CZ167097A3 - Způsob a zařízení pro výrobu minerální vlny z roztaveného minerálního materiálu - Google Patents

Description

Oblast techniky průměry, kterými se roztavený minerální materiál odstřeďuje pro vytváření primárních vláknových útvarů, které se podrobují následnému ztenčovacímu působení plynného proudu, proudícího podél uvedené obvodové stěny zvlákňovače a ohřívajícího ji, a vytvářeného soustředným prstencovým hořákem, uspořádaným soustředně se zvlákňovačem. Dále se vynález vztahuje na zařízení pro zvlákňování minerálního materiálu vnitřním odstřeďováním, se zvlákňovačem, jehož obvodová stěna obsahuje množinu průchozích otvorů s malým průměrem, kterými je roztavený materiál odstřeďován pro vytváření primárních vláknových útvarů, které jsou vystaveny přídavnému ztenčovacímu působení plynného proudu, proudícího podél uvedené obvodové stěny zvlákňovače a ohřívajícího ji, a vytvářeného soustředným prstencovým vnějším hořákem, uspořádaným soustředně se zvlákňovačem, vyznačené tím, že ve vnější obvodové stěně hořákového výstupu jsou umístěny vháněcí prostředky chladicího plynu, jako vzduchu, přičemž směr vhánění je v podstatě příčný ke směru proudění hořákových plynů v oblasti vhánění.

Dosavadní stav techniky

Minerální vlákna vysoké kvality mohou být vyráběna vnitřním odstřeďováním, při kterém se roztavená minerální hmota přivádí do nitra zvlákňovače, který se otáčí vysokou rychlostí a má ve své obvodové stěně množinu malých průchozích otvorů, z nichž tavenina vystupuje jako primární vláknové útvary

-2s odpovídajícím malým průměrem. Vystupující primární vláknové útvary se vystavují působení proudu z prstencového hořáku, čímž se ztenčují pro vytváření vláken s požadovanou jemností, která následně tuhnou a shromažďují se na dolním dopravníku, kde se tvoří rohož z minerálních vláken. Takový proces je dobře známý v oboru jako tak zvaný proces TEL.

Pomocí takových zvlákňovacích jednotek se zvlákňují minerální materiály proměnlivých složení. Takové minerální kompozice mohou mít vysokou, normální nebo nízkou teplotu tavení a tím i rozdílné zvlákňovací teploty. Hořák takových zvlákňovacích jednotek na druhé straně pracuje s konkrétním optimálním nastavením a tím i s konkrétní provozní teplotou, která by neměla být podstatně měněna, aby se neopustila oblast optimálního provozu hořáku. Vyfukované plyny hořáku tak mohou mít teplotu 1550-1600°C s optimálním nastavením hořáku, která by měla být vhodnou teplotou pro zvlákňování skel s vysokou teplotou tavení. Menšími změnami nastavení hořáku by se tato teplota měla snížit na například 1300-1350°C, přičemž by zůstávala stále blízká optimálnímu nastavení hořáku, aby se umožnilo pokrytí různých potřeb teploty skel s nižší teplotou tavení.

Přehřívání primárních vláknových útvarů materiálů s nízkou teplotou tavení povede ke snížení viskozity do takové míry, že tavenina ztenčovaná vyfukovanými plyny unikne z oblasti ztenčování před ztuhnutím, takže pod vlivem povrchových napětí se budou ještě roztavená vlákna transformovat na nezvlákněné částice, které jsou nežádoucí ve výsledné rohoži z minerální vlny.

Existuje tedy potřeba zvlákňování dalších minerálních materiálů, jako jsou skla s nízkou teplotou tavení, při tep-3lotách vyfukovaných plynů 1200°C nebo nižších. Snížení výstupní teploty hořáku v takové míře měněním nastavení hořáku by však vedlo k pracovním podmínkám hořáku, které nejsou optimální, což je nežádoucí.

