Effect of boric acid treatment on mechanical properties of laminated beech veneer lumber

Abstract

Development of Servo Hydraulics of Veneer Lathe

Diplomityö tehtiin kansainväliseen, mekaanisen puunjalostusteollisuuden koneita, tuotantojärjestelmiä ja tehtaita toimittavaan yritykseen. Diplomityön tarkoituksena oli kartoittaa syitä viilusorvin teräpenkin asemoinnissa esiintyneisiin värähtelyongelmiin ja tutkia ratkaisuja niiden voittamiseksi, sekä sorvausvoimien määrittäminen. Diplomityön teoreettisessa osassa tutustuttiin viilusorvin, erityisesti sen hydraulisten servojärjestelmien rakenteeseen ja toimintaan sekä viilunsorvaukseen. Teräpenkin syötön servojärjestelmää tutkittiin teoreettisesti johtamalla suljetun piirin siirtofunktiot “asema/käsky” ja “virhe/voima” ja tulostamalla niiden taajuusvaste-kuvaajat, joista tutkittiin parametrien vaikutuksia järjestelmän toimintaan. Tulokset vahvistettiin simuloimalla. Todettiin nykyisen järjestelmän värähtelyongelmien johtuvan pääasiassa hydrauliöljyn joustosta sylinterissä. Parannuksina ehdotettiin suurempaa sylinterin halkaisijaa ja viskoosikitkakertoimen suurentamista. Diplomityön kokeellisessa osassa mitattiin viilusorvin servojärjestelmien toimilaitteissa esiintyviä voimia ja niiden perusteella laskettiin varsinaiset sorvausvoimat. Lisäksi tutkittiin teräpenkin syötön ja muiden servojärjestelmien asemointitarkkuutta sorvauksen aikana. Mittauksia varten diplomityössä suunniteltiin ja hankittiin kannettava mittausjärjestelmä.

Veneer Properties Determination for Plywood Manufacturing

The objective in this Master's Thesis was to determine and verify quality criteria for veneer in plywood manufacturing. In plywood manufacturing the veneer quality has a decisive part how well it can be produced to a final product. Modern equipment run at high speed and capacity. These machines require a good quality veneer to be able to maintain them. The quality criteria determination was done after the dominant veneer properties were determined. This research focuses to the birch veneer quality determination. The machines involved in the veneer manufacturing are introduced in the materials and methods section. The different veneer properties are determined and the measuring devices to measure these properties are examined. There are many parts in veneer manufacturing and these have different requirements to the veneer quality. To determine and verify these properties for every machine was the most demanding part of this Master's Thesis. During the research some new ideas and ways to measure veneer properties were also tested. Veneer properties and quality was followed in a factory environment and in a test runs at the Raute. Different machines were followed carefully in the production environment while for example test pieces were taken from veneers that broke on the line. Sample pieces were tested on site or delivered to Nastola for more extensive testing. Based on the tests and research the criteria for veneer to every machine involved in the veneer production were created. These veneer quality tolerances are recommendations to ensure that the machine operation will not be affected by the veneer quality.

VOC emissions and control techniques in softwood veneer dryers

The objective in this Master’s Thesis was to determine VOC emissions from veneer drying in softwood plywood manufacturing. Emissions from plywood industry have become an important factor because of the tightened regulations worldwide. In this Thesis is researched quality and quantity of the VOCs from softwood veneer drying. One of the main objectives was to find out suitable cleaning techniques for softwood VOC emissions. In introduction part is presented veneer drying machines, wood mechanical and chemical properties. VOC control techniques and specified VOC limits are introduced also in the introduction part. Plywood mills have not had interest to VOC emissions previously nevertheless nowadays plywood mills worldwide must consider reduction of the emissions. This Thesis includes measuring of emissions from softwood veneer dryer, analyzation of measured test results and reviewing results. Different air conditions inside of the dryer were considered during planning of the measurements. Results of the emissions measurements were compared to the established laws. Results from this Thesis were softwood veneer dryer emissions in different air conditions. Emission control techniques were also studied for softwood veneer dryer emissions for further specific research.

