DE2738015A1

DE2738015A1 - Vorrichtung zur erzeugung von mineralfasern unter verwendung niedergespannter luft und verfahren zur erzeugung von mineralfasern

Info

Publication number: DE2738015A1
Application number: DE19772738015
Authority: DE
Inventors: William F Porter
Original assignee: United States Gypsum Co
Current assignee: United States Gypsum Co
Priority date: 1976-09-13
Filing date: 1977-08-23
Publication date: 1978-03-23
Also published as: NO141043C; FR2364185B1; ZA774090B; MX145867A; NO141043B; DK404177A; DE2738015C2; AT371083B; GB1583875A; BR7705613A; SE7710258L; AU508836B2; NO773135L; AU2629977A; CA1093305A; US4106921A; NL7709750A; SE425778B; FR2364185A1; ATA550077A

Description

D.|l. Ir.n ti. Wtickmnnn. Di.l f'm. IY K. Rntke Dipl. Uj. ι. A. Vi,i:Jv.tmü.i, '>}'·■■» "'lern. O. Hube.

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Mülilsiralje 22, 8000 München 86 Ψ 2738015

United States Gypsum Company in Chicago (USA) 101 South Wacker Drive

Vorrichtung zur Erzeugung von Mineralfasern unter Verwendung niedergespannter Luft und Verfahren zur Erzeugung von Mineralfasern

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von Mineralfasern, und insbesondere auf eine solche Vorrichtung, in der zur Bildung der Fasern Preßluft anstatt von Dampf, wie bisher üblich, verwendet wird. Außerdem erstreckt sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur Erzeugung solcher Mineralfasern.

Zufolge des Standes der Technik ist es bisher üblich, Fasern für Glas- oder Mineralwolle dadurch zu erzeugen, daß ein Strom des geschmolzenen Ausgangsmaterials, z.B. Glas oder Schlacke, zum Aufschlagen auf eine rotierende Fläche gebracht wird. Das Material wird von dort in den Strömungsweg mit großer Geschwindigkeit strömenden überhitzten Dampfes zentrifugiert. Durch den Dampf wird das zuerst flüssig in feine Stränge zerteilte Material zu Fasern in festem Aggregatzustand zerblasen. Unter den Patenten, die sich auf dieses Verfahren beziehen, seien die US-PSen 2 869 175, 2 944 284, 3 013 299 und 3 022 538 genannt. Jedoch waren die dart beschriebenen Verfahren, bei welchen Dampf verwendet wird, nicht völlig zufriedenstellend. Die verhältnismäßig große Geschwindigkeit und Stoßkraft des Dampfes führte zu unerwünschter Schwächung der Mineralfaser, zum Reißen und zum Bruch. Das beeinträchtigte den Nutzeffekt der Vorrichtung und die Güte des Endproduktes. Außerdem erforderte die Verwendung von Dampf Drehzahlen des Schleudergerätes, die innerhalb kritischer Grenzen gehalten werden mußten, um Fäden gewünschten Durchmessers zu erzielen. Wenn z.B. die Geschwindigkeit der rotierenden Scheibe zu groß war, ergab sich als Nebenwirkung eine Schwächung, was sich darin auswirkte, daß lose Fasern entstanden, die für normalen Gebrauch zu dünn und zerbrechlich waren. Außerdem waren die Fasern extrem kurz, sie nahmen nicht die Struktur längerer Fasern oder Fäden an.

Um die Nachteile der mit Dampf arbeitenden Fasernerzeugung zu vermeiden, wurde ein Verfahren und eine Vorrichtung entwickelt, die auf der Verwendung von Druckluft mit niederem Druck beruht. Das Verfahren und die Vorrichtung

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sind durch die US-PS 2 882 552 bekannt geworden. Durch die Anwendung komprimierter Luft wurde insofern ein Fortschritt erzielt, als die Nebenwirkung der Schwächung vermieden wurde; die Neigung der Fäden, zu brechen oder in kurze Längen zu zerreißen, war ausgeschaltet. Doch waren das Verfahren und die Vorrichtung noch diesem Patent nicht so wirksam wie gewünscht. Die Qualität der erzeugten Mineralwolle ließ hinsichtlich der Oberflächengleichförmigkeit und der Weichheit der fertigen Fasern einiges zu wünschen übrig. Außerdem ist die in dem Patent beschriebene Vorrichtung unbequem zu beschicken und schwierig in Betrieb zu halten. Die Vorrichtung verlangt große Aufmerksamkeit bei der Bedienung, sie arbeitet unregelmäßig, hat kleine Ausbringung und großen Verbrauch im Verhältnis zur Fasererzeugung.

