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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer zu Fasern
verarbeitbaren Schmelze eines mineralischen Materials.
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Es
ist bekannt, mineralische Fasern wie Steinfasern und Schlackenfasern
durch einen Spinnvorgang aus einer Schmelze eines mineralischen Materials
herzustellen. Die Schmelze wird üblicherweise
in einem Kupolofen hergestellt, der mit abwechselnden Schichten
eines kohlenstoffhaltigen Materials wie Koks und einer Mischung
von Mineralien beschickt wird und der durch Verbrennung des kohlenstoffhaltigen
Materials beheizt wird. Der Sauerstoff für die Verbrennung wird dem
Inneren des Kupolofens in Form von Wind durch eine Anzahl von in der
Wand des Ofenschacht vorgesehenen Windformen zugeführt.
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Es
ist bekannt, einen Ofenschacht mit Windformen zu verwenden, welche
eine kleine Strecke einwärts
von der Schachtwand vorragen und nahe der Schachtwand befindliche
Auslassöffnungen
aufweisen.
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Die
Verwendung solcher Windformen hat den Nachteil, dass eine Säule unverbrannten
Koks dazu neigt, in dem mittigen Bereich des Ofenschachts ausgebildet
zu werden, weil der durch die Windformen zugeführte Wind den mittigen Bereich nicht
in einer ausreichenden Menge erreicht, um eine vollständige Verbrennung
des in diesem Bereich befindlichen Koks zu bewirken. So verursacht
der Koks, anstatt an der hitzeerzeugenden Verbrennungsreaktion teilzuhaben,
das Ablaufen einer energieverbrauchenden CO2 Gasbildung,
wobei das durch die Verbrennung erzeugte CO2 mit
dem Koks zu CO reagiert.
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Folglich
wird der kalorische Wert des in dem Zentralbereich vorhandenen Koks
nicht genutzt, und darüber
hinaus vergeudet die CO2 Gasbildung erhebliche
Mengen der Verbrennungsenergie.
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Weiter
wird die Abwärtsbewegung
der Ladung von Mineralmaterial und Koks in dem Mittelbereich des
Ofens verlangsamt.
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Dieses
Problem verschärft
sich mit ansteigenden Durchmessern des Ofenschachts, z. B. Durchmessern
von 1,8 m oder größer.
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Ein
besonderes Problem, das bei Benutzung von Ofenschächten mit
solch großen
Durchmessern entsteht, besteht darin, dass die Energieerzeugung in
der Form einer erhöhten
Menge an Koks auf ein inakzeptables Niveau erhöht werden muss, und der Betrieb
instabil wird, wenn es anschließend
an eine erwünschte
zeitweilige Verminderung des Leistungsvermögens des Ofens auf unter etwa
70 % erwünscht ist,
den gewöhnlichen
Betrieb wieder herzustellen. Es wird angenommen, dass eine stationäre („tote") zylindrische Masse
während
der verringerten Produktion in der Mitte des Ofenschachts gebildet
wird und dass diese Masse nicht mehr in Bewegung gesetzt werden
kann.
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Allgemein
bringt die Benutzung von Öfen
mit großen
Durchmessern wie z. B. über
1,8 m Probleme mit sich, wenn das Leistungsvermögen des Ofens vermindert werden
soll. Das Leistungsvermögen
wird typischerweise vermindert, indem die durch die Windformen zugeführte Luftmenge
verringert wird, aber bei einer Verringerung der Luftmenge ist es schwierig,
dem mittigen Bereich des Ofens Luft zuzuführen.
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Es
ist versucht worden, eine gleichmäßigere Verbrennung des Koks
und somit eine bessere Hitzeverteilung in Schachtöfen zu erreichen,
indem Windformen mit einer festen Länge benutzt wurden, die näher an der
Mitte des Schachts endeten, aber diese Lösung ist nicht erfolgreich
gewesen.
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Solche
Windformen neigen nämlich
dazu, Brückenbildung
zwischen den Windformen zu bewirken und solche Brücken neigen
dazu, das Entleeren des Ofens nach Öffnung des Bodens des Schachtofens
zu verhindern, wenn die Produktion angehalten ist.
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Die
US 5 465 942 offenbart ein
Gefäß zur Frischung
von Metall mit Windformen, um ein Behandlungsmittel wie Luft oder
Kohlenstaub in das geschmolzene Metall und unterhalb dessen Oberfläche einzuführen. Das
Gefäß weist
Windformen auf, die in einem Block eines in der Wand des Gefäßes eingepassten
Schamottenmaterials axial gleitbar sind.
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Während des
Frischungsbetriebs brennen die Windformspitzen weg, und die axial
gleitbaren Windformen können
eine geeignete Strecke nach innen gedrückt werden, so dass die verbrauchte
Windformspitze ersetzt wird. Ähnliche
Windformen, die es erlauben, dass der Abstand zwischen der Ofenwand und
dem Ende der Windform konstant gehalten wird, sind in dem kanadischen
Patent Nr. 992 311 beschrieben.
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Das
Verfahren der Erfindung umfasst die Schritte des Einführens einer
Ladung Mineralien und kohlenstoffhaltigen Materials in das Innere
eines mit einer Anzahl von Windformen versehenen Schachtofens und
des Einblasens von Wind durch die Windformen in den Ofen, um eine
das Schmelzen der Mineralien bewirkende Verbrennung des kohlenstoffhaltigen
Materials zu erzeugen, und des Abführens der so gebildeten Schmelze
von dem unteren Ende des Ofenschachts, wobei die Methode dadurch
charakterisiert ist, dass die Lage der Spitze wenigstens einer der
Windformen relativ zu der Zentrallinie des Schachtofens einstellbar
ist und dass diese Spitze, wenigstens während eines Teils des Betriebs
des Ofens in einem Abstand zwischen 10 und 70 %, vorzugsweise 30
bis 60 % und besonders bevorzugt 45 bis 55 % von r aufgestellt ist,
wobei r der Innenradius des Schachtofens ist, gemessen von dessen
Zentrallinie auf dem Niveau der Windformen.
