DK154496B - Fremgangsmaade og apparat til fremstilling af fibre ud fra smeltet glas - Google Patents

Description

i

DK 154496 B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af fibre ud fra smeltet glas, og af den art, hvor det smeltede glas tilføres det indre af et med høj hastighed roterende centrifugelegeme med vertikal rotations-5 akse, og hvor centrifugelegemet har en omkredsvæg udformet med flere rækker huller og er placeret i en kransformet, nedadgående strøm af gas, og hvor der i det indre af centrifugelegemet findes en bakke, der over omkredsen er udformet med åbninger til fordeling af det smeltede glas 10 i retning mod inderfladen af centrifugelegemets omkreds-

•V

væg således, at der under centrifugalvirkning udslynges glasstråler fra hullerne i centrifugelegemets omkredsvæg.

Centrifugeringsteknikken ved fibrering af smeltet glas er velkendt fra mange patentskrifter, herunder f.eks. FR-patentskrift nr. 1 382 917. Når denne teknik anvendes til bløde glasarter, opnår man på industriel basis tilfredsstillende resultater.

Med henblik herpå tilsættes de anvendte glas-20 arter sædvanligvis ret store mængder af en eller flere forbindelser af baryum, bor eller fluor, der bevirker en nedsættelse af smeltetemperaturen, og devitrifice-ringstemperaturen eller liquidus-temperaturen og af viskositeten, og som derfor er effektive midler til, 25 at man undgår at skulle bruge alt for høje glassmelte-temperaturer.

I de for tiden anvendte glasarter anvender man f.eks. ca. 3% baryumoxid, ca. 6% boroxid og ca. 1,5% fluoroxid, men de sædvanligvis anvendte bor- og fluor-30 forbindelser er flygtige ved de temperaturer, der anvendes til fremstilling af glas, medens fluorforbindelserne er flygtige ved de temperaturer, der gælder for fiberdannelsesprocessen, hvorfor det er nødvendigt fra starten at anvende større tilsætningsmængder under 35 tilberedningen af blandingen. Brugen af ret store mængder af disse stoffer, som er ret kostbare, især baryum-forbindelseme, forøger prisen for de færdige fiberprodukter .

DK 154496 B

2

Dertil kommer, at brugen af blandinger, hvori der indgår ret store mængder bor, fluor eller baryum, indebærer, at der skal tages forholdsregler. Specielt for bor og fluor giver anlægget til produktion af 5 smeltet glas flygtige bestanddele til gene for miljøet, og for ikke at forurene atmosfæren må man sørge for en speciel behandling af de gasarter, der udgår fra anlægget, for herved på passende måde at fjerne disse bestanddele.

10 Endelig giver de opnåede, relativt bløde glas arter fibre, der ikke har hele den ønskede styrke ved de høje temperaturer.

Derfor er der hos glasfiberproducenterne en klar tendens til at forsøge at anvende hårdere glasar-15 ter.

Fibreringen af hårde glasarter (høj smeltetemperatur, høj devitrificeringstemperatur) kræver imidlertid højere driftstemperaturer end for normale, blødere glasarter, men på grund af deres struktur, deres legerings-20 beskaffenhed og deres mekaniske styrke under centrifugalkraftpåvirkningerne begrænser de nuværende centrifugelegemer de temperaturer, ved hvilke fibreringen effektivt kan foretages.

Hensyntagen til disse to betragtninger fører 25 til kravet om at kunne holde styr på temperaturforhol-dene i alle faser af fremstillingsprocessen.

I den teknik, man kender fra ovennævnte franske patentskrift anså man det for hensigtsmæssigt at fordele det smeltede glas over hele indersiden af cen-30 trifugelegemet. Denne teknik indebærer dog, at jo mere materialet spredes i centrifugelegemet, desto større bliver materialets tendens til at udvise faldende temperatur, hvilket strider imod kravet om høj driftstemperatur, navnlig ved fibrering af hårdere glasar-35 ter.

DK 154496 B

3

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen adskiller sig fra den kendte teknik ved, at hele den strøm af glas, der skal omdannes til fibre, tilføres området ved den øverste række af huller således, at der på indersiden af 5 centrifugelegemets omkredsvæg hovedsagelig i området over rækkerne af udslyngningshuller opretholdes en nedadgående laminær strømning af smeltet glas.

Ved i henhold til opfindelsen at føre hele det smeltede glas til en begrænset zone af centrifugelege-10 mets omkredsvæg undgår man materialespredning. I forhold til den kendte teknik kan de til omkredsvæggen udgående glasstråler have relativt større tværmål. Denne sammengruppering af materialet forhindrer en mærkbar afkøling af glasset frem til omkredsvæggen, selv om der ved den åbne underkant af centrifugelegemet forekommer en ret kraftig varmeveksling med omgivelserne.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen sikrer således en højere og mere ensartet materialetemperatur ved centrifugelegemets omkredsvæg og giver dermed mulighed for 20 at foretage fibrering af såvel almindelige bløde glasarter som hårde glasarter.

