DE1010438B

DE1010438B - Apparatus for the production of fibers from molten minerals

Info

Publication number: DE1010438B
Application number: DEA20249A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Bengt Wilhelm Collin
Original assignee: Statens Skogsindustrier AB
Current assignee: Statens Skogsindustrier AB
Priority date: 1953-12-30
Filing date: 1954-05-05
Publication date: 1957-06-13

Description

Vorrichtung zur Herstellung von Fasern aus geschmolzenen Mineralien Bei der Herstellung von Mineralwolle, d. h. Wolle oder Fasern aus Gestein, Schlacke, Glas u. dgl. oder deren Gemischen, sind einige grundsätzlich verschiedenartige Verfahren zur Anwendung gekommen. Unter diesen hat das übliche Blasverfahren, bei dem eine Mineralschmelze in der Form eines aus einem Schmelzofen austretenden Abstichstrahles der Einwirkung eines in einem bestimmten Winkel darauf gerichteten Strahles entspannten Hochdruckdampfes oder entspannter Hochdruckluft ausgesetzt und dabei in Fasern zersplittert wird, eine dominierende Stellung eingenommen. Besonders ist dies der Fall, wenn Gestein und Schlacke als Rohmaterial verwendet werden. Bei der Glaswolleherstellung dagegen ist von jeher ein sogenanntes Schleuderverfahren zur Anwendung gekommen. Der Abstichstrahl der Glasschmelze wird auf eine waagerecht umlaufende Scheibe geführt und dort zu Fasern ausgezogen, wobei die Schmelze infolge der Fliehkraft den Rand der Scheibe verläßt. Dieses Schleuderverfahren ist heutzutage in immer größerem Umfang durch modernere Verfahren ersetzt worden, bei denen die primäre Faserbildung durch Pressen der Mineralschmelze durch Düsen mit feinen Löchern erzielt wird, worauf die so gewonnenen ziemlich groben Fäden zu dünnen Fasern ausgezogen werden.Apparatus for the production of fibers from molten minerals. In the production of mineral wool, i. H. Wool or fibers made from rock, slag, glass and the like, or mixtures thereof, some fundamentally different processes have been used. Among these, the usual blowing process, in which a mineral melt in the form of a tapping jet emerging from a melting furnace, is exposed to the action of a jet of relaxed high pressure steam or relaxed high pressure air directed at a certain angle and is thereby broken into fibers, has assumed a dominant position. This is especially the case when rock and slag are used as raw materials. In contrast, a so-called centrifugal process has always been used in the manufacture of glass wool. The tapping jet of the glass melt is guided onto a horizontally rotating disk and there drawn out into fibers, the melt leaving the edge of the disk as a result of centrifugal force. This centrifugal process has now been replaced to an ever greater extent by more modern processes in which the primary fiber formation is achieved by pressing the mineral melt through nozzles with fine holes, whereupon the rather coarse threads obtained in this way are drawn into thin fibers.

Man hat schon vorgeschlagen, die Schmelze anstatt primär auf die Oberfläche waagrecht umlaufender Scheiben auf den Rand von im wesentlichen senkrecht umlaufenden Scheiben zu führen, wo sich die Schmelze auf dem ganzen Umfang der Scheiben zu einem glühenden Ring ausbildet und die Fasern durch teilweises Ausschlendern der Schmelze von diesem glühenden Ring aus entstehen (vgl. USA.-Patentschrift 2 428 810 und schwedische Patentschrift 137 084). Gemäß einer Ausführungsform dieses Verfahrens (schwedische Patentschrift 137 084) wird eine Reihe von mindestens drei solchen Scheiben verwendet, wobei die Schmelze unter Ausbildung dieser charakteristischen Schmelzringe rings um den Umfang der Scheiben sich im wesentlichen über sämtliche Scheiben fortbewegt, ehe das Faserziehen stattfindet.It has already been proposed to lead the melt, instead of primarily onto the surface of horizontally rotating disks, onto the edge of essentially vertically rotating disks, where the melt forms a glowing ring over the entire circumference of the disks and the fibers partially wander out of the melt of this glowing ring formed (see FIG. USA. Patent 2,428,810 and Swedish Patent No. 137,084). According to one embodiment of this method (Swedish patent specification 137 084) a series of at least three such disks is used, the melt moving over substantially all of the disks, forming these characteristic melt rings around the circumference of the disks, before the fiber drawing takes place.

