Paperikone

Paperikoneet ovat suuria, paperitehtaiden monimutkaisia yksiköitä, jotka tuottavat paperia. Ensimmäisen paperikoneen keksi vuonna 1799 ranskalainen Nicolas Louis Robert. Sen leveys oli 60 cm ja ajonopeus 9 m/min. Toinen varhainen paperikone oli Fourdrinierin veljesten ja John Gamblen Englannissa vuonna 1807 patentoima jatkuvatoiminen tasoviiraa käyttävä paperikone.

Maailman suurimmat paperikoneet ovat vuonna 2005 käynnistetty Stora Enson Kvarnsvedenin tehtaan PM12  ja vuonna 2007 käynnistetty UPM:n Plattlingin tehtaan PM1, joiden leveys on 11,3 m ja ajonopeus 2 000 m/min. Paperikoneiden valmistus on keskittynyt hyvin voimakkaasti lähestyttäessä 1900-luvun loppua. 1970-luvulla vielä Suomessakin oli neljä eri paperikoneiden valmistajaa (Ahlström (Karhula), Valmet, Tampella ja Wärtsilä), kun nykyään maailmassa merkittäviä valmistajia ovat enää Valmet ja Voith. Nykyaikaista paperikonetta ohjataan keskitetysti valvomoista. Rainanmuodostuksen menetelmät sekä koneiden rakenteet vaihtelevat valmistettavan paperilajin mukaan.

Paperikoneen toiminta

Paperikoneen toimintaan vaadittavat osatekijät 
Paperinkoneen toimintaan vaaditaan huomattava määrä raakavettä (massan valmistus), sähköä, paineistettua vettä, alipainetta, paineilmaa, paineistettua höyryä ja öljyä. 

Paperikonetta käytetään sähköisesti joko yksittäiskäytöllä tai pääakselikäytöllä. Yksittäiskäytöllä tarkoitetaan, että paperikoneen jokaisen yksikön käyttövoima tuotetaan omalla sähkömoottorilla, kun taas pääakselikäytöllä paperikoneen eri yksiköitä käytetään yhdellä isolla sähkömoottorilla, koneen takana kulkevan pääakselin kautta, josta eri yksiköille johdetaan voima vaihdelaatikoiden välityksellä. Pääakselikäyttö on käytössä vain vanhemmissa paperikoneissa.

Alipainetta käytetään pääasiassa erinäisiin kuivaustoimintoihin koneen viira- ja puristinosalla (koneen märkäpää), painevettä koneen pyörimisvaiheessa mm. huopien ja viirojen pesuihin.

Paineilmaa käytetään koneen pneumaattisena ohjausjärjestelmänä. Se on myös työntekijöiden pääasiallinen työkalu mm. rainan pään viennissä ja siivouksessa.

Paineistettua höyryä käytetään paperirainan kuivatukseen kuivatusosalla.

Öljyä käytetään kiertovoitelujärjestelmissä ja hydrauliikassa.

Paperinvalmistuksen alkuvaiheet
Paperin valmistus alkaa monimutkaisesta prosessista, joka tuottaa paperimassaa. Massaa käsitellään muun muassa valkaisemalla tai lisäämällä lisäaineita haluttujen ominaisuuksien tuottamiseksi, esimerkiksi märkälujuus, kiilto, värisävy, painomusteen imukyky ym. Paperi muodostuu pääasiassa kuitujen välisten vetysidosten avulla, jotka syntyvät paperirainan kuivatuksessa.

