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Strömdüse zum Herstellen von Schlacken-, Glas-, Gesteinswolle od.
dgl. Die Erfindung bezieht sich auf eine kreisfornüge Strömdüse zum Herstellen von
Schlacken-, Glas-, Gesteinswolle od.dgl., die, in axialer Richtung nach beiden Seiten
offen, mit einem gasförmigen Mittel bzw. Dampf als Ve.rbl-asemedium zwecks Zerfaserung
des durch die konisch sich erweiternde Düse hindurchströmenden Schmelzflusses besch-ickt
wird, wobei das Verblasemedium durch einen zwischen der Strömdüse und einer mit
dieser verbundenen, konisch sich erweiternden Vorsatztülle im Sinn einer Lavaldüse
ausgebildeten, ringförmigen Ausströmschlitz austritt.
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In derartigen bekannten, Strömdüsen erfolgt die Zerfaserung des Schmelzflusses
im wesentlichen im Anschluß an das Austrittsende der Düse. Eine bekannte Ausführungsform
ist derart ausgebildet, daß der lichte freie Querschnitt der Düse um ein Mehrfaches
größer ist als der Querschnitt des Schmelzstromflusses. Der lichte Querschnitt der
Düse erweitert sich dabei in Richtung des Schmelzstromflusses und der an der Düse
ringförmig angeordnete Ausströmschlitz für das Verblasemedium ist im Sinn einer
Lavaldüse ausgebildet. Bei einer verbesserten Ausführungsform der vorstehenden Strömdüse
ist vorgesehen, daß die Düse für die Zerfaserungg eines Schmelzstromes mit einem
Durchmesser von etwa 8
bis 10 mm einen Ein,-,angsqucrschm#t-t von 25
bis 33 mm Durchmesser aufweist. Die konische Erweiterune, des lichten freien
Querschnitts der Düse ist mit 6 bis 20' vorgesehen, außerdem ist am Austrittsende
der Düse eine im Querschnitt sich erweiternde Vorsatztülle. angeordnet, die mit
der Düsenschfibe dicht verbunden ist. Auf diese, Weise unischließt die Vorsatztülle
das Austrittsende der Strömilüse, wobei zwischen beiden der Ausströmschlitz fär
das Verblasemedium gebildet ist.
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Beim Herstellen von Schlacken-, Glas-, Gesteinswolle od. dgl. mittels
der bekannten Ringdüsen ist von der Annahme ausgegangen worden, daß nur dann eine
einwandfreie Wirkun- im Dauerbetrieb auftritt, wenn der freie, Eintrittsquerschnitt
der Strömdüse im Verhältnis zum Querschnitt des zur Zerfaserung gelanaenden Schmelzflusses
möglichst groß ist, um bereits am Düsentintritt große Mengen Frischluft einzusa-u-C
D.ns Ansaugen von atmosphärischer Frischluft erfolgt C
Üajektorartigdurch
die Wirkung des durch den #usströnischlitz austretenden Verblase-Mediunis. Dadurch
wird nach Eintritt des Schmelzflusses in die Strömdüse ein-- fast unmittelbare Aufte;lun-
desselben in eine große Anzahl feiner Einzelstralil,zn erreicht, welche infolge
der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Verblasemediums und der ein-
gesaugten
Frischluft zu Fasern ausgezogen werden und danacherstarren. Bei diesem Vorgang erfährt
der zu zerblasende Schmelzfluß, der beispielsweise eine Temperatur von etwa
1380 bis 14001 C hat, im Augenblick des Aufteilens auf viele Einzelstrahlen
und beim Zusammentreffen derselben mit der eingesaugten atmosphärischen Frischluft,
welche beispielsweise eine Temperatur von etwa 20' C hat, eine sehr rasche
Ab-
kühlung, der feinen Einzelstrahlen, so daß ein Ausziehen derselben zu
Fasern bester Qualität nicht vollständig gelingt und ein gewisser Prozentsatz an
Schmelzperlen C C entsteht. C, Bei den vielfachen Versuchen mit den Strömdüsen bekannter
Bauart, auch solchen in der verbesserten Ausführungsform, hat es sich gezeigt, daß
zwar ein zufriedenstellendes Produkt hergestellt werden kann, jedoch eine weitere
Qualitätsverbesserung desselben noch erwünscht und auch möglich ist.
