani Oy ei periaatteellisista syistä halunnut aloittaa talkin käyttöä tässä alkuvaiheessa. Mikrotalkkitehtaan valmistumisen myötä myös Suomen hienopaperitehtaat Tervakoski, Kangas ja Kymi tulivat talkin käyttäjiksi 1972 ja täyteainetalkkia alettiin lisätä myös erikoissanomalehtipaperiin.

Talkin merkitys Kaipolan paperitehtaalle

Talkin käytön vakiinnuttua Kaipolassa Gruner & Jahrille Saksaan toimitettiin ensimmäiset koerullat talkkitäytteistä paperia. Koe-erä läpäisi G&J:n tiukat syväpainopaperin vaatimukset ja Kaipola pääsi painotalon vakiotoimittajaksi. G&J ei ollut siihen mennessä hyväksynyt Kaipolan syväpainopaperia. Mainittakoon, että G&J ei aluksi tiennyt, että koepaperierä sisälsi talkkia.

Kaipolan otettua käyttöön kuumahierteen 1970-luvun alussa talkin osuudeksi 65 g/m² syväpainopaperissa vakiintui 35 % ja pelkkää TMP- kuitua sisältävässä 52 g/m² sanomalehtipaperissa 10 %. Kaipola lienee ollut ensimmäinen tehdas Suomessa, joka lisäsi täyteainetta sanomalehtipaperiin ja pystyi näin differentioitumaan muista toimittajista.

Kaipola teki myöhemmin myös pohjapaperikokeita käyttäen talkkia täyteaineena. Paperi päällystettiin Äänekosken päällystyskoneella (pigmenttinä kaoliini). Pohjapaperi todettiin Äänekosken silloista paremmaksi, ”melkein yhtä hyväksi kuin Kaukaan pohjapaperi”. Tehdyt koeajot palvelivat Jämsänkosken suunnitelmia.

TMP:n käytön myötä, joka mahdollisti sellun säästön, Kaipolassa voitiin laskea silloista m2-painoa. Kun paperin täyteainepitoisuus oli talkin ansiosta korkeampi, voitiin tällä reseptuurilla saavuttaa puun käytössä niin merkittävä säästö, että Kaipola sai vuonna 1978 luvan uuden paperikoneen rakentamiselle. Saatu lupa kuitenkin käytettiin sittemmin uuden SC- koneen (PK 5) rakentamiseksi Jämsänkoskelle.

Talkista tulee 70- luvulla paperin pääasiallinen täyteaine Suomessa

Täyteaineiden käyttö Suomessa kasvoi vuoden 1974 lopulla öljykriisistä alkaneeseen lamaan saakka varsin rivakasti. SC- paperien ja hienopaperien tuotanto kasvoi ja täyteainepitoisuus papereissa nousi. Talkkitäyteaineen kotimaisuus, kilpailukykyinen hinta, sen kyky sitoa pihkaa paperikoneen kiertovesistä, kaoliinia parempi retentio paperiin, pidemmät viirojen kestoiät ja parempi vedenpoistuminen rainasta sekä hyvät painettavuusominaisuudet houkuttelivat paperintekijää. Täyteainetalkki valtasi vähitellen kaoliinilta markkinoita ja sen tuotanto kasvoi vuoden 1970 60 000 tonnista 110 000 tonniin vuonna 1974. Karkeamman P40- talkki vaihtui vähitellen laatusyistä hienompaan P20- talkkiin. Pahimpana lamavuonna 1975 talkin myynti romahti 80 000 tonniin paperikoneiden käyntiasteiden romahtaessa. Elpyminen alkoi nopeasti. Jo vuonna 1976 ylitettiin 100 000 tonnin raja uudelleen.

Suomen Talkki Oy oli vuoden 1975 alusta tullut kokonaan Yhtyneet Paperitehtaat Oy:n omistukseen. Talkin menettänyt Lohja päätti kuitenkin olla tässäkin liiketoiminnassa mukana ja rakensi oman talkkitehtaan Vuonokseen. Suomen Talkki vastasi kilpailuun laajentamalla tuotantoaan 230 000 tonniin ja kehittämällä edelleen talkkien laatua ja käsiteltävyyttä paperitehtailla. Toinen toimittaja paransi talkin toimitusvarmuutta. Talkin markkinaosuus kasvoi ripeästi, kun vielä Yhtyneet ja Lohja sopivat talkin yhteisestä myynnistä perustetun Finnminerals- nimisen yhtiön kautta. Talkin osuus Suomen paperiteollisuuden täyteaineista nousi vuosikymmenen lopulla yli 70 prosenttiin, kun viimeinenkin kaoliinissa kokonaan pysynyt sc- tuottaja, Myllykoski Oy otti talkin täyteaineseokseensa. Finnmineralsin kanssa tehdyissä koeajoissa Myllykoski vakuuttui talkin eduista siinä määrin, että aloitti oman talkin tuotannon Luikonlahdella. Vuonna 1980 Finnminerals myi täyteainetalkkia Suomeen yli 200 000 tonnia ja vientikin oli aloitettu. Tämä jäikin sitten huippuluvuksi. Halpa tuontiliitu aloitti neutraaliliimauksen yleistymisen myötä voittokulkunsa puuvapaissa papereissa ja syrjäytti vähitellen talkkia. Kun vielä sc- paperia ruvettiin painamaan myös offsetissa ja talkki aiheutti siinä pölyämisongelmia, talkin käyttö täyteaineena putosi 80- luvulla takaisin runsaan 100 000 vuositonnin tasolle.

Vaikka talkki sitten 1980- luvulla menettikin osuuttaan paperin täyteaineena, se oli ehtinyt antaa merkittävän osuutensa suomalaisten paino- ja kirjoituspaperien 60- luvun loppupuolella alkaneeseen voittokulkuun. Täyteaineen ohella oli 70- luvulla hiljalleen kehitelty myös talkin käyttöä paperin päällystämiseen. Tämä tutkimus- ja kehitystyö kulminoitui yhdessä Kaukas Oy:n ja Basf’in kanssa tehtyyn kehitysprojektiin, jonka tuloksena talkki otettiin vuonna 1982 ensimmäisenä maailmassa käyttöön lwc- syväpainopaperin päällystyksessä. 90- luvun alkupuolella päällystystalkin käyttö ylitti 100 000 tonnia vuodessa.

7.2. Päällystystalkki

Jouni Huuskonen, Jaakko Palsanen, Pertti Ahonen

Päivittänyt 19.5.2009 Jouni Huuskonen

Päällystystalkin jatkuvat toimitukset Kaukaan vuonna 1975 käynnistyneelle lwc- tehtaalle alkoivat maaliskuussa 1982. Kaukas saavutti tuolloin päättyneessä kehitysprojektissa asettamansa tavoitteen parantaa päällystetyn syväpainopaperin laatua pastaa kehittämällä. Talkkiteollisuudelle tämä oli merkittävä kehityshyppy. Ensimmäistä kertaa maailmassa päällystyskaoliinia korvattiin merkittävässä määrin talkilla. Vuonna 1969 tuotantonsa aloittaneen suomalaisen talkkiteollisuuden unelmana oli jo perustamisvaiheessa ollut saada talkista kaoliinille vaihtoehto paperin täyteaineen ohella myös paperin päällystyspigmenttinä (etenkin vastikään Suomeen jalkautuneessa lwc- paperissa). Unelman toteutuminen vaati yli 10 vuoden sitkeän työn. Sen verran vei aikaa ratkaista ongelmat, joiden vuoksi talkkia ei päällystykseen missään maailmassa käytetty. Ongelmien syynä olivat talkkimineraalin vettä hylkivän luonteen aiheuttamat ongelmat sen liettämisessä veteen korkeaan kuiva-aine-pitoisuuteen (minimi 65 %) ja yhteensopivuudessa pastan muiden aineiden kanssa.

Päällystystalkin käytön esteiden poistoon tähtäävä tutkimustyö ja kokeilut alkoivat jo Suomen Talkki Oy:n perustamisen aikoihin 1960- luvun loppupuolella. Oulun yliopistossa professori Runolinna selvitteli talkin pintakemian muuttamista. Myös KCL:ssa virinnyt päällystystutkimus löysi talkin tehden lietto- ja päällystyskokeita (TT Dan Eklund, DI Jaakko Palsanen, DI Erkki Eiroma, tekn. Vaito Laaja). DI Arto Elo tutustui USA:n talkkiteollisuuteen ja toimitti sopivan hienoa mikrotalkkia Suomeen kokeiltavaksi. Suomen Talkin mikrotalkkituotanto alkoi vuonna 1971. Arto Elon johdolla tehdyt koetehdas- ja tehdasmittaiset kokeet paljastivat talkin pintakemiasta johtuvien ongelmien mittavuuden.

Oli lisättävä resursseja. Tutkimustyöhön kytkettiin TT Aarno Klemola ja FM Keijo Aunion tutkimuslaboratorio Valkeakoskella. DI Jouni Huuskonen tuli Suomen Talkin tutkimuspäälliköksi ja DI Erkki Eiroma asiakaspalvelupäälliköksi syksyllä 1973. Oma liettolaboratorio perustettiin Sotkamon talkkitehtaalle. FM Paavo Lampela ja teknikko Mauno Huovinen täydensivät Jouni Huuskosen Sotkamon tiimiä. Mittavat laboratorio-ohjelmat johtivat vuonna 1976 patentoidun liettoreseptuurin löytymiseen. Keskeisenä osana menetelmäpatentissa oli reseptin ohella talkin tiivistäminen. Talkkia ei kuitenkaan vielä näillä innovaatioilla saatu markkinoille. Tehtailla käytössä olleet liettolaitteet eivät sopineet talkin liettoon.

Suomen Talkista tuli vuoden 1975 alusta Yhtyneitten tulosyksikkö ja Lohja päätti rakentaa sinne takaisin siirtyneen Väinö Juntusen johdolla oman talkkitehtaan Vuonokseen. Päällystystalkin lietto-ongelmaa alkoi Lohjalla selvittää DI Pertti Ahonen. Varsin pian päästiin Lohjan ja Suomen Talkin kesken yhteistyöhön tässä kehityshankkeessa. Lohja kehitti yhdessä Jaron kanssa talkin liettoon paremmin sopivan liettimen. Kun sellainen saatiin Vuonokseen, tulivat mittavammat tehdaskokeet mahdollisiksi vuonna 1978. Ongelmia oli edelleen vaikka rohkaisevampiakin tuloksia välillä saavutettiin.

Vuonna 1978 päällystystalkin kehitysprojekti organisoitiin Lohjan ja Suomen Talkin yhteiseen myyntiyhtiöön, Finnmineralsiin. Sotkamon tiimi ja Vuonoksen liettämö kytkettiin mukaan projektiin. Åbo Akademissa teetettiin Dan Eklundin johdolla kaksi tärkeää diplomityötä (Lisen Henriks ja Per-Håkan Ånäs). DI Jan-Erik Teirfolk kehitti lisensiaatin työnään uuden liettimen päällystystalkille. Finnminerals patentoi sen. Koelaite sijoitettiin Sotkamoon. Nyt saatiin hyviä talkkilietteitä KCL:n ja myös kemikaalifirmojen koekoneilla testattaviksi. Pastareseptuurien kehitys sai vauhtia. Keskityttiin lwc- pastoihin. Talkki osoittautui pilotkokeissa toistuvasti erinomaiseksi syväpainopigmentiksi. Painojäljestä tuli ainutlaatuisen tasainen. Offset- pastakin kehitettiin. Talkki antoi liian tiiviin pinnan heatset offsetpainatukseen. Ongelma ratkaistiin korvaamalla kolmannes talkista hienoksi jauhetulla kalsiumkarbonaatilla. Omya oli partnerina (tohtori Gerd Hagemann).

Teknisesti varsin onnistuneita tehdaskokeita päällystystalkilla tehtiin 70- luvun lopulla Veitsiluodossa, Äänekoskella, Simpeleellä ja Santalahdessa. Näissä offsetsovellutuksissa ei talkille kuitenkaan löydetty samanlaista laatuhoukutinta kuin syväpainossa. Niinpä tätä kehitystyötä ei päästy kaupallisesti hyödyntämään.

Varsinainen läpimurto koettiin Kaukaan lwc- tehtaalla. Kaukaalla selvitettiin syväpaino- lwc:n pigmenttivaihtoehtoja. Työtä johti DI Jaakko Palsanen ja siinä olivat mukana mm. FM Markku Korpela, DI Pirkko-Leena Aarnikoivu ja teknikko Tarja Sinkko. Talkkikin pääsi pilotkokeisiin ja sillä saatiin lupaavia tuloksia. Jaakko Palsasen aloitteesta perustettiin Kaukaan, Finnmineralsin ja Basf’in yhteinen projekti vuonna 1980. Basfilta projektissa olivat Ludwigshafenissa tohtorit Addicks ja Hirsch ja ”kenttätyössä” insinööri Heinz Ullrich. Talkin dispergointireseptuuri ja ns. sole binder sideaineen stabilointisysteemi sovitettiin yhteen. Uudella dispergointireseptillä ja uudella lietinkonstruktiolla saatiin aikaan riittävän korkean kuiva-ainepitoisuuden liete, joka pintakemiallisesti vaikeassa syväpainopastassa kesti teräpäällystimen rasitukset korkeillakin ajonopeuksilla. Kun vielä Yhtyneitten Jylhävaaran konepaja rakensi edelleen kehittämänsä ”Teirfolkin liettimen” Sotkamon talkkitehtaalle kesällä 1980, oltiin valmiita tehdaskokeisiin Kaukaalla. Ne sitten johtivat viimein talkin käyttöön Kaukaan lwc- syväpainopaperissa.

7.3. Päällystyskipsi

Kipsi päällystyspigmenttinä

Otteita Jyrki Kettusen kirjasta ”Kuuseen kurkottajat, Teknologian kehitys Metsäliiton piirissä 1950-luvulta vuosituhannen vaihteeseen, 2002”

Metsäliitto osallistui päällystystalkkitutkimukseen sen alkuvaiheessa, mutta irrottautui siitä jo 1978, kun talkkia ei saatu kehitetyksi päällystykseen soveltuvaksi. Samoihin aikoihin yhtymän päällystysekspertit saivat ajatuksen kipsin uusista mahdollisuuksista. Tiedettiin että Etelä-Euroopassa käytettiin hyvälaatuista luonnonkipsiä paperin täyteaineena. Metsäliittolaisten ajatus kantoi pidemmälle: lannoitteiden valmistuksessa ja tulevaisuudessa myös voimalaitosten savukaasujen puhdistuksessa syntyisi suuria määriä kipsiä. Jos tämän laatu saataisiin riittävän korkeaksi, olisi ainakin osa päällystyspigmenttien saatavuusongelmasta ratkaistu. Alustavat kokeet viittasivat siihen, että kipsi kidemuotonsa ja varausgeometriansa ansiosta tulisi toimeen vähemmällä sideaineella, mikä olisi merkittävä kustannussäästö.

Ajatus esitettiin Kemiran Niilo Lounamaalle 1977. Kipsin mahdollisuuksia tutkittiin sitten yhdessä ensin laboratoriossa ja pienimittaisella koelaitteistolla aina vuoden 1981 lopulle. Metsäliiton puolella työstä vastasi aluksi Pehr-Eric Pått ja sittemmin Seppo Kahila.

Päällystysominaisuuksien lisäksi pyrittiin alusta lähtien selvittämään, mitä tapahtuu kipsipitoiselle hylylle sen joutuessa paperikoneen vesijärjestelmiin. Kipsin vesiliukoisuus on kaoliiniin verrattuna korkea. Ongelmia oli odotettavissa.

Tutkimus eteni hyvin, ja vuoden 1981 lopulla Metsäliitto esitti Kemiralle työn voimaperäistämistä kaupalliseen sovellukseen. Yhteistyösopimus syntyi, kokeet edistyivät suuremmassa mitassa ja vuoden 1983 lopussa Kemira päätti rakentaa kipsilaitoksen Siilinjärvelle. Metsäliiton tavoitteet olivat tässä vaiheessa ensisijaisesti Äänekosken uuden hienopaperin päällystyspigmentissä.

Äänekosken sovellutuksesta vastasi hienopaperihankkeeseen siirtynyt Seppo Kahila. Kipsipäällystystä käyttöönotettaessa koettiin kummallinen ilmiö: päällystys onnistui aluksi täysin kuin kokeissa, mutta hankaluuksia alkoi tulla muutamien kymmenien tuntien kuluttua. Asiaan paneuduttaessa selvisi ilmiön syy. Kipsin jauhatus haluttuun, noin kahden mikronin raekokoon jätti mukaan pari prosenttia suurempia, yli viiden mikronin liuskoja. Kokeissa nämä olivat menneet päällysteen mukana paperiin, mutta hienopaperitehtaalla nämä ylisuuret osaset kertyvät vähitellen pastakiertoon ja aiheuttivat ongelmia. Laatueduista huolimatta kipsistä oli tehtaalla luovuttava, koska Siilinjärven jauhatusta ei voitu kädenkäänteessä muuttaa.

Samaan aikaan Kirkniemi oli tehnyt kipsikokeita ennen kaikkea kiertovesijärjestelmän toiminnan varmistamiseksi. Paperin laatuedusta vallitsi yksimielisyys, kunhan paperia vain pystyttäisiin valmistamaan. Ongelmia syntyi, kun pigmentti vaihdettiin kipsiin tai siitä takaisin kaoliiniin. Joka koeajossa opittiin lisää mutta hitaasti. Kemira oli 1985 perustanut kemiallisen tukiryhmän tehtaan avuksi, mutta kun Kirkniemon omat kehitysresurssit samaan aikaan jakaantuivat lisensoidun tekniikan käynnistykseen Kanadassa ja Äänekosken hienopaperin kehitystyöhön, oli usko loppua sitkeimmiltäkin. Heikki Hassi päättää kipsimuistionsa vuoden 1987 alussa: ”Onkohan Kirkniemen resursseissa jo kriittinen raja alitettu? Minun mielestäni on. Onko lisäresurssien määrästä, laadusta ja saantiajasta jo sovittu niin, että siitä voidaan tiedottaakin? – Auttaisi odottajia venymään vielä hieman.”

Edessä oli vielä kolme näytelmää. Ensinnä liikkeenjohto vuoden 1987 alussa totesi, että rahat eivät riitä Kirkniemen PK II:lle kaavailtuun kevyt LWC:hen. Oli kaivettava esiin alun perin toiselle sijalle jäänyt vaihtoehto siirtyä paksumpiin lajeihin; oli tehtävä kaksoispäällystettyä laatua mieluummin ilman investointia. Uuden tuotteen laatuspesifikaatio kiinnitettiin 23.2.1987 kokouksessa. Olennaista kilpailuetua haettiin vaaleudesta, tavoite 75-77 astetta, opasiteettitasolla 92-94 prosenttia ja pintapainoalueella 65-80 g/m2. Tällaista offset-paperia ei ollut markkinoilla, mutta kipsin ominaisuudet olivat lupaus oikeasta suunnasta.

Myös sään haltijat puuttuivat asiaan. Talvi 1988 oli niin ankara, että ”Englannin anukseksi” kutsuttu Cornwallin kaoliinikuoppa jäätyi ja päällysteet uhkasivat tyystin loppua. Tässä tilanteessa kipsi otettiin jatkuvaan käyttöön, vaikka paperikemiaa ei vielä kunnolla hallittu. Paperia syntyi, mutta seurauksena oli valitusryöppy, joka sai myyniyhdistyksen edustajat lahjoittamaan Kirkniemeen kipsipatsaan varustettuna toiveella, että patsas olisi viimeinen kipsi, joka tehtaalle tuodaan.

Jatkuvasta kipsin käytöstä saadut kokemukset olivat kuitenkin ratkaisevia. Asiaa kemistinä hoitanut Stina Nygård löysi sopivat menettelytavat ja vain vuoden kuluttua kipsipatsaan luovutuksesta alkoi kipsipaperi, joka nykyisin tunnetaan nimellä Galerie Brite, vallata asemaansa markkinoiden parhaana laatuna luokassaan.

7.4. Raifix-tuoteperhe häiriöaineiden sidontaan

16.4.2009 Markku S Korpela ja Tapio Vihervaara

case Kaukas

Helmikuun 9. päivänä 1989 Kaukaan paperitehtaan PK 1-linja siirtyi ns. neutraaliin ajomalliin. Käytännössä se tarkoitti happamissa olosuhteissa hajoavan GCC pigmentin käyttöönottoa päällystyspastassa. Ko. ajotapamuutos valmisteltiin n. 2 vuoden projektissa, jonka tavoite oli aloittaa ko linjalla kaksoispäällystettyjen lajien (Saimastar) tuotanto. Oleellinen asia tuotekehitysprojektissa oli selvittää, miten mekaanisesta massasta neutraalissa olosuhteessa liukenevat orgaaniset ns. häiriöaineet piti eliminoida. Häiriöaineet yhdessä karbonaattipitoisen hylyn kanssa aiheuttavat hoitamattomina ajettavuutta eli hyötysuhteita huonontavia saostumia paperikoneen sekä märässä että kuivassa päässä. Ne saattavat mennä rainan mukana aina painokoneelle saakka.

Kaukaalla oli tarkasti kuultu PTS:ssä mm. Haindl/Walsumin Dr Arheiligerin esitelmät - Drama im Drei Akten -vuosina 1982,1984 ja 1986, missä kerrottiin melko seikkaperäisesti neutraalin ajotavan tuomat ajettavuusvaikeudet paperikoneella. Ymmärrettiin kuitenkin, että paluuta neutraalista ajotavasta ei ollut, koska markkinoiden haluama laatutaso saavutettiin vain GCC/savi-seoksilla.

Kaukaan tutkimusosasto Jarmo Kärkkäisen johdolla teki perusteellisen selvityksen usean kemikaalitoimittajan kanssa tehokkaan häiriöaine-eliminointiohjelman löytämiseksi. Lisäksi silloinen paperitehtaan johtaja V. Paljakka antoi ohjeen "tuotantoa ei saa menettää ajotapamuutoksen takia".

Neutraaliin ajotapaan siirtyminen onnistui erinomaisesti mm. märässä päässä käytetyn korkeasti kationisen polymeerin vuoksi. Vakiintuneeseen uuteen ajotapaan päästiin ilman vaikeuksia. Vajaan vuoden ajon jälkeen kehitettyä märän pään häiriönesto-ohjelmaa alettiin optimoida ja yhdeksi tärkeimmistä toimenpiteistä tuli löytää korkeakationiselle polymeerille kustannuksiltaan edullisempi tuote. Usean asiaa koskevan neuvottelun jälkeen päätettiin aloittaa yhteistyö Raision kanssa tarkoitukseen sopivan tärkkelyspohjaisen polymeerin kehittämiseksi. Kehitystyö noudatti tuttua kaavaa eli labrasta lähdettiin liikkeelle vuonna 1990 ja kehitetty Raifix otettiin käyttöön 1991.

case Raisio

Kun paperikoneiden veden määrää vesikierrossa alettiin lyhentää, alkoi ilmetä ongelmia, joista useat liittyivät häiriöaineiden - erityisesti anionisten - kasaantumiseen ja sitä kautta paperikoneiden ajettavuuden hallintaan. Kahdeksankymmentäluvun loppupuolella alan kirjallisuuteen alkoi ilmaantua artikkeleita, joissa kuvattiin useantyyppisen kationisten polymeerien käyttöä ongelman ratkaisuun. Yhteistä näille polymeereille oli se, että ne oli kasattu kokoon kationista monomeereista polymerisoimalla. Jossain vaiheessa kyseisen kymmenluvun lopulla Raisiossa kirkastui ajatus käyttää polymeerirunkona tärkkelyksen voimakkaasti haaroittunutta rakennetta ja sitä edelleen modifioimalla muun muassa kationisilla ryhmillä. Matalakationiset tärkkelyksethän olivat sinänsä tunnettuja jo aikaisemmin, mutta sittemmin Raifix- tuotenimellä tunnetuilla tuotteilla kationisten ryhmien määrä ylitti monikymmenkertaisesti perinteiset tärkkelysjohdannaiset.

case Kaukas + Raisio

Ensimmäiset todelliset laboratoriokokeet tehtiin Kaukaan laboratoriossa, ja jotkut näistä johdannaisista näyttivät toimivan yhtä hyvin - tai jopa paremmin kuin ko. tarkoitukseen käytössä olevat jo kaupalliset tuotteet. Tehdasmittakaavassa tehdyistä koeajoista sovittiin, mutta Raision kannalta vaikeus oli tuottaa Raifix-tuotteita koeajoon tarvittavia määriä. Lopulta asia järjestettiin erään englantilaisen kemikaalien rahtityöhön erikoistuneen yrityksen kautta ,ja koeajot järjestyivät asianmukaisessa järjestyksessä. Koeajot onnistivat lupaavasti ja kannustivat puolestaan Raisiota investoimaan tuotantolaitteistoon, jolla voitiin tuottaa riittäviä määriä asiakasteollisuuden tarpeisiin. Eri Raifix-modifikaatteja myydään ja käytetään paitsi Suomen paperitehtailla myöskin verrattain laajasti ulkomailla.

Sopivasti pilkottuna näin syntyneitä polymeerejä voidaan toimittaa asiakkaalle 20 - 30 prosenttisina vesiliuoksina. Oleellinen asia oli kehittää tarkoituksessa sopiva reaktori.

Matka ensimmäisestä ideasta, tai kuten nykyään paremmin kutsutaan innovaatiosta, oli pitkä ja monipuolinen kaikkine vaiheineen. Onnistumisten ja epäonnistumisten kautta lopulta päästiin asiakkaita tyydyttävään tuotteeseen.

7.5. Kloraattikennot

Tuomo Niemi 28.4.2013

Oulu Oy:n Nuottasaaren Kemian tehtailla DI Viljo Tulkki kehitti työsuhdekeksintönä uuteen elektroditeknologiaan perustuvan elektrolyysikennon natrium kloraatin valmistamiseksi. Ensimmäinen tähän teknologiaan perustuva kennosali käynnistyi 1980 ja sitä laajennettiin vielä 1990-luvulla. Elektrolyysikennot ovat edelleen tuotannossa.

Uuden elektrolyysikennon hyödyt olivat parempi tuotantohyötysuhde sähkötehon suhteen sekä yksinkertaisempi rakenne ja siten halvempi investointikustannus aikaisempiin menetelmiin verrattuna.

8. Mittaus- ja säätötekniikka

8.1. Prosessiohjauksen yleiskehitys

Kustannustehokkuudesta huolehtiminen on suomalaisessa paperiteollisuudessa ollut keskeinen osa strategioita. Tavoitteena on ollut asentaa tehtaiden modernisoinneissa ja uusinvestoinneissa kulloinkin parhainta saatavissa olevaa teknologiaa (BAT, best available tecknology). Tätä strategiaa on sovellettu teknologian kaikilla osa-alueilla. Maantieteellisten integraattien, tyypillisesti Veitsiluodon ja Kaukaan tehtaiden muodostaminen ja mittakaavaedun hyväksikäyttö nostamalla valmistusprosessien yksikkökapasiteettia ovat olleet ulospäin näyttävimpiä muutoksia. Tuloksena BAT-strategiasta on ollut, että Suomi on saavuttanut maailman paperiteollisuudessa johtoaseman.

Osana tätä kehityslinjaa on ollut mittaus- ja säätötekniikan, automaation raju muutos 1960-luvulta lähtien. Paperiteollisuudessa niinkuin suomalaisessa teollisuudessa aika yleisestikin lihasvoimaa on korvattu yhä enemmän konevoimalla. Prosessien hallinta perustui aiemmin pitkälle aistihavaintoihin. Ammattimiehet osasivat näköhavainnoin, haistamalla , maistamalla ja koskettelemalla saamaan selville jauhatusasteet, sakeudet, rainan tasaisuudet, tuotteiden lujuudet, värin ja muut tärkeät muuttujat. Taidot opittiin edellisiltä sukupolvilta ja käytännön työssä.

Aistienvaraisuus on säilynyt monilta osin nykypäiviin. Prosessimuuttujille, samoin kuin tuotteiden ominaisuuksia mittaaville suureille on ollut vaikeuksia kehittää luotettavia mittareita. Perimmältään vaikeudet juontanevat siitä, että puunjalostuksen raaka-aine on biomassaa ja aina enemmän tai vähemmän epähomogeenista.

Prosessien valvonta oli pitkään jaettu pieniin vastuualueisiin. Vakansseja oli runsaasti. Ensimmäisiä askeleita automatiikan kehittämisessä oli asentaa paikallisia lämpötila-, paine-, ampeeri- ynnä muita anturoita.

Seuraava askel oli koota mittarit samaan kaappiin ja siirtää yksinkertaisimmat toiminnot automaattiohjaukseen. Lyhyillä etäisyyksillä tultiin toimen ilman lähettimiä. Joitain vakansseja voitiin yhdistää.

Tärkeä läpimurto kehityksessä oli oli valvomoiden yhdistäminen suuremmiksi kokonaisuuksiksi, ensimmäisten joukossa 1960-luvun lopulla Enso-Gutzeitin Uimaharjun sellutehtaalla, Savon Sellussa ja Metsäliiton Teollisuuden Kirkniemen paperitehtaalla. Pikku hijaa prosessikokonaisuuksia hallitsevista valvomoista alkoi tulla normaali ratkaisu.

Tietokoneiden tulo myös prosessiohjauksen välineinä antoi mahdollisuuksia siirtyä automaatiossa monilta osin aivan uudelle tasolle. Ensimmäinen prosessitietokone tuli jo vuonna 1963 Enso-Gutzeitin Kaukopään kartonkitehtaalle. Sovelluskehitys koski sekä on-line että off-line säätöä. 1960-luvun lopulta lähtien prosessitietokoneiden käyttö alkoi laajemmin paperiteollisuudessa saada ilmaa siipiensä alle ja tietokoneiden määrä lisääntyi jo 1970-luvulla huimasti. Tietotekniikan kehitys edelleen 1980-luvulta eteenpäin merkitsi teollisuusautomaation radikaalia muutosta. Hajautetut mikroprosessipohjaiset järjestelmät löivät itsensä läpi. Ulospäin näkyvä muutos tästä oli valmomotekniikan täydellinen uusiutuminen.

Kaiken kaikkiaan näin toteutunut mittaus- ja säätötekniikan muuttuminen on yksityiskohdissaan pitänyt sisällään lukemattoman määrän uusia mittareita, lähettimiä, sovellusohjelmia, jne.

8.2. Prosessitietokone

Pentti Sierilä

Enso-Gutzeitin Kaukopään kartonkitehtaan teknillinen johtaja Arto Vesanto toi matkaltaan USA:ssa 1960-luvun alussa idean prosessitietokoneen käytöstä. IBM-yhtiö oli juuri tehnyt näistä ensimmäiset kappaleet. Vesanto sai paikallisjohtaja Klaus Sormannon tuen idealleen ja lopulta myös toimitusjohtaja Pentti Halle piti asiaa kokeilemisen arvoisena. Näin päädyttiin hankkimaan vuokrasopimuksella IBM 1710- järjestelmä.

Prosessitietokoneen käyttöä kehittämään nimitettiin työryhmä vetäjänä DI Pentti Sierilä ja jäseninä DI Kauko Kivistö ja DI Juhani Korhonen. Heistä kukaan ei ollut aiemmin tutustunut tietokoneisiin ja näin työ alkoi aivan perusasioista, hard- ja software-asioiden opiskelusta. IBM:n puolelta tukihenkilöinä olivat mm. tri Lassi Hyvärinen ja DI Matti Kanerva. Erityisesti prosessitietokoneesta ja sen käytöstä ei heilläkään ollut tarkempaa tietoa, tämä asia oli myös IBM:n sisällä uusi ja outo.

1710-laitteet tulivat 1962 Kaukopään tehtaille tavarajunassa isossa puulaatikossa. Työryhmän jäsenet aukaisivat sorkkaraudalla laatikon ja näkivät ensimmäisen kerran, minkälaisista vehkeistä on kysymys. Tietokoneen keskusmuistin IBM 1620 kapasiteetti oli 20 kilopositiota (2,5 kilotavua), käyttöjärjestelmää ei ollut, ohjelmointi jouduttiin aluksi tekemään konekielellä ja kartonkikoneen instrumentointia jouduttiin monilta osin ennen kaikkea mittaus- ja säätötarkkuuksien parantamiseksi uusimaan.

Kokeilut aloitettiin kokonaisvaltaisten prosessimallien rakentelulla tavoitteena selittää koneella ajettavien tuotteiden ominaisuudet suurella joukolla prosessimuuttujia. Tämä lähestymistapa osoittautui kuitenkin liian kunnianhimoiseksi. Katsottiin parhaimmaksi siirtyä osatoimintokohtaisiin takaisinkytkentäsäätöihin (feedback), joihin lisättiin myös ennaltasäädön (feed forward) ja itsemukauttavan (adaptiivisen) säädön piirteitä. Ensimmäinen automaattinen paperin neliöpaino- ja kosteussäätö kytkettiin päälle syyskuussa 1965. Samalla kehiteltiin erilaisia prosessiohjauksen off-line menetelmiä kuten lajinvaihtojen optimoimiseen laajat simulointimallit (tarkemmin kts. mm. artikkeli Prosessitietokoneen käyttö puunjalostusprosessin yhteydessä, Sierilä, Pentti, Korhonen, Juhani, Paperi ja Puu, No. 5, 1967). Yhteistyössä Kaukaan tehtaiden Pentti Hyvärin kanssa rakennettiin Lauritsalan sellutehtaan valkaisimon säätömalli, jota kokeiltiin reaaliaikaisella säädöllä Kaukopään ja Kaukaan tehtaiden välille vedetyn väliaikaisen ”piuhan” kautta (tarkemmin kts. Valkaisun tietokonesäätö vaihekohtaisilla malleilla, K. Nevalainen, P.Hyväri, I.Törnwall, P.Sierilä, Paperi ja Puu, No. 10, 1968)

Näin prosessitietokoneiden kausi oli saanut onnistuneen alun ja myös muissa yrityksissä uskaltauduttiin lähteä liikkeelle ja prosessitietokoneiden käyttö alkoi laajentua hyvin nopeasti (tarkemmin kts. Process Computers in The Processs Industries, Development and Future, Heikkilä, Sakari, Paperi ja Puu, No. 4, 1976). Prosessitietokoneohjauksesta on saatu monia taloudellisia hyötyjä säädön tarkkuutena ja tuottavuuden parantumisena.

8.3. Autocook

Ote kirjasta Telan Ympäri, Panu Nykänen 2005 Oy Wilh. Schaumanin Pietarsaaren tehtaalle asennettiin vuonna 1969 kotimaista valmistetta oleva Nokia PP 6500 Autocook-järjestelmä. Joutseno Pulpille hankittiin saman tien vastaava. Alkuvuoden 1970 aikana Nokian 6500 koneita myytiin edelleen Kymin Voikkaan tehtaalle ja Nokian sellutehtaalle. Osaako joku kertoa enemmän Autocook innovaatiosta?

Autocook (Matti Siro 2010)

Oy Wilh. Schauman'in tehtaalla Pietarsaaressa otettiin käyttöön tiettävästi maailman ensimmäinen sellutehtaan prosessia jatkuvasti ohjaava tietokone syksyllä 1969.

Käynnistämistä edelsi laajat kokeet ja selvitystyö. Syksyllä 1967 Pietarsaaren sellutehtaalla järjestettiin laaja tehdaskoe, jossa tutkittiin keiton ohjattavuutta. Kokeeseen osallistuivat myös muut Suomen sellutehtaat. Käytännön toteutukseen osallistuivat tehtaan oman väen lisäksi Keskuslaboratorio ja Ekono. Kesällä 1968 keittämön ohjausta kokeiltiin TKKn fysiikan professori Kohosen rakentamalla ohjauslaitteella, jossa ohjelma oli kiertävällä reikänauhalla, kuin pitsinkutomakoneessa tai posetiivissä ikään. Laitteen toiminta ei kuitenkaan ollut tyydyttävää, ja niin se purettiin ja ryhdyttiin etsimään parempaa. Toteuttajaksi löytyi Nokia OYn Kaapelitehtaan Yhteydessä aloittanut elektroniikkaosasto.

Laitteiston ytimen muodosti Digital'in PDP 8E tietokone, jossa oli 4 k muistia sekä ulkoinen lisämuisti 4k.Toinen automaattisen ohjauksen keskeinen elementti olivat Neleksen pallomaiset kansiventtiilit. Keittokapan tilastollisen ohjauksen lisäksi tietokoneella tasattiin keittämön höyrynkulutusta. Automatisoidun ohjauksen hyödyt olivat siis sellulaadun tasoittuminen, höyrynkulutuksen tasoittuminen sekä lisätuotanto keittosyklin viiveaikoja poistamalla.

1970-luvulla Nokia Elektroniikka toimitti myös muihin sellutehtaan prosesseihin Auto-sarjan ohjauslaitteistoja. Tällaisia olivat mm. Autobleach, ensimmäinen Kaukaalle, Autorecovery soodakattilalle ja Autolime meesauunille. Keskeisessä roolissa näissä oli Oulun Yliopiston teknisen tiedekunnan prosessiosasto.

1980-luvun kuluessa nämä ohjaukset vähitellen siirtyivät digitaalisten ohjausjärjestelmien osiksi.     

Jaakko Rislakki lisännyt 5.4.2012: Kohosen laskimen ohjelmointi ja asennus oli insinööriurani ensimmäinen kehitysprojekti. Haasteellisinta oli saada kattiloiden lämpötilan eksponenttifunktiot toteutettua  8 m pitkään, jatkuvasti pyörivään reikänauhaloopiin. Funktion likiarvona oli sarjakehitelmä. Homma toimi mutta reikänauhamuistin kapasiteetti ei antanut mahdolloisuutta toteuttaa mitään muita toimenpiteitä.

8.4. Sellun valkaisun säätö / AUTOBLEACH

Pentti Hyväri 7.8.2008

Kaukaan sellutehtaan jo 1964 startissa katsottiin niin perusinstrumentoinnin ja toimintojen ohjauksien suhteen olleen siihen saakka tavanomaista paljon pitemmälle automatisoitu. Kaukaalle ensimmäisten joukossa hankittiin automatisoidun keittämön jatkeeksi AUTOCOOK-prosessinohjausjärjestelmä 1970-luvun alussa. Niinpä oli luonnollista, että eräkeittämön kappaheilahtelujen tasaamiseksi tehtaanjohtaja DI Tapani Lareksen ja käyttöinsinööri DI Ilkka Törnwallin mielenkiinto suuntautui valkaisun säädön parantamiseen. DI Pentti Hyvärin HTKK:n erikoistyö ja diplomityö kohdistui metsäteollisuuden prosessitietokonesovellutuksiin ja kokeellinen osa valkaisuprosessin säädön parantamiseen kehittämällä tilastomatemaatisilla menetelmillä ja käytännön tehdaskokein vaihekohtaiset erinomaisesti selittävät matemaatiset mallit, joiden varaan koko valkaisun säätömalli perustui. Oleellisesti uusia suomalaisia keksintöjä olivat jatkuvatoiminen valkaisusuotimelle asennettu vaaleusmittari CORAM sekä POLAROX menetelmä, mikä oli korvannut ORP-mittauksen. Tietokonesäädön päätavoitteeksi oli asetettu eräkeiton jälkeisen kappavaihtelun eliminoiminen valkaisun alussa sekä saavuttaa dynaamisesti tasainen valkaisu optimaallisilla kemikaalioiden käytöillä. Samalla tarkka ja taloudellinen valkaisukemikaalien annostelu, erityisesti valkaisun alussa, vähensi sellukuidun vaurioitumista ja edelleen tasoitti ja paransi sellun laatua. Säätösysteemin konekielisen ohjelmoinnin ja suunnittelun toteutti DI Jaakko Soininen, Nokia Elektroniikka, helmikuussa 1971 PDP 8/L minitietokoneella. AUTOBLEACH – säätöjärjestelmälle saatiin yhteispatentti Kaukas/Nokia Elektroniikka kesken keksijöinä DI Jaakko Soininen ja DI Pentti Hyväri. Yhteenvetona tuloksista voidaan sanoa:

  • Sellun kappavaihtelu putosi valkaisun alussa tasolle +-0,2-0,3 yksikköä tasolta n.+- 4 yksikköä mäntysellulla ja n. +-2 yksikköä koivusellulla.
  • Valkaisukemikaalien kulutussäästöt koko kehitysvaiheen aikana olivat kloori – 25 %, lipeä – 15 % ja kalleimmassa kemikaalissa kloraatissa – 25 %.
  • Sellun laadun paranemisesta ei säätösysteemille arviotu etuja, koska ne oli vaikea verifioida paperitehtaan puolella.

Myöhemmin 1972 AUTOBLEACH- säätöjärjestelmä liitettiin keittämön AUTOCOOK- järjestelmään samaan prosessitietokoneeseen. AUTOBLEACH- järjestelmän kehitystyö osoitti suuntaa valkaisuprosessin säädön pantamiseksi. Myöhemmin valkaisuprosessin säädön kehitys vei erikoisinstrumenttien yhteyteen sovitettuihin ohjelmoitaviin säätölogiikkoihin.

8.5. Cormec & Polarox

Cormec & Polarox mittalaite- ja kompesoidun vaaleuden säätömallin kehitys (Kajaani valkaisuantureiden – tuoteperhe)
Arvo Rahikkala 2/2013

Kajaani Elektroniikka Oy syntyi Kajaani Oy paperitehtaan elektroniikkaosastona 1970 – luvun alussa. Yhtiön synnystä, kasvusta ja kehittymisestä kansainväliseksi toimijaksi ja mm. prosentuaalisesti suurimman vientiosuuden omaavaksi suomalaiseksi yritykseksi on 1980 – luvulla yhtiön toimitusjohtajana vaikuttanut Paavo Tuomi kirjoittanut mainion artikkelin Suomen Automaatioseuran julkaisuun.

Kajaani Oy:n Elektroniikkaosaston ensimmäisiä tuotteita olivat Teollisuusautomaatioryhmän sellun vaaleuden mittaamiseen tarkoitetut on-line mittalaite CORAM. Laite oli myös ensimmäinen tulos Kajaani Oy:n ja Oulun yliopiston yhteisistä kehityshankkeista ja loi pohjaa kemiallisesti valmistetun sellun mittaustekniikan osaamiselle. Pertti Karjalainen vastasi CORAM laitteen kehitystyöstä DI-työssään ja myöhemmin vakituisena työntekijänä Kajaani Oy:ssä. Pertti vaikutti voimakkaasti Elektronikkaosaston elektronikkaasuunnitteluun 1970- ja 1980 luvuilla.

70-luvun puolivälissä Kajaani Oy hankki omistukseensa Rauma Repolalta valkaisuliuosten kloori- / klooridioksidi pitoisuusmittarin tuoteoikeudet ja näin sai alkunsa toinen valkaisuautomaation päätuote; Polarox. Tuotteen arvoa ei tosin vielä silloin täysin ymmärretty.

Teollisuusautomaatioryhmä oli näin saanut kaksi hyvää tuotetta ja ryhmän halu kasvattaa liiketoimintaa tarkoitti viennin voimakasta kasvua. Kaukaiset ulkomaat tulivat tutuiksi niin myynti- kuin tekniikkakavereillekin ja samoin kaukaiset ulkomaiset vieraat Kajaanissa.

Toinen merkittävä oppi oli mittalaitteiden hyödyntämisen tärkeys. Uuden mittaustekniikan mahdollisuudet prosessien ohjauksessa tunnistettiin ja sen myötä Teollisuusautomaatioryhmä alkoi kehittää voimallisesti sellun valkaisun säätöratkaisuja.

Hyvin pian huomattiin mittaustekniikan puutteet. Valkaisuvaihetta ohjatessa on tärkeää saada prosessista tietoa vaaleuden kehittymisestä mahdollisimman nopeasti kemikaalien lisäyksen jälkeen. Siitä tarpeesta syntyi tarve kehittää ensimmäinen in-line vaaleuden mittalaite. 70-luvun loppupuolella näki ensimmäinen versio päivänvalon ja se sai nimen CORMEC-26. Cormec tulee seuraavasta pidemmästä nimestä; COlor Reflectance MEasurement Computer. Cormec-26 oli hyvin edistyksellinen tuote; mittalaite oli asennettavissa prosessin käydessä, siinä sovellettiin ensimmäisten joukossa maailmassa kuitukaapelitekniikkaa ja se sisälsi kaksi mikroprosessoria ohjaamassa mittausta ja laskemassa tuloksia. Kehitystyössä päävastuullisia olivat Tapio Parviainen ja Hannu Timmerbacka.

Cormec-26 mittaus antoi hyvä potkun valkaisuvaiheiden säätöjen kehittymiselle, mutta jotain vielä puuttui. Syntyi kaksi koulukuntaa joista toinen vannoi vaaleusanturipohjaiselle (Cormec) ja toinen jäännösanturipohjaiselle (Polarox) ratkaisulle. Kokemusten pohjalta Teollisuusautomaatioryhmässä syntyi ehkä Kajaani Elektroniikan tärkein keksintö; keksittiin hyödyntää molempia sekä vaaleus- ja jäännösmittausta laskemalla siitä uusi tulos ja se nimettiin ”Kompensoiduksi Vaaleudeksi” ja englanniksi sama ”Compensated Brightness”. Uuden sovelluksen kehittäjistä manittakoon Raili Piirainen ja Tauno Pääkkönen. Näin oli syntynyt toimiva ratkaisu, jota voitiin monistaa prosessilinjasta toiseen ja se täytti ja ylitti asiakkaiden tarpeen. Siitä kehittyi teollisuusstandardi.

Toimitusmäärien lisääntyessä kokemusta tuli edelleen lisää. Seuraava kohde kehitykselle oli Polarox jäännöskemikaalimittaus. Sen asennettavuus haluttiin samalle tasolle kuin Cormec vaaleusanturin ja sähkökemiallisen mittauksen lyhytikäinen märkäreferenssianturi ei täyttänyt kaikkia käytettävyystavoitteita.

Seuraava merkittävä keksintö olikin 80-luvun alkupuolella Polarox mittalaitten In-line versio ja se sai nimekseen POLAROX-IL. Keksittiin käyttää metallista referenssielektrodia märkäreferenssin asemensta ja se mahdollisti asennuksen prosessin. Näinpä Polarox asennusmallista tuli samanlainen kuin Cormecillakin. Näin oli kertaalleen parannettu hyvää. Juhani Moilanen ja Markku Pietikäinen vastasivat tämän Polarox mallin kehittämisestä.

Seuraavaksi tuli Cormecin uudistamisen vuoro. Tämä tapahtui myöskin 80-luvun alkupuolella. Kajaani Elektroniikassa oli kehitetty luotettava Edacom kassapäätejärjestelmä  ja uudessa CORMEC-27 vaaleusanturissa otettiinkin synergia- ja laatusyistä käyttöön Edacom tietokonejärjestelmä. Lopputulemana oli yksi teollisuusalan luotettavimmista mittalaitteista ja se edelleen vahvisti ryhmän asemaa johtavana sellun valkaisun ohjausratkaisujen toimittajana. Cormec-27 oli Arvo Rahikkalan ensimmäinen vastuulla kehitetty laite.

80-luvun puolivälin jälkeen asiakkaat kehittivät voimallisesti mekaanisen massan valmistusratkaisuja ja sen myötä myös valkaisumenetelmiä. Peroxidi- ja hydrosulfiittivalkaisut yleistyivät. Kompensoidun vaaleuden säätömallit mekaanisille masoille kehittivät Marjatta Ollila ja Taina Sopenlehto.

Mittalaitteiden kehitys pitää seurata aikaa ja asiakastarvetta. Kehityksen tuloksena Syntyi uusi tuoteperhe mekaanisten- ja kierrättys massojen valkaisun ohjausratkaisuihin; Cormec-M ja Polarox-M. Polarox mittausta kehitettiin sekä hydosulfiitti ja ennenkaikkea peroksidijäännösmittaukseen. Cormecin puolella uusiomassojen jäännösmusteen ”ERIK” mittaus tuli vakiovalikoimaan mukaan.  Kemiallisen sellun tuotelinjan anturit saivat nimet; Cormec-C ja Polarox-C. Koska ”Kompensoitu Vaaleus” oli jo saavuttanut teollisuusstandardin aseman, niin uusi anturijärjestelmä voitiin rakentaa sujuvasti vaaleus- ja jäännösantureita sisältäväksi mukaanlukien säätöä tukevan Kompensoidun Vaaleuden laskennan. Juhani Moilanen vastasi Polarox kehityksestä ja Arvo Rahikkala Cormec kehityksestä.

Tähän mittalaiteperheeseen kehitettiin myös Cormec teknologian pohjalta optinen klooridioksidiveden pitoisuusmittari DSA. DSA:n kehitys oli Arvo Rahikkan vastuulla.

90-luvun puolivälin jälkeen oli aika uudistaa mittalaittet. Cormec mittalaittessa olimme soveltaneet alusta lähtien halogeenilamppua valonlähteenä. LED valonlähdeteknologian kehitys oli voimallista ja kun riittävän voimakas sininen LED oli kaupallisesti saatavilla oli meillä mahdollisuus siirtyä uudelle tasolle massojen vaaleuden mittausteknologiassa. Instrumentoitijärjestelmien kehitys ja kompesoidun vaaleuden säätömallin yleinen tuntemus johti myös siihen, ettei erillistä laskentayksikköä sitä varten tarvittu. Näinpä uudet CORMEC-i ja POLAROX-i mittalaitteet olivatkin lähetintyyppisiä jälleen ja edellisen generaation mukaan omat lähettintyypit kemiallisen sellun ja mekaanisten-/ uusiomassojen valmistuslinjoille. Arvo Rahikkala jatkoi Cormec laitteiden kehitystä ja Seppo Puumalainen Polarox –laitteen kehitystä.

2000-luvun puolivälin jälkeen lähettimen uudistettiin jälleen ja uusina elementteinä tuli kuvioihin Metson ja Endress Hauserin yhdessä kehittämä kenttälaiteiden ja ylemmän järjestelmän kommunikaatio-/ käyttöliittymä teknologia FDT. Cormeciin tuli mukaan optisten kirkasteiden mittaus UV-LED valonlähteiden kehityksen mahdollistamana. Tämän viidennen generaation valkaisun mittalaitteet saivat nimet CORMEC-5 ja POLAROX-5 ja omat kemiallisen massan ja muiden sovellusten mittalaitetyypit säilyivät. Kehittäjistä mainittakoon Matti Törmänen UV  kirkasteiden mittaustekniikan kehittäjänä Cormeciin.

 

8.6. Autorecovery (katso soodakattilat)

Aiheesta kerrottu tarkemmin sivulla: soodakattilan-ja-recoveryn-osuus-selluteollisuuden-kehittymisessä

8.7. Autosulphite

Aiheesta kerrottu sivulla Metsäklusterin tutkimuslaitokset ja aktiviteetit, Oy Nokia Ab

8.8. Autolime (katso Autocook)

8.9. Hiomon ohjaus AGMO

AGMO – Automatic Groundwood Mill Operator

(Kirjoittanut: Hannu Manner, Hannu Paulapuro)

1960-luvun loppuvuosina professori Niilo Rytiä oli ruvennut vaivaamaan ajatus hiomoprosessin hallinnan parantamisen tarpeesta. Ei ole jäänyt aikakirjoihin mistä kimmoke tuli, mutta luultavasti syitä oli useampia: Perinteinen hiomoprosessin ohjaus perustui oleelliselta osin subjektiiviseen havainnointiin, mihin systeemiajatteluun taipuvainen kaipasi kvantiteetteja ja rationaalisuutta. Hiokekapasiteettia rakennettiin tuohon aikaan kasvavassa määrin lisää ja Tampella varusti ne yhä suuremmilla moottoreilla. Jo ennestään hiomot olivat paperitehtaan suurin sähkön käyttäjä. Mekaaniseen massaan perustuvista paperilajeista näytti olevan hyvää vauhtia tulossa Suomen paperiteollisuuden syömähammas, niin kuin sitten kävikin. Muutenkin ajan ratas pyöri jo lopputuotteen laadun ja laadun tasaisuuden suhteen siihen suuntaan että entistä parempaan pitää pystyä. Hän oli luonnollisesti hyvin perillä vuosikymmenien mittaan tehdyn tutkimuksen tuloksista, tähän asiaan liittyen varsinkin Jan Bergströmin tutkimuksesta 1950-luvun puolivälissä. Käytännöllinen näkökulma hiomoprosessin ohjaamiseen kuitenkin puuttui aiemmista tutkimustuloksista.

