DE919096C

DE919096C - Verfahren und Geraet zur Ausbildung von Fasern aus geschmolzenem mineralischem Rohmaterial

Info

Publication number: DE919096C
Application number: DEJ1654A
Authority: DE
Inventors: Edward Reed Powell
Original assignee: Johns Manville
Current assignee: Johns Manville
Priority date: 1950-06-20
Filing date: 1950-07-25
Publication date: 1954-10-14
Also published as: US2520169A; FR1018547A; US2520168A; GB673561A

Description

Die Erfindung behandelt die Herstellung von Mineralwolle und ein Gerät zur Umwandlung von geschmolzenem Mineralgut in Fasern. Unter Mineralwolle sind dabei allgemein Wollprodukte S oder Fasern aus Gestein, vulkanischer Schlacke, Glas oder einer Mischung davon zu verstehen.

Zur Umwandlung des Mineralschmelzgutes in Fasern hat man bisher die flüssige Schmelze mit einem hochgespannten Dampfstrahl in Fasern aufgelöst. Man hat auch schon vorgeschlagen, die Schmelze durch einen Wirbel- oder Schleuderprozeß zu zerfasern, wobei der Schmelzfluß auf Spinntrommeln oder Walzen auffließt, die sich mit hoher Geschwindigkeit drehen. Die am Rand herrschenden hohen Zentrifugalkräfte schleudern Teile des geschmolzenen Rohmaterials voii den Walzen, wobei die abgeschleuderten Teile zu Fasern oder Fäden ausgezogen werden.

Die Erfindung behandelt nun eine Verbesserung solcher Spinngeräte und Verfahren, um größere Schmelzgutmengen zu verarbeiten, eine größere Faserlänge zu erzielen und feine und verhältnismäßig gleichmäßige Fasern herzustellen.

Die Erfindung erzielt dies dadurch, daß ein Schmelzstrahl von dem Mantel einer rotierenden Walze aufgefangen und davon größtenteils wieder abgeschleudert wird, wobei das abgeschleuderte Material von einer weiteren Walze übernommen wird, die mit höherer Geschwindigkeit als die erste umläuft und das Material eine gewisse Zeit zurück-

hält, worauf es schließlich auf eine dritte Walze übergeht, deren Umlaufgeschwindigkeit erneut höher ist als die der zweiten Walze.

Bei dieser Vorrichtung wird der Schmelzfluß beim Fließen über die verschiedenen Walzen stufenweise beschleunigt. Damit erzielt man eine bessere Haftung an den Walzen und mehr Fasern. Nicht zerfasertes Schmelzgut fällt nunmehr in ganz geringen Mengen an.

ίο In den Zeichnungen werden die Geräte als Beispiele näher erläutert.

Fig. ι zeigt ein Zerfaserungsgerät im Seitenriß, Fig. 2 eine Vorderansicht des Geräts nach Fig. i, Fig. 3 eine perspektivische Sicht auf das Gerät nach Fig. 2,

Fig. 4 einen vergrößerten Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 2 im Zustand vor Betriebsbeginn, Fig. 5 einen Querschnitt ähnlich Fig. 4 mit den Walzen im Betrieb,

Fig. 6 einen vergrößerten Querschnitt längs . der Linie 6-6 in Fig. 2,

Fig. 7 ein anderes Ausführungsbeispiel im Aufriß, Fig. 8 einen Grundriß nach Fig. 7, Fig. 9 einen Seitenriß nach Fig. 8, Fig. 10 eine Seitenansicht, im wesentlichen wie Fig. 9, jedoch mit geringfügigen Änderungen,

Fig. 11 einen Aufriß entsprechend Fig. 7, jedoch mit der Änderung nach Fig. 10.

Das Gerät nach Fig. 1 arbeitet mit einem Schmelzofen 10, z. B. einem Kupolofen, Kesselofen od. dgl. Aus dem Schmelzofen wird am Abstichkanal 12 der Schmelzfluß 14 abgezogen.

Unterhalb des Ausflusses an der Abstichrinne 12 liegt eine Verteilerwalze 16 und fängt die ausströmende Schmelze 14 auf. Die Verteilerwalze 16 sitzt auf einer Welle 20. Die Welle 20 ist in Lagern 22 des Rahmens 24 abgestützt. Ein nicht weiter gezeigter" Antrieb dreht die Walze 16 in Pfeilrichtung nach Fig. 2. Der Walzenmantel ist, wie besonders in Fig. 6 zu sehen, vorzugsweise so ausgebildet, daß er eine zentrale, verhältnismäßig große Rille 26 und an deren Rändern feiriprofilierte V-förmige Rillen 28 zur Über- und- Mitnahme" des Schmelzstrahls beim Auflaufen auf die Verteilerwalze aufweist.

