2. September 2011
Kirjoittaja: Anssi E. U. Kärnä
Companies: Åbo Akademi, KCL, MoDo, Myllykoski, Tampella
People: Anssi Kärnä, Arne Lindahl, Arvo Karhola, Bo Kyrklund, Bruno Lönnberg, Carl Björnberg, Erkki Kivimäki, Hannu Manner, Hannu Paulapuro, Hannu Salakari, Heikki Liimatainen, Kari Ebeling, Matti Aario, Pekka Haikkala, Rabbe Hemmilä, Raimo Pessa, Vide Winqvist
3.2. Painehionnan teollinen kehitys
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.