DE3104219C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen und kontrollierten Schmelzen von im wesentlichen minerali­ schen Ausgangsstoffen, insbesondere für die Erzeugung von Schlacke-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 Schmelz­ bades abhängen, aus welchem die Fasern gebildet werden.

Es ist bekannt, daß sehr geringe Abweichungen des Homogeni­ tätsgrades 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 (95%) 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 flüssi­ gen 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 Volumenverkleinerung des flüssigen Bades ist jedoch im vorliegenden Zusammenhang sehr nachteilig, denn schon sehr schwache Veränderungen der Eigenschaften der Beschickungsma­ terialien wirken sich immer merkbarer auf die Homogenität des Bades aus, im Maße als das Gesamtvolumen des Bades abnimmt.

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 Ver­ stopfung, 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 ungleichmä­ ßig ist, und zwar wegen Änderungen des Druckes, der auf ein verhältnismäßig begrenztes Volumen der schmelzenden Materia­ lien 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.

Auf dem Gebiet der Glasherstellung ist es bekannt, von der Atmosphäre abgeschlossene Schmelzgefäße in Schmelzöfen zu verwenden, z. B. US-PS 20 18 884 oder US-PS 20 41 486, um hieraus in einem kontinuierlichen Verfahren aus der Schmelze Glaswaren herzustellen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum kontinuierlichen und kontrollierten Schmelzen von mineralischen Ausgangsstoffen zu schaffen, das die Nachteile der bekannten Verfahren vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum kontinuierlichen und kontrollierten Schmelzen von im wesentlichen mineralischen Ausgangsstoffen, insbesondere für die Erzeugung von Schlacke-Fasern gelöst, wobei in einen elektrisch heizbaren, abgedichteten, mit einer hitzebestän­ digen Auskleidung auf Kohlebasis versehenen Ofen die Ausgangsstoffe in einer derartigen Menge in Abhängigkeit vom Ausstoß beschickt werden, daß in dem Ofen ein Schmelzbad von etwa 8 Tonnen Schmelze ständig vorhanden ist und im Innen­ raum des Ofens oberhalb des Schmelzbades ein Überdruck mit einem neutralen oder reduzierenden Gas erzeugt wird, sowie aus der Schmelze eine derartige Menge abgezogen wird, daß der Ausstoß je Stunde etwa gleich der Hälfte der Gesamtmasse des Schmelzbades ist.

Der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Gedanke weicht von dem Prinzip des Schmelzens in Kupolöfen ab, bei denen vergleichsweise kleine Mengen erschmolzen werden, um direkt gegossen und in Fasern umgewandelt zu werden.

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

Im Falle eines Gemisches von Hochofenschlacke und 30-35% Siliciumdioxid soll diese Verweilzeit ungefähr 2 h betragen (z. B. Beschickungsmasse 8 t/Ausstoß 4 t/h). Zu der Homogeni­ tät des Bades wegen der ausreichend langen Verweilzeit kommt noch eine hohe thermische Homogenität aufgrund einer hohen Unempfindlichkeit des Bades gegenüber unerwarteten Tempera­ turschwankungen. Diese Unempfindlichkeit gestattet eine korrekte Regelung der Wärmezufuhr, die zum Ausgleich der Wärmeverluste durch die kontinuierliche Zufuhr der Ausgangs­ materialien 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.

Der vorgesehene Überdruck kann durch Einblasen des 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 erfolgen. Um über dem Bad einen Überdruck aufrechtzuerhalten, braucht das Drosselventil nur so eingestellt zu werden, daß der Druckunterschied zwischen dem gemessenen und dem gewünschten Druck ausgeglichen wird. Ein konstanter Überdruck kann auch dadurch erzeugt werden, daß die Abgase des Bades in dem Gefäß zurückgehalten werden und das Ventil so eingestellt wird, daß ein gewünschter Druck­ wert aufrechterhalten bleibt.