Vaneri- ja kertopuutehtaiden kuivatuskoneiden lämmöntalteenottojen järjestelmäselvitys

Vanerin tai kertopuun valmistusprosessissaviilun kuivaukseen käytetään suurin osa koko valmistusprosessin primäärienergiasta. Viilunkuivauskoneessa viilun sisältämä vesi siirretään tyypillisesti prosessihöyryllä lämmitettyyn viilunkuivaajan kiertoilmaan höyrystämällä ja poistetaanviilunkuivaajasta poistoilman mukana. Viilunkuivaajan poistoilma on lämmintä jaerittäin suuren kosteuspitoisuutensa takia sisältää runsaasti energiaa. Tyypillisellä viilunkuivaajalla poistoilmaan sitoutunut lämpöteho vaihtelee prosessiolosuhteista riippuen välillä 2,7-5,7 MW. Diplomityössä tutkittiin viilunkuivaajan poistoilman sisältämän lämmön talteenottoa laitteistolla, johon kuuluu lämmöntalteenottopesuri, jossa poistoilmalla lämmitetään tuotantolaitoksen tukkipuun hautomon kiertovettä sekä ilma-ilma-lämmönsiirrin, jolla lämmitetään pesurista poistuvan ilman jäännöslämmöllä ulkoilmaa tehdassalin tuloilmakäyttöön. Työn tavoitteena oli kehittää lämmöntalteenottojärjestelmän suunnittelua, mitoitusta ja ajotapoja. Työssä analysoitiin teoreettisesti pesuria ja ilmalämmönsiirrintä, kehitettiin lämmöntalteenottopesurin simulointimenetelmä ja mitattiin toiminnassa olevia talteenottolaitteistoja. Tutkimuksessa todettiin lämmöntalteenottohyötysuhteen vaihtelevan lämmityskaudella välillä 50-70 %. Lämmöntalteenottolaitteiston pesurin veteen saatava teho riippuu ensisijaisesti viilunkuivaajan poistoilman lämpösisällöstä, joka on enimmäkseen kosteusriippuvainen ja ilmanvaihtoilmaan saatava teho ulkolämpö-tilan määräämästä tehontarpeesta. Pesurin vesijärjestelmän vaikutusmekanismit pesurin suorituskykyyn tunnistettiin ja niiden pohjalta annetaan suositukset mitoitukseen ja ajotapaan. Lämmöntalteenottolaitteiston lämpötehon tasapainottamiseen pesurin ja ilma-ilma-lämmönsiirtimen välillä mitoituksen avulla esitellään työkalut.

3D-muodot tuoliaihion muotopuristuksessa

Diplomityössä tutkittiin muotopuristeissa käytettävien viilujen soveltuvuutta yhteistyöyrityksen, VK Valmiskaluste Oy:n, valmistaman lepotuolin materiaaliksi. Tuoliaihion muoto edellytti viilun taivuttamista kahteen suuntaan, eli kyseessä oli ns. 3D-muoto. Muotopuristeita valmistavissa yrityksissä tehtyjen haastattelujen perusteella valittiin viilumateriaalit ja mitattiin niiden murtovenymä. Materiaaleja testattiin puristamalla tuoliaihioita. Aihionmuoto edellytti viilulta vähintään 3,3 %:n venyvyyttä. Koepuristuksetvahvistivat murtovenymätestauksen tulokset, eli tutkitun aihion pintarakenne säilyi ehjänä käyttämällä paperitaustaista viilua tai 3D-muotoihin tarkoitettua 3D-viilua. Kirjallisuusosiossa on selvitetty taivutettavuuteen vaikuttavia tekijöitä ja viilun rakenteen muokkausta taivutettavuuden parantamiseksi .