Massa paperikoneen perälaatikolla
Paperimassa syötetään perälaatikkoon 0,2–1,2 % kiintoainetta sisältäväksi. Massa syötetään perälaatikon pumpun avulla neliöpainoventtiilin, joka läpäisee oikean määrän paperimassa lopputuotteen vaatimaa neliöpainoa vastaavaksi paperikoneen perälaatikolle. Perälaatikosta massavirta tulee spindeleillä ohjatun huuliaukon kautta viiran päälle tai kahden viiran väliin, riippuen viiraosan tyypistä. Viira tai viirat kulkevat erilaisten vedenpoistoelementtien yli, jolloin massassa olevasta vedestä poistuu noin 20 % ja massa muodostuu märäksi paperirainaksi, jossa kuidut on pyritty saamaan mahdollisimman konesuuntaisiksi perälaatikon ja viiraosan välisen suihkusuhteen avulla. Yleisimmät viiraosatyypit ovat tasoviira, hybridiformeri, kitaformeri ja sylinteriformeri. Viiraa tai viiroja poikittaissuunnassa ohjataan korkeapaineisella ilmalla ohjaavien ohjaustelojen avulla (kuten koneen myöhemmässä vaiheessa olevia huopia ja viiroja)

Paperirata paperikoneen puristinosalla

Seuraavaksi paperirata siirtyy puristinosalle pick-up-telalla, missä paperi kulkee puristinhuopien avulla eri puristinosien telojen nipeistä. Puristinosan puristinyksiköitä on tavanomaisesti yhdestä neljään, useimmiten kolme. Puristinosan eri puristinyksikköjen välissä on yleensä vetoero, joka tarkoittaa jälkimmäisen puristinyksikön korkeampaa nopeutta. Teloja voi olla erilaisia, esimerkiksi kivi- (yleensä viimeinen nippi), taipumakompensoituja- (nipin muotoa, telaa taivuttamalla muuttava), ura- (vettä huovasta poistava) tai kenkäteloja (telan paksuutta muuttava). Telojen välissä vesi puristuu paperista huopaan. Puristinosan jälkeen paperiradan kuiva-ainetaso on 35–50 % riippuen valmistettavasta paperilajista. Teloja valmistetaan alihankintana ja Suomessa mm. Tevo Oy tekee ja huoltaa paperikoneen teloja.

Huopia voi olla monta yhdessä puristinyksikössä. Huopa puhdistetaan pesuaineilla ja painevedellä ja kuivatetaan imulaatikoiden avulla huovan kierrossa, jolloin se on taas valmis vastaanottamaan vettä. Puristimella pyritään saamaan riittävän suuri märkälujuus, jotta rainan siirto kuivatusosalle onnistuisi ilman katkoja. Vaikka tavoitteena on mahdollisimman suuri kuiva-ainepitoisuus, pyritään liian suuria puristinpaineita välttämään, jotta paperin riittävä paksuus säilyisi. Puristinosalla kuiva-ainepitoisuuden nousu yhdellä prosentilla vähentää kuivatusosalla höyrynkulutusta jopa neljällä prosentilla.

Paperirata paperikoneen kuivatusosalla

Sylinteri-, puhallus- ja infrapunakuivaus

Puristinosan jälkeen paperirata johdetaan paperikoneen huuvan sisällä olevalle kuivatusosalle, joita on erilaisia. Yleisin malli on sylinterikuivausmenetelmä, jossa paperi johdetaan suurien lämmitettyjen, kuivatusylintereiden (teräksestä valmistettujen telojen), pinnassa kuivatusviirojen avulla, jolloin vesi haihtuu. Kuivatusosalla on useampia kuivatusryhmiä joiden kuivatussylinterit ovat yleensä pintalämpötiloiltaan ryhmien kesken erilaisia. Näiden ryhmien välissä on myös vetoero.  

Paperikoneen kuivatusosan ensimmäiset sylinterit ovat toisinaan kylmiä eli ne ovat ilman sisään johdettua höyryä. Yleensä kuivatusosia on kahden tyyppisiä, yksi- ja kaksiviiraisia, joista ensimmäinen on nykyaikainen versio. Ensimmäisessä kuivatussylinterit on sijoitettu yläpuolelle ja alapuolelle imutelat, jossa paperiraina kulkee viiran ulkopuolella. Jälkimmäisessä mallissa on pelkästään kuivatussylintereitä, mutta yläpuolisilla ja alapuolisilla sylintereillä on omat viiransa, joten paperi ei ole tuettuna koko kuivatusosan matkalta, ja esimerkiksi paperin päänvienti muodostuu ongelmalliseksi suuremmilla nopeuksilla.  

