CN110785385A - 纤维化纺丝机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过离心使熔融材料纤维化为矿物纤维，特别地玻璃纤维的纺丝机(1)，其包含：‑外周带筒(2)，优选截锥形的带筒，其被刺穿有孔(9)，以在所述离心过程中使熔融材料穿过并通过拉伸获得纤维，‑轮心(3)，其将所述外周带筒(2)连接到用于将纺丝机固定在纤维化装置中的上法兰(6)，‑卷边(4)，其使所述外周带筒(2)在所述纺丝机的底部中延伸并与之形成角度β，所述纺丝机特征在于，角度β严格小于90°。

Description

纤维化纺丝机

技术领域本发明涉及一种纤维化纺丝机(assiette de fibrage)，其特别用于形成矿物纤维以生产矿物棉，特别是玻璃棉。

用于生产用于绝缘应用中的玻璃纤维的常用方法使通过离心的拉制与通过空气的拉制相结合。

这种方法的核心在于旨在允许熔融玻璃被拉成长丝的关键部件：它是纺丝机，在本领域中也称为离心机或“spinner”。如专利申请WO2005/052208中所述，它是一种无底离心机，以耐火合金(例如基于铬)铸造。包含离心机或纺丝机的这种纤维化装置的一个示例例如在申请FR2443436中得到描述，对于其操作的更多细节可以参考该申请。

已知地，该部件的侧向部分，称为侧向带筒(bande latérale)或外围带筒，被刺穿有多个孔，孔直径通常为约0.5至3mm。在纤维生产过程中，纺丝机通常以每分钟约1500至3000转的转速旋转。在离心力的作用下，玻璃被向外推并穿过孔，从而形成纤维，然后将其向下朝向底部并通过热气体射流进行拉制。纺丝机经受特别苛刻的使用条件。首先，在纺丝机的侧向带筒处的温度是高的，因为当熔融玻璃到达纤维化装置内部时，熔融玻璃为大约1000℃至1200℃的温度。其次，旋转和温度梯度的存在由于差异膨胀导致出现较高的机械应力。最后，纺丝机在对于合金的腐蚀性介质中工作，其一方面导致孔的腐蚀，从而导致结构机械强度降低，另一方面导致合金在与玻璃接触的表面附近的铬贫化，最终使与材料相关的机械强度减弱。这些各种因素共同限制了纺丝机的寿命。因此，必须定期将其拆除和更换，从而导致昂贵的生产停工或调整。另外，这些难熔合金部件中的每一个均具有高成本，并且这不仅对产率而且对工艺的总成本具有不可忽略的影响。

这一系列问题已经众所周知。存在多种增加纺丝机寿命的可能方法：如上文已引用的公开物所述，已经尝试了改变纤维化条件或替代地优化合金的组成以使其更具抵抗性。

根据另一种途径，专利US5591459教导增加附加装置，该附加装置使得可以减少纺丝机的变形。

此外，根据从公开物WO02/064520中已知的方法，为了提高生产能力和减少工艺的能量消耗，已经发展了纤维化条件。在这种背景下，纺丝机的构造在侧向带筒中包含更多的孔，从而增大了玻璃的通过横截面积。不幸的是，这种解决方案有时会导致纺丝机的机械强度出现明显的劣化，从而导致其寿命显著减少，这可能会减少多达25％。需要提高纺丝机的机械强度，以延长其使用寿命。图1中的照片示出了一种劣化方式，其表现为在纺丝机的敏感区域中出现裂纹，特别是在纤维化带筒中部的水平裂纹。

本发明在于纺丝机的新颖形状和构造，所述纺丝机的新颖形状和构造使得可以减少在最敏感的部分，即最容易破裂的部分：穿孔带筒中的机械应力。这种改变还使得可以维持纺丝机的刺穿轮廓，其被预先进行构造以确保最终产品的良好质量(例如根据公开WO99/65835中所述的原理进行)。因此，根据本发明的纺丝机构造使得可以改善纺丝机在纤维化条件下的机械性能及其热机械强度，并最终通过减小在带筒中的应力来明显延长其寿命。更特别地，通过减小应力，减少了不可逆的粘塑性变形，与蠕变现象有关的变形，从而允许延迟裂纹的发生。

更具体地，根据本发明，寻求在不会不利地影响孔眼参数(特别是纤维化带筒中的孔的数量，密集度和布局)的情况下改变纺丝机的形状。此外，根据本发明开发的纺丝机可以在不对纤维化生产量或条件进行任何改变的情况下进行使用。另外，与专利US5591459中提出的思想相比，对于操作者不需要安装附加元件来限制纺丝机变形。