Daher ist es Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Mineralfasern zu schaffen, die einen besseren Nutzeffekt hat als die bekannten Vorrichtungen.

Dabei ist es auch Erfindungsaufgabe, Fasern von besserer Gleichförmigkeit, größerer Länge und besseren Oberflächeneigenschaften zu erzeugen.

Zugleich soll das Verfahren und die Vorrichtung kostengünstig und einfach sein. Es wird eine lange instandsetzungsfreie Arbeitsdauer angestrebt.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung ergeben.

Gemäß de-.- Erfindung ist eine Vorrichtung zur Erzeugung von Mineralfasern vorgesehen, die einen Hohlkörper oder ein Gehäuse in Form einer toroidalen Kammer mit einer kreisförmigen zentralen öffnung aufweist. In unmittelbarer Nachbarschaft der kreisförmigen öffnung ist ein ringförmiger Schlitz und an einer entfernteren Stelle des Hohlkörpers ein Lufteinlaß vorgesehen. Bei dem Ringschlitz ist eine rotierende Trommel von Becherform vorgesehen, welcher die geschmolzene Schlacke zugeführt wird.

Bei einer verbesserten Ausführung sind in dem Hohlkörper rings um die zentrale öffnung eine Anzahl radialer

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Prallplatten angeordnet, welche einen gleichförmigen Luftzufluß zu dem Ringschlitz bewirken. Außerdem können in dem Hohlkörper verstellbare Leitplatten angebracht sein, welche Gleichförmigkeit des Luftstromes bewirken.

In der Zeichnung zeigen Fig. 1 und 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung im Seitenriß und in Draufsicht. Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2. Fig. 4 und 5 zeigen den Hohlkörper der Vorrichtung in Draufsicht, z.T. geschnitten und im Schnitt nach der Linie 5-5 in Fig. 4.

In Fig. 1-3 ist 11 der Hohlkörper oder das Gehäuse der Vorrichtung 10. Es ist im wesentlichen eine toroidale Kammer 12, die eine kreisförmige zentrale öffnung 13 aufweist. Der Hohlkörper 11 besitzt einen verlängerten Abschnitt 14, der in einem Lufteinlaß 15 endet. In letzterem ist eine Ventilklappe 16 zur Regelung der Lufteinströmung vorgesehen.

An einer drehbar gelagerten Welle 18 ist eine becher förmige Umlauftrommel 17 angeordnet und dort mittels einer Mutter 19 gesichert. Der Drehantrieb kann z.B. durch einen Elektromotor erfolgen. Zum Einführen geschmolzener Schlacke in den Hohlraum 21 der Umlauftrommel 17 ist eine Einlaufrinne 20 vorgesehen. Diese kann, wenn gewünscht, hohlwandig sein und Wasserkühlung aufweisen.

Wie besonders in Fig. 3 zu erkennen, ist die Welle 18 mit Wasserzu - und -ableitungsrohren 22,23 ausgestattet, die mit entsprechenden Zu- und Ableitungsrohren 24,25 in. der Umlauftrommel 17 verbunden sind. Zum Zuführen eines Adhäsivs, Schmiermittels oder sonstigen Materials, mit dem die entstandenen Fasern behandelt werden, ist eine Mittelröhre 26 angeordnet. Für den Austritt ist eine Düse 27 vorgesehen.