Päänvienti tapahtuu pääasiassa paineilman avulla, siirtämällä viiraosalla kapealla vesisuihkulla leikattu paperiraina kuivatussylinterien laidassa kulkevien päänvientiköysien avulla. Sylinterit lämmitetään korkeapaineisella höyryllä, joka syötetään sylintereiden sisään. Vedeksi muuttunut höyry, eli lauhde, kerätään pois sylinteristä ja käytetään hyödyksi muissa tarkoituksissa. Sylinterikuivatusosa on selkeästi eniten energiaa vaativa osa paperikoneessa. Energian kulutusta kompensoidaan lämmöntalteenotolla.  

Paperia voidaan kuivata myös muun muassa monilla eri konstruktioilla toteutetuilla puhalluskuivatuksella tai infrapunakuivaimilla. Kaikille tavoille on kuitenkin yhteistä veden haihduttaminen paperiradasta ja höyryn johtaminen pois sen läheisyydestä. Kuivatusosalla sijaitsee monesti myös ns. välikalanteri.

Kiillotus ja päällystys

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

Päällystetyissä paperilajeissa konekalanterin jälkeen sijaitsee päällystysyksikkö. 

Päällystyksen jälkeen paperi kiillotetaan multinippikalanterilla.

Pakkaus rulliksi

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

Jälkikäsittely

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

Paperinvalmistus Suomessa 

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

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

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

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

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

Pitkälle 1960-luvulle Suomessa oli neljä konevalmistajaa: A. Ahlström Osakeyhtiö Karhulassa, Tampella Tampereella, Valmet Rautpohjassa Jyväskylässä ja Wärtsilä Sörnäisissä Helsingissä (myöhemmin Järvenpäässä), jotka kaikki kilpailivat keskenään. Vuonna 1969 Valmet, Tampella ja Wärtsilä solmivat toimialarationalisointina yhteistyösopimuksen, jossa Valmet keskittyi puupitoisten kirjoitus- ja painopapereiden, MF- ja SC-sanomalehtipaperin ja voimapaperin valmistamistekniikkaan, Tampella kartonkikoneisiin ja Wärtsilä puuvapaiden hienopaperilaatujen koneisiin ja jälkikäsittelylaitteisiin. Hienopaperikoneita valmistava Ahlström ei liittynyt sopimukseen. 

Wärtsilän paperikoneet siirtyivät Valmetille vuonna 1986. Ahlström kilpaili vuoteen 1987, kunnes myi paperikoneita valmistaneen Karhulan konepajan Valmetille. Muutenkin tilanne muuttui 1980-luvulla, kunnes vuonna 1992 Valmet Paperikoneet Oy oli Tampellan ostamisen jälkeen ainoa paperikonevalmistaja Suomessa. Myöhemmin Valmet ja Rauma Oy yhdistyivät, jolloin uuden yrityksen nimeksi tuli Metso Oyj ja sen paperiteollisuuden laitteisiin erikoistuneen osan nimeksi Metso Paper Oy. Valmet/Metso on hankkinut omistukseensa myös ruotsalaisen KMW:n, amerikkalaisen Beloitin sekä japanilaisen Mitsubishin paperikoneliiketoiminnat. Vuoden 2014 alussa Metso Paper irtaantui Metsosta ja uuden yhtiön nimeksi tuli jälleen Valmet.

