BR112019027755A2 - prato de formação de fibras - Google Patents

Abstract

Prato (1) para a formação de fibras de fibras minerais, notadamente de fibras de vidro, por centrifugação a partir de um material fundido, que compreende: - uma banda periférica (2), de preferência troncônica, perfurada de orifícios (9) para a passagem do material fundido e a obtenção das fibras por estiramento por ocasião da dita centrifugação, - um anteparo (3) que liga a dita banda periférica (2) a um colar superior (6) de fixação do prato em um dispositivo de formação de fibras, - um orlado revirado (4) que prolonga a dita banda periférica (2) na parte baixa do prato e que forma um ângulo ß com essa última, o dito prato sendo caracterizado pelo fato de que o ângulo ß é estritamente inferior a 90º.

Description

“PRATO DE FORMAÇÃO DE FIBRAS”

[0001] A invenção se refere a um prato de formação de fibras utilizado notadamente para a conformação das fibras minerais para a produção de lã mineral, notadamente de lã de vidro.

[0002] Um processo habitual para a produção de fibras de vidro utilizadas em aplicações de isolamento associa um estiramento por centrifugação e um estiramento gasoso.

[0003] No núcleo desse processo se encontra uma peça essencial destinada a permitir o estiramento em filamentos do vidro fundido: o prato, também chamado de centrifugador ou ainda de “spinner” no domínio. Trata-se de uma centrifugadora sem fundo, moldada em uma liga refratária, por exemplo à base de cromo tal como descrito no pedido WO2005/052208. Um exemplo de um tal dispositivo de formação de fibras, que incorpora uma centrifugadora ou prato é por exemplo descrito no pedido FR2443436 ao qual será feito referência para mais detalhes sobre seu funcionamento.de modo conhecido, a parte lateral dessa peça, chamada de banda lateral ou periférica, é perfurada com numerosos furos, dos quais o diâmetro é habitualmente da ordem de 0,5 a 3 mm. Durante a produção de fibras, o prato gira normalmente a uma velocidade de rotação de cerca de 1500 a 3000 rotações por minuto. Pela ação da força centrífuga, o vidro é empurrado para o exterior e passa através dos furos, o que forma fibras que são em seguida rebatidas para baixo e estiradas por jatos de gases quentes. Os pratos são submetidos a condições de utilização especialmente rudes. Primeiramente, a temperatura ao nível da banda do prato é elevada, o vidro fundido estando a uma temperatura da ordem de 1000ºC a 1200ºC quando ele chega no interior do dispositivo de formação de fibras. Em segundo lugar, a rotação e a existência de gradientes térmicos acarretam o aparecimento de grandes tensões mecânicas por dilatações diferentes. Finalmente o prato funciona em um meio corrosivo para as ligas, o que acarreta por um lado uma erosão dos furos, e portanto um enfraquecimento mecânico estrutural, e por outro lado um empobrecimento em cromo da liga na proximidade das superfícies em contato com o vidro, e no final um enfraquecimento mecânico ligado ao material. Esses diferentes elementos concorrem juntos para limitar ao tempo de vida dos pratos. Esses últimos devem portanto ser regularmente desmontados e substituídos, o que acarreta paralisações ou ajustes custosos de produção. Além disso, cada uma dessas peças de liga refratária apresenta um custo elevado, que impacta de modo não insignificante não somente o rendimento mas também o custo global do processo.

[0004] Essa problemática já é bem conhecida. Várias possibilidades existem para aumentar o tempo de vida dos pratos: já foi tentado modificar as condições de formação de fibras, ou ainda otimizar a composição da liga para tornar a mesma mais resistente como descrito nas publicações já citadas precedentemente.

[0005] De acordo com uma outra abordagem, a patente US 5,591,459 ensina acrescentar um dispositivo suplementar que permite diminuir a deformação dos pratos.

[0006] Por outro lado de acordo com um processo conhecido pela publicação WO02/064520, as condições de formação de fibras evoluíram com o objetivo de aumentar as capacidades de produção e de diminuir os consumos de energia do processo. Dentro desse contexto, as configurações dos pratos incorporam mais furos na banda e aumentam assim a seção de passagem do vidro. Infelizmente, essa solução implica às vezes uma degradação visível da resistência mecânica dos pratos e portanto uma diminuição grande do tempo de vida dos mesmos, que pode ir até 25 %. A resistência mecânica dos pratos demanda ser melhorada para prolongar o tempo de vida dos mesmos. A foto da figura 1 ilustra um modo de degradação pelo aparecimento de fissuras nas zonas sensíveis do prato, notadamente fissuras horizontais no meio da banda de formação de fibras.