Hionnassa puuta puristetaan sopivan karhean ns. hiomakiven liikkuvaa pintaa vasten veden läsnäollessa, jolloin puu kuituuntuu hiokkeeksi. Primäärisin hallintasuure on tavallisesti puuta puristava paine. Ajan mittaan hiomakiven pinnan rakeet kuluvat, pyöristyvät ja pintakuvio madaltuu. Siten hiomakiven pinnan tila muuttuu koko ajan, ei tosin kovin nopeasti, mutta aika ajoin pinta on käsiteltävä vaikutuskykyiseksi, ns. teroitettava. Rytin keskeinen ajatus oli että hiomakiven pinnan tilaa - vaikkakin sen fyysistä olemusta on niin vaikea kuvailla – voidaan kvantitatiivisesti kuvata laatuvaikutuksiensa ja hiomakoneen ohjauksen kannalta riittävän tarkasti yhdellä suureella. Ja että tuo tilasuure käyttäytyy säännöllisesti ja ennustettavasti, ja eikä ole mitä milloinkin. Sen nimi saa olla vaikka se perinnäinen ”terävyys”. Tosin jostain hänen aikaisemmasta havainnostaan lienee peräisin se ajatushaara että hän myöhemmin useampaan otteeseen puoliääneen mietti että tuo terävyys oikeastaan olisi kaksiparametrinen käsite, mutta että sitä parempi jos yksi riittää. Ryti testasi ajatuksiaan pistämällä teekkarit Lauri Saaren Ja Heikki Saran tekemään diplomityönsä aiheen tiimoilta. Tulokset vakuuttivat hänet niin että hän ehdotti Jaakko Pöyrylle tuotekehitysprojektin käynnistämistä, ja niin tapahtuikin. Automaatioalan tuote ei kovin hyvin sopinut neuvottelevan insinööritoimiston liiketoimintakuvaan, mistä myöhemmin kuului kentältä joitakin happamia huomautuksia. Jaakko Pöyry lieneekin jo enemmän ajatellut tulossa olevaa uutta osaamissubstanssia. Myöhemmin jossain vaiheessa tuote sai nimekseen AGMO – Automatic Groundwood Mill Operator.

Projekti käynnistyi vuoden 1971 alkajaisiksi ja tekemään palkattiin suoraan koulun penkiltä juuri valmistuneet diplomi-insinöörit Hannu Paulapuro ja Hannu Manner. Esimiehen ominaisuudessa heitä parhaansa mukaan paimensivat diplomi-insinöörit Paul Talvio ja Juhani Korhonen, monessa liemessä keitettyjä automaatioexperttejä kumpikin. Hiomotuntemusta  projektin johdossa edusti vielä diplomi-insinööri Mikko Nyyssölä. Jo alkuvaiheesta lähtien kehityspartneriksi lähti silloisen Rauma-Repola Oy:n Rauman paperitehdas. Se tarjosi hyvät puitteet kenttätyölle. Hiomo oli uudehko, viimeisintä hiomotekniikkaa ja hyvässä kunnossa, ja verraten helppo täydentää lisäinstrumentein. Tutkimuksellinen vaihe prosessia koskevien mallien kehittämiseksi ja verifioimiseksi oli odotetusti suuritöinen ja todellisuudessa huomattavasti odotettuakin suuritöisempi, siitä huolimatta että mitään merkittäviä vastoinkäymisiä ei kohdattu. Tehdas ja Rauman silloinen tutkimuslaitos olivat koko ajan tiiviisti mukana työssä ja isolla työpanoksella. 

Ensimmäisiä ilon aiheita oli sen selviäminen että ajatus ”terävyys”-käsitteen kvantifioimisesta näytti hyvältä. Tämähän oli koko ohjaamisajatelman keskeinen ydin. Tällöin sellainen käsite kun koneen toimintapiste sai sisällön. Kun ajatellaan hiomakoneen teho-tuotantonopeus- koordinaatistoa, niin toimintapiste on piste siinä koordinaatistossa.  Hallintasuureen avulla voidaan toimintapistettä ohjata terävyyden määrittämällä kuvaajalla pysyen. Koneyksiköiden rakenteiden erilaisuuksista johtuen lainalaisuus on kullekin hiomakoneelle yksilöllinen. Toimintapisteen osalta lainalaisuus on kuitenkin verraten vähän riippuva laiteparametreista. Laatuvaikutuksien osalta riippuvuus on paljon voimakkaampi. Se tarkoittaa että koneyksikkökohtaisesti tulee tietää mikä on laatuvaikutuksen suunta ja suuruus kun toimintapistettä siirretään. Tämä taas tarkoittaa jonkunmoista tutkimuksellista työtä jokaisen koneyksikön kohdalla.

Toinen keskeisistä ajatuksista lähti siitä että hiomossa aina on useita koneyksiköitä. Jos silloin jotakin konetta ei voida hiomakiven tilan vuoksi saattaa tuottamaan juuri halutunlaista tuotetta, niin muita koneita voidaan ohjata niin että kaikki yhdessä tuottavat halutunlaista tuotetta. Tultiin käsitteeseen hiomon integroitu ohjaus, so. vaikka jokainen koneyksikkö voi eräissä rajoissa poiketa laatutavoitteista, niin kokonaisuus pysyy tavoitellussa. Kapasiteettia käytetään silloin tarkoituksenmukaisimmin, näin ajateltiin.

Pilot-ohjausjärjestelmä toteutettiin Rauman tehtaan silloiselle prosessitietokoneelle. Tämä tapahtui vuonna 1973. Sittemmin hyötynäkökohtia pyrittiin evaluoimaan useita kertoja. Se vasta vaikeaa olikin. Uskottavinta mitä saatiin irti oli että hiokkeen laatuvaihtelu väheni noin puoleen. Siitäkin saattoi osa olla projektin aikana syntyneen oppimisen tulosta.

Pöyry-yhtiön alkuperäinen ajatus oli kehittää tuote jota voitaisiin markkinoida. Tämän vuoksi jatkotoimia varten etsittiin partneria, jolla olisi omaa prosessitietokoneteknologiaa havainnollisine käyttäjäliityntöineen. Sopivalta tällaiselta vaikutti kanadalainen Electronics Associates, jonka kanssa lähdettiin työstämään kokonaispakettia. Kyseisen yrityksen myöhemmin ilmenneiden ongelmien vuoksi tavoiteltua tuotepakettia ei saatu valmiiksi asti, ja Pöyry jatkoi sovellustyötä omalta pohjaltaan. Jo Rauman kehitysprojektin kuluessa kävi ilmeiseksi, että hiomon ohjaamisen paras sovellusmuoto olisi ns. ”operators quide”-tyyppinen systeemi. Silloin tietokone seuraa hiomakoneiden tilaa ja ennustamaansa massan laatua mittausten ja mallien avulla. Järjestelmä ehdottaa tämän pohjalta tavoitteiden mukaisia ohjaustoimenpiteitä ja toimeenpano on hiomon henkilökunnan tehtävänä.. Tällaisia järjestelmiä toteutettiin Pöyryn johdolla useassa hiomossa, ensimmäisenä silloisen Metsäliiton Selluloosa yhtiön Kirkniemen tehtaalla ja etäisimpänä Tasman Pulp and Paper Company Ltd–yhtiön Kaweraun tehtaalla. Tulokset olivat pääsääntöisesti positiivisia, joskin aina vaativat tehdaskohtaisten ajokäytäntöjen huomiointia.

Koko projektin henkilöresurssoinnista ja työpanoksista ei ole oikein tarkkaa käsitystä. Arvio on että hankkeeseen on merkittävällä työpanoksella osallistunut ainakin 30 henkeä. Tuo pitää silloin sisällään sekä kehittämisvaiheet että toimitusvaiheet, sekä johtamisen että tekemisen, sekä työpanokset Pöyryllä että tehtailla. Merkittävä osa työstä on ollut tarpeen silloisen tietotekniikan – kaikella kunnioituksella sen häikäisevää suorituskykyä kohtaan – kesyttämiseksi hyötykäyttöön.

Näin me tapahtuneen muistimme kesällä 2012
Hannu Manner, Professori  emeritus
Hannu Paulapuro, Professori  emeritus

 

 

8.10. Sensodec

Tapio Makkonen 15.4.2009

Juhannusaattona v.1984 klo 5:00 aamulla pysäytin auton Helsingin Kalliossa ja otin mukaan hienomekaanikon. Oltiin matkalla Kaukaan paperitehtaalle. Tehtaalla oli juhannusseisokki ja meidän piti päivän aikana tehdä mittauksia ja katsoa paikat tulevan käynninvalvontajärjestelmän antureille. Ennen tätä oli pitkä tie.

Seitsemänkymmentäluvulle saakka paperiteollisuuden keskuslaboratoriossa oli nimensä mukaisesti omistauduttu vain laboratoriossa tehtäviin mittauksiin ja analysointeihin. Selvää oli, että A4-arkeista tehtyjen näytesarjojen mittailuilla ja vertailuilla laboratoriossa ei selvinnyt, mitkä kaikki syyt paperikoneissa aiheuttivat mitäkin laatuvaihtelua. Tuli ilmeinen tarve suorittaa mittauksia paperikoneilla. Tri Nordmanin myötävaikutuksella aloin hankkia KCL:oon laitteistoa prosessimittauksia varten.

Hewlet-Packard julkisti v. 1971 ns korrelaattorin. Se oli tarkoitettu mittaussignaalien analysointiin. Sillä oli mahdollista saada analogiasignaalista amplitudijakauma, tahdistettu keskiarvo, autokorrelaatio ja kahdesta signaalista ristikorrelaatio. Taajuusspektriä ei saanut suoraan vaan se piti laskea tietokoneella autokorrelaatiosta fourier-muunnoksella. Autokorrelaatio siirrettiin reikänauhalla tietokoneelle. Korrelaattorin ominaisuudet sopivat prosessimittauksiin. Hankintarahat saatiin budjettiin ja seuraavana vuonna laite hankittiin. Perustyökalu oli nyt olemassa. Aikaisemmin oli jo hankittu ja valmistettu antureita.

Ensimmäinen mittaus tehtaalla meni pipariksi, kun korrelaattori ei toiminutkaan esitteen lupaamassa korkeassa lämpötilassa . Piti esittää parannuksia Hewlet-Packardille. Muutosten jälkeen laite toimi tehtaalla. Myöhemmin hankittiin lisälaite ns Fourier-muunnin, jonka avulla sai taajuusspektrin suoraan mittauspaikalla ilman tietokonetta. Fourier-muunnin teki laskutoimitukset sokeasti, joten aliasing-ilmiö oli mahdollinen. Aliasing tarkoittaa, että syntyy aliharmonisia taajuuksia, vaikka niitä ei todellisuudessa ole. Sitä varten piti tehdä yli- ja alipäästösuodattimet, joilla aliasing estettiin. Funktiogeneraattorin avulla varmistettiin systeemin toimivuus.

Vähitellen laitteita hankittiin lisää mm instrumenttinauhuri ja datalogger, joilla voitiin taltioida mittaussignaaleita myöhempää analysointia varten. Datalogger oli elektroniikkaa aloittelevan Nokian tuote. Suunnitteluvaiheessa Nokia pyysi mielipiteitä loggerin ominaisuuksista ja myöhemmin ehdotuksia lämpötilakestoisuuden parantamiseksi, kun ensimmäinen laite lakkoili paperitehtaan lämpötilassa.

Yli kymmenen vuoden aikana tehtiin lukuisia prosessimittauksia eri tehtailla. Ehkä eniten käyntejä oli Kaukaan paperitehtaalla. Siellä varsinkin Raimo Malkki oli innostunut selvittämään ongelmia mittauksilla. Laajimmassa mittauksessa oli nelisenkymmentä mittauspistettä. Tehtaalle tuli paljon hyödyllistä tietoa, kokemusta ja parannuksia. Vähitellen aloin aprikoida, että olisiko aiheellista tilapäinen mittausjärjestely muuttaa kiinteäksi, jolloin tehtaalla olisi jatkuvasti saatavissa hyödyllistä tietoa prosessista. Tilapäismittauksista olin saanut runsaasti kokemusta, millainen kiinteän järjestelmän tulisi olla. Tietokoneiden suorituskyky oli lisääntynyt räjähdysmäisesti, joten järjestelmä olisi mahdollista tehdä pitkälti automaattiseksi. Käyttöhenkilökunnan ei tarvitsisi syventyä “korkeampaan matematiikkaan”.

Talvella 1984 erään kerran Kaukaalla ollessa esitin varovasti, josko he olisivat kiinnostuneita hankkimaan kiinteän järjestelmän, jossa olisi samat mahdollisuudet kuin mitä tilapäismittauksissa. Asia jäi hautumaan, mutta myöhemmin tein paperilla konkreettisia ehdotuksia. Oli perustettu Sensodec-yritys, joka olisi järjestelmän toimittaja. Aluksi yrityksessä ei ollut yhtään työntekijää. Muutamien neuvottelujen jälkeen päästiin niin pitkälle, että silloinen tehtaan johtaja V. Paljakka lupasi tilauksen etumaksuineen, kun olen eronnut KCL:sta ja siirtynyt Sensodeciin. Pitihän toimittajafirmassa olla ainakin yksi työntekijä. Seuraavana päivänä ilmoitin KCL:oon erostani ja pikimmiten lopetin työt ja lähdin “kesälomalle”.

Ensimmäinen järjestelmä Sensodec-10 valmistui kutakuinkin luvatussa aikataulussa ja toimi. Se oli laatuaan ensimmäinen maailmassa. Tietysti järjestelmää parannettiin ja laajennettiin jatkuvasti ja myöhemmin myöskin käynnin valvonnasta kunnon valvontaan. Kaukaan järjestelmä oli vielä nuori, kun Valmet Paperikoneet Oy:n tj Jori Pesonen oli käymässä Kaukaalla. Hänelle oli esitelty järjestelmä. Seuraavana päivänä Pesonen soitti ja halusi neuvotteluja aiheena Sensodec-10. Valmet halusi sopimusta yksinmyyntioikeudesta . Sopimus syntyi pitkin hampain. Sensodecille jäi oikeus tehdä omaakin myyntityötä, koska oletettavasti Valmetilla ei ollut suurta halukkuutta kaupata järjestelmää muiden valmistamille paperikoneille. Aluksi kaikki meni hyvin, mutta ajan mittaan kitkaa syntyi mm rahaliikenteestä ja Valmet halusikin ostaa ja osti koko firman. Sittemmin Valmet yleensä liitti tämän järjestelmän myymiinsä paperikoneisiin.

Tietyssä vaiheessa ilmaantui kilpailua kotimaasta. Kyseinen yritys turvautui televisioon. Heillä oli henkilökohtaista tuttavuutta television toimitukseen ja saivat junailtua haastattelun. Kilpailija oli kaiketi saanut syötettyä reportterille kysymykset. Ohjelmassa annettiin ymmärtää, että Sensodecin vakoojat hiippailevat heidän nurkissaan yrittäen varastaa tiedot heidän hienoista keksinnöistä. Surkuhupaisaa. Perättömistä puheista olisi voitu lähteä raastupaankin, mutta jätettiin omaan arvoonsa. Paperikoneita eikä instrumentointia myydä tv-höpötyksellä. Kyseinen yritys ostettiin USA:han ja ostajakin ostettiin. Suomesta firma hävisi ja myös USA:sta.

8.11. Varianssikomponenttianalyysi

Jaakko Palsanen 4.3.2009

Ote kirjasta Telan Ympäri, Panu Nykänen 2005

Niilo Rytin aloitteesta Osmo Kyttälä teki TKK:n paperitekniikan laboratoriossa lisenssiaattityön, jossa selvitettiin paperiradan pintapainon hajontaa kolmen komponentin avulla; pitkittäis- ja poikittaissuuntainen hajonta sekä jäännöshajonta. Mittaukset tehtiin beta-säteilyyn perustuvalla mittarilla ja mittaustulokset käsiteltiin tietokoneella. Tulokset julkaistiin vuonna 1970. Analyysiä oli käytetty jo 50-luvulla, mutta vasta tietotekniikan kehittyminen mahdollisti analyysin tehokkaan hyödyntämisen.

Analyysin avulla pystyttiin ymmärtämään paperikoneen perälaatikon ja viiraosan toimintaa sekä kehittämään konstruktioita, vertaamaan eri konstruktioita ja optimoimaan märän pään toimintaa.

8.12. Wedge

Jaakko Palsanen 13.12.2009

Perustuu Risto Ritalan tekstiin teoksessa ”Paperin parissa vuodesta 1916 – Keskuslaboratorio 80 vuotta” (1996)

Risto Ritala: Prosessihäiriöiden analysointi – palveluita ja järjestelmämyyntiä.

KCL on jo 1970-luvulta alkaen sekä kehittänyt aktiivisesti että myös käyttänyt signaalikäsittelyn menetelmiä ja laitteita paperinvalmistuksen prosessi- ja laadunvaihteluiden analyysissä. Alku-vaiheessa analyysien kohteena olivat jaksolliset säännönmukaisesti toistuvat vaihtelut. Tapio Makkonen kehitti menetelmän palveluksi, jota tehtiin kymmenillä paperikoneilla 70- ja 80 luvuilla. Tapio Makkosen 1980-luvulla perustama yritys Sensodec Oy on toimittanut lukuisia käynnin-valvontajärjestelmiä teollisuudelle. Käynninvalvontajärjestelmien yleistyessä tilausanalyysien tarve KCL:ssä väheni 80-luvun puolivälissä. Oli kehitettävä uusia menetelmiä entisten tueksi, jotta laskussa olleet prosessianalyysien toimeksiannot saataisiin jälleen kasvuun.

Asiantuntijajärjestelmä vai ei?

1980-luvun lopulla yhden suurimmista tietojenkäsittelyn ja signaalianalyysin kiinnostuksen kohteista muodostivat asiantuntijajärjestelmät. Sen sijaan että ohjelmaa laadittaessa olisi rakennettu suoraan ratkaisualgoritmi, ohjelmalle kerrottiinkin joukko heuristisia sääntöjä, joista ohjelma pystyi johtamaan yleisen päättelymekanismin mukaan kutakin tilannetta vastaavan ratkaisun. SITRAn rahoittamassa projektissa selvitettiin vuonna 1987 asiantuntijajärjestelmän käytettävyyttä jaksollisten vaihteluiden analysoinnin tukena. Tulokset olivat niin hyviä, että päätettiin aloittaa suurempi hanke prosessianalyysin kehittämiseksi asiantuntijajärjestelmätekniikan avulla. Projektin edistyessä käytiin ajoittain kiihkeääkin keskustelua siitä, mihin suuntaan tulisis edetä: pitäisikö painottaa saiantuntijajärjestelmiä vai prosessianalyysin uusia menetelmiä. Asiantuntijajärjestelmien vaikeudet laatia ja ylläpitää suuria järjestelmiä havaittiin pian. Toisaalta kävi ilmi, että laaja tilastollinen analyysikään ei tuota hyviä tuloksia märkäosan vaihteluiden selvittämisessä. Tampereen teknillisen korkeakoulun, Valmet paperikoneet Oy:n ja IVO:n yhteistyönä oli prosessi-analyysiin kehitetty monimuuttujaista aikasarja-analyysiä. Menetelmä oli lupaava ja sen yhdis-täminen tietämyspohjaiseen tiedonhallintaan oli lopulta se suunta, johon haluttiin kulkea. Aikasarja-analyysin kaupallisia ohjelmistoja ei kuitenkaan ollut olemassa ja sellaisen laadinta projektin puitteissa olisi ollut liian suuri tehtävä. Tässä tuli avuksi TTKK:n mittaustekniikan laboratorio, jonka kautta projektin käyttöön saatiin TTKK:n kehittämä tarkoitukseen soveltuva ohjelmisto. Samalla alkoi molempia osapuolia hyödyttänyt ja edelleen hedelmällinen yhteistyö. 1980-luvun lopulla käytiin tietotekniikan alalla jatkuvaa keskustelua siitä, pitäisikö käyttää UNIX- vai VMS-käyttöjärjestelmää. Kysymys ei ollut suinkaan pelkästään tekninen, vaan valinta ratkaisisi vuosiksi eteenpäin ohjelmisto- ja laitetarjonnan laajuuden ja kustannukset. Ratkaisua ei ollut helppo tehdä, elettiinhän avoimien järjestelmien ensiaskeleiden aikaa. Valinta tehtiin UNIXin eduksi melko kevyin perustein – mitään uskomuksia vahvempaa tietoa ei ollut käytettävissä. Ratkaisu on sittemmin osoittautunut oikeaksi. Tärkeätä oli myös, että se tehtiin nopeasti: useat tutkimusryhmät käyttivät vastaavan päätöksen tekemiseen huolellisten selvitysten kautta jopa kaksi vuotta! Vuonna 1988 kehitettiin tarkoitukseen soveltuva ohjelmisto, joka sai nimekseen WEDGE akronyyminä mahtipontisesta ”Wet End Diagnostics Genius”. Varhainen nimenvalinta osoittautui hyödylliseksi: nimi on sittemmin tullut tutuksi asiakaskunnan parissa. Vuoden 1989 loppupuolella aloitettiin WEDGEllä tehdyt prosessimittauspalvelut. Ohjelmisto oli prototyyppien tapaan melko epäluotettava, mutta silti juuri ja juuri käyttökelpoinen. Heräsi ajatus, olisiko tästä kaupalliseksi tuotteeksi ja jos, niin millä sovellusalueella.

Sovelluskokemukset, hyvät asiakkaat ja kumppanit

Vuonna 1990 alkoi jatkoprojekti – tällä kertaa pääosin omalla rahoituksella – jolla oli kolme tavoitetta: parantaa ohjelmistoa ja hankkia kokemusta kahdesta laajasta tehdasanalyysistä. Sovelluskohteiksi valittiin märkäosan kemia ja sellun valkaisu. Vuonna 1990 valmistui uusi WEDGEn versio, joka oli ulkonäöltään kaupallisen ohjelman tasolla ja huomattavasti edellistä versiota stabiilimpi. Märkäosan kemian tehdasanalyysi tehtiin kesällä ja syksyllä 1990 Anjalan paperitehtaalla. Osoitettiin, että järjestelmällä voidaan tutkia tloudellisesti merkittäviä ongelmia. Tämä tehdasanalyysi on sittemmin suositun märkäosan kemian mitaus- ja analyysipalvelun prototyyppi. Keväällä 1991 tehtiin onnistunut analyysi myös Wisaforestin valkaisimolla. Sovellusprojekteissa oltiin yhteistyössä laajan joukon kanssa. Yhteistyö oli kaikilta osin epävirallista, mutta erittäin tärkeää. Avainkysymyksenä oli mittaustiedon saaminen järjestelmän käsiteltäväksi. Tiedon saatavuutta olivat parantamassa TTKK (dataloggerit), Valmet Automation (PMS) ja Ahti Pänttäjä Oy (RS-232 kytkennät automaatiojärjestelmiin). Jo vuodenvaihteessa 1989/90 tavoitteeksi oli asetettu WEDGE-järjestelmien myyminen pysyviksi tehtaille. Prosessihallinnan osaston hyvä yhteistyö Jämsänkosken tehtaan kanssa johti keväällä 1991 siihen, että Jämsänkoskelle asennettiin WEDGE. Vastaava beta-versio asennettiin Enso-Gutzeitin Tutkimuskeskukseen vuoden 1991 syksyllä. Nämä kiinteät installaatiot sekä KCL:n omat mittaus-palvelutyöntekijät olivat tärkeitä asiakaspalautteen antajia. Vuoden 1991 aikana selvitettiin järjestelmän kaupallistamista useiden automaatiotoimittajien kanssa, jolloin ilmeni, että markkinoille on lähdettävä KCL:n omin voimin. WEDGE-ohjelmisto oli kirjoitettu LISP-ohjelmistokielellä, koska sillä saatiin aikaan nopeasti prototyyppejä. Vaikka ohjelma oli saatu melko luotettavaksi ja vasteajatkin olivat kohtuullisia, järjestelmän ylläpito ja jatkokehitys kävivät yhä vaikeammiksi. Vuosien 1989-1992 aikana LISP oli ajautunut kauas ohjelmoinnin valtavirtateknologioista ja sen tekninen tuki oli häviämässä. Vuoden 1991 lopussa päätettiin Karl Holmströmin ja Ismo Penttisen näkemyksen perusteella kirjoittaa koko ohjelmisto uudelleen C++ -ohjelmointikielellä. Lopputuloksena vuoden 1992 viimeisinä kuukausina valmistui WEDGEn kaupallinen versio, joka oli stabiili, nopea, helppo laajenta ja ylläpitää. Rekisteröintiteknisistä syistä nimi muuttui samalla KCL-WEDGEksi.

Omaan yritykseen

Automaatiotoimittajien kanssa käytyjen neuvottelujen päätyttyä alettiin valmistella oman liiketoiminnan aloittamista. Koska KCL ei ollut tuolloin liikevaihtoverovelvollinen ja koska liiketoimintaa haluttiin seurata tarkasti, KCL:n silloinen toimitusjohtaja Bo Mannström päätti loppukesästä 1991, että olisi perustettava erillinen yhtiö. Yritys rekisteröitiin joulukuussa 1992 nimellä KCL Development Oy. Hallituksessa olivat Juhani Yli-Paavola (pj), Kari Ebeling ja Antti Arjas. Risto Ritala aloitti toimitusjohtajana 14.10.1992 KCL:n prosessihallinan osaston tutkimuspäällikön toimensa ohella. Tammikuusta 1993 elokuuhun 1994 oli KCL-WEDGEn koemarkkinoinnin aikaa. Järjestelmä asennettiin kahdelle koneelle Jämsänkoskelle ja Anjalaan. Vuoden 1994 keväällä todettiin, että KCL-WEDGEn liikeidea on kestävällä pohjalla. Koemarkkinoinnin aika päättyi ja KCL Development Oy:n tehtäväksi määriteltiin paitsi KCL-WEDGEn liiketoiminta myös metsäteollisuuden prosessinhallinan tutkimus. Syksyllä 1994 Kymmene Oy:n tytäryhtiö Chapelle Darblay käynnisti mittauspalvelun tukemana KCL-WEDGEn koekäytön Grand Couronnen tehtaalla ja vuodenvaihteessa syntyi kauppa. Jo pitempään oli KCL-WEDGEn kaupasta keskusteltu Kymmene Oy:n skotlantilaisen tytäryhtiön Caledonian Paperin kanssa. Myös siitä tuli myönteinen päätös helmikuussa 1995. Saksassakin KCL-WEDGE saatiin koekäyttöön. Kansainvälistyminen suomalaisen metsäteollisuuden tytäryhtiöiden kautta on näin osoittautunut lupaavaksi strategiaksi. Vuonna 1996 järjestelmä oli käytössa jo 19 paperikoneella.

8.13. Spektrianalyysi

SPEKTRIANALYYSI (Jouni Huuskonen 15.1.2013)

 

Osmo Kyttälä kehitti professori Niilo Rytille tekemässä lisensiaatin työssään yhteistyössä Wärtsilän kanssa spektrianalyysimenetelmän jaksollisten vaihtelujen selvittämiseksi paperin valmistusprosessissa. Paperin neliömassan ja paksuuden mitatusta konesuuntaisesta vaihtelusta kyetään analyysillä erottamaan säännölliset vaihtelut ja tunnistamaan niiden taajuus. Korreloimalla tätä vaihtelua paperin vesi- ja massakiertojen, paperikoneen lähestymisputkiston ja itse paperikoneen kone-elimien toimintajaksojen taajuuksiin voidaan paljastaa virtauksissa tai laitteiden toiminnassa olevia ei-haluttuja vaihteluita ja parantaa prosessin stabiilisuutta. Ensimmäisenä sovellutuksena tunnistettiin paperikoneen sihtien sykesiipien aiheuttama neliömassavaihtelu. Jylhävaara kehitti konstruktion, jolla vaihtelu vaimennettiin. Muita sovellutuksia ovat olleet paperikoneen lyhyen kierron virtausvaihtelujen syiden löytyminen ja paperikoneen telojen taipumien ja värähtelyjen tunnistaminen.
 

 

8.14. Painesihdin aiheuttama neliömassavaihtelu

Tapio Makkonen 15.4.2009

Painesihtien aiheuttamasta paperin neliömassavaihtelusta ei ollut todellista tietoa 70-luvulle tultaessa. Niinpä se oli kiusallinen tieto, kun se ilmeni uudenlaisissa prosessimittauksissa. 70-luvun alussa sain hankituksi tri Nordmanin myötävaikutuksella KCL:oon laitteistoa prosessimittauksia varten ja mittaukset aloitettiin tehtailla. Uudella ns. tahdistetun keskiarvon menetelmällä pystyttiin analysoitavasta signaalista poistamaan muu vaihtelu paitsi tahdistavan kone-elimen aiheuttama. Ilmeni heti, että lyhyen kierron painesihdit aiheuttivat melkoista paineen vaihtelua ja siten neliömassavaihtelua.

Kaukaan paperitehtaalla di Raimo Malkki oli innovatiivinen ja kiinnostunut, mitä voitaisiin tehdä Jylhävaaran valmistamien painesihtien aiheuttaman pulseerauksen vähentämiseksi. Kaukaalla oli silloisen “muodin” mukaisesti lähestymisputkiston U-muotoisen putkiston osalla kolme painesihtiä rinnakkain eri etäisyydellä perälaatikosta. Sihtien roottorissa oli kolme siipeä (foilia) ja kierrosnopeus n. 4 Hz. Mittausten mukaan kukin sihti antoi kolme pulssia kierroksella eli taajuutena 12 Hz. Sihtien kierrostaajuus oli sama. Eri etäisyyksistä huolimatta sihtien pulseeraus perälaatikossa saattoi olla ajoittain synkroonissa ja painevaihtelu suurta. Jylhävaara muutti hiukan kierrostaajuuksia, mutta oleellista parannusta ei syntynyt. Kokeilut kuusisiipisellä roottorilla eivät liioin antaneet tyydyttävää tulosta.

Jylhävaaran painesihdissä tuloputki oli sihdin kyljessä kohti roottoria. Kun siipi kulki putken suun ohi, massavirtaan syntyi painepulssi sekä ennen että jälkeen sihdin. Esitin Jylhävaaralle muutosta. Painesihdin rakennetta pitää muuttaa siten, että massavirta tulee yläpuolelta symmetrisesti, jolloin painepulsseja ei synny.

Johtaja H Gustafsson käynnisti muutosoperaation Jylhävaarassa. Ajatuksena oli, että ennen uuden sihtimallin aloitusta muutetaan ensin tehtailla jo olevat sihdit. Sovittiin, että kokeilua varten sihdin yläpuolelle tulevia muutoskappaleita tehdään eri korkuisia ja mittauksilla selvitetään koekappaleista paras. Kokeilut tehtiin tilapäisjärjestelyin ja mittaukset osoittivat, että pulseeraus pieneni murto-osaan.

Jylhävaara ja Kaukaan paperitehdas sopivat muutoksen tekemisestä pk1:n sihdeille. Paperikoneen seisokin yhteydessä Jylhävaara asensi muutoskappaleet. Tuli jännittävä vaihe mitata, oliko muutos parantanut tilannetta. Pettymys tuli. Pulseeraus oli kyllä vähentynyt, mutta ei tarpeeksi. Missä syy?

Syy löytyi. Jylhävaaran joku logistikko oli piirtänyt muutoskappaleet matalammaksi kuin koetulosten mukaan olisi pitänyt, syystä että voisi käyttää olemassa olevia kuljetuslaatikoita! Taas uudet osat ja paperikoneen seisokissa vaihto. Toivorikkaana menin Kaukaalle ja nyt mittaukset osoittivat painesihtien aiheuttaman pulseerauksen pudonneen murto-osaan entisestä. Tämän jälkeen Kaukaalla paperikoneen nopeutta voitiin nostaa n. 100m/min. Jylhävaara muutti painesihtiensä rakennetta.

Siihen aikaan optiot ja kiitokset eivät olleet muotia, mutta Jylhävaara pääsi “rellestämään” markkinoilla sihdillä, joka kävi “sukkasillaan”.

Lue myös teksti Yhtyneiden toiminnasta: Yhtyneet Paperitehtaat Oy:n Valkeakosken tutkimuskeskus (Yhtyneet)

8.15. Hierrejauhimen terilleen menon esto

Tapio Makkonen 15.4.2009

Hierrejauhimien valmistajilla oli kova kisa markkinoista 70-luvulle tultaessa. Kotimainen hierrejauhimia valmistava Jylhävaara otti yhteyttä ja halusi mittausten avulla selvittää jauhimeen liittyviä asioita. Johtaja H. Gustafssonin kanssa pohdittiin tilannetta. Hierrejauhimissa itsessään ei ollut juurikaan mitään elektronisia mittausantureita. Suunnittelin erilaisia mittausmahdollisuuksia ja niitä alettiin soveltaa troubleshooting-mittauksissa. Vaatimattoman alun jälkeen anturit ja muu laitteisto lisääntyi. Kaipolan paperitehtaalla johtaja L Tila oli myötämielinen prosessimittauksiin, ja niin Kaipolasta tuli Jylhävaaran koekenttä. Tehtiin lukuisia prosessimittauksia ja kokeiluita, joissa selvisi monia jauhatukseen liittyviä hyödyllisiä asioita ja se, mitä kiinteitä mittauksia pitäisi olla, mutta joita ei ollut.

Suunnittelin kiinteään asennukseen paketin, jossa oli aksiaalivoiman, akselin liikkeen eli terävälyksen ja kahden värähtelyn mittaukset. Todellinen aksiaalivoima saatiin mitattua kuormitusruuviin liimattujen venymävastusliuskojen kautta. Aksiaaliliike mitattiin aluksi siirtymäanturilla etummaisen laakeripesän siirtymästä runkoon nähden . Myöhemmin mittaustapaa muutettiin. Ehdotin, että akseliin sorvattaisiin lyhyt kartioalue, jolloin mittaus voitaisiin tehdä lähestymisanturilla suoraan pyörivästä akselista ilman mitään välyksiä. Muutoksesta oli toinenkin etu, kun anturi ja siihen liittyvä elektroniikka voitiin kalibroida ennen jauhimeen asentamista. Kiinteän emälevyn värähtelysignaali oli tärkeä. Kun roottoria siirrettiin manuaalisesti kevyeen hipomaan, värähtely lisääntyi nopeasti. Siitä saatiin kynnysarvo aksiaalianturin eli siis terävälyksen näytön nollaukseen. Toinen suurempi kynnysarvo antoi automatiikalle käskyn vetää terät auki, niin että ei vahingossa manuaalisesti ajeta terilleen. Värähtelyanturin signaali suureni nopeasti, jos terät ajettiin vähänkin voimakkaampaan kosketukseen. Kun tätä verrattiin normaalijauhatuksen maksimiarvoihin, löydettiin sopiva kynnysarvo, jonka ylitys antoi automatiikalle käskyn vetää terät auki. Terilleen meno ei ollut enää mahdollinen.

Siihen aikaan terilleen meno oli jopa yleinen kaikilla hierrejauhimilla. Kun näin kävi, jauhin oli pois tuotannosta ja terät piti vaihtaa. Melkoisen kallis tikki. Terilleen menon ehkäisylle Jylhävaara haki patenttia. Muilla hierrejauhinten valmistajilla ei ollut vastaavaa siihen aikaan, joten Jylhävaara sai huomattavaa markkinaetua. Lisäksi Suomeen tuli sopivasti kansainvälinen konferenssi, jossa Jylhävaara pääsi esitelmöimään ja “elämöimään” hyödyllisellä keksinnöllä.

Jauhimia meni kaupaksi, mutta lukumääräisesti ei tietenkään liukuhihnalta. Sain KCL:sta hiljaisen suostumuksen valmistaa ja myydä tätä pakettia henkilökohtaisesti, vaikka normaalisti tällainen toiminta oli kielletty. Hankin tarvittavat laitteet kotiin ja valmistin elektroniikan ja kalibroin anturit. Elektroniikkakorttien kasaamiseen hankin ulkopuolista apua. Alkuopetuksen jälkeen Jylhävaara teki itse asennuksen jauhimiin. Tätä jatkui monet vuodet , kunnes alkoi Sensodec-projekti.

8.16. Nestepaksuuden mittaus viiralla

Jaakko Palsanen 15.1.2009

Ote kirjasta Tykki taipuu paperikoneeksi, Jukka Jokinen 1988

Rautpohjan tehtaan tutkimus- ja tuotekehitystyön saavutuksia oli kaikuluotauksen soveltaminen paperintekoprosessin seuraamiseen paperikoneen märässä päässä. Mies tämän tutkimustyön takana oli tehtaan pitkäaikainen tutkimusjohtaja, professori Antti Lehtinen. Hänen spektroanalyysi- ja ultraäänitutkimusten tulokset ja kokemukset merkitsivät läpimurtoa Rautpohjan tehtaan tutkimus- ja tuotekehitystyölle paperikoneiden kehittelyssä.

Ultraäänitekniikkaan ja röntgenfluoresenssiin perustuvat mittaustavat antoivat mahdollisuuden paperikoneen märän pään tietokonesäätöön. Kun prosessin edetessä mitataan viiran päällä olevan massakerroksen paksuuden väheneminen, voidaan seurata veden poistumista, mikä on erittäin tärkeää ohjattaessa paperin valmistusprosessia. Menetelmälle on myönnetty patentti tärkeimmissä paperia valmistavissa maissa. Röntgenfluoresenssimenetelmässä viiran yläpuolelle sijoitetussa mittapäässä on sopiva suljettu isotooppi, joka herättää esim. pronssiviirassa kuparin karakteristisen röntgensäteilyn. Tämän vaimenemista massakerrokseen mitataan.

8.17. Optinen matalasakeusanturi

Tapio Makkonen 15.4.2009

Paperikoneissa oli 70-luvulla hyvin vähän mittausantureita. Troubleshooting-mittauksia varten piti asentaa tilapäisantureita. Aluksi kaupallisista tärkeimmät olivat paine- ja värähtelyanturit. Tahdistetun keskiarvosignaalin määrittämiseksi piti suunnitella tahdistusanturit pyöriviä akseleita varten. Heti ensimmäisissä troubleshooting-mittauksissa ilmeni mm lyhyen kierron painesihtien aiheuttavan huomattavaa painevaihtelua perälaatikossa ja siten myös neliömassavaihtelua. Tietenkin heräsi halu saada mitatuksi myös sakeusvaihtelua. Tuumasta toimeen, anturin kehittelyyn.

Ajatuksena oli käyttää hyväksi kuitujen kahtaistaittavuutta. Kun ohutta massavirtaa valaistaan polarisaattorin läpi ja katsotaan ristissä olevan polarisaattorin takaa, taustavalo häviää, mutta kuidut näkyvät valoisina. Alkoi sopivan litteän lasiraon kokeilu. Raon piti olla niin kapea, että kuitupitoisuuden vaihtelu erottuisi. Toisaalta rako ei saisi tukkeentua. Onneksi KCL:ssa oli lasinpuhaltaja, joten erilaisia kokeilukappaleita sai nopeasti. Rinnan lasiputken kokeilujen kanssa suunnittelin stabiilin valolähteen, optiikan valokennolle ja muun elektroniikan. Siihen aikaan pitkäikäisen ja stabiilin hehkulampun etsiminen oli työlästä. Lopulta sellainen löytyi USA:sta. Tietysti piti suunnitella myös tapa, millä anturi saadaan kalibroitua.

Erityyppiset massat antoivat erilaisen ulostulon, vaikka kuiva-ainepitoisuus litrassa olisi ollut yhtä suuri. Käytännössä massan koostumus pysyy paperikoneella samaa laatua ajettaessa kokolailla vakiona, joten piti vain kalibroida kulloinkin ajettavalle laadulle. Prosessimittauksissa se tehtiin laimentamalla massa tietyin askelin ja ajettiin etukäteen anturin läpi. Lisäksi otettiin näytteitä varsinaisen mittauksen aikana anturin läpi menneestä massasta ja samalla anturin lukemat otettiin muistiin. Näytteiden sakeus määritettiin jälkeenpäin laboratoriossa. Näin saatiin todella luotettavia tuloksia.

Onnistuneiden tehdaskokeiden jälkeen valmistettiin muutama anturi. Niitä käytettiin prosessimittauksissa ja toisaalta tehtaat lainasivat pelkkää anturia. Ajan myötä monien tehtaiden tiedossa oli matalasakeusantureiden käyttökelpoisuus. Niinpä sitten Anjalan paperitehtaalta kehitysjohtaja Markku Laaksonen pyysi anturia kokeiltavaksi pitkäksi aikaa. Sitten Laaksonen soitti ja kysyi, mistä saisi ostaa näitä antureita, hän ostaisi heti kymmenkunta. Vastasin, että KCL ei verotussyistä halua myydä, mutta voin kysyä esim. Kajaani Oy:n elektroniikkatehtaalta, josko he voisivat ottaa tämän valmistukseen ja myytäväksi. Siltä taholta tuli jyrkkä ei vaikka olin kertonut, että ainakin yksi ostaja olisi heti. Kului vuosia, mutta sitten Kajaani Oy:n elektroniikkatehtaalle tuli välttämätön tarve saada uusia tuotteita. Huhtikuussa v. 1982 sieltä tuli eräs johtaja neuvottelemaan, josko he saisivat lisenssisopimuksen koskien matalasakeusanturia. Heille pitäisi tehdä täydelliset piirustukset ym selostukset heinäkuun puoliväliin mennessä. Vastasin, että piirustukset ovat päässä, mutta kyllä ne syntyvät sen jälkeen, jos he saavat sopimuksen KCL:n johdolta. Sopimus syntyi, ja syksyllä matalasakeusanturi oli myynnissä.

8.18. Kuidunpituusanalysaattori

Tapio Makkonen 15.4.2009

Keskuslaboratorion (KCL) paperiosastolla alettiin 60-luvulla kehittää uusia mittauslaitteita. Yksi niistä oli kuidunpituusanalysaattori. Aikaisemmin kuitujen pituutta oli kyllä mitattu monellakin tapaa, mutta ne olivat hankalia, suuritöisiä ja ei kovinkaan luotettavia. Eräs tapa oli mitata kuituja suurennetusta kuvasta manuaalisesti yksitellen juoksupyörämittarin avulla. Tämäkin oli hidas ja suurien sarjojen analysointi lähes mahdotonta. Heräsi ajatus nopean ja helppokäyttöisen elektronisen mittauslaitteen kehittämiseen, jolla olisi mahdollista mitata lyhyessä ajassa tuhansia kuituja yhdestä näytteestä.

Kuinka tämä tapahtuisi? Pannaan kuidut kulkemaan yksitellen suorana mittauskennon ohi ja elektroniikka rekisteröi kunkin kuidun pituuden ja lajittelee muistiin pituuden mukaan. Helpommin sanottu kuin tehty. TKK:n professori Jauho tarjoutui laskemaan sellaisen putkisuppilon muodon, jossa kuitu imun aiheuttaman kiihtyvyyden ansiosta suoristuisi ja voitaisiin mitata. KCL:ssa oli lasinpuhaltaja , joka valmisti muutamia laskujen mukaisia suppilokapillaareja . Stroboskooppi valolähteenä valokuvaamalla selvitin, suoristuuko kuitu. Lukuisien kuvasarjojen perusteella totesin , että kuitu on niin jäykkä, että sillä tavalla ei onnistu, vaikka kuitunäytteen esikäsittelyllä yritin saada kuituja “rennommiksi“. Seuraavaksi aloin kokeilla, että pannaan kuidut juoksemaan niin ohuen kapillaarin läpi, että kuidut ovat lähes suoria. Alkoi aikamoinen kokeilu. Filmiä kului. Vähitellen selvisi sopiva kapillaarin koko ja näytesuppilon muoto. Tarpeellinen kuitujen nopeus 3 m/s saatiin sopivalla alipaineella. Alipaine taas aiheutti veteen liuenneen ilman kuplimisen. Kuplat aiheuttivat virhettä valokennossa. Kuitunäytteestä piti ensin poistaa liuennut ilma tyhjiön avulla. Kokeellisesti haettiin näytteen sopiva laimennus. Suppilossa lähelle kapillaarin alkua piti kehittää mekaanisesti vastapyörre, että kuituja ei menisi kapillaariin kiinni toisissaan. Kuvasarjoista ilmeni, että vakioimusta huolimatta pitkät kuidut kulkivat hiukan eri nopeuksilla. Sen vuoksi oli välttämätöntä mittauselektroniikka suunnitella niin, että jokaisen valokennojen ohi kulkevan kuidun nopeus mitataan ensin ja sitten pituus. Kuitu on kahtaistaittava. Se tarkoittaa, että valon polarisaatio muuttuu kuidun läpi kulkiessaan. Kapillaarin molemmin puolin ristikkäin olevilla polarisaattoreilla valolähteen taustavalo saatiin häivytettyä, mutta kuidut näkyivät valoisina. Sopivaa optiikkaa käyttäen kuidut kuvattiin valokennoille. Elektroniikka suunniteltiin siten, että tuloksena analyysistä saatiin kuidunpituusjakauma.

Mittauslaitteissa pitää olla mahdollisuus kalibrointiin. Testausta ja kalibrointia varten tarvittiin näyte, jossa olisi tietyn pituisia kuituja aluksi kolmea eri pituutta. Luonnosta ei löydy. Hankin erilaisia keinokuitunäytteitä, joista löytyi sopiva leikattavaksi. Leikkaaminen ei onnistunut saksilla. Suunnittelin tarkoitusta varten leikkurin, jolla saatiin riittävän tarkasti tasapituisia kuituja. Mikroskoopilla mitattiin pituudet ja niin pystyttiin analysaattori testaamaan ja kalibroimaan. Analysaattori oli valmis.

Analysaattorista tehtiin patenttihakemus. Kehittelyvaiheessa KCL:ssa oli eräs ranskalainen, joka sai yksityiskohtaiset tiedot analysaattorista. Hän haki myöhemmin patenttia Ranskassa. Siitä aiheutui pitkään harmia

Kehitysprojekti oli ikään kuin sivutyö, jota tein silloin kun sain aikaa keploteltua muun työn ohessa. Analysaattoria käytettiin aluksi vain vähän. Soitin Kajaani Oy:n elektroniikkatehtaalle ja kysyin, josko heitä kiinnostaisi tämä tuote. Pitkään aikaan ei kuulunut mitään. Soitin uudestaan ja he ilmoittivat tehneensä maailman laajuisen markkinatutkimuksen ja sen tulos oli ollut, että paperiteollisuudessa ei ole minkäänlaista kiinnostusta sen hankkimiseksi. Niin ollen eivät olleet kiinnostuneita.

Sittemmin elektroniikkatehtaalle tuli huonot ajat ja eräs johtaja tuli huhtikuussa v. 19982 tapaamaan ja halusi ostaa lisenssin analysaattoriin. Asialla kuului olevan kiire. Teollisen valmistuksen aloittamiseksi pitäisi olla konepiirustukset ym paperit valmiina heinäkuun puoliväliin mennessä. Lupasin, että minun puolesta paperit kyllä valmistuu, mutta sopimus on johdon asia. Kajaani Elektroniikka sai sopimuksen ja siitä tuli heti menestystuote.

Myöhemmin olin menossa IP:lle Atlantassa. Sisääntuloaulassa oli keskellä lattiaa lasivitriini. Menin katsomaan. Siellä oli kuidunpituusanalysaattori. Nuori mies tuli selostamaan: “Olemme hyvin aikaa seuraava yhtiö. Tässä on erinomainen uutuus. Olemme kokeilleet sitä ja tulemme hankkimaan sen kaikille tehtaille. Tätä valmistaa Kajaani Elektroniikka. Onko tuttu firma?” Vastasin, että on. Seuraava kysymys: “Selitänkö, miten tämä toimii, vai tunnetteko jo?” Vastasin että tunnen, kun olen sen itse kehittänyt.

8.19. Kajaani RM-tuoteperhe - Märkäosan matalasakeuksien mittalaitekehitystyö

Märkäosan matalasakeuksien mittalaitekehitystyö
(Kajaani RM – tuoteperhe)

Jouni Tornberg 11/2012

 

Kajaani Elektroniikka Oy syntyi Kajaani Oy paperitehtaan elektroniikkaosastona 1970 – luvun alussa. Yhtiön synnystä, kasvusta ja kehittymisestä kansainväliseksi toimijaksi ja prosentuaalisesti erittäin suuren vientiosuuden omaavaksi suomalaiseksi yritykseksi, on kirjoittanut mainion artikkelin Suomen Automaatioseuran julkaisuun 1980 – luvulla yhtiön toimitusjohtajana vaikuttanut Paavo Tuomi. Kajaani Oy Elektroniikka teki tuon ajan tyyliin monille toimialoille liiketoimintaa aina äänipöydistä ja taksamittareista prosessien ohjaukseen liittyviin mittalaitteisiin saakka.

Kajaani Oy:n Elektroniikkaosaston Teollisuusautomaatioryhmä liittyi osaksi Valmet konsernia ennen 80 – luvun puoliväliä. Valmet Automaation tytäryhtiö sai nimekseen Kajaani Elektroniikka Oy. Samalla liiketoiminta-ajatusta terävöitettiin ja alettiin keskittyä prosessimittalaitekehitykseen toden teolla. Samoihin aikoihin märkäosan mittaustekniikan kehitysohjelma alkoi.  Kajaani – yhtiön aikaiset muut liiketoiminnat myytiin ja alkoivat elää omaa elämäänsä muissa yhteyksissä. Niistäkin olisi kerrottavissa menestystarinoita myöhemmän ICT – boomin ajoilta. En malta olla kertomatta, että Kajaani Oy Elektroniikan toinen tukijalka prosessimittareiden rinnalla oli kassapääteliiketoiminta, josta syntyi Edacom - niminen yritys, jonka otti vetääkseen Jorma Terentjeff. Edacomin kassapääteliiketoiminnasta syntyi myöhemmin mm. Buscom, joka toimittaa tai toimitti joukkoliikenteen maksu- ja tiedonhallintajärjestelmiä. Buscom on nykyään norjalaisessa omistuksessa.

Luonnollisesti uusi omistaja Valmet halusi lisää volyymiä uudelle tehtaalleen, ja siitäkin syystä alettiin etsiä uusia tuoteideoita perinteisemmän sellutehtaan valkaisun mittaus- ja säätöjärjestelmän rinnalle. Valkaisun säätöjärjestelmä legendaarisine Cormec/Polarox - antureineen oli kyllä menestyksekäs ja kannattava, mutta sen tuottama liikevaihto oli luonnollisesti rajallinen, eikä tarjonnut riittävää kasvua uudelle omistajataholle.  Valmet konserni taas tarjosi hyvät kasvun edellytykset ymmärtämällä paperin valmistuksen tarpeita ja teknologiaa. Oman paperikonetehtaan sateenvarjon alla oli hyvä kehittää jalansijaa uusille tuotteille paperinvalmistusympäristössä.

Samoihin aikoihin ja jo 80 – luvun alkupuolella alkoi Suomen paperiteollisuudessa voimakas kasvun aika, joka jatkui itse asiassa melkein kaksi vuosikymmentä aina 2000 - luvun alkupuolelle saakka. Paperintuotanto tosin jatkoi vielä kasvuaan 2000 loppu­vuosiin saakka. Tuotannon kultakausi ajoittui vuosille 1992 – 2000, jonka jälkeen alkoi suuri rakennemuutos metsäteollisuudessamme.  Useammissakin yhteyksissä on todettu, että varsinainen innovaatio­toiminta eli kukoistuskauttaan juuri 80 – luvun loppuvuosina. Tämän tutkimus- ja kehityskauden satoa korjattiin siten pari vuosikym­mentä. Kajaani Elektroniikan märkäosan mittaustekniikan kehitysohjelma eli tutkimus­vaiheensa juuri näinä innovaatiotoiminnan huippuaikoina myös siitä syystä, että itse paperin valmistusprosessien kehitystyötä tehtiin useissa paikoissa ja projekteissa. Myös TEKES oli syntynyt noina vuosina, jonka merkityksestä innovaatiotoimintaan kerrotaan tässä artikkelissa myöhemmin.

Selluprosessin hallinnan yhteydessä hankittua sovellusosaamista haluttiin soveltaa uusille alueille. Alettiin etsiä uusia tarpeita ja sovelluskohteita, ja luonnollinen suunta oli mennä prosessissa sellutehtaalta kohti massankäsittelyä ja paperikonetta.  Rajana pidettiin kuitenkin märän massan mittausaluetta; paperin tuotantoprosessissa tämä tarkoitti sitä, että rajana oli puristin, jossa massa muuttui paperimaiseksi sakeuden noustessa jo 50%:n tuntumaan. Kuivaan paperiin emme halunneet kajota. Syynä tähän oli luonnollisesti sekin, että samassa konsernissa oleva sisaremme Valmet Automaation Tampereen yksikkö oli jo ottanut askelia siihen suuntaan, ja sitä kehitystä tuki myös kanadalaisen Sentrolin liiketoiminnan osto Valmetin huostaan. Sentrol - liiketoiminnan yhteyksiä hoitelivat tamperelaiset.

Uusi toiminnan alue oli siten luonnollisesti paperikoneen massaosasto, vesi- ja massakierrot paperikoneen märkäosalla. Uuden kehitysohjelman aluksi teimme hyvin perusteellisen selvityksen niistä tarpeista ja trendeistä, joita märkäosan alueella tapahtui. Märkäosan kemian hallinnan kehittäminen oli jo tullut muotiin varsinkin Pohjois-Amerikassa, joka siihen aikaan oli vielä paperitekniikan ja -kemian kehityksen kärjessä. Menemättä kehitysohjelman alkutahtien tarvelistaan tarkemmin, nousivat sieltä kuitenkin pinnalle mm. kemian hallinnan kanssa kytköksissä olevat ilmapitoisuus- ja varausmittaukset, zeta -potentiaali ja muutkin märkäkemian analyysit, jotka olisivat tarjonneet työkaluja märkäosan hallinnan parantamiseen. Kemian mittaukset olivat kuitenkin Kajaanin porukoille vieraita, koostuihan vanha kehittäjäkaarti pääosin elektroniikka- ja säätö­insinööreistä.