Opfindelsen angår også et apparat til udøvelse af fremgangsmåden, hvilket apparat omfatter et med høj hastighed roterbart centrifugelegeme med vertikal rota-oc tionsakse og med en omkredsvæg udformet med flere ræk- ΔΟ ke huller til ved centrifugalvirkning at udslynge stråler af smeltet glas, samt et blæseorgan til rundt om centrifugelegemet at frembringe en kransformet, nedadgående strøm af gas til trækning af de udslyngede glas-stråler til glasfibre, og en i det indre af centrifugelegemet anbragt bakke, der over omkredsen er udformet med åbninger til fordeling af det smeltede glas i retning mod inderfladen af centrifugelegemets omkredsvæg, og apparatet er ifølge opfindelsen ejendommeligt ved,at bakken er indrettet til at afgive det smeltede glas fra fordelingsåbningerne til området ved den øverste række af huller i centrifugelegemets omkredsvæg.

DK 154496 B

4

Opfindelsen forklares nærmere i det følgende under henvisning til den skematiske tegning.

Fig.l viser et lodret snit gennem et apparat til fremstilling af fibre ved hjælp af et centrifugelegeme, 5 der er udformet i overensstemmelse med opfindelsen, og omfatter en trækningsgasgenerator til frembringelse af en rundgående af trækningsgas i nedadgående retning langs centrifugelegemets omkredsvæg, fig.la i større målestok en del af en anden udfø-10 relsesform til brug i det i fig.l viste apparat, fig. 2, 3 og 4 snitbilleder af samme art som i fig.l gennem en udførelsesform for et centrifugelegeme med organer til tilførsel af glas til det indre af centrifugelegemet, og 15 fig.5 i større målestok og i snit en detalje af et organ til glastilførsel til det indre af det i fig.4 viste centrifugelegeme.

Den i fig.l viste udførelsesform omfatter en vertikal aksel 10, der ved sin nederste ende har et nav 11 20 til påmontering af et centrifugelegeme. Selve centrifugelegemet betegnes ved 12. Det er udformet med en omkredsvæg 13, hvori der er tilvejebragt flere rækker fibreringshuller, og hvis overkant er forbundet med navet 11 ved hjælp af et mellemstykke 14. Hullerne i 25 centrifugelegemets væg er kun vist i snitfladerne, men det må forstås, at der er tilvejebragt mange huller i flere rækker i vertikal afstand fra hinanden. Langs sin underkant har centrifugelegemet en krave 15, der strækker sig indad til og er forbundet med overkanten af et 30 cylindrisk element 16, der,som det skal forklares nærmere senere, virker som forstærkningselement.

I det indre af centrifugelegemet findes der en fordelerbakke 17, der drejer sammen med centrifugelegemet og er udformet med en enkelt række fordelingshuller 18 35 i hovedsagen i planet for den øvre række huller i centrifugelegemets omkredsvæg. Bakken 17 er påmonteret navet 11 ved hjælp af nedadgående flige 17a. En strøm S af glas tilføres centralt og i nedadgående

DK 154495 B

5 retning gennem den konstruktion, der bærer centrifugelegemet, således at glasset når ned til bakken 17 og over bunden af bakken spreder sig ud til bakkens perforerede omkredsvæg, hvorpå glasset på indersiden af 5 denne væg danner et lag, hvorfra der gennem hullerne udgår radialt udadrettede glasstråler 19 i retning mod indersiden af centrifugelegemets omkredsvæg i området for den øvre række huller. Fra dette område strømmer glasset nedad på indersiden af centrifugele-10 gemets omkredsvæg. Denne strømning i nedadgående ret-ning finder sted uden forhindring, eftersom indersiden af omkredsvæggen er udformet uden ledevæg eller -kammer, og det viser sig, at denne strømning er en laminar strømning med bølgeensartethed, hvilket kan konstateres ved hjælp 15 af et stroboskop. Fra denne laminære strømning, uden forhindring eller indeslutning, trænger glasset ind i hullerne i centrifugelegemets omkredsvæg, og fra disse huller slynges glasset ud til dannelse af et stort antal prima?.re stråler, som trækkes af den rundgående gas-20 strøm, der etableres ved hjælp af et udstyr, som skal beskrives nærmere nedenfor.

Fig. la viser en anden udformning af fordelerbakken 17b med to rækker indbyrdes forsatte huller 18a, der allesammen befinder sig i nærheden af et sådant 25 plan, at glasset føres til området for den øvre række huller i centrifugelegemets omkredsvæg.

Hvad angår udformningen af fordelerbakken, bakken 17 i fig. 1 eller 17b i fig. la, skal det bemærkes, at de fleste af de fordelerbakker, der benyttes i de 30 kendte metoder, er udformede med flere rækker huller i vertikal afstand fra hinanden med henblik på opnåelse af en spredning af glasset i retningen mod centrifugelegemets perforerede omkredsvæg over den største del af væggens højde. Man har dog konstateret, at når man i 35 henhold til denne kendte teknik anvender et stort antal huller for at få en vertikal spredning af glasset, støder man på visse ulemper og vanskeligheder, navnlig når der anvendes centrifugelegemer af ret store dimen-

DK 154496 B

6 sioner både for diameteren og for højden af den perforerede omkredsvæg.

En af de største vanskeligheder erf at glasstrålerne taber varme under deres bevægelse fra fordeler-5 bakken til indersiden af centrifugelegemets omkredsvæg.