[0007] A invenção consiste em novas formas e configurações de pratos que permitem reduzir as solicitações mecânicas sobre a parte mais sensível, quer dizer a mais exposta às figuras: a banda perfurada. Essa modificação permite também conservar o perfil de perfuração do prato, previamente configurado para garantir uma boa qualidade do produto final, por exemplo de acordo com os princípios descritos na publicação WO99/65835. As configurações de prato de acordo com a invenção permitem assim melhorar o comportamento mecânico do prato e sua resistência termomecânica em condições de formação de fibras e no final aumentar substancialmente o tempo de vida do mesmo, diminuindo para isso as tensões na banda. Mais especialmente, diminuindo assim essas tensões, são diminuídas as deformações viscoplásticas irreversíveis, deformações ligadas aos fenômenos de fluência, o que permite retardar o aparecimento das fissuras.

[0008] Mais precisamente, de acordo com a presente invenção, foi procurado modificar a forma do prato sem alterar os parâmetros de perfuração (notadamente o número, a concentração e a disposição dos furos na banda de formação de fibras). Por outro lado, os pratos desenvolvidos de acordo com a presente invenção podem ser utilizados sem modificação das tiragens e das condições da formação de fibras. Ao contrário dos conceitos desenvolvidos na patente US 5,591459, não é por outro lado necessário que o operador proceda à montagem de um elemento suplementar para limitar a deformação do prato.

[0009] Mais precisamente, a presente invenção se refere a um prato para a formação de fibras de fibras minerais, notadamente de fibras de vidro, por centrifugação a partir de um material fundido, que compreende: - uma banda periférica, de preferência troncônica, perfurada de orifícios para a passagem do material fundido e a obtenção das fibras por estiramento por ocasião da dita centrifugação, - um anteparo que liga a dita banda periférica a um colar superior de fixação do prato em um dispositivo de formação de fibras, - um orlado revirado que prolonga a dita banda periférica na parte baixa do prato e que forma um ângulo β com essa última.

[0010] De acordo com a presente invenção, o ângulo β é estritamente inferior a 90º.

[0011] De acordo com modos vantajosos da presente invenção, que podem naturalmente e se for o caso ser combinados entre si: - O orlado revirado apresenta um ângulo de inclinação α com a horizontal inferior ou igual a 10º. - O orlado revirado apresenta um comprimento total inferior a 10 % do diâmetro total do prato. - O orlado revirado apresenta em todo seu comprimento uma espessura substancialmente uniforme. - O diâmetro do prato é compreendido entre 200 e 800 mm. Por diâmetro do prato é entendido convencionalmente o diâmetro obtido a partir do contorno circular que é o maior. - O orlado revirado apresenta um comprimento total inferior a 15 % do diâmetro do prato. - A banda periférica (2) apresenta um ângulo  compreendido entre 1 e 10 % com a vertical. - O orlado revirado apresenta um comprimento total inferior a 50 % do comprimento medido, de acordo com um plano de corte radial, entre a borda exterior do prato e a extremidade interior do colar de fixação do prato. - O ângulo β é estritamente inferior a 87º, e em especial é inferior a 85º. - O ângulo α é estritamente inferior a 5º e em especial é inferior a 2º, e mesmo é nulo.

[0012] A invenção se refere também a uma utilização de um prato tal como descrito precedentemente em um processo de formação de fibras de uma lã de vidro ou de uma lã mineral.

[0013] A invenção se refere finalmente a um processo de formação de fibras de uma lã de vidro ou mineral que utiliza um tal prato.

[0014] Para uma melhor compreensão do objeto da presente invenção, são descritos abaixo dois pratos: um primeiro prato configurado de acordo com as técnicas atuais e um segundo prato configurado de acordo com a presente invenção, com o auxílio das ilustrações reportadas respectivamente nas figuras 2 e 3 anexas.

[0015] Na figura 2, é esquematizada uma parte de um prato 1 de formação de fibras de acordo com a técnica atual, de acordo com um plano de corte transversal em relação ao eixo de revolução do dito prato.

[0016] Na figura 2, é esquematizada uma parte de um prato 1 de formação de fibras de acordo com a técnica atual, de acordo com um plano de corte transversal em relação ao eixo de revolução do dito prato.

