SE505655C2 - Förfarande för torkning av virke - Google Patents

Description

505 655 10 15 20 30 35 virke är en torkningsskada som uppkommer tidigt under torkningsprocessen. Detta sammanhänger med att de mekanismer som ligger till gnmd för att en spricka skall kunna uppstå är starkt kopplade till virkesytans fukt- och spänningstillstånd. En spricka uppstår principiellt när dragspänningarna tvärs fiberriktningen överstiger brotthållfast- heten.

Allmänt är det är känt att en samverkan mellan hållfasthet och elasticitetsmodul, som tillsammans ger egenskapen brottöjning, leder till att sprickbenägenheten minskar med ökande materialtemperatur. Till detta kommer att trä uppträder alltmer plastiskt vid högre temperatur, dvs trä har förmåga till ett icke-elastiskt beteende. Exempelvis kan trä krypa, speciellt under inverkan av spämring och fuktvariation. Denna krypning, som ofta benämns mekanosportiv krypning, äri själva verket en förutsättning för att man skall kunna torka virke av grövre dimension utan sprickbildning.

I sarnband med sågningen av virket före torkningen friläggs virkesytor, som där- vid kommer att avge vattenånga till omgivningen, dvs en yttorkning inleds. Demia torkning är i detta skede okontrollerad, dvs yttre betingelser i form av "väder och vind" bestämmer torkningsintensiteten. Det har visat sig att virke som blir stående på en virkesplan kommer att få ytsprickor redan efter något dygn, troligen tidigare i torrt och varmt väder. Dessa sprickor tillväxer sedan under den fortsatta artificiella torkningen på grund av den spänningskoncentration som uppkommer i spriclcinitialerna. Man har i detta fall alltså inga möjligheter att torka sådant virke utan en avsevärd sprick- uppkomst.

Det har emellertid visat sig att sådana ytsprickor även kan uppkomma under uppvärmningsfasen i torken. Syftet med denna fas är att värma virkessatsen till start- temperaturen för den egentliga torkningsfasen. Om uppvärmningen sker konvektivt genom att luft cirkuleras genom virket, kommer denna luft att avfuktas tämligen om- gående genom kondensering på de kalla virkesytoma. Därefter inleds en okontrolle- rad torkning genom att den allt varmare luften upptar fukt från virkesytorna, som alltså torkar. Ytoma kan redan i detta skede bli så tona att dragspänningar uppkommer tvärs fiberriktningen, speciellt om ytan innehåller kärnved med lågt vatteninnehåll, och en spricka kan uppstå. Virket har även en låg temperatur under uppvärmningens initial- skede, vilket är ogynnsarnt utifrån sprickbenägenheten.

Man kan sammanfattningsvis konstatera att en okontrollerad förtorkning och uppvärmning av virke med torr luft leder till initial sprickbildning på virket och att dessa sprickor tillväxer under den fortsatta torkningen.

I samband med luftcirkulationstorknirrg uppkommer vidare alltid en gradient i fuktkvot från ytan. Ytan kommer därvid att vara torrare än de inre delarna av ett 30 35 505 655 virkesstycke, varvid denna skillnad (gradient) i fuktkvot svarar mot den drivkraft som leder till ett fuktflöde till ytan. Den därvid uppkomna spänningen leder till en krypning som resulterar i ett spänningstillstånd vid slutet av torkningen. Ytan kommer då att befinna sig i ett tillstånd av uyckspärniing, medan de inre delarna av virket kommer att vara i Dessa spänningsskillnader leder till deformationer, speciellt vid uppklyvning av virket.

Förutom den spänningssklllnad, som blir följden av luftcirkulationstorkriing, kommer som nämnts även en fuktkvots gradient att utbildas under torkningen. Den högsta fuktkvoten kommer att återfinnas i virkets centrum medan ytorna är betydligt torrare. Vid uppklyvning uppkommer även av detta skäl en oönskad deformation efter- som de fuktigaste delama blottläggs och torkar vidare under krympning och alltså deformation. I båda de relaterade fallen kan man konstatera att torlming som avslutas utan att fuktkvotsgradienten i virkestvärsnittet är utjämnad, leder till deformations- problem vid den vidare hanteringen av virket.

