DE3104219A1

DE3104219A1 - "verfahren zum kontinuierlichen und kontrollierten schmelzen von im wesentlichen nichtmetallischen stoffen

Info

Publication number: DE3104219A1
Application number: DE19813104219
Authority: DE
Inventors: Georges Luxembourg Mathgen
Original assignee: Arbed SA
Current assignee: Wooding Corp Indian Mills Nj Us
Priority date: 1980-02-11
Filing date: 1981-02-06
Publication date: 1981-12-10
Also published as: DK54981A; AT387564B; BE887442A; GB2069670B; IT8119615A0; FI810404L; JPH0525819B2; NO810252L; NL8100434A; NO153605B; JPS56113335A; FR2477275A1; LU82154A1; DE3104219C2; GB2069670A; FR2477275B1; SE8100432L; ATA46881A; IT1135380B; NO153605C

Description

" ""-" '--""-- ".." .:. 4. Februar 1981

ARBED S.A., LUXEMBOURG ?. Il/d/i969

Verfahren zum kontinuierlichen und kontrollierten Schmelzen von im wesentlichen nichtmetallischen Stoffen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen und kontrollierten Schmelzen von im wesentlichen nichtmetallischen Stoffen, insbesondere von anorganischen Oxiden, für die Erzeugung von mineralischen oder keramischen Fasern.

Mineralfasern werden vor allem auf dem weiten Gebiet der Wärmeisolierung und Verstärkung von Produkten auf der Basis von Zement und Gips verwendet. Ihre Qualität und ihr Verhalten beim Gebrauch werden wesentlich von der Konstanz ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften bestimmt, die hauptsächlich von der Homogenität des flüssigen Schmelzbades abhängen, aus welchem die Fasern gebildet werden.

Es ist bekannt, daß sehr geringe Abweichungen des Homogenitätsgrades des Bades sowohl hinsichtlich der Zusammensetzung als auch vom thermischen Gesichtspunkt aus genügen, um die Qualität der erzeugten Fasern ebenso wie den Ausstoß der am Auslaß des Schmelzofens angebrachten Zerfaserungsanlage nachteilig zu beeinflussen.

Die in der Praxis bekannten Vorrichtungen zum Schmelzen der Ausgangsmaterialien für die Erzeugung von Mineralfasern sind hauptsächlich öfen vom Kupolofentyp (951) und Lichtbogen- oder Tauchlichtbogenöfen (5%). Induktionsöfen befinden sich noch im Stadium der Erprobung.

Das gemeinsame Merkmal der bekannten öfen und der darin gebildeten Bäder besteht darin, daß das Volumen des flüssigen Bades im Verhältnis zum Gesamtvolumen der Beschickung bzw. dem Fassungsraum des Ofens sehr klein ist. Dieses Verhältnis beträgt für die Kupolöfen nur 1:10 bis 1:50.

Die Volumsverkleinerung des flüssigen Bades ist jedoch im vorliegenden Zusammenhang sehr nachteilig, denn schon sehr schwache Veränderungen der Eigenschaften der Beschickungsmaterialien wirken sich immer merkbarer auf die Homogenität des Bades aus, im Maße als das Gesamtvolumen des Bades abnimmt.

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Das kontinuierliche Gießen von geschmolzenen anorganischen Oxiden ist in der Praxis ein sehr heikler Arbeitsgang, bei dem Veränderungen der Temperatur oder der chemischen Zusammensetzung sowie jeder die Homogenität der flüssigen Masse beeinflussende Faktor das gute Funktionieren der Vorrichtung für die Herstellung der gewünschten Fasern stören kann. Müßte diese Vorrichtung, z.B. wegen Verstopfung durch vorzeitige Verfestigung der gegossenen flüssigen Masse abgeschaltet werden, so würde dies Störungen in der gesamten Produktionsanlage mit sich bringen.