Sowohl das alte Schleuderverfahren als auch die obengenannte, in neuerer Zeit entwickelte Form desselben sind aber mit wesentlichen Nachteilen behaftet.Both the old centrifugal method and the one mentioned above, in the newer one However, the form of the same, which has developed over time, has significant disadvantages.

So muß man bei der Faserherstellung aus Mineralschmelzen innerhalb eines bestimmten Viskositätsintervalls der Schmelze arbeiten, um für die Faserbildung optimale Bedingungen zu erzielen. Die Temperaturlage und -grenzen des Viskositätsintervalls sind selbstverständlich durch die chemische Zusammensetzung der Schmelze bestimmt, aber ganz allgemein gilt, daß eine Schmelze mit zu niedriger Viskosität allzu kurze und dünne Fasern liefert, während eine Schmelze mit zu hoher Viskosität vor allem zu grobe Fasern ergibt. Besonders in Fällen, in denen saure Milieralschmelzen als Ausgangsmaterial verwendet werden, sind die Temperaturgrenzen des anwendbaren Viskositätsintervalls sehr eng, und es kann sich z. B. bei einer Betriebstemperatur von etwa 1600' C nur um einen Intervall von 25 bis 50' handeln. Es ist also wichtig, daß man vor oder im Zusammenhang mit dem Faserziehen eine schnelle und schwer kontrollierbare Abkühlung der Schmelze vermeidet, Bei einem Verfahren, bei dem die Schmelze unter sehr hohen Umlaufgeschwindigkeiten sich der Reihe nach auf einer Anzahl umlatifender Metalloberflächen ausbreitet, ist die Gefahr einer zu schnellen Abkühlung der Schmelze besonders groß, so daß beträchtliche Teile der Schmelze innerhalb des für das Faserziehen optimalen Viskositätsintervalls nicht in Fasern übergeführt werden können.When producing fibers from mineral melts, for example, one has to work within a certain viscosity range of the melt in order to achieve optimal conditions for fiber formation. The temperature position and limits of the viscosity interval are of course determined by the chemical composition of the melt, but it is generally true that a melt with too low a viscosity produces fibers that are too short and thin, while a melt with too high a viscosity mainly produces fibers that are too coarse. Particularly in cases in which acidic milieral melts are used as the starting material, the temperature limits of the applicable viscosity range are very narrow, and it can e.g. B. at an operating temperature of about 1600 'C only about an interval of 25 to 50' . It is therefore important to avoid rapid and difficult-to-control cooling of the melt before or in connection with fiber drawing. The danger is in a process in which the melt spreads in sequence over a number of revolving metal surfaces at very high speeds too rapid cooling of the melt is particularly great, so that considerable parts of the melt cannot be converted into fibers within the viscosity interval that is optimal for fiber drawing.

Ein anderer Nachteil des Schleuderverfahrens besteht darin, daß das Läufermaterial äußerst hohen Beanspruchungen ausgesetzt ist. Die hohe Temperatur des weißglühenden Ringes aus Mineralschmelze rings um die Peripherieoberfläche des Läufers bewirkt nämlich einen schnellen und starken Verschleiß der Läuferoberfläche.Another disadvantage of the centrifugal method is that the Runner material is exposed to extremely high loads. The high temperature of the incandescent ring of molten mineral around the peripheral surface of the This is because the rotor causes rapid and severe wear on the rotor surface.

Diese Nachteile werden durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung beseitigt.These disadvantages are eliminated by the device according to the invention.