Man kan även konstatera att en utjämning av fuktkvoten i virkesindividen vid låg temperatur (rumstemperatur) inte ger spänningsfritt virke. Detta beror på att den nödvändiga spänningsrelaxationen kräver en hög materialtemperatur. Således måste en konditionering av virket efter den egentliga torkningsfasen utföras vid i princip så hög materialtemperatur som produktionstekniskt är möjligt, för att målet “ett spänningsfritt och fuktkvotsutjämnat virke" skall kunna realiseras.

Enligt resonemanget ovan är det alltså viktigt att värma virket utan att initiera ytsprickor och att avsluta torkningen med en effektiv konditionering. Idag fäster man ofta litet av- seende vid den programmässiga styrningen av uppvärmningen, vilket kan innebära att uppvärmningen utförs med för torr luft. Om man å andra sidan vill hålla luftens fuktighet tillräckligt hög för att undvika sprickbildning, resulterar detta i förlängda uppvärmnings- tider, vilket minskar torkanläggningens kapacitet.

Vad gäller konditioneringsfasen utför man den idag genom att i torkningens slut- skede höja luftens fuktighet genom tillförsel av vatten från dysor eller direkt som ånga från särskilda ångkokare. Det vanligaste problemet härvidlag är att vattendysor ger för låg fukttillfórsel och att om ånga tillförs direkt är ångkokaren vid kända utföranden kraftigt underdimensionerad. I båda dessa fall syftar ångtillfótseln till att ställa in ett järnviktsklimat i torkatmosfären som medför en uppfuktning av virkesytoma motsva- rande endast några procent över den avsedda slutfuktkvoten (medelvärdet). I praktiken kräver detta konditioneringsförfarande minst ett dygn för plankdimensioner. 10 20 30 35 505 655 En radikalt annorlunda teknik tillämpas främst i Nya Zeeland, där man efter hög- temperaturtorkning av Pinus radiata (radiata tall) sätter in virket i särskilda konditione- ringskamrar, där ånga genereras från öppna vattenkar. Härvid åstadkoms en kraftig uppfuktning av virkesytoma vilket utjämnar fuktkvot och förhindrar inre sprickbildning i samband med avkylningen. För att realisera detta måste emellertid virket kylas någon tid till 70-80°C för att en kondensering skall kunna ske på virket.

Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett sådant forfarande och en sådan anordning för torkning av virke i en kammartork att uppvärmningtiden före torkningen förkortas samtidigt som sprickinitiering under uppvärmningen förhindras, samt att konditioneringen, som görs för utjämning av fuktkvot och spänningar i virket efter tnrkningsfasen, förkortas och effektiviseras.

L.. . en Detta syfte uppnås enligt föreliggande uppfinning med ett förfarande av det inlednings- vis angivna slaget och som kännetecknas av att under uppvärmningsfasen mättad vattenånga vid atinosfårstryck tillförs den kring virket cirkulerande varma luften i den för uppvärmningen använda torkkammaren, vilken vattenånga tillförs med en ångeffekt av 6 - 28 kW/m3, företrädesvis med 10 - 15 kw/m3 sstsvslym sv virket så sn vattenånga kondenseras på de kallare virkesytoma och därigenom överför kondensationsvärme till virket. Enligt ett föredraget utförande av detta förfarande sker ångtillförseln i torkkammaren omedelbart fi-ån starten av uppvärmningsfasen och fortsätts sedan företrädesvis kontinuerligt utan uppehåll och företrädesvis ända till upp- värmningsfasens avslutning.