Dette varmetab er direkte proportionalt med glasstrålernes samlede areal. Med et stort antal små glasstråler, som i de kendte apparater er det totale areal meget større end i apparatet ifølge opfindelsen, hvor forde-10 lerbakken kun har en enkelt række huller af større dimension, hvilket giver mulighed for at afgive den samme glasmængde med et væsentligt mindre areal. I et givet eksempel er apparatet ifølge opfindelsen i stand til at afgive en given mængde glas i form af stråler, hvis 15 overfladeareal kun svarer til 1/7 af arealet med de kendte apparater.

Opfindelsen giver således mulighed for at undgå det alt for store varmetab,glasset udsættes for under sin bevægelse fra fordelerbakken til indersiden af cen-20 trifugelegemets omkredsvæg, hvilket varmetab er en stor ulempe i de kendte anlæg. Dertil kommer, at på grund af den lille tværdimension af glasstrålerne i de kendte apparater er varmetabet under bevægelsen fra fordelerbakken til indersiden af centrifugelegemets omkredsvæg 25 meget mindre ensartet mellem de forskellige glasstråler end, hvis man i henhold til apparatet ifølge opfindelsen bruger et mindre antal tykkere glasstråler.

Medens de ovenfor nævnte vanskeligheder med hensyn til varmetabene ikke anses for alt for alvorlige, 30 når man i de kendte metoder anvender blødt glas, er disse varmetab uaccepteble, når man bruger hårdt glas af den her omtalte art.

En anden væsentlig faktor er, at opfindelsen giver mulighed for at forøge centrifugelegemets diameter. Med 35 den fordelerbakke, der benyttes i de kendte apparater,og som afgiver glasstråler af lille diameter, har en forøgelse af centrifugelegemets diameter tendens til at bevirke ustabilitet i glasstrålerne og dermed uensartet- 7

DK 154 496 B

hed i driftsbetingelserne. Man undgår denne manglende stabilitet, når man i henhold til opfindelsen anvender et mindre antal tykkere glasstråler, men yderligere midler som også bidrager til at reducere denne tendens 5 til ustabilitet vil også blive beskrevet i forbindelse med de udførelsesformer, der er vist i fig. 2-4.

Når man i de kendte anlæg retter et stort antal tynde glasstråler mod indersiden af centrifugelegemets perforerede omkredsvæg over den største del af den perforerede 10 zone på denne væg, er der visse glasstråler, der når den perforerede væg i flugt eller i hovedsagen i flugt med hullerne i denne væg, medens andre glasstråler når frem til mellemområder, hvorved der opstår uensartede strømningsbetingelser, der har tendens til at indvirke 15 forstyrrende på ensartetheden i de fremstillede fibre.

I stedet for et stort antal glasstråler, der fordeles vertikalt på centrifugelegemets omkredsvæg, går opfindelsen ud på, at der tilvejebringes og opretholdes et lag smeltet glas, der uden forhindring eller in-20 deslutning strømmer nedad på indersiden af den perforerede omkredsvæg, idet glasset tilføres overkanten af dette lag, der som en laminær strømning vandrer nedad over samtlige huller i centrifugelegemets væg, således at betingelserne for udslyngning af glasstrålen gennem 25 de enkelte huller i omkredsvæggen praktisk taget er ensartede , således at en af årsagerne til uensartethed i de fremstillede fibre er afhjulpet.

Tilvejebringelsen af det lag, der uforhindret strømmer nedad, sikres med den ovenfor nævnte fordeler-30 bakke, der beskrives under henvisning til fig. 1 og la, dvs. ved at der anvendes en fordelerbakke, hvor hele detglas, der skal omdannes til fibre, afleveres til centrifugelegemets omkredsvæg gennem en enkelt række huller, der er beliggende i eller ved et plan, der be-35 finder sig i højden med eller i nærheden af den øvre række huller i centrifugelegemets omkredsvæg. Hensigtsmæssigt omfatter denne enkelte række huller 75-200 huller, hvilket er mellem 1/10 og 1/3 af det antal huller, der nor-

DK 154496 B

8 malt anvendes i de kendte fordelerbakker med flere rækker.

Oprettelsen af de Ønskede ensartede betingelser for passage af glas gennem hullerne i centrifugelege-5 mets omkredsvæg forbedres endnu mere under visse andre foretrukne driftsbetingelser, som skal defineres senere, navnlig oprettelsen af visse temperaturforhold, der bevirker, at glasset i hovedsagen får ens viskositet i det øvre område og i det nedre område af centrifuge-10 legemets omkredsvæg.

Til trækning af glasstrålerne omfatter det i fig.

1 viste apparat et rundgående kammer 20 med rundgående dyse 21, hvilket kammer 20 fødes fra ét eller flere forbrændingskamre 22, som er udstyrede med egne mid-15 ler til forbrænding af brændstof med henblik på produktion af varm trækningsgas. Herved dannes der en rundgående strøm af trækningsgas, der er rettet nedad og danner et tæppe rundt om centrifugelegemeu. Detaljerne om udformningen af den konstruktion, der bærer 20 centrifugelegemet og trækningsgasgeneratoren, er i og for sig velkendte og skal derfor ikke omtales nærmere her.

Som det fremgår af fig. 1 omfatter apparatet midler til opvarmning af underkanten af centrifugelegemet.

25 Disse midler kan udformes forskelligt, men omfatter fortrinsvis et rundgående organ til højfrekvensopvarmning, som vist ved 23 i fig. 1. Dette varmelegeme har fortrinsvis en diameter større end centrifugelegemets diameter og er fortrinsvis placeret i kort afstand under 30 bunden af centrifugelegemet.

