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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von Mineralwolle
aus mineralischen Rohstoffen nach dem Düsenblasverfahren,
mit einer Schmelzwanne und wenigstens einer hieraus gespeisten Verteilerwanne
mit Austrittsöffnungen für Primärfäden
aus Schmelze, einer Blasdüseneinrichtung mit einem Ziehspalt, der
unterhalb der Austrittsöffnungen mit Abstand hiervon symmetrisch
zur Fall-Linie der Primärfäden ausgeordnet ist,
einer Kompressoreinrichtung zur Bereitstellung von Treibgas, welches
in den Ziehspalt eingebracht wird, einem unterhalb der Düsenblaseinrichtung
angeordneten Fallschacht, und einem am unteren Ende des Fallschachtes
angeordneten Sammelförderer zur Ablage und Wegförderung
der erzeugten Mineralwolle als kontinuierliche Bahn. Ferner betrifft
die Erfindung ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 5.
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Beim
Düsenblasverfahren werden aus einer Reihe von Öffnungen
eines Schmelzezerteilers austretende Primärfäden
dem Ziehspalt einer Blasdüseneinrichtung zugeführt
und in einer ebenfalls in den Ziehspalt eintretenden Gasströmung
beschleunigt und so vorgezogen. Im Ziehspalt herrscht ein Geschwindigkeitsprofil der
Strömung mit ausgeprägter Randbetonung, wobei
die randseitigen Hochgeschwindigkeitsströmungen in der
Regel durch randseitig eingedüste Blasströme erzeugt
werden, welche auch die für den Ausziehvorgang benötigte
Energie in die Einrichtung einbringen. Infolge der randseitigen
Geschwindigkeitsspitzen und damit entstehender Unterdruckzonen gerät
der Primärfaden durch seitliche Auslenkung in Schwingung
und pendelt in schneller Folge zwischen den beiden randseitigen
Hochgeschwindigkeitszonen hin und her. Dabei geraten immer wieder
Fadenbestandteile unter die Einwirkung der randseitigen Hochgeschwindigkeitsströme
und werden von diesen mitgerissen, während dazwischen liegende
Fadenbestandteile den Spalt zwischen den randseitigen Hochgeschwindigkeits zonen überbrücken.
Auf diese Weise kommt es zu peitschenknallartigen Effekten, in denen
die Fadenbestandteile unter der Einwirkung unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten
Zugkräften ausgesetzt sind und zu dünnen Fasern
ausgezogen werden. Hinter dem Ausgang der Blasdüseneinrichtung
wird die Gas-Fasern-Dispersion verzögert und der statische
Druck der Gasströmung etwa auf Umgebungsdruck angehoben,
um die durch Abkühlung verfestigten Fasern schließlich
zur Bildung eines Vlieses mit Bindemittel benetzen und ablegen zu
können. Zur Verzögerung wird üblicherweise
ein Unterschalldiffuser eingesetzt. Dabei muss die Abkühlung
der Fasern zum Zeitpunkt der Aufbringung des Bindemittels bereits
so weit fortgeschritten sein, dass dieses nicht vorzeitig aushärtet.
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Derartige
Blasdüseneinrichtungen sind beispielsweise aus der
DE 35 09 424 A1 und
der
DE 38 07 420 A1 bekannt
geworden. Wie in der zuletzt genannten Schrift ferner dargelegt
ist, wird der Schmelze-Massenstrom in einer Austrittsöffnung
der Verteilerwanne durch die Temperatur und den geostatischen Druck
der Schmelze, den Bohrungsdurchmesser sowie die Höhe des
statischen Unterdrucks in der Austrittsebene der Bohrungen bestimmt.
Dieser wird im Allgemeinen durch Einblasen des Treibgases aus Düsenöffnungen
erzeugt. Das Treibgas wird durch eine Kompressoreinrichtung bereitgestellt,
der Blasdüseneinrichtung zugeführt und über
in der Regel schlitzförmige Düsenöffnungen
im oberen Bereich des Ziehspalts eingeführt. Das Einblasen
des Treibgases durch die Blasdüseneinrichtung erfolgt dabei
zu beiden Seiten des Ziehspaltes im Wesentlichen wandparallel bzw.
parallel zu einer Mittelachse der Blasdüseneinrichtung.
Die Strömungsgeschwindigkeit der ausziehenden Gasströme,
die sich aus dem Treibgas sowie den angesaugten heißen
Verbrennungsgasen und aus der Umgebung mitgerissener Sekundärluft
zusammensetzen, kann durchaus im Überschallbereich liegen.
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Die
zuverlässige und exakt gesteuerte Bereitstellung des Treibgases
hat somit wesentlichen Einfluss auf die Faserbildung in der Zerfaserungsstation.