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Dabei wurde gefunden, daß die, Querschnittsverhältnisse zwischen Strömdüse
und Schmelzfluß und die Frischluftzufuhr an bestimmten Stellen einen maßgeblichen
Einfluß hinsichtlich verbesserter Qualität des Erzeugnisses ausüben. Gemäß der Erfindung
WL deshalb vorgesehen, daß der Eintrittsquerschnitt der Strömdüse zum Querschiütt
des Sch-m-,lzstromfluisses meinem Verhältnis mit den Grenzwerten 1,6:1 (unterer
Grenzwert) und 2.0:1 (oberer Grenzwei-L) ausaebildet ist und an die VGrsa-tztfille
eine konisch sich erweiternde Kühlkanimer angeschlossen ist, die mit einem rin-gförn-ügen
Friscliluftzufi-,lirsclilitz versehen ist.
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Auf diese Weise ist eine St--römdüs-, geschaffen, welche, sowohl für
senkrechte als auch für horizontale Verblasungg des Schmelzflusses geeignet und
bei der
der Querschnitt groß genug ist, daß der zur Verblasung
kommende Schmelzstromfluß genügend Raum hat, ohne daß ein Ankleben von feinen Einzelstrahlen
an der Wandung der St-römdüse eintriti. Der wesentliehe Vorteil besteht darin, daß
sich keinerlei Schmelzperlenbildung, als Folge von zu zeitiger Abkühlung des zur
Verblasung kommenden Schmelzflusses ergibt.
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Als bevorzu-tes Verhältnis von Eintrittsquerschnitt der Strömdüse
zum Querschnitt des Schmelzstromflusses sieht die Erfindung ein Verhältnis von
1,8:1
vor.
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Als weiteres Merkmal ist gemäß Erfindung vorgesehen, daß die
konische Erweiterung an allen Teilen der Strömdüse kleiner als 71J ist. Die erfindungsgemäße
Ausbildung der Strömdüse sieht außer der an sich bekannten eigentlichen Strömdüse
und der mit dieser verbundenen Vorsatztülle eine Kühlkammer vor, welche gemäß der
Ertrindung aus zwei sich übergreifenden Teilen besteht, die zwischen sich einen
trichterförnügen Zwischenraum als Frischluftzufuhrschlitz aufweisen, der durch äußere
Rippen überbrückt ist, welche, die beiden Teile verbinden. Zweckmäßigenveise ist
die Anordnung so getroffen, daß der an die Vorsatztülle anschließende Teil der Kühlkammer
ein trie'nteriörmi- zulaufendes Außenende und der daran anschließende zweite Teil
ein entsprechend konzentrisch ausgebildetes Innenende aufweist. Die Ausbildung der
Kühlkammer kann gemäß der Erfinduno, außerdem so vorgenommen werden, daß die Län'ye
des an die Vorsatztülle anschließenden Teils der Kühlkammer etwa der Länge der Vorsatztülle
entspricht, während die- Länge des zweiten Teils der Kühlkammer ein Mehrfaches dieser
Länge ausmacht.
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Auf diese Weise ist es möglich, erhöhte Austrittsgeschwindigk-eiten
des Verblaseinediums und dadurch läng gere Fasern mit geringerem Energieaufwand
zu erzeugen. Dabei werden auch Schlieren- und Stoßg wirktingen vermieden, welche
eine Strömungsturbulenz erzeugen würden. Durch diese Maßnahmen kann in zuverlässialr
Weise und in Dauerbetrieb eine Qup.!.;tätsverbesscrun,o" des mittels der Strömdüse
gemäß der Erfindung C her-. gestellten Erzeugnisses erreicht werden, wie sie -mit
den bekannten- Strömdüsen noch nicht zu erhalten war.