Driftsbetingelserne og -parametrene skal nu beskrives i det følgende:

Hvad angår virkemåden for den i fig. 1 viste udførelsesform, skal det først bemærkes, at selv om forskel-35 lige træk ved opfindelsen kan finde anvendelse i centrifugelegemer af hvilken som helst størrelse, ligger det indenfor opfindelsens ramme at bibringe centrifugelegemet en diameter, der er større end hos de kendte een-

DK 154496 B

9 trifugelegemer. Man kan f.eks. for centrifugelegemet vælge en diameter på ca. 400 mm i stedet for de 300 mm, der normalt anvendes i mange af de kendte apparater. Dette giver mulighed for at have et meget større antal glas-5 udslyngningshuller i centrifugelegemets omkredsvæg, hvilket også giver mulighed for at forøge det antal glasstråler, der fra dette centrifugelegeme udslynges i den rundgående strøm af trækningsgas med henblik på omdannelse til fibre. På grund af den relativt store 10 omdrejningshastighed for sådanne centrifugelegemer er apparatet udsat for en meget stor centrifugalkraft, og da det arbejder ved høj temperatur, har den midterste del af omkredsvæggen altid tendens til at bule ud. Man modvirker denne tendens ved hjælp af forstærkningsmid-15 ler i forskellige udformninger, som skal beskrives nærmere under henvisning til tegningen. I den i fig. 1 viste udførelsesform udgøres forstærkningsorganet af et rundgående element 16, der er fastgjort til underkanten af omkredsvæggen ved hjælp af en indadvendt krave 20 15. Idet den midterste del af omkredsvæggen 13 har tendens til at bule ud under påvirkningen fra den centrifugale kraft, bevirker dette rundgående forstærkningselement 16, at kraven 15 har tendens til at bøje sig opad og indad i forhold til den linie, hvor 25 den har forbindelse med underkanten af omkredsvæggen 13. Hvis dette rundtgående element 16 ikke var til stede, ville en del af denne udbøjning af kraven 15 opad og indad resultere i en mindre bølgning af den relativt tynde inderkant af kraven. Det rundgående element 16 30 langs inderkanten af kraven forhindrer denne bølgning i at opstå, og på denne måde forstærker centrifugelegemets væg. Den vinkelformede overgang mellem elementet 16 og kraven 15 bidrager også til den ønskede forstærkning.

35 Med det samme formål som nævnt i det foregående har det rundgående element 16 i centrifugelegemets akseretning fortrinsvis en dimension større end middeltykkelsen af centrifugelegemets omkredsvæg. For endvi-

DK 154496 B

10 dere effektivt at modvirke udbulingen af omkredsvæggen er det rundgående element 16 fortrinsvis monteret i en sådan position, at det rager nedenfor underkanten af kraven 15. Elementets dimension i vertikal retning 5 er fortrinsvis større end den maksimale tykkelse af væggen 13. Det har vist sig, at den således tilvejebragte forstærkning af centrifugelegemet forsinker udbulingen af centrifugelegemets væg og følgelig sikrer større levetid for apparatet.

10 De andre figurer, som skal beskrives nærmere sene re, er der vist andre opstillinger, der giver denne ønskede forstærkningsvirkning.

Inden virkemåden for den i fig. 1 viste udførelses-form for apparatet beskrives, skal 15 det bemærkes, at ved en kendt anvendelse af et centrifugelegeme med relativt blødt glas indføres glasset sædvanligvis i en fordelerbakke, der er monteret i den centrale del af centrifugelegemet og har en omkredsvæg udformet med flere i vertikal afstand fra hinanden be-20 liggende rækker glasfordelingshuller, således at det glas, der udslynges fra fordelerbakken, når frem til centrifugelegemets omkredsvæg i det mindste over den største del af væggens højde. I så fald er der en væsentlig temperaturforskel mellem overkanten af omkreds-25 væggen og underkanten. Som følge heraf er der en højere temperatur på overkanten end på underkanten,i hovedsagen fordi overkanten befinder sig i nærheden af den zone, hvori trækningsgasstrømmen opstår. Desuden har omkredsvæggen sædvanligvis den samme tykkelse over he-30 ie højden,og i visse tilfælde er den endog tykkere ved overkanten end ved underkanten. Endvidere kan der i denne kendte teknik være visse dimensionsforskeIle, diameterforskelle, mellem hullerne i de øvre rækker i centrifugelegemet og hullerne i de nedre rækker. I de 35 kendte udførelsesformer har man allerede taget højde for disse forskellige faktorer for at sikre, at glasstrålerne fra de øvre huller udslynges med større glasmængde end i strålerne fra de nedre rækker for at opnå

DK 154496 B

11 den såkaldte "paraplyformede" fibrering, som beskrevet i fransk patent nr. 1.382.917, jf. fig. 3. Herved undgår man, at fibrene krydser hinanden og dermed sammenfiltres og sammensvejses i fibreringsområdet, hvilket 5 sker, når glasstrålerne fra de øvre rækker og fra de nedre rækker huller udslynges over samme afstand.