En optimal värmning av virket före torkningen syftar till att undvika spriclcinitie- ring hos virket samtidigt som uppvärmningen bör ske på så kort tid som möjligt. Detta realiseras som nämnts enligt uppfinningen således genom att mättad vattenånga tillförs vid atmosfärstryck till torkkammaren under uppvärmningsfasen så att vattenångan kondenseras på de kallare virkesytoma. Därigenom skyddas dessa från en okonn-ollerad torkning och därmed Sammanhörande sprickbildning. Vidare överförs kondensations- värme när vattenångan kondenserar på virket, vilket ger en väsentligt större värmeöver- föring än vid endast konvektiv värmning. Detta innebär med andra ord en väsentligt snabbare värmning av virket före torkningen.

Trots att avsikten med förfarandet enligt uppfinningen ju är att torka virket, påböijas alltså detta torkningstörfarande överraskande med att virket lcraftigt väts 10 15 30 35 505 655 med kondenserande ånga under uppvärmningsfasen. Om ångtillförseln sker omedel- bart frân starten av uppvärmningsfasen, får man redan från början genom överförd kondensationsvärme i till konvektiv värmning med den varma cirkulationsluften en snabb värmning och dessutom heltäckande vätning av vírkesytorna. Därigenom undviks sprickinitiering hos virket, vilket möjliggör ett torkningstörfarande enligt upp- finningen för produktion av i största utsträckning sprickfritt virke.

Som nämnts tidigare, kan man dock inte helt undvika sprickbildning, om efter sågningen som utförs före den "arlificiella" torkningen, virket förvaras på sådant sätt på tex. en virkesplan att redan där små ytsprickor uppkommer och sedan tillväxer. Med en riktigt skött förvaring av virket efter sågningen, kan med uppfinningen ett färdigtor- kat virke av mycket hög kvalitet produceras med ett tids- och därmed kostnadseffek- tivt förfarande, Uppvärmningshastigheten i grader per tidsenhet begränsas ytterst av virkets värmekonduktivitet så att endast så mycket värme kan tillföras ytoma som virket har förmåga att leda vidare till de inre delarna. I praktiken innebär detta att värmnings- hastigheten blir starkt dimensionsberoende och ytterst beror av virkets yt- volym förhållande. Detta gäller dock under förutsättning att tillräckligt stor ångentalpi finns tillgänglig- För en torkkammare med 150 m3 satsvolym är ca 2 MW effekt Överförd till ångentalpi tillräcklig för att ge uppvärrnningstider på ca 2 timmar. Detta motsvarar en ångeffekt av ca 13 kW/m3 satsvolyrn av virket. Ångeffekten bör enligt uppfmningen hållas inom intervallet 6 - 28 kW/m3 satsvolym , företrädesvis mellan 10 - 15 kW/m3 satsvolym. Uppvärmningsfasens varaktighet är vanligtvis mellan 1,5 och 2,5 timmar och vid uppvärmningsfasens slut har virket bibringats en temperatur av mellan 50°C och 65°C. Denna uppvärmningstid gäller under normala förhållanden och man inser att under vintertid, då virket till och med kan var fruset, kan uppvärmningstiden bli avservärt längre. i .

Satsvolymen kan variera mellan olika torkar, dagens torkar har ofta en sats- volym av 150 m3 medan äldre torkar vanligtvis uppvisar en lägre satsvolym, tex 60 -70 m3.

Efter uppvärmningsfasen sker torkningen av virket i en eller flera torkfaser under vilka varm torkluften bringas att cirkulera genom virkesstaplama Torkfasen kan ha en varaktighet av mellan 2 och 14 dygn. Under denna tid tillföres torr luft till tork- karnmaren och fuktig luft avledes. Efter torkfasen, då virket bibringats en sluttemperatur av mellan 50°C och 90°C, inleds konditioneringsfasen. 10 15 20 30 35 505 655 Ett ändamålsenligt utförande av förfarandet enligt uppñnningen kännetecknas av att under konditioneringsfasen tillförs vattenånga vid atmosfärstryck till den kring virket cirkulerande varma luften i den för konditioneringsfasen använda torkkammaren och av att denna ångtillförsel påbörjas omedelbart vid starten av konditioneringsfasen och i huvudsak direkt efter torkningsfasens (-fasemas) avslutning och att den under konditioneringsfasen vid atmosfärstryck tillförda vattenångan tillförs med en ångeffekt av 6 - zs kW/mß , företrädesvis 10 - 15 kw/m3 eatevelym av virket Föfeuadeevie bör samma torkkammare användas för uppvärmningsfasen, torkningsfasen (-fasema) och konditioneringsfasen.