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Der Gegenstand der Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel anHand
derZeichnung näher erläutert.
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In der Zeichnung ist schematisch durch den Pfeil A
der Eintritt
des Schmellzflusses bei senk-rechter Verblasung dargestellt, während der Pfeil B
den Eintritt des Schmelzflusses bei horizontaler Verblasun- andeutet. In beiden
Fällen ist der Querschnitt des Schmelzflusses mit F bezeichnet. Die eigentliche
Ströradüse 1 weist an ihrem Eintrittsende den Scheibcnteil 2 auf. Am Austrittsende
der Strömdüse 1 ist in an sich ebenfalls bekannter Weise die Vorsatztülle
3 vorgesehen, die mit einem äußeren Rinflansch 4 versehen ist, dessen freier
Rand mit dem Außenrand des Seheibenteils 2 dicht verbunden ist. Das am Austrittsende
der Strömdüse 1 befindliche Eintrittsende Ader Vorsatztülle 3 übergreift
das Austrittsende. der Strömdüse 1 in der Weisc"daß zwischen der Sirömdüse
1 und der Vorsatztülle 3 ein Ringspalt 5
vorhanden ist, der
im Sinn einer Lavaldüse ausgebildet ist und als Ausströmschlitz für das Verblasemedium
dient. Das Verblasemedium wird an einer Seite des Ringflanschees 4 zugogeführt und
in die zwischen dem Ringflansch 4 und der Vorsatztülle 3 ge-
Kammer
6 eingeleitet, die mit dem Ringspalt 5
in Verbindung steht.
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Diese im wesentlichen bekannte, Ausführungsform einer Strömdüse weist
erfindungsgemäß das Merkmal auf, daß der Eintrittsquerschnitt F 1 der Strömdüse
1
zum QuerschnittF,des Schmelzstromflusses in einem Verhältnis von vorzugsweise
i,8:1 ausgebildet ist. Außerdem ist am Austrittsende der Vorsatztülle
3
eine konisch sich erweiternde Kühlkammer 7 an., geschlossen, die
mit einem ringförmigen Frischluftzufuhrschlitz 8 versehen ist. Die Kühlkammer
7 besteht zu diesem Zweck aus zwei sich übergreifenden Teilen 9 und
10, die zwischen sieh einen trichterförmig,2n Zwischenraum aufweisen, der
den Frischluftzufuhrschlitz 8 bildet. Der an die Vorsatztülle 3 angeschlossene
Teil 9 der Kühlkammer 7 ist am Austrittsende der Vorsatztülle
3 auf diese aufgeschoben und daran befestigt, beispielsweise durch die in
der Zeichnung dargestellte Madenschraube 11. Die Verbindung zwischen Odem
Teil 9 unddem Teil 10 dex Kühlkammer 7
erfolgt mittels Rippen
12, die an :der Außenseite der l' ühlkammer 7 den Frischluftzufuhrschlitz
8 übierbrücken. Um dem Frischluftzufuhrschlitz 8 eine strömung chnisch
günstige Form zu geben, ist die Ausbildting der beiden sich übergreifenden Teile
9 und 10
der Kühlkammer 7 so vorgenommen, :daß der an die Vorsatztülle
3 anschließende Teil 9 der Kühlkammer ein trichterförmig zulaufendes
Außenende 13 undder daran anschließende, zweite Teil 10 der Kühlkammer
7
ein entsprechend konzentrisch ausgebildetes Innenende 14 aufweist. Auch
die Rippen 12 sind so gestaltet und angeordnet, daß im Frischluftzufuhrschlitz
8
beim Einzug g der Frischluft von außen keine strömunas'Lechnischen Störun-en
entstehen können. Ferner ist die Anordnung der X ühlkai-nmer 7 so
getroffen, daß die Länge des an die Vorsatztüll,- 3 anschließenden Teils
9 der Kühlkammer 7 etwa der Länge der Vorsatzüllle 3 entspricht,
während die Länge des zweiten Teils 10 der Kühlkammer 7 ein
Mehr'aelies dieser Länge ausmacht. Die Iconische Erweiterung sämtlicher
T eile der gesamten Strörndüse ist so ge-
wählt. daß die Innenwandunür
der Vorsatztülle 3 in diejenige des Teils 9 der Kühlkammer
7 und weiter in diejenigge des Teils 10 der 1,#-W-ilkammei
7 absatzlos übergeht und bei jedem der Teile kleiner als 7' ist.