Die eigentliche Zerfaserungsvorrichtung besteht aus zwei Lauf walzen 30 und 32, die auf den Wellen 34 und 36 sitzen. Die Wellen 34 und 36 sind in Lagern 38 und 40 am Rahmen 24 abgestützt. Die Walze 32 wird durch einen nicht weiter gezeigten Antrieb im gleichen Drehsinn (links) wie die Verteilerwalze 16 und die Walze 30 im umgekehrten Drehsinn (rechts) angetrieben. Die Laufwalzen 30 und 32 haben einen größeren Durchmesser und eine größere Breite als die Verteilerwalze 16. Dabei kann der Durchmesser der Laufwalzen zwei^- bis dreimal so groß als der Durchmesser der Verteilerwalze und der Mantel dieser Laufwalzen etwa doppelt so breit sein als der der Verteilerwalze 16. Die^: Laufwalzenmantelflächen bestehen vorzugsweise aus nebeneinanderliegenden ringförmigen Rillen 42, die die aufgelaufene Schmelze zurück-■' halten.^: Der Rillenquerschnitt ist vorzugsweise V-förmig; die Rillen selbst sind einheitlich verhältnismäßig schmal. Für den praktischen Betrieb haben sich z. B. sieben bis sechzehn Rillen je Zentimeter Walzenbreite bewährt.

Wie aus den Fig. 1 und 3 zu ersehen, sind die Wellen der verschiedenen Laufwalzen gegenüber der Horizontalen vorzugsweise in einem Winkel von etwa 12° geneigt. Die Welle für die Verteilerwalze 16 kann dabei einen kleineren Neigungswinkel haben, wie in Fig. 1 zu erkennen ist.

Außerdem hat die Welle 20 besonders gegenüber den Achsen 34 und 36 (Fig. 1) einen Neigungswinkel von etwa 6°'. Die Wellen der Walzen werden so eingebaut,- daß sie sowohl horizontal als auch vertikal verstellbar sind.

Außerdem soll sich auch die Verteilerwalze gegenüber den Laufwalzen winklig einstellen lassen.

Die Mantel der Verteilerwalze 16 und der Laufwalzen 30 und 32 bestehen aus hochwertigem Stahl, der den hohen Temperaturen der Schmelze ohne übermäßigen Verschleiß gewachsen ist. Den Antrieb für die Laufwalzen kann man beliebig einrichten. Dabei wählt man entweder für jede Welle als Einzelantrieb je einen Elektromotor oder für alle Wellen einen Antrieb über einen gemeinsamen Motor, der die Wellen über die Riemenscheiben 33 mit unterschiedlicher Tourenzahl antreibt.

Zur Betriebsaufnahme stellt man die Verteilerwalze 16 so ein, daß sie der Schmelzfluß 14 innerhalb der Rille 26 und etwas links von einer durch die Achse der Verteilerwalze gelegenen senkrechten Linie trifft, wie Fig. 2 zeigt. Die Schmelze ist dabei wie bei der Herstellung von Mineralwolle hochflüssig. Die Laufwalzen 30 und 32 sind gegenüber der Verteilerwalze 16 so angeordnet, daß die von der Verteilerwalze 16 tangential abgeschleuderte Schmelze an bestimmten Abschnitten der Mantel beider Laufwalzen verteilt wird, wobei die Laufwalzen einen -Zwischenraum zueinander aufweisen. Dieser Zwischenraum soll etwa der Dicke der an den Laufwalzen haftenden Schmelze entsprechen. Die Schichtdicke der Schmelze an den Walzen beträgt etwa 0,24 bis 0,32 cm. Die Laufwalzen drehen sich mit Umfangsgeschwindigkeiten, die von den jeweiligen Betriebsbedingungen abhängen, z. B. vom Flüssigkeitsgrad der Schmelze.

Versuche mit Mineralwollschmelzen haben gezeigt, daß man bei Drehzahlen von η = 4400 oder η = 4250 bei einem Durchmesser von je 30,5 cm für die beiden Laufwalzen 30 und 32 günstige Ergebnisse erzielt. Die Verteilerwalze 16, deren Durchmesser etwa 15,3 cm bei diesem Versuch betrug, lief dabei mit einer Tourenzahl von etwa η = 35ΟΟ, so daß ihre Umfangsgeschwindigkeit größer war als die Fallgeschwindigkeit des Schmelzstrahls.