更具体地，本发明涉及一种用于通过离心从熔融材料纤维化为矿物纤维，特别地玻璃纤维的纺丝机，其包含：

-外围带筒(bande périphérique)，优选截锥形的带筒，其被刺穿有孔，以在所述离心过程中使熔融材料穿过并通过拉伸获得纤维，

-轮心(voile)，其将所述外围带筒连接到用于将纺丝机固定在纤维化装置中的上法兰，

-卷边，其使所述外围带筒在所述纺丝机的底部中延伸并与之形成角度β。

根据本发明，角度β严格小于90°。

根据本发明的有利的实施方案，它们当然可以并且在适当时彼此组合：

-卷边具有小于或等于10°的相对于水平面的倾斜角度α。

-卷边具有小于纺丝机总直径的10％的总长度。

-在整个长度上，卷边具有基本均匀的厚度。

-纺丝机的直径为200至800毫米。传统地，纺丝机的直径是指从最大圆形轮廓获得的直径。

-卷边具有小于纺丝机直径的15％的总长度。

-外围带筒(2)具有为与垂直线1至10％的角度γ。

-卷边的总长度小于在纺丝机的外边缘与纺丝机固定法兰的内端之间的径向截面中测得的长度的50％。

-角度β严格小于87°，尤其小于85°。

-角度α严格小于5°，特别是小于2°或甚至为零。

本发明还涉及如先前所述的纺丝机在使玻璃棉或矿棉纤维化的方法中的用途。

最后，本发明涉及一种使用这种纺丝机使玻璃棉或矿物棉纤维化的方法。

为了更好地理解本发明的目的，在下文中描述了两个纺丝机：借助于在图2和图3上分别报道的图示，根据现有技术构造的第一纺丝机和根据本发明构造的第二纺丝机。

在图2中，沿着相对于所述纺丝机的旋转轴线的横截面，示意性地示出了根据现有技术的纤维化纺丝机1的一部分。

在操作中，将纺丝机1固定至驱动其旋转的轴(图中未示出)。轴和纺丝机被驱动为旋转运动。轴是空心的，处于熔融状态的玻璃从未示出的进料装置沿轴流到篮子(同样在图1中也未示出)中，熔融玻璃在其中散布。篮子也被驱动旋转，使得熔融玻璃被抛射向带筒2的内壁5，在该壁上形成熔融玻璃的持久储备。该储备用于供给在所述壁5中刺穿的并在纺丝机的外围带筒2的外部开口的圆形孔9。该带筒2通常相对于竖直方向倾斜大约5至10°的角γ，以采用截头截锥形状。已根据常规技术，特别地如申请WO02/064520中所述，使许多圆形孔口(其尺寸、密集度和分布进行优化，尤其如申请WO02/064520中所述)延伸出流动锥(拉长为预纤维)，该前纤维被抛射入了由燃烧器发出的环状气体流中。在该气体流的作用下，这些前纤维被拉制，它们的端部产生不连续的纤维(未示出)，然后不连续的纤维被收集在纺丝机下方，例如在传送带上，纤维在该传送带上累积以形成垫。显然，根据本发明，特别是当打算将最终绝缘产品散装出售时，也可以设想其它收集装置。

如前所述，这种装置的使用导致在穿孔壁5上的强烈的机械和热应力。

在图2中仅概括了根据本发明的纤维化纺丝机1的左侧部分。纺丝机1包括由上部固定法兰6组成的上部分，该上部固定法兰6包括机加工的孔口8，用于将其固定到适当适配的支撑件上并允许其在上述纤维化过程中被驱动旋转。使该上固定部分6通过在本领域中称为轮心3的弯曲部分连接到外围带筒2，该外围带筒2的壁5被刺穿有孔9。这次外围带筒2在其下端被连接至卷边4(卷边使所述带筒在纺丝机的底部中延伸)并与其成角度β。

卷边4朝着纺丝机1的中心径向地延伸。它允许熔融玻璃在根据上述原理纤维化之前被收集并汇集在穿孔带筒的壁5附近。

根据现有技术，如图2所示，卷边通常具有与水平面成大于或等于10°的角度α，在本发明的意义上，水平面是指当纺丝机被定位于纤维化设备中时定义的参考水平面。在现有技术中选择这样的构造，因为它看起来是最可能限制在穿孔带筒的底部和卷边之间的接合处的热机械应力的构造。因此，迄今认为，与该角度α相关的开口允许限制应力并因此延长纺丝机的寿命，特别地通过允许将在带筒2和卷边4之间的接合处形成的角度β调整至大于或等于90°的值(沿着所述截面平面)。

卷边4的长度通常是足够长的，以避免玻璃堆积在壁上而过度溢出纺丝机的风险。

根据常规采用的另一种技术，该卷边在其末端部分中，即在最靠近纺丝机中心的部分中具有材料增强件或加强件7。该附加材料被设想在其末端处加强自身。为了避免在其最高应力的部分中产生裂纹。

