Verfahren zum Herstellen eines hochschmelzenden Produktes, nach dem Verfahren hergestelltes Produkt und Kupolofen zur Ausführung des Verfahrens. Die im allgemeinen zur Herstellung von Mineralwolle verwendeten Materialien sind natürliche Gesteinwolle (kalkhaltiger Schie fer oder toni-er Kalkstein), gewöhnlicher Schiefer und Verbindungen von kalkhaltigen und kieselsäurehaltigen Materialien, beispiels weise Schlacke von metallurgischen Öfen. Alle diese Materialien haben einen Schmelz punkt im Bereich von 815 bis l370 C.
Wenn das Rohmaterial einen Schmelzpunkt aufweist, der in dem höheren Teil dieses Bereiches liegt, ist es üblich, wechselnde Beträge eines Fluss mittels zuzufügen, beispielsweise Kalkstein, Dolomit, Flussspat oder Feldspat, uni den Schmelzpunkt des Gemisches auf den ge wünschten Wert herabzusetzen.
Das übliche Herstellungsverfahren besteht darin, das Roh material bzw. die Rohmaterialien in einem vertikalen Kupolofen zti mischen und darin den Koks bei einer geniibenden Verbrennungs- geschwindigkeit zii verbrennen, um eine Tem peratur der Verbrennungszone aufrechtzu erhalten, welche genügend hoch ist, um das beigemengte Rohmaterial zu schmelzen. Tem peraturen von l630 C der Kupolofenverbren- nungszone können in derartigen Apparaten ohne weiteres während langer Arbeitsperioden aufrechterhalten werden.
Die geschmolzene Masse fliesst aus cleni Ktipolofen gewöhnlich bei einer Temperatur im Bereich von 1150 bis I425 C in einem Strom ans, welcher durch verschiedene -Methoden zerfasert wird, bei spielsweise durch Blasen des Stromes mittel Luft oder Dampf hoher Geschwindigkeit, um das geschmolzene Material in Fasern verschie dener Länge zu zerreissen.
Einer der Hauptverwendungszwecke von Mineralwolle der erwähnten Art ist. die @'#'ärmeisolation. Die obere Gebrauchstempera turgrenze für solches Material ist durch die Temperatur bestimmt, bei welcher Rekristal- li3ation in ihm in einem solchen Masse entsteht, d.ass Sprödigkeit und ein Festigkeitsverlust in den Fasern auftritt. Bei dieser Tempera tur, die als Entglasungs -Temperatur be kannt ist, geht. das Material von einer glasigen in eine kristallinische Struktur über.
Versuche finit bestbekannten, im Handel befindlichen Mineralwollen haben infolge ungewöhnlicher Rekristallisation keinen befriedigenden Zu stand nach einem 24stündigen Aussetzen auf 730 C gezeigt. Die von den Fabrikanten empfohlenen obern Temperaturgrenzen für diese Mineralwollen liegen daher im Bereich von 480 bis 6:50 C.
Gegenstand der Erfindung ist ein Ver fahren zum Herstellen von hochschmelzenden, geformten Produkten, wie Fasern, Form stücke, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass man angenähert reines hochschmelzendes Tonerde iuid Kieselsäure entaltendes Material nüt einem Schmelzpunkt über 1370 C ohne Zusatz eines Flussmittels durch Verbrennen eines kohlenstoffhaltigen Brennstoffes in un mittelbarer Berührung mit denselben schmilzt, derart, dass ein Produkt mit einem Schmelz punkt über 1370 C und einer Entglasungs- tümperatur über 815 C entsteht und hierauf die Schmelze verformt.
Ferner betrifft die Erfindung ein so her gestelltes Produkt in Faserform sowie einen Kupolofen zur Ausführung des Verfahrens.
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungs- beispiel eines Kupolafens gemäss der Erfin dung dargestellt. Fig. 1 zeigt den Kupolofen im Aufriss, teilweise im Schnitt nach Linie 1-1 der Fig. 2.
Fig. 2 ist ein Horizontalschnitt nach Linie 2-2 der Fig.l, und Fig.3 ist eine perspektivische Ansicht eines Gasfilters für die Verwendung bei hohen Temperaturen, teilweise im Schnitt.
Der Kupolofen 10 weist einen vertikalen, langen, doppelwandigen, zylindrischen Stahl , mantel 11 auf, welcher eine flüssigkeits gefüllte Wand für eine zylindrische Kammer 12 von gleichbleibendem horizontalem Quer schnitt bildet. Die äussere Wand des Mantels besitzt zwecks Zirkutlation einer Kühlflüssig keit, z. B. Wasser, durch den Mantel einen Einlass 13 in der Nähe ihres Bodens und einen Auslass 14 in der Nähe ihres obern Ran des.