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Folglich
kann über
den gesamten Querschnittsbereich des Ofenschachts eine gleichmäßige Hochtemperaturzone
errichtet werden, indem die Spitzen der Windformen in einer Lage
innerhalb des oben erwähnten
Bereichs eingestellt werden.
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Weiter
ist es durch Bewegung der Spitzen der Windformen nahe zu der Zentrallinie
des Schachts sogar möglich,
in der Mitte des Schachts eine höhere
Temperatur als an der Schachtwand zu erzeugen, und so den Wärmeverlust
an die Schachtwand zu verringern.
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Die
Möglichkeit,
die Spitzen der Windformen relativ zu der Zentrallinie des Ofens
zu bewegen, kann die oben erwähnten
in Verbindung mit einer erwünschten
zeitweiligen Verminderung des Leistungsvermögens des Ofens auftretenden
Probleme lösen und
kann ebenfalls zur Regelung des Leistungsvermögens des Ofens verwendet werden.
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Wenn
die Windformen von der Ofenwand in den Schacht vorragen, können sie
aufgrund von Brückenbildung
die Ladung von Rohmaterialien stützen, und,
wenn der Schmelzbetrieb angehalten wird und der Ofen geleert werden
soll, kann eine solche Brückenbildung
verhindern, dass das ungeschmolzene Material durch den geöffneten
Ofenboden herausfällt.
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Dieses
Problem kann durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst werden,
indem die Spitzen der Windformen zu einer Stellung nahe der Ofenwand
zurückgezogen
werden.
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Wenn
eine solche Brückenbildung
während des
Normalbetriebs geschieht, kann eine ähnliche Handlung vorgenommen
werden oder kann das Temperaturprofil mit dem Ziel geändert werden,
dass die Brücken
zusammenbrechen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist besonders geeignet zur Verwendung bei der Herstellung von Schmelzen
von Ladungen, die Komponenten enthalten, die wie etwa Al2O3 hohe Schmelzpunkte besitzen.
Solche Komponenten sind in der von den anderen Komponenten der Schmelze
gebildeten Schmelze aufzulösen,
und durch Bewegung der Spitzen der Windformen nahe zu der Mitte
des Ofens wird es möglich,
in dieser Zone eine Hochtemperaturschmelze bereitzustellen, welche
die Auflösungsrate der
Komponenten mit hohem Schmelzpunkt erhöht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahren der Erfindung wird (werden) vor dem Öffnen des
Bodens des Ofens die Spitze(n) der Windform(en) zu einer Stellung
nahe der Ofenwand bewegt und zeitweise in dieser Stellung belassen,
um so ungeschmolzenes Material, was an der Wand anhaftet, zum Schmelzen
zu bringen und so das Entleeren des Ofens zu erleichtern.
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Die
einstellbaren Windformen weisen vorzugsweise ein Rohr auf, welches
von der Schachtwand vorragend teleskopartig beweglich in einer herkömmlichen
Windform angebracht ist und welche eine mit einem Wind-Zuführsystem
verbundene Öffnung
aufweist.
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Das
teleskopartig bewegliche Rohr besitzt vorzugsweise einen Außendurchmesser,
der etwas kleiner als der Innendurchmesser der vorragenden Windform
ist, um so eine freie Bewegung der einstellbaren Windform zu erlauben.
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Um
zu verhindern, dass die Windformen z. B. durch Verformung oder Schmelzen
beschädigt
werden, sollten sie aus einem hitzeresistenten Material gemacht
sein und/oder durch Wasser oder Öl
gekühlt werden.
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In
einem herkömmlichen
Kupolofen sind die Windformen üblicherweise
in einer oder zwei sich umfänglich
erstreckenden Reihen angebracht, die jede eine Anzahl von Windformen
aufweist.
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Das
Verfahren der Erfindung ist besonders zur Anwendung in einem Kupolofen
geeignet.
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In
einem Kupolofen sind zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wenigstens eine und vorzugsweise drei oder mehr Windformen einstellbar.
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Die
Erfindung wird nun in weiteren Einzelheiten mit Bezug auf die Zeichnung
beschrieben, welche schematisch eine vertikale Schnittansicht durch
eine eine longintudinal einstellbare Windform aufweisende Ofenwand
darstellt.
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Die
Zeichnung zeigt eine innere Schachtwand 1 und eine äußere Schachtwand 2,
welche zusammen einen Strömungsweg 3 für ein Kühlmedium wie
Wasser definieren.
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Die
Zeichnung zeigt weiter zwei Windformen 4 und 5,
welche von der Schachtinnenwand vorragen und in einer Spitze 6 enden.
Das entgegengesetzte Ende einer jeden Windform ist mit einer Windzuführleitung 7 verbunden.
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Ein
Rohr 8 ist axial beweglich in der Windform 5 angebracht.
An der Seite des Rohrs 8 ist eine Öffnung 9 vorgesehen,
und die Öffnung
stellt eine Verbindung zu der Windzuführleitung 7 her. Der Durchmesser
des Rohrs 8, sondern etwas kleiner als der Innendurchmesser
der Windform 5, so dass Wind nicht nur innerhalb des Rohrs 8 aber
ebenfalls entlang ihrer Außenseite
strömen
kann.
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Das äußere Ende 10 des
Rohrs 8 ist verschlossen und mit (nicht gezeigten) Einrichtungen zur
axialen Lageeinstellung des Rohrs 8 relativ zu der Windform 5 verbunden.