Selv om man i visse kendte apparater udsætter underkanten af centrifugelegemet for en opvarmning udover den opvarmning, der skyldes den rundgående strøm af 10 trækningsgas og tilførslen af smeltet glas, kræver opnåelsen af den paraplyformede fibrering i de kendte udførelsesformer oftest, at der oprettes en forskel mellem glastemperaturen ved overkanten af centrifugelegemet og glastemperaturen ved underkanten. Overkan-15 ten af centrifugelegemet udsættes for en højere temperatur på grund af de ovennævnte faktorer, medens underkanten af centrifugelegemet sædvanligvis befinder sig ved en lavere temperatur, selv om der sørges for varme-tilskud. På grund af denne temperaturforskel, idet der 20 f.eks. er en temperatur på 1050°C. i den øvre del af centrifugelegemet og 950°C. forneden og glasviskositeten er mindre forneden end foroven, strømmer glasset nemmere gennem de øvre huller, hvorfor glasstrålerne slynges længere ud fra den øvre del af centrifugelegemet 25 end fra den nedre del, hvorved man opnår den ønskede paraplyformede fibrering.

I den kendte teknik, hvor man anvender blødt glas, var det muligt at opnå en sådan temperaturforskel mellem overkant og underkant af centrifugelegemet for at 30 opnå de tilsigtede resultater, for selv om temperaturen for disse bløde glasarter væsentligt overskrider devitrificeringstemperaturen (for det glas, der befinder sig i området ved den øvre række huller),er denne temperatur dog ikke tilstrækkelig høj til at resultere 35 i alvorlige skader i centrifugelegemets metal.

Med hårdt glas er det derimod i praksis ikke muligt at arbejde med en stor temperaturforskel mellem overkant og underkant af centrifugelegemet. Årsagen

DK 154496 B

12 til dette erf at hvis temperaturen ved underkanten skulle holdes på en tilstrækkelig højere værdi end devitrificeringstemperaturen for at undgå, at glasset krystalliserer og følgelig tilstopper de nedre rækker 5 huller, skulle glastemperaturen i området ved overkanten af centrifugelegemet til opretholdelse af den temperaturforskel, der sædvanligvis anvendes i de kendte anlæg til paraplyfibrering, bringes på en så høj værdi, at centrifugelegemet udsættes for alt for voldsom kor-10 rosion, erosion og/eller deformation.

Ud fra disse faktorer, og når der anvendes hårdt glas, giver opfindelsen mulighed for at opnå den ønskede paraply-formede fibrering på en ny måde. I stedet for at bruge en temperaturforskel mellem overkanten og underkanten af 15 centrifugelegemet etablerer man tilnærmelsesvis den samme temperatur ved overkant og ved vinderkant af centrifugelegemet, og denne temperatur holdes på en værdi, f.eks. 1050°C, der er større end devitrificeringstemperaturen, men ligger dog relativt nær ved denne tem-20 peratur. Derfor er glasviskositeten i hovedsagen den samme, f.eks. ca. 5000 P, i området for de øvre rækker huller og i området for de nedre rækker huller. Den ønskede forøgelse af modstanden mod udslyngningen af glasstrålerne gennem hullerne i de nedre rækker kan dog 25 etableres på anden måde når opfindelsen udøves. Til forskel fra den kendte teknik bruger man i centrifugelegemet en omkredsvæg, der,som det fremgår af fig. 1, har større tykkelse ved underkanten end ved overkanten. Dette har til resultat, at man i området ved underkanten 30 får huller, der for en given glasviskositet yder en større modstand mod udstrømningen af strålerne under påvirkningen fra den centrifugale kraft. På grund af denne forskel i strømningsmodstand vil glasstrålerne slynges længere bort fra overkanten af centrifugelege-35 met end fra underkanten, hvorved man får den ønskede paraplyformede fibrering. Man kan eventuelt forøge strømningsmodstanden for glasstrålerne fra hullerne i de nedre rækker ved at reducere hullernes diameter.

DK 154496 B

13

For at oprette den ønskede temperatur langs underkanten af centrifugelegemet foretages der i henhold til opfindelsen en kraftigere opvarmning af centrifugelegemets underkant end i de kendte apparater. Det i fig. 1 5 viste varmelegeme 23 er beregnet til en effekt, der en mindst to eller tre gange større end effekten i de hidtil kendte apparater. Hensigtsmæssigt kan der anvendes et varmelegeme med en effekt på 60 kW ved en frekvens på 10000 Hz.

10 I henhold til en foretrukken udførelsesform for opfindelsen opretholdes der sådanne forhold, at glastemperaturen i det øvre område og i det nedre område af centrifugelegemets omkredsvæg er ca. 10-20°C. større end devitrificeringstemperaturen.

15 Selv om fig. 1 viser, at væggen har en yderflade, der er konisk, dvs. med diameter lidt større forneden end foroven, skal det bemærkes, at yderfladen også kan være cylindrisk.

Inden yderligere udførelsesformer for opfindelsen 20 og andre tilsvarende karakteristika beskrives nærmere under henvisning til fig. 2-5, er det hensigtsmæssigt at definere visse yderligere parametre, navnlig i forbindelse med strukturen og virkemåden for opfindelsen.