Aus Fig. 4 und 5 sind Einzelheiten des Gehäuses oder Hohlkörpers 11 zu entnehmen. Die ringförmige untere Wandung 31 des Gehäuses weist innen eine Verdickung 32

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auf. Diese kann eine an der Unterwand 31 aufgeschweißte kreisringförmige Platte darstellen. Außerdem weist der Hohlkörper 11 eine obere Wandung 33 auf, die aus einem kreisringförmigen Abschnitt 34 und einem mit diesem verbundenen kegelstumpfförmigen Abschnitt 3 5 besteht und in einer Ringlippe 36 endet. Auch die Verdickung 32 der unteren Wandung 31 weist eine Ringlippe 37 auf. Die beiden Ringlippen 36 und 37 bilden zusammen einen Ringspalt 38, durch welchen Druckluft aus der toroidalen Kammer 12 austreten kann. Der Abstand der beiden Lippen ist durch Stehbolzen 39 gesichert. Der Abstand darf bis zu 25 mm (1") betragen, besonders gute Ergebnisse werden aber mit einem Abstand von nur 6 mm (1/4 ") erzielt.

Um einen gleichförmigen Luftstrom von allen Seiten des Schlitzes aus zu erreichen, sind unbewegliche radiale Prallplatten 40 in der. toroidalen Kammer 12 angeordnet. Diese können auf beliebige Weise, z.B. durch Aufschweißen befestigt sein. Außerdem sind in dem verlängerten Lufteinlaßabschnitt 14 des Hohlkörpers 11 verstellbare Leitplatten 41 vorgesehen, die der gleichmäßigen Verteilung der Luft dienen. Diese Leitplatten 41 sind an lotrechten Achsen 43 befestigt, die mit einer geeigneten Handhabe, z.B. einem Schlüssel oder einem Handgriff verdreht werden können. An verschiedenen Stellen sind in dem Hohlkörper Druckmeßsonden 44 angeordnet. Diese prüfen zur Erleichterung der richtigen Einstellung der Leitplatten 41 den Luftdruck an verschiedenen Punkten. Es sind seitlich gelochte hohle Rohre, die an ihrem nach außen ragenden Ende abgedichtet sind. Im Betrieb wird die Welle und mit ihr die becherförmige Umlauftrommel 17 in Drehung versetzt. Zur Kühlung der letzteren wird Wasser in die Leitung 22 in der Welle 18 unter Druck eingeführt, welches dann die Leitungen 24 und 25 in der Behälterwandung durchströmt, um durch die Leituna 23 in der Welle wieder auszutreten. Außerdem wird ein Behandlungsmaterial, z.B. ein

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Adhäsiv durch die ebenfalls in der Welle 18 vorgesehene Leitung 26 und die Düse 27 gedrückt, von wo es die gebildeten Mineralfasern besprüht. Geschmolzene Schlacke wird in die Einlaufrinne 20 eingebracht und von dieser der Umlauftronunel 17 zugeführt. Die durch die Rotation derletzteren erzeugte Fliehkraft bewirkt, daß die flüssige Schlacke radial in dünnen Strängen nach außen geschleudert wird. Durch den Lufteinlaß 15 wird Druckluft zugeführt. Diese tritt aus dem Hohlkörper durch den Ringspalt 38 aus. Die dort herausgedrückte Luft fällt auf die dünnen Strahlen der flüssigen Schlacke auf und verwandelt sie in mineralische Fasern mit hervorragenden Eigenschaften hinsichtlich Dicke und Länge bei glatter Oberfläche und hoher Festigkeit. Zusätzlich wird die Faseroberfläche mit dem aus der Düse 27 austretenden Adhäsiv beschichtet.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens

sollte der Luftdruck etwa 0,2 bis 1,0 kp/cm über Normaldruck (3-13 psig) betragen, wobei der Bereich von 0,4 bis

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O,5 kp/cm (6-7psig) zu bevorzugen ist. Die zeitbezogene Luftmenge sollte zwischen 56 und 280 m /min, vorzugsweise bei 225 m /min (2000 - 10000, 8000 cub.ft.p.min.) liegen. Die Verwendung großer Luftmengen bei großem Volumen und niedrigem Druck zur Erzeugung der Fasern wirkt sich - im Gegensatz zu einem Verfahren mit kleinerem Volumen und größerem Druck - in besonders guter Fasernlänge und sehr glatter Oberfläche aus. Außerdem wird eine höhere Ausbringung erreicht, und es lassen sich große Ersparnisse erzielen. Ein weiterer Vorteil ist, daß an Arbeitskosten bei je einer Vorrichtung 140-360 s/h (8-20 t/h (Sept.1976)) je nach Brennstoff- und Energiekosten,eingespart werden können. Im Luftblasverfahren hergestellte Fasern sind feiner, glatter und fester als solche, die im Dampfblasverfahren erzeugt sind. Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugter Mineralfaserfilz federt