Außerdem zeigte es sich, daß bei der Durchführung der bekannten Schmelzverfahren mit kontinuierlichem Ausstoß der aus dem Gießloch austretende Flüssigkeitsstrahl ungleichmäßig ist, und zwar wegen Änderungen des Druckes, der auf ein verhältnismäßig begrenztes Volumen der schmelzenden Materialien im Ofen einwirkt, und wegen Änderungen der Temperatur, die zu Änderungen des Durchmessers der Gießöffnung führen. Diese Veränderungen oberhalb des Gießloches sind wegen des heterogenen Zustandes der flüssigen Masse an dieser Stelle schwer kontrollierbar.

Ziel vorliegender Erfindung ist daher ein Verfahren zum kontinuierlichen und kontrollierten Schmelzen von anorganischen Oxiden, das die Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß man aus einem abgedichteten, mit einer hitzebeständigen Auskleidung auf Kohlebasis sowie mit elektrischen Heiz einrichtungen (z.B. Tauchelektroden) versehenen Gefäß, das ein Bad von einer Masse von mindestens 8 Tonnen enthält, kontinuierlich eine solche Menge Flüssigkeit aus dem Bad abführt, daß der Ausstoß je Stunde kleiner ist als die Hälfte der Gesamtmasse des Bades und daß man das Bad in Abhängigkeit von diesem Ausstoß beschickt.

Der der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Gedanke weicht von dem Prinzip des Schwelzens in Kupolöfen ab, bei

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denen vergleichsweise kleine Mengen erschmolzen werden, iun direkt gegossen und in Fasern umgewandelt zu werden, und trägt den speziellen Erfordernissen der gestellten Aufgabe Rechnung.

Das erfindungsgemäße Verfahren beruht in seiner Wirkung darauf, daß eine für die Dauer der verschiedenen inter- und intramolekularen Wechselwirkungen im Verlauf des Schmelzvorganges der Rohstoffe ausreichende Verweilzeit ermöglicht und damit eine chemische und thermische Homogenisierung des Bades gewährleistet wird.

Im Falle eines Gemisches von Hochofenschlacke und 30-351 Siliciumdioxid soll diese Verweilzeit ungefähr 2 h betragen, was das erfindungsgemäße Verfahren gestattet (z.B. Beschickungsmasse 8 t/Ausstoß 4 t/h). Zu der Homogenität des Bades zufolge der ausreichend langen Verweilzeit kommt noch eine hohe thermische Homogenität zufolge einer hohen Unempfindlichkeit des Bades gegenüber unerwarteten Temperaturschwankungen. Diese Unempfindlichkeit gestattet eine korrekte Regelung der Wärmezufuhr, die zum Ausgleich der Wärmeverluste durch die kontinuierliche Zufuhr der Ausgangsmaterialien notwendig ist, deren Ausmaß von dem durch eine Regelung des Druckes im Ofeninneren bestimmten Ausstoß des Bades abhängt. Erfindungsgemäß wird in einem vollständig dichten Gefäß gearbeitet, so daß man den Druck mit großer Genauigkeit, z.B. mittels eines im Rauchfang angebrachten Drosselventils regulieren kann.

Gemäß einer ersten Ausführungsform kann man über der Badoberfläche einen Oberdruck erzeugen und zwar entweder durch Einblasen eines neutralen oder reduzierenden Gases oberhalb der Oberfläche oder durch direktes Einblasen eines solchen Gases oder Gasgemisches in die Masse des Bades durch den Gefäßboden oder eine hohle Tauchelektrode. Um über dem Bad einen Überdruck aufrechtzuerhalten, braucht das Drosselventil nur so eingestellt zu werden, daß der Druckunterschied zwischen

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dem gemessenen und dem gewünschten Druck ausgeglichen wird. Ein konstanter Oberdruck kann auch dadurch erzeugt werden, daß die Abgase des Bades in den Gefäß zurückgehalten werden und das Ventil so eingestellt wird, daß ein gewünschter Druckwert aufrechterhalten bleibt.