Viiraveden sakeuden ja retention säätösysteemille keskeisen tuhka- ja kokonaissakeuden mittalaitteen kehitystyö aloitettiin 1980 - luvun puolivälissä siten osana laajaa paperikoneen märkäpään, joksi sitä silloin kutsuttiin, mittaustekniikan kehitysohjelmaa. Ohjelman alullepanija oli T&K – johtaja Olavi Sundström.

Mittalaitekehityksen rinnalla oli Suomessa käynnissä useampiakin hankkeita (mm. PAMIRE), jotka tukivat mittalaitekehitystyötä sovellusrintamalla. Olavi käynnisti laajan kehitysohjelman, johon palkattiin parhaat tiedossa olevat asiantuntijat, ja suuri osa heistä tuli kaukaiseen Kajaaniin asumaan ja kehittämään uutta kansainväliset mitat täyttävää mittaustekniikkaa ja tuotteita. Henkilöistä mainittakoon Leena Paavilainen, Antti Kaunonen, Helena Kortelainen, Jouni Tornberg, Jukka Nokelainen ja Jyrki Huttunen. Tämä tutkimus- ja kehitysryhmä lisättynä jo aiemmin Kajaani Elektroniikassa työskennelleisiin tuotekehityshenkilöihin Eero Hagren, Juhani Moilanen, Keijo Lehmikangas, Arvo Rahikkala ja Olavi Sundström, oli eittämättä kansainvälisen tason osaajajoukko ja sinänsä ainutlaatuinen ilmiö noilla leveysasteilla.

Samoihin aikoihin 80 – luvun puolivälissä oli Kauppa- ja teollisuusministeriö perustanut Tekes – nimisen rahoitusorganisaation, joka tarjosi kehitysrahaa uusien liiketoimintojen ja T&K – toiminnan tukemiseen. Löysimme Tekesin ja kehitystuet ensimmäisten yritysten joukossa. Ideoimme ja suunnittelimme Olavi Sundströmin johdolla kehitysohjelman nimeltä ”Optinen massatutkimus”, joka oli osin peitenimi uusien märkäosan mittausten kehitysohjelmalle. Tuon peitenimen sisällä oli meillä kuitenkin otsikko ”Sovelluskohtaisten erikoissakeusmittausten kehittäminen”, joka paremmin kuvasi todellisia tavoitteitamme. Toki Tekes tiesi ohjelman sisällön tarkastikin, mutta kilpailijat eivät, eikä varmaan meidän myyntimiehetkään. Tämä olikin usein jopa eduksi, jotta saimme uusille huimille suunnitelmille tutkimusrauhaa.  Tekesin Kari Tilli ja Bror Salmelin vierailivat Kajaanissa katsastamassa kehitysympäristö­jämme tutkijatapaamisineen ja olivat näkemäänsä ja kokemaansa sekä yllättyneitä että erittäin tyytyväisiä. Täytyy muistaa, että Tekes oli tuolloin vielä kapaloiässä ja kaipasi hyviä kokemuksia ja toimintatapoja myös oman organisaation ja rahoitusmallien kehittämisen tueksi.

Optinen massatutkimus oli kyllä hyvin lähellä soveltavaa perustutkimusta. Hankkeeseen kuului projekteja optisten menetelmien lisäksi myös ultraäänitekniikoista, NMR – tekniikoista ja myös mikroaaltotekniikoista. Optisten tutkimusaiheiden kirjo oli myös suuri aina fluoresenssista ja UV - alueen mittauksista NIR – mittauksiin asti. Teimme hankkeessa paljon kartoitusta myös kansainvälisistä kumppanuussuhteista jo kehitettyjen mittausmenetelmäaihioiden löytämiseksi osaksi osaamispalettiamme. Meillä oli yhteisiä projekteja eurooppalaisten tahojen lisäksi USA:han ja jopa Australiaan saakka. Myöhemmissä tarkasteluissa tätä kirjoa on kyllä pidetty liian laajana, mitä se kieltämättä sen kokoiselle yritykselle olikin.

Tekes myönsi avustusta hankkeelle noin miljoona markkaa. Se oli iso raha tuolloin ja takasi työrauhan uusien mittausideoiden tutkimiselle. Sain tämän hankkeen projektipäällikön pestin jo tutkimuksen suunnittelu ja ideointivaiheessa. Oma taustani oli ultraäänitekniikoissa, olin työskennellyt Oulun yliopiston professorin Matti Karraksen tutkimusryhmässä aikaisemmin, ja olimme kehitelleet virtausmittauksia paperikoneen märkäosan putkistoille Valmet Oy Paperikoneiden kanssa. Yhteistyö paperikoneen perälaatikon kehittäjien kanssa oli hyvä tausta tälle märkäosan mittausten kehitysohjelmalle, kun sovellusalueena oli jo entuudestaan tuttu ympäristö. Paperikoneryhmä auttoi meitä myös asioiden pohdinnassa.

Retention hallinnan kaipaaman mittaustekniikan kehittäminen aloitettiin laajalla perusteiden selvittämisellä optisista ominaisuuksista. Näihin kuuluivat valon transmissio-, sironta-, polarisaatio- ja taitekerrointekniikat. Polarisaatiotekniikka yhdistettynä valon vaimenemiseen (absorptioon ja ekstinktioon) oli jo alkuvaiheessa potentiaalisin tekniikka, olihan meillä jo valmiina LC-100 matalasakeusmittalaite, jonka ideointi ja kehitysvaiheista Tapio Makkonen on kirjoittanut tämän foorumin toisessa kirjoituksessa. LC-100 anturi oli toimiva perälaatikkosakeuksissa mitaten paperimassa kokonaissakeuksia aina 1.5 % saakka. Lajikohtaista eroavuutta tuloksissa oli, ja se tarjosikin mahdollisuuksia erottaa täyteaineet kuitusakeudesta, joka on retentiosovelluksen ehto, kun retention säädössä käytetään viiraveden täyteainepitoisuusmittausta (tuhkamittausta). Teimme laajan tutkimuksen polarisaatio ja vaimennuskäyttäytymisestä eri massatyypeillä ja eri täyteainelaaduilla.

Tutkimusten ollessa jo aika pitkällä, mutta tutkimusprojektin vielä ollessa käynnissä, sattui kyvykäs myyntimiehemme Pentti Keränen tapaamaan Veitsiluodon Seppo Elijoen. Elijoki oli muutaman aktiivisen paperitekijän kanssa todennäköisesti keksinyt tämän innovaation, eli viiraveden merkityksen retention säädölle.  Osittain tämän oivalluksen seurausta oli mm. edellä mainittu PAMIRE projekti. Tästä on myös kuvausta ”Viiraveden sakeuden ja retention säätösysteemi” - jutussa toisaalla. Pentti kysyi Keijo Lehmikankaalta ja minulta, onko meillä toisiaan tuollainen mittalaite melkein valmiina. Me hiukan varovasti vastasimme, että kyllähän meillä sen kehittämiselle hyviä tuloksia on. Pentti siihen, että ”hyvä, olen myynyt mittalaitteen Veitsiluotoon.” Pentti oli kyllä ottanut asiasta selvää ja kysynyt Keijolta aikaisemmin, mitä me olimme innolla puuhailleet toista vuotta. No, ei siinä mikään muu auttanut, kun tehdä tehdaskoelaite Veitsiluodon pilotasennusta varten, vaikka ehkä olisimme halunneet tehdä tutkimusprojektin ensin loppuun. Lopulta parempi näin, tilasimme Keijon kanssa osat laitteeseen tai oikeammin kahteen. Kuului muutama viikko, ja toimitusjohtajamme Paavo Tuomi tuli pitkin askelin huoneeseeni ja kysyi, mitä tavaraa olin ostanut yli sadalla tuhannella markalla. ”Ostin Vetsiluodon retentiomittarin osat”, sanoin. ”Hyvä juttu,” Paavo sanoi ja riensi yhtä vetävin askelin takasin omin askareihinsa.

Laite tehtiin, ja tulokset tehtaalta olivat lupaavia. Tuote ristittiin RM-200 tuotenimellä retention mittaussovelluksen mukaan. Sovelluskehitysryhmästä Veitsiluodon testejä ja kehitystä hoiteli Helena Kortelainen. Hänellä oli kemian tekniikan tausta Lappeenrannan teknillisestä korkeakoulusta. Kemian osaaminen oli ollut puute tutkimusryhmässämme; sitä paikkamaan palkattiin Helena ja hiukan myöhemmin myös Jukka Nokelainen samasta korkeakoulusta. Mittalaitekehitystyön rinnalla kiinteästi tehty sovelluskehitystyö oli oleellisen tärkeä osa menestystarinaamme, ja todellisuudessa vain sen kautta näistä mittalaiteinnovaatioista saatiin kaupallisesti menestyksellisiä tuotekonsepteja ja palveluja.

Myöhemmin asiaa ja hankkeen vaiheistuksia analysoimalla kävi ilmeiseksi, että oli erittäin tärkeää päästä pilotlaitteen kanssa tehtaalle. Aika usein tutkimukset jäävät kuoleman kuoppaan tutkimusten päättyessä, jos seuraavan vaiheen ja tuotteistuksen rahoitusta ja kumppaneita ei löydy. Kaupat on paras kannustin tehdä valmista! Menestyksekkäiden innovaatioiden syntyprosesseissa on hyvin usein merkittävänä tekijänä ollut aikainen kumppanuus pilotasiakkaan kanssa.

Tuoteperheestä on nyt markkinoilla jo viides sukupolvi. Laitteita on toimitettu reilusti yli kaksi tuhatta kappaletta ympäri maailman yli kahdenkymmenen vuoden aikana, uusimat Metso RM-3, Metso WEM ja Metso LC tuotenimillä. Uusia sovelluksia kehitetylle tekniikalle löytyy yhä ja niitä kehitetään aktiivisesti niin Metsolla kuin maailman laajuisesti muidenkin analysaattoritoimittajien tahoilla. Niinpä voidaan sanoa, että yhdestä pienestä kehitystyön tuloksesta Suomen Kainuussa on saanut alkunsa maailmanlaajuinen osaamisala - aktiivinen on-line prosessimittauksiin perustuva märkäosan hallinta.

Mainittakoon vielä lopuksi, että projektin ”Sovelluskohtaisten erikoissakeusmittausten kehittäminen” perua on myös 1980 -luvun lopulla aloitettu mikroaaltotekniikkaan perustuva MC – sakeusmittalaitekehitys. Perustimme Ouluun mikroaaltomittaustekniikkaa kehittävän kehitysyksikön v. 1987, jonka vetäjäksi palkkasimme Pekka Jakkulan. MC tuoteperhe sekin nousi maailman maineeseen. Muita tutkimushankkeesta alkunsa saaneita tuotteita olivat mm. kappamittari (nykyisin Metso Kappa Q) ja myöhemmin Conrex Automation Oy:n kaupallistama Sonica - ilmapitoisuusmittari.

8.20. Viiraveden sakeuden ja retention säätösysteemi

Viiraveden sakeuden ja retention säätösysteemi

(Kirjoittaneet: Esko Kukkamäki, Timo Rantala, ja Jukka Nokelainen)

 

Jo pitkään paperimiesten tiedossa ollut prosessiyhteys paperikoneen viiraveden sakeuden vuorovaikutteisuudesta viiraosan toimintaan ja sitä kautta viiraretentioon aineellistettiin ensimmäisen kerran säätöalgoritmiksi Kemin Veitsiluodon tehtaalla hienopaperikone 2:lla 1988. Ratkaisun säätöpiirissä viiraveden sakeuden asetusarvoa verrataan on-line mitattuun sakeuteen ja ohjataan, tyypillisesti lyhyeen kiertoon annosteltavaa, retentiokemikaalin virtausta. Mahdollisimman tasainen viiraveden sakeus tasaa ensisijaisesti lyhyen kierron sakeuksia tasoittaen niin kone- kuin poikkisuuntaista vaihtelua koneella kuin useisiin viiravedestä peräisin olevia kiertoja. Tuloksena on usein paperintuotannontehokkuuden paraneminen sekä monen laatusuureen tasoittuminen antaen mahdollisuuden prosessin optimointeihin.

Retention säädön mahdollisuuksia tutkittiin systemaattisesti PAMIRE-projektissa, 1988 -1990. Ensimmäisessä vaiheessa projektissa muodostettiin kuva aiheesta perustuen kirjallisiin julkaisuihin, sekä kerättiin ja analysoitiin tietoa tuotankoneilta. Kerätyn tiedon avulla  mallinnettiin ja simuloitiin prosessia osoittaen paperinvalmistuksen märkäosan toimintaan sisältyviä monia vuorovaikutuksia ja niihin vaikuttamismahdollisuuksia.  Muodostettiin ns.  kokonaissäätöjärjestelmä, jossa retentiota hallittaisiin säätämällä erikseen perälaatikon ja viiraveden sakeuksia niin että märän pään sakeussäädöt olisivat alisäätiminä kuivan pään säädöille.  Seuraavaksi projektissa testattiin käytännössä erilaisia tapoja toteuttaa osia kokonaissäätöjärjestelmästä ja säätää retentiota TKK:n WET-koeprosessissa. Tehokkaimmaksi tavaksi hallita retentiota osoittautui viiraveden kokonaissakeuden säätö. Se oli myös toteutukseltaan yksinkertaisin säätösysteemi kaikista testatuista. Ja jälleen kerran yksinkertainen ratkaisu osoittautui erittäin toimivaksi.     

Ratkaisun ensimmäisen käyttöönoton jälkeen sitä alettiin kehittää voimakkaasti 1990-luvun alusta alkaen kohdekoneina Kankaan PK 2 ja PK 4 sekä Äänekosken paperi ja kartonkikoneet. Tulokset olivat erinomaisia. Tosin kuten niin usein, ko. säädön suorituskyvylle nähtiin myös merkittävää parannuspotentiaalia. Systemaattista tutkimusta jatkettiinkin ensimmäisen PAPPIS- projektin, 1992 -1994, puitteissa. Nyt mukaan otettiin lajinvaihdot, konemassan ja perälaatikon tuhkan säädöt,  mutta ennenkaikkea prosessin monimuuttujaluonne. PAPPIS-projekteissa innovaation perusteet tuotteistettiin käytännön olosuhteissa Jämsänkosken tehtaiden PK5 ja PK6 koneilla lopulta kehittäen sekä PID- että monimuuttujasäätöihin perustuvat säätötuotteet.  Jämsänkosken PK6:lla otettiin käyttöön ensimmäinen erittäin kehittynyt malliprediktiivinen monimuuttujasäätö, joka kytki yhteen märän ja kuivan pään säädöt. Säätö huomioi prosessin voimakkaat ristikkäisvaikutukset ja laski optimaaliset ohjausliikkeet, joilla kuivan pään suureet pidetään mahdollisimman tasaisina joka tilanteessa. Tuloksena kuivan pään laatusuureiden vaihtelu pieneni edelleen merkittävästi.     

Yksinkertaisesta viiraveden sakeuden säädöstä on tullut paperiteollisuudessa laajalti käytetty ratkaisu soveltuen tehokkaasti niin eri paperi- kuin kartonkilajeille. Toteutuksia on useita satoja kaikilla maailman paperintuotantoalueilla ja sitä toimittavat nykyisin eritasoisina sovelluksina kaikki paperinvalmistusautomaatioratkaisujen tuottajat.

Huomattavaa on, että em. kehitystyön ohessa, tai paremminkin juuri sitä varten tutkittiin useita märkäosan mittaustekniikoita. Osa tutkituista tekniikoista tuotteistettiin niin, että niillä Metso Automation (ent. Kajaani Elektroniikka Oy) on luonut merkittävää maailman laajuista liiketoimintaa. Esimerkiksi ensimmäisenä jo 1990-luvun vaihteessa tuotteistettua kokonais- ja tuhkaretention on-line mittaavaa tuotetta on nykyisin toimitettu reilusti yli 1200 kappaletta (kolme sukupolvea) luoden useiden kymmenien miljoonien  liikevaihdon.

Innovaation keskeisinä henkilöinä mainittakoon alullepanevana ideoijana Kemissä Seppo Elijoki, ratkaisun keskeiset tutkijat professori Heikki Koivon johdolla TTKK:lla Timo Rantala ja Pasi Tarhonen, TKK:lla Erkki Saharinen ja Timo Laitinen, sekä kohdetehtailla aktiivisina asiantuntijoina ja käytäntöön jalkauttajina Petri Vakkilainen (Kankaan tehtaat), Mikko Vuori, Kalle Luomi ja Esko Kukkamäki (Jämsänkosken tehtaat).  Säätösysteemille keskeisen viiraveden ja perälaatikkomassan on-line sakeusmittalaitteen alullepanijoita ja kehittäjiä Valmet Automationilla olivat mm. Olavi Sundström, Taisto Huhtelin, Jouni Tornberg, Jyrki Huttunen, Keijo Lehmikangas, Helena Kortelainen ja Jukka Nokelainen.

8.21. Paperin valmistusprosessin kalsiumkemian ja pH:n hallinta ja mallitus

4.4.2009 Heikki Pakarinen, Esko Kukkamäki

Lievästi happaman (pH 6-6,5) paperiprosessin kalsiumkemian hallinta hiilidioksidilla (Kaipolan PK 7)

Kaipolan PK 7 aloitti 1989 sanomalehti- ja puhelinluettelopaperin (TD) valmistuksen käyttäen raaka-aineinaan siistattua kierrätyskuitua (RCF) ja kuumahierrettä (TMP). Perinteisesti suomalaiset painopaperikoneet operoivat happamissa (pH 5-6) olosuhteissa -90 luvulla, koska toiminnalliset kemikaalit (retentiosysteemi, valkaisu, biosidit ym.) oli kehitetty sen mukaisiksi. RCF:n mineraali-komponentti kuitenkin sisältää kalsiumkarbonaattia (CaCO3), joten RCF- massa on alkalista (pH 8). Ennen paperikoneelle annostelua se hapotettiin rikkihapolla, jolloin CaCO3 liukeni lähes täysin.

1990- luvun mittaan CaCO3:n osuus RCF:ssä lisääntyi ja liuenneen kalsiumin määrä prosessin kiertovesissä nousi vähitellen 140- 250 mg/l tasolle, vaikka raakavesi on pehmeää (10-20 mg/l). Paperikoneella alkoi ilmetä ajoittaisia vaikeuksia: katkoja, radan tarttumista puristimen keskitelalle ja likasaostumia. Saostumat sisälsivät erilaisia hydrofobisia komponentteja (pihkaa, latekseja ja keräyspapereista peräisin olevia liima-aineita). Nämä komponentit tulevat prosessiin anionisesti varautuneina kolloidikokoisina hiukkasina. Näitten partikkelien elektrostaattinen stabiliteetti kuitenkin häiriintyy DLVO- teorian mukaisesti, kun Ca- ioni esiintyy suurissa pitoisuuksissa. Divalenttiset kationit eliminoivat näitten anionisesti varautuneitten partikkelien ympärillä olevan sähköisen kaksoiskerroksen, jolloin partikkelit voivat koaguloitua ja saostua.

PK 7:llä vähennettiin happamuutta n. pH 6:een, mutta ditioniittivalkaisu ja biotoiminta aiheuttivat vaihtelua happamuudessa ja siten myös kalsiumpitoisuudessa. Kalsiumkarbonaattiongelmaa alettiin lähestyä peruskemiasta käsin. Paperikoneen prosessivesi on kyllästynyt kalsium- ja karbonaatti-ioneilla (CaCO3 = Ca + CO3 ). Kalsiumkarbonaatin liukoisuus riippuu kalsium ja karbonaatti-ionien konsentraatiosta (K = [Ca][CO3]; K on liukoisuustulo). Kemistit käyttävät usein ns. yhteisen ionin periaatetta manipuloidessaan jonkun niukkaliukoisen suolan saostumista. Tässä tapauksessa lisäämällä veteen CO3- ioneja, saadaan CaCO3 saostumaan ja Ca- ionien määrä vähenemään (K = [Ca][CO3 + CO3lisä]). Koska PK 7:llä haluttiin pysyä happamassa prosessissa, niin NaHCO3-suolan käyttö ionimanipulointiin ei kuitenkaan tällä kertaa tullut kysymykseen.

Tiedettiin, että sellutehtailla jo -80 luvulla oli massan pesussa käytetty CO2 kaasua hapotukseen (pH10>pH6) ja että CO2:n dissosiaatiovakio on juuri lievästi happamalla alueella pH 6,3. CO2:n liukenemista ja vaikutusta RCF:n kalsiumkarbonaatin liukenemiseen tutkittiin laboratorio-mittakaavassa paineistetulla mikserillä. Tulokset olivat sen verran hyviä, että vuoden 1998 alussa tehtiin päätös rakentaa kiinteät CO2:n annostelulaitteet Kaipolaan ja paperinvalmistaja UPM ja kaasuntoimittaja AGA tekivät tästä paperinvalmistuksessa täysin uudesta sovellutuksesta yhteisen maailmanlaajuisen patenttihakemuksen.

RCF- massa hapotettiin CO2 8 kg /tn pH 8:sta pH 6,3:een ja rikkihapon käyttö lopetettiin koko tehtaalta. Tulokset paperinvalmistukseen olivat positiivisia. Liuennut kalsium vakiintui tasolle 30-40 mg/l, eli aikaisempaa huomattavasti matalammaksi. Paperikoneen pH-taso oli hyvin stabiilisti 7,1-7,3 sillä CO2 muuttuu osaksi vetykarbonaatiksi (HCO3), joka puskuroi valkaisun, mikrobitoiminnan aiheuttamat ym. happohyökkäykset. RCF:n saanto nousi yhden prosenttiyksikön lisääntyneen CaCO3-määrän myötä. Viira- ja puristinosalla oli vähemmän saostumia ja vähemmän pH:n ja Ca- kovuuden vaihteluihin liittyviä ratakatkoja. Viiraveden sameus ja anioninen kuorma nousivat, mutta kolloidinen materiaali oli nyt hyvin stabiloitu, eikä niistä aiheutunut mitään ongelmia.

Keskeisiä henkilöitä tässä kehitystyössä olivat UPM:ltä: PK 7:n osastonjohtaja DI Erkki Puru, Valkeakosken tutkimuskeskuksen DI Heikki Pakarinen ja ins. Heli Virtanen, PK 7:n tuotantopäällikkö DI Olli-Pekka Peltola ja TKS- päällikkö FM Esko Kukkamäki. Kaasuntoimittaja AGA:n puolelta: DI Hannu Leino ja DI Johanna Ylikoski.

Spin-offeja Kaipolan PK 7:n ratkaisusta: Kalsiumkemian mallinnus ja hallinta

Kaipolan PK 7:llä menestyksellisesti toteutettu kalsiumioni-pitoisuuden ja pH:n vaihtelujen hallinta herätti huomiota -90 luvun lopulla UPM-Kymmenen piirissä sekä yhtiön ulkopuolellakin, sillä useilla konelinjoilla oli suunnitelmia siirtyä käyttämään kustannustehokkaita CaCO3-pigmenttejä. Paperilajit ja raaka-aineet olivat niillä hyvinkin erilaisia, joten PK 7:llä sovellettu CO2-kaasun syöttö ei ollut sellaisenaan aina paras ratkaisu.

Esim. hienopaperikoneet, jotka käyttävät sellua ja kalsiumkarbonaattia raaka-aineenaan, operoivat emäksisellä alueella (pH 8,2-8,7). Kuitenkin, etenkin päällystetyn hylyn linjoissa, voi esiintyä mikrobitoimintaa, joka laskee pH:n jopa 6,5:een. Tällaiset ”happohyökkäykset” liuottavat CaCO3::ia, mutta kun massa tulee prosessin emäksisiin olosuhteisiin, liuennut kalsium saostuu hallitsemattomasti taas kalsiumkarbonaatiksi (scaling). Ongelmaa voidaan hallita syöttämällä prosessiin ylimäärä HCO3-ioneja, jotka puskuroivat pH:n 8,3:een. Natriumbikarbonaattijauheen manuaalinen annostelu prosessin kosteissa olosuhteissa osoittautui hankalaksi. Siksi kehitetttiin kaasuntoimittaja AGA:n kanssa mm. ratkaisu, joissa NaOH syötettiin hylkymassapumpun imupuolelle ja CO2-kaasu painepuolelle stökiömetrisessä suhteessa.

Vielä hallitummin natriumbikarbonaatin valmistus onnistui AGA:n kehittämällä ns. ACU-laitteistolla, jossa CO2-kaasu johdetaan laimeaan NaOH- liuokseen. Jos prosessi operoi alemmassa pH:ssa kuin 8,3, kun esim. halutaan välttää mekaanisen massan tummumista, Syötetään CO2 epästökiömetrisessä suhteessa ACU- laitteistoon. Tämä osoittautui toimivaksi ratkaisuksi useimmille mekaanista massaa käyttävillä paperikoneille. Kuitenkin ditioniittivalkaisua käyttävä massaosasto yhdistettynä neutraaliin paperikoneeseen osoittautui hyvin haastavaksi yhdistelmäksi verrattuna peroksidivalkaisua käyttävään neutraaliin paperikoneeseen, kun CaCO3:ia käytetään raaka-aineena.

Keskeisiä henkilöitä näissä sovellutuksissa olivat AGA:lta DI Hannu Leino ja UPM-Kymmenen Tutkimuskeskuksesta DI Heikki Pakarinen, DI Anna Kalliola, DI Corinne Le Ny ja FM Esko Kukkamäki sekä useat eri tehtaiden tuotanto- ja kehityshenkilöt.

1999 Tekesin rahoittamassa Cactus- yhteisprojektissa mallitettiin ensimmäisen kerran CaCO3:n liuotusta rikkihapolla kemian teollisuudessa käytetyllä Chemsheet ohjelmalla. Ohjelma perustuu faktaan että kaikki kemialliset systeemit pyrkivät termodynaamiseen energiaminimiin, joka määrää systeemin pH:n ja liuenneet ionit. Ohjelmaa laajennettiin UPM:n toimesta tehdyillä tutkimuksilla sisältämään mm. erilaiset kuidut. Kuitujen ioninsitomiskapasiteetti riippuu sen sisältämien happoryhmien määrästä ja systeemin pH:sta (happoryhmien dissosioitumisesta). Chemsheet- ohjelma osoittautui erinomaiseksi työkaluksi simuloitaessa eri paperikoneitten siirtymistä happamasta neutraaliin eli neutraalikonversioita. Sittemmin se liitettiin Balas- simulointiohjelmaan, jota sovellettiin mm. paperitehtaiden vesikiertojen sulkemisselvityksissä.

Chemsheet ohjelman kehityksessä oli keskeinen henkilö TT Pertti Koukkari, VTT Prosessit. UPM-Kymmenen Valkeakosken tutkimuskeskuksesta kehitystyössä mukana olivat DI Heikki Pakarinen, DI Anna Kalliola, DI Katja Viitikko.

8.22. Ambertec pohjanmuodostusmittari

Jukka Terho

Antero Kompan johtama Ambertec Oy kehitti 1990-luvun alussa beta mittaukseen perustuvan arkin pohjanmuodostuksen mittausmenetelmän. Tämä eroaa aikaisemmin käytössä olleista valon läpäisyyn perustuvista mittareista. Menetelmä on tänä päivänä maailmanlaajuisesti yleisessä käytössä paperiteollisuudessa.

Ambertec on kehittänyt myös muita mittauslaitteita kuten ilmanläpäisevyysmittarin, kuituorientaatiomittarin sekä massan sisältämien tahmojen määrän mittauslaitteen.

8.23. Ulma vianilmaisin

Jaakko Palsanen 2.2.2009

Ote kirjasta Telan ympäri, Panu Nykänen 2005

1960-luvulla aloitti toimintansa Peder Uljensin ja Pentti Mannosen yritys Ulmaelektro Ky, joka laajentui osakeyhtiöksi Veikko Ilmastin liittyessä joukkoon.

Eräissä paperilajeissa reiät paperissa aiheuttivat suuria vaikeuksia joko paperin edelleen prosessoinnissa tai lopputuotteessa. Tälläisia lajeja ovat esimerkiksi sähkötekniset paperit, reikäkorttikartonki ja teräpäällystyksen pohjapaperi. Reiät saatettiin havaita joko visuaalisella tarkastelulla tai sähkömekaanisilla laitteilla. Tervakoski Oy:n teknillinen johtaja Yrjö Vaskio kertoi Veikko Ilmastille kondensaattoripaperin vianilmaisun vaikeuksista. Ulmaelektro Oy kehitti muutaman kuukauden kuluessa halutun vianilmaisulaitteiston.

Laitteessa paperiradan toiselle puolelle sijoitettujen infrapunalamppujen lähettämä valo kohdistui paperiradan läpäistyään valotransistoreihin, joiden antama jännite vahvistettiin käsittelyä varten. Reiän koko voitiin määrätä mittaamalla havaitun muutoksen kestoaika. Aikaisempiin laitteistoihin verrattuna Ulmalla oli tarkempi reiän koon mittatarkkuus ja se oli paperirataa koskettamaton menetelmä eikä siinä ollut liikkuvia komponentteja. Laitteisto oli analooginen ja vikojen rekisteröintiin käytettiin laskureita ja vasarapiirturia.

Valomittaukseen perustuvalla menettelyllä paperiradasta voitiin erottaa reikien lisäksi tummat kohdat ja ohenemat. Ensimmäinen laitteisto otettiin käyttöön vuonna 1970 Tervakoskella. Kun ensimmäisiä paperieriä ajettiin laitteiston läpi, ilmaisimet osoittivat yllättäen löytäneensä lähes 10 000 reikää. Tervakoski reklamoi laitteen toimivan virheellisesti. Tämä virhemäärä piti tehtaan johdon hämmästykseksi täysin paikkansa, kun rulla tarkastettiin käsin.

Tervakosken jälkeen Haarlan Paperitehdas Oy hankki Ulma reiänilmaisimen arkkileikkurille ja tämän jälkeen laite löysi runsaasti käyttöä erityisesti LWC pohjapaperikoneilla. Ulmasta tuli vianilmaisun standardi maailman paperiteollisuudessa.

Ulma laitteiston kysynnän ylittäessä nopeasti pienyrityksen resurssit yritys myytiin 1972 Oy Strömberg Ab:lle. Strömberg jatkoi laitteiston kehitystyötä liittämällä sen tietokoneperustaisiin analyysi- ja automaatiojärjestelmiin. ABB:n omistukseen siirtymisen jälkeen kehitystyö jatkui ja erityisesti CCD-kennojen käyttöönotto ja tiedon käsittely reaaliaikaisesti digitaalimuodossa mahdollisti vikojen kuvaamisen ja analysoinnin.

8.24. Roibox-anturit

Pohjois-Savon ICT-yritysten toimintaympäristö, Jari Jääskeläinen, Paula Savolainen 2002,

ISBN 952-5188-36-1

 

Kuopion yliopiston fysiikan apulaisprofessori Pertti Puumalainen perusti 1977 Puumalaisen Tutkimuslaitos Oy:n Kuopioon. Siellä kehitettiin useita tuoteideoita, joista ei vielä syntynyt liiketoimintaa. Yritykselle haettiin lisää pääomaa ja 1984 perustettiin pääosin alueellisessa omistuksessa ollut Roibox Oy. Se lähti markkinoille 80-luvun puolivälin jälkeen kehitetyllä paperiradan vianilmaisinlaitteella, mutta pienen suomalaisen yrityksen oli vaikea saada ulkomaisten asiakkaiden uskottavuutta. Alkuvaiheen ongelmien aikana muutamia henkilöitä siirtyi yrityksestä pois ja perusti uuden automaatioalan yrityksen Kuopioon.

 

Amerikkalainen Measurex osti Roiboxin vuonna 1993, mikä paransi ratkaisevasti ulkomaisia markkinointikanavia, antoi uskottavuutta yritykselle, helpotti tuotekehityksen rahoitusta ja johti yrityksen nopeaan ja kannattavaan kasvuun. Yritys suuntautui voimakkaasti vientiin ja lähes koko tuotanto myytiin ulkomaille. 1997 Honeywell osti Measurexin, minkä jälkeen Kuopion ja Varkauden suurimmat automaatioyksiköt kuuluivat samaan konserniin. Kuopion yksikön tuotanto siirrettiin vuosien 1999-2000 aikana Varkauteen mm. logististen etujen ja kustannussäästöjen vuoksi. Kuopioon jäi noin 10 henkilön tuotekehitysyksikkö. Measurexin liiketoiminta (vianilmaisin) myytiin Cognex Oy:lle.

 

Puumalaisen tutkimuslaitoksen ja Roiboxin tuotteita paperiteollisuudelle on ollut vianilmaisimien lisäksi mm. röntgensäteilyyn perustuva päällystemäärän mittaus.

 

Reijo Kuusela antoi seuraavat vinkit, jotka liittyvät Roiboxissa tehtyihin innovaatioihin:

Väitöskirja, Kuopion Yliopisto, Reijo Kuusela, 1990: Infrared moisture measurement of paper, board and pulp   
Väitöskirja, Lappeenrannan teknillinen korkeakoulu, Pertti Puumalainen, 1993: Paperin laadun ja siihen valmistusprosessissa vaikuttavien tekijöiden on-line mittaukset

Lisäksi Puumalaisen nimissä olevat patentit (varsinkin elektronipolymerisaattori, tietokonetomografi, kaasujen puhdistus ym.)

8.25. Kamerapohjainen vianilmaisin

Jukka Terho

Pentti Puumalaisen tutkimuslaitos kehitti 1980-luvun puolivälin jälkeen Roibox vianilmaisimen, joka perustui kameroiden käyttöön. Tuotteesta tuli menestys 1990-luvun alussa. Roiboxin omistus siirtyi myöhemmin Measurexille je sieltä edelleen yrityskaupassa Honeywellille.

8.26. Hilcont kameravalvonta

Jukka Terho, Kimmo Jokinen

Paperi- ja päällystyskoneiden katkojen syiden selvittämiseksi kehitti keskisuomalainen Hildeco Oy Hilcont-kamerajärjestelmän, jolla voitiin paikantaa ratakatkon paikka ja analysoida katkon syitä. Järjestelmästä tuli suuri menestys. Yritys siirtyi myöhemmin Honeywellin omistukseen. Tuotetta myydään edelleen Honeywell ProWeb-tuotemerkillä.

Ensimmäisen sukupolven Hilcont-järjestelmät perustuivat S-VHS -nauhureiden käyttöön. Tuotemerkkinä oli Hilcont-500. Yhdelle nauhurille vietiin kamerakuvat nelikkokuvana, eli yksittäisen kameran resoluutio ei ollut järin suuri.

PC-suorituskyvyn lisääntyessä Hildeco kehitti yhdessä VTT:n kanssa digitaalisen tallennuskortin, jonka rengasmuistiin oli mahdollista tallettaa minuutista kahteen videota. Kuvanlaatu parani dramaattisesti kameroiden yksittäistallennuksen myötä, ja samoin järjestelmän käytettävyys, kun nauhoja ei enää tarvinnut kelailla haluttuihin kohtiin. Tuotemerkkinä oli Hilcont-500D. Järjestelmän yhteyteen kehitettiin myös tietokanta, joka kantoi nimeä Break Expert Database. Tietokannan käyttöliittymässä hakutulokset annettiin visuaalisesti, still-kuvina aikaisemmin tapahtuneista katkoista.

Kolmannen sukupolven järjestelmä sai nimekseen Hilcont-ProWeb. Siinä merkittävimmät muutokset koskivat integraatioastetta (kokonainen 12 kameran järjestelmä saatiin mahdotettua yhden teollisuus-PC:n sisälle) sekä suorituskykyä. Tallenteiden siirtoa varten oli jo toisen sukupolven aikana kehitetty nk. D-Bus, jolla saatiin isojen videoiden siirtoaikaa levylle vähennettyä huomattavasti, ProWeb-järjestelmä sai käyttöönsä myös kauko-ohjattavat kamerat integroiduilla zoom-linsseillä.

Neljäs ja viimeisin Hilcont-tuotemerkillä myyty järjestelmä oli Hilcont-ProWeb 2.

8.27. Neles-säätöventtiilit

Neleksen historiaa
(kirjoittanut Jouko Koskinen)

Neles

Kun Antti Nelimarkka perusti Neles Oy:n alkuvuonna 1956, Suomen teollisuudessa elettiin voimakasta rakennuskautta. Moni yritys sai silloin alkunsa ja olemassa olevat lähtivät kasvuun. Olosuhteet, varsinkin puunjalostusteollisuuden kasvu, sattumat ja henkilösuhteet vaikuttivat siihen, että toiminta venttiilivalmistajana alkoi varsin rivakasti. Nelimarkka oli yhtiön pääomistaja, vähemmistöosakkaina olivat Eino Santasalo ja Antin vaimo, Kerttu. Antti Nelimarkka oli poikkeuksellisen lahjakas ihminen, jolla systemaattinen lähestymistapa yhdistyi idearikkauteen. Neles oli Santasalon yhteistyökumppani, kunnes 1960 jaettiin ristiinomistus ja Neles Oy siirtyi itsenäisenä, jo selvästi venttiileihin erikoistuneena yhtiönä Herttoniemeen Pikkupurontielle. Ensimmäisten seitsemän vuoden aikana Neleksestä muotoutui venttiiliyritys, jonka tuotevalikoiman rungon muodostivat kiertoventtiilit toimilaitteineen ja yhtiöstä alkoi kehittyä merkittävä toimittaja automaattiventtiileissä, joihin luetaan sekä säätö- että kauko-ohjaussulkuventtiilit. 1960-luvulla markkinoilla ei ollut pallo- ja läppäventtiileiden valmistukseen soveltuvia koneita, joten ne suunniteltiin – ja aluksi tehtiinkin – itse. 1960-luvun loppupuolella yhteistyökumppaniksi saatiin Valmet, jonka kanssa tehdystä yhteistyöstä kehittyi merkittävä liiketoiminta Linnavuoren tehtaille ja menestystekijä Nelekselle.

Neles oli alkuun pienyritys - yhden miehen johtama perhe, jossa oli erinomainen yhteishenki. Se perustui Nelimarkan omiin arvoihin, joita olivat avoimuus, oikeudenmukaisuus, rehellisyys, toisen ihmisen ja hänen ammattitaitonsa kunnioittaminen. Tälle perustalle Neleksen keskeisimpiin menestystekijöihin kuuluva kulttuuri vähitellen rakentui. Toimitusjohtajakautenaan Jouko Koskinen johtoryhmineen systemaattisesti rakensi vahvaa, positiivista ja modernia yrityskulttuuria arvoineen ja toimintafilosofioineen korostaen sen merkitystä ihmisten motivoinnissa ja yrityksen menestyksessä.

Voimakas, vuodesta 1965 lähtien pääasiassa vientiin perustunut kasvu teki Pikkupurontien tilat riittämättömäksi, vaikka vuokratilaakin saatiin käyttöön. Uusi tehdas rakennettiin kaupungin vuokratontille Roihupellon teollisuusalueelle. Jouko Koskinen aloitti Neleksen teknillisenä johtajana vuoden 1968 helmikuussa ja sai muuton vastuulleen. Samalla alkoi systemaattinen tehdassuunnittelu. Yrityksen kasvaessa tehdasta laajennettiin useissa vaiheissa.

1970-luvun alussa Neles oli lyhyessä ajassa noussut keskisuurten yritysten joukkoon. Neleksestä kehittyi monella saralla malliyritys, jonka ratkaisuja ja sovellutuksia monet yritykset kävivät katsomassa. Hyvä työilmapiiri ja inhimillisen kanssakäymisen laatu olivat aina avainasioita.

Toukokuussa 1978 Antti nimitti Jouko Koskisen varatoimitusjohtajaksi. Nelimarkan terveys heikkeni 1970-luvun lopulla ja Joukosta tuli toimitusjohtaja 1.11.1980. Vuoden 1981 alkupuolella Nelimarkka alkoi sairastella ja kesällä Nelimarkat päätyivät yrityksen myymiseen. Halukkaista ostajakandidaateista Antti päätyi Rauma-Repolaan, jonka omistukseen Neles siirtyi vuoden 1982 alussa.

 

Tuotekehitys

Tuotekantaa uudistettiin jatkuvasti riippumatta kasvusta, tuotekehityksen kustannuksissa ei säästetty huonoinakaan aikoina. Mutta kasvu antoi vauhtia modernisoinnille muualla. Tuotantotekniikalle monivuotinen jatkuva kasvu antoi mahdollisuuksia todellisiin hyppäyksiin viimeisimpään moderniin tekniikkaan. Tehdas ja sen jatkuva laajentaminen ja kehittäminen loi ulkoista yrityskuvaa modernista tuotantolaitoksesta ja yrityksestä. Henkilöstön piirissä toiminnan puitteet kannustivat kaikkia toimintoja uusiutumaan. Tulokset auttoivat selviytymään vaikeistakin ajoista.

Neleksen harjoittaman tutkimuksen tärkeimmät alueet olivat olleet metallitekniikka, korroosiotekniikka, virtaustekniikka, säätötekniikka ja erilaiset tuotantotekniikan alueet kuten työstötekniikka, muovaustekniikka, hitsaustekniikka ja pinnoitustekniikka. Neleksen systemaattinen tutkimustoiminta alkoi 1970 metallilaboratorion perustamisella. Sitä ennen oli ollut oma vaatimaton virtauslaboratorio, mutta sen käyttö oli ollut enemmänkin satunnaista. Vuonna 1983 rakennettiin tehdaslaajennuksen yhteydessä virtauslaboratorio, jossa tutkittiin säätöominaisuuksia ja venttiilien kavitaatiota melun aiheuttajana. Tutkimus palveli sekä tuotekehitystä että valmistusta, myös markkinointia.

Tuotekehityksen saavutuksia oli vuosien varrella lukuisia; metallitiivisteiset pallo- ja läppäventtiilit ja niiden valmistusteknologia, hyvin standardoitu toimilaiteohjelma, joka mahdollisti pitkälle viedyn tuotannon automatisoinnin, asennoittimien kehitystyö pneumaattisesta elektropneumaattiseen ja lopulta digitaalisen prosessinohjauksen kehittyessä digitaaliseen asennoittimeen. Erityisesti Pohjanmeren kaasutuotantoon kehitettyjen, merenpohjaan asennettavien Subsea-venttiilien merkitys yrityskuvalle ja maineelle on suuri.

 

Kansainvälistyminen 

Neleksen kansainvälistyminen alkoi jo 1960-luvulla. Silloin pienen yrityksen vientitoiminnassa ei ollut juuri muuta vaihtoehtoa kuin kattavan edustajaverkoston luominen. 1970-luvulla aloitettiin oman tytäryhtiöverkoston rakentaminen. Neles AB aloitti toimintansa Ruotsissa 1971 ja tytäryhtiöverkosto kasvoi tasaista vauhtia niin, että 1980-luvun alussa läntisen Euroopan myynti katettiin omilla myyntitoimistoilla. Kaukoidän verkostoon panostettiin 1980-luvulla. Ensimmäinen kansainvälinen tehdas, Neles Valvulas Industriais Ltda.:n tehdas Brasiliassa aloitti toimintansa 1980. Myös lisenssivalmistusta kokeiltiin vaihtelevalla menestyksellä. Yhdysvalloissa lisenssivalmistus kehittyi valmistusyhteisyritykseen, jonka tehdas valmistui 1979. Vuonna 1985 koko yritys siirtyi Neleksen omistukseen ja Neleksestä tuli ensimmäinen eurooppalainen venttiiliyritys, jonka onnistui etabloitua Pohjois-Amerikkaan. Kun Neleksestä yhdysvaltalaisen, itsensä kokoisen Jamesbury Corpin oston jälkeen vuonna 1988 tuli Neles-Jamesbury, sillä oli jo tytäryhtiöitä noin 20 maassa ja valmistusta kuudessa. Nyt siirryttiin aidosti globaaliin vaiheeseen.

 

Pitkän tähtäimen suunnittelu
 
1970-luvun alussa käynnistyi määrätietoisempi toiminta pitkän tähtäimen yrityssuunnittelulla. Integroitu johtamistapa tarkoitti päätöksentekoa ryhmässä siten, ettei minkään toiminnon strategisia ja muita olennaisia päätöksiä tehty erillisinä muista toiminnoista irrallaan. Kaikessa tavoitteenasettelussa noudatettiin neuvotteluperiaatetta. Kasvuvaiheen aikana varauduttiin tulevaisuuteen ja varattiin resursseja kokonaisvaltaiseen suunnitteluun. Rahoituksessa varauduttiin tilanteen muutoksiin. Pitkän tähtäimen suunnittelun käynnistäminen huomattavasti vakautti päivittäistä toimintaa ja auttoi johtoa tekemään oikeita asioita ja pani ne asettumaan oikeisiin suhteisiin keskenään. Strategiatyölle saatiin hyvä pohja. Vuosina 1985–86 perusteellista strategiatyötä 10 vuoden tähtäimellä. Ensi kertaa tehtiin skenaario eli ennuste siitä, miltä toimintaympäristö silloin näyttäisi ja visio siitä, mitä Neleksen siinä haluttiin olevan.
 
Vuosien varrella Neles sai monenlaista huomiota, joista muutama kannattaa mainita. Tasavallan presidentin vientipalkinto myönnettiin Nelekselle vuonna 1974. Vientipalkinto auttoi Nelestä tulemaan ulos kuorestaan julkisuuteen. Nelimarkan vaatimattomuudesta johtuen Neles toimi aivan liian matalalla profiililla. Maailmanlaajuisesti toimiva Rank Xerox oli ottanut tavakseen jakaa joka vuosi yrityspalkinnon jossakin maassa vuorollaan. 1978 oli Suomen vuoro. Rank Xerox tutki 500 yritystä ja vertailussa määritteli Neles Oy:n Suomen parhaimmaksi yritykseksi. Kriteerien joukossa oli myös henkilöstöpolitiikka, joka loppuarviossa mainittiin erikseen. European Management Forum valitsi 1981 sata parasta pioneeriyritystä Euroopassa. Suomesta tähän joukkoon pääsivät Nokia, Kone, Nautor, Kuusakoski ja Neles. EMF muutti myöhemmin nimensä World Economic Forum´iksi ja alkoi järjestää vuosittaisia globaaleja talousfoorumeita Davosissa.
 
Jouko Koskinen jätti Neleksen, silloin Neles-Jamesburyn, toimitusjohtajuuden vuonna 1996. Kuudentoista vuoden toimitusjohtajuus jatkuvasti kehittyvässä kasvuyrityksessä matkustuksineen oli kova urakka. Vuonna 1997 Neles-Jamesburystä tuli Neles Controls, joka yhdistyi Valmet Automation Oy:n kanssa vuonna 1999. Yritys on vuodesta 2001 lähtien Metso Automation osana Metso-konsernia. Nykyään uusi iso tehdas sijaitsee Hakkilassa Vantaalla ja globaaliin valmistusverkostoon kuuluu myös samankokoinen tehdas Shanghaissa verovapaalla teollisuusalueella. Neles-nimi on säilynyt yrityksen tavaramerkkinä.
 
 

8.28. PaperLab ja PulpLab

Jaakko Palsanen 4.3.2009

Paperin laadun mittaus on perinteiseti tapahtunut ottamalla näyte paperirainasta ja viemällä näyte ilmastoituun laboratorioon, jossa se mitattiin erillisen laboratoriohenkilöstön toimesta. 1950-luvulta alkaen alkoi markkinoille tulla on-line mittausantureita ja niihin liittyviä säätöjärjestelmiä. Nämä eivät kuitenkaan pystyneet mittaamaan kaikkia haluttuja ominaisuuksia, joten näytteenotto ja laboratoriomittaus säilyivät.

Elektroniikan ja automaation kehittyessä syntyi kiinnostus laboratorioiden automatisointiin. Johtava laitetoimittaja Lorentzen & Wettre kehitti ilmastoidussa laboratoriossa toimivan automaatin, joka perustui olemassa oleviin ja standardisoituihin mittalaitteisiin. Tästä lähestymistavasta poiketen Olavi Lehtikoski kehitti PaperLab laitteen. Tässä mittalaitteet sijoitettiin ilmastoituun koteloon, jolloin PaperLab ei vaatinut erillistä ilmastoitua tilaa, vaan se voitiin sijoittaa tehtaalle vaikka paperikoneen viereen. PaperLab laitetta kehitettiin edelleen myös sellutehtaan käytöntarkkailun tarpeisiin. Tässä PulpLab laitteessa oli mukana näytearkin muodostus mittausta varten.

Robotest Oy aloitti PaperLabin valmistuksen ja se on levinnyt laajaan käyttöön. 1987 Kymin tutkimusosasto kartoitti PaperLabin käyttömahdollisuudet ja päätyi tulokseen, että se ei varsinaisesti sovellu tutkimuskäyttöön, mutta käyttölaboratorioissa se on toimiva. Tämän perusteella laite otettiin käyttöön Voikkaalla. On huomattavaa, että optisten ominaisuuksien mittaus poikkeaa standardista ja tämä aiheuttaa kalibroinitongelmia.

Kymin selvitysten perusteella Caledonian Paperin uudella LWC-tehtaalla päädyttiin kaikki pohjapaperitestaukset suorittamaan paperikoneella joko on-line mittauksilla tai PaperLab laitteella. Näin pystyttiin varmistamaan laadun säilyminen tasaisena paperikoneen operaattoreiden toimesta mahdollisimman pienellä viiveellä. Tämä mahdollisti samalla luopumisen vuorolaboranteista lukuunottamatta pituusleikkurinäytteistä tehtyjä valmiin tuotteen mittauksia.

 

9. Sivutuotteet ja selluloosan jatkojalosteet

9.1. Sekasuovan jalostus- ja sitosteroliprosessit

DI Pentti Hyväri 15.9.2008

Kaukaan sellutehtaalla mänty- ja koivusellujen periodiajojen ja niistä aiheutuvien prosessiyksityiskohtien johdosta recovery-alueella erottuva suopa oli ns. sekasuopaa. Tästä palstoittamalla tehty mäntyöljy ei ollut laadultaan myytävää eikä tislauskelpoista suuren tislauspikimääränsä vuoksi. Sellutehtaan johtajalle DI Tapani Larekselle tarjottiin mahdollisuutta hyödyntää professorien Avela ja Holmbom (Åbo Akademi) patenttia, jolla sekasuovan laatua voidaan parantaa tislauskelpoisen mäntyöljyn valmistamiseksi. Insinööritoimisto Linotek Oy (H Lindeberg) suunnitteli prosessin, ja projekti toteutettiin Kaukaan omana työnä. Prosessin nimi patentin mukaisesti oli CSR – prosessi (Crude Soap Refining). Projektin suunnittelu- ja kehitystyö ajoittui vuosille 1976 – 77. Laiteistona käytettiin Kemiran metallurgiassa koettua neste/neste uuttoteknologiaa ja yksittäisiä laitetoimittajia.

CSR-prosessin tuotteet ja hyödyt:

  • parantunut suovan laatu myyntikelpoisen mäntyöljyn palstoitukseen
  • ns. neutraaliaine sekä
  • suurimpana soodakattilan kuiva-aineen polttokyvyn lisäys vastaten sekasuovan ja neutraaliaineen polttoa , josta samalla aiheutui sellutehtaan tuotannon merkittävä kasvu.

Laadultaan parantuneen suovan palstoitus toteutettiin CSR-prosessi-investoinnin yhteydessä. Suovasta uuttamalla saatu neutraaliaine/neutraaliöljy, joka aluksi käytettiin lisäpolttoaineena kuorikattilalaitoksella sisälsi lukuisan määrän arvokkaita puukemikaaleja. Näistä laajan tutkimus-ja kehitystyön sekä sekä markkinaselvitysten avulla valittiin sitosteroli, jonka erottamiseksi kehitettiin prosessi. Tämä kehityksen tulos patentoitiin Kaukaan patentteina lis. Ukkosen ja maist. Hamunen toimesta. Sisäinen projekti sitosterolilaitoksen rakentamiseksi ajoittui 80-luvun alkuun. Prosessisuunnittelun toteutti Rintekno Oy ja laitoksen ylöspano hankittiin yksittäisinä laitetoimituksina. Tuotteen markkinointi suuntautui aluksi Euroopan kosmetiikkateollisuuteen sekä voin tuottajan alkuperämaan merkkaukseen.

90- luvulla sitosterolin käyttö yleistyi mm. veren kolesterolia alentavana luontaistuotteena sekä sekoituksena eri tuotteisiin. Yhteistyösopimus kolesterolia tutkineiden lääkäreiden ja Raision kanssa mahdollisti yhteinen R&D:n, mikä tuotti mm. Benecol – margariinin ja lukuisia suunnitelmia sekoittaa sitosterolia muuten korkeakolesterolisiin ruokiin kuten juustot, jäätelöt ja kuriositeettina kananmunien kolesterolitason alentamiseen syöttämällä esim. kanoille rehuun sekoitettuna sitosterolia.