Das Treibgas, welches in der Regel Luft ist, wird dabei herkömmlich über
Turbokompressoren bereitgestellt, welche zur Erzeugung der erforderlichen
großen Massenströme mehrstufig ausgeführt
sind und sowohl eine Zwischen- als auch eine Endkühlung
des Treibgases durchführen. Diese Kühlschritte
erlauben dabei, das Treibgas trotz der großen Massenströme
und hoher Strömungsgeschwindigkeiten mit einer derart geringen
Temperatur bereitzustellen, dass eine vorzeitige Aushärtung
des im Fallschacht aufgetragenen Bindemittels zuverlässig
vermieden werden kann.
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Allerdings
hat sich in der Praxis gezeigt, dass der Energieaufwand für
den Betrieb einer Zerfaserungsvorrichtung nach dem Düsenblasverfahren
erheblich ist und eine Verbesserung der Effizienz wünschenswert wäre.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße
Vorrichtung zur Herstellung von Mineralwolle nach dem Düsenblasverfahren
derart weiterzubilden, dass der Prozess mit geringerem Energieaufwand
und somit reduzierten Betriebskosten durchgeführt werden
kann. Darüber hinaus soll auch ein entsprechend verbessertes
Verfahren bereitgestellt werden.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches
1 gelöst. Diese zeichnet sich insbesondere dadurch aus,
dass die Kompressoreinrichtung eine einstufige Kompressoreinrichtung ist,
und dass die Kompressoreinrichtung keine Kühleinrichtung
für das Treibgas aufweist.
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Hierbei
hat sich erfindungsgemäß überraschend
gezeigt, dass entgegen der bisher vorherrschenden Meinung mit höherer
Temperatur eingebrachtes Treibgas einsetzbar ist, was insbesondere
durch den adiabatischen Druckabfall infolge der Volumenvergrößerung
im Ziehspalt bzw. nachgeordneten Fallschacht möglich ist.
Dabei wird die zur adiabatischen Expansion erforderliche Energie
dem Gas selbst entnommen, da kein Austausch mit der Umgebung stattfindet.
Die innere Energie sinkt also, und das Gas kühlt sich ab.
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Hierbei
wurde im Zuge der Erfindung ferner erkannt, dass durch das mit höherer
Temperatur eingebrachte Treibgas auch höhere Strömungsgeschwindigkeiten
desselben mit geringerem energetischen Aufwand erzielbar sind, da
die Schallgeschwindigkeit eines Gases entsprechend physikalischer
Gesetze wurzelproportional mit der absoluten Temperatur des Treibgases
zunimmt. Gleichzeitig nimmt die Dichte des Treibgases entsprechend
der Gasgleichung linear zur absoluten Temperatur ab, weshalb das
Treibgas erfindungsgemäß im Zerfaserungsbereich
mit höherer Temperatur, höher Geschwindigkeit
und geringerem Massenstrom vorliegt.
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Für
den Zerfaserungsvorgang ist dies vorteilhaft, da hierdurch ein schnelleres
Vorziehen der Primärfäden ermöglicht
wird, wodurch feinere Fasern und ein reduzierter Anteil an sogenannten
Perlen, also nicht zu Fasern verzogenen Schmelzenresten, erzielt
werden. Da die einzelne Faser somit ein geringeres Schmelzevolumen
aufweist, kühlt sie auch relativ schnell aus. Im Zuge der
Erfindung hat sich überraschend gezeigt, dass diese schnelle
Abkühlung der einzelnen Fasern hinreichend ist, um die
an sich im Hinblick auf die gewünschten Temperaturen für
den Bindemittelauftrag erforderliche Temperatureinstellung am Ausgang
der Blasdüseneinrichtung herzustellen. Eine vorzeitige
Aushärtung des Bindemittels kann somit erfindungsgemäß vermieden
werden.
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Darüber
hinaus läßt die Erfindung den weiteren wesentlichen
Vorteil zu, dass eine Zwischen- oder Endkühlung des Treibgases
an der Kompressoreinrichtung somit im Gegensatz zum Stand der Technik
nicht mehr erforderlich ist, was den energetischen Aufwand für
die Kühlung entfallen läßt. Da zudem
aufgrund der hohen Temperatur des Treibgases ein geringerer Massenstrom
desselben erforderlich ist, kann eine Kompressoreinrichtung mit
geringerer Leistung als im Stand der Technik eingesetzt werden,
was zu einer weiteren Energieeinsparung führt. Erfindungsgemäß kann
daher eine Kompressoreinrichtung einstufiger Art ohne eine Kühleinrichtung
verwendet werden, was zudem auch den vorrichtungstechnischen Aufwand
verringert.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt somit eine
besonders feine Zerfaserung der Schmelze und daher die Herstellung
eines hochwertigen Mineralwolleprodukts, wobei gleichzeitig gegenüber
dem Stand der Technik eine deutliche Reduzierung des Energieaufwands
gegeben ist.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis
4.
