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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 Hochgeschwindigkeitszonen 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 lasst 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 Blasdüsenhälften 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 verfügt, 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.