[0017] Em funcionamento, o prato 1 é fixado a uma árvore (não representada na figura que o aciona em rotação. A árvore e o prato são animados por um movimento de rotação. A árvore é vazada e o vidro no estado fundido escoa a partir de meios de alimentação não representados na árvore até um cesto (também não representado na figura 1) no qual o vidro fundido se espalha. O cesto é também acionado em rotação de modo que o vidro fundido é projetado contra a parede interna 5 da banda 2, formando sobre essa parede uma reserva permanente de vidro fundido. Essa reserva vem alimentar orifícios circulares 9 perfurados na dita parede 5 e que desembocam no exterior da banda periférica 2 do prato. Essa banda 2 é usualmente inclinada de um ângulo  de cerca de 5 a 10º em relação à vertical, para adotar uma forma troncônica. Orifícios circulares bastante numerosos dos quais o tamanho, a concentração e a distribuição foram otimizados de acordo com as técnicas clássicas, notadamente tais como descritas no pedido WO02/064520, saem dos cones de escoamento se prolongando em pré-fibras, projetadas na corrente gasosa anular emitida pelo queimador. Sob a ação dessa corrente, essas pré-fibras se estiram, a porção terminal das mesmas gerando fibras descontínuas (não representadas) em seguida coletadas sob o prato por exemplo sobre uma esteira sobre a qual as fibras se acumulam para formar um colchão. Outros meios de coleta podem evidentemente também ser considerados de acordo com a invenção, notadamente quando o produto final de isolamento é destinado a ser vendido a granel.

[0018] Como indicado precedentemente, a utilização de um tal dispositivo provoca solicitações mecânicas e térmicas intensas sobre a parede perfurada 5.

[0019] Na figura 2 foi unicamente sintetizada a parte esquerda de um prato de formação de fibras 1 de acordo com a invenção. O prato 1 compreende uma parte superior constituída por um colar superior de fixação 6 que compreende orifícios 8 usinados para sua fixação a um suporte adaptado em conformidade e que permite acionar o mesmo em rotação por ocasião do procedimento de formação de fibras descrito precedentemente. Essa parte superior de fixação 6 é ligada à banda periférica

2 da qual a parede 5 é perfurada com furos 9 por uma porção curvilínea chamada de anteparo 3 na técnica. A banda periférica 2 é ligada desta vez em sua extremidade inferior a um orlado revirado 4 que prolonga a dita banda na parte baixa do prato e que forma um ângulo β com esse último.

[0020] O orlado revirado 4 se estende radialmente na direção do centro do prato

1. Ele permite recolher e concentrar o vidro fundido na proximidade da parede 5 da banda perfurada antes de sua formação de fibras de acordo com os princípios precedentemente descritos.

[0021] De acordo com as técnicas atuais, o orlado revirado apresenta classicamente um ângulo α superior ou igual a 10º com a horizontal, como indicado pela figura 2. Pela horizontal, é entendido no sentido da presente invenção o plano de referência horizontal definido quando o prato está posicionado no dispositivo de formação de fibras. Uma tal configuração foi escolhida na arte pois ela se revela ser a mais suscetível de limitar as tensões termomecânicas ao nível da junção entre a parte baixa da banda perfurada e do orlado revirado. Era pensado assim até agora que a abertura ligada a esse ângulo α permitia limitar as tensões e assim prolongar a vida do prato, em especial permitindo para isso ajustar o ângulo β formado na junção entre a banda 2 e o orlado revirado 4, de acordo com o dito plano de corte, a um valor igual ou superior a 90º.

[0022] O comprimento do orlado revirado 4 é em geral suficientemente longo para evitar qualquer risco de transbordamento do vidro acumulado contra a parede fora do prato.

[0023] De acordo com uma outra técnica classicamente escolhida, o orlado revirado apresenta em sua parte extrema, quer dizer em sua parte que é a mais próxima do centro do prato, um reforço de matéria ou reforço 7. Essa matéria suplementar é suposta reforçar o próprio reforço em sua extremidade, para evitar também as fissuras em sua parte que é a mais solicitada.

[0024] Na figura 3 anexa, foi representado um prato de formação de fibras de acordo com a invenção, de acordo com um mesmo plano de corte que para o exemplo

1.

[0025] Contrariamente ao prato da figura 2, o ângulo β formado na junção entre a banda 2 e o orlado revirado 4 apresenta desta vez um valor estritamente inferior a 90º, como representado na figura 3. Em especial, o ângulo β é vantajosamente inferior a 89º ou mesmo inferior a 85º, ou ainda de maneira que é a mais preferida inferior a 84º.

[0026] O prato de acordo com a invenção compreende um orlado revirado que apresenta um ângulo α com a horizontal inferior a 10º, notadamente inferior a 9º, e mesmo inferior a 8º, e mesmo ainda inferior a 7º ou mesmo inferior a 6º, ou ainda inferior a 5º. De acordo com um modo possível e vantajoso, o ângulo α é próximo ou igual a 0, quer dizer próximo da horizontal. De acordo com um tal modo o ângulo α pode por exemplo ser igual ou inferior a 4º, a 3º, a 2º ou ainda inferior a 1º.