Diese besteht aus mindestens zwei im wesentlichen senkrecht drehbaren Scheiben oder Läufern und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Peripherieoberflächen der Scheiben oder Läufer mit in der Längsrichtung der Scheibe verlaufenden parallelen Rippen oder Zähnen versehen sind, wobei die Scheiben so angeordnet sind, daß bei ihrer Umdrehung die Zahnnocken einer Scheibe in die Zwischenräume zwischen den Zähnen der gegenüberliegenden Scheibe greifen und zwischen den Zähnen keine oder nur eine geringe Berührung entsteht. Beispielsweise können die Scheiben mit Einrichtungen, z. B. Schaufeln, versehen sein, die bei ihrer Umdrehung die umgebende Luft zwischen die Läufer pressen. Eine Ausführung der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Scheiben oder Läufer mit Hohlachsen für die Zufuhr von Dampf, Luft oder einem anderen Gas unter Druck versehen sind und in Druckkammern münden, die ihrerseits durch Schlitze am Umfang der Scheibe mit der Außenluft in Verbindung stehen, so daß das Druckmittel, z. B. Luft, beim Ausströmen durch die Schlitze unter Bildung von Luftstrahlen entspannt wird. -Zweckmäßig läßt man hierbei die Schlitze am Umfang der Scheiben in einer zur Peripherie im wesentlichen tangentialen Richtung ausmünden und versieht die umlaufenden Scheiben mit die Peripherie überragenden Flanschen.This consists of at least two essentially vertically rotatable Discs or runners and is characterized in that the peripheral surfaces the Discs or runners with parallel ones running in the longitudinal direction of the disc Ribs or teeth are provided, the discs are arranged so that at their rotation the tooth cams of a disk in the spaces between the teeth grip the opposite disc and no or only one between the teeth slight contact occurs. For example, the discs can be equipped with devices z. B. blades, be provided, the surrounding air between the rotation the runners press. There is one embodiment of the device according to the invention in that the discs or runners with hollow axles for the supply of steam, air or another gas are pressurized and open into pressure chambers that in turn, through slots on the circumference of the disc, in connection with the outside air stand so that the pressure medium, for. B. air, when flowing out through the slots below Formation of air jets is relaxed. - It is advisable to leave the slits here on the periphery of the disks in a direction substantially tangential to the periphery open out and provide the circumferential disks with protruding from the periphery Flanges.

Die Läufer können so angeordnet sein, daß sie mit einer Geschwindigkeit, beispielsweise von 1000 bis 6000 1-n/Min.. umlaufen, bei der erstgenannten Ausführungsform vorzugsweise mit einer höheren Geschwindigkeit innerhalb eines Intervalls, z. B. 3000 bis 6000 mjMin., bei der letztgenannten vorzugsweise mit einer niedrigeren Geschwindigkeit innerhalb des genannten Intervalls, z. B. 1000 bis 2000 oder 3000 m/Min.The runners can be arranged so that they revolve at a speed, for example from 1000 to 6000 1-n / min .., in the first-mentioned embodiment preferably at a higher speed within an interval, e.g. B. 3000 to 6000 mjMin., In the latter case, preferably at a lower speed within the said interval, e.g. B. 1000 to 2000 or 3000 m / min.

Die Vorrichtung nach der Erfindung wird im nachstehenden an Hand der Zeichnung, die beispielsweise eine Vorrichtung von dem oben angegebenen Typ veranschaulicht, noch näher beschrieben.The device according to the invention is described in more detail below with reference to the drawing, which illustrates, for example, a device of the type indicated above.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung mit zwei Läufern 1 in Form von Scheiben, die auf Achsen 2 montiert sind und die im Sinne der Pfeile umlaufen. Die Peripherieoberfläche dieser Läuferscheiben ist mit einer zahnähnlichen Ausgestaltung oder Bekleidung 3 versehen. Die Zähne haben ziemlich scharfkantige Rücken und erstrecken sich über die Peripheriebreite der Scheibe in einer zur Achse 2 im wesentlichen parallelen Richtung. Der Mineralstrahl 4 wird so zugeführt, daß er auf einen der Läufer auftrifft, z. B. im Punkt 5. Hierbei wird er in feinere Strahlen aufgesplittert, die bei ihrem Durchgang durch das Läufersystem auf den Zahnrücken der Läufer getragen werden und hierbei eine beschleunigte Geschwindigkeit erhalten, wobei die Strahlen in Teilchen zerlegt und zu Fasern ausgezogen werden. Durch Synchronisierung der Läufer kann man bewirken, daß die Läufer in der oben angegebenen Weise zusammenwirken, ohne daß zwischen den Zähnen eine mechanische Berührung entsteht. Um besondere Wirkungen zu erzielen, kann man die gegenseitige Lage- der Läufer so verschieben, daß eine teilweise Berührung entsteht. Die Läufer des Systems können auch untereinander verschiedene Umlaufsgeschwindigkeit haben, wobei kein Zahneingriff stattfindet.Fig. 1 shows a device with two rotors 1 in the form of disks which are mounted on axles 2 and which rotate in the direction of the arrows. The peripheral surface of these carriers is provided with a tooth-like configuration or cladding 3 . The teeth have rather sharp-edged ridges and extend over the peripheral width of the disk in a direction substantially parallel to the axis 2. The mineral jet 4 is supplied so that it impinges on one of the runners, e.g. B. in point 5. Here it is split up into finer beams, which are carried on the back of the teeth of the runners as they pass through the rotor system and thereby receive an accelerated speed, the beams being broken down into particles and drawn out into fibers. By synchronizing the rotors, it is possible to cause the rotors to interact in the manner indicated above without mechanical contact occurring between the teeth. In order to achieve special effects, the mutual position of the runners can be shifted so that there is partial contact. The rotors of the system can also have different rotational speeds with one another, with no tooth engagement taking place.