Sitosterolia jouduttiin jatkojalostamaan/hydraamaan, jotta se sopisi hyvin edellä mainittuun Benecol-prosessiin. Tämän hydrauksen patentoi Kaukas Ins. Hautalan ja DI Hotasen toimesta. Patentin mukaisesti sitosteroli hydrattiin sitostanoli-muotoon, jolloin tuote oli pysyvä ja sopi täten paremmin muihinkin sekoitustuotteisiin.

Lisäksi Kaukaalla kehitettiin myös betuliinin eristystä esim. DI Matti Himanen diplomityö. Tuoteelle ei silloin löytynyt kaupallisia sovellutuksia.

Neutraali-öljyä ja mäntyöljyä käytettiin myös puumateriaalin kosteutta eristävänä aineena (painekylästettiin) mm. sähköpylväissä ja terassalaudoissa. Aineseoksella todettiin olevan myös lahosieniä hylkivä ominaisuus. Tuoteseos patentoitiin myös Kaukaan patenttina ins. Matti Hautala ja DI Ulf Hotasen toimesta.

 

DI Tuomo Niemi 28.4.2013

DI Viljo Tulkki kehitti laitteiston suovan erottamiseksi mustastalipeästä (Decanting Devise for Separation of liquid phases of different densities). Laitteistolle on myönnetty patentteja (mm. US Patent Number 4,689,158) ja se on kaupallisesti hyödynnetty useissa projekteissa (Ekono, Pöyry).

 

9.2. Ksylitoli

Lähde: http://kehittyvaelintarvike.fi/teemajutut/50-fruktoosin-valmistus-suomessa-tayttaa-40-vuotta
Kirjoittanut: Mia Mahkonen

 

Fruktoosin valmistus Suomessa täyttää 40 vuotta

Fruktoosia eli hedelmäsokeria on valmistettu Suomessa tänä vuonna 40 vuotta. Alkujaan diabeetikkojen sokerina tunnettu hedelmäsokeri on saavuttanut suosiota myös maailmalla alhaisen GI-arvonsa takia. 
Tänä päivänä hedelmäsokeri on laajalti käytössä teollisuudessa mm. urheilujuomien sekä maustettujen vesien makeuttajana. Myös kotitaloudet ovat löytäneet hedelmäsokerin.
 
Fruktoosin eli hedelmäsokerin valmistus aloitettiin Suomessa vuonna 1968 Suomen Sokeri Oy:n Kotkan tehtaalla. Silloinen Suomen Sokeri Oy oli päättänyt panostaa sokerikemiallisten tuotteiden, kuten fruktoosin, sorbitolin ja ksylitolin valmistukseen. Erikoismakeuttajiin keskittyminen olikin selvä käännekohta Kotkan tehtaalle, joka oli aiemmin keskittynyt perinteisen sokerin valmistukseen.
 
Ensimmäisenä Kotkan tehtaalla aloitettiin hedelmäsokerin ja glukoosin eli rypälesokerin valmistus ja muutamaa vuotta myöhemmin mm. ksylitolin valmistus. Sakkaroosin valmistus päättyi vuonna 1973, ja näin tehdas muuttui perinteisestä sokerinpuhdistamosta erikoismakeuttajien tuotantolaitokseksi. Tehdas on nykyisin tanskalaisen Danisco A/S:n omistuksessa ja nimeltään Danisco Sweeteners Oy:n Kotkan tehdas. Nykyisin tehtaan tuotanto keskittyy fruktoosin ja ksylitolin valmistukseen. 
 
Suomalainen innovaatio
Sekä fruktoosin että ksylitolin tuotantotekniikat kehitettiin 1960-luvun lopussa ja 1970-luvun alussa Suomen Sokerissa. Fruktoosin tuotantoteknologia perustuu lähinnä kemian erityismenetelmiin, kuten kromatografiseen erotukseen, hydraukseen, kiteytykseen ja ioninvaihtoon.
 
Fruktoosin teolliset valmistusmenetelmät kehitettiin juuri Suomessa, eli voidaan puhua kotimaisesta innovaatiosta. Yhtiö on jatkanut sekä näiden että uusien teknologioiden kehitystä aina tähän päivään saakka pitääkseen tuotantoprosessinsa kilpailukykyisenä.
 
Fruktoosin terveysvaikutuksiin liittyvät laajemmat tieteelliset tutkimukset aloitettiin myös 1970-luvun alussa mm. Helsingin yliopiston elintarviketeknologian laitoksella. Fruktoositutkimuksen uranuurtajia Suomessa olivat emeritusprofessori Pekka Koivistoinen sekä professori Lea Hyvönen. Viime vuosina fruktoosin tieteellisenä asiantuntijana on ollut muun muassa LT Tommi Vasankari, joka nykyisin toimii UKK instituutin johtajana.
 
Hedelmäsokeri on puhdas luonnontuote
Hedelmäsokeri on puhdas luonnontuote ja samalla makein luonnon oma sokeri. Sitä on runsaasti esimerkiksi hunajassa ja myös melkein kaikissa makeissa marjoissa sekä hedelmissä. Suomessa hedelmäsokeri valmistetaan kotimaisesta sokerijuurikkaasta, ja sitä voidaan käyttää ruoanlaitossa, leivonnassa, juomissa ja säilönnässä.
 
Hedelmäsokeri on parhaimmillaan ruokien ja marjojen omien makujen korostajana, ja sen aistittavissa oleva makeus vaihtelee käyttökohteesta ja rakennemuodosta riippuen. Makeimmillaan fruktoosi on sellaisenaan kiteisenä sekä jäähdytettyinä nautittavissa happamissa marja- ja hedelmäpohjaisissa juomissa ja ruoissa.
 
Fruktoosilla ei ole sivu- tai jälkimakuja, mutta sillä on kyky peittää kitkeriä ja metallisia makuja sekä esimerkiksi keinomakeuttajien jälkimakuja. Se voimistaa erityisesti marjojen ja hedelmien omaa aromia sekä kanelin, vaniljan ja suklaan makua.
 
Hedelmäsokeri on ns. hidas hiilihydraatti (matala GI 19) ja auttaa jaksamaan pidempään, sillä se imeytyy vereen hitaammin kuin tavallinen sokeri tai glukoosi. Se ei aiheuta nopeita muutoksia verensokeriarvoissa ja pitää näläntunteen poissa pidempään kuin tavallinen sokeri. Vaikka hedelmäsokerin kalorimäärä on sama kuin tavallisen sokerin, jää kokonaiskalorimäärä alhaisemmaksi, koska makeutensa ansiosta hedelmäsokeria tarvitaan vähemmän kuin tavallista sokeria.
 
Suomalainen fruktoosi menestyy
Hedelmäsokeria myydään maailmanlaajuisesti teollisuudelle Fructofin® -tuotenimellä. Kuluttajille sitä myydään Fruisana -tuotenimellä Suomessa, Britanniassa, Australiassa ja Japanissa. 
 
Fruktoosin vienti aloitettiin heti 70-luvun alussa, ja nykyään Kotkan tehtaan fruktoosituotannosta noin 90 prosenttia menee vientiin. Ensimmäisten vientimaiden joukossa oli Saksa, joka on edelleen yksi tärkeimmistä fruktoosin vientimaista Euroopassa Ranskan ja Italian lisäksi.
 
Tärkein fruktoosin vientialue on EU, jossa asiakkaat edellyttävät geneettisesti muuntelemattomia raaka-aineita. EU:n laajentuessa on viennin määrä tälle alueelle kasvanut edelleen. Euroopan ulkopuolisista maista Fructofinin® myynti on ollut hyvin menestyksekästä Sveitsissä, Japanissa, Etelä-Afrikassa ja Australiassa.
 
Fructofinin® markkinoinnin alkutaipaleella tärkeimmät asiakkaat olivat erikoistuneet diabeetikoille sopiviin tuotteisiin. Tämä johtui siitä, että fruktoosin metabolia on insuliinista riippumatonta. Nykyisin markkinat ovat laajentuneet huomattavasti tämän perinteisen alueen ulkopuolelle.
 
Tänä päivänä fruktoosin valintaan makeuttajaksi vaikuttaa erityisesti se, että se on makeampaa kuin tavallinen sokeri. Fruktoosin etuja ovat myös synergia muiden makeuttajien kanssa, maku, makeusprofiili, alhainen GI sekä teknologiset syyt, kuten hyvä liukenevuus esimerkiksi teollisuuden käyttämissä marja- ja hedelmätuotteissa.
 
Fructofin® on myös suosittu energianlähde urheilujuomissa ja nykyisin hyvin suosituissa vitaminoiduissa ja maustetuissa (flavoured/functional waters) vesissä. Fruktoosin makeusprofiili soveltuukin erinomaisesti juuri näihin tuotteisiin.
 
Hyvä yhteistyö siivittänyt menestystä
– Danisco Sweetenersin yhteistyö teollisuuden ja yliopistojen kanssa on ollut menestyksekästä. Yhtiö on kehittänyt fruktoosia sisältäviä tuotteita ja osallistunut aktiivisesti terveyttä edistävien trendien markkinointiin, kertoo Business Director Mika Koivistoinen. 
– Hyvänä esimerkkinä tästä on Fruisana-hedelmäsokerin vähittäismyynti Australiassa, jossa tärkeä markkinointikonsepti on maassa nykyisin yleisesti käytössä oleva GI-logo. Logon kehittivät Sydneyn yliopiston tutkijat. Daniscon Fruisana oli ensimmäisiä laajassa jakelussa olevia tuotteita, joka läpäisi vaadittavan testin ja sai käyttöönsä alhaisen GI:n logon.
Myös Aasian yleistyvä diabetesongelma on lisännyt fruktoosin kysyntää. Esimerkkimaana Koivistoinen mainitsee Korean, jossa GI-konsepti on tullut hyvin tunnetuksi kamppailussa maan kasvavaa diabetesongelmaa vastaan. 
– Danisco Sweeteners on kehittänyt Koreassa Fructose GI19®-logon, joka on tänä päivänä hyvin näkyvissä supermarkettien hyllyillä tärkeimpien juoma- ja meijerituotteiden pakkauksissa. Jokainen tuote, joka saa luvan logon käyttöön, on itsenäisen korealaisen tutkimuslaitoksen testaama ja hyväksymä, kertoo Mika Koivistoinen.
 
Teksti: ETM Mia Mahkonen
 
Lisätietoja:
Danisco Sweeteners Ltd
Business Director, KTM, 
Mika Koivistoinen
mika.koivistoinen (at) danisco.com
 
Myyntipäällikkö, ETM, 
Mia Mahkonen, 
Danisco Sweeteners Oy
mia.mahkonen (at) danisco.com
www.fruisana.com 
www.fructofin.com

9.3. Pekilo-proteiini

Agneta Fuhrmann

PEKILO-proteiini

1960-luvulla maailman proteiinipula oli yleisen keskustelun aiheena ja katsottiin, että yksisoluproteiini , SCP eli single cell protein, olisi ratkaisu maailman nälänhätään. Sodan aikana Suomessa oli syöty sulfiittijäteliemessä viljeltyä Torula-hiivaa, mutta tuotanto lopetettiin kannattomana. Keskuslaboratoriossa ajatus heräsi uudestaan 1964 sen jälkeen kun laboratorion biokemian osastolla osoitettiin, että homesieni Aspergillus Niger muodosti helposti suodatettavan paksun solurihmaston kasvaessaan sulfiittijäteliemessä. Teolliseen tuotantoon tähtäävä kehitystyö alkoi, ja ensimmäinen fermenttori rakennettiin  KCL:n koehalliin.

Noin 300 rihmaston muodostavaa mikrosientä seulottiin, ja tuloksena päädyttiin Paecilomyces varioti sieneen, josta johdettiin nimi Pekilo-prosessi ja –proteiini. Tulokset osoittivat, että sientä pystyttiin fermentoimaan jatkuvatoimisesti, kasvunopeus oli hyvä ja proteiinipitoisuus ylitti Torula-hiivan. Oikeudet Pekilo-prosessiin siirtyivät sittemmin Oy Tampella AB:lle.

Enimmäinen Pekilo-tehdas rakennettiin v. 1972 Yhtyneet Paperitehtaan Jämsänkosken sulfiittitehtaan  yhteyteen. Tehdas, jonka  kapasiteetti oli 10.000 tonnia vuodessa, aloitti toimintansa 1975 ja toimi vuoteen 1982, jolloin sulfiittitehdas lakkautettiin. Todettiin, että prosessilla oli myös positiivinen vaikutus sekä jätevesiin, että haihduttimen ja lauhteiden BOD-arvoihin, koska biologiset aktiiviset aineet kuluivat melkein kokonaan loppuun. Pekilo-proteiini kokeiltiin menestyksellisesti eläinrehuna, ja sitä syötettiin Suomessa mm. siipikarjalle ja lehmille. 

Ympäristönsuojeluun liittyvät hyvin positiiviset tulokset johtivat jatkokehitykseen, jossa selvitettiin mahdollisuudet fermentoida hyvin laimeita jäteliuoksia. Ongelma ratkaistiin viemällä osa muodostuneesta solumassasta takaisin fermenttoriin, jolloin voitiin fermentoida suuria määriä laimeita liuoksia pienellä viiveellä. Tähän perustuen G.A. Serlachius rakensi Mäntän sulfiittitehtaan yhteyteen vuonna 1983 Pekilo-tehtaan kapasiteetiltaan 8.000 tonnia Perkilo-proteiinia. Myös tämän tehtaan toiminta lopetettiin sulfiittitehtaan toiminnan lopettamisen seurauksena 1991. Kuriositeettina voidaan mainita, että Mäntän kuvataiteen ystävät ry. osti Pekilo-tehtaan tilat v. 2001 järjestääkseen niissä mm. Kuvataideviikot. Tilan nimeksi on jäänyt Pekilo.

Kirjallisuus:

Forss, K. Passinen, K. Utilization of the spent sulphite liquor components in the Pekilo protein process, and the influence of the process upon environmental problems at a sulphite mill. Paperi ja Puu 58 (1976), pp. 608-618. 

Forss, K., Jokinen, K, Lehtomäki, M. Aspects of the Pekilo protein process. Paperi ja Puu 68 (1986), pp. 839-844.

9.4. Lignosulfonaatit, Karatex ja Lignobond-menetelmä

Agneta Fuhrmann


LIGNOSULFONAATIT, KARATEX ja LIGNOBOND-menetelmä.

Virikkeen kemiallisten rinnakkaistuotteiden kehittämiseen Keskuslaboratoriossa syntyi  v. 1956, jolloin Kaj Forss sai TJ Waldemar Jenseniltä tehtäväkseen kehittää sellun valmistuksessa liuenneesta puuaineesta tuotteita sekä niiden valmistukseen tarvittavia menetelmiä.  Samaan aikaan Helsingin yliopistossa prof. Terje Enkvistin johdolla oli vahva sulfaattiligniinituotteita tutkiva ryhmä. Päällekkäisyyden välttämiseksi solmittiin suullinen herrasmiessopimus, jonka mukaan em. ryhmä keskittyisi sulfaattiprosessiin, ja Keskuslaboratorio taas sulfiittiprosessiin. Sopimus oli voimassa v. 1969 saakka, jolloin prof. Enkvist jäi eläkkeelle. Samana vuonna Keskuslaboratorioon perustettiin ”Puukemiallisten tuotteiden kehitysosasto”


Ligniinin eristäminen ja lignosulfonaatit.

Koska sulfiittijäteliemessä on sekä ligniiniä että merkittäviä määriä hiilihydraatteja kehitettiin ensimmäiseksi menetelmiä niiden eristämiseksi toisistaan, ensin ioniekskluusiolla ja sen jälkeen 1960-luvun alussa geelikromatografialla. Vuosina 1966-1970 kehitetyllä uudella  analyysimenetelmällä, jolla nyt pystyttiin määrittämään ligniinituotteiden moolimassajakaumat, oli käänteentekevä vaikutus ligniinituotteiden kehittämiseen.

1970-luvun alussa saatiin Keskuslaboratorion uudesta koetehtaasta halli, johon voitiin rakentaa pilot-laitteisto kemiallisten yksikköprosessien suorittamiseksi ja tuotteiden valmistamiseksi koetehdasmittakaavassa. Kehitteillä oleva sulfiittiligniinin uutto butanolilla, n.k. ”Macrolyte”-prosessi osoittautui melko pian mahdottomaksi toteuttaa teollisessa mitassa siinä syntyvien hankalien saostumien takia. Samanaikaisesti syntyi idea ryhtyä selvittämään lignosulfonaattien eristämistä  ultrasuodatuksella, tekniikka jota tähän saakka oli käytetty lähinnä meijeripuolella. Yhteistyösopimus De Danske Sukkerfabrikker A/S:n kanssa solmittiin v. 1974 ja näin saatiin heidän know-how, laitteet ja membraanit käyttöön. Lignosulfonaattien eristys toteutettiin teollisessa mittakaavassa Rauma Repola Oy:n Rauman tehtaan yhteydessä.

Sulfiittiprosessin taantumisen johdosta siirryttiin pian tämän jälkeen ligniinin eristämiseen sulfaattiprosessin mustalipeästä. Tähän vaikutti myös se seikka, että jo ligniiniliiman kehityksen  varhaisessa vaiheessa todettiin sulfaattiligniinin soveltuvan sulfiittiligniiniä paremmin liiman raaka-aineeksi. Tämä kehitystyö johti ultrasuodatukseen perustuvan tuotantolaitoksen rakentamiseen Metsäliitto Oy:n Äänekosken tehtaalle 1970-luvun loppupuolella.

KARATEX-liima

Ligniinipohjaisen liiman kehittäminen puulevyteollisuuden käyttöön alkoi v. 1970. Tämä käyttökohde valittiin koska se mahdollistaisi suuria tuotevolyymejä  ja liimasta olisi saatavissa kohtuullisen korkea hinta. Ligniinin reaktiokyky erilaisten kemikaalien ja polymeerien kanssa selvitettiin parin vuoden aikana. Lupaavimmaksi osoittautui sulfaattiligniinin kopolymerointi  vaneriteollisuudessa käytetyn fenoli-formaldehydihartsin kanssa kuumapuristusvaiheessa. Todettiin myös, että mitä suurimolekyylisempi ligniini, sitä vähemmän tarvittiin fenolihartsia liiman toisena komponenttina. Sulfiittiligniinipohjaisen Karatex-liiman patenttihakemus jätettiin v. 1972 ja vastaava sulfaattilignIille v. 1977 jolloin Karatex-nimike myös rekisteröitiin tavaramerkkinä.

Jatkotutkimuksissa todettiin, että liiman kovettumisnopeus ei ollut riippuvainen ainoastaan ligniinin moolimassasta vaan myös fenoli-formaldehydihartsin reaktiivisuudesta. Tämä havainto johti hartsin syntetisointikokeisiin sekä laboratorio- että tehdasmittakaavassa Suomessa ja Ruotsissa. Laboratoriomitan liimauskokeita suoritettiin paitsi Suomessa myös Ruotsissa, Norjassa, Sveitsissä ja Amerikassa.  Lisäksi Keskuslaboratorio oli aktiivisesti mukana yli 50 tehdaskokeessa vaneri-, kertopuu- lastulevy- ja kuitulevytehtaissa ympäri Suomea, joihin valmistettiin yhteensä 20 t suurimolekyylistä ligniiniä KCL:n koetehtaalla.

Eräs syy Karatex-liima käyttöön lastulevyjen liimaukseen oli, että sulfaattiligniini erittäin tehokkaasti sitoi liimasaumoissa muodostuvaa vapaata formaldehydiä. Näihin aikoihin ilmeni lastulevyjen käytössä vakava ongelma, koska urea-formaldehydihartseilla liimatuista levyistä saattoi sisätiloissa ja erityisesti kosteissa oloissa vapautua allergisoivaa formaldehydiä.  Tämä johti Karatex-liiman käyttöönottoon myös lastulevyjen valmistuksessa. Niinpä 1980-luvun alussa Metsäliitto markkinoikin Rakentajan liikkeissään Karatex-liimattua ILVES KX-lastulevyä todellisena ”ilmanpuhdistajana”.

Lopuksi USA:ssa tehty Karatex-liiman kannattavuuslaskelma osoitti, että paras kannattavuus löytyy sellaisilla sulfaattitehtailla, joilla on pulaa soodakattilakapasiteetista. Tällöin ligniinin poisto mahdollistaa sellutuotannon nostamista ilman kallista investointia uuteen soodakattilaan oheislaitteineen. 

Vuonna 1980 Karatex-liiman yksinoikeus siirrettiin Metsäteollisuus Oy:lle, jonka Äänekosken tehtaalle oli rakennettu suurimolekyylisen sulfaattiligniinin ultrasuodatukseen perustuva tuotantolaitos. Ligniinin teollinen tuotanto loppui kuitenkin v. 1984 Äänekosken tehtaan uusimisen yhteydessä ja Karatex-liiman tutkiminen loppui Keskuslaboratoriossa 1985.

Karatex-liima sai yhdessä Pekilo-proteiinin kanssa v. 1975 presidentti Kekkosen myöntämän Viisasten kivi-palkinnon, ja Karatex/Metsäliitto Yhtymä sai lisäksi 1981 Chicagossa kansainvälisen IR 100 palkinnon ”One of the 100 most significant new technical products of the year”.

LIGNOBOND-mentelmä 

Lignobond-menetelmän avulla voidaan saostaa ligniiniä takaisin kuitujen pinnalle ja siten huomattavasti parantaa niiden kykyä sitoutua toisiinsa määrätyissä oloissa. Menetelmän kehittäminen alkoi v. 1985 yllättävän havainnon perusteella. On tunnettua, että sulfaattiligniini on vesiliukoinen ainoastaan vahvasti alkalisissa oloissa, mutta muuttuu veteen liukenemattomaksi  happamassa pH:ssa. Tämän perusteella kehitettiin Lignobond-menetelmä, jonka avulla  saadaan ligniini tarttumaan tiukasti kuituihin. Suurimolekyylinen vahvasti alkaalinen ligniiniliuos sekoitetaan kuitususpensioon jonka jälkeen seoksen pH lasketaan alle viiden. Näin saadaan huoneenlämmössä jopa 10-50 % ligniiniä (k.a./kuitujen k.a.) tarttumaan kuituihin sekoituksen aikana muutamassa minuutissa.
Suurimolekyylinen ligniini voidaan käyttää sellaisenaan kun se saadaan ultrasuodatuksesta, ja sen retentio kuituihin on yli 90 %.  Retentiota voidaan vielä nostaa lähes 100%:seksi lisäämällä alunaa ja sopivaa retentiokemikaalia. On todettu, että  pienimolekyylisten sulfaattiligniinifraktioiden retentio kuituihin on heikompi ja lisäksi ne saattavat sisältää pahanhajuisia rikkiyhdisteitä. Ligniini pysyy vesiliuoksessa kiinteästi sidottuna kuituihin, ja saadaan irtoamaan vasta kun ligniini-kuitususpension pH nostetaan yli 10 natriumhydroksidilla.

Lignobond-mentelmän avulla valmistettujen kuitutuotteiden lujuus- ja vedenkesto-ominaisuudet paranevat merkittävästi. Esim. keräyskuiduista voidaan valmistaa lujuusominaisuuksiltaan yhtä vahvaa kartonkia kuin valkaisemattomasta sulfaattimassasta kun ligniiniä lisätään 20 % tai yli. Tuotteina voivat olla esim. aallotuspahvin eri kerrokset, hylsyt ja kuitulevyt. Kiinnostavia ovat myös erilaiset ympäristöystävälliset ja helposti kierrätettävissä olevat tuotteet, kuten esim. muottiin puristettuja tuotteita sellaisiin käyttö- kohteisiin, joissa synteettisten polymeerien käyttö tai muovia halutaan välttää.

Lignobond-menetelmä patentoitiin v. 1986, ja vuosina 1987-1990 ajettiin useita tehdaskokeita Suomessa . Niiden yhteydessä voitiin todeta, että tehtaan jäteveden laatu parani merkittävästi, koska ligniinin mukana tarttui myös pienimolekyylisiä yhdisteitä ja hienoainetta kuituihin. Tosin on huomattava, että suuria määriä tarttunutta hienoainetta huonontaa massan lujuusominaisuudet.

Poistamalla huomattava osa suurimolekyylisestä ligniinistä voidaan mustalipeän viskositeettia laskea merkittävästi. Tämä mahdollistaa mustalipeän haihduttamisen korkeaan kuiva-ainepitoisuuden, ainakin 85 %:iin, mikä nostaa mustalipeän polttoarvo ja vähentää haihdutustarvetta. Näin menetelmästä on hyötyä myös sulfaattitehtaille, joilla ei ole pulaa soodakattilakapasiteetista.  

Oikeudet Lignobond-mentelmään siirtyivät  v. 1989 Metsä-Serla Oy:lle.  Lignobond-tutkimus loppui v. 1990, kun Kaj Forss jäi eläkkeelle. KCL:n osasto Puukemian tuotteet lakkautettiin, jolloin henkilökunta siirtyi muihin tehtäviin. Samoihin aikoihin lopetettiin myös ligniinin valmistus Äänekosken tehtaalla.

Kirjallisuus: 

Forss, K.G., Fuhrmann, A.G.M. Adhesive for the manufacture of plywood, particle boards,  fiber boards, and similar products. US patent 4,105,606, 1978.

Forss, K.G., Fuhrmann, A.G.M., Toroi, M,  Procedure for manufacturing lignocellulosic material product. EP 0 355 041 B1, WO 8807 104 (1988).

9.5. CMC

Perustuu kirjaan Jyrki Kettunen. "Kuuseen kurkottajat"

Wärtsilän Äänekosken tehdas aloitti CMC:n valmistuksen Svenska Cellulosa AB:n lisenssiin perustuen, koska tehtaalla tuotettiin sekä etanolia että etikkaa. Oman tehtaan selluloosaa ei käytetty raaka-aineena. Metsäliiton tultua tehtaan omistajaksi lisenssisopimusta ei enää uusittu. Oma kehitystyö suunnattiin sekä valmistustekniikan kehittämiseen että uusien käyttösovellusten löytämiseen.

CMC paperin päällystyksessä

"Kun CMC-tuotanto EFTA-sopimuksen myötä nelinkertaistettiin, kävi ilmi, ettei mikään valmistaja ollut moneen vuoteen kehittänyt kemikaalille uusia käyttöaloja. Oma kemikaalien ostomme oli taas oli yhä voimakkaammin painottumassa päällystysaineisiin, joiden hinta öljykriisin vuoksi oli voimakkaasti noussut. Heräsi siten luontevasti kysymys, olisiko CMC:stä päällystykseen, liimasihan se tapettiakin. Pehr-Eric Pått, joka vastasi Kirkniemen reseptikehityksestä, löysi itäsaksalaisen artikkelin, jossa ainetta kehuttiin yleislääkkeeksi. Se toimi sekä pastan sideaineena että antoi kosteuskestävyyttä ja vielä sivelyominaisuuksiakin.

Asiasta innostuttiin, mutta valitettavasti kävi heti alkuun ilmi, etteivät artikkelin tulokset olleet toistettavissa. Ideaa ei kuitenkaan hylätty. Aineen monia tavoitteita vähennettiin ja sitä kehitettiin samalla päällystysprosessiin paremmin sopivaksi. Kehitystyö, jonka Pått veti, johti vuonna 1975 läpimurtoon. Erikoisvalmisteisesta CMC:stä tuli nopeiden päällystyskoneiden vakiokemikaali, jonka varaan CMC-tuotannon kasvu Äänekoskella on näihin päiviin saakka perustunut.

Kysymyksessä oli tyypillinen synergiatuote, jossa Äänekosken sellueetteriosaaminen yhdistettiin Kirkniemen päällystysosaamiseen. Maailmassa oli kyseiseen aikaan yli 20 sellueetterien valmistajaa, mutta Metsäliiton Teollisuus oli ainoa, jolla oli omaa paperin päällystystä."

Kemiallisen selluteollisuuden sellu

"Äänekosken sulfiittitehtaan siirryttyä vuonna 1965 valmistamaan koivusulfiittia havaittiin, osaksi itsellekin yllätykseksi, että koivusulfiitti oli varsin reaktiivista ja sopi hyvin CMC:n raaka-aineeksi. Näin saatu merkittävä kilpailuetu pidettiin visusti salassa, joutuivathan kilpailijat käyttämään viskoosisellua, joka oli keskimäärin 20-30% kalliimpaa.

Tultaessa 1980-luvulle oli selvää, ettei sulfiittimenetelmällä ole sellunvalmistuksessa tulevaisuutta. Kun CMC-tehtaan tuoterakenne oli sopeutunut oman sellun käyttöön, uhkasi ostoselluun siirtyminen sekä tuotteen laatua että yrityksen taloutta. Asiaa pohdittaessa nousi mahdollisuudeksi opetella tekemään CMC:tä sulfaattisellusta, mieluiten koivusulfaatista, joka oli halvempaa. Alan kirjallisuus totesi hankkeen mahdottomaksi, mutta toisaalta aikaa arvioitiin olevan 3-5 vuotta.

Suomessa oli selluloosaan kohdistuva perustutkimus, jota vielä 1970-luvun alkuvuosiana oli sekä TKK:ssa, VTT:llä että Keskuslaboratoriossa, lähes lopetettu. Tietoa oli haettava USA:sta, jonne Jukka Ranua lähti vuonna 1980 opiskelemaan Institute of Paper Chemistryyn Wisconsiniin. Täällä Raj Atalla oli esittänyt uusia kiinnostavia käsityksiä sellumolekyylin rakenteesta ja järjestäytymisestä.

Vuoden aherruksella Ranua sai kootuksi perustiedot, joilla kehitystyö voitiin kohdistaa oikeisiin asioihin. Osoittautui, että tavanomaisen paperisulfaatin valmistukseen ei olisi tarpeen tehdä investointeja vaativia muutoksia, vaikka CMC-sellu onkin valmistettava erikseen. CMC:n valmistuksessa taas oli mahdollista virittää prosessiolosuhteet niin, että laatu ja tuotanto saataisiin aikaan myös koivusulfaatista, tosin hieman noussein valmistuskustannuksin.

Siirto sulfaattiin harjoiteltiin CMC-laatu toisensa jälkeen koeajoin, aluksi tätä varten rakennetussa pilotissa ja sitten tehdasmitassa. Kun sulfiittitehdas lopulta pysäytettiin, ajettiin vielä varmuusvarasto lisäongelmien selvitysaikaa varten. Sulfaattiin siirtyminen onnistui hyvin. Tärkeintä oli, että tuotteiden asiakaslaatu ei muuttunut. Syntynyt yhteistyö Rajai Atallan kanssa on jatkunut näihin päiviin."

 

9.6. SINI liukoselluprosessi

Tatu Rantanen


SINI-viskoosiprosessi 


Viskoosiprosessi on monelle puunjalostajallekin sisällöltään jokseenkin tuntematon käsite, puhumattakaan SINI-innovaation siihen tuomasta lisästä.   Yleiskielessä viskoosilla tarkoitetaan sellusta tehtyä muuntokuitua, jota käytetään puuvillan asemesta käyttötekstiilien, mattojen ym. valmistamiseen.  Teknisessä sanastossa viskoosi tarkoittaa siirappimaista liuosta, joka tyypillisesti sisältää sellusta peräisin olevaa selluloosaa 5-10 %, lipeää (NaOH) 4-6 % ja rikkihiilestä (CS2) peräisin olevia rikkiyhdisteitä. Kun tämä liuos puristetaan pienen pienten reikien läpi rikkihappoliuokseen, puhutaan kehruutapahtumasta. Siinä selluloosa saostuu katkeamattomasti viskoosikuiduksi joka voidaan puhdistuskylpyjen jälkeen kerätä ja kuivata rullille.


Viskoosiliuoksen valmistus alkaa liukosellusta, joka poikkeaa paperisellusta mm. matalien hemiselluloosa-, uute-  ja tuhkapitoisuuksiensa suhteen. Ensimmäisessä vaiheessa liukosellu merseroidaan, eli sulputetaan vahvaan lipeäliuokseen (lähes 20 %:n). Ylimääräinen lipeä poistetaan puristimilla, jolloin saadaan alkaliselluloosa. Se lämpökäsitellään selluloosaketjujen lyhentämiseksi n. viidesosaan siitä, mitä ne ovat liukosellussa. Tätä vaihetta kutsutaan esikypsytykseksi. Kun alkaliselluloosaan sekoitetaan rikkihiili, eli neste jonka kiehumispiste on 46 C, tapahtuu ns. rikitys.  Syntyvä tuote liuotetaan laimeaan NaOH-liuokseen em. koostumuksen omaavaksi viskoosiksi. Viskoosiprosessi, jos mikä on kemianteollisuutta, käytetäänhän siinä sellun jatkojalostamiseksi useita tonneja kemikaaleja/tonni sellua. Talteenottoaste (natrium- ja rikki-yhdisteet) ei ole täydellinen.


SINI-menetelmä poikkeaa ylläkuvatusta viskoosin valmistuksesta siten, että alkaliselluloosan esikypsytyksen jälkeen suoritetaan toinen merserointikäsittely, mutta ensimmäisestä poiketen vain 10-12 prosenttisella NaOH-liuoksella. Siitä eteenpäin prosessi jatkuu tavanomaisesti. Toisella merseroinnilla aikaansaadaan huomattava alkaliselluloosan reaktiivisuuden nousu, sillä NaOH-liuoksen  kyky liuottaa ja turvottaa liukosellukuitua on maksimissaan juuri 10-12 %:n NaOH-väkevyydessä. Sen ansiosta SINI-viskoosi voidaan valmistaa merkittävästi pienemmillä lipeä- ja rikkihiiliannoksilla kuin tavanomainen viskoosi, ja myös kehruuvaiheessa säästyy kemikaaleja.


SINI-menetelmään johtaneen havainnon tekivät KCL:ssä prof. Hannes Sihtola ja FM Boris Nizovsky 60- ja 70-lukujen vaihteessa ja tästä syntyi myös menetelmän nimi (SIhtola-NIzovsky). Pian tutkimuksiin tuli mukaan myös allekirjoittanut. Menetelmä patentoitiin lähes 20 maassa ja lisenssiointi aloitettiin.  Kemikaalisäästöjen vastapainona menetelmä edellyttää melko raskaan merserointivaiheen tuplaamista omine lipeäkiertoineen. Siitä, ja viskoosikuitutuotannon sen ajan harmaista yleisnäkymistä johtuen, missä merkittävänä osatekijänä oli puuvillatuotannon jatkuva subventio monissa teollisuusmaissa (mm. USA) sekä halpatuotanto kehittyvissä maissa johtui, että teollisuuden halu uusiin investointeihin oli kauttaaltaan matala. Jatkuvaan käyttöön SINI-menetelmän osti vain Snia Viscosa Italiassa. Yleensä asutuksen keskelle sijoittuneita viskoositehtaita jouduttiin ympäristövaatimusten kiristymisen myötä sulkemaan Euroopassa yksi toisensa jälkeen. Tämän kohtalon koki myös SINI-menetelmää käyttänyt Snia Viscosian Pavian tehdas Italiassa.

9.7. Selluloosakarbamaatit

Selluloosakarbamaatit (Cellca, CCA)  Jorma Sundquist

Selluloosakarbamaattien valmistusta ja niihin liittyvää tutkimus- ja tuotekehitystyötä on Suomessa tehty Neste Oy:n toimesta 1970- ja 80-luvuilla sekä myöhemmin VTT:ssa Tampereella. Viskoosikuitutuotannon käynnistys uudelleen 2010 on herättänyt täällä ajatuksia myös karbamaattiteknologian käyttöönotosta selluloosamuuntokuitujen valmistuksessa.

Selluloosakarbamaatit ovat selluloosan karbamiinihappoestereitä. Niissä karbamyyliryhmät, (-O-CO-NH2), ovat korvanneet osan on selluloosan toistuvien yksiköiden hydroksyyleistä.
Selluloosakarbamaatteja syntyy, kun selluloosaa ja ureaa kuumennetaan yhdessä 130-160o C:n lämpötiloissa. Sivutuotteena syntyy ammoniakkia. Selluloosakarbamaattien rakennetta luonnehditaan kahdella muuttujalla, polymeroitumisasteella (DP) ja substituutioasteella (DS), jotka vaikuttavat niiden ominaisuuksiin.

Polymeroitumisaste ilmaisee, montako toistuvaa glukopyranoosiyksikköä on keskimäärin ketjuuntunut selluloosan molekyyliketjuun. Raakapuuvillan DP:n katsotaan olevan yli 3000, valkaistujen paperisellujen 800-1200, liukosellujen lopputuotteen laadusta riippuen 800-1200 ja viskoosikuitujen 250-500.

Substituutioaste (DS) ilmaisee, montako karbamaattiryhmää on keskimäärin kiinnittynyt kuhunkin selluloosan toistuvaan yksikköön. Maksimi-DS on kolme, koska selluloosan toistuvassa yksikössä on kolme reaktiivista hydroksyyliryhmää, jotka voivat reagoida urean kanssa. Selluloosakarbamaattien DS vaihtelee normaalisti tasolla 0,2-0,3 eli noin joka 5-3. toistuva yksikkö selluloosan molekyyliketjussa sisältää karbamyyliryhmän (-Cell.unit-O-CO-NH2)0,2-0,3. Vaikka ryhmien jakautuminen selluloosaketjuun on sattumanvaraista,  häiritsee näinkin pieni määrä karbamyyliryhmiä selluloosan molekyylien välistä vetysidosrakennetta siinä määrin, että selluloosajohdos liukenee kylmään ja väkevään alkaliseen vesiliuokseen.

DP ja DS vaikuttavat selluloosakarbamaatin liukoisuusominaisuuksiin hiukan eri tavoin. Substituutioasteen noustessa karbamaatin liukoisuus alkaliliuokseen paranee ja polymeroitumisasteen kasvaessa karbamaattiliuosten viskositeetti nousee. Yhteisenä ominaisuutena selluloosakarbamaateilla ja muilla sellujohdoksilla on, että niiden liukoisuus paranee lämpötilan laskiessa.


Tuotekehitysmahdollisuudet selluloosakarbamaatista perustuvat paljolti sen hyviin liukoisuusominaisuuksiin. Yksinkertaisen ja halvan kemiallisen prosessin kautta selluloosa edellä kuvatulla tavalla saadaan liukoiseen muotoon. Liuoksessa olevaa polymeeria on mahdollista kemiallisin ja fysikaalisin keinoin muokata edelleen joko täysin uusiksi tai olemassa olevia materiaaleja korvaaviksi tuotteiksi. Toistaiseksi kiinnostus kohdistuu erityisesti kuitujen, kuitukankaiden, vanujen, kelmujen, sienien ja pinnoitteiden kehittämiseen karbamaateista ja viskoosipohjaisten tuotteiden korvaamiseen uusilla ympäristönsuojelullisesti vähemmän harmillisilla ja taloudellisestikin todennäköisesti edullisemmilla tuotteilla. 
Toinen käyttökelpoinen ominaisuus on karbamaattien kemiallinen pysyvyys selluloosaksantogenaatteihin verrattuna (viskoosikuitujen ja -kelmujen liukoinen esiaste). Paremmasta pysyvyydestä johtuen karbamaattien tuotanto voidaan integroida sellunvalmistuksen yhteyteen esim. linjaksi: liukosellun keitto > valkaisu, jossa DP:n säätö > sellun karbamointi. Näin voidaan kuidunvalmistajalle tai muulle karbamaatin edelleenjalostajalle toimittaa erilaisia, ominaisuuksiltaan toisistaan poikkeavia CCA -laatuja analogisesti esim. CMC-tuotteiden kanssa
Tällä tavalla loppukäyttäjän valmistusprosessi lyhenee ja laiteinvestoinnit kevenevät huomattavasti viskoosiprosessiin verrattuna.  
Liukoisuuden ja ksantogenaateja paremman kemiallisen pysyvyyden lisäksi kolmas tuotekehittelyn kannalta merkittävä karbamaattien ominaisuus on sen regeneroitavuus takaisin selluloosaksi. Kun selluloosakarbamaatti kehrätään liuoksesta kuitumuotoon, saadaan kuitua, joka sisältää ainakin osan alkuperäisistä karbamyyliryhmistä. Kuidut on mahdollista regeneroida hydrolysoimalla takaisin puhtaiksi selluloosakuiduiksi, joilla todennäköisesti ainakin tekstiiliteollisuudessa on enemmän käyttöä kuin karbamaattikuiduilla.

9.8. Selluloosan suoraliuotus

Selluloosan suoraliuotus, Jorma Sundquist

Tampereen teknillisen yliopiston tutkijat Vehviläinen, Kamppuri, Järventausta ja Nousiainen saivat 2012 Aaltoyliopiston Materiaalitekniikan keksintöpalkinnon selluloosan suoraliuotukseen perustuvasta keksinnöstään, joka jo 1988 alkoi Valkeakoskella Säteri Oy:ssä. Menetelmässä liukosellua käsitellään entsyymeillä, jonka jälkeen se sekoitetaan alkalin kanssa, pakastetaan ja sulatetaan. Tulokseksi saadaan kirkas, alkalinen selluloosaliuos. Liuoksesta voidaan kehrätä kuituja ja vetää kalvoja. Sitä voidaan käyttää myös erilaisten paperi- ja kuitukangastuotteiden päällystämiseen. Selluloosan liukenemisen mekanismi on edelleen selvittämättä, mutta ilmeisesti se perustuu kylmän lipeän hyvään diffuusioon ja käytettyjen entsyymien kyvyllä saavutetuissa kylmissä oloissa aukaista selluloosaketjujen välisiä vetysidoksia. Menetelmä saattaa muodostua lähitulevaisuudessa yhdeksi tärkeimmistä, ehkä tärkeimmäksi selluloosatekokuitujen valmistusmenetelmäksi viskoosimenetelmän sijaan.

9.9 Oulun mäntyöljy- ja tärpättijalosteet

 

http://www.arizonachemical.com/fi/

Oulussa sijaitsevan jalostamon juuret ulottuvat vuoteen 1940. Nuottasaaressa Tuotantolaitos jalostaa mäntyöljyä ja tärpättiä. Tämä mahdollistaa selluteollisuuden oheistuotteiden täysimittaisen hyödyntämisen. Tehtaan tuotevalikoimaan kuuluvat mäntyöljystä jalostetut rasvahapot, hartsit, mäntyöljy ja mäntypiki, sekä tärpätistä Alfa- ja beta-pineenejä ja kareeneja.
Käyttökohteina ovat muun muassa maalit, liimat, voiteluaineet, autonrenkaat, painovärit, kosmetiikka, puhdistusaineet, hajusteet, elintarvikkeet ja vaipat.

Lyhyt historia

  • 1935 Oulu-yhtiössä syntyy ajatus sellunvalmistuksen sulfaattiprosessin oheistuotteen hyödyntämisestä.

  • 1940 Mäntyöljyn tislaus sota-ajan korvikevoiteluaineiksi alkaa Oulussa

  • 1943 Nuottasaaressa aloitetaan korvikeaineiden (voiteluöljyt, vernissat, kitit) tuotanto sellunvalmistuksen oheistuotteena saatavasta raakatärpätistä, pääasiakkaana VR.

  • 1950 Mäntyöljyn ja tärpätin tislaamo käynnistetään Nuottasaaressa 

  • 1954 Nestemäinen ja puolikova mäntysaippua markkinoille 

  • 1978 Tärpättitislaamon laajennus valmistuu 

  • 1981 Mäntyöljytislaamon laajennus valmistuu

  • 1994 Enso ja UPM-Kymmene yhdistävät mäntykemikaaliliiketoimintansa ja perustavat Forchem Oy:n 

  • 1996 Forchem International Paper Finland Oy:lle, nimeksi Arizona Chemical Oy

Kuva: Oulun jalostamon lyhyt historia

9.10. Vanilliini

Vanilliinia sellutehtaan jäteliemestä (11.3.2013 Heikki Ahonen, HJA- engineering Oy)

Vuosina 1974–77 Yhtyneillä Paperitehtailla suunniteltiin vanilliinin tuotannon aloittamista Valkeakoskella. Tavoitteena oli tuottaa 1200 tonnin ruokateollisuudelle.

Vanilliinia oli tarkoitus valmistaa sulfiittijäteliemestä hapettamalla sitä ilmalla alkalisissa olosuhteissa. Aarno Klemola, Heikki Ahonen, Annikki Heikkurinen ja Tom Granroth kehittivät prosessia niin, että saatiin valmistetuksi noin 100 kg puhdasta vanilliinia Borregaardin pilotlaitoksella Norjassa. Vanilliini erotettiin tolueeniuutolla natriumbisulfitti- jäteliemestä, tislattiin vakuumissa ja kiteytettiin vedestä ja/tai butanolista. Erilaisia hapetusmenetelmiä kokeiltiin käyttämällä katalyyttinä muun muassa antrakinonia. Tällöin saanto saatiin nousemaan 10,9 prosenttiin jäteliemen kuivapainosta, kun se ilman AQ katalyyttiä olisi ollut vain 5,7 % samassa ajassa. Tälle saatiin patentti (SF 58907 H. Ahonen ja A. Heikkurinen). Vanilliinin valmistusta tutkittiin myös sulfaattijäteliemestä. Siitä muodostuu yhtä paljon asetovanilliinia kuin vanilliiniakin. Ultrasuodastustakin vanilliinin valmistuksen yhteydessä tutkittiin. (Annikki Heikkurisen DI-työ 1977)

Projektista luovuttiin aivan viime hetkellä, kun Rhone-Poulanc Ranskassa ilmoitti suuresta vanilliiniprojektistaan, jossa vanilliinia valmistettiin guajakolista.


10. Energia

10.1. Sähkön ja lämmön yhteistuotanto

Sähkön ja lämmön yhteistuotanto erilaisilla polttoaineilla, voimalaitosratkaisuilla ja käyttösovelluksissa (Pentti Rouhiainen 21.3.2009)

Yhdistetyssä tuotannossa, ns. vastapainelaitoksissa, lauhduttimen jäähdytyshäviöt vältetään, ja energian tuotannon kokonaishyötysuhteessa päästään yli 90 prosentin (polttoaineen alemman lämpöarvon mukaan laskettuna). Hyötysuhteen lisäksi yhdistetyssä tuotannossa on toinen oleellinen tunnusluku rakennussuhde, joka kertoo sähkön tuotannon suhteen lämpöenergian tuotantoon. Rakennussuhde riippuu siitä, millä paine- ja lämpötilatasolla höyry turbiinista otetaan teollisuusprosessin tai kaukolämmityksen tarpeisiin. Teollisuuden yhteistuotantolaitoksissa rakennussuhde on suuruusluokkaa 0,4, kun taas kaukolämpölaitoksissa, joissa höyry saa paisua pitemmälle, päästään suuruusluokkaan 0,5. Kuitenkin jos voimalaitos on ns. kaasukombi eli yhdistelmä kaasuturbiinista, höyrykattilasta ja höyryturbiinista, päästään yli kaksinkertaisiin rakennussuhteen arvoihin verrattuna tavalliseen höyrykattila-turbiinikombinaatioon. Höyrykattilassa, ns. pakokaasukattilassa, kaasuturbiinin pakokaasujen energia otetaan pääosin talteen höyryturbiiniin johdettavan höyryn tuottamiseen. Kokonaishyötysuhde on kuitenkin samaa luokkaa kuin pelkissä höyryprosesseissa. Kombiprosessin tuotantotehoa voidaan nostaa polttamalla kaasua myös pakokaasukattilassa. Silloin rakennussuhde kuitenkin alenee.

Suomi on yhteistuotantoinnovaation käytössä johtavin maa maailmassa. Sen ansiosta Suomen energiantuotannon keskimääräinen hyötysuhde on korkea. Vastapainelaitosteknologian kehittäjinä on syytä mainita Ekonon insinöörit Kaarlo Kirvelä ja Kai Kolho.

10.2. Leijukerrospoltto, Pyroflow kuorikattila

(Jaakko Palsanen 5.3.2009)

DI Folke Engström sai Suomalaisen Insinöörityöpalkinnon vuonna 1987 Kiertopetitekniikkaan perustuvan monipolttoainekattilan - Pyroflown kehitystyöstä. Pyroflow kattilaa on käytetty usein paperiteollisuudessa kiinteän polttoaineen kattilana. Täten on ratkaistu ympäristöystävällisesti vaikeiden kiinteiden aineiden kuten kuoren poltto. Seuraava teksti perustuu TEK:n julkaisuun Suomalainen Insinöörityöpalkinto 1981-2007. Leijukerrospoltossa väliaine, esimerkiksi hiekka, saadaan kellumaan puhaltamalla siihen alhaalta voimakas ilmavirta. Kemianteollisuus on käyttänyt menetelmää jo useita vuosikymmeniä. Ahlström Oy päätti tutkia, soveltuisiko menetelmä myös polttoon. Pyroflow-kattiloiden kehitystä vauhditti vuoden 1973 energiakriisi, jolloin kautta maailman otettiin käyttöön halpoja mutta hankalia polttoaineita.

Leijukerrospoltolla voidaan polttaa esimerkiksi kiinteitä, rikkipitoisia polttoaineita ilman, että savukaasuihin joutuisi merkittävää määrää rikin oksideja. Ongelma hoidetaan jo palamisvaiheessa, jolloin palotilaan syötettävä kalkki sitoo rikin kipsiksi. Ratkaisu on paljon halvempi kuin erilliset savukaasujen neutralointilaitteet. Alhaisemmasta palamislämpötilasta johtuen myös typen oksidipäästöt ovat selvästi pölypolttoa vähäisemmät ja niitä voidaan edelleen vähentää yksinkertaisesti ruiskuttamalla ammoniakkia palamisprosessiin.

Ahlströmin osuus kaikista maailmassa myydyistä leijupetikattiloista oli vuonna 1987 noin 40%. Silloin Ahlström oli toimittanut niitä jo yli miljardin markan arvosta. Foster Wheeler osti vuonna 1995 Ahlström Pyropower liiketoiminnan. Suomessa toimiva Foster Wheeler Energia Oy on koko konsernin leijukerrospolton osaamiskeskus ja Pyroflow tekniikkaa kehitetään edelleen Suomessa.

(Pentti Rouhiainen 6.4.2009)

Leijukerrospoltto on innovaatio, jonka ansiosta kyseistä teknologiaa soveltavissa höyrykattiloissa voidaan polttaa hankalia polttoaineita kuten kuorta, hakkuujätettä, yhdyskuntajätteitä, turvetta ja kivihiiltä samanaikaisesti tai erikseen. Leijukerroskattiloita on kahta tyyppiä, ns. kuplivapeti-malli ja kiertopeti-malli. Kuplivapeti-ratkaisussa palamisilma puhalletaan tulipesässä olevasta suutinpatterista ylöspäin, jonka ansiosta polttoaine ja tuhka sekä kattilaan tarpeen mukaan lisätty hiekka leijuvat tulipesässä polttoaineen palaessa. Kiertopeti-ratkaisussa osa savukaasuja ja tuhkaa palautetaan jälkitulipinojen jälkeen tulipesään, jossa palaminen tapahtuu samaan tapaan leijuvassa seoksessa kuin kuplivatpeti-ratkaisussa.

Kiertopeti-ratkaisut soveltuvat paremmin suuriin kattilayksiköihin, ja niitä valmistetaankin 1000 MWth kokoluokkaan asti. Kuplivapeti-ratkaisuja käytetään pienemmissä kokoluokissa (10 - 300 MWth) ja useimmiten pelkkää kaukolämpöä tuottavissa kattiloissa. Nykyään myös Metso Power valmistaa sekä kuplivapeti- että kiertopetiteknologialla toimivia kattiloita. Muutamat pienemmät konepajat valmistavat pienempiä kattiloita lähinnä kuplivapeti-teknologiaa soveltaen.

10.3. Taajuusmuuttajat

(Pentti Rouhiainen 6.4.2009)

Taajuusmuuttaja on innovaatio, jonka avulla sähkömoottorien kierrosnopeutta voidaan säätää portaattomasti ja lähes häviöttä. Innovaation ansiosta prosesseissa, joissa on säätötarvetta, säästetään energiaa merkittävästi. Taajuusmuuttajaa käytetään esimerkiksi paperikoneiden käyttöjärjestelmissä. Teknologiaa voidaan soveltaa myös vaihtovirran muuttamisessa tasavirraksi ja päinvastoin. ABB:n toimittama 350 MW Estlink-merikaapeli on toteutettu tällä periaatteella.

Taajuusmuuttajainnovaation kehittivät aikanaan Strömbergin insinöörit. Kun Strömberg fuusioitui ABB:hen, siirtyi taajuusmuuttaja ABB:n tuotevalikoimaan ja on tällä hetkellä Suomen ABB:n eräs tärkeimmistä avaintuotteista. Noin 15 vuotta sitten ryhmä ABB:n insinöörejä päätti perustaa oman yrityksen taajuusmuuttajainnovaaation varaan. Yritys, nimeltään Vacon on nyt pörssilistalla ja näyttää laajenevan voimakkaasti huolimatta suuremmasta kilpailijastaan ABB:stä.