[0027] Por outro lado, contrariamente ao prato de acordo com as técnicas anteriores, na representação do prato preferido reportada na figura 3, o reforço 7 foi suprimido da configuração de acordo com a invenção. Foi de fato descoberto pela empresa depositante que um tal reforço podia ter efeitos nefastos aumentando assim notavelmente as solicitações em tensão na parte baixa da banda 2. É proposto assim na configuração descrita na figura 3 um orlado revirado que apresenta em todo seu comprimento uma espessura substancialmente uniforme. De acordo com um modo vantajoso da invenção, foi também possível demonstrar experimentalmente, como é descrito na sequência, que os melhores resultados dos tempos de vida dos pratos são obtidos para pratos que apresentam o ângulo β ou o ângulo α descrito precedentemente em ligação com a figura 3 e cujo comprimento L do orlado revirado é reduzido, e em especial não excede 10 % do diâmetro do prato, sem por causa disto implicar riscos de transbordamento do vidro fundido. Em especial, os pratos preferidos de acordo com a invenção apresentam as características seguintes: - comprimentos do orlado revirado compreendidos entre 5.0 e 9,5 % do diâmetro do prato, de preferência compreendidos entre 7,0 e 9,0 % do diâmetro do prato, - ângulos α compreendidos respectivamente entre 0 e menos de 10º e/ou - ângulos β compreendidos entre 80 e menos de 90º, notadamente entre 80 e 88º, em especial compreendidos entre 82 e 86º.

[0028] Tais pratos mostraram os melhores tempos de vida por ocasião de testes de formação de fibras de fibras de vidro.

[0029] Os exemplos que se seguem permitem ilustrar as vantagens e os desempenhos superiores dos pratos configurados de acordo com a presente invenção, mas são puramente ilustrativos e não devem ser considerados como limitativos da presente invenção sob nenhum dos aspectos descritos.

[0030] Foram moldados pratos com diâmetro D = 400 mm de acordo com configurações de acordo com as figuras 2 (de acordo com as técnicas atuais) e 3 (de acordo com a invenção) na liga metálica descrita no exemplo 2 do pedido EP511099, para a formação de fibras de uma composição de vidro de tipo boro-sílico-sodo- cálcico.

[0031] Os dados geométricos principais dos dois tipos de pratos utilizados são dados abaixo. Configuração de acordo Configuração de acordo com a arte anterior com a invenção (figura 2) (figura 3) Ângulo β 90º 83º Ângulo α 10º 0º Ângulo  7º 7º L (cm) 40 35 L/D 0,1 0,087 H (cm) 50 0,50 L: comprimento do orlado revirado D: Diâmetro do prato H: Altura da banda Tabela 1

[0032] Os resultados experimentais realizados nas condições reais de formação de fibras, efetuadas em uma população de 30 peças para cada um dos dois tipos de pratos, mostraram um aumento médio do tempo de vida dos pratos de acordo com a configuração de acordo com a presente invenção da ordem de 15 % em relação à configuração clássica.

Claims (14)

REIVINDICAÇÕES

1. Prato (1) para a formação de fibras de fibras minerais, notadamente de fibras de vidro, por centrifugação a partir de um material fundido, que compreende: - uma banda periférica (2), de preferência troncônica, perfurada de orifícios (9) para a passagem do material fundido e a obtenção das fibras por estiramento por ocasião da dita centrifugação, - um anteparo (3) que liga a dita banda periférica (2) a um colar superior (6) de fixação do prato em um dispositivo de formação de fibras, - um orlado revirado (4) que prolonga a dita banda periférica (2) na parte baixa do prato e que forma um ângulo β com essa última, dito prato caracterizado pelo fato de que o ângulo β é estritamente inferior a 90º.

2. Prato de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o orlado revirado (4) apresenta um ângulo de inclinação α com a horizontal inferior ou igual a 10º.

3. Prato de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que orlado revirado (4) apresenta um comprimento total inferior a 10 % do diâmetro total do prato.

4. Prato de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que orlado revirado (4) apresenta em todo seu comprimento uma espessura substancialmente uniforme.

5. Prato de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que diâmetro do prato é compreendido entre 200 e 800 mm.

6. Prato de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que orlado revirado (4) apresenta um comprimento total inferior a 15 % do diâmetro do prato.

7. Prato de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que banda periférica (2) apresenta um ângulo  compreendido entre 1 e 10 % com a vertical.

8. Prato de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que orlado revirado (4) apresenta um comprimento total inferior a 50 % do comprimento medido, de acordo com um plano de corte radial, entre a borda exterior do prato e a extremidade interior do colar de fixação do prato.

9. Prato de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que ângulo β é estritamente inferior a 87º.

10. Prato de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o ângulo β é estritamente inferior a 85º.

11. Prato de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que ângulo α é estritamente inferior a 5º.

12. Prato de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o ângulo α é inferior a 2º.

13. Prato de acordo com uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que, o ângulo α é zero.

14. Utilização de um prato tal como descrito em uma das reivindicações precedentes em um processo de formação de fibras de uma lã de vidro ou de uma lã mineral.