En effektiv konditionering av virke efter torkning bör utföras så att virkes- temperaturen är så hög som möjligt. Därvid relaxerar spärmingarna snabbt och fukt- variationer utjärnnas. Med tillförsel av vattenånga till torkkammaren direkt efter tork- ningens avslutning, kommer ångan att kondensera på virkesytoma. Eftersom värme därvid frigörs stiger virkestemperaturen, vilket är positivt för spänningsrelaxationen, samtidigt som den torra virkesytan fuktas och fuktgradienten utjärnnas.

Analogt med förhållandet i uppvärmningsfasen dimensioneras ångeffekten vid konditioneringen utifrån uppvärmningshastighet Man kan visa att den initiala uppvärm- ningen kräver störst effekt /kg virke, varför man kan konstatera att en ångeffekt på ca 2 MW/ 150 m3 virke under konditioneringsfasen är tillräcklig för att fuktkvots- och spänningsutjärnna virke på l - 2 timmar. Under konditioneringsfasen bibringas virket en sluttemperatur av mellan 70°C och 98°C.

En utföringsform av förfarandet enligt uppñnningen kännetecknas av att upp- värmningsfasen och/eller konditioneringsfasen styrs genom att den temperatnrökning som under konditioneringsfasen kan mätas med den använda torkkammarens ordinarie temperaturgivare följs och omrälmas till medelfuktlrvotsökning hos virket. Det är sam- bandet mellan temperaturökning och kondensatmängd möjliggör detta. Eftersom värmeöverföringen är effektiv kommer virkets temperatur således att ligga nära den temperatur man registrerar med torkens ordinarie temperaturgivare. Genom att följa denna temperaturutveckling kan man omräkna temperaturökningen till en medelfukt- kvotsölcning hos virket vilket möjliggör en fördelaktig styrning av konditioneringsför- loppet.. Torken behöver således ej utrustas med särskilda givarsystem härför.

Enligt en föredragen utföringsform av förfarandet enligt uppñnningen känne- tecknas därvid av i en ånggenerator genereras högvärdig ånga och hålles trycksatt i en ackumulator, och att ångan från ackumulatom fördelas till anslutna torkkammare genom manövrering av ventiler. 10 20 25 30 35 505 655 Enligt en annan föredragen ufiöringsform av förfarandet enligt uppfinningen tas primärenergin för generering av den använda ångan från sågverkets egen fastbränsle- central. Detta innebär att sågverkets avfallsprodukter, främst bark, kan nyttiggöras för produktion av högvärdig ånga Hetvattnet leds från fastbränslecentralen till en central ånggenerator. I demia ånggenerator leds hetvattnet genom tuber i en cylindrisk, delvis vattenfylld behållare.

Värmet överförs till vattnet som bringas i kokning varvid en ångvolym alstras i den övre delen av cylindem. Systemet hålls trycksatt så att ångan snabbt kan ledas ut i det i rostfritt utformande ledningsnätet, som har till uppgift att fördela ångan till de anslutna torkkamrarna. Fördelningen av ångan in till varje kammare sker slutligen genom manövnering av ventiler. i Fördelen med detta arrangemang är att en central ånggenerator kan betjäna flera kamrar sekventiellt för såväl uppvärmningsfasen som konditioneringsfasen. Vidare innebär förfarandet att ställtidema blir korta eftersom ångan tillförs kammaren så snart ventilen öppnar. Ångan är införes i torkkammaren i mättat tillstånd eller något överhettad. I det fall ångan tillföres via ett rörsystem följer att en viss överhettning (och därmed övertryck) av ångan är nödvändig för att ge erfoderligt drivtryck genom distributionssystemet från ånggeneratom. Övernycket kan vara mellan 0 - 1 atö. Ångan får dock ej vara för överhettad eftersom för mycket torr värme då kommer att tillföras. Avgörande för uppfinnningen är att ångans daggpunkt såväl under uppvärmningsfasen som konditioneringsfasen ligger över virkets daggpunkt så att en kondensation på vikresytorna I det fall ångan genereras direkt i torkkammaren i ett öppet ångbildningssystem följer att ångan tillföras mättad.