Der Kupolofenmantel weist an seinem obern Ende 15 eine Öffnung auf, welche als Chargieröffnung von einer Chargierbühne 16 aus und auch als Gasaustritt dient. Der Kupol- ofen besitzt einen Bodenteil, welcher aus einem kreisförmigen Ringglied 17 besteht, das an seiner obern und untern Kante mit einem Flansch 18 bzw. 19 versehen ist. Der obere Flansch 18 ist an einem entsprechenden Bodenflansch 20 an dem Mantel 11 befestigt.
Eine ringförmige Stahlplatte 21, welche mit einer zentralen Öffnung 22 versehen ist, ist am untern Flansch 19 abnehmbar befestigt. Die Platte 21 dient als Träger für einen Herd 23 aus geeignetemhochtemperatur-widerstands- fähigem Material, beispielsweise Baulxit oder Tonerde, welche so geformt ist, dass seine obere Fläche 24 von der Nähe des Mantel unter einem kleinen Neigungswinkel abwärts nach einem zentralen Abstichloeh 25 gerichtet ist, Das Abstichleeh 25 besitzt zwecl,:
mässig ein kurzes vertikales Stück mit kleinem Durch- niesser, wobei dieser Durchmesser wesentlieli kleiner ist als derjenige der Plattenöffnung 22, damit das Abstichloch auf seiner ganzen höhe mit hochtemperaturisolierendeni wärme beständigem Material von beträchtlicher Dicke umgeben ist. Wenn beispielsweise die Kammer 12 einen Durchmesser von 76 ein aufweist, sollte das Abstichloch 25 einen Durchmesser von ungefähr 5 cm und eine Höhe von un gefähr 7,5 cm besitzen.
Es wurde gefunden, dass die gebräuchliche Anordnung der Blasluftdüsen des Kupolofens in einem beträchtlichen Abstand oberhalb einer im Boden befindliehen oder seitlichen Abstiehöffnung gänzlich ungenügend für das Schmelzen von hitzebeständigen Materialien von hohem Schmelzpunkt der beschriebenen Art ist, da jedes derartige Material, welches in der Zone hoher Temperatur der Kammer 12 geschmolzen wird, lange bevor es die Ab stichöffnung erreicht, ,erstarren wird.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Er findung wird ein Sauerstoff enthaltendes Gas, beispielsweise Luft, der Charge von Koks und schwer schmelzbarem Material in der Kammer 12 aus einer ringförmigen Gebläsekammer 30 zugeführt, welche den Mantel 11 umgibt und mit einer tangentialen Leitungsverbindung von einem nicht dargestellten Gebläse oder einer andern geeigneten Druckltütquelle ver sehen ist.
Die Gebläsekaminer ist durch Rohr anschlüsse 32 mit einer im Kreis angeordne ten Reihe von Düsen 33 verbunden, welche durch das ringförmige Bodenglied 17 an Punkten münden, welche sich in Winkelab- ständen voneinander befinden. Jede der acht.
Düsen 33 ist mit ihrer Achse angenähert tan- gential zu einem Kreis angeordnet, weleher ungefähr den halben Durchmesser der Kam mer 12 besitzt, und entladet sich in einer dein jihrzeigersinn entgegengesetzten Richtung um- mittelbar über der obern Fläche 24 des Her des. Beispielsweise wurde ein Abstand der Düsenmittelachsen 5 bis 7,5 cm über dem. Ofenboden genügend gefunden. Die Austritts enden der Düsen sind vorteilhaft durch einen Wassermantel 34 geschützt.
Bei Inbetriebnahme des Ofens wird ehi Lieh aus inetallurgischein l#',iforni-KOlis von ungefähr 66 bis 76 em Höhe auf dein Herd entzündet, und man lässt ihn brennen, bis das Bett die gewünschte hohe Temperatur erreicht hat.
Der Kupolofen wird dann dureb die obere Öffnung 15 mit abweeliselnden Lagen von hochsehmelzendeni hitzebeständigem Material 40, welches geschmolzen werden soll, und zu sätzlichem Koks 41 in einem Verhältnis von hitzebeständigem -Material zum Koks von un gefähr 1,5 :1 Gewichtsteilen chargiert.
Das ztt schmelzende -Material wird zweekniässi-- in Form von Stücken von -ebrannteni, nicht. ;e sintertem Material oder Klinker zugeführt, welches durch Kalzinieren des Rohmaterials in einem Drehofen gewonnen wird, um das chemisch gebundene Wasser zu eliminieren. Kaolin oder Porzellanerde sind für das hitze beständige Rohmaterial vorteilhaft., infolge ihrer relativ hohen.