Während die Laufwalzen mit hoher Umfangsgeschwindigkeit umlaufen, wird die Schmelze durch die dabei auftretenden Zentrifugalkräfte nach außen abgeschleudert und zu Fasern ausgezogen.

Die Fig. 7 bis 11 zeigen eine andere Ausführung für das Gerät unter Verwendung von vier Laufwalzen. Bei diesem Gerät kommt ähnlich wie beim

ersten Beispiel ein Schmelzofen no mit einer Abstichrinne 112 zur Anwendung, aus der die flüssige Schmelze 114 abläuft. Diese Anordnung entspricht also im großen und ganzen dem Beispiel nach Fig. 1 bis 6.

Beim zweiten Beispiel erfolgt der Hauptzerfaserungsprozeß an zwei paarweise angeordneten Lauf walzen 116 und 118 mit verhältnismäßig breiten Mänteln 117. Die Laufwalzen 116 und 118 sitzen auf den Wellen 120 und 122. Diese Laufwalzen werden, wie die Pfeile in Fig. 7 zeigen, mit hohen Drehgeschwindigkeiten gegenläufig zueinander angetrieben. Die Mantel der Walzen 116 und 118 sind mit Rillen 124 versehen, die die Haftfähigkeit der Schmelze erhöhen. Oberhalb der Laufwalzen 116, 118, die die Hauptarbeit beim Zerfasern leisten, dreht sich ein weiteres Lauf walzenpaar 126, 128 auf den Wellen 130, 132. Diese Lauf walzen dienen zur Verteilung der Schmelze. Die Laufwalze 128 übt dabei auch noch eine besonders faserbildende Wirkung aus, wie später noch gezeigt ist. Bei dem Beispiel nach Fig. 7 bis 9 sind die Laufwalzen 126 und 128 kegelstumpfförmig. Die konischen Mäntel stehen sich dabei vorzugsweise mit entgegengesetzten Neigungswinkeln gegenüber. Die Laufwalze 126 kann, wie im Bild gezeigt, eine glatte Mantelfläche haben, während die Laufwalze 128 eine verhältnismäßig große Breite hat und mit einer oder mehreren Rillen 134 versehen ist. In der Zeichnung sind die Rillen an der Laufwalze 128 ebenso wie an den Lauf walzen 116, 118 zur besseren Veranschaulichung etwas übertrieben dargestellt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 und 11

zeigen die Mantel der oberen Lauf walzen 136 und 138 keine konische, sondern eine zylindrische Form. Die Lauf walze 136 hat dabei eine einzige tiefe Rille 140, während die Mantelfläche der Laufwalze 138 glatt ist. Im übrigen entspricht diese Ausführungsform den Beispielen nach Fig. 7 bis 9.

Die verschiedenen Wellen sitzen in Lagern 144 des Rahmens 142, von denen mindestens die vorderen Lager nachgiebig sind. Hierdurch haben die Laufwalzen eine Ausweichmöglichkeit, wenn ein fester Schmelzbrocken oder Brennstoffkörper zwisehen sie fallen sollte. Der Antrieb ist so angeordnet, daß die Laufwalzen 126 und 128 oder 136 und 138 je nach der Ausführungsform immer entgegengesetzt rotieren, wie die Pfeile in Fig. 7 und 11 zeigen. Dabei nähern sich die oberen Mantelflächen einander. Ebenso drehen sich die Lauf walzen 116, 118 im gegenläufigen Drehsinn. Auch ihre Mantelflächen nähern sich dabei gegenseitig. Die Fig. 7 und 11 bringen hierzu eine schematische Darstellung, wobei der Verlauf des Hauptteils der Schmelze nach der ersten Laufwalze und von dort weiter durch das gesamte Gerät in gebrochenen Linien angedeutet ist. Die Laufwalzen stehen dabei derart schräg, daß die Wellen 120, 122 und 132 gegenüber der Horizontalen um einen Winkel von etwa i2° versetzt sind, wie Fig. 10 zeigt. Im großen und ganzen haben die Wellen jedoch eine annähernd horizontale Stellung. Die Schrägstellung der Wellen soll dabei hauptsächlich ein Aufeinandertreffen oder gegenseitiges Überschneiden der entstehenden Fasern und der flüssigen Schmelze vermeiden.