Når opfindelsen skal udøves i praksis, vil man i 25 de fleste tilfælde hensigtsmæssigt vælge en perforeringskoefficient, defineret som forholdet mellem hullernes totale areal og omkredsvæggens totale areal, svarende til mindst 15 huller pr. kvadratcentimeter af den perforerede del af omkredsvæggen, f.eks. en værdi mellem 30 15 og 45 eller 50 huller pr. kvadratcentimeter. En fore trukken værdi er på ca. 35 huller pr. kvadratcentimeter.

De anvendte huller har en diameter, der fortrinsvis ligger mellem ca. 0,8 og ca. 1,2 mm.

Medens man for de kendte centrifugelegemer vælger 35 en diameter på ca. 300 mm, kan man for centrifugelegemer i henhold til opfindelsen vælge en diameter på mindst 400 mm, endog helt op til 500 mm.

DK 154496 B

14 Når opfindelsen udøves, kan man til visse anvendelser vælge en forøgelse af omkredsvæggens højde op til det dobbelt i forhold til de kendte konstruktioner. Eksempelvis man man forøge højden af centrifugelegemets 5 omkredsvæg fra ca. 40 mm op til 80 mm. Denne forøgelse af højden gør det muligt at forøge det totale antal huller, hvilket er yderst fordelagtigt, eftersom man får et forøget antal glasstråler, som udslynges i træknings-gasstrømmen, hvilket igen indebærer en ny energibespa-10 relse,

Fig. 2-5 skal nu beskrives detaljeret i det følgende.

Den i fig. 2 viste udførelsesform omfatter en central aksel 10, der bærer centrifugelegemet, og på hvis 15 nederste ende er påmonteret navet 24, der bærer centrifugelegemet 25. På samme måde som i den første udførelsesform omfatter apparatet et rundgående kammer 20 med rundgående dyse 21 til frembringelse af trækningsstrømmen langs ydersiden af centrifugelegemet. I den i 20 fig. 2 viste udformning har centrifugelegemet en diameter lidt større end i fig. 1, og omkredsvæggen 26 har også en større tykkelse i den nederste del end i den øverste del. På underkanten af omkredsvæggen findes der en indadvendt krave 27, hvis tykkelse vokser progres-25 sivt i radial retning mod legemets akse, idet inderkanten af denne krave i centrifugelegemets akseretning har en dimension i det mindste lig med middeltykkelsen af væggen 26 og fortrinsvis større end den maksimale tykkelse af denne væg. Herved er der på samme måde som 30 i det foregående skabt den forstærkning, der skal modvirke en udbuling af den centrale zone af omkredsvæggen 2 6.

I den i fig. 2 viste udførelsesform findes der en fordelerbakke 28, der er monteret centralt i centrifuge-35 legemet og er udformet med en række huller 29 i omkredsvæggen. På samme måde som i fig. 1 føres strømmen

DK 154496 B

15 S af glas oppefra til bakken, og ved rotation af bakken 28 slynges glasstrålerne 30 radialt ud.

I stedet for at føre glasstrålerne 30 direkte til indersiden af centrifugelegemets omkredsvæg er 5 der i den i fig. 2 viste udførelsesform et glasoverføringsarrangement beliggende mellem bakken og centrifugelegemets omkredsvæg. Dette overføringsarrangement omfatter en rundgående, inderst åben bakke 31, hvis bund er udformet med en række huller, der er beliggende 10 i en sådan indbyrdes afstand, at der udslynges glasstråler 32 til centrifugelegemets omkredsvæg. På samme måde som i den første udførelsesform skal udgangshullerne for disse glasstråler 32 placeres således, at hele det glas, der skal omdannes til fibre, føres 15 til den øvre del af centrifugelegemets perforerede væg, således at man opnår den tidligere beskrevne laminære strømning.

I den i fig. 2 viste udførelsesform har fordelerbakken 28 en diameter, der er mindre end diameteren 20 af fordelerbakken 17 i fig. 1 til trods for, at centrifugelegemet i fig. 2 har en diameter, der er større end centrifugelegemet ifølge fig. 1.Denne udformning af de pågældende dele er fordelagtig, idet selv om man brugte en bakke med samme diameter som bakken 17 i 25 fig. 1, ville afstanden fra fordelerbakken til centrifugelegemets perforerede væg skade ensartetheden i de afgivne glasstråler og føre til ustabilitet med det resultat, at en del af glasset føres til en zone på omkredsvæggen nedenfor væggens overkant. Når opfindelsen 30 skal anvendes i praksis, er dette forhold uønsket, eftersom hele glasset skal føres i hovedsagen i planet for de øvre rækker huller i apparatets væg med henblik på ovenfra og ned til underkanten af centrifugelegemets omkredsvæg at opretholde den ønskede frie nedadgående 35 strømning i flere oven på hinanden beliggende laminære lag.

Ved at anvende en fordelerbakke 28 med diameter lidt mindre end i fig. 1 og ved desuden at anvende et

DK 154496 B

16 overføringsarrangement såsom den rundgående bakke 31 ifølge fig. 2 får man en mere præcis overføring af glasset til området for den øvre række fibreringshuller. Bakken 31 kan påmonteres navet 24 ved hjælp 5 af en bærekonstruktion 31a, der holdes termisk adskilt.

På samme måde som i fig. 1 kan man i fig. 2 anvende et varmelegeme 23 til højfrekvensinduktions-opvarmning med henblik på udligning af temperaturerne 10 i det øvre område og i det nedre område af centrifugelegemets perforerede væg.