10.4. Sulfiittisellutehtaiden jäteliemen kuiva-ainepitoisuuden nostaminen polttokelpoiseksi

(Pentti Rouhiainen 24.3.2009)

Jäteliemessä oleva kalkki muodosti kivettyviä yhdisteitä, jotka tukkivat haihdutuskolonit ja siirtoputket. Vihdoin pitkäaikaisten selvitysten ja kokeilujen jälkeen asia pystyttiin ratkaisemann pitämällä vähintäin yksi haihdutinyksikkö koko ajan pesussa ja rakentamalla kaksi siirtoputkistoa, joista toinen oli koko ajan huuhtelussa. Parhaaksi huuhteluaineeksi osoittautui haihduttamon lauhdevesi. Myös poltossa oli ongelmia, kun kattilaan muodostui tippukiviluolaa muistuttavia kalsuim-kerrostumia. Ongelma ratkaistiin itse suunnitellulla polttimella.

10.5. Savukaasupesurit

Savukaasupesurit (Pentti Rouhiainen 21.3.2009)

Savukaasupesurit, joilla rikki poistetaan savukaasuista voidaan katsoa erääksi energiainnovaatioksi, jota kehiteltiin Suomessa mm. Tampellassa, mutta myös muissa maissa. Tampellan työtä jatkaa nyt Metso Power.
 

10.6. Hakkuujätettä käyttävät pienvoimalaitokset

(Pentti Rouhiainen 26.3.2009)

Hakkuutähteiden energiakäyttöä on kehittänyt mm. Wärtsilä-yhtiö.

11. Ympäristönsuojelu

11.1. Ympäristönsuojelun innovaatioita

(Pertti Hynninen 23.3.2009)

Taustaa

Innovaatioiden esiintymiselle metsäteollisuuden ympäristönsuojelussa on varsinaisten oivallusten syntymisen lisäksi ollut tyypillistä niihin vaikuttaneet erilaiset ulkopuoliset ympäristönsuojelu-vaatimukset ja tavoitteet. Oleellista on myös ollut yritysten halu ja mahdollisuudet ottaa uutta tekniikkaa käyttöön. Seuraavassa on pyritty tuomaan esiin myös eri vuosikymmeninä vaikuttaneita mielipiteitä ja vaatimuksia ympäristönsuojelun osalta. Lähempi tarkastelu ns. kotimaisistakin innovaatioista tuo usein myös esiin niiden riippuvuuden ajan vaatimuksista. Lisäksi useiden kotimaisina pidettyjen keksintöjen osalta asiaan paneutuminen näyttää niiden yhteydet muihin ja muualla tehtyyn alan kehitystyöhön joko metsä- tai muussa teollisuudessa.

50- ja 60-luvuista

50- ja 60-luvuilla konkreettisia toimenpiteitä metsäteollisuuden ympäristönsuojelussa toteutettiin lähinnä vesiensuojelussa. Kiinnostusta oli myös ilmansuojeluun mutta merkittäviä päästöjen rajoittamiseen kohdistuneita innovaatioita ei tullut esiin. Tutkimuskohteina veteen ja ilmaan valmistusprosesseista johtuvat aineet ja niiden vaikutukset olivat kuitenkin aktiivisesti esillä. Vesiensuojelussa kehitystyötä kohdistettiin esimerkiksi vesistöissä olleiden kuitujen talteenottoon ruoppaamalla ja talteenotetun kuidun käyttöön tuotteissa. Oy Keskuslaboratorio teki työtä vesistöissä vuosikymmeniäkin olleiden kuitujen laadun ja käyttökelpoisuuden selvittämiseksi. Kuiduissa todettiin yllättävän vähän haitallisia muutoksia ja niiden käyttöä osana joidenkin tuotteiden raaka-aineita voitiin suositella. Useat yritykset kuten Sunila Oy ja nykyisen Stora Enso Oyj:n Imatran tehtaat aloittivat vesistöstä nostetun kuidun käytön joko omissa prosesseissaan tai sitä toimitettiin muille yrityksille. Ympäristönsuojelullinen hyöty oli lähinnä ranta-alueiden vähittäinen kunnostaminen. Hankkeen taloudellinen kannattavuus ei ollut ilmeisesti erityisen hyvä mutta riittävä. Toiminta jatkui joissain kohdin aina 70-luvun alkupuolelle. Käyttöön tulleet mekaaniset selkeyt-tämöt poistivat haitat jätevesien suurista kiintoainepäästöistä.

70-luvusta

70-luvulla merkittävästi ympäristönsuojeluun vaikuttaneita asioita olivat lähinnä:

  • kiintoaineen poisto mekaanisilla selkeyttämöillä
  • ns. energiakriisit eli öljyn ajoittainen korkea hinta
  • esitetty huoli poistokaasujen happamoittavasta vaikutuksesta.

Kiintoaineen poistossa ei varsinaisesti kotimaisia oivalluksia tullut esiin. Käytetyksi tekniikaksi vakiintuivat lähinnä USA:ssa sovellettuun tekniikkaan perustuvat pyöreät selkeyttämöt. Ongelmallisimmaksi osoittautui ehkä lietteenkäsittely jossa vuosikymmenen lopulla alettiin käyttää Itävallasta peräisin ollutta tyydyttävästi toimivaksi osoittautunutta suotonauhapuristina. Energiakriisit pakottivat teollisuuden laajamittaisesti käyttämään kuorta ja puujätteitä. Lisäksi käytiin valmistusprosesseissa laajasti lävitse mahdollisuuksia energiankäytön alentamiseen. Tällä oli merkittäviä vaikutuksia sekä ilmapäästöjen laatuun että määriin. Tapahtui myös teknologian kehittämistä kotimassa ja lisättyä uusienkin ratkaisujen tuontia liittyen valmistustekniikkaan. Huoli poistokaasujen happavoittavasta vaikutuksesta johti metsäteollisuudessakin ns. 80 % alentamistavoitteen asettamiseen lähinnä 80-luvun aikana. Teollisuus toteutti tämän tavoitteen aikataulussaan. Ympäristönsuojelullisesti ehkä merkittävintä kehitystä tapahtui A Ahltström Osakeyhtiön Varkauden sellutehtaan uudistustyön yhteydessä 70-luvun lopulla ja 80-luvun alussa. Tavoitteena vesistöpäästöjen pienentäminen siellä toteutettiin mittava ns. tilapäisten ylijuoksujen esto-ohjelma. Ideat olivat osittain ”lainaa” Ruotsista jossa vastaavaa toimintaa oli toteutettu aiemmin. Erityisesti kuitenkin mustalipeän keräilyssä sekä talteenotetun kuidun uudelleenkäytössä oli uutta oivallusta. Toteutus oli kuten tämäntapainen projektityöskentely tavallisestikin, useiden henkilöiden yhteistyötä. Toinen saman tehdasprojektin ympäristönsuojelullinen ”innovaatiorypäs” liittyi sellutehtaan väkevien ja laimeiden hajukaasujen käsittelyjärjestelmään. Tehtaan sijainnin kannalta hajukaasujen käsittelyä pidettiin erityisen tärkeänä. Väkevät hajukaasut kerättiin käyttäen esimerkiksi Kanadassa sovellettua siirtoa hapettomissa oloissa höyryejektoreilla. Kaasujen käsittelyssä, siirrossa ja hävityksessä tehtiin ja käytettiin kuitenkin useita uusia oivalluksia. Laimeat hajukaasut kerättiin kaikista tunnetuista lähteistä ja käsiteltiin sekä siirrettiin poltettavaksi soodakattilan lisäilmana. Kehitettyä tekniikkaa on pääosiltaan pienin muutoksin sovellettu sen jälkeen kaikissa Suomessa toteutetuissa vastaavissa hankkeissa. Tehtaan ympäristösuojelupäällikkönä toimi DI Pentti Moilanen ja päätoteuttajana Kamyr Ab.

80-luvusta

Pääosin 80-lukuun liittyviä ympäristönsuojelullisesti merkittäviä asioita olivat:

  • kloorinkäytön lopettamiseen tähtäävät vaatimukset
  • biologisen puhdistuksen laajamittainen käyttöönotto.

Kloorin käytöstä luopuminen toteutettiin pääosiltaan muualta tullein prosessein. Kotimaisena kehitystyönä valkaisuun osaksi kehitettiin biotekniikkaa. Jätevesien biologinen käsittely oli alkanut jo 60-luvuilla ilmastetuilla lammikoilla ja nyt haluttiin lähinnä kiintoainepoiston tehostamiseksi käyttää aktiivilieteprosessia. Tutkimushankkeista metsäteollisuuden ympäristönsuojeluun liittyvänä oli ehkä merkittävin TESI-projekti. Siihen osallistuivat sekä teollisuus että viranomaiset ja hanketta koordinoi SITRA. Hankkeen ongelmiksi todettiin sen ns. kaikenkattavuus sekä käytettävissä olleiden selvityksiin ja tutkimukseen käyttökelpoisten resurssien vähäisyys. Teknisesti hankkeessa selviteltiin perusteita esimerkiksi aktiivilietelaitosten jälkiselkeytysten imulaahainkoneistojen käytölle sekä ravinteiden vapauttamiselle ns. ylisuurissa tiivistämöissä. Molemmat hankkeet etenivät myös laitosten toteutukseen. Kummankin osalta on kuitenkin todettava tehtyjen selvitysten perustuneen varsin epätarkkoihin mittaustuloksiin. Ravinteiden vapautumisnopeus lietteestä onkin selvästi silloin luultua pienempi. Haitat ovat olleet merkittäviä lähinnä 80-luvulla alkaneen imulaahainkoneistojen laajamittaisen käyttöönoton takia. Pääosin ne taas ovat seurausta laitteistojen säädön puutteista sekä kalleudesta ja suurehkosta huoltotarpeesta verrattuna esimerkiksi tavanomaiseen laahakoneistoon. Hyödyllisenä on pidettävä hankkeessa osana toteutettua kansainvälisestikin uraauurtavaa projektia teollisuuden kloorinkäytön ympäristövaikutuksista. Sen avulla saatiin aikaan kansainvälistä yhteistyötä josta seurauksena tuli asiallista riittäviin tutkimuksiin perustuvaa tietoa eri vaikuttajatahojen käyttöön. 80-luvulla kehitettiin vielä OKI-ilmastin joka oli huoltoa varten kohtuullisen helposti ylösnostettavissa. Tämä mahdollisti ilmastusaltaiden määrän minimoinnin pääasiallisen huoltokohteen helpon käsiteltävyyden takia. Mahdolliset kustannussäästöt olivat tämän takia erittäin merkittäviä joskaan niitä ei juuri 80-luvulla tajuttu. OKI-ilmastimessa oli myös lietteen sekoitus mekaanisesti. Ylösnostettavien laitteiden kehittelyä ja käyttöönottoa on jatkettu. Viimeisin alan kehitelmistä on ollut Stora Enso Oyj:n Kemijärven tehtaalle alun perin 2000-luvun alussa suunniteltu Pomiltek Oy:n valmistama ilmastin. OKI-ilmastimen suunnitteli Outokumpu Oy:n työryhmä jossa vetovastuu oli DI Matti Leiposella.

90-luvusta

90-luvulle tyypillistä oli:

  • biologisen puhdistamon käytön nopea laajeneminen
  • ”kloorikeskustelun” loppuminen ainakin eräiden mielipiteiden mukaan teollisuudelle varsin kallein seurauksin
  • EU:n liittymisen mukanaantuomat lukuisat uudetkin vaatimukset ja asioiden hoitotavat.

Biologisen puhdistuksen käyttöönotto oli 80-luvulla sujunut katastrofaalisen huonosti. Merkittävä osa laitoksista ei toiminut tavoitteiden mukaisesti. 80-luvun lopulla käynnistettiin teollisuuden kustantama ja Tampereen Teknillisen Korkeakoulun koordinoima asiaa selvittelevä MEBITE-projekti. Sen tavoitteena oli selvittää aktiivilietelaitosten huonon toiminnan syyt ja esittää ehdotuksia hyvistä mitoitus- ja muista toimintatavoista. Projektin tulokset olivat selväpiirteisiä ja hyviksi katsottavia. Puhdistamoissa esitettiin lisättäväksi vesien esikäsittelyä kuten selkeytystä, suositeltiin selektorien käyttöä sekä ilmastuksen ja jälkiselkeytyksen oikeaa mitoitusta. Lisäksi kehitettiin puhdistamon ohjausjärjestelmä joka tunnetaan Biopert-nimellä. Sen ensimmäinen kokeiluversio asennettiin UPM-Kymmene Oyj:n Jämsänkosken tehtaalle. Siellä asian toteutuksesta vastasi DI Pirkko Kalliola. Projektin suositukset otettiin varsin monissa uusissa ja uudistetuissa laitoksissa 90-luvulla käyttöön. Toiminnan tulokset on myös todettavissa vesistöpäästöjen merkittävänä laskuna. Oy Aquaflow rakensi myös Pohjois Amerikassa useita hyvin toimivia laitoksia joissa projektin suositukset oli huomioitu. Laitosten suunnittelussa merkittävä osuus oli DI Juha Varpulalla. Toinen tuloksiltaan onnistuneena pidettävä merkittävä hanke oli Suomen Ympäristökeskuksen yhdessä muiden vastaavien Pohjoismaiden viranomaistahojen kanssa toteuttama Pohjoismaiden Ministerineuvoston käyttöön laaditut arviot ja suositukset mm metsäteollisuuslaitosten päästörajoista ja niiden saavuttamiseen käytettävästä tekniikasta. Saman työn tulokset olivat pohjana 90-luvun loppupuolen EU:n koordinoimassa BAT-tekniikan kehitystyössä. Tehtaiden kuituhäviöiden vähentyessä ja biolietteen määrä kasvaessa, jouduttiin useillakin tehtailla tilanteeseen jossa käytettävissä olleet lietteen käsittelytavat osoittautuivat kapasiteetiltaan riittämättömiksi tai muuten toimimattomiksi. Lietteen hävitys vaati myös siihen soveltuvan polttolaitteiston. Tällöin kehiteltiin nykyisen Oy Metsä-Botnia Ab:n Kemin tehtaalla biolietteen haihdutus ja poltto yhdessä mustalipeän kanssa. Työ toteutettiin ryhmätyönä. Työssä mukana ollut tehtaan ympäristöpäällikkö oli DI Veli-Antti Kivilinna. Jälkikäteen on todettu hankkeessa syntyneen tuotteen olevan pääosiltaan samanlainen kuin Dr Thomas Joycen USA:ssa aiemmin kehittämä ja siellä ilmastetun lammikon biolietteelle soveltama menetelmä. Kemin tehtaan kehitystyö oli tehty tästä tietämättömänä. CTMP-tehtaan jäteliemen vesistökuormitus on myös merkittävän suuri. Oy Metsä-Botnia Ab:n Joutsenon tehtaalla toteutettiin hanke haihduttaa ja polttaa M-Real Oyj:n paikallisen CTMP-tehtaan jäteliemi. Hanke toteutettiin myös ryhmätyönä jossa mukana oli mm. DI Ole Nickull. Lue Joutsenon BCTMP prosessista.

2000 luvun alku

Teollisuudelle 2000-luvun alku oli monien erilaisten lähinnä ”EU-peräisten” määräysten ja vaatimusten täyttämää. Ehkä merkittävämpiä niistä ovat olleet:

  • muutokset kaatopaikkojen rakennevaatimuksissa ja muussa alan lainsäädännössä
  • vaatimukset muiden kuin fossiilisten polttoaineiden käytöstä
  • päästökauppa-keskustelut.

Metsäteollisuuden asema puun käyttäjänä on toistaiseksi ollut periaatteessa ”helppo” muiden kuin kaatopaikka-asioiden osalta. Vaatimusten suuntautuminen yhdessä vuosikymmenen puolivälissä alkaneen voimakkaasti heikentyneen markkinatilanteen kanssa, on johtanut myös varsin ”pysähtyneeseen” tilaan jätevesi- ja ilmapäästöjenkin vähentämistyössä. Samaan suuntaan on vaikuttanut monet muutokset tutkimuksen organisoinnissa ja toteutuksessa. ”Hämmennys” jatkuu edelleen. Ehkä menestyksellisimpinä uusina kehityshankkeina on pidettävä UPM-Kymmene Oyj:n Rauman tehtaalla toteutettua lämpökuivauksen käyttöönottoa jätevesilietteen kuivauksessa hyödyntäen ns. jätelämpöä. Toinen todennäköisesti menestykselliseksi osoittautuva ympäristönsuojelullisestikin merkittävä hanke on M-Real Oyj:n Kaskisten tehtaalla toteutusvaiheessa oleva BCTMP-tehtaan jäteliemen haihdutus ja poltto. Sen suunnittelussa päävastuu on ollut Rinheat Oy:llä.

11.2. Fennotriox

(Jan-Erik Levlin: KCL:n vuosikymmenet Otaniemessä)

Fennotriox on Matti Savolaisen kehittämä biokemiallinen menetelmä, jossa hapetuksen ja Fe(II)-suolan avulla voidaan puhdistaa valkaisun jätevesiä. Kemira osti menetelmän teolliset oikeudet ja markkinoi sitä juuri Fennotrioxin nimellä. Sen käyttö selluteollisuudessa on vähäistä, mutta se lienee käytössä mm. erilaisissa värjäämöissä Aasiassa.

 

11.3. CONOX (Concentrate Oxidation) - Valkaisusuodosten ja keiton jäteliemien käsittely

Conox (Concentrate Oxidation)

(Kirjoittanut Tuomo Niemi)

Pöyryllä kehitettiin 1990-luvulla laitteisto alhaisen polttoarvon sisältämien jäteliemien käsittelemiseksi ja haittavaikutusten poistamiseksi hapettamalla.

Ensimmäinen sovellutus oli valkaisun suodospäästöjen ulkoisena käsittelynä. DI Risto Silander ja TkT Bertel Myreén Pöyryltä yhdessä valkaisukemikaalien ja -prosessien toimittaja Eka Chemicalsin sekä PE-muovikalvohaihduttimien toimittaja Hadwagon (Hackman) kehittivät järjestelmän, jolla voitiin tuhota kloorikemikaalipitoiset valkaisun suodokset ja näin voitiin vähentää valkaisulaitosten päästöjä. Järjestelmän koeajot suoritettiin Gruvön tehtaalla Ruotsissa ja laitoksen todettiin toimivan odotetulla tavalla.

Samaan aikaan tehtiin voimakasta kehitystyötä prosessin sisäisten toimintojen kehittämiseksi. Mm. MC-teknologia antoi mahdollisuuden vesimäärien vähentämiseksi ja siten teki mahdolliseksi tehokkaan jäteveden käsittelyn avulla päästöjen haittavaikutusten pienentämisen asetettujen raja-arvojen tasolle.

Toinen Conox-sovellus oli pienimittakaavaisten sellun valmistusyksiköiden keittojäteliemen kemikaalien talteenotto. Tämä liittyi etenkin yksivuotisten kasvien (non-wood) käyttöön raaka-aineena. Aikaisemmat menetelmät eivät olleet sovellettavissa näihin kohteisiin huonon hyötysuhteen ja korkean investointikustannusten takia.

Conox-menetelmässä alhaisen polttoarvon liemi hapetetaan hapella korkeassa (10 bar) paineessa, jolloin reaktoritilavuus on murto-osa ilmalla normaalissa ilmanpaineessa tapahtuvaan hapetukseen verrattuna.

Yksivuotisten kasvien keiton jäteliemien käsittelyn lisäongelma on liemeen siirtyvä kasvien korkea silikaattipitoisuus, joka vaikeuttaa liemen konsentroimista haihduttamalla. Tätä varten Pöyryllä kehitettiin silikaatin poistomenetelmä Conox-reaktorista saatavan hiilidioksidin avulla. Tässä menetelmässä hiilidioksidilla suoritetaan  täydellinen saostaminen, jolloin myös suuri osa orgaanisista yhdisteistä saostuu ja jäljelle jäävä liuos voidaan konsentroida haihduttamalla reaktorihapetusta varten ja keittokemikaalit saadaan talteen.

Conox-järjestelmän jatkokehittäminen, myynti ja markkinointi päätettiin siirtää 1997 omaksi yhtiöksi, Conox Oy, ja jonka omistajiksi tulivat kehittäjäyhtiöt Pöyry, Eka Chemicals, Hackman ja pääomasijoittaja Biofund. DI Tuomo Niemi toimi Pöyryn edustajana yhtiön hallituksessa. Myöhemmin myös toimiva johto omisti yhtiötä. 2005 Conox-järjestelmään liittyvät patentit ja liiketoiminta myytiin USA:han.

 

12. Metsäklusterin tutkimuslaitokset ja aktiviteetit

Keskuslaboratorio (KCL)

Oy Keskuslaboratorio - Centrallaboratorium Ab (KCl), Helsinki/Espoo, Jan-Erik Levlin, 31.03.2009

 

Yleistä

Oy Keskuslaboratorio - Centrallaboratorium Ab, KCL, on Suomen kemiallisen metsäteollisuuden yhteisesti omistama tutkimusyhtiö, joka nykyään sijaitsee Espoon Otaniemessä. KCL perustettiin 1916 suoraan osakeyhtiöksi ja aloitti toimintansa Helsingin Yliopiston Kemian laitoksen yhteydessä. Sen ensimmäinen tutkija oli A.I.Virtanen, joka myöhemmin sai Nobel-palkinnon Valiolla suorittamistaan biokemiallisista tutkimuksistaan.

Jo vuonna 1919 KCL siirrettiin Turkuun, jossa se toimi viisi vuotta vuokratiloissa. Ajatuksena lienee silloin ollut läheisemmän yhteistyön aikaansaaminen Åbo Akademin kanssa. Tämä asia ei kuitenkaan kehittynyt ajatellulla tavalla ja jo 1925 KCL siirtyi takaisin Helsinkiin ollakseen lähempänä teollisuuden muita organisaatioita. Yhtiölle valmistui silloin uusi rakennus osoitteessa Hesperiankatu 4 ja täällä se toimi aina 1962 saakka jolloin se siirrettiin nykyisiin tiloihin Espoon Otaniemeen alueelle, johon samoihin aikoihin rakennettiin TKK:n ja VTT:n toimitilat.

KCL on siis alusta lähtien ollut teollisuuden omistama tutkimusyhtiö. Omistajien joukossa oli aluksi muitakin kuin massaa ja/tai paperia valmistavia yhtiöitä, mm tekstiiliteollisuus oli vahvasti edustettuna. Koska kemiallinen metsäteollisuus kehittyi muita teollisuuden aloja nopeammin se sai kuitenkin pian dominoivan aseman omistajien joukossa ja KCL:n toiminta suuntautui enenevässä määrin tämän teollisuuden palvelemiseksi. Vuonna 1942 valtio perusti VTT:n ja seuraavan vuonna metsäteollisuuyritykset lunastivat KCL:n osakkeet kokonaan itselleen. Samalla muun kuin massa- ja paperin valmistukseen liittyvä teknologian tutkimus siirtyi VTT:lle.

Vuonna 1962 KCL siirtyi Otaniemeen TKK:n ja VTT:n naapuriin. Samalla käynnistyi tasainen ja voimakas kasvu. Muuttohetkellä henkilöstön vahvuus oli 197 henkilöä. Suurimmillaan se oli 1990-luvun lopulla jolloin vahvuus oli n. 360 henkilöä.

KCL:n osakkeenomistajat ovat aina olleet käytännöllisesti kaikki Suomen massa- ja/tai paperia valmistavat yhtiöt. Niinpä osakkaaiden lukumäärä oli pitkään tasolla 25-26 kunnes teollisuuden suuri rakennemuutos 1985-1996 johti siihen että niiden lukumäärä supistui 4:ään. Kaikki osakkaat ovat myös osallistuneet yhteisen tutkimuksen rahoittamiseen määrällä, joka on verrannollinen yhtiön osuuteen Suomen yhteenlaskettuun massan ja paperin tuotannon arvoon.

Vahvan omistuspohjan lisäksi KCL:n erityispiirre muihin alamme tutkimuslaitokiin verrattuna on ollut vahva panostus pilot-luokan laitteisiin. Niinpä KCL:n koetehtaalle Otaniemeen on vuosien varrella kehittynyt ainutlaatuinen integraatti, joka kaattaa koko paperinvalmistusketjun mekaanisen massan valmistuksesta aina päällystettyyn, superkalanteroituun ja 4-väripainettuun lopputuotteseen saakka. Laitteiden mittakaava on sellainen että voidaan käsitellä muutaman sadan kilon kokoisia erriä koepistettä kohti.

Vuonna 2009 VTT osti KCL:n kaikki tutkimus- ja laboratoriotoiminnot, jotka integroitiin VTT:n vastaavien toimintojen kanssa. Juridisesti yhdistyminen toteutui vuoden 2010. Yhtiönä KCL jäi kuitenkin henkiin ja jatkoi toimintansa omistamalla ja halinnoimalla kiinteistön sekä pyörittämällä koetehtaan n. 30 hengen voimin. VTT vuokrasi KCL:n päärakennuksen käyttöönsä, aluksi kolmeksi vuodeksi.

Tärkeimpien koetehtaan laitteiden hankinta-ajankohdat ovat olleet:

1966 Ensimmäinen päällystyskone

1967 Ensimmäinen superkalanteri

1968 Paperikone

1975 TMP/CTMP laitos

1985 Toinen päällystyskone

1985 Arkkioffsetkone

1987 Flexopainokone

1988 Heatset offsetpainokone

1989 Paperikoneen uusinta

1991 Uusi TMP-laitos

1995 Päällystyskone 2 uusinta

1999 Multical superkalanteri

2008 Ink-jet painokone


JATKUU

 

KCL:n teknis-tieteelliset saavutukset

KCL:n teknis-tieteelliset saavutukset voidaan jakaa kahteen ryhmään:

1. Tulokset ja tuotteet, jotka ovat selvästi osoitettavissa KCL:n tutkijoiden aikaansaannoiksiksi ja jotka yleensä ovat selviä tuotteita.

2. Tutkimushankkeet, joissa KCL on ollut selvästi edistämässä sinänsä tunnetun teknologian siirtämistä ja soveltamista Suomen teollisuuteen.

1. KCLn tutkijoiden työn tuloksina syntyneita tuotteita, prosesseja tai menetelmiä.

KCLn tutkijoiden kehittämiä tuotteita ovat ainakin kolmentyyppisiä:

  • Uusia tuotteita tai tuotteiden valmistusmenetelmiä.
  • Uusia prosesseja.
  • Uusia prosessinmittaus- ja analysointimenetelmiä.

Useimmat ovat uusia tuotteita tai prosessinmittausmenetelmiä.

Uusia tuotteita ovat esim

  • Si-jäteliemen hyödyntämiseen perustuva PEKILO
  • Sa-jäteliemen hyödyntämiseen perustuvat KARATEX ja LIGNOBOND

Kaikkien näiden tuotteiden kehittämisen takana oli Kaj Forss tutkimusryhmineen, silloinen R-osasto, Kemian tuotteiden kehittämisosasto. Ligniinin rakennetta ja analytiikkaa koskeva tutkimus- ja kehitystyötyö oli käynnistetty jo 1956 silloisen uuuden toimitusjohtajan, Waldemar Jensenin toimesta.

PEKILO-proteiinin lähtömateriaali oli sulfiitti-jäteliemi, jossa kasvatettiin Paecilomyces varioti niminen mikrobi. Projektin vetäjänä oli aluksi Ralf Lundell, myöhemmin Kirsti Jokinen. Tutkimustyön alkaessa maassamme oli vielä 18 si-sellutehdasta. Sulfiitti-jäteliemeen perustuvien tuotteiden kehitys ja valmistus loppui kuitenkin si-sellun valmistuksen loppumisen myötä. Oltiin silloin päästy niin pitkälle että Jämsänkosken si-sellutehtaan yhteydessä oli 1975 rakennettu tehdasmittainen PEKILON valmistusyksikkö, jonka kapasiteetti oli 10.000 tonnia vuodessa. Yksikkö lopetettiin 1982, kun sulfiittisellun tuotanto loppui. Samoin kävi Mäntän tehtaan yhteyteen 1982 käynnistetty Pekilo-tehtaan, se pysäytettiin 1991. PEKILO-prosessin oikeudet oli 1973 siirretty Oy Tampella Ab:lle.

KARATEX-liima ja LIGNOBOND-menetelmä perustuvat suurimolekyylisen sulfaattiligniinin hyödyntämiseen, ja näiden kehityksestä vastasi Agneta Fuhrmann. Molemmat tuotteet kehitettiin teolliseen tuotantoon saakka. KARATEX-liimaa käytettiin vaneri- ja lastulevyjen valmistukseen. Sen merkittävä etu on, ettei siitä valmistetuista tuotteista vapaudu formaldehydia. Sen oikeudet myytiin 1980 Metsäliiton Teollisuus Oy:lle, jonka Äänekosken sa-tehtaan yhteyteen oli rakennettu ultrasuodatukseen perustuva sulfaattiligniinin tuotantolaitos.

Nämä keksinnöt saivat julkista huomiota ja palkintoja osakseen. Pekilo ja KARATEX saivat vuonna 1975 presidentti Kekkosen myöntämä Viisasten kivi-palkinnon ja KARATEX sai 1981 Chicagossa IR 100 palkinnon ”One of the 100 most significant new technical products of the year”. Tämän palkinnon muistolevy on kauan ollut esilla KCL:n hallituksen kokoushuoneessa.

Vuonna 1985 kehitetyn LIGNOBOND-menetelmän avulla saadaan sa-jäteliemesta erotettu liigniini muodostamaan vahvoja vedenkestäviä sidoksia kuitujen välillä. Tällä tavalla voidaan valmistaa vedenkestävää voimapaperia ja pakkausmateriaaleja sekä kuitulevyjä. Tämänkin menetelmän oikeudet myytiin vuonna 1989 Metsäliiton paperiteollisuusyhtiölle, joka oli siihen mennessä fuusoituinut Serlachiuksen kanssa Metsä-Serla Oy:ksi. Tuotteiden edelleenkehitys kuitenkin päättyi v 1990 kun KCL:n Kemiallisten tuotteiden kehittämisosasto lakkautettiin. Samoihin aikoihin lopetettiin myös ligniinin valmistus Äänekosken tehtaalla.

Näiden tuotteiden kehitys oli linjassa 2000-luvun Biorefinery-huuman kanssa; ehkäpä olivat vain hieman ennenaikaisia…

Uusia prosesseja ovat esim

  • SINI-prosessi liukosellun valmistamiseksi.
  • MILOX-keitto orgaanisilla liuottimilla.
  • Fennotriox, jätevesien puhdistus hapetuksen ja Fe(II)-suolan avulla.
  • Xylanaasi-entsyymi sellun valkaisussa.

SINI-prosessi on Hannes Sihtolan ja Boris Nizovskyn kehittämä viskoosimassan valmistusmenetelmän parannus, jonka etuina ovat kemikaalisäästöt sekä alkalin että rikkihiilen osalta. Menetelmä patentoitiin ja se herätti laajaa kansainvälistä huomiota viskoositeollisuuden piirissä. Italialainen Snia Viscosa-yhtiö osti lisenssin ja ryhtyi valmistamaan polynoosikuitua Pavian tehtaallaan. Viskoosimassatuotannon laaja alasajo Euroopassa 1970-luvulla johti kuitenkin tämänkin tehtaan lopettamiseen.

MILOX on rikitön ja klooriton peroksihappojen (muurahaishapon) käyttöön perustuva sellunvalmistusmenetelmä, joka kehitettiin Paper Science Centerin piirissä Jorma Sundquistin ja Kristiina Poppius-Levlinin toimesta 1980-luvulla. Kehitystyö jatkui 1990-luvun alkupuolella yhteistyössä Kemira Oy:n kanssa. Tämän yhtiön tiloihin Ouluun rakennettiin koetehdas tuotantomittasen tehtaan suunnittelussa tarvittavien mitoitusarvojen saamista varten. Tutkimus- ja kehitystyö sinänsä onnistui hyvin, mutta KCL:n omistajayhtiöiden puuttuvan kiinnostuksen vuoksi menetelmän oikeudet luovutettiin oululaiselle Chempolis-yhtiölle. Tämä onkin hyvin sitkeästi jatkanut kehitystyötä ja on vihdoin vuoden 2008 alussa onnistunut tekemään lisenssisopimuksen UPM-Kymmenen kanssa menetelmän hyödyntämiseksi ruohokasvipohjaiseen massanvalmistukseen Kiinassa. Menetelmä soveltuneekin erityisen hyvin juuri ruohokasveille, koska ruohokasvien suuret silikaattimäärät liukenevat keittoliemeen eivätkä siten aiheuta prosessihäiriöitä.

Fennotriox on Martti Savolaisen kehittämä biokemiallinen menetelmä, jossa hapetuksen ja Fe(II)-suolan avulla voidaan puhdistaa valkaisun jätevesiä. Tässäkin tapauksessa Kemira on ostanut menetelmän teolliset oikeudet ja markkinoi sitä juuri Fennotrioxin nimellä. Sen käyttö selluteollisuudessa on vähäistä, mutta se lienee käytössä mm erilaisissa värjäämöissä Aasiassa

Xylanaasi-entsyymin käyttöä sellun valkaisussa kehitettiin vuodesta 1983 lähtien Jorma Sundqvistin ja Marjatta Ranuan toimesta yhteistyössä VTT:n tutkijoiden kanssa. Menetelmän avulla voidaan vähentää kloorikemikaalien kulutusta. Menetelmä on käytössä monissa sellutehtaissa ympäri maailmaa. Vuonna 1990 xylanaasi-keksintö sai Ympäristöministeriö vuoden pääpalkinnon.

Uusia prosessin mittaus- ja/tai analyysimenetelmiä ovat esim

  • Kuidunpituusmittausmenetelmä, jota Kajaani Oy on kaupallistanut Kajaani FS-laitteiden nimellä.
  • KCL-ECO tuotteiden elinkaarianalyyseja varten. Tähän liittyy myös KCL ECO Data tietokanta.
  • KCL-WEDGE.
  • DOTS.
  • GURU.

KCL:n Paperiosaston yhteydessä toimi 1970-1980-luvuilla Tapio Makkosen johdolla ns Mittausryhmä, joka kehitti ja sovelsi paperiteollisuuteen erilaisia uusia fysikaalisia prosessimittausmenetelmiä. Eräs heidän työnsä tulos on kuidunpituusmittari, jossa kapillaariputken läpi virtaavasta hyvin laimeasta kuituseoksesta mitataan optisesti yksittäisten kuitujen pituuksia ja siten koko seoksen kuidunpituusjakauma. Toimiva prototyyppi ja sen oikeudet myytiin silloiselle Kajaani Elektroniikka Oy:lle, joka on kehittänyt siitä kaupallisen laitteen nimellä Kajaani FS-100, FS-200 jne. Se on levinnyt hyvin laajalle selluteollisuuden t&k-laboratorioihin ympäri maailmaa.

Elinkaarianalyyseja (LCA) varten kehitettiin Anssi Kärnän johdolla 1990-luvulla KCL ECO nimistä laskentaohjelma. Sitä päivitetään jatkuvasti ja lisenssejä on myyty yli 100 kpl ympäri maailmaa. Sitä käytetään esim investointien ja kehityshankkeiden kokonaisympäristöystavällisyyttä arvioitaessa. Ohjelman käytön tueksi on kehitetty myös KCL EcoData nimistä tietokantaa.

Hannu Paulapuron aloitteesta ja Risto Ritalan työn tuloksena syntyi KCLn prosessimittausryhmän toimesta KCL-WEDGE niminen järjestelmä prosessitietojen keruuta, tallennusta ja anaysointia varten. Tästä ja siitä lähtöisin olevat tuotteet DOTS ja GURU ovat KCL:n kehitelmistä tuottaneet selvästi eniten taloudellista hyötyä ja liiketoimintaa. Niiden hyödyntämistä varten perustettiin Mittausryhmästä tytäryhtiö KCL Development Oy, jossa oli parhaimmillaan yli 10 työntekijää. Erilaisten vaiheiden jälkeen yhtiö myytiin lopulta Savcorille vuonna 2005 (kts luku KCL:n sisäisestä orgnisaatiosta).

Kaikki WEDGE-perheen tuotteet keskittyvät prosessien hallintaan prosessianalyysin ja virhediagnostiikan avulla. Vuonna 2008 WEDGE oli jo asennettu 43 paperikoneeseen Suomessa ja ulkomailla.

Nyt 2000-luvun puolella on Mikael Lucanderin toimesta tehty hiomakiven pinnan kehitystyötä. Optimoimalla hiomakiven pinnan muotoilua voidaan hionnan energiankulutusta vähentää.

2. Tutkimusalueita, joissa KCLn panos on selvästi edistänyt massa- ja paperiteollisuutemme tietämystä

KCLn perustehtäviä on tietenkin aina ollut uuden tiedon kehittäminen sekä olemassa olevan tiedon jalostaminen ja vieminen omistajayhtiöiden käyttöön. Niinpä alueita, joilla KCL:n panos tiedon kehittämisessä on ollut merkittävä voidaan tunnistaa lukuisasti. Kattavan luettelon tekeminen näistä on kuitenkin vaikeata, ellei mahdotonta. Seuraavassa vain eräitä esimerkkejä.

Massan valmistus

Mekaaninen massa

  • V. Alfthanin hioketutkimukset
  • Hiertotekniikan kehittäminen .
  • Painehionnan edelleenkehittäminen.

Sellun valmistus ja valkaisu

  • Happikemikaalit valkaisussa.
  • Kloorikaasun korvaaminen kloridioksidilla .
  • Antrakinonin käyttö sellun valmistuksessa.
  • Autokaustisointi.
  • Hekseeniuronihapon poistaminen sellusta.
  • Entsyymien käyttö valkaisussa.
  • Prosessien sulkeminen.

Ympäristötutkimus

Paperin valmistus

Massojen jauhatus, luonnehtiminen ja valinta

  • Massojen jauhatus ja luonnehtiminen.
  • Massojen valinta käyttötarkoituksen mukaan, “Oikea kuitu oikeaan paikkaan”.

Täyteaineet

  • Talkki painopapereissa.
  • Täyteainepitosuuden nosto.

Paperin päällystys ja pintakäsittely

  • Teräpäällystyksen kehittäminen ja ymmärtäminen.
  • Päällystys suurissa nopeuksissa.
  • Filmipäällystys.
  • Superkalanterointi.

Painatus

  • Heat-set offset painatus ja siihen liittyvien ongelmien hallinta

Paperifysiikka


Tähän tulee linkki KCL:n historiikkiin kun se valmistuu keväällä 2010

Ahlström

Enso- Gutzeit / Stora Enso, Imatra

Tutkimusta olleet kehittämässä mm. Ilkka Kartovaara ja Matti Sten.

 

Pentti Sierilä 20.3.2012

Lähteet: kirjoittaja sekä historiikit Enson tähtikronikka 1872–1997 ja Enso-Gutzeit Oy 1924-1992, Jorma Ahvenainen

Enso-Gutzeit Oy oli pitkään aina 1980-luvun lopulle hyvin diversifioitunut yhtiö, joka toimi paitsi laajasti metsäteollisuuden eri tuotesektoreilla, sellu-, paperi-, kartonki-, pakkaus-, saha-, levy- ja puurakenneteollisuudessa, myös konepaja- ja kemian teollisuudessa sekä merenkulun harjoittajana. Yhtiö oli 1970-luvulle saakka Suomen suurin teollinen yritys.

Vuonna 1962 Enso-Gutzeit Oy:n toimitusjohtajaksi nimitettiin DI Pentti Halle, Vuoksenniskalla sijaitsevan Kaukopään tehtaiden paikallisjohtaja ja pitkän linjan ensolainen. Hänen kaudellaan yhtiön strategiassa korostui ennen kaikkea yhtiön tuotteiden jalostusasteen nosto. Tätä pyrkimystä vauhditti suomalaisen puun jatkuva kallistuminen. Täten massatuotteille, kuten valkaisemattomalle sellulle, säkkipaperille, kraftlinerille ja aaltopahville pyrittiin etsimään maailmalta paikkoja, missä niitä voitaisiin valmistaa Suomea huokeammasta raaka-aineesta. Tarkoituksena oli myös siirtää osa tuotannosta lähelle markkina-alueita, millä ennakoitiin alkanutta kaupallista integraatiokehitystä.

Strategian mukaisesti yhtiö osti vuonna 1963 Hollannin Roermondissa olevan tehtaan osake-enemmistön ja laajensi 1960-luvun lopulla tuotantotoimintaa USA:n Pinevilleen Lousianassa ja Kanadan Kitimatiin British Columbiassa. Näin voidaan sanoa, että suomalaisen metsäteollisuuden kansainvälistyminen markkinoinnin ohella myös tuotannon osalta alkoi suuressa mitassa juuri 1960-luvulta eteenpäin, eikä vain Enso-Gutzeitissa vaan myös esimerkiksi Kymin ja Yhtyneiden Paperitehtaiden osalta.

Kotimaassa Enso käytti massatuotteista vapautunutta kapasiteettia jalostusasteen nostamiseen. Yhtiön tuotekehitystä toteutettiin erittäin laajalla rintamalla, sekä paperi- että kartonki- ja pakkaustuotteissa kaikilla tehtailla. Pakkausryhmään kuuluivat Lahden ja Vallilan tehtaat sekä osastoja Pankakosken, Insuliitin ja Kotkan tehtaista. Näistä Vallilan tehdas lopetettiin laajennusmahdollisuuksien tyrehdyttyä Helsingin kaupungin vastustukseen.

Tärkeimpiä muutoksia oli siirtyminen valkaistujen laatujen tuotantoon. Erityisesti valkoisesta elintarvikekartongista tuli yhtiön tärkeimpiä tuotteita ja johtavia valmistajia maailmassa. (kts. erillinen kronikka nestepakkauskartongista). Kartonginjalostus laajemminkin näytti yhtiön johdon arvioinneissa hyvin lupaavalta. 1970 päätettiin erillisen kartonginjalostustehtaan rakentamisesta Kaukopäähän. Nestepakkauskartongin ohella toisena ryhmänä olivat aseptiset kartongit. Näitä valmistettiin tarkoituksiin, joissa aromien hyvä säilymiskyky oli tärkeää. Sellaisia ovat mehu- ja viinipakkaukset sekä alumiinipaperit. Kolmas tuoteryhmä olivat valkoiset pakkauskartongit, joita käytetään pakasteihin ja juomakuppeihin.

Kotkan tehtailla absorbex-voimapaperi, jota kutsutaan myös laminaattipaperiksi tai levyraakapaperiksi, oli ollut kokeiluluonteisesti tuotannossa 1950-luvun lopulta, mutta vasta 1960-luvun puolivälissä sen osuus kasvoi nopeasti. Levyraakapaperin tuli olla imukykyistä ja pohjaltaan tasaista. Jalostettaessa paperi kyllästettiin fenolihartseilla, leikattiin arkeiksi ja laminoitiin kuumapuristimessa levyiksi. Samalla levyn pintaan saatiin haluttu kuvio. Teknisenä kehittelynä absorbex on mielenkiintoinen. Kehitystyön lähtökohtana oli ajatus siitä, että sahanpurusta olisi muuksikin kuin polttoaineeksi. Kysymystä koetettiin ratkaista aluksi käyttämällä massassa lyhytkuituista koivusellua ja sahanpurusta valmistettua niin ikään lyhytkuituista sellua. Pian huomattiin kuitenkin, ettei koivu ollut tarpeen vaan absorbex`in massaksi soveltui hyvin pelkästä sahanpurusta valmistettu sellu, koska tuotteelta ei vaadittu suurta vetolujuutta. Sahanpurun käyttäminen vaati muutoksia myös sellun valmistukseen. Entiset keittokattilat eivät soveltuneet lyhytkuituiselle sahanpurulle, vaan tehtaaseen hankittiin kaksi jatkuvatoimista Bauer-keitintä.

Vuonna 1969 aloitti toimintansa tehtaiden tutkimuslaboratioiden ohella yhtiön keskustutkimuskeskus Imatran Tainionkoskella. Tutkimus oli tavoitehakuista, ja tehtävänä oli kehittää uusia tuotteita tai parantaa entisiä. 1970-luvulla tutkimuskohteita olivat esimerkiksi jatkolomake- ja laminaattipaperi, itsekopioitava paperi ja lämmönkestävä kartonki. 1980-luvulla tutkimuskohteina olivat elintarvikekartonkien laatu sekä kopio- ja tulostuspaperien kehittäminen. Yksityisistä paperilaaduista voi mainita Kotkan tehtaan valmistama Solaris-paperi, ohuehko päällystetty, puolikiiltävä aikakauslehtipaperi, joka kehitettiin tutkimuskeskuksen paperilaboratoriossa.

Merkittävä ja monessa mielessä ennakkoluuloton toimenpide tutkimuksen alueella oli 1969-70 Kaukopäähän rakennettu tehdasmittakaavainen koepaperitehdas Enso-Gutzeitin ja Valmetin yhteistyönä. Hankkeen toteuttamiseksi perustettiin Enso-Valmet Oy. Tarkoituksena oli tutkia ja kehittää koneita ja paperilaatuja. Koneen työleveys oli 3,2 metriä ja nopeus enimmillään 1200 m/min. Tuotanto oli pääasiassa hienopaperia, erityisesti jatkolomakepaperia. Kone oli suurimman osan ajasta tavanomaisessa tuotantokäytössä ja osan ajasta koetoiminnassa. Tämä yhdistelmä ei kuitenkaan osoittautunut erityisen onnistuneeksi, kokeilua ja tehdaskäyttöä oli hankala sovittaa toisiinsa. Muutaman vuoden kuluttua kone siirrettiin Enson omistukseen. Ehkä mielenkiintoisin koneen valmiste oli brasilialaista ostajaa varten pajuselluloosasta tehty painopaperi.

Yhtiön ympäristönsuojelulaboratorio liitettiin tutkimuskeskukseen 1973. Tehtäväksi tuli ottaa ympäristö huomioon uusia tuotteita kehitettäessä. Tutkimuksista voi mainita biologisen menetelmän haisevien lauhteiden käsittelemiseksi (Enso-biox) ja valkaisujätevesien klooriyhdisteiden hajottamisen. Käytännön sovelluksiin nämä tutkimustulokset pääsivät massatehtaiden rakentamisessa ja uusinnassa ja Lypsyniemen konepajan tuotannossa.

Joutseno Pulp

Tutkimusta olleet kehittämässä mm. Leila Pohjola sekä Mauno Ruhanen.

Kajaani

Tutkimusta ollut kehittämässä mm. Hannu Makkonen

Kaukas

(Jaakko Palsanen 12.9.2009)

Oy Kaukas Ab:n tutkimustoiminta

Perustuu Johan Standertskjöldin teokseen Kaukas 1945 – 1985 (Weilin & Göös 1988)

Sulfiittitehtaan ollessa Kaukaan hallitsevin tuotantoyksikkö tutkimustyö tapahtui sen laboratoriossa. Sellun laadun jatkuvan tarkkailun ja sen parantamiseksi tehdyn työn rinnalla olivat veden saastumis- ja puhdistuskysymykset ensiarvoisen tärkeät. Insinööri Väinö Somer kehitti 1950-luvulla menetelmän, jolla rikkidioksidi otettiin tislaamalla talteen. 1960-luvun alussa sulfiittijäteliemen haihduttamoa rakennettaessa seurasi uusia tutkimustehtäviä. Koivusellun valmistaminen uudessa sulfaattitehtaassa 1960-luvulla aiheutti yhtiön kemisteille uudenlaista tutkittavaa. Puhdisteiden ja klooridioksidilla tapahtuvan hapettavan valkaisun avulla voitiin saada aikaan hyvälaatuista koivusellua. Menetelmä vaati melko paljon tutkimusta yhteistyössä Keskuslaboratorion (KCL) kanssa. Kaukaan tekosilkkitehtaan toimintaan liittyi myös tutkimusta.

Vuonna 1961 tutkimus organisoitiin uudelleen: perustettiin tutkimusosasto ja kiinnitettiin filosofian tohtori Eero Avela tutkimuspäälliköksi, jonka vastuualueena oli yhtiön koko tutkimus- ja kehittämistyö. Tutkimus keskitettiin, ja tutkimuspäällikkö raportoi yhtiön tekniselle johtajalle. Avelan seuraajaksi nimitettiin vuonna 1967 filosofian maisteri Reino Soila, jonka aikana kehtystyötä jaettiin entistä enemmän osastoille. Silloin työtehtävät jakaantuivat suunnilleen tasan tutkimuksen ja rutiiniomaisten tarkistusten kesken. Soila halusi yhdistää sulfiittilaboratorion vaativimmat työt ja tutkimuslaboratorion yhteiseksi analyysilaboratorioksi. Sen esimieheksi nimitettiin diplomi-insinööri Olle Schalin. Analyysilaboratorion nimi vaihtui myöhemmin kemian laboratorioksi.

Ympäristökysymykset hoidettiin erillään tutkimuslaboratoriosta. Vesi- ja jäyevesiasioita hoitavaa ympäristölaboratoiota johti diplomi-insinööri Gunnar Wigren vuodesta 1961 vuoteen 1975, jolloin nimitettiin ympäristönsuojelupäällikkö. Tässä toimessa oli luonnontieteiden kandidaatti Leo Stenbäck vuoteen 1980, hänen jälkeensä diplomi-insinööri Olavi Airanne ja vuodesta 1985 lähtien filosofian maisteri Esa Simpura.

Vuonna 1975 tutkimusosasto alistettiin Tapani Larekselle. Samana vuonna diplomi-insinööri Harri Holmista tuli tutkimuspäällikkö. Tutkimustyön osuus kasvoi vähitellen laaduntarkkailun vähetessä. Aluksi tutkimusosasto sijaitsi vanhan sulfiittitehtaan kahdessa eri laboratoriossa. Paperitehtaan valmistuttua vuonna 1975 osastoa laajennettiin. Jo olemassa olevien laboratorioiden yhteydessä olevat tehdastilat korjattiin tutkimusosaston käyttöön. Silloin voitiin ensimmäisen kerran sijoittaa koko osasto yhteisiin ja yhtenäisiin tiloihin.

Tutkimustyöstä kohdistui aluksi suurin osa sulfiittitehtaaseen, sitten sulfaattitehtaaseen ja myöhemmin paperitehtaaseen. Vuonna 1963 tutkimusosasto ehdotti, että sahanpurua käytettäisiin sulfaattisellun valmistukseen, sillä analyysit osoittivat sen täysin mahdolliseksi. Tämä johti vuonna 1967 sahanpurusellulinjan rakentamiseen. Mekaanisen puunjalostusteollisuuden eri puujätteiden sopivuutta sellun valmistukseen tutkittiin, samoin puuraaka-aineen varastointiajan vaikutusta tuotteen laatuun. Kemiallisen tehtaan rakentaminen ja toiminta aiheuttivat melko paljon tutkimustyötä. Avelan aikana tehtiin laajoja kuituanalyysitutkimuksia, jotka liittyivät päätökseen rakentaa yhdessä Kymin Osakeyhtiön kanssa hienopaperitehdas Nordland Papier Länsi-Saksaan. Myös korroosiokysymyksiä tutkittiin. Samassa yhteydessä ilmansuojelu tuli ajankohtaiseksi.

Aivan uusia ja vaativia tutkimustehtäviä liittyi kuitenkin paperitehdasprojektiin. Ensin oli kysymyksessä kartongin tai sanomalehtipaperin valmistus. Näistä suunnitelmista luovuttiin melko pian. Lopuksi päädyttiin LWC-paperiin. Kaikki käytettävissä olevat voimavarat kohdistettiin oikean ratkaisun löytymiseen. Selvitysryhmää johti yhtiön tekninen johtaja Karl-Erik Jernström. Muut ryhmän jäsenet olivat Tapani Lares, Harri Piehl ja Reino Soila sekä yhtiön ulkopuolelta Niilo Ryti, Jaakko Pöyry ja Mikko Nyyssölä. Asiantuntijoina kuultiin myös kirjapainoalan eksperttejä. Tehtäviin kuuluivat kilpailija- ja markkina-analyysit, paperin laatukysymykset, tulevaisuudessa mahdollisesti esiintyvien häiriöiden ennakointi ja ehkäisy sekä tehdasmallin kehittäminen ym. Osa tutkimustyöstä tehtiin Kaukaalla, osa Keskuslaboratoriossa tai know-how – kumppanin Mead Corporationin luona. Paperin eri ominaisuudet, kuten esimerkiksi lujuus ja painettavuus, olivat tietenkin tärkeimmät tutkimuskohteet.

Vuonna 1973 päätettiin paperitehtaan laboratorion ja tutkimusosaston välisestä työnjaosta seuraavaa: Tehdas vastaa käytön ja laadun valvonnasta sekä tuotteiden ja työmenetelmien jatkuvasta parantamisesta samoin kuin lyhyen aikavälin tavoitetutkimuksesta. Tutkimusosato suorittaa paperin, päällystysaineen ja valmiin tuotteen tavoite- ja tuotekehitystutkimusta päämääränään löytää uusia tuotteita ja laatuja. Myös painovärien, painotekniikan ja paperin painettavuuden tutkimukset tehdään tutkimusosastolla. Tutkimusosasto kokeilee ja kehittää menetelmiä, joiden avulla entistä paremmin pystytään selvittämään paperin käyttäytyminen painoprosessissa. Tehdas ja tutkimusosasto ovat tietenkin läheisessä yhteistyössä.