Eine zweite Ausführungsform sieht die Erzeugung eines Unterdruckes über dem Bad vor. Hierfür kann eine Vakuumpumpe mit variabler Leistung im Bypass in den Rauchfang eingeschaltet werden, wobei dafür gesorgt werden muß, daß der normale Auslaß hermetisch verschlossen ist. Der beim erfindungsgemäßen Verfahren realisierbare Bereich der Druckänderung liegt in der Größenordnung von 0,5 bar, was ausreicht, um den Ausstoß aus dem Gießloch als Funktion der Höhe des Bades im Ofen und der Veränderung des Durchmessers des Gießloches zu regeln, so daß ein mit der Zeit konstanter Ausstoß erhalten wird. Dies ist unerläßlich zur Erzielung einer optimalen Leistung der Zerfaserungsanlage sowie einer gleichbleibenden Qualität der erzeugten Faser.

Der Ofen kann kontinuierlich oder diskontinuierlich mit Materialien beschickt werden, die fest oder vorgeschmolzen sind, wie z.B. Hochofenschlacke. Es ist offensichtlich, daß durch eine Beschickung mit flüssigem Material der Energieverbrauch der Schmelzanlage beträchtlich verringert werden kann, wobei auch die Schwierigkeiten vermieden werden, die bei Anlauf der Anlage im Falle einer zu 100% festen Beschickung auftreten.

Die kontinuierliche oder diskontinuierliche Einbringung von flüssigen Materialien kann zweckmäßig aus einem abgedichteten Behälter erfolgen, der fest oder beweglich angeordnet und mit einer isolierenden Auskleidung sowie einer Heizeinrichtung ausgestattet ist.

Die Beförderung der vorgeschnolzenen Materialien aus dem Behälter zum Ofen erfolgt über eine abgedichtete Leitung ■it Graphitinnenwand. Man kann eine Beförderung unter

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Schwerkraftwirkung vorsehen, wenn die relative Lage des Behälters zum Ofen dies zuläßt oder wenn der Behälter verschwenkbar angeordnet ist, oder dadurch, daß der Behälter mittels neutraler oder reduzierender Gase unter Druck gesetzt wird oder daß das Material durch Erzeugung eines Unterdrucks im Ofen in diesen eingesaugt wird.

Eine besonders vorteilhafte Aus führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Homogenisierung des Bades - sowohl hinsichtlich der Zusammensetzung als auch vom thermischen Gesichtspunkt - durch Einblasen eines neutralen oder reduzierenden Rührgases durch den Boden oder die Elektroden in das Bad.

Da erfindungsgemäß in kontrollierter neutraler oder reduzierender Atmosphäre gearbeitet wird, kann im Behälter eine Auskleidung aus Kohle bzw. Graphit verwendet werden, was zwei Hauptvorteile mit sich bringt: einerseits werden die hitzebeständigen Materialien auf Kohlebasis von den geschmolzenen mineralischen Oxiden nicht benetzt; anderseits gestatten es diese hitzebeständigen Materialien, bei Temperaturen über 200O⁰C ohne äußere Kühlung zu arbeiten, wodurch wesentliche Kosten erspart werden.

Es versteht sich, daß die Abwesenheit von Sauerstoff oder von Molekülen, die bei ihrer thermischen Zersetzung Sauerstoff entwickeln, eine primäre Voraussetzung für die gute Instandhaltung eines hitzebeständigen Materials auf Kohlebasis darstellt. Wenn jedoch als Ausgangsmaterial Hochofenschlacken verwendet werden, ist zu berücksichtigen, daß allenfalls Restmengen von Eisenoxiden in der Schlacke vorliegen, die in vorliegendem Zusammenhang nicht vernachlässigbar sind.