Podstata vynálezu

Vynález si proto klade za úkol vytvořit způsob a zařízení, umožňující zvlákňování materiálů s nízkými teplotami tavení a vyžadujících podstatně nižší teploty vyfukovaných plynů, než jakých se dosahuje hořákem při optimálních provozních podmínkách.

Tohoto cíle se dosahuje, pokud jde o způsob, podle vynálezu tím, že výstupní plocha hořáku je rozdělena do prstencového radiálně vnitřního horkého pásma a prstencového radiálně vnějšího chladicího pásma s podstatně nižší teplotou. Z hlediska konstrukce zařízení je tohoto cíle dosaženo tím, že ve vnější obvodové stěně hořákového výstupu jsou umístěny vháněcí prostředky chladicího plynu, jako vzduchu, přičemž směr vhánění je v podstatě příčný ke směru proudění hořákových plynů v oblasti vhánění.

Podle vynálezu tak není teplota vyfukovaných plynů snížena rovnoměrně, jako v případě, kdyby se nížil přívod paliva do hořáku, nebo kdyby se chladicí vzduch předem přiměšoval do hořákových plynů. To má důsledek v tom, že radiálně vnitřní pásmo zůstává relativně horké, a to případně i při teplotě neochlazených hořákových plynů. Tento účinek je žádoucí, jelikož oblast řad otvorů v obvodové stěně zvlákňovače by měla být udržována na relativně vysokých teplotách nad teplotou likvidu nebo teplotou devitrifikace nebo krystalizace, aby umožnila průtok skla otvory.

-4Na druhé straně je žádoucí ochlazovat ztenčená vlákna poměrně rychle, aby dostatečně ztuhla a zabránilo se zpětné přeměně ztenčených vláken na materiálová zrna vlivem povrchového napětí, a také se zabránilo vzniku emisí těkavých složek skla, například sodíku, silným účinkem teploty. Taková materiálová zrna, vlákna špatné kvality nebo jiné nevláknové formy také vedou ke zvýšenému obsahu nezvlákněných částic ve výsledné rohoži z minerálních vláken. Poměrně výrazný chladicí účinek, vyvolávaný v radiálně vnější oblasti, má sklon k vyloučení takového nežádoucího účinku.

Vhánění chladicího plynu skrz vnější obvodovou stěnu hořákového výstupu také nemá za následek žádné podstatné práce na novém nastavování u hořáku v případě změny materiálového složení. Jestliže se například zvlákňuje sklo s vysokou teplotou tavení, může být přívod chladicího vzduchu jednoduše odpojen, a v případě zvlákňování skel s nižšími teplotami tavení může být jakékoli požadované množství chladicího vzduchu přiváděno na základě pouhého otočení ventilu. Dá se tak dosáhnout optimálního nastavení na jakékoli složení materiálu, který se má zvlákňovat, bez jakéhokoli zvláštního úsilí.

Skutečnost, že směr vhánění chladicích plynů je v podstatě příčný ke směru proudění hořákových plynů, má za následek vyloučení jakéhokoli znatelného vzrůstu impulsu a účinků kinetické energie hořákových plynů. Přívod chladicího plynu proto znatelně nemění ztenčovací účinek, vyvolávaný hořákovými plyny, takže přívod chladicího plynu nemění v tomto ohledu provozní podmínky zařízení. I když chladicí účinek chladicího plynu má sklon zvyšovat viskozitu minerálního materiálu, je toto v podstatě vyváženo zvýšením energetického obsahu celkového plynného proudu zaváděním chladicí-5ho plynu. Pracovní podmínky zařízení, zahrnující ztenčovací účinek, tak zůstávají v podstatě nezměněné bez ohledu na to, zda se přivádí větší nebo menší množství chladicího plynu pro pokrytí teplotních potřeb zvlákňované skelné kompozice.