Merkittäviä vuosilukuja paperikoneen historiassa Suomessa

 Ensimmäinen paperikone Suomessa käynnistyi Frenckellin paperitehtaassa Tampereella vuonna 1842.
 Vanhin toimiva paperikone Suomessa on Tervakosken paperitehtaan paperikone PK3 vuodelta 1905 Janakkalassa. 
 Ensimmäisen Suomessa valmistetun paperikoneen valmisti Viipurin konepaja vuonna 1904. Paperikone toimitettiin Leppäkoski Fabrikers Aktiebolag-yhtiön Leppäkosken paperitehtaalle, joka oli Harlun kunnassa Laatokan Karjalassa toiminut paperitehdas. Viipurin Konepaja toimitti Suomeen yhteensä 8 paperikonetta ennen vuotta 1910. 
 Ensimmäinen Suomessa suunniteltu paperikone (Tervakosken paperitehtaan PK6) valmistettiin vuonna 1948 A. Ahlström Oy:n Karhulan konepajassa (aik. Karhula Osakeyhtiö, nyk. Richter Karhula Oy).
 Valmet rakensi ensimmäisen paperikoneen vuonna 1953.
 Suomessa paperi- ja kartonkikoneita ovat valmistaneet Viipurin Konepaja, Turengin Sokeritehtaan Konepaja, A. Ahlström Oy, Karhula Osakeyhtiö, Tampella, Valmet, Enso-Valmet, Noval (Nokia-Valmet), Vaahto, Wärtsilä ja Metso.
 Uusin paperikone Suomessa on Rauman paperitehtaan vuonna 1998 valmistunut paperikone PK4.
 Suomessa on vuosina 1842–1998 käynnistetty yhteensä 192 paperikonetta.
 Suomalainen Valmet ja saksalainen Voith Paper ovat maailman suurimmat paperikoneiden valmistajat.
 Keväällä 2013 Suomessa on noin 50 paperikonetta ja 17 kartonkikonetta toiminnassa.
 Uusi Valmet Oyj aloitti toimintansa vuoden 2014 alussa, kun Metso Paper muuttui Valmet Oyj:ksi.

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

Paperikoneen valmistajia

Suomalaisia
 Valmet Oyj  (entinen Metso Paper oy)
 Vaahto (Vaahto luopui paperikoneisiin liittyvästä liiketoiminnasta vuonna 2014)
 Richter Karhula Oy
 Raumaster Paper Oy

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

Toimintansa lopettaneita paperikoneiden valmistajia

Suomalaisia

 Metso Paper Oy (muuttunut Valmet Oyj:ksi vuoden 2014 alussa)
 Tampella Oy (Valmet ostanut)
 Wärtsilä Oy / Kone ja Silta (Valmet ostanut)
 A. Ahlström Osakeyhtiö / Karhula Osakeyhtiö, Karhula (Valmet ja Andritz ostaneet, Karhulan konepaja nykyisin osa Mesera-yhtiöitä)
 Jylhävaara Oy (nykyisin osa Metso Paperia)
 Viipurin konepaja (omistaja Hackman & Co. Jäänyt luovutettuun Karjalaan)
 Jylhäraisio (osa Metso Paper Oy:tä)
 Kone Roll Handling (osa Metso Paper Oy:tä)

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

Katso myös
 Paperi
 Kartonkikone
 Sellutehdas

Lähteet
 
   Julkaisu on saatavana myös painetussa muodossa ISBN 978-952-11-2972-8 (nid.)
 http://www.ppmachine.com/
 Jokinen, Jukka (1988) Tykki taipui paperikoneeksi – From field gun to paper machine. Valmet Rautpohja 50 1938-1988. Valmet Paperikoneet Oy. Gummerus Oy. Jyväskylä.
 Nykänen, Panu & Paulapuro, Hannu (2005) Telan ympäri – Vuosisata suomalaista paperikone- ja paperinvalmistustekniikkaa. Tekniikan Historian Seura THS ry. Helsinki.

Viitteet

Aiheesta muualla 

Seulonnan keskeiset artikkelit