Gemäß der Erfindung kann man die hitzebeständige Innenauskleidung auf Kohlebasis gegen Oxidation schützen, indem man gemeinsam mit den Rührgasen oder der Beschickung pulverförmige reduzierende Zusatzmittel in das Bad einbringt, wie z.B. Kohle, Petrolkoks, Graphit oder Pech. Das erfindungs-

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gemäße Einblasen von kohlehaltigen Materialien, insbesondere von Pech oder einen Pech-Graphitgemisch, macht es möglich, einerseits eine Art von Zementierung der Innenwände des Behälters zu erzielen und anderseits kontinuierlich reduzierende Gase zu erzeugen, so daß der Verbrauch an kostspieligen Neutralgasen (Stickstoff, Argon) wesentlich herabgesetzt werden kann und sich diese Gase in extremen Fällen auch gänzlich erübrigen können.

Im Falle ein höherer Restgehalt an Eisenoxiden (z.B. 8-101) gewünscht wird, wird die Kohleauskleidung vorteilhafterweise durch eine Chromoxid- oder Chrom-Manganauskleidung ersetzt.

Erfindungsgemäß kann auch, zusammen mit den Rührgasen, eine vorbestimmte Menge an Zusatzstoffen in das Bad eingeblasen werden, die sich unter dem Einfluß von hohen Temperaturen unter Entwicklung von neutralen oder reduzierenden Gasen zersetzen.

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Claims

Patentansprüche

; 1/. Verfahren zum kontinuierlichen und kontrollierten Schmelzen von im wesentlichen nichtmetallischen Stoffen, insbesondere von anorganischen Oxiden, für die Erzeugung von Mineralfasern, dadurch gekennzeichnet, daß man aus einem abgedichteten, mit einer hitzebeständigen Auskleidung auf Kohlebasis sowie mit elektrischen Heireinrichtungen (z.B. Taiichelektroden) versehenen Gefäß, das ein Bad von einer Masse von mindestens 8 Tonnen enthält, kontinuierlich eine solche Menge Flüssigkeit aus dem Bad abführt, daß der Ausstoß je Stunde kleiner ist als die Hälfte der Gesamtmasse des Bades und daß man das Bad in Abhängigkeit von diesem Ausstoß beschickt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausstoß des Bades durch Regeln des über dem Flüssigkeitsniveau herrschenden Druckes eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß- über dem Niveau des Bades ein Überdruck erz.eugt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrechterhaltung eines konstanten Druckes über dem Bad ein neutrales oder reduzierendes Gas oberhalb des Bades eingeblasen wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn-

" zeichnet, daß zur Aufrechterhaltung eines konstanten Druckes über dem Bad ein neutrales oder reduzierendes Gas in das Bad eingeblasen wird.

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6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrechterhaltung eines konstanten Druckes über dem Bad ein Teil der Abgase aus dem Ofen abgezogen wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Niveau des Bades ein Unterdruck erzeugt wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß vermittels des Unterdruckes flüssiges Ausgangsmaterial aus einem gesonderten Behälter in den Innenraum des Ofens eingesaugt wird.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bad durch Einblasen eines Rührgases durch den Boden des Ofens oder die Heizelektroden homogenisiert wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Ofeninneren eine reduzierende Atmosphäre erzeugt wird, indem zusammen mit dem Rührgas eine vorbestimmte Menge von pulverförmigen, reduzierenden Zusatzstoffen, wie z.B. Kohle oder Petrolkoks, eingeblasen wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Verlauf der Schmelzarbeiten eine Zementierung der hitzebeständigen Auskleidung des Ofens bewirkt wird, indem zusammen mit dem Spülgas eine vorbe stimmte Menge an pulverförmigen Zusatzstoffen wie z.B. Graphit, Pech oder ein Pech-Graphitgemisch in das Bad eingeblasen wird.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit dem Rührgas eine vorbestimmte Menge von Zusatzstoffen eingeblasen wird, die im Verlauf ihrer thermischen Zersetzung neutrale oder reduzierende Gase freisetzen.

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