Förfarandet enligt uppfinningen skall nu beskrivas i anslutning till bifogade rimingsfigurer, där Fig. l schematiskt visar en ett vertikalsnitt av en kammartork sedd från sidan, och Fig. 2 schematiskt visar ett horisontalsnitt av kammartorken sett ovanifrån.

I figur 1 är 1 en kammartork med en torkkammane 2 avsedd för satsvis torkning av virke, vilket befinner sig i torkkammaren i form av en eller flera virkesstaplar 3.

Virkesstaplama är anordnade på en vagn 4 eller dylikt, och medel (ej visade) fmns att förflytta en eller flera staplar 3 av virket in i och ut ur torkkammaren 2 genom den öppningsbara porten 5. I torkkammaren finns vidare medel 6 (schematiskt visat) för 10 15 505 655 cirkulation av varm luft i torkkammaren för genomförande av samtliga eller åtminstone ett av stegen uppvärmning, torkning och konditionering av virket, samt medel (ej visade) för att tillföra torr luft och avleda fuktig luft som transporteras den till och från torkkammaren genom kanaler 7,8. Torkkammaren uppvisar dessutom medel 9 för införande och spridande av vattenånga av atmosfárstryck i torkkammaren, samt att en ånggenerator 10 är anordnad att leverera vattenånga till dessa medel genom rörledningar ll.

Medlen 9 kan utgöres av reglerbara ventiler med munstycken, och kan vara anordnade på ett eller flera ställen i torkkammaren för införande av vattenångan direkt i torkkammarens fria luftvolym. De kan altemativt vara anordnade att införa vattenångan i den varma cirkulationsluften i anslutning till cirkulationsmedlen 6. De kan även vara anordnade att tillföra vattenånga såväl direkt till torkkammaren som till cirkulations- medlen.

I Fig. 2 visas ett utförande med flera torkkamrar 2 a-f, försedda med medel 9 a-f för tillförsel av ånga till respektive kammare. Ånggeneratorn 10 betjänar här samtliga torkkammare sekventiellt för såväl uppvärmningsfasen som konditioneringsfasen. Ånggeneratorn bör vara försedd med en ackumulator (ej visad) för ånga och utförd att hållas trycksatt för att via medlen 9 a-f leverera ånga till respektive torkkammare.

Medlen 9 a-f utgöres lämpligen av munstycken med ventiler som kan vara fjärrstyrda.

Tack vare ångackumulatorn kan att tillräcklig ångkapacitet finns tillgänglig för respektive torkkammare under såväl uppvärrnningsfasen som konditioneringsfasen. Ãnggeneratom 10 kan vara anordnad att företrädesvis via en hetvattenledning 12 förses med energi från en fastbränslecentral, schematiskt visad som 13, som är ufiörd att eldas med sågverkets avfallsprodukter, främst bark

Claims (16)