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besser und läßt sich besser handhaben als dampfgeblasener Filz. Bei Prüfung unter den Elektronenmikroskop erscheinen die erfindungsgemäß hergestellten Fasern glatt bei hervorragender Bindungsfähigkeit, besserer Elastizität und Verarbeitbarkeit. Für die Umlauftrommel wähle man, um
beste Ergebnisse zu erzielen, eine Drehzal von 2000 bis 3000 min"¹.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche :

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Mineralfasern durch Formen geschmolzener Schlacke und Umwandeln derselben in Fasern, gekennzeichnet durch

a) einen luftdurchströmten Hohlkörper (11), der eine im wesentlichen toroidale Luftkammer mit einem Drucklufteinlaß (15) und einer kreisrunden Mittenöffnung (13) sowie einem letztere umgebenden Ringspalt (38) darstellt, durch welchen die Luft zum Austritt in Richtung der Toroidachse bringbar ist,

b) eine becherförmige, auf einer Welle (18) angeordnete, in Drehung versetzbare Umlauftrommel (17), deren Randlippe in Nachbarschaft des Ringspaltes (38) angeordnet ist, und

c) einen Einlauf (20) zum Einführen der geschmolzenen Schlacke in das Innere der in Drehung befindlichen Umlauftrommel (17),

wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die durch die Umlauftrommel erzeugte Zentrifugalkraft Stränge flüssiger Schlacke in den aus dem Ringspalt austretenden Luftstrom schleudert, welcher dabei die Schlackenstränge in Mineralfasern umwandelt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Hohlkörper (11) einen in Richtung nach dem Lufteinlaß (15) verlängerten Abschnitt (14) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß im Lufteinlaß (15) des Hohlkörpers (11) eine Ventilklappe (16) zum Steuern der eintretenden Luft vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hohlkörper (11) rings um den Ringspalt (38) feste radiale Prallplatten (40) eingebaut sind, die der Herbeiführung eines gleichmäßigen Luftaustrittes

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aus dem Ringspalt dienen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet ,daß in dem verlängerten Abschnitt (14) des Hohlkörpers (11) einstellbare Leitplatten (41) angeordnet sind, die der gleichmäßigen Verteilung des eintretenden Luftstromes dienen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (38) durch zwei im Abstand voneinander angeordnete ringförmige Lippen (36,37) begrenzt ist und daß diese Lippen in Richtung des austretenden Luftstromes gerichtet sind, wogegen die Randlippe der Umlauftrommel (17) den letzteren entgegen gerichtet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der beiden ringförmigen Lippen (36,37) rund 6 mm (1/4") beträgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kühlwasserleitungen (22,23,24,25) sowohl in der Umlauftrommel (17) als auch in deren Welle (18) vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Welle (18) eine Zufuhrleitung (26) und an ihrem Ende eine Düse (27) zum Aufsprühen eines Behandlungsmaterials auf die Mineralfasern vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper von einer oberen Wandung (33) , einer unteren Wandung (31) und einer diese beiden mit Abstand verbindenden Seitenwandung umgrenzt ist und daß die obere Wandung (33) einen kegelstumpfförmigen Ansatz (35) aufweist, der in Richtung nach der unteren Wandung (31) konvergiert und dort die Mittenöffnung (13) umgibt, wobei die diese öffnung umgrenzenden und durch ihren Abstand den Ringspalt (38) bildenden Lippen (36,37) an der oberen bzw. an der unteren Wandung angeordnet sind.

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11. Verfahren zur Herstellung von Mineralfasern, dadurch gekennzeichnet, daß flüssige Schlacke einer Umlauftrommel zugeführt wird, und daß an der Peripherie derselben zirkulär ein Luftstrom erzeugt wird, welcher die aus der Umlauftrommel geschleuderte flüssige Schlacke in Mineralfasern umwandelt, wobei der Luftstrom mit einem überdruck von etwa 0,2 bis 1,0 kp/cm eine Strömungsmenge von etwa 56 bis 280 m je Minute fördert.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftstrom mit einem überdruck von rund 0,4 bis 0,56 kp/cm² etwa 225 m³/min fördert.

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