Fig. 3 viser en udførelsesform af samme art som i fig. 2, hvorfor der benyttes de samme henvisningsbetegnelser for de samme eller modsvarende dele. Centrifu-15 gelegemet 25 og fordelerbakken 28 er faktisk opbygget på samme måde som i fig. 2, men i stedet for at anvende en inderst åben, rundgående bakke 31 har man valgt et overføringsarrangement 33 i en anden udformning. Dette arrangement 33 omfatter en på navet ved 20 hjælp af termisk isolerede bærestykker 33a påmonteret, rundgående drypkant udformet med indadvendt kanal, der modtager glasstrålerne 30 fra bakken 28, idet kanalens nedre kant udgør overløbskant 34, således at det glas, der opsamles på drypkanten 33, løber over 25 og centrifugeres til indersiden af centrifugelegemets omkredsvæg. Den nævnte overføringsdrypkant 33 er fortrinsvis placeret således, at overløbskanten bevirker, at glasset overføres i planet for den øvre række huller i omkredsvæggen.

30 Den i fig. 3 viste udførelsesform fungerer på sam me måde, som dén i fig. 2 viste udførelsesform, bortset fra at hullerne i bunden af tragten i den rundgående bakke ifølge fig. 2 afgiver separate glasstråler 32, medens glasset ved den i fig. 3 viste udførelsesform 35 udgår fra overføringsarrangementet i form af et lag som vist ved 35.

DK 154496 B

17

Fig. 4 viser endnu en udførelsesform af samme art, som vist i fig. 3, med det samme centrifugelegeme 25 og den samme fordelerbakke 28, men her har man som overføringsring anvendt en drypkant 45 med overløbs-5 kant, jf. også detaljerne i fig. 5, hvilken drypkant er direkte påmonteret en del af omkredsvæggen i stedet for at være påmonteret navet som vist i fig. 3.

Som det fremgår af detailbilledet i fig. 5, vil det ses, at i det tilfælde, hvor overføringsarrangementet i-10 følge fig. 4 direkte påmonteres apparatet, er der et mellemlag 46 af isolerende materiale, som har til formål at formindske varmeoverføringen fra overføringsarrangementet til centrifugelegemet og til bærekonstruktionen 38.

15 En væsentlig fordel ved opfindelsen er, at de strukturelle og funktionelle ejendommeligheder giver mulighed for at bruge opfindelsen til fibrering af vidt forskellige glasarter.

Man kan f.eks. anvende mange af de kendte sammen-20 sætninger af trækbare glasarter, navnlig de bløde glasarter. Desuden kan man anvende visse strukturelle og driftsmæssige træk ved opfindelsen hver for sig og i kombination med visse typer af glassammensætning, som man ikke sædvanligvis anvender i de kendte fibrerings-25 metoder, hvor der anvendes et centrifugelegeme til udslyngning af glasstråler i en trækningsgasstrøm. Fremgangsmåden og apparatet ifølge opfindelsen muliggør en nem anvendelse af glassammensætninger, der af forskellige grunde ikke er blevet brugt i praksis med de kend-30 te centrifuge-fibreringsanlæg, navnlig på grund af en relativt høj devitrificeringstemperatur, der indebærer, at man må bruge en ret høj fibreringstemperatur. Denne fibreringstemperatur, når den benyttes i de kendte anlæg, bevirker ved erosion og/eller udbuling af omkreds-35 væggen at der ret hurtigt opstår skader, hvorfor centrifugelegemet i praksis ikke kan anvendes på industriel basis. Som følge heraf kan man sige, at det i realiteten ville være umuligt med anlæg af kendt art at fore-

t I

DK 154496 B

18 tage en fibrering af nogle af de giassammensætninger, som opfindelsen nu giver mulighed for at anvende.

Der gives herefter anvisning på brugen af visse hidtil ukendte glassammensætninger, der, hvad angår 5 temperaturen og viskositeten, har de ønskede egenskaber til fibrering ved udøvelse af opfindelsen. Disse nye glassammensætninger har endvidere den fordel, at de ikke indeholder fluor og praktisk taget ikke indeholder bor og/eller baryum, medens nævnte tre stoffer 10 nemlig fluor, bor og baryum hver for sig eller i kombination forekom i væsentlige mængder i de glasarter, man tidligere har brugt til fiberfremstilling ved den kendte teknik. Disse nye glasarter er derfor særlig fordelagtige, eftersom de er økonomiske og praktisk 15 taget ikke forurener. De omtalte nye glassammensætninger, som har relativ høj smeltetemperatur og relativ høj devitrificeringstemperatur, giver også mulighed for at fremstille fibre, der har bedre egenskaber med hensyn til modstandsdygtigheden overfor temperaturen.

20 Som følge heraf kan de produkter til termisk isolation, der fremstilles ud fra disse nye glassammensætninger med fuld sikkerhed benyttes i de tilfælde, hvor isolationen udsættes for høje temperaturer på ca. 450-500°C, hvilket skal sammenlignes med den temperatur på ca.

25 400°C, som de kendte isolationsprodukter med fibre af bløde glasarter er i stand til at tåle.