Vuonna 1977 tutkimusosasto keskittyi parantamaan LWC-paperin kilpailukykyä. Vuonna 1979 pääpaino oli päällystyspigmenteissä. Vuonna 1981 pyrittiin löytämään tutkimusteitse uusia tuotteita. Vuonna 1984 tutkimuksen tärkeitä tavoitteita olivat offsetlaadut ja hyvin kevyet LWC-paperit. Myös paperikoneen märän pään kemia muodosti laajan tutkimuskohteen.

Vuonna 1986 syntyi Oy Kymmene Ab Kymin ja Kaukaan yhdistyessä. Tällöin Kaukaan tutkimusosasto jatkoi toimintaansa Harri Holmin johdolla ja se palveli Kaukaan lisäksi Kaukas-Voikkaa Divisioonaan kuulunutta Voikkaan paperitehdasta. Myöhemmin tutkimusosaston palveluja käyttivät Kymmenen Aikakausilehtipaperitoimialaan liityneet ulkomaiset tehtaat Caledonian Paper, Chapelle Darblay St Etienne ja Chapelle Darblay Grand Couronne.

Tämä kronikka ei käsittele Kaukaan tutkimusosaston toimintaa vuodesta 1986 lähtien, joka vaatisi oman kronikkansa.

Kemi

( Ilmo Isotalo 1.3.2011 )

KEMIYHTIÖN / MB:N TUTKIMUSTOIMINNASTA VUOSITUHANNEN VAIHTEESEEN ASTI ( Ilmo Isotalo 1.3.2011 )


TIIVISTELMÄ

Vuosina 1919 ja 1927 käynnistyneiden sulfiitti- ja sulfaattisellutehtaiden käyttö- ja laatu-tarkkailulaboratorioista kehittynyt tutkimusosasto toimi Kemissä itsenäisenä osastona neljä vuosikymmentä. Sen toiminnan voidaan katsoa alkaneen vuonna 1958 kun päälaboratoriorakennuksen ensimmäinen puolisko valmistui. Sitä ennenkin Pajusaaren tehtailla oli tehty merkittävää T&K-työtä mm. sota-ajan korviketuotteiden kehittämiseksi. Kemin sa-tehdas oli pitkään ainoa sulfaattitehdas Pohjois-Suomessa, minkä vuoksi pohjoisen raakapuun ominaisuuksia sa-sellun raaka-aineena ei ollut juurikaan tutkittu. Siksi yhtiössä todettiin tarpeelliseksi selvittää mäntykuitupuun puunkulutukseen, sivutuotesaantoihin ja saatavan sellun jauhautumis- ja lujuus- ominaisuuksiin vaikuttavia tekijöitä. Eroja Etelä-Suomen puuhun todettiinkin mm. kevätpuukuitujen osuudessa. Suurempi ohutseinäisen kevätpuukuidun osuus selittikin eroja esim. puun tiheydessä (pohjoisessa alempi), keittosaannossa (pohjoisessa alempi), jauhautumisnopeudessa (pohjoisessa suurempi) ja lujuusominaisuuksissa (pohjoisessa parempi veto ja puhkeama, mutta huonompi repeämä). Mainittujen ominaisuuserojen ymmärtäminen auttoi osaltaan yhtiötä suuntaamaan kehitystyötään tuotteisiin, joissa PS:n puun hyvät ominaisuudet olivat eduksi. Näitä olivat sähkötekniset eristyssellut ja kraftliner-kartonki. Edellisiä jauhetaan hyvin pitkälle minkä takia helposta jauhautuvuudesta on etua lujuuksien säilyttämiseksi. Jälkimmäisen kohdalla tärkein lujuusarvo on puhkeama, mikä Kemin sellulla on hyvä. Vastaavasti huonommalla repeämällä ei em. tuotteissa ole merkitystä.

Kaapeli- ja kondensaattoripaperien valmistuksessa käytettävien sellulaatujen toimittajana Kemi-yhtiö saavutti vuosituhannen viime vuosikymmeninä kiistattoman johtoaseman maailmassa. Samantapainen kehitys on tapahtumassa pienellä viiveellä päällystettyjen valkopintaisten lainerilaatujen kohdalla. Muita Kemiyhtiön erikoistuotteita ovat olleet normaalisaantoinen ja suursaantoinen natriumbisulfiittiselluloosa. Edellinen oli markkinaselluna ainoa laatuaan Suomessa. Jälkimmäistä käytettiin lisämassana kraftlinerin pohjamassassa. Sen saanto oli kemialliselle sellulle huippukorkea 65 %. Sellun valkaisu aloitettiin Kemissä myöhään, mutta silloin oltiin kyllä edistyksellisiä. Vuonna 1975 valmistunut valkaisimo oli ensimmäinen Suomeen rakennettu havusellun 5-vaiheinen valkaisu ja vuonna 1990 valmistunut uusi valkaismo puolestaan ensimmäinen 4-vaiheinen valkaisu.


TAUSTAA

Vuonna 1919 käynnistyneen sulfiittitehtaan ja v.1927 käynnistyneen sulfaattitehtaan tutkimus oli pitkään lähinnä vain käyttö- ja laatutarkkailua. Varsinaista tutkimusosastoa ei ollut, vaan toiminta tapahtui ”laboratoriossa”. Vaikka tehtaalla tehtiin sotien aikana ja sen jälkeisinä vuosina merkittävääkin korkeakoulutasoisten henkilöiden suorittamaa tutkimusta, niin systemaattisemman tutkimustoiminnan voidaan katsoa alkaneen vasta vuonna 1958 kun tehtaalle valmistui oma erillinen päälaboratorioraken- nus. Sinne hankittiin heti toinen Valley-hollanteri, pyörivä 15 litran suuruinen selluloosan koekeitin ym. kuitututkimuksissa tarvittavia laitteita. Vähän myöhemmin hankittiin mm. 20 litran suuruinen pakkokiertokeitin, Escher Wyss-kartiojauhin ja valkaisukokeiden alettua myös PFI-jauhin.

Päälaboratoriorakennuksen valmistumisesta meni kuitenkin vielä 5 vuotta ennenkuin tutkimustoimintaa organisoitiin niin, että tutkimustehtävät oli hyväksytettävä sellutehtaan johtoryhmässä, tutkimukset oli numeroitava ja niistä tehtävä aina loppuraportit sekä pidettävä neljännesvuosittain erillinen tutkimustoimintaa käsittelevä kokous. Johtoryhmän palaveri, missä näistä asioista sovittiin pidettiin 18.10.1963 ja sitä johti vasta hiljattain kemiallisen metsäteollisuuden johtajaksi nimitetty Niilo Hakkarainen. Tärkeintä em. kokouksessa oli kuitenkin se, että siinä päätettiin määrätä tutki- muksille muista kustannuksista erillinen määräraha.

SOTA-AJAN KORVIKETUOTTEIDEN KEHITTÄMINEN SELLUTEHTAIDEN SIVUTUOTTEISTA

Viime sotien aikana Kemiyhtiön sellutehtaat ”pakotettiin” kehittämään korvaavia tuotteita monille siihen asti ulkomailta tuoduille kemiallisille aineille. Viranomaisten v.1941 tekemän päätöksen mukaan si-tehtaan oli aloitettava spriin valmistus nestemäiseksi polttoaineeksi. Spriitehdas valmistui syksyllä 1943.

Sa-tehtaan sivutuotteet mäntyöljy ja tärpätti oli ennen sotaa myyty puolijalosteina. Viennin vaikeutuessa aiottiin myynti lopettaa kokonaan, mutta viranomaiset eivät sitä hyväksyneet. Niinpä Kemissä alettiin kolmantena sellutehtaana Suomessa kehittää näistä sivutuotteista jalostetumpia korviketuotteita. Enso-Gutzeitin Kotkan tehtailla toimi mäntyöljytislaamo ja Oulu Oy oli erikoistunut tärpätin polymerointiin. Seuraavassa lainaus DI Eirik Pawlin eräästä kirjoituksesta koskien Kemissä tehtyä kehitystyötä:

”Kemi Oy.ssä krakattiin raakaa mäntyöljyä jo sodan viime vuosina. Metodin oli kehittänyt Keskuslaboratoriossa maisteri Böök yhteistyössä tohtori Charley Gustavssonin kanssa. Myytäviä tuotteita olivat noin 3,5-4 Eo voiteluöljy, noin 1,5 Eo värttinäöljy sekä piki. Laatuvaatimusten kasvaessa raffinoitiin öljytuotanto rikkihapolla, ja viime vaiheessa koko tuotanto vakuumitislattiin Kotkassa. Kevyt fraktio (n. 1,5 Eo ) sulfonoitiin Kemissä ja saatu neutraloitu kehruuöljy myytiin tekstiiliteollisuudelle (Wakemol-kehruuöljy). Suurehko osa raa’asta mäntyöljystä markkiinoitiin myös vernissan korvikkeena. Raaka mäntyöljy sikkatinoitiin ja siihen lisättiin sopiva määrä raakaa tärpättiä. Saatu maalipinta oli hetken kauniin näköinen, mutta viimeistään vuoden kuluttua oli koko maali varissut”.

Edellä mainittuun liittyen on syytä vielä todeta Juha Laurilan Paperi ja Puussa v.1987 ollut muistokirjoitus Emanuel Waldenista. Siinä todetaan mm. että sotavuosina 1938-1948 hän toimi Kemi-yhtiössä teknisenä johtajana ja oli päätekijänä kehittämässä mäntyöljyn krakkauksen, jonka avulla valmistettiin ”oikean” voiteluöljyn korvike tuonnin keskeytyessä sodan takia. Menetelmä oli tuloksellinen, vaikka sen käyttö taloudellisista syistä lopetettiin kun tuonti tuli vapaaksi. Tämän kemiallisen oivalluksen sivutuotteena hän kehitti terosiinin, joka kuului paperinvalmistusliimoihin. Sitten hän jatkoi keksijäntoimiaan ja perusti Evoy Osakeyhtiön, joka valmisti Evox-liimoja.

Näistä sota-ajan tuotteista mainitaan Kemi Oy:n satavuotishistoriikissa ”Lapin leivän isä” seuraavaa: Sivutuotteista alettiin valmistaa Hako-tuotteita: Hako-öljyä, Hako-tärpättiä ja Hako-liimaa. Hako-öljy oli maaliöljyä ja v.1944 sen rinnalle tuli Wakemol- voiteluöljy. Hako-tuotteiden osuus yhtiön liikevaihdosta vaihteli vuosina 1941-1945 kolmesta viiteen prosenttiin. Sotien jälkeen toimitusjohtaja Stig Weckmanille ja muille jäi mieleen jatkaa mäntyöljyn jalostustyötä. Yhtenä syynä lienee ollut Pohjois-Suomen sellupuusta saatu tavallista parempi mäntyöljysaanto 70-80 kg/tm. Oli teh- ty pistokokeita myös kantojen käytöstä sa-keitossa. Tällöin saanto oli noussut yli 100 kg/tm. Kemiin rakennettiinkin mäntyöljytislaamo vuosina 1947-48. Pääsuunnittelijana oli Alfons Hellström, rakennuttajana Emanuel Walden, teknisenä johtajana Eirik Pawli ja käyttöinsinöörinä DI Nils-Erik Liljeström. Innostus uudesta laitoksesta oli suuri, mitä kuvaa E.Pawlin em. artikkeliin liitetty 9.3.1948 päivätty runo:

Mäntyöljy
Mäntyöljy sisältääpi
hartsia ja rasvaa,
siks mäntyöljyn tarve
vain jatkuvasti kasvaa.
Hartsia kerää muilla mailla
mustat neekeritkin.
Nyt se syöksyy tehtaistamme
putkistoa pitkin.
Rasvapula maailmassa
on huutava ja suuri.
Kas, mäntyrasvaa vailla
olemme me juuri.
Hätä kun on valtava,
ja pettää kaikki muu,
niin pelastuksen tuojana
on meillä aina puu.
R/L/W

Kirjoittajan nimimerkki viittaa siihen, että runosuoni on saattanut pulpahdella useammallakin entisellä teekkarilla. Alkuinnostuksesta huolimatta laitoksesta ei tullut suurta menestystä vaan tuotanto lopetettiin v.1967 yhdessä spriitehtaan kanssa.

POHJOIS-SUOMEN SULFAATTIPUUN ERILAISUUS

Kemiyhtiö oli pitkään ainoa Pohjois-Suomen puuta käyttävä sulfaattisellutehdas. Kemijärven tehdas käynnistyi v. 1965 ja Veitsiluodon v. 1977. Lapin laajan hankinta-alueen mäntypuun laadusta sa-keiton kannalta ei siis yleisesti ollut paljonkaan kokemuksia silloin kun Pajusaaren tehtailla alettiin vakavammin kiinnostua Lapin männyn laatuominaisuuksien tarkemmasta selvityksestä. Keskuslaboratorion tutkimukset oli siihen asti suoritettu yleensä eteläisempää puuta käyttäen. Jotain sentään tiedettiin. Olihan sa-sellua valmistettu Kemissä jo 30 vuotta kun 1950- ja 1960-lukujen vaihteessa asiaa alettiin tarkemmin selvittää. Sellun jauhautumis- ja lujuusominaisuuksien ero oli kyllä huomattu heti tuotannon alettua, mutta puunkulutukseen vaikuttavat puun tiheyslukuerot, keittosaanto ja pihkapitoisuus yms. olivat tarkempia selvityksiä vailla. Raakapuun laadusta ja kulutuksesta yhtiön olikin tuohon aikaan syytä olla kiinnostunut. Olihan vuosina 1954-56 sa-tehtaalla tehtyjen investointien ansiosta tuotantokyky kaksinkertaistunut. 1960-luvun alun investoinnit nostivat tuotantoa vielä lisää 100 000 tonnilla/v.

Raakapuuselvitykset annettiin ensimmäiseksi suureksi tutkimusprojektiksi v. 1958 yhtiöön pyydetylle DI Juhani Kallalle. Hän oli paljasjalkainen kemiläinen ja toimi ennen yhtiöön tuloaan oman nahkayritys O/Y Rantalan teknisenä johtajana. Tämän alan tehdas oli ollut suvussa jo kolmen polven ajan. Toiminnan kannattavuus oli kuitenkin alkanut huonontua mm. muovien kilpailun takia ja niin tehdas lopetettiin v.1958. Kalla perehtyi raakapuu-aiheeseen tutustumalla ensin kirjallisuuteen. Pohjois-Amerikasta ja Ruotsista löytyi hyvin tehtyjä tutkimuksia, jotka osoittivat kasvupaikan leveysasteella olevan vaikutusta puun tiheyslukueroihin ja muihin ominaisuuksiin. Kokoamalla lisäksi yhteen Suomessa eri yhteyksissä, mm. Keskuslaboratoriossa tehdyt tutkimukset, hän julkaisi v.1966 35 kirjallisuusviitettä sisältävän artikkelin nimeltä ”Mäntypinotavaran kulutus valkaisemattoman sulfaattimassan valmistuksessa Pohjois- ja Etelä-Suomessa ”. Se julkaistiin Metsätaloudellisessa Aikakauslehdessä numero 3/66. Artikkeli sisältää myös Kemiyhtiön omia vertailutuloksia Etelä-, Keski- ja Pohjois-Suomen mäntypuusta.

Paljolti Kemin aloitteellisuuden pohjalta Metsäntutkimuslaitos suoritti 1960-luvun jälkipuoliskolla tri (myöh. prof.) Pentti Hakkilan johdolla perusteellisia selvityksiä paperipuiden tiheyslukuvaihteluista eri puolilla Suomea. Tuloksia on julkaistu mm. MTL:n julkaisuissa 61.5 (v.1966) ja 66.8 (v.1968). Laajat tutkimuksensa Hakkila on kiteyttänyt Paperi ja Puun numerossa 2 vuodelta 1969 olleeseen artikkeliin ” Suomen paperipuuvyöhykkeet”. Siinä hän jakaa Suomen etelä/pohjois-suunnassa 4 eri vyöhykkeeseen ja osoittaa yksiselitteisesti Pohjois-Suomessa kasvaneen mäntypaperipuun tiheysluvun olevan muualla kasvaneen mäntypuun tiheyttä alhaisempi. Tiheysluvun lisäksi eri vyöhykkeiden puille on laskettu myös keskimääräinen sydänpuu-, kesäpuu- ja uutepitoisuus. MTL:n tutkimukset eivät sisältäneet sulfaattikeitonkeiton saantoerojen selvityksiä. Kemin omien, Keskuslaboratorion ja muiden tutkimusten mukaan on osoitettu, että samasta painoyksiköstä PS:n puuta saadaan alhaisempi kuitusaanto kuin Etelä-Suomen puusta. Tämä perustuu puun kemiallisessa koostumuksessa oleviin eroihin – ei pelkästään uutepitoisuuseroihin, vaan myös hiilhydraattien laadussa oleviin eroihin. Saantotuloksia sisältyy mm. edellämainittuun Kallan julkaisuun.

MUITA RAAKAPUUTUTKIMUKSIA

1950-luvun puolivälissä hakkuupoistuma Suomessa ylitti vuosittaisen kasvun ja pysytteli sen jälkeenkin aina 1960-luvun lopulle asti vuosikasvun tasolla. Tämä selittänee sen, että Suomessa kiinnostuttiin sahanpurun ja kantojen mahdollisuuksista sulfaattisellun lisäraaka-aineena. Kemiyhtiö teetti tämän kirjoittajalla diplomityön sahanpurun soveltuvuudesta sa-massan raaka-aineeksi vuonna 1961. Se oli laatuaan ensimmäinen Suomessa. Koekeitot suoritettiin laboratoriomittaisella pyörivällä keittimellä. Työn valvojana toimi prof. Jaakko O. Murto. Tekijän oltua asevelvollisuuden suorittamisen jälkeen välillä vuodet 1963 ja 64 Keskuslaboratoriossa, hän jatkoi purututkimuksia sielläkin vastaamalla keitto-osastolla purumassakeitoista projektissa, jossa selvitettiin sahanpurumassan soveltuvuutta painopaperin valmistukseen. Paperiosastolla projektista vastasi saksalainen (myöhemmin professori) Lothar Göttsching. Kun Kemin tehtaalle hankittiin purukeittämö (valmistui 1970) ei ollut yllättävää, että projektipäälliköksi joutui yhtiöön v.1965 tullut tämän historiikin kirjoittaja. Kaikkien Suomen sa-tehtaiden yhteinen kantotutkimus suoritettiin vuosina 1970-72. Tässäkin aloitteen tekijänä oli Kemiyhtiö. Onneksi siihen saatiin mukaan muutkin sa- tehtaat ja Metsäntutkimuslaitos. Viimemainittu vastasi kantojen nostoon, palotteluun ja esipuhdistukseen liittyvistä asioista. Suorittavassa portaassa oli aktiivisesti mukana Mh. Matti Ahonen. Kantojen nostoon ja samanaikaiseen palotteluun kehitti onnistuneen laitteen tervolalainen koneurakoitsija Pallari. Projektin tehdaspään kokeet tehtiin Kemin sellutehtaalle rakennetussa koelaitoksessa, jossa kokeiltiin kantopalojen haketusta ja jälkipuhdistusta. Saadusta kantohakkeesta suoritettiin laboratoriomittaisia koekeittoja. Pistokokeena selvitettiin myös kantopalojen lisäystä tehdaskeittoon menevän puun joukkoon. Projektista laati loppuraportin Ilmo Isotalo, joka myös selosti yhdessä Juhani Kallan kanssa tuloksia KCL:ssä pidetyssä tilaisuudessa.

SÄHKÖTEKNISTEN ERISTYSSELLULAATUJEN VALMISTUS

Omintakeisinta tutkimustyötä Kemiyhtiö on tehnyt sähköteknisten eristysselluloosien osalta. Yhtiö on ollut ainoa tämän sektorin vaativimpien laatujen valmistaja Suomessa ja 1900-luvun loppuaikoina koko maailmassakin. Näiden laatujen tuotekehittelyyn ei ole voitu hankkia tehdassalaisuuksien varjelemiseksi ulkopuolista asiantuntija-apua - eikä sitä keskeisimmän tietotaidon osalta olisi ollut saatavissakaan. Näiden laatujen valmistusta ei koskaan tarkoituksellisesti aloitettu, sillä aloitus johtui Tervakoski Oy.n toimenpiteistä. Tervakoskella oli vuonna 1921 aloitettu kondensaattoripaperin valmistus. Se tehtiin aluksi lumpusta, mutta 1920- ja 1930 -lukujen vaihteessa ryhdyttiin etsimään ohueen kondensaattoripaperiin soveltuvia sellulaatuja. Tällöin todettiin melko nopeasti pohjoisen puusta tehdyn Kemin sulfaattisellun sopivan hyvin – monia muita paremminkin. Niinpä Kemin sa-laatujen valikoimaan otettiin jo v. 1932 erillinen Kemi CON-laatu. Sotiin mennessä laatu oli tullut tunnetuksi Neuvostoliitossakin, koska sitä toimitettiin sinne sotakorvaustuotteena.

PS:n männystä valmistetun sa-massan hyvä soveltuvuus sähköteknisiin eristyspapereihin perustuu niiden helppoon jauhautuvuuteen, jonka ansiosta näiden paperilaatujen pitkälle viedyssä jauhatuksessa kuidut eivät vielä suuresti pääse vaurioitumaan. Tämä ominaisuus perustuu jo aikaisemmin esitettyihin tietoihin pohjoisen mäntypuun keskimääräistä suuremmasta ohutseinäisen kevätpuukuidun osuudesta. Sähköteknisten laatujen kehitystyö vauhdittui v. 1958 valmistuneen päälaboratorion ansiosta. Sin- ne oli tilaa hankkia näiden laatujen tutkimukseen ja tarkkailuun tarvittavia erikoislaitteita. Tilat antoivat tietenkin myös mahdollisuuden palkata uutta tutkimushenkilökuntaa. Sähköteknisten erikoislaatujen kehittämien jatkui aina 1990-luvun alkupuolelle asti. Vuonna 1991 tapahtunut Neuvostoliiton hajoaminen romahdutti kertaheitolla sinne suuntautuneen merkittävän viennin. Tuotantoa jatkettiin kuitenkin ”vanhasta muistista” vuoteen 2002 asti, kun haluttiin auttaa vanhoja hyviä asiakkaita sopeutumaan uuteen tilanteeseen.

Sähköteknisten eristyssellujen käyttökohteet ovat laajat: erilaiset kaapelipaperit, muuntajakartonki ja eri käyttökohteissa tarvittavat kondensaattorit. Kaapelipapereissa vaativin laatu oli merenalaiskaapeleihin käytettävä. Kondensaattoripapereissa eräs vaativa laatu oli puolestaan elektrolyyttikondensaattoripaperi. Sähkömassojen kehitystyö tähtäsi ratkaisuihin, joilla toisaalta keittoon saataisiin mahdollisimman puhdas homogeeninen raakapuu ja toisaalta keitonjälkeinen prosessi pystyisi tehok- kaasti poistamaan mekaanisia ja kemiallisia epäpuhtauksia. Huippulaatuihin, ns. alfa- laatuihin tarvittiin vielä ”puhdistusta” sellun hiilihydraattikoostumuksessa. Alfa- pitoisuuden sijasta näistä laaduista seurattiin pentosaanipitoisuutta. Alfa-laatujen kehittäminen vaati monipuolista perehtymistä kylmäalkalointi- ja esihydrolyysi- prosesseihin. Niitä tutkittiin laboratoriomittakaavassa ennen tehdasprosessien käyttöönottoa. Kylmäalkalointilinja käynnistettiin tehtaalla v. 1968 ja v. 1975 aloitettiin esihydrolyysikeitot. Uusien laatujen merkinnät olivat CON 92 ja CON EL (CON 95). Merkintä EL tarkoitti soveltuvuutta elektrolyyttikondensaattoripaperin valmistukseen. Myös kaapelipaperisellujen osalta kehitettiin useampia alalaatuja, mm. koivusta valmistettu. Kondensaattoripaperia valmistettaessa sellu jauhetaan varsin pitkälle. Jauhatusoloja tutkittiin Kemissä Escher Wyss kartiokoejauhimella.

Sähkömassa-ajot suoritettiin tehtaalla jaksottain. Tuotekehitystyö oli jatkuvaa. Lähes jokainen tuotantoajo oli samalla koeajo jonkin asian parantamiseksi. Ajojen aikana oltiin lähes koko tehdasalueella varpaisillaan häiriötekijöiden välttämiseksi. Esimerkiksi hiekkapuhallustyöt kuivaussalin läheisyydessä olivat ankarasti kiellettyjä. Ajot olivat parhaimmillaan paitsi ”suurta tiedettä myös suurta taidetta”. Monissa ansaittua ammattiylpeyttäkin aiheuttavaa. Eikä syyttä, saavuttihan Kemi melko pian sen jälkeen kun tuotekehitykseen alettiin vakavasti panostaa, selvän markkinajohtajan aseman maailmassa. Saavutetusta laatutasosta voi todeta esimerkiksi ns. johtavat pisteet. Ne pystyttiin saamaan niin alhaiselle tasolle, että jotkut asiakkaat myönsivät lopputuotteeseensa tulevan pisteitä enemmän omista laitteistaan kuin sellun mukana. Suurimmillaan sähköteknisten massojen tuotanto oli v. 1970, jolloin se oli 44 000 t/v. Vakavimmat kilpailijat olivat Ruotsissa : Kopparfors AB Norrsundetissa ja Eds Cellulosa Norrköpingin eteläpuolella. Viimemainitulla pienellä, v.1891 käynnistyneellä sa-tehtaalla oli värikäs, monien konkurssien värittämä historia. Viimeinen vaihe siinä oli vuosina vuosina 1982-91, jolloin tehtaalla panostettiin erikoissellulaatuihin, mm. kondensaattoriselluihin ja Melitan ruskeisiin kahvisuodinpapereihin käytettyihin selluihin. Tehtaan teoreettinen maksimikapasitetti oli 30 000 tm/v. Tehdasta ei kuitenkaan saatu kannattavaksi, vaikka kondensaattorisellu oli jossain suhteessa jopa parempaa kuin Kemin sellu. Asiakkaat eivät ilmeisesti pitäneet sen jauhautumisominaisuuksista, sillä eteläruotsalaisesta sahanhakkeesta valmistetun sellun kuitumorfologia ei Kemin kokemuksen mukaan voinut olla sovelias. Kemissä oppinsa saaneen DI Ossi Kokkosen toimiminen jonkin aikaa tehtaan teknisenä johtajana ei sekään auttanut asiaa.

Kemiyhtiö oli usean vuosikymmenen ajan yhdessä Tervakoski Oy:n kanssa mukana Suomen ja Neuvostoliiton välisessä tieteellis-teknisessä yhteistyössä aiheena kondensaattorisellu ja -paperi. Yhteisyö edellytti molemminpuolisia kokouksia ja esitelmänpitoja. Näissä tapaamisissa piti olla vakuuttava esitelmöitsijä paljastamatta kuitenkaan mitään tehdassalaisuuksia. Olihan venäläisillä itsellään kilpailevaa valmistusta entisessä suomalaisessa sulfaattitehtaassa Pitkärannassa. Markkinoinnin kannalta yhteisyö oli silti hyödyllistä. Ostajien tapaaminen ja heidän tarpeidensa ymmärtäminen auttoivat suuresti asiakaspalvelussa. Yhteistyö Kiovassa olevan tutkimusinstituutin samoin kuin lähellä olevan Malinin kondensaattoripaperitehtaan henkilöstön kanssa sujui enimmäkseen hyvin. Huvittaviakin vaiheita siihen sisältyi, mm. Gorbatsovin raittiuskampanjan aikana.

Sähkömassojen kehittäminen ja valmistus oli tiivistä yhteistyötä tutkimuksen, tuotannon ja markkinoinnin välillä. Tutkimuspuolelta mukana olivat eniten Juhani Kalla ja näiden laatujen erikoistutkija FM Pentti Ilvesluoto sekä myöhemmin myös Ilmo Isotalo. Juhani Kallalle sähkömassat olivat suorastaan ”henki ja elämä”. Tehdaspuolen monista ansioituneista mainittakoon ins. Pentti Raatikainen, DI Ossi Kokkonen ja DI Jukka Laitinen. Finncellin Kirill Gluschkoff oli tärkeä yhteyshenkilö ja tulkki Neuvostoliiton suuntaan.

UUDEN SULFIITTISELLULAADUN KEHITTÄMINEN

Perinteisen kalsiumbisulfiittiselluloosan tuotanto oli vuosina 1956-58 saavuttanut 60-65 000 tm/v tason. Vuonna 1959 nostettiin si-tehtaan tuotantoa ottamalla käyttöön 2 uutta erikoisteräksestä valmistettua keitintä. Uusien keittimien keittoliuokseksi tuli natriumbisulfiitti. Vähemmän hapan liuos antoi suuremman keittosaannon ja paremmat lujuusarvot. Repeytymislujuutta lukuun ottamatta lujuudet olivat sulfaattisellun luokkaa. Tätä hyvän vastaanoton saanutta erikoislaatua, kauppanimeltään Kemi Forte, ei valmistettu missään muualla Suomessa. Kalsiumlinjan pysäyttämisen jälkeen se oli Kemin ainoa si-laatu.

Kemin sulfiittisellutehtaan kehittämä toinen erikoisuus - tässä voisi positiivisessa mielessä jo käyttää sanaa omalaatuisuus – oli samalla prosessilla valmistettu erittäin suurisaantoinen omakäyttömassa, jota lisättiin v.1971 käynnistyneessä kraftliner-tehtaassa kartongin pohjamassaan. Saanto oli kemialliselle sellulle huikaiseva 65 %.

KRAFTLINER-TUOTANNON ALOITUS

Yhtiön sellutehtaiden tuotanto oli 1950-1960-lukujen vaihteessa tehtyjen investointien jälkeen noussut 1970-luvulle tultaessa huomattavan suureksi, noin 300 000 tm/v. Tuotannon jalostusaste oli kuitenkin vaatimaton, olihan tuotanto sähkömassoja lukuunottamatta tavallista valkaisematonta sellua. Jalostusasteen kohottamiseksi oli 1960-luvun lopussa valittu 2 vaihtoehtoa : joko valkaisu tai kraftliner-kartonki. Päätös jälkimmäisen hyväksi tehtiin v.1969 ennenkuin toimitusjohtaja Niilo Hakkarainen siirtyi Yhtyneiden Paperitehtaiden toimitusjohtajaksi. Hankkeen toteutus jäi KMT-johtaja Juhani Ahavan vastuulle. Valinta kraftlinerin hyväksi ei ollut huono ratkaisu. Kemin sa-sellun hyvät jauhautumis- ja lujuusominaisuudet ovat eduksi myös lainerissa. Huonolla repeytymislujuudella ei tässä tapauksessa ole merkitystä. Laboratoriokeittokokeilla opittiin melko pian huomaamaan, että sekä pintamassan että erityisesti pohjamassan kappalukua pystyttiin nostamaan huomattavasti ennakkoarvioista, jotka perustuivat Etelä-Suomen puulla saatuihin tuloksiin. Pohjamassaa keitettiin kappaan 90 ennakkoarvio 55:n sijasta.! Kyse on tässäkin pohjoisen kuidun ohutseinäisyydestä. Korkeampi kappaluku kompensoi hyvin sinänsä alhaisempaa keittosaantoa.

Kartonkikone valmistui lokakuussa 1971 ja jo vuonna 1973 ylitettiin selvästi nimelliskapasiteetti 180 000 t/v. Kraftlainerin valmistuksen aloitus ei merkinnyt vain kartonkikoneen hankintaa, vaan se vaati oman sellunvalmistusyksikön rakentamista kartonkitehtaan yhteyteen ja paljon muuta. Mm. päälaboratorio laajennettiin tiloiltaan kaksinkertaiseksi, mikä mahdollisti tehokkaan kartongin tuotekehityksen. Tutkimuskohteina olivat em. keittokovuustasojen hakemisen lisäksi mm. halvempien kuitujen löytäminen pohjakerrokseen. Edellä on jo viitattu sahanpurusellun ja suursaantosulfiitin käyttöön. Lisäksi selviteltiin aaltopahvijätteen ym. kiertokuitujen käyttöä. Tutkimusosastolta kehitystyöhön osallistuivat DI Juhani Axelsson ja Ilmo Isotalo. Kartonkitehtaalla näkyvimpiä toimijoita olivat DI Esko Jantunen, DI Heikki Pankamaa ja Pekka Laurila.

SELLULOOSAN VALKAISUN ALOITTAMINEN

Jatkojalostussuunnitelmien toinen vaihtoehto, valkaisu, toteutui sekin varsin nopeasti. Valkaisulaitos oli valmis vuonna 1975. Valkaisuprosessin valitsemiseksi oli sitä ennen tehty kuitenkin töitä jo pitkään. Laboratoriomittaisia koevalkaisusarjoja tehtiin sekä Raumalla Rauma-Repolan toimesta että ennen kaikkea Kemissä. Kokeissa tutkittiin klooridioksidin lisäystä kloorausvaiheeseen : sekä lisäysmäärän että lisä- ystavan ( D+C tai D/C ) vaikutusta. Tehostuneen kloorausvaiheen perusteella päädyttiin tulokseen, että siihen asti yleisesti käytetty 6-vaihevaihevalkaisun hypovaihe voitiin jättää pois. Näin ollen Kemiin rakennettiin ensimmäisenä Suomessa havusulfaattisellun valkaisimo, jossa oli vain 5 vaihetta. Valkaisimon valmistuttua tutkimuksia uuden valkaisimon eri vaiheiden optimi-olosuhteista jatkettiin sekä laboratorio- että tehdaskokein. Näissä kehitystehtävissä olivat tutkimusosastolta mukana Axelsson ja Isotalo. Tehtaan puolelta päävastuun kantoivat Kokkonen, Laitinen ja ins. Reijo Laaksonen.

Valkaisimo toimi hyvin. Ilman suurempia muutoksia alkuperäinen mitoitustuotanto oli pystytty nostamaan kaksinkertaiseksi kun se jo 15 vuoden päästä korvattiin uudella suuremmalla, happivaiheen sisältävällä 4-vaihevalkaisulla. Hyväkuntoista laitosta hyödynnettiin sen jälkeen sähköteknisten sellulaatujen tuotannossa ja vuosina 1992-93 myös kehitettäessä uudelle Rauman sellutehtaalle tulevaa valkaisusekvenssiä. Täysin kloorivapaata TCF (Total Chlorine Free)- sellua tuotettiin vuonna 1993 30 000 tonnia. Projektin johto oli Rauman tehtaansuunnittelusta vastaavilla. Kemissä asiaa hoitivat DI Ilkka Lumme ja Pentti Ilvesluoto.

VALKOPINTAISTEN JA PÄÄLLYSTETTYJEN LAINERILAATUJEN TUOTEKEHITYS

Valkaisulaitoksen valmistuminen v.1975 mahdollisti uusien lainerilaatujen tuotekehittelyn. Ilman suurempia investointeja pystyttiin heti aloittamaan ns. pilvilainerin valmistus. Ruskea pintamassa korvattiin valkaistulla sellulla ja pintakerroksen pohja tehtiin, vastoin kaikkia paperivalmistuksen oppeja, mahdollisimman huonoksi.

Kartonkikoneen modernisointi v.1986 mahdollisti yläviiran asennuksen ansiosta seuraavan uuden laadun valmistuksen. Tämän valkopintaisen ns. White Top-laadun kehitys vaati jo enemmän paperimiehen osaamista. Pinta oli kustannussyistä aikaansaatava mahdollisimman vähällä valkaistun massan määrällä ja sen piti olla silti hyvin tasaisesti ruskean pohjamassan peittävä. Tärkeitä tutkimuskohteita olivat mm. pintakerroksen havu- ja koivusellun suhde sekä täyteaineen laatu ja määrä. Varsin pian valkopintaisen laadun lanseeraamisen jälkeen aloitettiin seuraavan suuren kehitysvaiheen suunnittelu. Sekä KCL:ssä että ulkolaisten laite- ja kemikaalitoimittajien koelaitoksissa suoritettiin monia pilot-mittaisia koeajoja päällystetyn valkopintaisen lainerilaadun kehittämiseksi. Koeajojen suunnittelu, valvonta ja näytteiden analysointi tehtiin tutkimusosaston toimesta. Vastuuhenkilönä oli Isotalo ja vuodesta 1993 lähtien DI Leena Yliniemi. Uuden laadun valmistuksen aloittamiseen oltiin valmiit vuonna 1990. Päällystys suoritettiin on line-teräpäällystyksenä. Ensimmäinen laatu oli täyspäällysteinen Coated White Top. Vuotta myöhemmin mukaan tuli Medium Coated White Top ja kevyesti päällystetyn Kemi Liten vuoro tuli v.1994. Kun ruskean lainerin valmistus loppui v.1998 ja pilvilainerin v.2000 oli uuden vuosituhannen alkaessa tuotannossa enää päällystämättömiä tai päällystettyjä valkopintaisia lainereita. Päällystettyjen osuus oli noussut puoleen tuotannosta. Tuotekehitystä on osaltaan auttanut päälaboratorioon 1990-luvun alkupuolella hankittu pilot-mittainen Saueressig- fleksopainokone. Kartongin onnistunut tuotekehiyts on tehnyt Kemin päällystetyistä lainereista alan johtavia laatuja maailmassa. Suurin ansio kartonkitehtaan tuotannon onnistuneesta suuntaamisesta kuuluu tekn. lis. Jorma Rankille. Käytännön toteutuksesta tehtaalla ovat vastanneet lähinnä Jukka Laitinen, DI Tapio Pulkkinen ja DI Hannu Komokallio.

Todettakoon vähän leikillisesti, että 1980-luvun puolivälissä yhtiö oli asettanut tavoitteeksi hienopaperikoneen saamisen Kemiin. Tässä ei onnistuttu. Joku voisi silti sanoa, että päällystettyä hienopaperia on yhtiö kuitenkin alkanut valmistaa eikä siihen ole tarvittu edes erillistä kallista paperikonetta. Nykyisen koneen kapasiteettikin vastaa kahden alkuperäisen koneen kapasiteettia!

YMPÄRISTÖNSUOJELU

Kemiyhtiön tehdaslaitokset sijaitsevat kiusallisen lähellä Kemin kaupungin keskustaa. Jätevedet joudutaan laskemaan aivan kaupungin edustalle. Sekä kaasuettä jätevesipäästöjen vähentämiseksi on siten jouduttu tekemään paljon töitä. Päästöjen saaminen viranomaisten kiristyvien vaatimusten tasolle on ollut kaikkien Pajusaarelaisten tehtävä, mutta päätyönä nämä asiat ovat olleet tutkimusosaston FM Veli-Antti Kivilinnalla. Hänet nimitettiin ympäristönsuojeluinsinööriksi 1982 ja ympäristönsuojelupäälliköksi 1989. Tehtaan puolella asioita ovat hoitaneet sellutehtaan insinöörien lisäksi voima- ja lipeäpuolelta mm. DI Keijo Imeläinen ja ins. Ahti Klami.

HENKILÖISTÄ

Edellä on tuotu esille eräiden yhtiössä pitkään toimineiden henkilöiden nimiä sillä tarkkudella kun 74- vuotias, yli 11 vuotta eläkkeellä ollut henkilö voi ne muistaa. Vaikka nimien esille tuonti ei voi olla täysin oikeudenmukaisesti tehty, tekevät nimet muuten kuivahkon tekstin elämänläheisemmäksi. Mainittujen insinööritasoisten henkilöiden lisäksi on syytä muistaa, että tutkimusosastolla oli onni omata tasokkaita tutkimusteknikoita ja laborantteja. Edellisistä mainittakoon Anita Lukkarila, Esko Karppinen, Esko Pekuri, Eevi Virtasalo ja Esa Juopperi. Syystä, että Kemin Ammattikoulusta valmistuu teollisuuslaborantteja oli pätevien laboranttien saatavuus myös turvattu. Sopivasta koulutuksesta vastasi osaltaan FM Kaija Isotalo, joka ennen opettajaksi siirtymistään v.1966 toimi 2 vuotta analyytikkona tutkimusosastolla. Hän tiesi siten hyvin mitä taitoja oppilaat tehtaalla tulisivat tarvitsemaan. Tutkimusosastolla tehdyn työn hyvästä laadusta voi pitää osoituksena sitä, että korkeakoulut teettivät mielellään diplomitöitä Kemissä. Vuodesta 1949 vuoteen 1998 yhtiössä tehtiin 34 diplomityötä. Tämän kirjoittaja teki niistä yhden ja ohjasi 11 sekä ohjasi myös ensimmäisen yhtiössä tehdyn lisensiaattityön. Sen teki 1998 DI Outi Poukka aiheenaan ” Hapen käytön lisäämismahdollisuudet keitossa ja valkaisussa”. Työn valvoi prof. J.Gullichsen. Poukka laati siitä myös artikkelin Paperi ja Puu-lehteen. Artikkeli palkittiin C. J. Janssonin palkinnolla. Tutkimustoimintaa johtaneita henkilöitä ovat olleet:

  • FM Björn Fogelberg, pääkemisti 1943-44
  • DI Torvald Liewendahl, pääkemisti 1945-54
  • DI Nils-Erik Liljeström, pääkemisti 1954-55
  • DI Benjamin von Weissenberg, tutkimuspäällikkö 1956-61
  • DI Juhani Kalla, tutkimuspäällikkö 1961-67, tutkimusjohtaja 1968-84
  • DI Ilmo Isotalo T&K-päällikkö 1984-99

Erillisen itsenäisen tutkimusosaston toiminta loppui vuosituhannen vaihteessa. Tutkimus- ja kehitystoiminta siirtyi tulosyksiköiden vastuulle.

Kymin osakeyhtiö

(PAULI PAASONEN 21.04.09 )

LÄHDE: PAULI PAASONEN- MARKKU JOHANSSON: LUMPPUPAPERISTA HIENOPAPERIIN
Kymin tutkimustoiminnan vaiheet (Gummerus 2008)

1. Yhtiön synty ja nimi

Kolmen tehtaan fuusio. Kymin osakeyhtiön synty.

Kolme paperi- ja sellutehdasta: Kymintehdas (Kymmene Aktiebolag), Kuusankosken tehtaat (Kuusankoski Aktiebolag) ja Voikkaan tehdas (Voikka Bruk) rakennettiin Kymijoen varrelle v.1870-1901. Paperi valmistettiin aluksi lumpusta, puumassasta. ja oljista. Selluloosaa, jota vielä pidettiin v.1872 liian kalliina korvaamaan olkimassa tavallisissa paperilaaduissa alettiin kuitenkin vähitellen käyttää raaka-aineena aluksi erikoislaaduissa. Kilpailu näiden kolmen tehtaan välillä oli kovaa. Tehtaat pyrkivät vakoilemaan millaisia laitteita toiset tehtaat hankkivat ja miten ne niitä käyttivät. Teknillinen. tietämys kuten laitteetkin hankittiin ulkomailta .lähinnä Englannista, Saksasta ja Itävallasta. Paperinvalmistuksen osaavaa henkilökuntaa jouduttiin palkkaamaan myös ulkomailta lähinnä edellä mainituista maista, sillä Suomessa ei paperiteknologiaa vielä tuolloin opetettu. Kuusankosken tehdas onnistui koneellaan valmistaa paperia. 2.7.1873 .eli aikaisemmin kuin kilpailijansa. Kymintehtaan ensimmäinen paperinäyte ajettiin 18.5.1874 yhtiön ensimmäisellä paperikoneella (M1).Kone oli englantilaisen James Bertram & Sonin tehtaalla valmistettu., leveys 203 cm, nopeus 13-54 m /minuutti. Mainittu tehtaiden välinen kova kilpailu sekä ulkopuoliset tekijät kuten maailmanlaajuinen hintakriisi, ylikapasiteetti ja jopa lumppujen saantivaikeudet johtivat v.1904 näiden kolmen tehtaan fuusioon, mikä oli ensimmäinen huomattava metsäteollisuuden fuusio maassamme. Yhtiön nimeksi tuli Kymin Osakeyhtiö- Kymmene Aktiebolag. ollen sen ajan pohjoismaiden suurin paperin valmistaja, jonka paperin nettotuotanto v. 1904 oli 21913 tonnia. Aikojen kuluessa yhtiön nimi muuttui mm. fuusioiden johdosta useita kertoja. Ulkomailla yhtiö tunnettiin nimellä Kymmene ja kotimaassa nimellä Kymi tai Kymiyhtiö.

2. Tutkimuksen alkutaival

Jokivesi ja sen seuranta. Yhtiön ensimmäinen kemisti.

Alussa tutkimukset yhtiöissä kohdistuivat raaka-aineisiin, tuotantoon, tuotteisiin sekä niiden valmistuksessa esiintyvien probleemien selvittelyyn. Kalastuksen ollessa Kymijoessa tärkeä elinkeino myös jokiveden puhtaus oli tärkeä ja siten eräs vanhimmista tutkimuskohteista. Jokiveden laatua seurattiin alussa värin perusteella sekä ottamalla näytteitä kuitukasautumista joen pohjasta. Vesilakia v:lta 1870 kiristettiin v.1903,jolloin mm. puiden uitto hankaloitui. Kalastushallituksen perustaminen v.1918 vauhditti myös jokiveden limnologisia tutkimuksia. Aikaa myöten teollisuuden ja asutuksen lisääntyessä veden laatu edelleen huononi, joten lohikalojen mätien haudonta ei enää joen suuhaarassa onnistunut vaan se siirrettiin Voikkaalle. Jokivesi ei myöskään höyrykattiloiden tehojen noustessa enää sellaisenaan kelvannut kattiloiden syöttövedeksi vaan 1930-luvulla alettiin kokeilla erilaisia puhdistusmenetelmiä humuksen poistamiseksi jokivedestä sekä kemikalioita kattiloiden syöttöveden pehmittämiseksi. Veden laatuseurantaa laajennettiin, analyysimenetelmiä kehitettiin, henkilökuntaa koulutettiin ja vesiasiantuntijat mm. toht. N. Hagman ja prof. H. Haupt antoivat lausuntoja jokiveden tilasta ja yhtiön tehtaiden puhdistuslaitteista. Vesitutkimukset ulotettiin1950-luvun alussa koskemaan tehtaiden alapuolella olevia kaikkien Kymijoen koskien vesiä alkaen Voikkaalta ja päätyen mereen eli Suomenlahteen. Ajan oloon menetelmien kehittyessä ja vesilaboratorioiden lisääntyessä viranomaiset alkoivat huolehtia näistä jokivesitutkimuksista, jolloin yhtiön velvollisuus oli hoitaa omat tiukkojen lupaehtojen mukaiset kanaalivedet, muut päästöt sekä muut jokiveden puhtauteen vaikuttavat tekijät.
Kymiyhtiöön palkattiin v.1913 ensimmäiseksi kemistiksi toht. insinööri Adolf Klingstedt. Kymiyhtiö lähti v. 1916 myös mukaan perustamaan maamme teollisuuden yhteistä kemiallista tutkimuslaitosta Centrallaboratorium Ab-Keskuslaboratorio Oy:tä merkitsemällä 40 kpl sen osakkeita ja lahjoittamalla 5000 mk laitoksen kirjaston hankintoihin. V. 1925 Keskuslaboratorioon (H:ki) perustettiin uusi puunjalostuksen osasto. Osaston johtajaksi valittiin kuudestatoista hakijasta Kymiyhtiön tutkimusta johtava maisteri Albert Backman, joka kahdenkymmenenkahden vuoden ajan antoi mittavan panoksen ko. tutkimuslaitoksen kehittämiselle. Vuosisadan alussa yhtiön oma tutkimustyö tapahtui varsin ahtaissa 2 :n huoneen tiloissa 5-6 henkilön voimin. Laboratoriotuloksia varmistettiin usein mittakaavaa suurentamalla suorittamalla koeajoja tehtaalla. Ajanmittaan saatiin lisää tilaa ja henkilökuntaa,. teknillistieteellistä osaamista vahvistettiin v.1948 palkkaamalla konsultoivaksi kemistiksi emeritusprofessori Fredrik W. Klingstedt (Åbo Akademi). Vuoden 1960 lopulla Kymin tutkimus muutti uusiin vastavalmistuneisiin tiloihin, hankittiin ajanmukaiset laitteet ja siitä kehittyi vähitellen oma itsenäinen tulosvastuullinen yksikkö yhtiön perusorganisaatiossa.

3. Tutkimusaktiviteetit 1900–1950 luku

Spriin ja hiivan valmistus, hiomakivi, puunkuorinta, valkaisun alkuajat, hiokkeen peroksidivalkaisun alku ja klooridioksidi

  • Strategiset paperinvalmistuksen tarvittavat aineet alkuaikoina olivat sellutehtaalla rikki ja kloorikalkki, klooritehtaalla suola sekä paperitehtailla liimat, parafiiniemulsiot ja kaoliini (savi),jotka kaikki olivat lähes täysin ulkomaisen tuonnin varassa. Aineiden saannissa kriisitilanteissa varsinkin sotien aikana oli vaikeuksia, joten niille alettiin etsiä kotimaisia vaihtoehtoja. ja kehitellä tarvittavia laitteita aineiden valmistamiseksi, joiden. osalta Kymi oli tuolloin uranuurtaja mm .kiisun rikkiuunien kehittäjänä Suomessa.
  • Selluloosan keitosta syntyvän jäteliemen sisältämistä sokereista spriin valmistukseen oli saatu senaatin lupa v 1918. Myös leivinhiivan valmistusta jäteliemestä oli tuolloin yhtiössä tutkittu ja sille saatu patentti (maist. V. Krohn), sekä mikrobiologian tärkeä ja laaja työkenttä avattu. Useita laboratorio- ja tehdaskokeita molempien tuotteiden osalta tehtaalla tehtiin v.1918-1919, mutta tuotantoa ei aloitettu johtuen kieltolain voimaantulosta v. 1921.
  • Joulukuussa v 1930 syntyi ensimmäinen yhtiössä kehitetty Sampo-hiomakivi. Nilsiästä saatua kvartsihiekkaa hyväksikäyttäen valmistettiin mittatilaustyönä kiviä kaikkiaan 6230 kpl, jotka kilpailivat markkinoilla menestyksellisesti sotien jälkeen tulleiden keraamisten kivien kanssa hiokkeen laadun ja energiakulutuksen osalta. Kivistä 162 kpl meni sotakorvauskivinä Neuvostoliittoon v.1945-47. loput omaan käyttöön tai myyntiin. Valmistus loppui kun hiomon toiminta päättyi v.1990.
  • Hyvän kuusisulfiittiselluloosan valmistus edellytti puhdasta kuusipuuta etenkin kuori- ja hartsivapaata. Puun kuorinta ei ollut helppoa. Toht. Helmer Roschierin 1920-luvulla tehtävänä oli laboratoriossa tieteelliseltä pohjalta selvittää puun kuorintaa sekä selluloosaan liittyviä hartsivaikeuksia. Konekuorintaa (veitsikourimakone) käytettäessä kuorintahäviö oli suuri yli 10 %. Kymin johto teki merkittävän päätöksen ja otti riskin tilatessaan v.1929 hiomopuille ensimmäisenä Suomessa kaksi rumpukuorimakonetta Puuhäviö putosi tällöin n. 4-5 %:n. Pitkien sellupuiden rumpukuorinta osoittautui vaikeaksi eikä siihen uskallettu suinpäin mennä. Niiden kuorintaan vaikuttivat paitsi puiden hartsimäärä myös hartsin muuttuminen varastoinnin ja kuorinnan aikana. Puiden kuorintakokeet lopulta osoittivat, että kuorimakoneilla ei alle 8 % n. kuituhäviöön voitu päästä, joten kokeiden perusteella katsottiin voitavan myös sellupuidenkin osalta aloittaa rumpukuorinta, mikä Voikkaalla tapahtuikin v.1937. 1950-luvulla rakennettiin Kymin sellutehtaan läheisyyteen kaksi betonista liuotusallasta, joissa sellupuita kuljetettiin kuumien vesialtaiden kautta kuorintaan. Altaiden antama hyöty monista kokeiluista huolimatta oli kyseenalainen ja niistä luovuttiin. Kuorinnan tehostamisen ja hartsinpoiston osalta työt kuitenkin jatkuivat.
  • Kolme alussa mainittua yhtiötä yrittivät valkaista kuituja eri tyyppisillä lähinnä rikkipitoisilla aineilla sulfiiteilla tai kloorikalkilla. Tulokset olivat tällöin vaatimattomia paperin vaaleuden ja sen pysyvyyden suhteen. V. 1902 Kuusankosken Tehtaat (Kuusankoski Aktiebolag) rakensi pienen klooritehtaan, joka ei kuitenkaan pystynyt tuottamaan vapaata kloorikaasua vaan lipeään sitoutuneena natriumhypokloriittina. Se oli Suomen ensimmäinen elektrolyysilaitos, josta Kymin kloorivalkaisun kehitys sai alkunsa.
  • Klooritehtaan uusinta V.1926 antoi mahdollisuuden kloorin ja lipeän erottamiseen ruokasuolasta, jolloin edullisemman kalsiumhypokloriitin valmistus tuli mahdolliseksi ja sen käyttö aloitettiinkin selluloosan valkaisussa. Myös puuhiokkeen valkaisua hypokloriitilla tutkittiin sekä laboratorio- että tehdasvalkaisuilla (dipl. työ Heli Juurikas).Hypokloriitin hiokevalkaisussa ilmeni ajanmittaan kuitenkin epäkohtia, jotka pakottivat etsimään uusia valkaisumenetelmiä, joilla saataisiin parempi tulos kuin hypokloriitilla. Hypokloriittivalkaisu ei ollut taloudellista eikä nostanut hiokepitoisen paperin vaaleutta tasolle, jota asiakkaat halusivat.
    Hiokkeen valkaisu kiinnosti yhtiötä jatkuvasti. Vuorineuvos Ekholmin johtama johtajiston kokous 29.6. 1946 tekikin päätöksen hankkia tonni kiinteää natriumperoksidia puuhiokkeen koevalkaisujen aloittamiseksi. Tästä käynnistyivät yhtiön vuosikymmenet kestäneet hiokkeen peroksidivalkaisututkimukset.
  • Uusi kaasumainen valkaisuaine klooridioksidi oli keksitty v.1937. Aineen räjähdysherkkyydestä, myrkyllisyydestä ja materiaalien kestävyydestä johtuen uskottiin, ettei se pitkään aikaan jos koskaan tulisi teolliseen käyttöön. Kymi kuitenkin lähti ennakkoluulottomasti tutkimaan ja kehittämään klooridioksidin valmistusta saaden 1940-luvulla useita valmistuspatentteja. Kaasujen ja niiden seosten reaktio-olosuhteiden hallitseminen 8:lla muuttujalla oli vaikeaa, kuten tutkijat toht. J. Sévon ins. F. Sundman, K. Brommels ja G. Rosenqvist raporteissaan toteavat. Myös materiaalikysymykset olivat erittäin vaikeita ratkaista, sillä titaania ei osattu vielä tuolloin työstää. Viimeksi laboratorioon rakennettu koereaktori toimi v.1951 loppuun mennessä kuitenkin sen verran hyvin, että tarpeelliset reaktio-olosuhteet dioksidin valmistuksessa saatiin selvitettyä ja valkaisututkimukset selluloosalla aloittaa sekä ottaa klooridioksidi tehdaskäyttöön v.1956 sulfiittiselluloosan valkaisussa.