Vaneritehtaan hyötysuhteen parantaminen ja viilutuotannonohjauksen kehittäminen

Työn tavoitteena oli selvittää syitä vaneritehtaan raaka-aineen käytön hyötysuhteen heikkenemiseen sekä esittää ratkaisukeinoja hyötysuhteen parantamiseksi. Lisäksi tavoitteena oli tuotannonohjauksen kehittäminen viiluosastolla. Teoriaosassa tarkasteltiin kohdeyritystä ja tuotantoyksikköä, vanerin valmistusprosessia, vaneritehtaan hyötysuhteeseen vaikuttavia tekijöitä sekä hyötysuhteen laskemisen teoriaa. Lisäksi käsiteltiin asiakaslähtöisen toiminnan teoriaa, sekä tuotannonohjauksen teoriaa ja tuotannonohjaustapoja. Käytännönosa perustui haastattelututkimuksiin ja tuotannonraportointijärjestelmän tarkasteluun. Haastatteluiden avulla selvitettiin viiluosaston tuotannossa ja tuotannonohjauksessa ilmeneviä ongelmia. Tuotannonraportointijärjestelmän kautta tarkasteltiin tehtaan hyötysuhteen kehittymistä tuotantovaiheittain, sekä tutkittiin määrämittasahattavia mittoja ja määrämittasahauksen onnistumista. Tehtyjen tutkimusten perusteella etsittiin keinoja määrämittasahauksessa syntyvän hukan pienentämiseen, jolloin koko tehtaan hyötysuhde saataisiin paranemaan. Lisäksi esiteltiin keinoja tuotannonohjauksen selkeyttämiseen viiluosastolla. Työn lopuksi annettiin kehitysehdotuksia, joilla tehtaan hyötysuhdetta saataisiin edelleen paremmaksi ja tuotannonohjausta vastaamaan asiakaslähtöisen toiminnan periaatteita.

Viilujen lujuuslajittelun kehittäminen

Työn lähtökohtana on viilujen lujuuslajittelun kehittäminen. Lujuuslajittelun on tarkoitus perustua viilujen paino- ja tiheyseroihin, joilla on vaikutusta viilujen lujuusominaisuuksiin. Viilujen paino- ja tiheyserojen selvittäminen on tarkoi-tus toteuttaa punnituksen avulla ja siihen kuuluva laitteisto oli jo alustavasti suunniteltu. Teoriaosan avulla tutustuttiin viilujen ja vanerin valmistukseen liittyviin pro-sesseihin, puun tiheyteen ja lujuuteen liittyviin tekijöihin ja eri tekijöiden vaikutuksiin viilujen ja vanereiden lujuusominaisuuksissa. Työn kokeellinen osa voidaan jakaa selkeästi kahteen tutkimusalueeseen. Ensimmäisessä oli tarkoitus selvittää viiluissa esiintyvien paino- ja tiheyserojen vaihteluita ja niiden vaikutuksia viilujen lujuusominaisuuksiin ja sitä kautta myös valmiiden levyrakenteiden ominaisuuksiin. Viilutasolla tutkittiin tiheyden vaikutusta poikittaisveto- ja taivutuslujuuteen ja vaneritasolla tiheyden vaikutusta taivutuslujuu-teen. Raaka-aineina tutkimuksissa ja lujuuskokeissa käytettiin koivu-, kuusi- ja poppeliviiluja. Työn toinen osa keskittyi viilujen punnituksen testaamiseen ja kehittämiseen. Tutkittavien puulajien kohdalla viiluista löytyi huomattavia paino- ja tiheyseroja, joiden vaikutukset näkyivät erityisesti viilujen ja vanerien taivutuslujuuksien arvoissa. Punnituksen tulokset osoittivat, että riittävän tuotekehityksen myötä viilujen punnitukseen perustuva lajittelu olisi mahdollista toteuttaa tutkitun menetelmän avulla. Vanerirakenteissa havaittujen taivutuslujuuserojen perusteella lujuuslajittelulle olisi käyttöä ja siitä olisi hyötyä levyrakenteiden suunnittelussa.