Jede Laufwalze läuft gegenüber der vorhergehenden mit höherer Geschwindigkeit. Hierdurch wird die Schmelze im Laufe der Zerfaserung ständig beschleunigt. Die auslaufende Schmelze trifft die erste Laufwalze unter einem kleinen Winkel, um ein Verspritzen der hochflüssigen Schmelze zu vermeiden. Wenn sich der Schmelzfluß allmählich ausbreitet, kann man ihn unmittelbar gegen die Mantelflächen der jeweiligen Lauf walzen richten, um dadurch eine bessere Haftung zu erzielen. Demzufolge trifft der Schmelzfluß an der Mantelfläche der ersten Laufwalze nahezu tangential auf, während er auf die Mantelfläche der Laufwalze 116 im wesentlichen senkrecht auf trifft. Der auf die Lauf walze 126 oder 136 auflaufende Schmelzfluß haftet dort nur schwach und wird dann mit erheblicher Beschleunigung verbreitert, verteilt oder teilweise sogar auseinandergerissen auf die Mantelfläche der Walze 128 oder 138 abgeschleudert. Diese Ausbreitung des Schmelzflusses entsteht offensichtlich größtenteils durch die Teilung des ursprünglichen Schmelzflusses in mehrere Teilströme während des Abschleuderns von der ersten Laufwalze.

Entscheidende Merkmale bei der Erfindung sind also bei allen Ausführungsformen einerseits die Geschwindigkeitserhöhung des Schmelzflusses während des Durchgangs durch das Gerät und andererseits das Verbreiten oder stufenweise Auseinanderziehen des Schmelzflusses während des Laufes über die Laufwalzen, die die Hauptzerfaserungsarbeit leisten. Durch diesen Vorgang haftet die Schmelze leichter an den Walzen, wodurch ein Abwerfen oder Verspritzen und der damit verbundene Verlust vermieden wird. Ein solcher Verlust tritt ein, wenn man die Schmelze sofort unmittelbar und senkrecht auf mit hoher Geschwindigkeit sich drehende Walzen richtet. Die Umfangsgeschwindigkeiten der Walzen und der Flüssigkeitsgrad der Schmelze sind den Betriebsbedingungen anzupassen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Bildung von Fasern aus geschmolzenen mineralischen Rohstoffen durch Schleuderwirkung, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Ofen laufende Schmelzstrahl von der Mantelfläche einer schmalen rotierenden Walze (Verteilerwalze) aufgefangen und davon größtenteils wieder abgeschleudert wird, wobei die abgeschleuderte Schmelze von der Mantelfläche einer zweiten Walze (Laufwalze) übernommen wird, die sich mit höherer Geschwindigkeit als die erste Walze dreht, worauf die Schmelze schließlich auf die Mantelfläche einer dritten Laufwalze übergeht, deren Umfangs- iao geschwindigkeit erneut größer ist als die der zweiten Laufwalze.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Verteilerwalze (16 bzw. 126) aufgenommene Schmelzstrahl (14 bzw. 114) derart auf weitere (zwei bis vier)

Laufwalzen (30, 32 bzw. 128, 116, 118) abgeschleudert wird.

3. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Laufwalzen einen Einzeloder einen gemeinsamen Antrieb haben und auf ihren Mantelflächen Rillen (42 bzw. 117) aufweisen.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (20 bzw. 130) der Verteilerwalze (16 bzw. 126) winklig zum Schmelzstrahl (14 bzw. 114) und die Wellen (34, 36 bzw. 132, 120, 122) der Laufwalzen (3O₁ 32 bzw. 128, 116, 118) zueinander winklig einstellbar sind.

5. Gerät nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelflächen der Laufwalzen aus hitzebeständigem, verschleißfestem Stoff, vorzugsweise Stahl, bestehen.

6. Gerät nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lauf walze zur vorhergehenden gegenläufig ist.

7. Gerät nach Anspruch 3 bis 6, dadurch ge^j kennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Verteilerwalze (16 bzw. 126) größer als die Fallgeschwindigkeit des Schmelzstrahls (14 bzw. 114) ist.

8. Gerät nach Anspruch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von vier Umlaufwalzen deren Mantel so zueinander angeordnet sind, daß die von der vorhergehenden Walze abgeschleuderten Schmelzstrahlen von der folgenden und mit hoher Geschwindigkeit sich drehenden Walze aufgenommen werden.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilerwalze (126) eine konische Mantelfläche hat, der eine zweite Walze (128) mit entgegengesetzt geneigter konischer Mantelfläche gegenübersteht und die Wellen dieser beiden Walzen einen spitzen Winkel miteinander bilden.

10. Gerät nach Anspruch 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen der Laufwalzen elastisch gelagert sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen