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Vorrichtung zum Herstellen von Fasern aus geschmolzenem Material,
insbesondere Hochofenschlacke Die Erfindung bezieht sich auf eine zum Herstellen
von Fasern aus geschmolzenem Material, insbesondere Hochofenschlacke dienende Vorrichtung,
die im wesentlichen aus einem Schmelzofen mit einer überlaufeinrichtung für den
Schlackenstrahl und einer nachgeschalteten Zerfaserungseinrichtung besteht.
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Bei den bekannten Vorrichtungen obiger Art bereitet die für die anschließende
Zerfaserung notwendige Erzeugung eines gleichmäßigen, in seiner Stärke regelbaren
Schlackenstrahles erhebliche Schwierig keiten, die hauptsächlich dadurch bedingt
sind, daß sich an der Überlaufstelle unregelmäßige Schlackenansätze bilden, die
zu wechselnden Auslaufbahnen und Ablaufstellen des Schlackenstrahles sowie zu Ungleichmäßigkeiten
hinsichtlich der Strahldicke führen.
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Um die vorerwähnten Mängel zu vermeiden, ist man dazu übergegangen,
den Schlackenstrahl nicht durch Überlaufen, sondern mittels im Boden des Schmelzofens
bzw. seines Vorherdes angeordneter Auslaufdüsen zu erzeugen, die zu diesem Zweck
kühlbar sind. Oberhalb der Auslaufdüsen sind im Vorherd Heizelektroden vorgesehen,
die in die Schmelze hineinragen und letztere hinreichend erhitzen bzw. dünnflüssig
halten sollen. Durch die Kühlung der Auslaufdüsen wird angestrebt, daß sie sich
mit einer Schicht aus erstarrter Schmelze überziehen, um dadurch gegen den Angriff
der flüssigen Schmelze geschützt zu werden. Zu praktisch befriedigenden Ergebnissen
ist man dabei aber auch nicht gekommen, und zwar hauptsächlich deswegen nicht, weil
der durch die Auslaufdüse hindurchtretende Schlackenstrahl sich in seiner Dicke
nicht hinreichend konstant halten läßt. Das liegt im wesentlichen daran, daß in
solchen Auslaufdüsen sehr labile Ausflußverhältnisse vorliegen, die dazu führen,
daß sich die Düsen in nicht zu kontrollierender Weise mehr oder weniger stark mit
erstarrter Schlacke zusetzen und nur schwierig wieder zu öffnen sind.
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Es wurde nun gefunden, daß man Schlackenstrahlen von für ihre anschließende
Zerfaserung größtmöglicher Gleichmäßigkeit hinsichtlich Strahldicke, Temperatur
und Kontinuität sehr viel besser dadurch erzeugen kann, daß man den Schlackenstrahl
über eine Überlaufeinrichtung des Schmelzofens ablaufen läßt, diese aber in besonderer
Weise nach der Erfindung ausbildet. Zu diesem Zweck besteht die überlaufeinrichtung
erfindungsgemäß aus einem an sich bekannten, mit einem Überzug aus feuerfestem Werkstoff
versehenen, metallischen überlaufbalken, der in regelbarer Weise von innen heraus
zu kühlen und an seiner mit dem Schlackenstrahl in Berührung kommenden Oberfläche
von außen durch Bestrahlung zu beheizen ist. Auf diese Weise gelingt es, an der
überlaufstelle gleichbleibende Ablaufbedingungen für die Schlacke zu schaffen, mithin
ruhig fließende Schlakkenstrahlen gleichmäßiger Stärke und Temperatur zu erzeugen.
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Das Kühlen von Überläufen an Glasschmelzöfen ist grundsätzlich bekannt.
Dabei hat man ein von Kühlwasser durchströmtes Rohr zwischen dem Glasherd und dessen
überlaufrinne so angeordnet, daß an dieser Übergangsstelle ein starker Temperaturabfall
entsteht, durch den das Eindringen von Glas in die Verbindungsfuge zwischen Herd
und überlaufrinne verhindert werden soll, um auf diese Weise die Überlaufrinne nach
hinreichender Abnutzung leichter auswechseln zu können. Auch ist es bei der Glasfaserherstellung
bekannt, die aus dem Schmelzofen kommende Glasmasse auf einen schräg angeordneten,
rotierenden, hohlzylindrischen Träger auftreffen zu lassen, an dem das Glas in dünner
Schicht herunterfließt,
bis es an dessen unterem Ende durch hier
austretende Druckluft weggeblasen bzw. zerfasert wird. Um dabei die an dem hohlzylindrischen
Träger herabfließende Glasmasse hinreichend dünnflüssig zu halten, können der Träger
und der auf ihm befindliche Glasfilm von außen durch Gasflammen beheizt werden.
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Im Gegensatz zu der vorerwähnten, jeweils für sich bekannten Kühlung
von Glas-Überlaufrinnen und der direkten Flammenbeheizung einer rotierenden Trommel
für die Glaszerfaserung können bei der erfindungsgemäß ausgebildeten überlaufeinrichtung
durch das Zusammenwirken der regelbaren Kühlung der Überlaufrinne mit deren von
außen erfolgender Strahlungsbeheizung die Schlackenstrahlviskosität und Temperatur
an der Überlaufstelle so eingestellt werden, daß sich hier besonders günstige Ablaufverhältnisse
für die Schlacke ergeben und diese ständig beibehalten werden können.
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Der Überlaufbalken besitzt vorteilhaft mehrere der Anzahl der gewünschten
Schlackenstrahlen entsprechende Überlaufrinnen und besteht zweckmäßig aus einem
mit feuerfestem Werkstoff umkleideten Kühlrohrsystem, das die Rinnen des überlaufbalkens
einzeln für sich und unabhängig voneinander zu kühlen erlaubt. Dabei hat es sich
in der Praxis besonders bewährt, den Überlaufbalken aus mehreren auf einem gekühlten
Tragbalken angeordneten Gußkörpern aufzubauen, die mit eingegossenen Kühlrohren
versehen und mit einer keramischen Masse hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. Siliziumkarbid,
überzogen sind. Zur Verbesserung der Regelmöglichkeit kann es angebracht sein, das
für die Rinnen vorgesehene Kühlrohrsystem noch weiter zu unterteilen, beispielsweise
so, daß man den Binnengrund, die Binnenseiten und den oberen Teil der Rinne unabhängig
voneinander kühlen kann. Das Kühlrohrsystem kann unter Verwendung geeigneter Versteifungen
und Armierungen in die feuerfeste Masse eingebettet sein. Als besonders zweckmäßig
hat es sich erwiesen, das Kühlrohrsystem in einen Gußkörper einzugießen oder es
in geeigneter Weise in eine metallische Ummantelung einzubauen, wodurch sehr günstige
Wärmeleitungsverhältnisse, also gute Kühlwirkungen auf die feuerfeste Umkleidungsmasse
erzielt werden können. Es ist aber auch möglich, den überlaufbalken unabhängig von
Kühlrohren mit einem eigenen System von Kühlkammern zu versehen. Da der Überlaufbalken
so ausgebildet sein soll, daß seine Temperatur innerhalb eines weiten Bereiches
geregelt werden kann, ist es zweckmäßig, das Kühlsystem aus einem Werkstoff herzustellen,
der auch bei hoher Temperatur, z. B. noch bei 1100° C, gegenüber den wichtigsten
Kühlmitteln, wie z. B. Luft und/oder Wasser, beständig ist. Ferner ist es zweckmäßig,
alle metallischen Teile des überlaufbalkens, die bei einem etwaigen Abplatzen der
feuerfesten Ummantelung dem Angriff von Schlacke oder Heizgasen ausgesetzt sind,
aus zunderbeständigem Material herzustellen.