Reinheit und der bei ihrem Verbrennen angenoninienen weissen Farbe so wie ihrer Erhältliehkeit mit verhältnismässig geringen Kosten. Kaoline haben einen Schmelz punkt von ungefähr 17t35 C, und ein Georgia kaolin hat beispielsweise -ungefähr folgende chemische Zusammensetzung Kieselsäure -15,30 Tonerde 39,1-L % Titanoxyd 1,54 Eisenox@-d 0,27 Kalk 0,13 Magnesia 0,04% Kaliumoxyd <B>0,
15%</B> Natriumoxyd 0910% Glühverlust 13,71 Das rohe Kaolin wird in einem Drehofen auf ungefähr 1150 C erhitzt und der ent stehende Klumpen in dem Kupolofen ohne Zufügen eines Flussmaterials verwendet, so dass eine Herabsetzung_ seiner Schmelztempe ratur vermieden wird. Die Charge wird wäh rend einer kurzen Zeit. geröstet, um ihre Temperatur zu erhöhen, und das Luftgebläse dann durch die Düsen 33 in einem voraus bestimmten Verhältnis angelassen.
Die Tem peratur in der Verbrennungszone; welebe bei der beschriebenen Ausführungsform unmit telbar über dein Herd liegt, steigt unter der Wirkung des Luftgebläses auf einen Wert (z. B. 1925 C), welcher über dem Schmelz punkt des zu schmelzenden Materials liegt.
Die Verbrennungsgase und gegebenenfalls unverbrauchte Luft strömen durch die Charge in dem Kupolofen aufwärts, wobei sie mit den abweeliselnden Schichten von vor gebrannteni Material und Koks in Berührung gelan,#gen, so dass sie beträchtliche Hitze so wohl \dein vorgebrannten -Material als auell dem Koks erteilen,
bevor diese Materialien die Verbrennungszone erreielien. Wenn der Koks in der Bodenschicht verbraucht und das vorgebrannte Material geschmolzen ist, gelangt der übrige Teil der Charge infolge seiner Schwere abwärts. Die Charge kann periodisch meelianiseh zusammengedrückt werden, uni. eine kompakte Formation auf- reelitzuerlialten und Brüelzeillliklun;- in dem Kupolofen zu verhindern.
Das geschmolzene vor-ebrannte -Material rieselt in der Verbren- nun--szoile abwärts über den brennenden darin befindlichen Koks ztt der Abstiehöff- nun g 25. Weitere abwechselnde Lagen von vor),ebranntein -Material. und Koks werden zugeführt, wie dies erforderlich ist, um das Niveau der Laclung in deal Kupolofen auf rechtzuerhalteil.
Die relative Anordnung und Ausbildun- der Düsen und der Abstiehöff- nung halten die Zone der grössten Schmelz flüssigkeit diebt an der Abstiehöffnung, um eile Abkühlen der Schmelzmasse vor ihrem Austritt zu vermeiden. Im wesentlichen wird das gesamte vorgel)rannte Material. in der Zeit, bis es ein Niveau 30 cm oberhalb des Niveaus der Düsen erreielit, geschmolzen sein.
Das Verhältnis von ;@esehinolzenem Kaolin zum Koks über dem 30-ein-Niveau nimmt rasch ab. Während eine verhältnismässig grosse Zahl von Düsen verwendet wird, uni die Geseliwindigkeit der (-Tebläseluft zu ver- ringern, ist.
die CTeschwindigheit noch genü- ,velld, uni, wie dies iil Fig. ? dargestellt ist, auf dem Düsenniveau durch die -Masse des gesehinolzenen Kaolins und Koks Luftkanäle zu bilden, welche s@-inm.etriseh mit Bezug auf =,, die Masse des geschmolzenen Kaolins sind, welche sich oberhalb der Abstichöffnung und um diese herum befindet.
Während das ge schmolzene Kaolin genügend flüssig ist, um durch ein Blasrohrgebilde in feine Fasern zerrissen zii werden, sind seine Flüssigkeit und seine Ausflussgeschwindigkeit infolge der wesentlichen Differenz ihrer Schmelz temperaturen noch wesentlich geringer, als wenn Gesteinwolle in der gleichen Apparatur geschmolzen wird.
Das geschmolzene Kaolin, welches aus der Abstichöffnung 25 austritt, kann vorteilhaft zur Herstellung von verschiedenen feuer beständigen Erzeugnissen, wie Fasern, Form stücke, verwendet werden. Es hat sich erwie sen, dass es speziell vorteilhaft ist, wenn es zu Hochtemperatur-Mineralwolle gefertigt wird, beispielsweise durch Verwendung eines Blasrohres 35 unter der Abstichöffnung,
aus welchem sich Dampf- oder Luftstrom hoher Geschwindigkeit quer zu dem fallenden Strom von geschmolzenem Material in der üblichen Weise entladet, um die Schmelz masse in Fasern verschiedener Länge zu schroten, und die erzeugten Fasern in einer Sammelkammer 36 abzulegen. Während das geschmolzene Kaolin beim langsamen Ab kühlen ein IVIullit-Kieselsäure-Glas-Aggregat bildet, wird es, wenn es sehr schnell in Luft oder Wasser gelöscht wird, ein durchsichti ges oder durchscheinendes nichtkristallini sches Glas bilden.