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So
kann die Kompressoreinrichtung so ausgelegt sein, dass sie das Treibgas
mit einer Austrittstemperatur von weniger als 250°C bereitstellt.
Damit kann eine vorzeitige Aushärtung des Bindemittels
besonders zuverlässig vermieden werden.
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Ferner
beträgt der maximale Betriebsüberdruck der Kompressoreinrichtung
bevorzugt 3,5 bar. In praktischen Versuchen hat sich gezeigt, dass
bereits bei einem derartigen Druck ein hinreichender statischer
Unterdruck in der Austrittsebene des Schmelze-Massenstroms aus der
Verteilerwanne hergestellt wird, um qualitativ hochwertige Mineralfasern
auszuziehen. Zudem lässt sich hierdurch auch der erforderliche
Energiebedarf begrenzen sowie auch der vorrichtungstechnische Aufwand
gering halten.
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Von
weiterem Vorteil ist es, wenn die Kompressoreinrichtung als ölfreier
Schraubenverdichter ausgebildet ist. Dadurch liegt mit dem ölfrei
bereitstellbaren Treibgas ein Medium vor, welches die Herstellung
des statischen Unterdrucks in der Austrittsebene der Verteilerwanne
sicherstellt, ohne dass Fremdstoffe in diesen Bereich eingebracht
werden, welche zu einer Beeinträchtigung des Prozesses
führen könnten.
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In
verfahrenstechnischer Hinsicht wird die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung durch die Verfahrensschritte gemäß Anspruch
5 gelöst. Dieses Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch
aus, dass das Treibgas durch einen einstufigen Kompressionsschritt
bereitgestellt wird, und dass das Treibgas ungekühlt von
der Kompressoreinrichtung bereitgestellt wird. Hierdurch lassen
sich analog die oben anhand der Vorrichtung erläuterten
Effekte und Vorteile erzielen.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 6 bis
8. Hierdurch werden analog die anhand der Ansprüche 2 bis
4 erläuterten Vorteile und Effekte erzielt.
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Gemäß Anspruch
9 betrifft die vorliegende Erfindung ferner die Verwendung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung
von Mineralwolle aus mineralischen Rohstoffen nach dem Düsenblasverfahren. Hierdurch
lässt sich der Prozess mit besonders geringem Energieaufwand
und reduzierten Betriebskosten durchführen, wobei hochwertige
Mineralwolleprodukte herstellbar sind.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand
der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigt:
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1 eine
schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung; und
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2 ein
Detail der Vorrichtung gemäß 1,
welches in dieser mit X gekennzeichnet ist.
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Entsprechend
herkömmlichen Anlagen weist eine Vorrichtung 1 zur
Herstellung von Mineralwolle aus mineralischen Rohstoffen nach dem
Düsenblasverfahren eine hier nicht gezeigte Schmelzwanne
auf, in welcher eine mineralische Schmelze bereitgestellt wird.
Diese Schmelze wird im Kopfbereich der Vorrichtung 1 Verteilerwannen 2 zugeführt,
wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß der
Darstellung in 1 zwei Verteilerwannen 2 gegeben
sind.
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Vertikal
darunter liegend befindet sich jeweils eine Blasdüseneinrichtung 3,
welche von einer separat angeordneten Kompressoreinrichtung 4 mit
einem Treibgas, hier Druckluft, versorgt wird.
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Die
mineralische Schmelze tritt dabei durch Austrittsöffnungen 21 am
unteren Ende jeder Verteilerwanne 2 hindurch und bildet
eine Vielzahl von Primärfäden, welche dann in
einem Freiraum zwischen zwei Blasdüsenhälften 31 der
Blasdüseneinrichtung 3 eintreten, welcher einen
Ziehspalt 32 ausbildet. Mit Hilfe des durch die Kompressoreinrichtung 4 bereitgestellten
Treibgases werden diese Primärfäden dann im Ziehspalt 32 mittels
der eintretenden Gasströmung beschleunigt und vorgezogen.
Die mineralische Schmelze wird hierdurch zerfasert und schließlich
nach Durchtritt durch einen Leitschacht 5 mittels Sprühdüsen 6 mit
einem Bindemittel beaufschlagt. Die so entstandenen Bindemittel
benetzten Fasern fallen dann einen Fallschacht 7 hinunter
und werden auf einem Sammelförderer 8 abgelegt.
In 1 ist ein Bandabschnitt dieses herkömmlichen Sammelförderers 8 gezeigt.
Dort bilden die einzelnen Fasern eine Mineralwollebahn 9 aus,
welche in Pfeilrichtung aus dem Fußbereich des Fallschachtes 7 zur
weiteren Bearbeitung weg befördert wird.