在附图3中，沿着与实施例1中相同的截面平面，描绘了根据本发明的纤维化纺丝机。

与图2的纺丝机相反，如图3所示，这次在带筒3和卷边4之间的接合处形成的角度β具有严格小于90°的值。特别地，角度β有利地小于89°，特别是小于88°，或甚至小于87°，或甚至小于86°或甚至小于85°，或最优选仍小于84°。

根据本发明的纺丝机包括卷边，该卷边具有小于10°，特别是小于9°，甚至小于8°，或甚至小于7°或甚至小于6°，甚至小于5°的相对于水平面的角度α。根据一个可能且有利的实施方案，角度α接近或等于0，即接近水平面。在这样的实施方案中，角度α可以例如小于或等于4°，小于或等于3°，小于或等于2°或甚至小于1°。

此外，与根据现有技术的纺丝机相反，在图3中给出的优选的纺丝机的图中，从根据本发明的构造中省略了加强件7。这是因为申请人公司发现，这种加强件可通过显著增加在带筒2底部中的应力负荷而产生不利影响。因此建议，在图3所示的构造中，卷边在其整个长度中具有基本均匀的厚度。

根据本发明的一个有利的实施方案，如下文所述，还能够通过实验证明，对于如上关于图3描述的具有角度β或角度α的纺丝机(其卷边的长度L被减小，特别地不超过纺丝机直径的10％)，获得了在纺丝机寿命方面的最佳结果，而这丝毫没意味着熔融玻璃溢出的风险。特别地，根据本发明的优选的纺丝机具有以下特征：

-卷边长度为纺丝机直径的5.0％至9.5％，优选为纺丝机直径的7.0％至9.0％的，

-角度α分别为0至低于10°和/或

-角度β为80°至90°，特别地80°至88°，尤其82°至86°。

这样的纺纱盘在玻璃纤维的纤维化测试中表现出最好的寿命。

下列实施例允许说明根据本发明构造的纺丝机的优点和优越的性能，但是这些实施例仅是举例说明性的，在任何一个所描述方面都不应视为对本发明的限制。

以申请EP511099的实施例2中描述的金属合金，按照图2(根据现有技术)和图3(根据本发明)的构造浇铸直径D=400mm的纺丝机，以使硼硅钠钙类型玻璃组合物纤维化。

下面给出了所使用的两种类型的纺丝机的关键几何数据。

	根据现有技术的构造(图2)	根据本发明的构造(图3)
			角度 β	90°	83°
角度 α	10°	0°
			角度 γ	7°	7°
L (cm)	40	35
			L/D	0.1	0.087
H (cm)	50	50

L：卷边长度

D：纺丝机的直径

H：带筒高度

表1。

在实际纤维化条件下，对一组30件(针对两种类型的纺丝机中的每一种)进行的实验结果表明，符合本发明的构造的纺丝机的平均寿命相对于传统构造提高了约15％。

Claims (14)

1.一种用于通过离心由熔融材料纤维化为矿物纤维，特别地玻璃纤维的纺丝机(1)，其包含：

-外周带筒(2)，优选截锥形的带筒，其被刺穿有孔(9)，以在所述离心过程中使熔融材料穿过并通过拉伸获得纤维，

-轮心(3)，其将所述外周带筒(2)连接到用于将纺丝机固定在纤维化装置中的上法兰(6)，

-卷边(4)，其使所述外周带筒(2)在所述纺丝机的底部中延伸并与外周带筒形成角度β，

所述纺丝机特征在于，角度β严格小于90°。

2.根据权利要求1所述的纺丝机，其中所述卷边(4)具有小于或等于10°的相对于水平面的倾斜角α。

3.根据前述权利要求中任一项所述的纺丝机，其中所述卷边(4)具有小于所述纺丝机的总直径的10％的总长度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的纺丝机，其中所述卷边(4)在其整个长度上具有基本均匀的厚度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的纺丝机，其直径为200至800mm。

6.根据前述权利要求中任一项所述的纺丝机，其中所述卷边(4)具有小于所述纺丝机的直径的15％的总长度。

7.根据前述权利要求中任一项所述的纺丝机，其中所述外周带筒(2)具有1％至10％的与竖直方向的角度γ。

8.根据前述权利要求中任一项所述的纺丝机，其中所述卷边(4)的总长度小于在所述纺丝机的外边缘与纺丝机的固定法兰的内部末端之间沿着径向截面平面测得的长度的50％。

9.根据前述权利要求中任一项所述的纺丝机，其中所述角度β严格小于87°。

10.根据前述权利要求中任一项所述的纺丝机，其中所述角度β严格小于85°。

11.根据前述权利要求中任一项所述的纺丝机，其中所述角度α严格小于5°。

12.根据前述权利要求中任一项所述的纺丝机，其中所述角度α严格小于2°。

13.根据前述权利要求中任一项所述的纺丝机，其中所述角度α为零。

14.根据前述权利要求中任一项所述的纺丝机在玻璃棉或矿棉的纤维化方法中的用途。

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