Die Kaolinfasern, welche in der Sammelkammer- 36 gesammelt wurden, haben die folgende chemische Analyse ,ergeben:
A1203 45,24,m, Si02 51,00 Fe203 1,06 TiO2 2,17 C (chemisch gebunden) 0,14 Jo CaO+Mg0 0,25 % (geschätzt) Glühverlust 0,20 Dieser hohe Tonerdegehalt ist besonders vorteilhaft, da eine Mineralwolle mit hohem Tonerdegehalt infolge ihrer geringeren Ten denz, Feuchtigkeit von der Luft aufzuneh- men,
bessere Isolation in feuchtem Zustand aufweist. Glas mit hohem Tonerdegehalt ist bestrebt, Hitze, Entglasung und chemischen Einwirkungen besser zu widerstehen als die e hlichen Glassorten.
g 'bräue Die Mehrzahl der erzeugten Kaolinfasern wiesen einen Durchmesser von 1 bis 6 ,u auf, während wenige einen Durchmesser von 10 bis 15 ,u und darüber besitzen. Das spezifische Gewicht der Fasern war ungefähr 2,62. Der Refraktionsindex war zwischen 1,550 und 1,545. Muster dieser Kaolinwolle wurden auf verschiedene Temperaturen bis auf 1815 C wiedererhitzt. Unterhalb 1425 C trat keine Rekristallisation auf.
Bei Temperaturen zwi schen 1285 C und 1425 C trat einige Ände rung im Material auf, da die schwereren Fasern unter gekreuzten Nicol-Prismen sicht bar werden. Aber es wurde keine Rekristalli- sation festgestellt. Eine wohldefinierte R.e kristallisation trat während einer Erhitzung bei 1425 C auf, aber die Kristalle waren zu klein, tim identifiziert werden zu können.
Schmelzen trat ein, wenn die Fasern auf 1815 C erhitzt wurden, und hohe Beträge von grossen Mullit-Kristallen waren anwesend. Die Fasern wurden Biegeproben unterworfen, und es wurde gefunden, dass sie ihre gute Nachgiebigkeit behielten, nachdem sie Tempe raturen von 1315 C während fünf Stunden unterworfen waren. Die Anwesenheit von hohen Beträgen von Mullit-Kristallen bei der Schmelztemperatur und der angegebenen Ent- glasumgstemperatur beweisen, dalss die Fasern im wesentlichen reines erstarrtes Kaolin sind.
Bei den beschriebenen Eigenschaften können die Fasern mit Sicherheit bei Temperaturen, die bis zu 1285 C reichen, als Wärme-, Schall und elektrisches Isoliermaterial, Gasfilter für hohe Temperaturen und ähnliche Zwecke ver wendet werden.
Mineralwollen der beschriebenen Art sind für die Verwendung als Filtermaterial für Gase hoher Temperaturen geeignet, beispiels weise in der Auspuffleitung eines Diesel motors oder der Gaseinlassleitung einer Gas turbine.
In Fig. 3 ist ein Gasfilter dargestellt, der zum Abtrennen von Katal.ysatorstaiib von Kohlenwasserstoffdämpfen geeignet ist. welehe eine Katalvsatorkainmer bei dem 1-Ioudry- Verfahren verlassen. Der Filter weist ein zj-- lindriselies Gehäuse 40 aus hitzebeständiger Legierung auf, welches an beiden 1',nden ge schlossen ist.
und eine Einlassleitung 41 für staubgeladene (rase hoher Temperatur auf weist. Eine abnehmbare Filteranordnung ist durch in Abstand voneinander angeordnete, mit Sieböffnungen versehene zylindrische Kammern 42,43 aus ähnlicher Legierung ;e bildet, zwischen welchen eine ringförmige Cchieht 45 der beschriebenen Kaolinwolle an geordnet ist.. Ein Gasaustrittsrobr 46 mündet in den Raum innerhalb des innern Siebgliedes 43.
Bei dieser Ausführung werden die staub führenden (rase durch die Mineralwollesehicht auf ihrem ganzen Umfang hindurehtreten, wobei sie den suspendierten Staub an die Fasermasse ablegen. Die hohe Entglasungs- temperatur ermöglielit der Mineralwolle, den Gastemperaturen von 1100 C unbegrenzt. sicher zu widerstehen.
Das in der beschriebenen Weise geschmol zene Kaolin kann auch vorteilhaft zii hitze beständigen Formstücken verformt werden. Für diesen Zweck wird die Schmelzmasse bei spielsweise in Formen gegossen und erstarren gelassen.