CH259776A - Verfahren zum Herstellen eines hochschmelzenden Produktes, nach dem Verfahren hergestelltes Produkt und Kupolofen zur Ausführung des Verfahrens. - Google Patents

Description

  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.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I: Verfahren zum Hcr"tellen von hoch- schmelzenden, geformten Produkten, wie Fa- ern, Formstücke, dadurch gekennzeichnet, dass inan angenähert reines hoelisclimelzendes Tonerde und Kieselsäure enthaltendes -31a- terial mit einem Schmelzpunkt, über 1370 C ohne Zusatz eines Flussinittels durch Ver brennen eine)

   kohlenstoffhaltigenBrennstoffes in unmittelbarer Berührung mit demselben schmilzt, derart, dass ein Produkt mit einem Schmelzpunkt. über 1.370 C und einer Ent- glasungsteinperatur über<B>815'</B> C entsteht und hierauf die Schmelze verformt. UNTERANSPRt\CHE 1..

   Verfahren nach Patentanspruch -I, da durch gekennzeichnet, dass man das Rohmate rial bei Temperaturen kalziniert, welche ge- rügend hoch sind, uni den Wassergehalt zii verdampfen und Klumpen zu bilden, dass man diese Klumpen ohne Zufügung eines Fluss mittels durch Verbrennen eines Brennstoffes in einem Ofen schmilzt und das geschmolzene feuerbeständige Material aus der Schmelzzone ablässt. 2.

   Verfahren nach Unteranspruch 1, da durch g-ekeiiiizeielinet, dass man die Klumpen und einen festen Brennstoff ohne Zufügen eines Flussmittels in einen Kupolofen ein bringt, dass man den Brennstoff unter genü gendem Einblasen von Luft verbrennt, um eine Verbrennungszonentemperatur zu erzeu gen, welche oberhalb des Schmelzpunktes des feuerbeständigen Materials liegt und das feuerbeständige Material in geschmolzenem Zustand unmittelbar unterhalb des Niveau der Luftzuführung ablässt.

   3. Verfahren nach Unteranspruch 2, da durch gekennzeichnet., dass man das Ablassen des feuerbeständigen Materials durch eine zentrale Abstiehöffnung- bewirkt. PATENTANSPRUCH 1I: Produkt, hergestellt nach dem Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeich- r.et, dass es Faserform aufweist. UNTERANSPRUCH: 4.

   Produkt nach Patentanspruch II, da durch gekennzeichnet, dass es aus Fasern von venicstens angenähert reinem Kaolin besteht und eine Entglasungstemperatur über 1100 C aufweist. PATENTANSPRUCH III:

   Kupolofen zur Ausführung des Verfahrens gemäss Patentanspruch I, gekennzeichnet durch ein vertikales längliches metallisches Gehäuse, welches in seinem obern Teil eine Öffnimb zum Einfüllen von Gut und zum Auslassen -on ras besitzt, ferner Mittel zur Kühlur- des Gehäuses mit Flüssigkeit, einen Schmelz- lierd am Boden des Gehäuses,

   welcher mit einer zentralen Abstiehöffnung und einer obern Fläche versehen ist, die gegen die ge nannte Abstichöffnung hin abgeschräg4t. ist, und Mittel zur Zuführung; eines Luftstromes, welche eine kreisförmig angeordnete Reihe von P,ohren aufweisen, die in dem Gehäuse in einer Ebene nahe am Herd angeordnet sind.

   UNTERANSPRUCH: 5. Kupolofen nach Patentanspruch III, da durch gekennzeichnet, dass die Mündungs- aehsen der Rohre tangential zu einem Kreis angeordnet sind, welcher zwischen der Ab stichöffnung und dem Gehäuse liegt.