10 25 30 35 505 655 9 Bar-arm

1. Förfarande för torkning av virke genom cirkulation av varm luft kring och genom en eller flera staplar av virket satsvis anbmgta i en eller flera slutna torkkamrar ien kammartork, varvid den cirkulerande varma luften fórsti en uppvärmningsfas bringas värma virket till starttemperatur för torhaingen, därefteri en eller flera tork- ningsfaser får åstadkomma själva torkningen och slutligen i en konditioneringsfas med annan speciellt avpassad luftfukthalt och lufttemperatur än under torkningen så full- ständigt förfarandet medger bringas utjämna fuktkvot och spänningari virket efter torkningen, kännetecknat av att under uppvärmningsfasen mättad vattenånga vid atmosfärsuyck tillförs den kring virket cirkulerande varma luften i den för uppvärm- ningsfasen använda torkkammaren, vilken vattenånga tillförs med en ângefiekt av 6 - 28 kW/m3, företrädesvis med 10 - 15 kW/m3 satsvolym av virket så att vattenånga kondenseras på de kallare virkesytorna och därigenom överför kondensationsvärme till virket.

2. Förfarande enligt hav 1, kännetecknat av att vattenånga tillförs tork- kammaren i huvudsak omedelbart från starten av uppvärmningsfasen.

3. Förfarande enligt hav 1, kännetecknat av att vattenånga tillförs tork- kammaren till i huvudsak uppvärmningsfasens avslutning.

4. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att tillförseln av vattenånga i tork- kammaren under uppvärmningsfasen sker i huvudsak kontinuerligt utan uppehåll

5. Förfarande enligt hav 1 - 4, kärmetecknat av att uppvärmningsfasens varaktighet är mellan 1,5 och 2,5 timmar.

6. Förfarande enligt krav 1 - 5, kännetecknat av att virket under uppvärmnings- fasen bibringas en sluttemperatur mellan 50°C - 65°C.

7. Förfarande enligt hav 1 - 6, kännetecknat av att under konditioneringsfasen mätttad vattenånga vid atmosfärstryck tillförs den hing virket cirkulerande varma luften i den för konditioneringsfasen använda torkkammaren, och av att denna ångtillförsel påbörjas omedelbart vid starten av konditioneringsfasen och i huvudsak direkt efter torhringsfasens (-fasemas) avslutning och att den under 10 15 20 30 35 505 655 10 konditioneringsfasen vid atmosfárstryck tillförda vattenângan tillförs med en ångeffekt av 6 - 28 kW/m3, företrädesvis med 10 - 15 kW/m3 satsvolym av virket

8. Förfarande enligt hav 1 eller 7, känmetecknat av att samma torkkammare används för uppvärmningsfasen, torkningsfasen (-faserna) och konditioneringsfasen.

9. Förfarande enligt krav 7-8, kännetecknat av att konditioneringsfasens varaktighet är mellan 1- 2 timmar.

10. Förfarande enligt hav 7 -9, kännetecknat av att virket under konditione- ringsfasen bibringas en sluttemperatur mellan 70°C - 98°C.

11. Förfarande enligt krav 1 eller 7, kännetecknat av att uppvärmningsfasen och/eller konditioneringsfasen styrs genom att den temperaturöl-ming som kan mätas med den använda torkkarnmarens ordinarie temperaturgivare följs och omräknas till medel- fuktkvotsökning hos virket.

12. Förfarande enligt hav 1 eller 7, kärmetecknat av att i en ånggenerator genereras högvärdig ånga och hålls trycksatt i en ackumulator, och att ångan från ackumulatom fördelas till anslutna torkkammare genom styrning av ventiler.

13. Förfarande enligt hav 12, kännetecknat av att primärenergin för generering av den använda ångan i ånggeneratom tas fiån sågverkets egen fastbränslecentral ur såg- verkets avfallsprodukter, främst bark.

14. Förfarande enligt hav 13, kännetecknat av att en central ånggenerator betjä- nar flera torkkamrar sekventiellt för såväl uppvärmningsfasen som kontitioneringsfasen.

15. Förfararide enligt krav 1, kärmetecknat av att virket under torkfasen (-fasema), mellan uppvärmningsfasen och konditioneringsfasen, bibiingas en temperatur mellan 50°C - 90°C och att torkfasen har en varaktighet mellan 2 och 14 dygn.

16. Förfarande enligt föregående patenthav, kännetecknat av att ångan tillföres med ett övertiyck av mellan O - 1,0 atö.