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Das Aufbringen der feuerfesten Masse auf den Überlaufbalken kann in
einfachster Weise, z. B. durch Aufstampfen, erfolgen. Dabei ist es, wie schon erwähnt,
von Vorteil, durch Anwendung geeigneter Armierungen einen guten Wärmeschluß und
darüber hinaus auch eine einwandfreie mechanische Verbindung zwischen dem metallischen
Körper und dessen feuerfester Umkleidung zu erzielen. Die Stärke der aus feuerfester
Masse bestehenden Umkleidung des Überlaufbalkens wird so gewählt, daß sich an dessen
von dem Schlackenstrahl berührten Stellen Schlackenschichten solcher Dicke ansetzen,
daß die Binnenkonturen nicht wesentlich verändert werden und ein Abplatzen von erstarrter
Schlacke vermieden wird. Die Regelung der Dicke der Schlackenstrahlen erfolgt in
einfacher Weise durch ändern der Kühlwirkung im metallischen Teil des Überlaufbalkens,
z. B. innerhalb des Temperaturbereiches zwischen 20 und 1100° C, wodurch in den
Ablaufrinnen eine in ihrer Stärke veränderliche, aber doch hinreichend gleichmäßig
bleibende Schicht erstarrter Schlacke gebildet bzw. aufrechterhalten wird.
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Die Beheizung des überlaufbalkens an den Stellen, an denen seine Oberfläche
mit flüssiger Schlacke in Berührung steht, erfolgt zweckmäßig mit Hilfe von Strahlungsbrennern.
Es ist aber auch möglich, dafür die Wärmestrahlung des Ofenraumes unter Verwendung
geeignet anzuordnender Strahlungsflächen zu benutzen. Ebenso kommen dafür Kombinationen
von Strahlungsflächen und zusätzlichen Brennern in Frage. Die Heizwirkung wird dabei
jeweils so eingestellt, wie das mit Rücksicht auf die gewünschte Dicke des Schlackenstrahles
und seine Temperatur nötig ist. Die Beheizung derjenigen Stellen, an denen sich
die Schlackenstrahlen vom überlaufbalken ablösen, kann ebenfalls durch Strahlungsbrenner
und/ oder Strahlungsflächen geschehen. Dabei ist die Heizwirkung beispielsweise
durch Verstellen der Strahlungsflächen oder durch Regeln der Strahlungsbrenner so
einzustellen, daß ein gutes. Ablösen des Schlackenstrahles von dem überlaufbalken
gewährleistet ist. Bei zu starker Beheizung neigt die flüssige Schlacke dazu, an
der Oberfläche der feuerfesten Umkleidung des überlaufbalkens in undefinierter Weise
entlang zu laufen und sich an wechselnden Stellen abzulösen, während demgegenüber
eine zu geringe Heizwirkung zu einer ebenso störenden Bildung langwachsender Schlackenzapfen
führt.
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Die Merkmale der Erfindung seien an Hand zweier in den Zeichnungen
dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei zeigt Fig.1 die Auslaufseite
eines Schmelzofens mit nachgeschalteter Zerfaserungseinrichtung im Längsschnitt,
Fig. 2 eine entsprechende Schnittdarstellung in vergrößertem Maßstab, Fig. 3 die
zu Fig. 2 gehörige Aufsicht und Fig.4 einen Längsschnitt durch die Auslaufseite
eines Schmelzofens anderer Ausführung.
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Der in Fig. 1 abgebildete Schmelzofen besteht im wesentlichen aus
der mit flüssiger Schlacke gefüllten Wanne 1, dem Ofengewölbe 2 und dem überlaufbalken
3. Letzterem gegenüber sind Strahlungsbrenner 4 angeordnet. Die Schlackenstrahlen
5 laufen in der dargestellten Weise über den Überlaufbalken und fallen von hier
aus frei nach unten, wo sie von den Ringschlitzdüsen 6 der nachgeschalteten Zerfaserungseinrichtung
angesaugt, hereingezogen und schließlich verblasen werden. Strahlungsklappen 7 und
verstellbar angeordnete Strahlungsplatten 8 ermöglichen zusammen mit dem Strahlungsbrenner
4, die Schlackenstrahlen 5 auf der gewünschten Temperatur zu halten.