Z PCT 94/04469 je známé používat přídavného vnějšího hořáku pro přívod chladicího vzduchu z polohy ležící radiálně vně hořákového výstupu. V tomto případě je hořákový výstup uložen na radiálně vnitřní straně od horního vnějšího okraje zvlákňovače. Takové uspořádání se obzvláště hodí pro zvlákňování tvrdých skel, majících vysokou teplotu tavení a nízkou viskozitu při teplotě tavení. Chladicí vzduch v tomto známém provedení protíná proud vyfukovaných plynů u vnějšího obvodu zvlákňovače v bodě, kde je ztenčování na vlákna v podstatě dokončeno, přičemž se v tomto.bodě zvyšuje viskozita. Vyfukovaný proud plynu je v podstatě rovnoběžný s hořákovým proudem a přidává tak složenému proudu impuls a kinetickou energii. Podle vynálezu jsou však plyny, vystupující ze samotných hořákových výstupů, chlazeny specifickým nehomogenním způsobem bez znatelného zvýšení jejich impulsu, které by dovolilo zvlákňování minerálního materiálu s teplotní charakteristikou srovnatelnou s tou, při které by teplota nechlazeného hořákového plynu byly nežádoucím způsobem vysoká a vyvolávala by vznik nezvlákněných částic.

Podle výhodného provedení vynálezu je průměr každého otvorového průchodu ve formě průchozí díry od 1 do 3 mm a obzvláště okolo 2 mm. Tímto způsobem se dosáhne vhodných proudových podmínek pro chladicí plyn, aby vniknul do vyfukovaného hořákového proudu.

Vzdálenost mezi po sobě následujícími z rovnoměrně rozdělených děr je od 2 do 15 mm, zejména od 5 do 12 mm.

-6Větším hodnotám je dávána přednost při uspořádáních v jedné řadě, a nižším hodnotám při uspořádání ve více řadách, přičemž vzdálenost se měří mezi prostřídanými otvory jednotlivých řad. Vzdálenost mezi dvěma řadami je v typickém případě od 2 do 10 mm.

Vháněcí prostředek může také obsahovat výstup ve formě souvislé obvodové štěrbiny. Takové uspořádání dovoluje snazší nastavování šířky štěrbiny. V typickém případě je tato šířka štěrbiny od 0,3 do 1 mm.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr.l schematický podélný řez zařízení podle vynálezu, obr.la detail z obr.l ve zvětšeném měřítku, ukazující alternativní provedení, obr.lb další obměnu detailu z obr.la, obr.2 grafické znázornění rozdělení teploty po šířce hořákového výstupu právě pod výstupní plochou a obr.3 grafické znázornění rozdělení teploty radiálně směrem ven od obvodové stěny zvlákňovače odstřeďovacího zařízení.

Příklady provedení vynálezu

Zvlákňovací jednotka zařízení, zjednodušeně znázorněného na obr.l, sestává v podstatě ze zvlákňovače 1, jehož obvodová stěna 2 je opatřena vypouštěcími průchozími otvory. Obvodová stěna 2 je připojena přes spojovací pás 4 k přírubě 2· Jak je patrné z výkresů, jsou obvodová stěna 2, spojovací pás 4 a příruba 2 vytvořeny jako celek z jednoho kusu. Příruba 2 na nosném hřídeli 5, který je ve znázorněném provedení dutý, a jeho dutinou se přivádí roztavený minerální materiál. Nosný hřídel 5 nebo i příruba 2 pro tento účel nese soustředný rozdělovači prostředek 6, obvykle označovaný jako

-Ίpohárek nebo koš. Rozdělovači prostředek 6 s obvodovou stěnou, která má relativně nízký počet otvorů s relativně velkými průměry, slouží jako dnová stěna zvlákňovače a rozděluje proud roztaveného minerálního materiálu jeho dělením do více praménků, které jsou rozdělovány po vnitřním obvodě obvodové stěny 2.

Zvlákňovač 1 je obklopen různými ohřívacími zařízeními, a to prstencovou středně frekvenční cívkou 7, která zejména ohřívá dolní část zvlákňovače 1, především pro kompenzování nedostatečného ohřevu hořáku a chlazení při styku s okolním vzduchem, který je výrazně ochlazený tím, že značná množství vzduchu jsou nasávána otáčením zvlákňovače 1, a vodou chlazeným prstencovým vnějším hořákem 8. Konce obvodových stěn 9 a 10 vnějšího hořáku 8 jsou uloženy v malém odstupu od zvlákňovače 1, například okolo 5 mm, přičemž vnitřní stěna 10 je přibližně v líci s horní vnější hranou zvlákňovače 1.