Da die Mineralschmelze somit bei ihrer Berührung mit den Läuferperipherien hauptsächlich die Zahnrücken berührt, deren Gesamtoberfläche einen sehr geringen Teil der ganzen Läuferperipherie bildet, wird sowohl eine zu schnelle Wärmeabgabe der Schmelze als auch eine allzu schnelle Abnutzung des Peripheriematerials des Läufers verhindert. Es ist auch möglich, durch besonders konstruierte Schaufeln an den Läuf erseiten einen Teil der umgebenden Luft in die Zwischenräume zwischen den Zähnen einzupressen und auf diese Weise das Läufermaterial vor der Strahlungswärme der Mineralschmelze noch weiter zu schützen, -wobei gleichzeitig hierdurch das Faserziehen gefördert werden kann.As the mineral melt thus comes into contact with the rotor periphery mainly touches the back of the tooth, the total surface of which is very small Forming part of the entire runner periphery will result in too rapid a heat dissipation of the melt as well as too rapid wear of the peripheral material of the Runner prevented. It is also possible through specially designed blades on the barrels part of the surrounding air into the spaces between to press in the teeth and in this way protect the rotor material from the radiant heat to protect the mineral melt even further, at the same time thereby the fiber pulling can be promoted.

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung mit drei Läufern 11, montiert auf rohrförmige Achsen 12, durch die Dampf oder Luft oder ein anderes Gas unter Druck zugeführt werden kann. Das Achsenrohr mündet in eine in den Läufer eingebaute Druckkammer 13, die durch eine Anzahl feiner Schlitze 14 rings um den Umfang des Läufers mit der Außenluft in Verbindung steht. Die Schlitze sind zweckmäßig so ausgebildet, daß sie im wesentlichen tangential zur Peripherie des Läufers münden, sie können aber gegebenenfalls auch im wesentlichen radial münden. Auf jeden Fall erstreckt sich die Mündungslänge 15 der Schlitze über die Peripheriebreite des Läufers in einer zur Achse 12 im wesentlichen parallelen Richtung.Fig. 2 shows a device with three runners 11, mounted on tubular axles 12, through which steam or air or another gas can be supplied under pressure. The axle tube opens into a pressure chamber 13 built into the rotor, which is in communication with the outside air through a number f of slots 14 around the circumference of the rotor. The slots are expediently designed so that they open essentially tangentially to the periphery of the rotor, but they can optionally also open essentially radially. In any case, the mouth length 15 of the slots extends over the width of the periphery of the runner in a direction essentially parallel to the axis 12.