Viilun käsittelyn energiankulutuksen minimointi

Vaneritehtaiden suunnittelussa on tulevaisuudessa yhä enemmän keskityttävä energiataloudellisempien laitteiden kehittämiseen. Tämän diplomityön tavoitteena oli löytää keinoja vaneritehtaiden energiankulutuksen minimoimiseksi viilun käsittelyn osalta. Viilun käsittely muodostuu lähinnä viilun syötöstä, kuljettamisesta ja pinkkaamisesta. Tämän työn alkupuolella on esitelty näihin tarkoituksiin suunniteltuja tärkeimpiä laitetyyppejä. Koneita on tarkasteltu vertailemalla niiden ominaisuuksia toisiinsa, varsinkin energiankulutuksen osalta. Työn loppupuolella on tarkasteltu erään ladontalinjan todellista sähkönkulutusta sekä arvioitu moottoreiden mitoituksen onnistumista vaneritehtaalla suoritettujen tehomittausten avulla. Mittausten pohjalta on pyritty löytämään keinoja energiankulutuksen pienentämiseksi. Suurimmat säästöt sähköenergian osalta saavutetaan moottoreiden onnistuneella mitoituksella sekä oikeilla laitevalinnoilla.

Energiankäytön tehostamispotentiaalit UPM-Pelloksen vaneritehtailla

UPM-Pelloksen vaneritehtaat muodostavat Euroopan suurimman vanerintuotantoyksiköntuotantokapasiteetilla mitattuna. Pelloksen vaneritehtailla on kolme eri tehdasta yhdellä tehdasalueella. Vaneritehtaiden viilunkuivaus on hyvin merkittävä primäärienergian kuluttaja. Tehtaiden prosessienergian saannista huolehtii Järvi-Suomen Voiman voimalaitos. Viilunkuivaajien poistokaasuista jalauhteista saadaan talteen merkittävästi sekundäärienergiaa. Sekundäärienergia kulutetaan pääosin hautomoaltaalla tukkien haudontaan. Tukkien haudonta pyritäänhoitamaan lähes kokonaan sekundäärienergialla. Primäärihöyryä tarvitaan altaalle kuitenkin huoltoseisakkien aikana. Tässä diplomityössä tutustutaan vanerin valmistuksen prosessiin Pelloksen vaneritehtailla. Työssä kartoitetaan tehtaiden prosessien, hautomoaltaan ja voimalaitoksen välisiä energiavirtauksia. Työn tarkoituksena on saada selville mahdollisia hyödyntämättömiä potentiaaleja tehtaiden energiankäytössä. Työssä pohditaan myös mahdollisia eri tapoja energiankäytön tehostukselle. Voimalaitoksen höyrykuorma on kuivauskoneiden kulutuksesta riippuen ajoittain voimakkaasti vaihtelevaa. Höyrykuorman vaihtelu aiheuttaa ongelmia voimalaitoksen tuotannolle. Työssä pohditaan höyrykuorman tasausmahdollisuutta muun muassa höyryakun avulla.