Prstencový vnější hořák 8 vyvíjí vysokou teplotu a vysokou rychlost plynného proudu, směrovaného v podstatě svisle, takže prochází podél obvodové stěny 2. Proud plynu jednak slouží k ohřívání obvodové stěny 2 nebo udržování její teploty, a jednak přispívá ke ztenčování primárních vláknových útvarů zvlákňovaného roztaveného vlákenného materiálu na vlákna.

Jak je znázorněno ve výkrese, je vnější hořák 8 s výhodou obklopován ve větší radiální vzdálenosti foukacím prstencem 11 na foukání chladného vzduchu, jehož hlavním účelem je omezovat radiální rozpínání horkého plynného proudu, čímž se brání vytvářeným vláknům, aby se dostávala do styku s prstencovým magnetem 7.

-8Vnější hořáky zvlákňovače 1 jsou doplňovány na vnitřní straně vnitřním prstencovým hořákem 12, který je uložen uvnitř nosného hřídele 5a je používán během rozběhové fáze zvlákňovací jednotky pro předehřev rozdělovacího prostředku

6.

Obecná konstrukce zvlákňovací jednotky, jak je popsána výše, je obvyklého typu. Podle vynálezu má však vnější obvodová stěna 9 chladicí komoru 14, jejíž prstencový kanál je rozdělen přepážkou 15 pro vytvoření dolní přetlakové komory 16 pro chladicí vzduch. Chladicí komora 16 je v tekutinovém spojení s výstupem hořáku přes řadu otvorových průchodů 17 ve vnější obvodové stěně 9. Otvorovými průchody 17 vstupuje chladicí vzduch, nebo jakýkoli jiný chladicí plyn, do hořákového výstupu a je zde přiměšován k hořákovým plynům.

Otvorové průchody 17 mohou být přizpůsobeny potřebám daného případu. Ve znázorněném příkladném provedení je vytvořena jedna řada otvorových průchodů 17 s průměrem 2 mm a vzdáleností mezi dvěma po sobě následujícími otvory 17 o velikosti 10 mm. Má-li zvlákňovač průměr 400 mm, je okolo celého obvodu prstencového kanálu 13 rozmístěno v jedné řadě s rovnoměrnými rozestupy 120 otvorových průchodů.

Je-li to vhodné, mohou být otvorové průchody 17 také uspořádány ve dvou nebo více řadách a obr.la ukazuje příklad takového provedení se vzájemnou vzdáleností mezi sousedními otvorovými průchody 17 s průměrem 2 mm, ležících v různých řadách, o velikosti 5,5 mm. Otvorové průchody 17 také mohou být nahrazeny štěrbinou 18., jak je znázorněna na obr.lb, která přináší výhodu v tom, že umožňuje nastavení šířky

-9svislé štěrbiny, jak je schematicky znázorněno a symbolicky vyznačena dvojitou šipkou na obr.lb. S takovým alternativním uspořádáním otvorových průchodů 17 nebo štěrbiny 18 mohou být v daném případě snadno pokryty různé potřeby konkrétní praktické aplikace.

Na obr.2 a 3 je znázorněno rozdělení teploty, naměřené ve dvou praktických provedeních. Zatímco obr.2 ukazuje rozdělení teploty v úrovni 1 mm pod výstupní plochou hořákového výstupu, ukazuje obr.3 rozdělení teploty v úrovni nejvyšších průchozích otvorů v obvodové stěně 2 zvlákňovače 1 ve vzdálenosti 19 mm pod výstupní plochou hořákového výstupu. Radiální naměřená vzdálenost, vynesená na obr.2 a 3 na vodorovné ose, je naměřena od vnější stěny 9 výstupu.