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Wie
aus den Figuren ferner ersichtlich ist, weist die Kompressoreinrichtung 4 einen
einstufigen Kompressor 41 auf, der hier nur schematisch
angedeutet ist. Dieser stellt ein mit einem Betriebsüberdruck
von max. 3,5 bar gegebenes Treibgas bereit, welches dann über
ein Zuleitungssystem 42 jeweils den beiden Blasdüsenhälften 31 zugeführt
wird. Wie insbesondere aus 2 ersichtlich
ist, wird das Treibgas dabei über Hohlräume 33 in
den Blasdilsenhälften 31 zu Einblasschlitzen 34 zugeführt.
Hierdurch werden randseitig eingedüste Blasströme
im Ziehspalt 32 erzeugt, welche im wesentlichen den Zerfaserungsvorgang
bestimmen. Die Primärfäden werden somit im Ziehspalt 32 zu
einem Strömungsbündel S von Mineralfasern zerfasert.
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Als
Kompressionseinrichtung
4 wird dabei der erläuterte
einstufige Kompressor
41 eingesetzt, welcher über
keine Kühleinrichtung für das Treibgas verfingt,
d. h. ohne einen Zwischen- oder Endkühler ausgebildet ist.
Nachfolgend sind die Betriebsparameter eines derartigen Kompressors
41 bei
drei unterschiedlichen Betriebsüberdrücken zusammengefasst:
| Betriebsüberdruck
in bar | 3,5 | 3 | 2,5 |
| Volumenstrom
in m3/h | 6.528 | 6582 | 6708 |
| Wellen-Leistungsbedarf
in kW | 479 | 438 | 383 |
| Gesamt-Leistungsbedarf
kW | 498 | 455 | 398 |
| spez.
Wellen-Leistung kW/m3/h | 0,0734 | 0,0665 | 0,0571 |
| spez.
Gesamt-Leistung kW/m3/h | 0,0763 | 0,0692 | 0,0593 |
| Druckluftaustrittstemperatur
in °C | 195 | 178 | 160 |
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Je
nach Art und Zusammensetzung der mineralischen Schmelze wie auch
der zu bildenden Fasern bzw. des herstellenden Mineralwolleproduktes
ist dabei die geeignete Betriebsweise zu wählen. Wie aus
dieser Tabelle ferner erkennbar ist, kann die Austrittstemperatur
des Treibgases auch unter 200°C liegen und für einige
Anwendungsfälle auch weniger als 180°C, oder 160°C
und weniger betragen. Auch der Betriebsüberdruck kann z.
B. bei nur 3 bar oder in einigen Fällen bei nur 2,5 bar
oder weniger liegen.
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Die
Erfindung lässt neben der erläuterten Ausführungsform
weitere Gestaltungsansätze zu.
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So
kann anstelle des Leitschachtes
5 z. B. auch ein Unterschalldiffuser
eingesetzt werden, welcher sich direkt an die Blasdüseneinrichtung
3 anschließt.
Ein Beispiel hierfür ist u. a. in der
DE 38 07 420 A1 erläutert.
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Ferner
ist es nicht zwingend erforderlich, dass die erzeugten Mineralfasern
mit einem Bindemittel im Fallschacht benetzt werden. Gerade in einem
solchen Fall ist es dann auch nicht nötig, die Austrittstemperatur des
Treibgases aus der Kompressoreinrichtung auf weniger als 250°C
einzustellen. Sie kann dann auch höher liegen. Sofern geeignete
Bindemittel eingesetzt werden oder durch andere Weise eine vorzeitige
Aushärtung derselben verhindert wird, wie z. B. Eintrag
von Kühlwasser, kann die Austrittstemperatur des Treibgases ebenfalls
in einem Bereich über 250°C sein.
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Gleichermaßen
ist es nicht erforderlich, dass der maximale Betriebsüberdruck
der Kompressoreinrichtung bei 3,5 bar liegt. Für manche
Anwendungsfälle können ferner andere, also auch
höhere Betriebsüberdrücke sachgerecht
sein.
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Auch
wenn ein ölfreier Schraubenverdichter eine bevorzugte Ausgestaltungsweise
einer Kompressoreinrichtung 4 ist, können dennoch
auch andere Arten von Kompressoren für den erfindungsgemäßen
Zweck verwendet werden. Zudem können auch die Betriebsparameter
von den oben aufgezeigten abweichen und andere praxisgerechte Werte
annehmen. Im Prinzip eignet sich jede Kompressoreinrichtung für
das erfindungsgemäße Verfahren, welche mit geringem
energetischen Aufwand ein geeignetes Treibgas bereitstellt, was
gerade durch den Verzicht auf eine Kühleinrichtung für
das Treibgas gefördert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3509424
A1 [0003]
- - DE 3807420 A1 [0003, 0030]