Market Study of Electric Drive Motion Control Business

Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia älykkäiden paikoituskäyttöjen markkinoita ja liiketoimintamalleja. Työn pääongelmina oli määritellä alalla käytössä olevaa terminologiaa, määrittää markkinoiden koko paikoitusominaisuudet omaaville kolmivaihetaajuusmuuttajille, tutkia viiden alalla toimivan paikoituskäyttötoimittajan liiketoimintarakenteita ja tuotteita teknisestä näkökulmasta sekä esitellä kaksi teollisuuden käyttökohdetta paikoituskäytölle. Työn sisältö voidaan jakaa neljään eri osioon. Terminologian määrittely- ja markkinatutkimusosiot perustuvat pääasiassa kirjallisuustutkimukseen. Paikoituskäyttöjen toimittajia sekä niiden tuotteita käsittelevä osuus perustuu kirjallisuustutkimukseen sekä teknisiin esitteisiin ja manuaaleihin. Paikoituskäyttöjen sovellusesimerkit on selvitetty haastatteluin. Työ painottuu paikoituskäyttötoimittajien tuotteiden, tuoteominaisuuksien ja tuotetarjonnan tarkasteluun. Työn tuloksena on määritelty paikoituskäyttöjen liiketoiminnan tärkeimmät termit, paikoituskäyttöjen markkinoiden koko sekä markkinoiden koko paikoitusominaisuudet omaavalle kolmivaihetaajuusmuuttajalle. Alalla toimivien paikoituskäyttötoimittajien liiketoimintarakenne on selvitetty, jonka mukaan toimittajat on profiloitu komponentti-, komponenttipaketti-, toimialakeskeisiksi tai automaatiotoimittajiksi. Toimittajien paikoituskäyttötuotteet on luokiteltu viiteen eri luokkaan niiden teknisten ominaisuuksien perusteella. Lisäksi paikoituskäyttöjen suorituskyvyt on selvitetty säätimien momentti-, nopeus-, ja paikoituslaskenta-aikatasojen sekä kenttäväyläliityntöjen suhteen. Työssä kuvatut vanerinsorvausprosessi sekä FMS -materiaalinkäsittelyprosessi esittävät paikoituskäyttöjen potentiaalisia sovelluskohteita.

Viilun käsittelyn laadullinen saanto

Työn tavoitteena oli selvittää viilun käsittelyn laadullista saantoa vanerin valmistusprosessissa sekä laadulliseen saantoon vaikuttavia tekijöitä viilun käsittelyyn liittyviä työpisteitä tutkimalla. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin vanerin valmistusprosessia, viilun ominaisuuksia erityisesti laadun osalta, standardin mukaisia laatuluokkia, saantoon vaikuttavia tekijöitä sekä tuotannonohjauksen periaatteita viilun valmistuksessa. Kokeellinen osa perustui tuotannonraportointijärjestelmästä saataviin tietoihin sekä haastattelu- ja seurantatutkimuksiin eräällä vaneritehtaalla. Kokeellisessa osassa käytiin läpi viilun käsittelyyn liittyvät työvaiheet viilun leikkauksesta ja lajittelusta viilun liimoitukseen ja ladontaan saakka. Lisäksi tutkittiin käytössä olevan viilun lajittelujärjestelmän tuloksen oikeellisuutta viilun laadutuksessa, saumauksen onnistumista, viilun paikkauksen laadullista onnistumista sekä ladonnan onnistumista viilun käsittelyn nykytilan selvittämiseksi. Tutkimuksen tulosten perusteella pohdittiin lajittelussa tapahtuvaa laadullisen saannon tulosta kohdeyrityksessä sekä esitettiin joukko kehitysehdotuksia, joilla viilutuotantoa voidaan selkeyttää ja parantaa tulevaisuudessa.

Viilukuivurin suunnittelu kuivaustehon ja -laadun parantamiseksi

Työn tarkoitus tutkia viilukuivurin ilmankiertoa. Tietojen pohjalta suunnitellaan alustava 6-kerroskuivuri. Lisäksi diplomityössä tutkitaan erilaisten kuivausparametrien vaikutusta kuivaustapahtumaan. Viilunkuivauksessa on tärkeää tasainen kuivaustulos. Kuivaustapahtumaan vaikuttavat monet parametrit, joista yksi tärkeimmistä on kuivausilman nopeus suuttimissa. Kun viilukuivurin kuivausilman kierto on tasapainossa, saadaan kuivurin jokaisen kerroksen suutinnopeus yhtäläiseksi. Työ tarkastelee kuivurin kennon eri osien: puhaltimen, patterin, kanavien ja suutinlaatikoiden vaikutusta kuivausilman virtaamiin. Tietojen perusteella on tarkoitus optimoida kuivausolosuhteet kennon eri osissa. Teorian lisäksi työssä on tarkasteltu erilaisten virtausmallien avulla kuivausilman kiertoa kennossa. Eri kuivausparametrien vaikutusta on tutkittu viilun kuivumista simuloivalla ohjelmalla. Kuivurin konstruktion kuormituskestävyyttä on arvioitu FEM-malleilla. Lopputuloksena on saatu alustava malli VTS6x6200 kuivurille.