Křivka A rozdělení teplot byla naměřena pro provedení znázorněné na obr.la, mající dvě řady otvorových průchodů 17, zatímco křivka B je bez vhánění chladicího plynu. Křivky A a B poskytují samy o sobě náležité vysvětlení účinku vynálezu. Obr.2 demonstruje vliv chladicího plynu v levé části na snižování teploty v té chlazené oblasti C. Jak je znázorněno na obr.3, je teplota vysoká v blízkosti obvodu zvlákňovače 1 a výrazně klesá v chlazené oblasti C ve vzdálenosti několika milimetrů radiálně směrem ven tak, čímž se napomáhá rychlému ztuhnutí ztenčovaných vláken.

Účinky vyvolávané vynálezem byly popsány výše s důrazem na výrobu vláken ze skel s nízkými teplotami tavení. Tyto účinky však mohou být zjevně použity také pro zvlákňování minerálního materiálu s vysokými teplotami tavení, pokud se zvýší teplota hořáku a pokud se provádí následné ochlazování přívodem chladicího plynu otvorovými průchody 17 nebo štěrbinou 18.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby minerální vlny z roztaveného minerálního materiálu, přiváděného do zvlákňovače (1), jehož obvodová stěna (2) obsahuje množinu průchozích otvorů s malými průměry, kterými se roztavený minerální materiál odstřeďuje pro vytváření primárních vláknových útvarů, které se podrobují následnému ztenčovacímu působení plynného proudu, proudícího podél uvedené obvodové stěny (2) zvlákňovače (1) a ohřívajícího ji, a vytvářeného soustředným prstencovým hořákem (8), uspořádaným soustředně se zvlákňovačem (1), vyznačený tím, že výstupní plocha hořáku (8) je rozdělena do prstencového radiálně vnitřního horkého pásma a prstencového radiálně vnějšího chladicího pásma s podstatně nižší teplotou.
2. 2. Zařízení pro zvlákňování minerálního materiálu vnitřním odstřeďováním, se zvlákňovačem (1), jehož obvodová stěna (2) obsahuje množinu průchozích otvorů s malým průměrem, kterými je roztavený materiál odstřeďován pro vytváření primárních vláknových útvarů, které jsou vystaveny přídavnému ztenčovacímu působení plynného proudu, proudícího podél uvedené obvodové stěny (2) zvlákňovače (1) a ohřívajícího ji, a vytvářeného soustředným prstencovým vnějším hořákem (8), uspořádaným soustředně se zvlákňovačem (1), vyznačené tím, že ve vnější obvodové stěně (9) hořákového výstupu jsou umístěny vháněcí prostředky (17, 18) chladicího plynu, jako vzduchu, přičemž směr vhánění je v podstatě příčný ke směru proudění hořákových plynů v oblasti vhánění.
3. 3. Zařízení podle nároku 2 vyznačený tím, že průměr každého otvorového průchodu (17) ve formě průchozí díry je od 1 do 3 mm a obzvláště okolo 2 mm.

   -114. Zařízení podle nároku 2 nebo 3 vyznačené tím, že vzdálenost mezi dvěma po sobě následujícími z rovnoměrně rozdělených děr je od 2 do 15 mm, zejména od 5 do 12 mm.
4. 5. Zařízení podle nároku 4 vyznačený tím, že uvedené díry jsou uspořádány v nejméně dvou řadách se vzdáleností mezi sousedními řadami od 2 do 10 mm, s výhodou 5 mm.
5. 6. Zařízení podle nejméně jednoho z nároků 2 až 5 vyznačené tím, že uvedený vháněcí prostředek obsahuje výstup ve formě souvislé obvodové štěrbiny (18).
6. 7. Zařízení podle nároku 6 vyznačené tím, že šířka uvedené štěrbiny (18) je od 0,3 do 1 mm.
7. 8. Zařízení podle nároku 6 nebo 7 vyznačené tím, že šířka uvedené štěrbiny je nastavitelná.