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 Durchmes­ sers des Gießloches zu regeln, so daß ein mit der Zeit konstanter Ausstoß erhalten wird. Dies ist unerläßlich zur Erzielung einer optimalen Leistung des Verfahrens 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 offensichlich, daß durch eine Beschickung mit flüssigem Material der Energie­ verbrauch 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 abgedichte­ ten Behälter erfolgen, der fest oder beweglich angeordnet und mit einer isolierenden Auskleidung sowie einer Heizein­ richtung ausgestattet ist.

Die Beförderung der vorgeschmolzenen Materialien aus dem Behälter zum Ofen erfolgt über eine abgedichtete Leitung mit Graphitinnenwand. Man kann eine Beförderung unter Schwer­ kraftwirkung 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 vorteilhafte Ausführungsform 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 reduzie­ render 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 ge­ schmolzenen mineralischen Oxiden nicht benetzt; andererseits gestatten es diese hitzebeständigen Materialien, bei Temperaturen über 2000°C 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 Sauer­ stoff entwickeln, eine primäre Voraussetzung für die gute Instandhaltung eines hitzebeständigen Materials auf Kohleba­ sis darstellt. Wenn jedoch als Ausgangsmaterial Hochofen­ schlacken verwendet werden, ist zu berücksichtigen, daß Restmengen von Eisenoxiden in der Schlacke vorliegen können, was im vorliegenden Zusammenhang nicht vernachlässigt werden darf.

Gemäß der Erfindung kann man die hitzebeständige Innenaus­ kleidung auf Kohlebasis gegen Oxidation schützen, indem gemeinsam mit den Rührgasen oder der Beschickung pulverför­ mige reduzierende Zusatzmittel in das Bad eingebracht werden, wie z. B. Kohle, Petrolkoks, Graphit oder Pech. Das erfindungsgemäße Einblasen von kohlehaltigen Materialien, insbesondere von Pech oder einem Pech-Graphitgemisch, macht es möglich, einerseits eine Art von Zementierung der Innenwände des Behälters zu erzielen und andererseits 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.

Claims (8)

1. Verfahren zum kontinuierlichen und kontrollierten Schmelzen von im wesentlichen mineralischen Ausgangs­ stoffen, insbesondere für die Erzeugung von Schlacke- Fasern, wobei in einen elektrisch heizbaren, abgedich­ teten, mit einer hitzebeständigen Auskleidung auf Kohlebasis versehenen Ofen die Ausgangsstoffe in einer derartigen Menge in Abhängigkeit vom Ausstoß beschickt werden, daß in dem Ofen ein Schmelzbad von etwa 8 Tonnen Schmelze ständig vorhanden ist und im Innenraum des Ofens oberhalb des Schmelzbades ein Überdruck mit einem neutralen oder reduzierenden Gas erzeugt wird, sowie aus der Schmelze eine derartige Menge abgezogen wird, daß der Ausstoß je Stunde etwa gleich der Hälfte der Gesamtmasse des Schmelzbades ist.

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

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrechterhaltung eines konstanten Druckes über dem Bad ein neutrales oder reduzierendes Gas in das Bad eingeblasen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrechterhaltung eines konstanten Druckes über dem Bad ein Teil der Abgase aus dem Ofen abgezo­ gen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bad durch Einblasen eines Rührgases durch den Boden des Ofens oder die Heizelektroden homogenisiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Ofeninneren eine reduzierende Atmosphähre er­ zeugt wird, indem zusammen mit dem Rührgas eine vorbe­ stimmte Menge von pulverförmigen, reduzierenden Zu­ satzstoffen, wie z. B. Kohle oder Petrolkoks, einge­ blasen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Verlauf der Schmelzarbeiten eine Zementierung der hitzebeständigen Auskleidung des Ofens bewirkt wird, indem zusammen mit dem Spülgas eine vorbestimmte Menge an pulverförmigen Zusatzstoffen wie z. B. Gra­ phit, Pech oder ein Pech-Graphitgemisch in das Bad eingeblasen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, 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.