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In Fig. 2 sind der Überlaufbalken 3, die Strahlungsbrenner 4 und die
Strahlungsklappen 7 und -schieber 8 in größerem Maßstab dargestellt. Der Überlaufbalken
3 besteht aus einzelnen, unabhängig
voneinander kühlbaren Gußkörpern
9, die, wie Fig. 3 zeigt, jeder Rinne 10 zugeordnet sind. Innerhalb der Gußkörper
9 sind Kühlrohre 11 vorgesehen, die mit den Anschlußleitungen 12 verbunden sind,
welche zur Zu- und Ableitung des Kühlmittels, beispielsweise Luft, eines Luft-Wasser-Gemisches
oder Wasser dienen. Die einzelnen Gußkörper 9 sind auf einem kühlbaren Tragbalken
13 angeordnet. Der so gebildete metallische Körper des überlaufbalkens ist mit einer
keramischen Masse 14 hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. Siliziumkarbid, überzogen,
wobei nicht eingezeichnete angegossene Stifte für eine gute mechanische Haftung
sorgen.
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Die Strahlungsbrenner 4 sind so angeordnet, daß sie die Rinnen 10
für die Schlackenstrahle einschließlich der Ablösestellen 10' unabhängig voneinander
regelbar zu beheizen gestatten. Unterhalb der Ablaufstellen 10' ist auf der den
Strahlungsbrennern 4 gegenüberliegenden Seite die Strahlungsklappe 7 angeordnet,
die im vorliegenden Ausführungsbeispiel um die Achse 7' zu verschwenken ist, während
unterhalb der Strahlungsbrenner 4 die für jeden Schlackenstrahl einzeln verstellbaren
Strahlungsschieber 8 vorgesehen sind. Strahlungsklappen und -schieber bestehen aus
Metall, das an der der Wärmeeinstrahlung zugekehrten Seite mit feuerfestem Material
belegt ist.
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Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen werden die Schlackenstrahle
5 in ihrer Dicke und Temperatur durch die Kühlung der Ablaufrinnen 10 und durch
die vom Strahlungsbrenner 4 erzeugte Wärme geregelt. Der Regelbereich für die Temperatur
der Ablaufrinnen des überlaufbalkens ist so groß, daß er allen Anforderungen gerecht
wird. Desgleichen sind auch die Strahlungsbrenner 4 in hinreichend großem Umfang
zu regeln. Durch die Strahlungsklappe 7 und die Strahlungsschieber 8 kann das Ablösen
des Schlackenstrahles vom überlaufbalken 3 so gesteuert werden, daß sich ein gleichbleibender
Ablaufpunkt ergibt. Das ist beispielsweise bei gegebener Einstellung der Strahlungsklappe
7 für jeden Schlackenstrahl s ohne weiteres durch ein der eingestrahlten Wärme und
der Dicke des Strahles entsprechendes Vor- oder Zurückschieben der Strahlungsschieber
8 zu erreichen.
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In Fig.4 ist eine weitere Ausführungsform der neuen Vorrichtung dargestellt.
Auch in diesem Fall besteht der überlaufbalken 3 aus mehreren einzeln für sich gekühlten,
auf den Tragbalken 13 gemeinsam angeordneten Gußkörpern 9, die mit einem feuerfesten
Überzug 14 versehen sind. An Stelle der Strahlungsbrenner ist hier aber eine schrägverlaufende
Strahlungsfläche 15 vorgesehen, die die vom Gewölbe 2 des Ofens auffallende Strahlung
so an die Auslaufrinnen 10 des Überlaufbalkens weitergibt, wie das für die Erzeugung
eines gleichmäßigen Schlackenstrahles erforderlich ist. Die Regelung der Wärmeeinstrahlung
erfolgt hier also über die Temperatur des Ofengewölbes 2. Teilweise können natürlich
auch Kombinationen von Strahlungsbrennern 4 und Strahlungsflächen 15 vorteilhaft
sein. Unterhalb des Überlaufbalkens 3 ist im vorliegenden Fall eine feste Strahlungsfläche
16 vorgesehen. Die Regelung des Schlackenablaufs vom Überlaufbalken erfolgt wieder
durch verstellbare Strahlungsschieber B.