CN1092156C - 制造矿物棉的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种把熔融矿物材料送入一旋转器(1)的制造矿物棉的方法，旋转器的外周壁(2)包括多个小直径的小孔，熔融矿物材料通过这些小孔离心成丝，这些丝受到一沿旋转器(1)的外周壁(2)流动并把它加热的气流的细化作用的补充，气流由一与旋转器(1)同轴设置的同轴环状燃烧器(8)所产生，燃烧器(8)的排出区域再被分成一环状径向内部热区域和一温度相当低的环状径向外部冷却区域。本发明还涉及实施该方法的设备。
Description
本发明涉及一种把熔融矿物材料送入一如权利要求1的开头句子所限定的旋转器中来制造矿物棉的方法，还涉及一种用如权利要求2的开头句子所限定的一旋转器以内部离心来使矿物材料纤维化的设备。
可以通过内部离心来制造高品质的矿物纤维，其中矿物熔融液被送入一旋转器内部，该旋转器高速旋转，并在圆周壁上有多个小孔，使熔融液通过这些小孔以具有对应小直径的熔融液丝排出。排出的丝受到一环状燃烧器的鼓风，从而细化成所需细度的纤维，然后固化并累集在一下面的输送机上，由此形成矿物纤维垫。这种工艺在本领域中被称为所谓的TEL工艺。
有了这种纤维化装置，就可使不同成分的矿物材料纤维化。这种矿物成分可能具有高的、一般的或低的熔融点，因此需要不同的纤维化温度。另一方面，这种纤维化装置的燃烧器在一特定的最佳调整下运行，因此在一应基本上不变的特定的运行温度下运行，从而不会脱离燃烧器最佳运行范围。所以，通过最佳运行调整，燃烧器的鼓风气体的温度在1550-1600℃范围内，这对于纤维化高熔融点玻璃来讲是一个合适的温度。通过燃烧器调整的较小变化，该温度可下降到例如仍然接近最佳燃烧器调节的1300-1350℃，以适应低熔融点玻璃不同的温度需要。
低熔融点材料丝的过加热会导致其粘度下降到这样一种程度，即被鼓风气体细化的熔融液会在固化之前离开细化区域，以致在表面张力的影响下，这些仍然处在熔融态的纤维将会在所形成的矿物棉垫中变成不希望有的未纤维化的颗粒。
因此，就需要用低至1200℃或甚至更低的温度来使象低熔融点玻璃之类的其它矿物材料纤维化。通过改变燃烧器的调整，把燃烧器出口温度下降到可能导致不希望出现的非最佳燃烧器工况这种程度。
因此，本发明的一个目的是提供一种方法和设备，这种方法和设备允许低熔融点矿物材料纤维化所需要的鼓风气体的温度基本上比在最佳运行条件下的燃烧器所产生的温度低。
实现此目的的方法在于，燃烧器的排出区域被再分成一个环状径向内部热区域和一温度相对比较低的环状径向外部冷却区域。实现此目的的结构在于，在燃烧器出口的外圆周壁设置空气之类冷却气体的喷射装置，喷射方向基本上在喷射范围内横向于燃烧器气体的流动方向。
因此，对于本发明，在进入燃烧器的可燃物减少或冷却空气与燃烧器气体预混合的情况下，鼓风气体的温度不会均匀地下降。结果，径向内部区域仍然比较热，甚至可能保持在未被冷却的燃烧器气体的温度。这种作用是需要的，因为在旋转器圆周壁中的数排小孔区域应该保持在液相线或玻璃透明消失或结晶的温度之上的一些比较高的温度，以允许玻璃流通过小孔。
另一方面，需要相当快地把细化的纤维冷却下来，以使它们充分固化，以避免细化纤维在表面张力的作用下的回弹效应而成为颗粒状，还应防止在温度强烈作用下玻璃易挥发成分例如钠的挥发。这种低品质纤维、材料颗粒或其它非纤维形式还导致最终形成的矿物绵织物中的非纤维化颗粒的含量增加。由径向外部冷却区域所产生的相当急剧的冷却效应趋向于避免这种不希望出现的现象。
此外，通过燃烧器出口的外周壁注入的冷却气体不会在材料成分改变的情况下在燃烧器中增加任何大量的重新调整工作。例如，如果要使高熔融点玻璃纤维化，可简单地阻断冷却空气的进入，而在使低熔融点玻璃纤维化的情况下，只要简单地转动一阀，就可供给任何需要量的冷却空气。因此，不需要做任何很大的努力就可获得用于要纤维化的任何材料成分的最佳调整。
冷却气体的喷射方向基本上横向于燃烧器气体的流动方向这一事实可避免燃烧器气体的冲量和动能作用的任何显著增加。因此，冷却气体的进入不会显著改变燃烧器气体所产生的细化作用，使得冷却气体的进入不会改变设备有关这方面的运行条件。而冷却气体的冷却作用却会增加矿物材料的粘度，这基本上通过引入冷却气体来增加总气体流的能量来予以平衡。因此，包括细化作用在内的设备运行条件基本保持不变，它与为调节玻璃成分纤维化所需的温度而供应的冷却气体的量的多少无关。