4. Tutkimusaktiviteettien jatkuminen.

Peroksidin valmistus Kuusankoskella, Oy Finnish Peroxides Ab:n synty, koivu raaka-aineena ja kuusimagnefitesulfiitti

  • Valkaisukokeet ostetulla natriumperoksidilla alkoivat laboratoriossa ja tulokset yhtiön johdon mielestä olivat hyvät. Johtaja Sucksdorff totesi kuitenkin, että peroksidia pitäisi voida valmistaa yhtiössä, eikä luottaa tuontiin. V.1950 alussa käynnistettiinkin kiireellinen tutkimusohjelma peroksidin valmistamisesta. Työ annettiin fil. maist. P. Paasoselle. Kirjallisuustutkimus osoitti, että mahdollisuuksia oli kaksi amerikkalainen ja saksalainen. Valinnassa päädyttiin saksalaiseen kinonin hapetus-pelkistysmenetelmään. Yhtiön johto halusi kuitenkin tietää soveltuisiko kinoni- menetelmällä saatava peroksidi hiokkeen valkaisuun. Suomessa sodan jälkeen oli pitkän aikaan tiukka valvonta aineille, joita sai maahan tuoda Kinonia käytettäessä peroksidin valmistukseen tarvittavat aineet olivat kielletyllä listalla ja ne oli syntetisoitava itse. Valmistettu peroksidi soveltui ostetun kiinteän natriumperoksidin mukaisesti hyvin hiokkeen valkaisuun.
    Saksassa oli sodan aikana sovelluttu kinoni- menetelmää puoliteknillisessä mittakaavassa, joten tietoja kustannuksista voitaisiin ehkä saada ulkomailta patentin haltijoilta. Laitosta ei enää ollut olemassa. Sodan aikana se oli pommitettu hajalle. Klooritehtaan teknillinen joht. Runar Örnhjelm lähti Saksaan 1952 neuvottelemaan menetelmään liittyvistä patenteista niiden haltijan BASF:n kanssa. Hän tapasi myös menetelmän keksijän eläkkeellä olevan toht. G. Pleidererin, jolla oli mahdollisuus tulla Kymille konsultiksi. Hän saapuikin syksyllä 1953 ja yhteistyö laboratoriossa aloitettiin.
    Rakennetulla koelaitteistolla oli mahdollisuus vedyn asemasta käyttää myös natriumamalgaamaa kinonin pelkistyksessä, jolloin saatava tuote oli kiinteä natriumperoksidin oktahydraatti (Na2O2 x 8 H2O).Tämä linja valittiin, koska klooritehtaalla oli amalgaamaa saatavana. Saatuihin laboratoriotuloksiin perustuen koetehdas rakennettiin v. 1954, joka tammikuussa 1955 valmisti natriumperoksidia kolmessa vuorossa. Tuotetta kokeiltiin Kymin puuhiomon valkaisulaitoksella. Koevalkaisujen perusteella yhtiö päätti täysmittaisen laitoksen rakentamisesta, joka käynnistyi 15.5.1957. Tuotanto joulukuussa v. 1957 oli 4,5 t/vrk.
    V.1959 yhtiössä päätettiin siirtyä täysin peroksidivalkaistun hiokkeen käyttöön, jolloin peroksidin tuotantoa jouduttiin lisäämään. Laajennus oli valmis kesäkuussa v.1960. Heinäkuussa v.1960 tapahtui tehtaalla ikävä räjähdys, jolloin peroksidin tuotanto loppui. Monien vaiheiden kautta neuvottelut peroksidia valmistajien ulkomaalaisten yhtiöiden Laporten (Englanti) ja Solvayn (Belgia) kanssa johtivat tulokseen ja näin syntyi OY Finnish Peroxides (FinnPer), jolle KTM hyväksyi yhtiöjärjestyksen 12.8.1970 ja tehdas käynnistyi Voikkaalla.
  • Kymin sulfiittitehdas oli hyvässä kunnossa 1950-luvulla tapahtuneen suuren uudistuksen jälkeen ollen näihin aikoihin myös maan suurin. sulfiittimassan valmistaja. Koivua, joka oli lähes roskapuun maineessa, alettiin tutkia erilaisten massojen raaka-aineena. Oli tärkeää saada sille käyttöä, jotta yhtiön metsät eivät muuttuisi lehtipuuvaltaisiksi. Koivua hiottiin. keitettiin sulfiitiksi v. 1958 ja tehtiin korkeasaantomassoja (mm. Cold Soda ja Ultra High Yiel), mutta massat eivät olleet Kymin paperilaatuihin soveltuvia. Toisaalta sulfiitin taloutta yritettiin parantaa keittämällä sitä korkeampaan massasaantoon. Myös kalsiumin vaihtamista sulfiittikeitossa ammoniakkiin, natriumiin ja magnesiumiin tutkittiin. Näistä magnesiumkeitot osoittautuivat lupaaviksi jolloin mentiin tehdaskokeisiin. Tehdaskoe kuusimagnefitemassalla suoritettiin Voikkaalla 2.4.1967. Saatu paperi oli lujaa, mutta ei painettavuuden kannalta paras mahdollinen. Myös ajon aikana höyryosastolla todettiin lämpötalouden huononeminen.

5. Uudet aktiviteetit selluloosan valkaisussa

Sulfaatin valmistus alkaa, uusi 5-vaihe valkaisu kehitetään, valkaisutietämystä markkinoidaan yhtiön ulkopuolelle ja happivalkaisua tutkitaan

  • Vaikka sulfiittimassan mahdollisuuksia edelleen tutkittiin oli Kymin osakeyhtiön hallitus päättänyt 24.04. 1961 rakentaa koivu- ja mäntysulfaattia valmistavan tehtaan Kuusankoskelle.
    Selluloosan keittotutkimusten ohella paneuduttiin erikoisesti koivusulfaatin valkaisuun, joka oli vaikeammin valkaistavissa kuin mäntysulfaatti. Valkaisun kohdalla oli 1930-luvulla Amerikassa tehty valkaisun alalla huomattava keksintö. Kyyppivalkaisu (säiliö) oli korvattu kolmella valkaisutornilla. Tornivalkaisu yleistyi. Uusia sulfaattitehtaita1950-luvulla rakennettaessa oli tarpeen, että koivumassan täysvaaleuden saavuttamiseksi valkaisulaitos sisälsi kuusi vaihetta eli kuusi valkaisutornia, joissakin laitoksissa vaiheita oli jopa seitsemän.
  • Yhtiössä suoritettu tutkimustyö tuotti tulosta. Laboratoriossa saatujen tulosten perusteella v.1968 tehtiin tehdaskokeita, jotka osoittivat, että käyttämällä peroksidia koivusulfaatin valkaisu voitiin suorittaa viidellä valkaisuvaiheella. Kemikaliokustannukset, lämmönsäästö ja alemmat investointikustannukset olivat etuina verrattuna kuusivaihevalkaisuun. Näin oli kehitetty uusi valkaisuyhdistelmä, joka yhtiön uudella koivulinjalla otettiin käyttöön. Ensimmäinen yhtiön ulkopuolella suoritettu viisi valkaisuvaihetta sisältävä koivusulfaattivalkaisu suoritettiin Kymin avustuksella Sunilassa v.1971 hyvin tuloksin.
    Kun tutkimuksia tehtiin vielä muilla massoilla kuten hiokkeella ja termohierteillä (TMP, CTMP) Kymillä oli laaja valkaisutietämys massoista, sekä materiaaleista että valkaisuolosuhteista. Yhtiön johto antoi suostumuksensa, jonka mukaan tutkimus voi osallistua ulkopuolisiin kokeisiin ja antaa apuaan FinnPerille peroksidin myyntiponnisteluissa. Koevalkaisuja erilaisilla massoilla suoritettiinkin kymmenittäin eri puolella Suomea. Valkaisusopimuksia solmittiin useita kuten esim. J. Pöyry & Co:n ja Kamyr Ab:n kanssa. Kaukas Oy:n hiokkeen valkaisulaitosta oltiin käynnistämässä v.1975 ja Juantehtaalla, joka kuului Kymin Osakeyhtiöön (v:sta 1915), alettiin valkaista hioketta 2-vaiheperoksidivalkaisulla kartongin valmistuksessa 1980-luvun alussa..
  • Myös molekylaarisella hapella peroksidin ohella saatiin kiinnostavia tuloksia, joista patentti v.1970.Rauma-Repolan kanssa kehiteltiin laitteistoa happivalkaisua ajatellen. Kymin Voikkaalla sijaitsevan happitehtaan kapasiteetti oli kuitenkin liian pieni tehdasvalkaisuja ajatellen. Laboratoriotulokset siirrettiin Keskuslaboratoriolle (KCL) Helsinkiin v.1973 metsäteollisuuden yhteisten tutkimusten perustaksi.
    Peroksidi yhdessä hapen ja myöhemmin vielä otsonin kanssa mahdollisti täysin kloorivapaan selluloosan valkaisun (TCF) ja peroksidi mekaanisten massojen kohdalla saavutti laajan käytön.

 

6. Koivusulfaatin uuteaineet eli ”pihka”

Koivun uuteaineiden koostumus ja haitat

Koivusulfaatin valmistus ja käyttö hienopaperin raaka-aineena oli Kymin sulfaattitehtaan käynnistyessä varsin uutta ja käyttäjät varovaisia. Vaikeuksista, jotka massan käytössä esiintyivät suurin oli koivun sisältämät uuteaineet, jotka haittasivat tuotantoa sekä sellutehtaalla. että paperikoneilla. Lisäksi niillä oli negatiivinen vaikutus massan ja paperin laatuun. Koivusulfaatin tarjonta 1960-luvulla ylitti kysynnän, jolloin ostaja valitsi huolella massan, jota osti. Eräs tärkeä myyntivaltti olikin juuri koivusulfaatin alhainen uuteainepitoisuus. Haittavaikutuksen ollessa näin suuri antoi yhtiön johto suostumuksen, että tuntemattomat uuteaineet koivussa voidaan selvittää väitöskirjan puitteissa osaksi työaikana, osaksi myös omaa aikaa työhön käyttäen. Kolmen vuoden työn tuloksena syntyi väitöskirja (P. Paasonen: On The Non-Volatile Ethyl Ether Extractives of Birch Wood Helsinki 1966).Väitöskirjassa selvitettiin, missä kohdin uuteaineet koivussa sijaitsivat sekä niiden siihen asti täysin tuntematon kemiallinen koostumus. Tämä mahdollisti niiden poistamista massasta. Työssä eristettiin myös koivun kuoresta peräisin oleva komponentti betulinoli, jota löytyi jatkuvasti sekä sellutehtaan että paperikoneen viiroista ja tuotteista. Aine oli hyvin inertti kestäen mm. kloorausta ja muita kemikaliokäsittelyjä. Väitöskirjan jälkeen uuteaineiden talteenottoa ja mahdollista hyväksikäyttöä alettiin tutkia v.1969 Turussa. Tutkimussopimus Kymin, Kaukaan ja Enso-Gutzeitin kesken allekirjoitettiin 2.9.1970.Työn suorittaja oli dipl.ins.(myöh. prof.) .B. Holmbom dosentti E. Avelan johdolla Åbo Akademiassa. Tutkimukset valmistuivat 30.6.1971. Koivun käytön lisääntyessä sulfaattikeitossa mäntyöljyn koostumus muuttui sekaöljyksi tislautumattoman jäännöksen lisääntyessä. Enso- Gutzeitin ja Kymin luopuessa jatkotutkimuksista Kaukas Oy alkoi prof. Avelan ja Holmbomin menetelmän pohjalta kehittää sekasuovan (tislautumattoman jäännöksen) jalostusprosessia.

 

7. Uusi puunsuoja-aine Sinesto

Kloorivapaa sahatavaran suoja-aine kehitetään

Kymiyhtiö kloorituotannosta johtuen valmisti myös kloorattuja hiilivetyjä kuten trikloori- ja perkloorietyleeniä sekä pentakloorifenolaattia (Ky 5). Tuotteet olivat klooritehtaan käytön kannalta tärkeitä, koska niiden avulla voitiin ohjata ja tasapainottaa kloorintehtaan tuottaman lipeän ja kloorin käytön vaihtelut. Kun kloorista valkaisussa sekä klooripitoisten hiilivetyjen käyttäytymisestä luonnossa alettiin saada negatiivisia merkkejä, luovuttiin kloorattujen hiilivetyjen valmistuksesta kokonaan. Aloitettiin tutkimukset puutavaran sinistymistä estävän uuden suoja- aineen kehittämisestä. Kolmen vuoden kuluttua eli v.1984 saatiin uusi vesiliukoinen, kloorivapaa ja ympäristöystävällinen aine markkinoille nimeltä Sinesto. Kehitystyötä johti tek. lis .Irma Linderborg. Lääkintähallitus julisti Sineston 15.8. 1983 lievästi myrkylliseksi puutavaran suojausaineeksi. Sinesto on saavuttanut laajan käytön sahoilla.

 

8. Paperin raaka-aineiden kehitys

Kaoliinit, satiinivalkoinen (SW) pigmentti, talkki, karbonaatti, liitu ja saostettu kalsiumkarbonaatti

  • Erilaisia kaoliinilaatuja (savilaatuja) on pitkään käytetty paperiteollisuudessa joko täyteaineena tai paperin päällystyspigmenttinä. Viimeisin lienee Brasilian Amazon Clay 88 eli savilaatu, josta saatiin näytteitä v.1978. Tuote osoittautui tutkimuksissa hyväksi päällystyspigmentiksi, joka tosin värinsä puolesta jouduttiin aluksi nyansoimaan ja myöhemmin valkaisemaan.
  • Satiinivalkosta ( Satin White) tutkittiin ensimmäisen kerran yhtiön laboratoriossa v.1964. Pigmentti on ns. kompleksiyhdiste, jota valmistettiin lisäämällä alumiinisulfaattia kalkkimaitoon Sitä käytettiin hyvin emäksissä olosuhteissa paperin päällystepastoissa ja sillä oli monia erittäin hyviä vaikutuksia paperin laatuominaisuuksiin, mutta käyttöön liittyi myös hankaluuksia. Tutkimukset pigmentin kotimaisesta valmistuksesta ja käyttäytymisestä (erikoistyö K.Pietikäinen) laboratoriossa saatiin päätökseen v.1973 Ensimmäinen satiinivalkoisen tehdasmittainen valmistuskoe Kymin päällystyslaitoksella suoritettiin 1.7.1973.
    V.1975 käynnistettiin kotimaisten päällystyspigmenttien optimointi ( dipl. työ. K. Käpynen) 300:lla eri pastakoostumuksella kotimaisina pigmentteinä satiinivalkonen, talkki ja karbonaatti. Satiinivalkosen käytöstä alettiin luopua 1980 –luvulla valmistuskustannusten ja sitä korvaavien tuotteiden löytymisen vuoksi.
  • Suomen Talkin (Lahnaslampi) tuotetta tutkittiin Kymillä v.1963.Tutkimuksia teki myös Keskuslaboratorio(KCL).Dispergointi eli veteen liettäminen oli talkin hydrofobisten ominaisuuksien tähden vaikeaa. Onnistuneiden laboratoriokokeiden jälkeen Kymille toimitettiin v.1969 suurempi talkkierä (250 t.). Voikkaalla PK 15 aloittikin talkkikoeajot 8.7.1969 seoksella talkki-savi (50 %-50 %) täyteaineena. Suomen Talkki toimitti myös paperin päällystykseen sopivaa talkkilaatua, jota Kymi koeajoi v.1974 saven kanssa.Talkin liettäminen oli jatkuvasti työlästä ja kokeita tehtiin aina v.1976 puolelle tehdaskoeajojen yhteydessä Tällöin päällystyksessä kokeiltiin myös Polvijärjen tuotetta.
  • Kymin osalta pigmenttitilanne alkoi muuttua, kun Kuusanniemessä PK7 aloitti paperin neutraaliliimauksen v. 1975.Asiakkaat halusivat yhä vaaleampaa paperia, jolloin talkin vaaleus ei enää riittänyt. Ainostaan yhtiön Yankee- koneet ( PK1 ja 2) ja Voikkaa jatkoivat talkin käyttöä. Tilalle tuli karbonaatti, jonka käyttö paperiteollisuudessa täyteaineena tai päällystepigmenttinä oli vielä v. 1968 erittäin harvinaista, mutta sen käyttö alkoi lisääntyä nopeasti. Heti alussa korvattaessa savea karbonaatilla muoviviiran kuluminen oli nopeaa. Kuitenkin teettämällä viirankulutustestejä ja hankkimalla oma testauslaite sekä yhdistämällä siihen hiukkaskokomittaus voitiin kuluttavimpien karbonaattilaatujen käytöstä luopua ja karbonaattipitoisuutta paperissa nostaa. Myös neutraaliliimaus aiheutti aluksi koneella ”märänpään” vaikeuksia, mikä vaati paljon työtä ja kolloidikemian hyvää tuntemusta.
  • Syksyllä 8.10.1980 käytiin neuvottelut ja aloitettiin yhteistyö tanskalaisen Faxe Kalkin, joka harjoitti mm kaivostoimintaa. Yhtiö tuotti kalkkikivestä ja liidusta peräisin olevia karbonaatteja. Laaduista Mikrostevens 5 osoittautui pehmeäksi liiduksi, joka ei kuluttanut muoviviiraa. Liidun vaaleus ja muut ominaisuudet vastasivat Kymin käytössä olevaa karbonaattia, joten PK7 alkoikin käyttää jatkuvasti sitä hienopaperin täyteaineena.
    Asiakkaiden laatuvaatimukset alati kasvoivat paperin vaaleuden osalta, mikä johti siihen, että Mikrostevens – laadulle oli etsittävä sopiva valkaisumenetelmä, mikä onnistuikin. Valkaistuna tuote nosti paperin vaaleuden tasoa, mikä täytti taas jonkin aikaa asiakkaiden vaatimukset.
    Markkinoilla haluttiin kuitenkin paperiin jatkuvasti vaaleutta lisää. Kokeita tehtiin valkaistun liidun jauhamisesta helmimyllyillä, mikä olisi nostanut tuotteen vaaleutta ja mahdollistanut sen käytön paperin päällystyksessä.17.4.1990 Faxe Kalk ilmoitti uusista erittäin vaaleista paperin esi- ja loppupäällystykseen soveltuvista karbonaattilaaduista. Ajatus valkoisen saostetun kalsiumkarbonaatin (PCC= Precipitated Calcium Carbonate) valmistuksesta oli alkanut uudelleen itää Kymissä.(tuotetta oli kokeiltu ensikerran tehtaalla v. 1955). Vaaleita Faxen karbonaatteja ei kokeiltu vaan Kymille soveltuvan PCC:n valmistus toteutettiin Faxe Kalkin kanssa v.1994 rakentamalla Kuusankoskelle PCC:n valmistuslaitos

9. Tärkkelys Kymin paperiteollisuudessa

Kotimaisen vehnätärkkelyksen käyttöönotto

Jo 1950–luvun alussa paperiteollisuuteen oli tarjolla kymmenkunta erilaista tärkkelyslaatua. Tällöin Kymille tarjottiin eniten tapioka- ja perunatärkkelystä sekä myöhemmin mm- maissitärkkelystä. Tärkkelys konvertoitiin (pilkottiin) ensin paperinvalmistukseen sopivaan muotoon. Ensimmäinen konvertointikoe tehtiin yhtiössä 9.6.1952 perunajauhotärkkelyksellä entsyymiä käyttäen. Tutkimuksia jatkettaessa todettiin, että vetyperoksidihapetus antoi kuitenkin parempia tuloksia, jolloin sitä alettiin käyttää koeajoissa Kymin paperitehtaalla.(PK 3). Vehnätärkkelyksen konvertointi oli hankalampaa eikä lopputulos ollut yhtä hyvä kuin perunatärkkelyksellä. Raision Tehtailla ( Vehnä Oy ) oli kehitetty pilottitehdas tärkkelyksen valmistamiseksi ja patenttia haettu 22 eri maassa. Tutkimusyhteistyösopimus Kymin ja Raision välillä tehtiin 2.8.1974. V.1975 loppuun mennessä saavutettiin ensimmäinen tavoite, kun Raisio saatujen tutkimustulosten ja koeajojen perusteella teki päätöksen kotimaisen vehnätärkkelystehtaan rakentamisesta Raisioon. Tehdas (25.000 t/v ) käynnistyi v.1976.Kymi investoi Kuusankoskelle vehnätärkkelykseen tarvittavan automaattisen peroksidihapetukseen pohjautuvan hapetuslaitteiston. Vehnätärkkelyksen käyttö alkoi ja se korvasi paperin pintaliimauksessa sekä laadullisesti että taloudellisesti kalliimpia aineita. Tärkkelysprosessissa syntyi myös proteiinia (gluteenia),joka kiinnosti molempia yhtiöitä. Proteiinin rakenteen selvitti erikoistyössään Reijo Silvonen. Kymi oli aloittanut erikoistärkkelyksen eli kationiaktiivisen tärkkelyksen kokeilun paperin pintaliimauksessa v.1977. Kationiaktiivinen laatu oli monessa suhteessa tehokkaampi kuin normaali hapetettu tärkkelys. Tätä tärkkelystä valmistava ensimmäinen reaktori tuli Raisioon v. 1978 ja uuden laadun tuotanto pääsi alkamaan. Raaka vehnätärkkelys kuljetettiin lietteenä n. 600 km Raisiosta Kymille tankkiautoilla. Raision johto oli miettinyt raakatärkkelyksen pitkää kuljetusmatkaa ja tiedusteli Kymin kantaa mahdollisuuksista rakentaa tärkkelystehdas lähemmäksi yhtiön paperitehtaita. Anjalankosken seutua pidettiin sopivana ja tehdas valmistuikin sinne v.1982.

 

10. Ulkomaisista puulajeista

Kitimati, Jari ja Leaf River

  • Kotimaisten puulajien lisäksi tutkittavaksi tuli myös ulkomaalaisia puulajeja. Eräiden muiden suomalaisten yhtiöiden kanssa Kymin Osakeyhtiö lähti rakentamaan sellutehdasta Kitimatiin Kanadaan. V.1966-1970 tehtiin Kuusankoskella useita keitto- ja valkaisututkimuksia Eurocan Pulp and Paper CO. Ldt: lle kanadalaisista puulajeista. Puulajikkeet, kasvupaikat ja hakkuualueet vaihtelivat suuresti. Koe-erässä oli viittä eri puulajia: hemlock, balsam, spruce, pine ja cedar. Massat keitettiin sekä normaaliin että korkeaan saantoon kraftlainerin ja säkkipaperin valmistusta ajatellen.
  • Jari Forest Products Inc. jonka sellutehtaan tehtaan käyttöön saattamisesta Brasiliassa Kaukas ja Kymi olivat mukana, oli kiinnostunut myös paperin valmistuksesta. Kysymys oli mahdollisuuksista valmistaa sanomalehtipaperia ja S/C- aikakausilehtipaperia TMP- ja CTMP- massoista, jotka tehtäisiin Gmelina arboreasta ja Pinus caribbeasta. Täyteaineena S/C-laadussa käytettäisiin Brasilian Amazon Clay. Asiaa oli tutkittu aikaisemmin Kanadassa, USA, Ruotsissa ja nyt (v.1976) haluttiin myös Kymin selvitys. Kymin tulokset osoittivat, että hierremassojen lujuus ei riitä vaan lisäksi tarvitaan paperiin lujuutta antavaa sulfaatti- massaa.
  • Kymi rakensi sahan ja siihen liittyvän hakelinjan Leaf Riveriin New Augustaan USA:ssa. Ensimmäiset hake –ja pöllinäytteet olivat havupuuta Southern Pinea ja lehtipuuta Gmelina Arboreaa, joista keitettiin selluloosaa. Lisänäytteitä lehtipuun osalta tuli 13 eri lajiketta.
    Leaf ’iä alkoi kiinnostaa hierremassat (TMP ja CTMP). Männystä ( Southern Pine) valmistettiin 30.9.1977 Kaipolassa molempia hierremassoja. Testien aikana esiintyneistä vaikeuksista huolimatta katsottiin, että Kymi oli valmis tehdaskokeisiin. Neuvottelujen tuloksena päädyttiin Summan paperitehtaaseen ja koeajot tehtiin 27.4.-29.4.1978.Tehdaskoeajoissa jouduttiin hartsivaikeuksiin, jolloin paperikonetta piti vaihtaa kesken koeajoa. Ajoaikaa kertyi yhteensä 30 tuntia ja paperia saatiin n.350 tonnia. Summassa tehty TMP- massa oli lujuudeltaan heikkoa vaatien 22- 25 % lujaa sulfaattimassaa skandinaavisen sanomalehtipaperin tason saavuttamiseksi.

 

11. Paperiin ja sen jalostukseen liittyvät aktiviteetit

Paperin päällystyksen kehittyminen, kopiopaperit, muovipaperi, kuitukangas ja kartonki

Paperin tuotanto yhtiössä vielä 1930-luvun puoliväliin asti jatkui ylivoimaisesti sanomalehtipaperin valmistuksella. Koneita uusittiin ja niiden nopeuksia nostettiin sekä laatuja kehitettiin markkinatilanteiden mukaan. Pyrkimys sekä Kuusankosken että Kymin paperitehtailla korkeampiin laatuihin kuitenkin oli olemassa. Kuusankosken paperitehtaalla pyrkimyksen toteuttamiseksi hankittiin kaksi Yankee- tyyppistä uutta paperikonetta vuosina 1934-35. Kymin kohdalla tutkittiin yhtiön omistaman Starin Paper Mills Ltd:n tehtaan Englannissa käyttämää monitelapäällystysmenetelmää eli Massey- patenttia korkealaatuisten tuotteiden valmistuksen aloittamiseksi myös Kuusankoskella. Selvitystyö tehtiin v.1935-38.Tuotteiden valmistus osoittautui kuitenkin liian kalliiksi ja markkinat liian pieniksi Kuusankosken kohdalla.

Kun joht. Sucksdorff Amerikan matkaltaan esitteli näkemänsä ja mukanaan tuomansa päällystetyt paperinäytteet 2.11.1946 yhtiön johdolle herättivät ne suurta mielenkiintoa. Samalla ilmeni kuitenkin se tosiasia miten paljon Eurooppa oli jäänyt jälkeen sotavuosien aikana Amerikan paperinvalmistuksesta. Hänen ehdotus oli, että Kymin paperitehdas uusisi koneen (PK4) kokemuksen saamiseksi konepäällystyksestä, Kuusankosken tehdas uusisi Yankee-koneen ja tehtaat ottaisivat käyttöön näillä koneilla hypokloriitti- tai mahdollisesti peroksidivalkaistun hiokkeen. Voikkaalla laatua nostettaisiin ottamalla käyttöön täyteaineet ja hiokkeen valkaisu.

  • Paperinpinnoitus alkoi Kymillä v.1957 kun paperitehtaan pienimmälle koneelle ( PK5 ) asennettiin USA: ssa S. D. Warren& CO:n liimapuristimesta kehittämä laite, jolla voitiin paperi pigmentoida. Uusi konepäällystetty laatu sai nimen Kymin aarnikotkan mukaan ”Griffin”. Tästä alkoi varsinainen päällystysseosten ja reseptien kehitys erilaisia paperilaatuja ja päällystysmenetelmiä varten, jotka kehittyivät nopeasti. Ensimmäinen erillispäällystyskone (C1) käynnistyi Kymillä vuoden 1967 lopussa. Päällystettyjen paperilaatujen kehitykseen kuului myös pohjapaperien kehittäminen, lisäaineet ja pigmentit jotka vaativat huomattavan määrän pilotkoeajoja.
  • Sucksdorff esitti kuuluisan visionsa yhtiön hallituksen kokouksessa17.2.1960.Tehdassuunnittelu oli tullut hypoteesiin, että Kymin puoli oli täyteen rakennettu, joten uusi tehdas ja koneet rakennetaan Kuusanniemen.( Kuusanniemi n. muutama sata metriä Kymin tehtaista, joen toisella puolella).Tulevaisuudessa sanomalehtipaperin valmistus jää Voikkaalle, jossa koneet uusitaan .Kuin sanojen vakuudeksi Voikkaalla lähtikin v.1961 käyntiin siihen asti Valmet 0y :n toimittama Suomessa suurin rakennettu paperikone PK11.
    Kone uusittiin vaiheittain, kapasiteettia nostettiin ja laatua kehitettiin. Tutkimuksen panos uusinnoissa ja laatukehittelyssä oli huomattava. Lopullisesti uusittuna kone käynnistyi 13.3.1986, jolloin uuden kevyesti päällystetyn mattakiiltoisen KymTech- tuotteen valmistus alkoi. (PK11:n uusinta on yksityiskohtaisesti esitetty Papermakers` Wikissä: Paperin ja Kartongin valmistus).
  • Päällystämättömien paperilaatujen kohdalla kehitys oli nopeaa erilaisten konttoripapereiden alueella. Tietotekniikan nopea kehittyminen, jolloin tulostus - ja kopiolaitteiden tuomat uudet mahdollisuudet edellyttivät myös papereilta uusia ominaisuuksia. Itsejäljentävät paperit muodostivat erään mielenkiintoisen erikoistuoteryhmän, jonka parissa tutkimuksia Kymissä tehtiin useita vuosia kunnes tietotekniikka uusine ratkaisuineen syrjäytti lähes täysin nämä laadut.
  • 1970- luvun alussa öljyn ollessa halpaa, laskettiin siitä valmistettujen muovikuitujen pystyvään kilpailemaan sellukuitujen kanssa. Tutkimukset alkoivat Japanissa, mutta levisivät Kanadaan, USA:n ja Eurooppaan. Kymi solmi v.1972 belgialaisen Solvay & Cie:n kehityssopimuksen, jonka perusteella yhtiö pääsi testaamaan Solvayn koelaitosten valmistamia synteettisiä kuitutuotteita. Markkinatutkimus oli osoittanut, että synteettisillä kuiduilla olisi laaja käyttöpotentiaali lähes kaikkiin sellukuituja sisältäviin tuotteisiin.
    Öljykartellin (OPEC) öljyn hinnankorotukset alkoivat vaikuttaa v.1970-luvun lopussa. jolloin synteettiset kuidut menettivät mielenkiintonsa. Mutta paitsi pelkkiä muovikuituja, syntyi myös tuotteita, jolloin puu- ja muovikuituja sekoitettiin keskenään. Eräs tuote oli kertakäyttöön tarkoitettu ”kangasmainen” nk. kuitukangas (engl. nonwoven), jolle odotettiin laajaa käyttöä mm. sairaaloissa, elintarviketeollisuudessa ja suojavaatteiden valmistuksessa. Yhtiö teki koeajoja sekä laite- että kemikaliotoimittajien luona. Kymin pienet paperikoneet osoittautuivat kuitenkin valmistusta ajatellen kapasiteeteiltaan liian suuriksi ja kuitukankaan valmistussuunnitelmista luovuttiin. Iittiin ollaan rakentamassa parhaillaan (v 2009) kuitukangasta valmistavaa tehdasta.
  • Muovikuitujen jälkeen tulivat erilaiset laminaatit, jolloin paperin tai kartongin pintaan ”liimattiin” (laminoitiin ) erittäin ohuet muovi- tai alumiinikalvot eli foliot, Laminaatteja käytettään erilaisiin pakkaustarkoituksiin kuten esim. koteloihin ,etiketteihin ja tarroihin. Tutkimusosastolle hankittiin mm tällaiseen liimaukseen soveltuva koekone, jolla voitiin tehdä paljon erilaisia tuotteita paitsi laminaatteja myös käärepapereita, tarroja ja silikonointia lähinnä jatkojalostuksen osalta Oy Tilgman Ab:n ja tarratehdas Kymtac Oy:n tuotekehitystä ajatellen. Myös tietoa siirrettiin Juantehtaan kartonkitehtaalle, joka aloitti kartongin laminoinnin sille hankitulla laminointikoneella. Kartonkitehdas myytiin v.1988 ja koekone UPM:n Raflatac:ille Tampereelle, mikä merkitsi jatkojalostuksen kehittämisen lopettamista.
    Fuusion seurauksena v.1913 aloitettu koko Kymin tutkimus lopetettiin Kuusankoskella ja valot sen osalta sammutettiin v.2005.

Kyro

Tutkimusta ollut kehittämässä mm. Marja-Leena Sahlsten.

Metsäliiton Teollisuus

Jyrki Kettusen:

"Kuuseen kurkottajat, Teknologian kehitys Metsäliiton piirissä 1950-luvulta vuosituhannen vaihteeseen"

ISBN 952-91-4477-6

2. painos 2002

Teos on  kattava kuvaus Metsäliiton piirissä tehdystä kehitystyöstä.

 

 

Myllykoski

Tutkimusta ollut kehittämässä mm. Tapio Ahola.

Nokia

(Markku Huostila, 16.11.2011)

KEHITYSTOIMINTAA NOKIALLA

Seuraava perustuu muisteluihin kehitystoiminnasta Nokialla 1969-1989. Tänä aikana yrityksen nimi oli Nokia Puunjalostus ja Voimateollisuus, Nokia Metsäteollisuus ja Nokia Paperi.
Jäin eläkkeelle 1.6.2000 enkä ottanut asiapapereita mukaani. Sen vuoksi nämä muistelut eivät välttämättä ole täysin luotettavia.
Tulin yrityksen palvelukseen 1.2 1969 oltuani sitä ennen ensimmäisessä työpaikassani Kajaani Oy:n paperitehtaalla käyttöinsinöörinä 1965-1969.
Aluksi toimin paperitehtaalla suunnitteluinsinöörinä tehden investointilaskelmia ja erilaisia selvityksiä.
Kari Ebeling oli suorittanut PhD-tutkinnon Institute of Paper Chemistryssä Appletonissa USA:ssa.
Hän muutti Nokialle 1970 ja perusti Puunjalostukseen T&K-osaston. Siirryin T&K - osastolle 1971.



KEHITYSTOIMINNASTA

Nokialla oli 6 MG-paperikonetta – 1961 oli startannut uusin. Se pysäytettiin 1991, muut jo aiemmin 1976-1983. Kolme pehmopaperikonetta käynnistyivät 1965, 1969 ja 1971. Suomen uusin sulfiittisellutehdas toimi 1957-1985; osassa sellutehtaan tiloja aloitti siistauslaitos pysäytyksen jälkeen. Hiomo lopetti toimintansa 1981.
Seuraavassa keskityn lähinnä paperinvalmistuksen ja -jalostuksen T&K – toimintaan, koska työskentelin enimmäkseen sillä alueella.

RELEASE – PAPERIA SULFIITTISELLUN OKSAMASSASTA
Suodattimella kerätty sellun oksamassa oli jätettä, josta piti päästä eroon.
Koska oksamassassa oli runsaasti pihkaa Kari Ebeling sai idean, että kokeillaanpa release-paperin tekoa siitä.
Koeajo tehtiin vanhalla MG-paperikoneella no 1. Valmistetut rullat kalanteroitiin KCL:ssä ja saatiin aikaan irrokepaperin tyyppistä paperia. En muista, miten projekti jatkui, mutta se ei kuitenkaan johtanut konkreettisiin toimiin oksamassan hyödyntämisessä.

POST GRADUATE – STIPENDILLÄ USA:SSA 1972-1973
Talvella 1972 anoin ja sain SPI:n Post graduate – stipendin, jonka perusteella olin vuoden USA:ssa. Opiskelin lukukauden Special student – statuksella Institute of Paper Chemistryssä, Wisconsin, ja kesän olin harjoittelijana St Regisin Sartelin tehtaalla, Minnesota, tehden jätevesitutkimusta koelaitteella.

Instituutilla erikoistyöni otsikko oli ”The effect of mechanical groundwood pulps on the self-sizing phenomenon”. Työ liittyi Nokian pehmopaperin valmistukseen. Nokialla muista pehmopaperitehtaista poiketen käytettiin putkihioketta myös pehmopaperin valmistukseen.
Pidin erikoistyöstäni myös esitelmän SPI:n marraskuun 1973 kokouksessa.

Vuoteen sisältyi paljon erilaista tiedonhankintaa Nokialle Kari Ebelingille ja osittain hänen kauttaan Kari Kairamolle, josta oli tullut teollisuusryhmän uusi johtaja 1972. Vuoden aikana mm. vierailin kaikkiaan 40:ssä tehtaassa tai laitoksessa.
Instituutin kirjastossa luin amerikkalaisia lehtiä välittääkseni sellu- ja paperiteollisuutta koskevia artkkeleita Kari Kairamolle. (Samalla yritin löytää Suomea koskevia uutisia. Vain kerran löysin – Wall Street Journalissa oli muutama rivi yhdellä palstalla: Neuvostoliittolaiset viranomaiset olivat huolestuneita Leningradissa vierailevista suomalaisista Vodka-turisteista.)

T&K – OSASTON KEHITYKSESTÄ
Amerikan vuoteni aikana T&K – osaston henkilövahvuus oli kasvanut 8:sta 20:een. Henkilökunnan lisäksi osasto sisälsi oman, pienen laboratorion ja laitekehityspajan ”paperitehtaan nurkissa”.
T&K – toiminta sai uudet tilat 1975, kun Kari Ebelingin johdolla rakennettiin tehdasalueen ulkopuolelle Kehitystoimintakeskus toimistoineen, laboratorioineen ja koehalleineen Nokian kolmelle teollisuusryhmälle (Puunjalostus. Kumiteollisuus ja Muoviryhmä).
1976 Kari Kairamosta tuli Nokia-yhtymän toimitusjohtaja ja hänen seuraajakseen teollisuusryhmän johtajaksi Simo Vuorilehto. 1976 oli tappiollinen vuosi Nokia Puunjalostukselle ja sen jälkeen alkoi keskittyminen pehmopaperiliiketoimintaan.
Kari Ebeling siirtyi päätoimiseksi paperiteknologian professoriksi 1978 ja sain vastuulleni T&K – toiminnan supistamisen vastaamaan ensisijaisesti pehmopaperiliiketoiminnan tarpeita.
Kehitystoimintakeskuksesta luovuttiin 1980 – luvulla ja pienentynein resurssein palattiin tehtaalle.

PEHMOPAPERIKOEKONE NOVAL – YHTEISHANKE NOKIAN JA VALMETIN KESKEN
Kari Ebelingin aloitteesta T&K:n laitekehityksessä rakennettiin 1972-1973 laboratorioarkkipohjalta toimivaa läpipuhallustekniikkaa – TAD = Through Air Drying. Tämä on tekniikkaa, jolla päästään pehmopaperin valmistuksessa pehmeämpään tuotteeseen, kun märkäpuristusta korvataan puhaltamalla kuumaa ilmaa rainan läpi. Procter&Gamble oli TAD – edelläkävijä USA:ssa. Euroopassa ensimmäinen TAD – kone käynnistyi vasta 2000 – luvun alkupuolella.
Vuonna 1974 solmittiin sopimus Nokian ja Valmetin kesken koepehmopaperikoneen rakentamisesta Nokialle tarkoituksena tutkia uusia valmistusmenetelmiä. Ebelingin lisäksi asiaan keskeisesti vaikuttivat Kari Kairamo ja Valmetin toimitusjohtaja Matti Kankaanpää, jotka olivat keskenään tuttuja jo USA:n ajoilta.
Koneen leveys oli sama kuin Valmetin Rautpohjan koekone, 0,8 metriä, jotta voitaisiin mahdollisesti käyttää samoja osia. Sopimus tehtiin vuosiksi 1975-1978, mutta toiminta jatkui 1980-luvulle. Lopullisesti Valmet luopui koneesta hankittuaan omistukseensa KMW:n koekoneineen Ruotsista.
Nokia rakensi pehmopaperikoneiden viereen konehallin ja kone oli Valmetin omistama. Kone, joka nimikilpailun jälkeen sai nimen yritysten nimistä johdetun ”Noval” (tosin jotkut irvileuat sanoivat nimen tulevan sanoista No Value) käynnistyi 1976. Konetta käytti Nokian henkilökunta, mutta suurin osa koeajoista olivat Valmetin tutkimusinsinöörien junailemia tai asiakaskoeajoja. Nokia teki myös omia koejojaan nimenomaan liittyen massoihin ja kemikaaleihin.
Kone sisälsi sekä 2,7 metrin läpimittaiset TAD-sylinterin että jenkkisylinterin. Koneella tehtiin sekä TAD – koeajoja että tavanomaisia jenkkiajoja.
TAD on tavanomaista paljon vaativampi tapa valmistaa pehmopaperia, koska siinä osittain kuumailmapuhaltamalla kuivattu raina pitää tartuttaa jenkkisylinteriin sopivan liiman avulla. Erinäisten vaiheiden jälkeen TAD-valmistuksessa onnistuttiin niin, että saatiin jalostettua WC-kuluttajarullia markkinoinnin arvioitaviksi. Kokeilu ei kuitenkaan johtanut kaupallisiin sovellutuksiin.
Koetoiminnan yhteydessä synti kaksi yhteistä menetelmäpatenttia.
Tavanomaisen pehmopaperin valmistusmenetelmän sovellutukset jäivät myös vähäisiksi. Sellaisia olivat Nokian isoimman pehmopaperikoneen PK9:n uusinta imurintatelasta kaksoisformeriksi sekä pieni pehmopaperikone Larneen Pohjois-Irlantiin sekä pehmopaperikone Svetogorskiin.
Larnen koeajot tehtiin heidän toimittamastaan keräyspaperista. Heidän edustajansa seurasi koekoneella aamupäivällä koeajoa konerulliksi, joista sitten jalostimme tehtaalla WC-kuluttajarullia. Larnen edustaja sai iltapäivällä poislähtiessään säkillisen WC-rullia mukaansa – saattoi vaikuttaa myönteisesti hankintapäätökseen.
Projektin nokialaisena päällikkönä olin aina mukana Valmetin asiakkaiden koeajoissa ja sillä tavoin olimme perillä kilpailijoidemme valmistustietämyksestä. Esim. läpipuhallustekniikka oli Valmetin asiakkaiden keskuudessa varsin vähän tunnettua – ainoastaan yhdellä yrityksellä oli yksityiskohtiin meneviä ohjeita ajojen suhteen.

Merkittävä koesarja Novalilla oli Keskuslaboratorion TMP-projektiin liittyvät ajot. Tutkimuksesta pidettiin esitelmä 1979 Int´l Mechanical Pulping konferenssissa Torontossa. (Tarkoitus oli, että pidän esityksen yhdessä KCL: Jan Sundholmin kanssa, mutta esityksen aikana makasin torontolaisessa sairaalassa.)
Esitelmä julkaistiin Pulp Paper Canadassa 81, March 1980 Sundholm, J. and Huostila, M: ”Can TMP and CTMP be used in tissue paper?”  

Koneella tehtiin myös yhteispohjoismaista pehmopaperitutkimusta STFI:n (Holger Hollmark) ja KCL:n (Rolf Uggla) kanssa. Holger Hollmark tunnetaan kreppauksen teoreettisena asiantuntijana, joka oli kehittänyt kreppauksen teoriaa mikro- ja makrokreppeineen.

Nokialla koekonetta esiteltiin mielellään tärkeille vierailijoille – antoihan se mielikuvan pehmopaperin kehitykseen todella panostavasta yrityksestä. Pari tarinaa vierailuista:
Tuohon aikaan (”kartellien luvattuna aikana”) ns. Tissue symposium, jonka muodostivat eurooppalaiset tissuetehtaiden johtajat, kokoontui vuosittain. Nokian kokouksessa vierailuun sisältyi tietysti Noval-koeajon seuraaminen. Kyseessä oli vain näytöskoeajo, mutta tehdäksemme asiasta mielenkiintoisemman, lisäsimme suihkutettavan tartuntakemikaalin sekaan väriainetta. Vierailijoille kerroin kokeilevamme uuttaa paperin värjäysmenetelmää. Ymmärsin eräästä kommentista, että kaikki vieraat eivät uskoneet vilpittömyyteemme.
Eräästä vierailusta sain mukavan mieleenjääneen opetuksen. Kari Kairamo vieraili Helsingistä parin tärkeän vieraan kanssa poiketen myös Novalilla. Kairamo kysyä töksäytti minulle: ”Onkos tästä koneesta ollut jotain hyötyä?” Mietin muutaman sekunnin pohtien myös sitä, minkä verran vieraat ymmärtävät paperin valmistuksesta. Vastasin tarmokkaasti vain ”Kyllä”. Mukana ollut Harry Mildh totesi: ”Vastaus oli oikein, mutta kesti liian kauan.”

PEHMOPAPERIN VALMISTUKSEEN liittyvistä kehitystoimista voi todeta korkeavärisen lautasliinapaperin valmistukseen toimet sisältäen myös muutamia diplomitöitä. Nokian PK7 erikoistui korkeaväriseen lautasliinapaperiin, jota myytiin ympäri maailmaa. Ko. tuote on normaaliin pehmopapereihin verrattuna korkeahintaisempi, mikä sallii pitkätkin kuljetusmatkat.

Osa kehitystoimintaa liittyi Yankeesylinterin pinnoitukseen. Valuraudasta tehty sylinteri kuluu käytössä ja 1970 – luvulla kehitettiin kovametallipinnoitusta. 1980 – luvulla tehtiin yhteistyötä Tampereen Teknillisen Korkeakoulun Materiaalitekniikan laitoksen kanssa sisältäen myös diplomityön aiheesta.

Kiertokuitu oli eräs kehitystoiminta-alue. 1970 aloiteltiin keräyspaperin käyttöä ja 1986 käynnistettiin sellutehtaan pysähdyttyä siistauslaitos entisen sellutehtaan valkaisimo- ja kuivauskone/varastotiloihin.

Nokialla startattiin 1976 valkaisulaitos ja 1977 pirtutehdas. joihin liittyi tietenkin myös erilaista kehitystoimintaa. Niihin osallistuin vähemmän.

SELLUTEHTAALTA on syytä mainita v. 1974 käynnistynyt maailman ensimmäinen sulfiittikeiton tietokoneperustainen keiton ohjaus Autosulfiitti, jonka tekijänä oli Nokia Elektroniikka. Elektroniikka myi Autosulfiittia usealle asiakkaalle.

Pehmopaperi on kuivakrepattua yksi-, kaksi- tai useampikerroksista paperia, jota käytetään pyyhkimis- ja kattamistarkoituksiin. Erilaisia pehmopapereita ovat WC-paperi, talouspaperi, nenäliinat, lautasliinat, käsi- ja teollisuuspyyhkeet.

Tyypillistä, ja muiden papereiden valmistusmenetetelmästä poikkeavaa, on pehmopaperin kreppausprosessi. Puristettu, tai esikuivattu, raina tartutetaan isoläpimittaisen jenkkisylinterin pintaan, josta se kreppikaavarin avulla irroitetaan. Kreppauksen avulla paperiin saadaan haluttu pehmeys ja kuohkeus.

Keskeinen asia kuivakreppausprosessissa on rainan tartunta jenkkisylinterin pintaan. Liian voimakas tartunta pyrkii menemään kreppauskaavarin ja sylinterin väliin rikkoen rainaa ja toisaalta heikolla tartunnalla ei saavuteta haluttuja pehmeys- ja kuohkeusominaisuuksia.

Suomessa pehmopaperia valmistavat Nokian Paperi (Georgia-Pacific Nordic Oy) ja Metsä Tissue Mäntän tehdas. Näissä tehtaissa on yhteensä 6 pehmopaperin valmistukseen tarkoitettua paperikonetta, joista 1 kone Nokialla on tällä hetkellä poistettu käytöstä.

Mänttään hankittiin ensimmäinen kuivakreppikone 1961 ja seuraavat 1965 ja 1968.

Nokialla käynnistyivät vastaavankokoiset pehmopaperikoneet 1965, 1969 ja 1971.

Tuohon aikaan kuivakrepattujen pehmopaperituotteiden kuluttajamarkkinat alkoivat Suomessa.

Em. runsaan pehmopaperikapasiteetin hankkiminen perustui paljon peruspaperirullien myyntiin yhteisen myyntiorganisaation (Finnpap) kautta. Vuosien varrella pehmopaperiliiketoiminta on muuttunut kuluttajille myytävien jalostettujen tuotteiden markkinoinniksi ja myynniksi.

Tilavuuspainoltaan alhaisen pehmopaperin myynti ei salli kannattavasti pitkiä kuljetuksia, vaan myynti on pääasiassa suunnattava kotimaahan tai lähialueille. Peruspaperin myynti on yleensä marginaalinen osa pehmopaperiliiketoimintaa.

Nokialla valittiin korkeavärjätty lautasliinapaperi erääksi painopistealueeksi, koska sen korkeampi hinta sallii kuljetukset kauemmaksikin. Nokian korkeaväristen lautasliinapapereiden markkina onkin ollut maailmanlaajuinen, aina Australiaa myöden. Lautasliinan oikeat värisävyt, värjäys sinänsä ja värin pysyvyys lautasliinakäytössä ovat vaatineet panostusta kehitystyöhön. Mm. diplomitöillä on ollut merkittävä osuus värjäyksen kehittämisessä.

Oulu

Tutkimustoiminta Oulu Oy:n piirissä kehittyi voimakkaasti 1960-luvulla Yrjö Tuhkusen johdolla ja edelleen 1970-luvulla Di Juha Alhojärven vetämänä. Tutkimusosasto oli jaettu toimialoittain. Sellutehtaan tutkimusta johti Di Tuomo Niemi, joka oli myös kiinteässä yhteistyössä sekä Keskuslaboratorioon erilaisissa työryhmissä ja ohjelmatöissä että Finncelliin massan laatuun liittyvissä markkinoinnin tukitehtävissä. Di Eero Elomaa johti sellutehtaan sivutuotteiden jatkojalostamiseen liittyvää tutkimusta. Ympäristön suojelun rooli kasvoi merkittävästi ja toimintarajat tiukkenivat voimakkaasti. FM Pentti Yli-Luukko toimi Ympäristäsuojelulaboratorion päällikkönä.

1980-luvulle tultaessa tutkimustoiminta eriytettiin toimialoittain. FT Timo Petäjä aloitti Orgaanisen kemian teollisuuden tutkimuspäällikkönä, jolloin aloitettiin myös voimakas panostus tärpätin ja mäntyoljyn jatkojalostustutkimukseen. Orgaanisen kemian teollisuuden tutkimustyö on tuonut huomattavan määrän erilaisia tuotekehitysratkaisuja ja –patentteja sekä mäntyöljyn että tärpätin hyödyntämiseen eri kemianteollisuuden mutta myös elintarviketeollisuuden alueella.  Tämä tutkimustoiminta organisoitiin edelleen Kehitysorganisaatioon DI Arvo Fredriksson alaisuuteen ja jatkui Veitsiluodon kemianteollisuuden, Forkemin ja edelleen Arizona Chemicalin piirissä Keijo Ukkosen ja Rauno Luttisen johdolla.

 

Rauma-Repola

Schauman

Tutkimusta olleet kehittämässä mm. Matti Siro ja Johan Karjaluoto.