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Die Wirkungsweisz der Strömtlüse gemäß der Erfindung ist folgende:
Der entweder in Richtung des Pfeils A oder des Pfeils B eintretende- Schmelzstromfluß
wird durch das durch den Ringspalt 5 mit großer Geschwindigkeit austretende
Verblaseinedium mitgerissen, in Einzelstrahlen aufgeteilt und diese zu feinen Fasern
ausgezooren, wobei die am Eintrittsquerschnitt F l der Strömdüse 1 eingesaugte
Frischluft diese Wirkung unterstützt. Auf diese Weise ist zwischen dem AustrittsquerschnittF2
der Strömdiisel und dem AustrittsquerschnitF3 der Vorsatztülle3 der eigentliche
Verblaseraum ausgebildet, in !welchem das Vakuum erzeugt wird, welches in seiner
größten Intensität am AustrittsquerschnittF4 des an die Vorsatztülle. anschließenden
Teils 9 der Kühlkammer 7 wirksam wird. Durch die Ausbildung des Ringspaltes
5 im Sinn einer Lavaldüse werden erhöhte Austrittsgeschwindigkeiten des Verblasemediums
-erzeugt, weil es auch bei Anwendung höherer Verblasedrücke, für das Verblasemedhim
nicht möglich ist, die kritische Schallaeschwindigkeft des verwendeten Verblasemediums
zu überschreiten. Beispielsweise konnten bei Verwendung
von überhitztem
Hochdruckdampf als Verblasemedium Austrittsgeschwindigkeiten hinter dem Ringspalt
5 der Strömdüse 1 von 21/2 Mach gemessen werden. Diese überhöhlen
Verblasegeschwindigkeiten des Verblasemediums steigern naturgemäß das Vakuu-m und
die Injektorwirkung, im Konus der Strömdii-:e 1 - in derartigem Umfang, daß
keine Schmelzperlenbildung zu beobachten is!. Nach dem Zerteilen des Schmelzflusses
in Einzelstrahlen und Ausziehen derselben zu feinen Fasern kann die Abkühlungderselben
ohne weiteres vorgenommen werden, so daß diese der durch den Luftzufuhrschhitz
8 der Kühlkammer 7 eintretenden Frischluft ausgesetzt werden können,
welche sich zwischen dem QuerschnittF4 und dem Querschnitt F 5 in das Innore der
Kühlkammer7 einmischt -, wodurch die endgültige Erstarrung der Fasern eintritt.
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Die thermetische und die Verschleißbeanspruchung der Strömdüse gemäß
der Erfindung ist naturgemäß ziemlich hoch, so daß es zweckmäßig ist, die mit dem
Schmelzestrahl und dem Verblasemedi#um in Berührung kommenden Teile aus hitzebeständigem
und verschleißfestem Spezialstahl herzustellen. Außerdem ist darauf zu achten, daß
die einzelnen Teile, genau konzentrisch zueinander angeordnet bzw. befestigt sind,
damit ungleiche Strömungen vermieden werden. Eine äquivalente Anpassung der einzeln-,ii-
Teile an bestimmte Betriebsverhältnisse ist möglich, ohne daß der Erfindungsgedanke
verlassen wird.
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