Kustannussäästöpotentiaali sivutuotekuljetuksissa

Tämä diplomityö tehtiin UPM-Kymmene Oyj:lle. Työssä tutkittiin kustannussäästöpotentiaalia hakkeiden, purujen ja kuorien kuljetuksissa uudenlaisten reittisuunnitelmien avulla. Tavoitteena oli löytää uusi tehokkaampi toimintamalli. Sivutuotevolyymeina käytettiin vuonna 2004 toteutuneita määriä ja laskelmat tehtiin vuodelta 2003 olevilla taulukkotaksoilla. Niitä ei ole päivitetty vuoden 2003 jälkeen eikä niihin ole lisätty polttoaineen hinnan noususta johtuvia korotuksia. Vertailun vuoksi liitteissä on esitetty sama laskelma vuoden 2004 sopimushinnoilla. Kustannussäästöjä saavutettiin nykytoimintamallin perusteella muodostettujen monipistekuljetusreittien sekä lineaarisen optimoinnin avulla. Optimoinnissa käsiteltiin ainoastaan koivuviiluhakkeiden ja purujen volyymeja. Monipistekuljetusreitteihin lisättiin mukaan jätepaperikuljetuksia ja vaneritehtaiden välisiä viilukuljetuksia. Niiden avulla oli mahdollista hyödyntää volyymien vastavirtoja. Kustannussäästöjen muodostumiseen vaikutti oleellisesti kuljetusten keskitetty ohjausmalli.

Vanerin tuotantoprosessin tehostaminen ja raaka-aineen käyttösuhteen parantaminen

Työn tavoitteena oli vanerin tuotantoprosessin tehostaminen ja raaka-aineen käyttösuhteen parantaminen Schauman Wood Oy:n Kuopion vaneritehtaalla. Tuotannon pitkä läpimenoaika ja välivarastojen suuri määrä sitovat paljon pääomaa. Välivarastot ovat tuotannon kapeikkokohtien seurannaisia, koska yksittäisten konelinjojen kapasiteetti ei ole tasapainossa optimaaliseen materiaalin virtaukseen nähden. Teoriaosuus käsittelee valmistettavaa vanerituotetta, tuotantotaloutta, tuotannon- ja materiaalin ohjausta sekä Kuopion vaneritehtaan tuotantoprosessia, joiden avulla selvitään vanerin valmistukseen liittyviä asioita ja niiden yhteyksiä toisiinsa. Tutkimuksen kokeellisessa osassa poistettiin yksi työvaihe vanerin valmistusprosessista ja samalla kiinnitettiin suurta huomiota viilun valmistuksen mittatarkkuuteen. Vanerin liimauksessa aihion reunat jäävät epätasaisiksi, mikä johtuu viilujen mittavaihtelusta, ladontamenetelmästä ja ladonnan tarkkuudesta. Levyjen reunat puhdistetaan ja oikaistaan sahaamalla niistä pois 30 - 50 mm leveät suikaleet. Useasti levyn ensimmäinen sahaus, eli niin sanottu karsintasahaus, on valmisteleva toimenpide tulevaa jatkokäsittelyä varten. Karsintasahauksen poistamisella saavutetaan nopeampi läpimenoaika, pienempi välivarasto viimeistelyosastolla sekä puumateriaalin säästö jättämällä reunojen oikaisu pois.