Die Druckluft, die durch das Achsenrohr 12 in die Druckkammer 13 gelangt, entspannt sich während ihres Durchgangs durch die Schlitze 14 auf den Druck der umgebenden Luft, wobei sie gleichzeitig eine Reihe Luftstrahlen in tangentialer Richtung zu der Peripherie des Läufers bildet mit einer Geschwindigkeit, die abhängig ist von der Größe der Schlitzmündung und die durch den Entspannungsverlauf bedingt ist. In ihrer Gesamtheit können die gebildeten Luftstrahlen als ein die Läuferperipherie umgebendes Luftkissen betrachtet werden.The compressed air entering the pressure chamber 13 through the axle tube 12 relaxes as it passes through the slots 14 to the pressure of the surrounding air, while at the same time forming a series of air jets tangential to the periphery of the rotor at a speed that depends on the size of the slit opening and which is conditioned by the relaxation process. In their entirety, the air jets formed can be viewed as an air cushion surrounding the rotor periphery.

Wenn nun das Faserziehen vorgenommen werden soll, läßt man eine Mineralschmelze in der Form eines Abstichstrahls 16 auf den ersten Läufer hinunterfallen. Anstatt in unmittelbare Berührung mit der Läuferperipherie zu kommen, wird der Mineralstrahl hierbei im Punkt 17 von dem die Läuferperipherie umgebenden Luftkissen aufgefangen, wobei der Strahl infolge der Entspannungsgeschwindigkeit der einzelnen Luftstrahlen und durch die Umdrehung des Läufers verstärkt, zersplittert und beschleunigt wird. Diese Beschleunigung wird durch Zusammenwirkung mit einem oder mehreren ähnlichen Läufern verstärkt, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, und dadurch auch das Faserziehen gefördert.If the fiber drawing is to be carried out, a mineral melt is allowed to fall down in the form of a tapping jet 16 onto the first runner. Instead of coming into direct contact with the runner periphery, the mineral jet is caught at point 17 by the air cushion surrounding the runner periphery, whereby the jet is intensified, splintered and accelerated as a result of the relaxation speed of the individual air jets and the rotation of the runner. This acceleration is increased by interaction with one or more similar runners, as is shown in FIG. 2, and the fiber drawing is thereby also promoted.

Auch in diesem Fall sind selbstverständlich die gegenseitigen Läuferabstände verstellbar, und die einzelnen Läufer können mit denselben oder voneinander abweichenden Umlaufgeschwindigkeiten angetrieben werden. Um die Zusammenwirkung der Läufer zu fördern, kann man entweder, wie Fig. 2 zeigt, die Läufer mit Flanschen 18 versehen -oder den Querschnitt der Läuferperipherie mehr oder weniger konkav oder V-förmig ausgestalten. Dies ist selbstverständlich auch möglich bei derjenigenAusführungsform der Erfindung, die in Fig. 1 veranschaulicht ist.In this case, too, the mutual spacing of the carriages can of course be adjusted, and the individual carriages can be driven at the same or different rotational speeds. In order to promote the interaction of the runners, one can either, as FIG. 2 shows, provide the runners with flanges 18 - or make the cross-section of the runner periphery more or less concave or V-shaped. This is of course also possible in derjenigenAusführungsform of the invention which is illustrated in FIG. 1.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for the production of fibers from molten material, consisting of at least two substantially vertically rotatable disks or runners (1, 11), characterized in that the peripheral surfaces of the discs or runners with parallel ribs or running in the longitudinal direction of the disc Teeth (3) are provided, the disks being arranged so that when they rotate, the toothed cams of a disk engage in the spaces between the teeth of the opposite disk and there is little or no contact between the teeth.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the discs with devices such. B. blades are provided, which press the surrounding air between the runners as they rotate. 3. Device according to claim 1 and 2, consisting of at least two substantially vertically rotatable discs or runners (1, 11) which are provided with hollow axes for the supply of steam, air or another gas under pressure and in pressure chambers (13) open, which in turn through slots (14) on the circumference of the disc with the outside air in connection, so that the pressure medium, for. B. air, is relaxed when flowing out through the slots with the formation of air jets. 4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the slots (14) open out on the periphery of the discs in a direction substantially tangential to the periphery. 5. Apparatus according to claim 1 to 4, characterized in that the circumferential disks are provided with the periphery projecting flanges (18) . Documents considered: German Patent No. 919 069; Swedish Patent No. 137 084; U.S. Patent No. 2,632,920.