从PCT 94/04469中可知，有一个在燃烧器出口的径向外面的位置的供应冷却空气的附加的外鼓风机。在这种情况下，燃烧器出口径向地位于旋转器上外边缘的里面。这种结构主要适用于高熔融点和在熔融点具有低粘度的硬玻璃的纤维化。在此已知实施例中，冷却空气在细化成纤维的工作接近完成的地方与在旋转器外周围的鼓风气体流交叉，以使该处的粘度增加。该鼓风机的气体流基本上平行于鼓风气体流，从而增加混合气流的冲量和动能。但是，对于本发明，燃烧器出口排出的气体本身在不显著增加其冲量的情况下以特定不均匀的方式冷却下来，使矿物材料纤维化，与这一温度特性相比，没有冷却的鼓风气体的温度过度的高以致产生出未纤维化的颗粒。
次要权利要求还包括发明的设备改进。
在一较佳实施例中，各通孔形式的小孔的直径在1至3mm之间，最好在2mm左右。这样，就可获得冷却气体渗入鼓风气体流的合适的流动条件。
较好的是以通孔形式平均分布的两相邻小孔间的间距在2至15mm之间，尤其是在5至12mm之间，对于单排结构最好取较大值，对于多排结构在不同排的交错排列小孔间测得的间距取较小值。两排之间的间距一般在2至10mm之间。
此外，喷射装置可包括一至少是一条连续的圆环狭缝形式的出口，这种结构只要调节狭缝槽的宽度就可方便地调节流动特性。此狭缝的宽度一般在0.3至1mm之间。
本发明的其它优点、细节和特征通过下面结合附图的描述将会显得更清楚。
图1是本发明设备的纵向剖视图；
图1a是图1细节的放大视图，但它作为另一个实施例；
图1b是图1a视图的一种改变；
图2是正好在出口区域之下的燃烧器出口宽度上的温度分布曲线；以及
图3是在离心装置的旋转器外周壁径向向外所形成的温度分布曲线。
如在图1中用简化方式表示的设备的纤维化装置主要包括旋转器1，该旋转器的外周壁2有多个排出小孔。外周壁2通过一连接圈4连接于一边缘3，该连接圈4由于其形状也称作“面罩”。如附图所示，外周壁2、面罩4和边缘3总体上以单一整体件形成。
边缘3安装在一支承轴5上，在所示的实施例中该轴5是空心的，通过该空心轴的空腔供应熔融矿物材料。
此外支承轴5、或甚至是边缘3支承一同轴分配装置6，通常称作一“杯子”或“篮子”。具有一外周壁的分配杯6用作旋转器的底壁，其中分配杯6的外周壁有数量相对少的、直径相对大的小孔。通过把熔融矿物材料流分成多个遍布外周壁2的内圆周面的纤丝来分配它们。
旋转器1的周围有多种加热装置：一环状中频线圈7，主要是加热旋转器1的底部，尤其是为了补偿燃烧器的加热不足以及接触环境空气时的冷却，这些环境空气由于旋转器1旋转时吸入大量的空气而明显冷却下来；以及一水冷环状外部燃烧器8。外部燃烧器8圆周壁9和10的端部与旋转器1稍微离开一点距离，例如距离5mm数量级，使内壁10与旋转器1的上外边缘基本齐平。
环状外部燃烧器8产生基本垂直指向的、并由此沿外周壁2通过的高温高速气流。气流一方面用来加热或保持外周壁2的温度，另一方面帮助喷出的熔融矿物质丝细化成纤维。
如附图所示，最好在较大的径向间隔处设置一冷空气的鼓风机圈11围绕外部燃烧器8，这样做的主要目的是限制热空气流的径向膨胀，从而防止所形成的纤维与环状磁体7接触。
旋转器1的外加热器通过一内环状燃烧器12补充在其内部，该内环状燃烧器12位于支承轴5的内部，并在纤维化装置的启动状态过程中为了预加热杯子6才使用。
如上所述的纤维化装置的一般结构是传统的。根据本发明，外周壁9的含有冷却腔14的环状管道再被一分割壁15所分开，以便提供一冷却空气的低压腔16(lower plenum chamber)。低压腔16通过一系列在外周壁9中的小孔17与燃烧器出口流体连通。冷却空气或任何其它冷却气体通过小孔17进入燃烧器出口并在那儿与燃烧器气体混合。
小孔17横向延伸于燃烧器出口中的燃烧器气体的流动方向。因此，由燃烧器出口排出的鼓风气体的动能不会有明显的改变，使细化条件不会因冷却空气的存在与否而受到显著的影响。