Serlachius

G.A. Serlachius Oy:n tutkimuslaboratorio ja t & k- osasto

(Klaus Schnabel 14.4.2011)

 

Laboratorioista se alkoi

G.A. Serlachius Oy:n t & k -toiminta alkoi 1920-luvulla spriitehtaalla sijainneessa laboratoriossa sellun vaaleuden ja spriin alkoholipitoisuuden mittaustoimintana.

Vuonna 1954 perustettiin Mänttään koko G.A.S. Oy:n yhteinen tutkimuslaboratorio. Se pääsi vuonna 1958 muuttamaan spriitehtaalle rakennettuihin uusiin tiloihin. Vuonna 1964 koekeittämö, -valkaisimo ja massanlajittelulaitteet sekä täydellinen selluloosan ja paperin koestuslaitteisto. Tutkimuslaboratoriossa järjestettiin myös laboranttien koulutusta ja sieltä käsin ohjattiin yli 100 TKK:n diplomityötä.

Tutkimuslaboratoriossa tutkittiin Mäntän, Kankaan, Takon, Lielahden ja Kolhon tehtaiden tarpeita varten mm. paperin ja kartongin pintakäsittelyä, puolikemiallisen massan valmistusta ja valkaisua ja myös Iki-levyn lujuuksia ja jätevesiä. Yhteydet eri tutkimuslaitoksiin, kuten Oy Keskuslaboratorioon Espoossa ja VTT:n tutkimuskeskukseen Otaniemessä, olivat tärkeitä.

Jätevesien tutkimus oli alkanut jo 1930-luvulla yli-insinööri A.W. Silfversparren toimesta. Hänen suuresti arvostetun tutkimustyönsä pohjalta järjestettiin Mäntässä vuonna 1958 Limnologien Symposium.

Vuonna 1971 Mäntän laboratorioiden organisaatiossa tapahtui suuri muutos, kun perustettiin T&K -osasto. Siihen liitettiin tehtaan kaikki laboratoriot (tutkimuslaboratorio sekä paperi-, selluloosa- ja voimaosaston laboratoriot).

Vuonna 1974 otettiin käyttöön uusi toimitalo, ns. Lampitalo, johon keskitettiin kaikki yhtiön tutkimus- ja kehitystoiminta.

Tutkimuslaboratorion ensimmäinen päällikkö oli Aarno Kenetti. 1971 perustettua T & K -osastoa johti Ermo M. Kaila. Vuosien saatossa Mäntässä t & k- työtä olivat tekemässä Simo Hyvärinen, Klaus Schnabel, Raimo Kettunen, Rauno Rautiainen, Vappu Piiroinen, Brynolf Nysten, Tapio Hurme, Jukka Karppinen ja Pirkko Molkentin-Matilainen.

Tehtailla t & k- ja laboratoriotoimintoja pyörittivät Rurik Skogman ja Lauri Jääskeläinen Kankaalla, Heli Juurikas Takossa ja Marja-Liisa Sahlsten Kyrossa. Vuonna 1986 G.A. Serlachius Oy fuusioitiin Metsäliiton Teollisuus Oy:n kanssa. Uuden yhtiön nimi oli Metsä-Serla Oy.

 

Tutkimusten sovellutuksia Mäntän tehtailla

Sulfiittimassan hartsipitoisuuden alentamiseen alettiin käyttää hakevarastointia (Kuva 1.) ja tensidejä valkaisussa.

1970–80 luvun taitteessa rakennettiin uuden spriitehtaan jatkeeksi vuonna 1982 käynnistynyt Pekilo- proteiinirehutehdas. Tapio Hurme oli avainhenkilö tässä.

Pergamiinipaperin laadulle tärkeää massojen vedenpoistoa kehitettiin sopivammaksi kehittämällä jauhatuksen luonnehtimista. Kolmessa diplomityössä vuosina 1957–60 instrumenttiosastolla kehitettiin Serla- muotti (Kuva 2.)

 
 
Kuva 1. Hakekeko

 

Vuonna 1962 alkaen tuotiin markkinoille silikonilla pintakäsitelty leivinpaperi.

Vuonna 1965 löydettiin sopivia muovilaatuja filmipäällystykselle, jolloin syntyi Gasella- pergamiini, rasvankääre ja keksipakkauksia.

Kreppilajit valmistettiin omasta sulfiittimassasta, vuodesta1950 alkaen myös ostohiokkeesta ja lehtipuusellusta (jopa eukalyptussellusta). Vuodesta 1965 alkaen kuvaan tuli myös siistausmassa. Keräyspaperia siistattiin alussa vaahdottamalla ja vuodesta 1985 alkaen pesumenetelmää käyttäen.

Kreppipaperilaaduille kehitettiin erikoiskoestusmenetelmiä (Levlin, J-E. Pulp and Paper Testing, Book 17 (Papermaking Science and Technology, former known as Fapet), Chapter 11: Hygiene papers).                                                                                                                                                               

                                                                                                                                                                                    Kuva 2. Laboratorio  

Jalostustakin tuettiin

Vuonna 1965 lanseerattiin toilettipaperille PVC – muovikääre (Kuva 3.). Paras – Toiletti paperinen ”banderolli” (Kuva 4.) vaihtui ja nykyinen Katrin- kaksoisrulla pakkaus sai alkunsa. Samoin Serla-Liinan glassiini-kääre korvattiin.

Kuva 3. Serla Kaksoiskreppi PVC-muovikääreessä

Kuva 4. Paras Toilettipaperi paperikääreessä

 

Kreppipaperilaatujen varastoitavuutta parannettiin ja mm. sen imukyvyn aleneminen saatiin valvontaan.

Terveyssiteiden valmistuksessa siirryttiin non-wowenin käyttöön.

Sunila

Tutkimusta ollut kehittämässä mm. Pertti Honkala.

Tampella

Kehitys- ja tutkimustoimintaa Tampellan Metsäteollisuudessa 1962-86 (Anssi Kärnä, 26.8.2011)

 

Alkuvaihe ja toimintaympäristö

Tampellan Metsäteollisuuden johtaja Bror Bygden teki tutustumismatkan 1960-luvun alussa USA:n paperiteollisuuteen. Matkalta löytyi virike erityisen tutkimusosaston perustamiseen, mikä toteutuikin v. 1962. Osaston toiminta alkoi verraten vaatimattomissa puitteissa Heinolassa, esimiehenään DI Kullervo Sysilä. Melko pian Inkeroinen osoittautui sopivammaksi sijoituspaikaksi, kun vanhan kartonkitehtaan toimintansa lopettaneen hiomon tilat vapautuivat muuhun käyttöön. Tampellan konepaja tarvitsi tuolloin kipeästi mahdollisuuden mm. kartonkikoneiden ja muiden apulaitteiden kokeiluun. Näin sai yhteinen kokeilu- ja kehitystoiminta alkunsa Metsäteollisuuden ja Konepajan kesken. Osaston päälliköksi tuli ins. Tor Fredrikson.

Osaston toiminta laajeni, ja esimies vaihtui allekirjoittaeseen v. 1969. Yhtiön Metsäteollisuus käsitti tuolloin Anjalan Paperitehtaan, Inkeroisten Kartonkitehtaan vanhoine ja uusine koneineen, NSSC-aallotuskartonkitehtaan ja aaltopahvitehtaan Heinolassa, Inkeroisten Porvoon (ja myöhemmin myös Tolkkisten) sahan, 50% osakkuuden kotelokartonkitehtaasta Espanjasta (sittemmin Tampella Española ), kartonkipakkausyksikön (myöhemmin Tambox) ym. Toimintaympäristö oli siis monitahonen, varsinkin kun Konepajan laitekokeilut laajenivat kartongin formeriyksikköjen ohella käsittämään mm. lastuhierteen koejauhimen, massan lajittimia ym. Toimisto ja käyttölaboratorio sijoitettiin vuonna 1968 Inkeroisten vanhan kartonkitehtaan tiloihin.

Kehitys-ja tutkimusosaston (KT-osasto) ja tulosyksiköiden työnjaoksi muotoutui käytäntö, jossa yksiköt vastasivat itse silloisista prosesseista, asiakassuhteista, tuotteittensa laadusta ja kehityksestä kun taas KT-osasto suuntautui uudistushakuisiin tuotteisiin ja yhteyksiin. Osaston toiminnan monipuolistumisesta ajan mittaan on syytä mainita yhteydet Tampellan muovitehtaaseen Porvoossa, yhtiön Tekstiiliteollisuuteen sekä yhtiön keskushallinnon rakennusfunktioon Tampereella. Tulosyksiköiden yhteinen edustus Keskuslaboratoriossa, lähinnä sen Tutkimustoimikunnassa, järjestyi luontevasti KT-osaston kautta, samoin kuin yhteydet korkeakouluihin, muihin tutkimuslaitoksiin ja ulkopuolisiin rahoittajiin.

Hallinto ja henkilöstö

KT-osasto toimi hallinnollisesti Metsäteollisuuden johdon alaisuudessa. Toimintaa ohjasi aluksi ns. Teknillinen Valiokunta, joka koostui Metsäteollisuuden eräiden tuotantoyksiköiden ja Konepajan eräiden osastojen esimiehistä. Myöhemmin tämä elin korvautui ns. Kehitysvaliokunnalla, johon kuuluivat Metsäteollisuuden johtaja, markkinoinnin ja tulosyksiköiden johtajat, sekä tämän alaisuudessa pienempi ns. Kehitysjaos.

Kt-osaston henkilöstömäärä kasvoi vähitellen niin, että 1973 osastolla oli 23 vakinaista ja 8 tilapäistä toimenhaltijaa, kun mukaan lasketaan diplomityöntekijät. Useat insinöörit ja teknikot tulivat yhtiön palvelukseen KT-osaston kautta.

 

Eräitä hankkeita

Kuten aikaisemmin on mainittu, koelaitos-yhteistyö Konepajan kanssa muodosti käytännön toiminnan jatkumon. Vuosien mittaan KT-osaston muista tehtävänimikkeistä kertyi mittava joukko. Seuraavassa esitellään lyhyesti vain muutama niistä kuvastamaan toiminnan monitahoisuutta.

Lastuhierre (RMP) ja kemihierre
Konepajan kehittämän kiekkojauhimen perusteellinen koekäyttö osoitti, että laitteen toiminta ei ollut kyllin stabiili, ja ajallisesti etulyöntiasemassa ollut kehitysprojekti lopetettiin vuonna 1968.
Tehtiin selvityksiä ja kokeiluja kemihierteen soveltuvuudesta eri tuotteisiin.
Kuumahierre (TMP)
Anjalan paperitehtaan alueelle oli aikaisemmin rakennettu ns. puolisellutehdas lähinnä kartonkitehtaan tarpeita silmälläpitäen, mutta sen toiminta oli lopetettu. Esille tuli mahdollisuus käyttää rakennukset ja suuri osa laitteistosta muuntamalla prosessi kuumahierteen valmistukseen. Tätä varten tehtiin KT-osaston vetämänä laajaa selvitystä markkinoilla kehitettyjen eri jauhintyyppien ja prosessien välillä. Eräänä päivänä hankkeen kaksi tutkijaa kutsuttiin Tampereelle Metsäteollisuuden johtajan puheille. ”Se on sitten Defibrator” kuului yksikantainen viesti, ja siihen päättyi tuo selvitysprojekti. – Myöhemmin KT-osasto oli toki kiinteästi kytkettynä TMP-laitoksen käynnistykseen ja prosessin hallintaan.
Kuorilevy-yhdistys
Ajan henkeen sisältyi erilaisia hankkeita prosessien jäteaineiden hyödyntämiseksi. Eräs tällainen hanke oli tutkia, selvittää ja kokeilla lähinnä kuusen kuorintajätteen hyödyntämistä kuitulevyn tapaisen tuotteen valmistamiseksi. Tätä varten oli muodostettu yhdistys, johon Tampellakin osallistui. Selvittelyjen, laboratorio- ja pilot-tutkimusten jälkeen tehtiin yhdistyksen puitteissa tehdasmittainen koevalmistus Jyväskylässä .
Keräyspaperi aallotuskartongissa
Laboratoriokokeet osoittivat, että keräyspaperin seostaminen NSSC-massaan alensi aallotuskartongin lujuusominaisuuksia liian voimakkaasti ollakseen kannattavaa.
Rakennuselementit
Tampellan rakennusjohtajan aloitteesta tutustuttiin polyuretaanivaahdon käyttömahdollisuuksiin. Aineen monet ominaisuudet viittasivat mahdollisuuksiin yhdistää se edullisesti puuhun. Ensimmäinen sovellus oli ns. lämpöhirsi, jossa profiililautojen väliin ruiskutettiin vaahtoava PU-kerros. Tällä tekniikkaa soveltamaan kehitettiin jatkuvatoiminen kone ja rakennettiin kehitysmielessä useita yksikerroksisia rakennuksia, mm. vuonna 1974 noin 225 m2 omakotitalo Inkeroisiin. Kahden asunnon rivitalo Tolkkisiin toteutettiin sittemmin kehitetyllä elementtitekniikalla. Valmius tuolloin kovasti kaivatun, jalostusasteeltaan korkean tuotannon kehittämiseen oli syntynyt. Alustava tehdas- ja liiketoimintasuunnitelma esiteltiin yhtiön uudelle pääjohtajalle, joka oli tullut tutustumaan lähinnä sahateollisuuteen. Tutkimattomassa viisaudessaan pääjohtaja asetti välittömästi kysymysmerkin (eli tyrmäyksen) koko hankkeelle. – Kehityshenkilöstö eli jatkossa joltisenkin tovin turhautuneessa tilassa.
Painehionta, PGW
Painehionnan kehitys yhteishankkeena Konepajan kanssa muodosti KT-osaston selkeästi mittavimman aktiviteetin 1978-86. Yksityikohtaisempi selostus painehionnan tutkinnasta, kehityksestä, sovellutuksista ja markkinoinnista on esitetty muussa yhteydessä Papermakers´ Wikissä.
Inkeroisten kartonkikone IV
KT-osaston henkilöstö osallistui 1970-luvulla uuden kartonkitehtaan käyttöönottoon sisältyviin tutkimuksiin.
Non-vowen
KT-osaston edustajat konsultoivat yhtiön Tekstiiliteollisuuden hankkeessa, jossa Tampereen tehtaille rakennettiin märkämenetelmään perustuva non-vowen-tuotantolinja.
Ympäristönsuojelu
KT-osastolla toiminut DI hoiti muiden tehtäviensä ohella ympäristösuojeluasioita, kunnes tämä funktio eriytettiin omaksi yksikökseen.
Sahahakkeen käyttökelpoisuuden tutkimus
Metsäteollisuuden sisäinen ristiriitatilanne saatiin pois päiväjärjestyksestä, kun KT-osaston toimesta yhtenäistettiin sahojen ja Anjalan Paperitehtaan kesken hakkeen laadun ja määrän mittausmenetelmät.
Lietelevy
Kartonkitehtaan jäteveden puhdistuksesta syntyi jatkuvasti hienojakoista, märkää kuitu- ja pigmenttilietettä. Syntyi ajatus, että lietteestä voisi puristamalla ja kuivaamalla tehdä käyttökelpoista levyä rakennus- ja muihin tarkoituksiin. Tarkoitukseen kehitetyllä pilot-laitteistolla valmistettiinkin tuollaisia levyjä, joiden tekniset ominaisuudet olivat vähintään tyydyttävät. Pitemmälle viedystä toteutuksesta kuitenkin luovuttiin, onneksi, sillä keräyspaperia käyttänyt kartonkitehdas muutti sittemmin raaka-ainepohjansa painehiokkeeksi.
Naulalevyjen käyttö kattotuolien valmistuksessa
KT-osaston ja Tolkkisten sahan yhteishankkeena kehitettiin puisten kattotuolien valmistukseen kaupallisesti toimiva linja.
Hiokkeen valkaisun kehitys
Anjalan Paperitehtaan tuotteiston laadun kehitys edellytti hiokkeen vaaleuden parannusta. KT-osasto osallistui tähän omalla panoksellaan.
Kuorihumus, koekasvihuone
Paperitehtaan kuorimon jätevettä esipuhdistettiin linkoamalla. Tämän prosessin tuotteena syntyi puolikuivaa, hienojakoista ”mujua”, mikä kuljetettiin kaatopaikalle. Ensinnä mujun todettiin kompostoinnin jälkeen soveltuvan maanparannusaineeksi. Kun kompostoinnissa vapautuu lämpöenergiaa, oli luonnollista kokeilla ja kehittää menetelmä, jossa nämä ”välituotteet” yhdistettiin koekasvihuoneessa lämmitys- ja kasvukerroksiksi. Varhaiskevään kokeiluissa v. 1975 menetelmä toimikin erinomaisesti. – Sen laajempimittaiseen kehitykseen ja sovellukseen ei yhtiön puitteissa kuitenkaan löytynyt mahdollisuuksia.
Kartongin sauvakiillotusmenetelmä
Laboratoriossa havaittiin, että kun päällystetyn kartongin pintaa sivellään lämpimällä, sileällä metallisauvalla, pinta kiillottuu verraten helposti. Asiaa selvitettiin pilot-mitassa kahdellakin koekoneella. Tuolloin todettiin, että vaikka kiillotus onnistui, tuotteen tasaisuus ja käsittelyn epäedullinen vaikutus kartongin muihin ominaisuuksiin olivat epäedulliset.
Koekartonkikoneen uusinta
Konepajan toimesta rakennettiin 1985-86 uusi koekartonkikone erillisine rakennuksineen Inkeroisiin.
Toiminnan jatkuminen
Tarkastellun ajanjakson jälkeen kehitys- ja tutkimustoiminta on Inkeroisissa luonnollisesti jatkunut, joskin asetelmat ovat tapahtuneiden yhtiöjärjestelyjen myötä melkoisesti muuttuneet. Toivottavasti joku asioita lähemmin tunteva täydentää tarvittaessa tätä esitystä ainakin näiltä osin. Muutkin korjaukset ja täydennykset edellä esitettyyn ovat luonnollisesti tervetulleet.

Espoossa, 26.08.2011 Anssi Kärnä

 

Tervakoski

Tutkimusta ollut kehittämässä mm. Berndt Anthoni.

UPM - Kymmene

Veitsiluoto

Tutkimusta ollut kehittämässä mm. Kosti Kukkonen.

Yhtyneet Paperitehtaat

Yhtyneet Paperitehtaat Oy:n tehtaille perustettiin vuonna 1971 tutkimus- kehitys- ja suunnittelu- eli tks- osastot Ne vastasivat tulosyksikkönsä tutkimuksesta, kehityksestä ja teknisestä suunnittelusta. Keskushallinnon tekniseen ryhmään Valkeakoskelle perustettiin samalla tutkimusosasto koordinoimaan toimintaa ja tukemaan tehtaiden tks- toimintaa. Valken laboratoriosta erotettiin osa tutkimuslaboratorioksi. Osaston vahvuus oli aluksi kymmenkunta. Se kasvoi 70- luvulla viiteentoista.

Tutkimusosasto antoi asiantuntija- ja laboratoriopalveluja kaikille yhtiön tulosyksiköille (Jämsänkoski, Kaipola, Simpele Tervasaari, Paperituote, Jylhävaara, Valke, Suomen Talkki ja vuodesta 1976 Raf Haarlan tehtaat). Suurimpia työkohteita 70- luvulla olivat Tervasaaren sulfiittitehtaan sivutuotekehitys ja SAP- selluprosessi, Jylhävaaran ja Kaipolan hierreprosessin ja -jauhinten kehitystyö ja Jämsänkosken tuotantosuunnan muutokseen 80- luvun alussa johtanut t&k- työ. Tutkimusosasto antoi paperi- ja painatustekniikan asiantuntijapalveluita myös tarran pinta- ja pohjapaperien kehitystyöhön.

Kaipolan pioneerityöhön pohjautunut Jämsänkosken sc-syväpainopaperilinjan (PK5) käynnistyminen syyskuussa 1981 oli lähtölaukaus Yhtyneitten hierrepitoisten painopaperien tuotannon lisäysinvestoinnelle. 80- luvulla rakennettiin Shottoniin kaksi sanomalehtipaperikonelinjaa ja Straceliin yksi. Kaipolaan rakennettiin lwc- linja (PK6) ja hierteen ja siistausmassan seokseen pohjautuva sanomalehtipaperilinja (PK7). Jämsänkoskelle rakennettiin vielä uusi sc- paperilinja 90- luvun alussa (PK6). Omaleimaiset konseptit vaativat t&k- toiminnan lisäämistä.

80- luvulla keskushallinnon tks-osaston henkilövahvuus kaksinkertaistui noin kolmeenkymmeneen. Koko lisäresurssi suuntautui hierre- ja siistausmassapitoisten sanomalehtipaperien ja niiden valmistusprosessien t&k- työhön, pääosin edellämainittujen paperikonelinjojen investointiprojekteissa. Hierteen, täyteaineiden, paperirainan muodostuksen ja pintakäsittelyjen ohella tärkeiksi tutkimuskohteiksi tulivat paperinvalmistusprosessin kemia ja paperien ja paperinjalosteiden kierrätys ja siistaus. Paperin painettavuustutkimus laajeni kohopainosta fleksoon, syväpainoon sekä coldset- ja heatsetoffsetpainatukseen.

Muita Yhtyneitten tehtaita tks- osasto palveli laboratorio- asiantuntijapalveluin 5-10 henkilön voimin. Merkittävin työkohde oli vielä 90- luvun puolellekin jatkunut tarrapaperien kehityksen tukeminen. Releasepaperin pinnan sulkeminen oli tärkeä kohde. Tks- osastolla kehitettiin myös prosessi tarrajätteen kierrätykselle.

Kajaanin ja Rauman paperitehtaiden liittyminen yhtiöön 90- luvun vaihteessa toi Yhtyneisiin lisää puupitoisia painopapereita valmistavia paperikonelinjoja. Keskushallinnon t&k- osaston henkilöstöstä noin kolmannes oli vuoden 1992 loppuun asti sidottu Jämsänkosken PK6:n investointiprojektin ja konelinjan startin tukemiseen. Henkilövahvuutta oli lisättävä, kun Yhtyneitten sanoma- ja aikakauslehtipaperiliiketoimintojen kehittäminen tarvitsi tuotekehitystä erikoissanomalehtipapereihin ja sc- papereihin ja päällystettyjen lajien osuuden lisäämistä yhtiön tuotevalikoimassa. Myös yhä voimakkaammin esiin nousseet ympäristökysymykset vaativat panostusta. Keskushallinnon t&k- osaston vahvuus nousi vuonna 1995 yli neljäänkymmeneen. Osasto siirtyi vuonna 1995 Yhtyneitten keskushallinnosta UPM Print- toimialaan.

Vuonna 1996 Valkeakosken t&k- osastosta tuli yksi UPM- Kymmenen kuudesta tutkimuskeskuksesta. Sen tehtävä jatkui samankaltaisena. Kahdeksankymmentä prosenttia henkilöstöstä teki töitä sanoma- ja aikakauslehtipaperitoimialojen yhteisiin strategisiin t&k- projekteihin.

Valkeakosken tutkimuskeskuksen kaikki toiminnot siirrettiin Lappeenrantaan vuoden 2005 kesään mennessä niin kuin kahden muunkin Suomessa olevan tutkimuskeskuksen, Kuusankosken ja Pietarsaaren.

Lue lisää Yhtyneitten Valkeakosken tutkimusyksiköstä tätä tekstiä klikkaamalla

Yhtyneet Paperitehtaat, Valkeakosken tutkimuskeskus

Tks- organisaatio perustetaan tukemaan tehtaitten tuottavuuden nostoa 70- luvulla

Yhtyneiden tehtaille perustettiin tutkimus-, kehitys- ja suunnitteluyksiköt ja sen keskushallinnon tekniseen ryhmään tutkimusosasto vuonna 1971. Yhtiöön kuului tuolloin Jämsänkosken, Kaipolan, Tervasaaren ja Simpeleen paperitehtaat, suuri paperinjalostusyksikkö Paperituote, Jylhävaaran konepaja, kemian tehdas Valke ja Yhtyneitten puoliksi omistama Suomen Talkki. Raf Haarla fuusioitiin Yhtyneisiin vuonna 1976. Siitä muodostettiin Tampereen ja Kotkan tulosyksiköt. Niilo Hakkarainen oli tullut toimitusjohtajaksi vuonna 1971. Organisaatio uudistettiin ja tehtaista tuli varsin itsenäisiä tulosyksikköjä. Antti Arjas oli perustamassa lyhenteen tks saanutta toimintoa.

Tulosyksikköjen tks- osastot vastasivat oman tulosyksikkönsä tutkimuksesta, kehityksestä, teknisten uudistustöiden ja investointien suunnittelusta. Monissa yksiköissä tks- osaston tehtäväkenttään kuului myös ympäristönsuojelu.

Keskushallinnon tutkimusosastolla oli koordinointi- ja tutkimus- ja palvelutehtävä. Se oli aluksi noin kymmenen hengen vahvuinen. Osastolle palkattiin paperitekniikan, graafisen tekniikan, puukemian, orgaanisen ja epäorgaanisen kemian ja fysiikan asiantuntijoita. Valken laboratoriosta erotettiin osa tutkimuslaboratorioksi. Tutkimuslaboratoriossa oli massa- ja paperilaboratorio, analyyttisen kemian laboratorio ja kirjasto. Ne työllistivät laboratorioteknikon ja puolikymmentä laboranttia. Tks- päällikkö Aarno Klemola kokosi yhtiön johtoa varten koko yhtiön tks- budjetit ja -raportit. Hän organisoi myös tks- päälliköiden kokoukset teknisen tiedon siirtämiseksi yhtiössä.

Tutkimusosasto teki tehtaiden ja metsäosaston kanssa ja keskushallinnolle projekteja ja selvitystöitä ja järjesti tks- päälliköiden kokouksia käsittelemään ja koordinoimaan yhteisiä asioita. Keskushallintoon niin ikään sijoitetun Osmo Ahon johtaman kemian ja sivutuoteteollisuuden kehitysosaston kanssa tehtiin läheistä yhteistyötä. Laboratoriopalveluja annettiin tehtaille. Tutkimusosasto laskutti tulosyksiköitä palveluistaan. Tekniseen ryhmään perustettiin myöhemmin myös ympäristönsuojelun ja rakennusprojektien asiantuntijatehtävät.

Keskeisimpiä keskushallinnon tutkimusosaston 70- luvun tutkimus- ja kehitystyön kohteista olivat Tervasaaren sulfiittisellutehtaan laatu-, ympäristö- ja kannattavuusongelmien selvittäminen, Jylhävaaran ja Kaipolan hierreprosessin ja hierrejauhinten kehittämistyön tukeminen sekä Jämsänkosken sulfiittiselluun pohjautuvan hienopaperitehtaan kehittämisen tukeminen ja uuden tuotantosuunnan selvitystyö. Erityisen ison työpanoksen osasto satsasi sulfiittitehtaiden sivutuotteiden, etenkin vanilliinin ja ksantaanikumin prosessiselvityksiin sekä ”SAP”- sellutehdasinvestointiin johtaneeseen keittoprosessin ja kemikaalikiertojen tutkimustyöhön.

Yhtiö panosti 1970- luvulla tutkimus- ja kehitystyöhön 0,7–0,8 prosenttia liikevaihdostaan. Keskushallinnon tutkimusosaston laskutus oli siitä kuudenneksen luokkaa.

Tks- osasto tukee Yhtyneitten painopaperituotannon voimakasta kasvua 80- luvulla

Niilo Hakkarainen on luonnehtinut vuotta 1979 käännepisteeksi Yhtyneillä. Silloin saatiin päätös ison sc- syväpainopaperikoneen rakentamisesta Jämsänkoskelle. Rohkea konsepti perustui Kaipolassa kuumahierteen ja talkin kanssa tehtyyn pioneerityöhön.

Jämsänkosken PK5 käynnistyi syyskuussa 1981. Tuotanto käynnistyi hyvin. Asiakkaat arvostivat paperin erinomaista ajettavuutta painokoneella. Lujasta hierteestä ei Valmetin hybridiformerilla kuitenkaan saatu aivan huippulaatuista paperia. Se oli puoliltaan varsin samanlaista kuten haluttiin, mutta painojälki oli huonompaa kuin tasoviirapaperin parempi puoli. Vaikka paperi kävi kaupaksi, haluttiin painatuslaatua parantaa. Keskushallinnon tks- osasto sai tästä tehtävän.

Suomen Talkin entinen tks- päällikkö Jouni Huuskonen siirtyi vuoden 1982 syyskuun Valkeakoskelle keskushallinnon tks- päälliköksi. Esimiehenä oli teknisen ryhmän johtaja Mauri Happonen. Tehtävänä oli Jämsänkosken laatuongelmien selvittäminen ja yhtiön muidenkin hierrepohjaisten painopaperien tutkimus- ja kehitysohjelman laatiminen ja ohjelman toteutuksen organisointi. Aarno Klemolalle jäivät teknisessä ryhmässä kemiaan liittyvät tks- tehtävät.

Vuoden 1983 alkupuolella valmistuneeseen ohjelmasalkkuun koottiin Jämsänkosken sc- paperin lisäksi ohjelma Kaipolan sanomalehti- ja luettelopapereille ja myös yhtiölle uusien pintakäsiteltyjen lajien konseptin selvittämiselle. Ohjelma sai nimen ”PAKE” (painopaperien kehitys). Sille nimettiin valvontaryhmä, jonka puheenjohtajana oli 1983 Yhtyneiden johtajistoon tullut Ismo Lepola ja jäseninä Mauri Happonen ja Jämsänkosken ja Kaipolan yksikönjohtajat. Suunnitelmia valmistelivat keskushallinnon ja tulosyksikköjen tks. Ohjelman suunnittelu ja raportointi tapahtui kolmannesvuosirytmillä. Keskushallinnon tutkimusosasto laskutti myös näistä töistään tulosyksiköitä, mutta aluksi keskushallinto maksoi ”PAKE”- laskusta puolet. 90- luvun alusta koko laskutus jaettiin tehtaiden kesken.

Salkkujen sisältö täsmentyi sitä mukaa, kun uusia painopapereita koskevia suunnittelu- tai investointipäätöksiä yhtiössä tehtiin. Niitä tehtiinkin ripeästi. Shottonissa käynnistyi vuonna 1985 hiertämö ja sanomalehtipaperitehdas ja Stracelissa vuonna 1988. Kaipolassa starttasi hiertämö ja lwc- paperikonelinja syksyllä 1987 (PK6). Päällystystä harjoiteltiin sitä ennen investoimalla Jämsänkosken PK4:lle päällystysasemat. Kaipolan PK2 pysäytettiin ja tilalle rakennettiin siistaamo ja sen viereen sanomalehtipaperikonelinja (PK7), jotka starttasivat syksyllä 1989. Shottoniin rakennettiin siistaamo ja toinen paperikone, jotka starttasivat muutamaa kuukautta aikaisemmin kuin Kaipolan siistaamo ja PK7.

Periaatepäätös uuden sukupolven sc- paperikonelinjasta Jämsänkoskelle tehtiin myös jo 80- luvun lopulla mutta rakentaminen siirtyi 90- luvulle KOP:n järjestellessä paperiteollisuuttaan. Joutseno Pulp ja Lohja päätyivät Hakkaraisen harmiksi Yhtyneille ja Kajaani Oy sulautettiin siihen vuoden 1989 aikana. Vuonna 1991 Yhtyneet sai Metsä-Serlan valtausyrityksen mainingeissa myös Rauma-Repolan puunjalostusteollisuuden. Niilo Hakkarainen jätti ”oravanpyörän” ja Olli Parolasta tuli toimitusjohtaja. Jämsänkosken PK6 hiertämöineen rakennettiin ja starttasi syksyllä 1992.

Keskushallinnon tks- osasto oli merkittäväsi mukana näiden investointien tuote- ja prosessikehitystyössä. Tosin Shottonissa ja Stracelissa tutkimus- ja kehitystyötä ei juuri tarvittu, koska niiden hiertämö- ja paperikonekonseptit tunnettiin jo yhtiössä hyvin. Sitka- kuusen ja Stracelin alueen sahahakkeiden erityispiirteet opeteltiin kuitenkin tuntemaan.

Projektit onnistuivat poikkeuksetta hyvin. Investointiprojektien johto, projektipäälliköt ja muut projekteissa olleet osasivat asiansa. Oma ansionsa on myös Jussi Simolan johdolla tehdyillä sudenkuoppa- analyyseillä. Niissä esiin nostettuihin potentiaalisiin ongelmiin varauduttiin systemaattisin tutkimuksin ja teknisin selvityksin. Keskushallinnon tks- osastolla oli niissä merkittävä rooli. Osaaminen karttui projekti projektilta. Esiselvityksissä ja back up- lajien kehittämistehtävissä levennettiin osaamista. Tehtiin paljon sellaistakin, joka ei edennyt tehtailla toteutettavaksi.

Keskushallinnon tks- osaston vahvuus oli viidentoista paikkeilla aina vuoteen 1985 saakka mutta kasvoi sen jälkeen vuoteen 1992 mennessä kaksinkertaiseksi. Vanhat toimitilat olivat hajallaan ja kävivät riittämättömiksi. Teuvo Pekuri sai vuonna 1986 luvan rakentaa lisää toimitiloja tutkimusosastolle Varsanhännässä vapautuneisiin tehdastiloihin.

Yhtyneet panosti 1980- luvulla t & k- toimintaan 0,7–0,8 prosenttia liikevaihdostaan. Keskushallinnon osuus siitä oli noin neljännes. Erikoispaperi- ja jalostusyksiköt eivät nähneet t & k- toimintansa keskittämisestä syntyvän lisäarvoa. Analyysi- ja laboratoriopalvelut kelpasivat. Tks- osastolle kertynyttä päällystys-, painatus-, kierrätys- ja kuitu- ja paperikemian tietämystä olisi enemmänkin voitu hyväksikäyttää näissä muissa liiketoiminnoissa. Jylhävaara, etenkin sen hierrejauhinten terätehdas oli 70- luvulta lähtien ollut tutkimuslaboratorion merkittävä asiakas. Teuvo Pekuri oli tukenut myös useita jalostuskonetehtaan toimitusprojekteja. Palvelut lopetettiin, kun hiertämöliiketoiminta myytiin Sunds Defibratorille ja jalostuskoneet Wärtsilälle vuonna 1987.

T&k- osastosta tulee yhä leimallisemmin UPM- painopaperien tutkimuskeskus 90- luvulla

Kajaanin ja Rauman liittyessä Yhtyneisiin ja Jämsänkosken PK6:n rakentamisen seurauksena yhtiön puupitoisia painopapereita valmistavien paperikonelinjojen lukumäärä nousi vuoteen 1993 mentäessä yhdeksästä viiteentoista. Raumalle suunniteltiin vielä yhtä lwc- paperikonelinjaa lisää. Sanoma- ja aikakauslehtipaperitehtaista muodostui omat strategiset liiketoiminta-alueet, jotka yhdistettiin UPM Print- toimialaksi.

Vuoden 1992 kesällä Yhtyneitten kehitysjohtajaksi nimitetyn Jouni Huuskosen vetämästä keskushallinnon t & k- osastosta tuli yhä selkeämmin UPM Printin strategiaa tukeva tutkimuskeskus ja se siirrettiinkin tutkimuslaboratorioineen vuonna 1995 UPM Printin kehitysjohtajan alaiseksi (Juhani Simola ja hänen jäätyään eläkkeelle Jyrki Ovaska).

”PAKE”- ohjelmasalkku karsittiin ja muokattiin sisältämään vain strategiset tuotekehitysprojektit ja lähinnä tuotanto- ja energiatehokkuuden parantamiseen tähtäävät teknologian tutkimus- ja kehitysprojektit. Vuosikymmenen vaihteessa voimakkaasti esiin nousseet ympäristökysymykset oli jo aiemmin huomioitu ohjelmissa. Keskeisiä teemoja olivat kierrätys ja kierrätettävyys, Greenpeacen nostama dioksiinikohu ja paperin valmistuksen (etenkin mekaanisen massan) energiaintensiivisyys. UPM Printin johto valvoi ja ohjasi aktiivisesti t & k- salkkua ja projekteja UPM- Kymmenen syntymään saakka.

Sanomalehtipapereissa t & k- työllä pyrittiin löytämään erikoistuotekonsepteja. Aikakauslehtipapereissa pyrittiin löytämään yhtiön tuotevalikoimaan lisää päällystettyjä lajeja ja kehittämään laadultaan lwc:tä lähempänä olevia sc- syväpaino- ja - offsetlajeja. Tuoteryhmille yhteisessä teknologiasalkussa oli paperikoneen vesikiertoja ja niiden sulkemista ja hierteen energian kulutuksen alentamiseen tähtääviä projekteja. Biotekniikan kehitystä seurattiin. Salkussa oli myös paperin ja painovärin vuorovaikutuksiin ja paperin painokoneajettavuuteen liittyviä tutkimuksia. Yhtiön painopaperien laadun asemointeja tehtiin säännöllisesti.

Valkeakosken tutkimuskeskuksen henkilöstö kasvoi 1996 toukokuuhun mennessä neljäänkymmeneenviiteen. Koko kasvu ohjautui ”PAKE”- ohjelmien t & k- työhön. Palveluja myytiin muillekin toimialoille edelleenkin mutta ei kovin suuressa laajuudessa. Toimitilat kävivät ahtaiksi. Niiden laajentamisesta tehtiin ehdotus, jonka UPM Printin hallitus hyväksyi kesällä 1995. Tilaa luotiin henkilöstövahvuuden kasvulle noin kuuteenkymmeneen. Laajennusinvestointi toteutettiin UPM- Kymmenen aikana vuonna 1997.

Valkeakosken tutkimuskeskus yhtenä UPM:n kuudesta tutkimuskeskuksesta vuodesta 1996-

UPM-Kymmene aloitti virallisesti 1.5.1996, mutta organisaatiot ja uudet käytännöt toimivat jo vuoden 1996 alusta lähtien. Yhtiön kotipaikka ja pääkonttori oli Helsingissä. Juha Niemelästä tuli toimitusjohtaja. Yhtyneet miehitti myös news- ja magazine- toimialojen ja myös näiden toimialojen tuoteryhmien johtajien vakanssit.

Yhtiössä oli vuonna 1997 kuusi tutkimuskeskusta (Kaukas, Kuusankoski, Valkeakoski, Pietarsaaren Pulp Center, Grand Couronnen DIP Center, Blandinin Technical Center). Niissä oli noin 200 tutkimus- ja kehitystyön ammattilaista, joista noin 150 oli sanoma- ja aikakauslehtipaperien tutkimus- ja kehitystyössä. Tutkimuskeskukset sijoitettiin Heikki Hassin johtamaan paperitoimialan RDTI- funktioon (research, development, technology, investments). Jouni Huuskonen sai hoitaakseen funktion research- tontin mutta jatkoi myös Valkeakosken tutkimuskeskuksen päällikkönä. Heikki Hassin jälkeen funktiota ehtivät ennen Haindl- fuusiota (1.1.2002) johtamaan Markku Tuderman ja Jyrki Ovaska. Researchin vastuualueeseen kuului myös paperitoimialan yhteisen tutkimus- ja kehitysohjelman johtaminen.

Ohjelma sai nimen ”Joint R&D”. Sen ensimmäinen versio oli Yhtyneitten sanoma- ja aikakauslehtilehtitoimialojen ”PAKE”- projektisalkku. Sitä alettiin tehtaiden ja tulosryhmien kanssa muokata. Tehtaita oli nyt runsaasti. Sanoma- ja aikakauslehtipaperia valmistavien konelinjojen määrä nousi yhtiössä kolmeenkymmeneen, kun yhtiö osti USA:sta Blandinin vuonna 1997 ja Kanadasta Miramichin coated mechanical- tehtaan vuonna 2000. Vuodesta 1992 konelinjojen määrä yli kolminkertaistui. Yhteinen projektisalkku muokkautui varsin hitaasti uusien ”PAKE- asiakkaiden” tarpeisiin, kun siihen suhtauduttiin varsin nihkeästi laskutuskäytännön vuoksi ja kulttuurisyistäkin. Yhtiön hieno- ja erikoispapereilla ei ollut yhteistä r & d- salkkua. Myöhemmin sellaiset tehtiin mutta ne jäivät varsin ohuiksi.

Valkeakosken tutkimuskeskuksella säilyi keskeinen rooli ”Joint R&D”- ohjelman toteuttajana. Kaukaan tutkimuskeskuksen päällystys- ja painatusosaajista saatiin hyvä lisä resursseihin ja myös DIP Centeristä. Valkeakosken tutkimuskeskuksen vahvaa osaamista tarvittiin (mekaaniset massat, kierrätys, vesikierrot ja sanomalehtipainatus). Henkilövahvuus nousi maksimissaan runsaaseen viiteenkymmeneen. Yli neljäkymmentä heistä teki työtänsä yhteisiin tutkimus- ja kehitysprojekteihin.

Valkeakosken tutkimuskeskus oli vuosina 1996–2003 mukana monissa merkittävissä UPM- Kymmenen tutkimus- ja kehityshankkeissa. Tärkeimpiä niistä olivat ”Rauma 400” ja "Stracel 2000” investointiprojektit, Grand Couronnen siirtyminen pelkän siistausmassan käyttöön sanomalehtipaperissaan ja Blandinin tuotantosuunnan muutoksiin liittyvät konseptiselvitykset (dcm ja sc). Mahdollisuudet alentaa energian kulutusta hierrejauhatuksessa tutkittiin läpikotaisin. Suurta läpimurtoa ei löytynyt. Säästöt eivät olleet riittäviä kannattaville investoinneille. Vesikiertoja tutkineissa projekteissa opittiin ymmärtämään prosessivesien häiriöaineiden hallintakeinot ja poistomahdollisuudet perin pohjin.

Valkeakosken tutkimuskeskus käy tarpeettomaksi painopaperiteollisuuden murroksessa

Haindl- fuusio toi vuoden 2002 alusta UPM- Kymmenen sanoma- ja aikakauslehtipaperikoneiden valikoimaan kahdeksan uutta tehokasta konetta ja useita siistausmassapitoisia paperilajeja valikoimaan. Näiltä tehtailta saatiin yhtiön muiden konelinjojen käyttöön runsaasti siistausta ja siistausmassan käyttöä sekä paperikoneiden tuotantotehokkuuden parantamista koskevaa teknistä tietoa.

Augsburgin tutkimuskeskus liitettiin UPM:n Kymmenen r & d- funktioon, jonka johtajaksi (Vice President R&D) oli nimitetty Jouni Huuskonen. Jouni raportoi Matti Lievoselle, joka oli UPM-Kymmenen paperiteollisuuden liiketoimintojen ja teknologian kehitysjohtaja (Executive Vice President Business & Technology Optimization). Valkeakosken tutkimuskeskuksen paikallispäälliköksi nimitettiin Esko Kukkamäki. Hänelle raportoivat myös Kaukaan, Kuusankosken ja Pulp Centerin paikallispäälliköt.

UPM- Kymmenen sisällä oli nyt useita mahdollisuuksia saada teknistä tietoa sellaisilta massa- ja paperitekniikan alueilta, joissa Valkeakosken tutkimuskeskus oli toiminut teknisen tiedon hankkijana ja siirtäjänä. Tämä vähensi tutkimuskeskuksen osaamisen ja t & k- työn ”kysyntää” yhtiössä. Sitä vähensivät vähitellen myös markkinoiden ja yhtiön ympäristön muutokset. Sanomalehtien ja yleisaikakauslehtien markkinat olivat kyllästyneet. Näiden paperien valmistuksen kehittämisessä ei ollut kuin yksi tie, kustannussäästöt. Vielä tuolloin oli painopapereille kasvaviakin markkinoita. Ne olivat pääosin Kauko- Idässä ja niille tarvittiin lähinnä vaaleita kerran tai kaksi kertaa päällystettyjä paperilajeja. Näiden t & k- työhön oli muualla yhtiössä parempaa osaamista kuin Valkeakoskella. Sc- syväpainopaperille uskottiin vielä löytyvän tilaa luettelomarkkinoilla. Niiden tarvitsemien vaaleampien ja lwc:tä painettavuudeltaan lähentyvien lajien tuotantoon yritettiin kehittää tuotantoteholtaan ylivoimaista konseptia (paperikoneen nopeus 2000 m/min).

Vuonna 2003 Valkeakosken tutkimuskeskuksella oli kaikesta huolimatta vielä projekteja, mutta niiden tuloksille ei välttämättä enää löytynyt käyttöä. Yhtiön talous kääntyi alamäkeen paperikoneiden käyntiasteiden aletessa ja paperin reaalihintojen ja dollarin kurssin jatkaessa laskuaan. Paperin kysyntä jatkoi kasvuaan vain Kiinassa. Muuttuvat markkinat ja kustannuspaineet aiheuttivat ulkoisen tehostamistarpeen nopeuttaa t & k- toimintaa ja suunnata sitä muuttuvien tarpeiden mukaiseksi.

Haindl- fuusion jälkeen rakennettu Jouni Huuskosen johtama r & d- organisaatio oli varsin raskas ja byrokraattinen monine tutkimuskeskuksineen ja eri paikkakunnille hajautettuine tiimeineen. Monenlaisia kokouksia tarvittiin toiminnan pyörittämiseksi. Tuotekohtaisia salkkuja hallinnoivia portfoliopäälliköitä oli neljällä paikkakunnalla ja osaamistiimien päälliköitä kolmella. Tutkimuskeskuksia laboratorioineen oli Suomessa neljä ja ulkomailla kaksi. Muuttuvat markkinat ja kustannuspaineet aiheuttivat tarpeen tehostaa ja nopeuttaa t & k- toimintaa ja suunnata sitä muuttuvien tarpeiden mukaiseksi.

Toimintojen tehostamistarpeet ja tutkimus- ja kehitystarpeiden muuttuminen johtivat Suomen neljän tutkimuskeskuksen yhdistämiseen yhdeksi UPM:n tutkimuskeskukseksi Lappeenrantaan. Jouni Huuskonen jäi eläkkeelle vuoden 2004 kesäkuun alusta. Pekka Hurskainen oli ottanut r & d- ohjat käsiinsä jo vuoden alusta. Valkeakosken tutkimuskeskuksen toimintojen siirto Lappeenrantaan vietiin loppuun vuoden 2005 puoliväliin mennessä. Suurin osa muutosta toteutettiin jo vuoden 2004 aikana. Valkeakosken kokeneista osaajista Heikki Pakarinen, Teuvo Pekuri ja Seppo Särelä jäivät eläkkeelle, Esko Kukkamäki siirtyi Jämsänkoskelle ja vain osa jäljellejääneistä asiantuntijoista siirtyi Lappeenrantaan. Timo Koskisesta tuli UPM:n tutkimuskeskukseen ulkoisista tutkimusyhteyksistä vastaava johtaja.

Lopuksi

Valkeakosken tutkimuskeskus teki vuodesta 1982 lähtien päätyönsä Yhtyneiden ja UPM:n puupitoisten painopaperien isoihin kehitysprojekteihin. Pyörein luvuin kahdenkymmenen vuoden ajan keskitettyjen resurssien koko ajan kumuloituvan osaamisen käyttö konseptien kehittämisessä näihin projekteihin osoittautui hyödylliseksi. Näin oli varsinkin silloin, kun niihin haettiin uusia kilpailijoista poikkeavia elementtejä kuten Yhtyneillä tehtiin Jämsänkosken PK6- projektiin saakka.

Jouni Huuskonen tiivisti marraskuussa 2003 tutkimuskeskuksen henkilökunnalle keskuksen saavutuksia seuraavasti:

”Tutkimuskeskus on tehnyt aivan uraauurtavaa työtä kustannuksia säästävän hierremassan ja -prosessin kehittämiseksi sanomalehtipaperin ohella huippulaatuisiin päällystämättömiin ja päällystettyihin aikakauslehtipapereihin. Hierteen vielä käyttämättömiä mahdollisuuksia tunnetaan.

Suomessa aukaistiin uusia latuja, joka mahdollisti siistausmassan runsaan käytön sanomalehtipaperissa ja merkittävän käytön myös aikakauslehtipaperissa.

Täyteaineet ja niiden käyttö tunnetaan laajalti. Edellytykset siirtyä neutraaliin paperin valmistukseen ja runsaaseen karbonaatin käyttöön jopa vaikeilla hierremassoilla on pitkälti luotu tutkimuskeskuksen voimin.

Kuitujen ja massaseosten soveltuvuuden ja käyttökelpoisuuden arvointiin on kehitetty ainutlaatuiset ja luotettavat laboratoriomittaiset menetelmät. Muutaman kilpailijan etumatka nopeakäyntisten puupitoisten ja siistausmassa käyttävien paperikonelinjojen kiertovesien hallinnassa ja veden käytön vähentämisen osaamisessa on vähintään otettu kiinni. Tarvittava tahmo-, pihka- ja vesianalytiikka on luotu.

Paperirainan muodostaminen, märkäpuristaminen ja viimeistely maailmanennätysnopeuksissa ja niiden riippuvuudet massaseoksista hallitaan ilmiöinä paremmin kuin missään muualla. Tuskin kukaan maailmassa osaa paremmin tulkita koekoneilla saatavia tuloksia ja erottaa olennaisen epäolennaisesta.

Edellytykset valmistaa suurissa nopeuksissa keveitä aikakauslehtipapereita ilman sellua on pitkälti luotu Valkeakosken voimin. Tällaiselle paperille on annettu patenttikin.

Ensimmäisenä Euroopassa opittiin ymmärtämään online- päällystyksen mahdollistavien lyhytviipymä- ja filmipäällystimien toimintaikkunat ja niille sopivat pohjapaperirakenteet ja pastat. Vielä hyödyntämätön ”märkää märälle”- päällystyskonsepti kehitettiin silloisen Valmetin kanssa. Myös pintakäsittelyjen alueella laboratorio- ja koekoneosaaminen on huippuluokkaa.

Kaipola otti Valkeakosken tutkimuksen työn tukemana ensimmäisten joukossa Euroopassa käyttöön amerikkalaisen päällystyskaoliinin.

Paperin rakenteen ja pinnan analysointivalmiudet ovat maailman huippuluokkaa ja vuorovaikutukset perinteisen painatuksen painovärien ja veden kanssa tunnetaan jo varsin hyvin vaikka kehittäminen on vielä kesken. Monet ovat ne tapaukset, joissa näihin turvaten on saatu selville ”hyvän” rakenteen tunnusmerkit tai ratkaistu laatuongelmat, koskivatpa ne sitten syväpaino-, offset- tai fleksopainatusta tai papereita ja painojäljen laatua tai rainan käyttäytymistä painokoneella. Erityisesti niitä on hyödynnetty suurissa paperikoneprojekteissa, kun kyettiin ”näkemään” millaista on laadultaan hyvä paperi ja mitä konkreettisesti on vialla huonossa.”

Yhtyneitten muut liiketoiminnat olivat sellaisia, että niiden kehittäminen tapahtui parhaiten koneiden äärellä ja kiinteässä yhteistyössä asiakkaiden kanssa. Keskushallinnon tutkimuksen rooliksi jäi laboratoriopalvelujen kehittäminen ja tuottaminen ja painopaperien puitteissa kehitetyllä tutkimusosaamisella tukeminen.

Paperiteollisuuden toimintaympäristö alkoi jo 90- luvun puolivälissä muuttua tyystin erilaiseksi. ”Joint R&D”- projektit eivät enää olleet niin tärkeitä liiketoimintojen kehittämisen elementtejä kuin ennen. Yritysostot korvasivat orgaanisen kasvun yhtiössä. Toimialojen johto ei enää välittömästi ohjannut strategista t & k- työtä. Tutkimus- ja kehitystyön tuloksia ja projekteissa kertynyttä osaamista ei tehtailla osattu tai haluttu käyttää hyväksi. Uusiutumisprojekteissaan ne halusivat tulla toimeen omillaan mahdollisimman paljon. Tutkimuskeskuksen asiantuntijoita käytettiin enemmän ja enemmän tehtaiden ehdoilla ja vain rajoitettuihin tehtäviin. Kenties vielä suurempi luonnollinen syy yhteisten tutkimus- ja kehitysprojektien vähenevään arvostukseen ja käyttöön oli mahdollisuus turvautua kasvaneen yhtiön muilla tehtailla olevaan osaamiseen ja jo koeteltuihin ratkaisuihin. Tämä suunta näkyi vielä selvästi, kun Haindl- fuusion kautta yhtiöön tuli kosolti hyväksi havaittua teknistä osaamista. Tämän tiedon siirtämisen merkitys kasvoi, kun painopiste siirtyi kasvavassa määrin tuotekehityksestä kustannusten jahtaamiseen.

Oppilaitosten tutkimus ja aktiviteetit

Teknillinen korkeakoulu

Lappeenrannan teknillinen yliopisto

Åbo Akademi

Oulun yliopisto

Tampereen teknillinen yliopisto

Yhteenveto

 

TUOTE- JA TEKNOLOGIAINNOVAATIOT MUUTTIVAT RAJUSTI SUOMALAISTA PAPERITEOLLISUUTTA 1900-LUVUN JÄLKIPUOLISKOLLA

 

Yhteenveto innovaatioista sellu-, paperi- ja kartonkiteollisuudessa