小孔17的形式和排列可适应给定情况的要求。在图中所示的例子中，有一排直径为2mm、相邻间距为10mm的小孔17。考虑到旋转器的直径为400mm，在环状管道13的整个圆周上设置一排均匀分布的120个小孔17。
如果适合的话，小孔17也可排列成两排或更多排，图1a示出这样一种实施例的例子，在该例子中，不同排的相邻2mm小孔17间的间距是5.5mm。还可用如图1b所示的狭缝18来代替小孔17，可允许如图1b双箭头所示有利地调节狭缝的垂直宽度。有了这种小孔17或狭缝18可替换的结构，就可在任一给定情况下，满足实际用途的各种需要。
在图2和3中，示出了两个实际实施例所测得的温度分布。图2示出一燃烧器出口的排出区域下面1mm处的温度分布情况，而图3示出在燃烧器出口的排出区域下面19mm距离处的旋转器1的外周壁2中最上面小孔的高度的温度分布。在图2和3中给出测量的横坐标的径向距离是从出口壁9开始测量的。
在如图1a所示的具有两排小孔17的一实施例中测得温度分布曲线A，而曲线B是没有喷射冷却气体时的温度分布曲线。
曲线A和B本身就很能说明问题。图2显示冷却气体在左侧降低了用C标出的被冷却的区域的温度的效应。如图3所示，靠近旋转器1周边的温度上升了，而在旋转器1径向几毫米之外的被冷却的区域C的温度却急剧地下降，从而有助于细化纤维的迅速固化。
以上结合由低熔融点玻璃制造纤维而重点地描述了本发明所产生的作用。但显而易见，如果总的提高燃烧器的温度，接着通过小孔17或狭缝18供应冷却空气使之下降，这些作用还可用于具有高熔融点矿物材料的纤维化。
Claims (12)
1.一种把熔融矿物材料送入一旋转器(1)的制造矿物棉的方法，所述旋转器的外周壁(2)包括多个小直径的小孔，所述熔融矿物材料通过这些小孔离心成丝，这些丝受到一沿所述旋转器(1)的所述外周壁(2)流动并把它加热的气流的辅助细化作用，所述气流由一与旋转器(1)同轴设置的同轴环状燃烧器(8)所产生，
其特征在于，
所述燃烧器(8)的排出区域再被分成一环状径向内部热区域和一温度相当低的环状径向外部冷却区域。
2.一种用内部离心手段使矿物材料纤维化的设备，所述设备有一旋转器(1)，所述旋转器的外周壁(2)包括多个小直径的小孔，所述熔融矿物材料通过这些小孔离心成丝，这些丝受到一沿所述旋转器(1)的所述外周壁(2)流动并把它加热的气流的辅助细化作用，所述气流由一与旋转器(1)同轴设置的同轴环状外部燃烧器(8)所产生，
其特征在于，
在燃烧器出口的外周壁(9)中设置供冷却气体用的喷射装置(17，18)，在喷射区域内，喷射方向基本上横向于燃烧器气体的流动方向。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述气体是空气。
4.如权利要求2所述的设备，其特征在于，通孔形式的各小孔(17)的直径在1至3mm之间。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，通孔形式的各小孔(17)的直径为2mm。
6.如权利要求2或4所述的设备，其特征在于，平均分布的诸孔的两相邻孔之间的间距在2至15mm之间。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，平均分布的诸孔的两相邻孔之间的间距在5至12mm之间。
8.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述孔以多个至少两排形式设置，相邻排的间距在2至10mm之间。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述相邻排的间距是5.5mm。
10.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述喷射装置包括一连续的环形狭缝(18)形式的出口。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述狭缝(18)的宽度在0.3至1mm之间。
12.如权利要求10或11所述的设备，其特征在于，所述狭缝的宽度是可调的。
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