De foretrukne glassammensætninger til udøvelse af opfindelsen og med de ovenfor nævnte egenskaber skal omtales nærmere nedenfor. Før man specifikt definerer 30 disse sammensætninger, skal det erindres, at under konventionelle' forhold er viskositeten ca. 1000 P ved fibreringstemperaturen. På denne måde prøvede man på at få en højere devitrificeringstemperatur, der er så lav som muligt, hvilket kun kunne opnås ved tilsæt-35 ning af fluorforbindelser eller forbindelser, af bor og baryum. Visse glasarter ifølge opfindelsen kan nå op på en viskositet på ca. 5000 P ved centrifugelegemets driftstemperatur, som er på ca. 1030-1050°C, hvilket

DK 154496 B

19 ikke er meget højere end liguidustemperaturen for de anvendte glasarter.

Det skal dog bemærkes, at hvis man opnår særlig hensigtsmæssige resultater under anvendelse af nye sam-5 mensætninger, som ikke var velegnede til den hidtil kendte fibreringsteknik, kan fremgangsmåden og apparatet også benyttes med mange af de hidtil kendte og anvendte glassammensætninger.

Alle sammensætninger er angivet i vægtdele bortset 10 fra de ikke-doserede urenheder og med forbehold for præcisionen i den foretagne analyse.

Tabel I angiver sammensætningen for otte forskellige glasarter med deres væsentlige egenskaber.

TABEL I 15 I ° l· 1 2 I 3 1 4 I 5 1 6 I 7

Si02 66,90 63,15 62,60 62,70 61,60 63,45 62,10 60,30 AL.CL 3,35 5,05 5,20 5,15 5,90 5,25 5,85 6,35 20 ^ 3

Na20 14,70 13,20 15,15 15,20 13,80 14,95 14,55 14,95 K20 1,0 2,10 2,30 2,30 2,45 2,25 2,70 2,65

CaO 7,95 5,90 5,25 5,50 5,95 5,40 5,75 6,25

MgO 0,30 2,65 3,35 3,35 2,60 4,00 2,75 2,40

BaO spor 2,90 4,85 2,70 3,20 spor spor spor 25

MnO 0,035 2,00 spor 1,50 3,05 3,00 3,40 2,90

Fe203 0,49 0,78 0,79 0,85 0,89 0,84 1,88 3,37 S03 0,26 0,55 0,50 0,52 0,45 0,51 0,40 0,36

Ti02 spor spor spor spor spor spor spor spor 30 B203 4,9 1,50 spor spor spor spor spor spor

VISKOSITET

η T i °C for log η-= 2 1345 1416 1386 1403 1410 1402 1405 1395 35 log η = 2,5 1204 1271 1249' 1264 1270 1265 1266 1257' log η = 3 1095 1161 1141 1156 1158 1160 1158 1150 log η = 3,71 975 ~ 1042 1028 1038 1042 1045 1038 1030 tabel I fortsættes side 20

DK 154496 B

20 TABEL I fortsat____ \~~0 Ϊ |~2 ] 3 4 5 f~6 7 DEVITRIFI-

CERING

Liquidus °C 970 1020 960 1015 1015 1040 1020 1025

Max.

hastighed 0,93 0,52 0,30 0,46 1,1 0,40 1,08 1,96 ym/mn

Ved temp.0C 855 900 ' 840 800 900 880 915 920 , n KEMISK X MODSTANDSDYGTIGHED (DOG) ^^f°r mg 13,6 10,8 16,5 16,8 11 16,4 12,86 14,9 rest - mg 15 alkali- 4,6 3,6 5,9 ‘ 5,9 3,6 5,6 4,8 4,9 nitet

De kemiske sammensætninger, der er angivet i denne tabel, er resultaterne af analyser af prøver, hvilke 20 resultater angives som eksempler.

Det bemærkes, at sagkyndige må tage de’ givne vær-dier med en spredning, der kan nå op på ca. - 5% på grund af de fejl, der skyldes præcisionen i den kemiske dosering og afvejningen af sammensætningen, eller 25 skyldes det forhold, at visse bestanddele er mere eller mindre flygtige.

Selv om sammensætningen O kan fibreres med nogle af de kendte metoder, var denne fibrering, set fra industrielt synspunkt, ikke rentabel, fordi produktionska-30 paciteten ville have været for lille.

Det er klart, at denne sammensætning O kan fibreres rentabelt med apparatet ifølge opfindelsen.

Det er i praksis umuligt på. industriel basis med de kendte eentrifuge-fibreringsmetoder at foretage en 35 fibrering af de andre sammensætninger, der viser sig derimod at være velegnede til udøvelse af opfindelsen.

De sammensætninger, der er angivet under 5, 6 og 7 er imidlertid ukendte i forbindelse med anvendelser af den

DK 154496 B

21 her omhandlede art.

Apparatet og fremgangsmåden ifølge opfindelsen finder særlig fordelagtig anvendelse med glasarter, ’hvis sammensætning (i vægtdele) fremgår af følgende tabel II.

5

TABEL II

A B_ C__

Manganglas_ 10 Bestanddele Værdiområder Baryumglas Jernglas (vægtdele)

Si02 59 - 65 59 - 65 60 - 64 A1203 4 -8 4 -8 5 - 6,5

Na20 12,5 - 18 12,5 - 18 14,5 - 18 15 K20 0 - 3 0 - -3 0 - 3 R20=Na20+K20 15 - 18 15 - 18 16 - 18 A1203/R20 0,25 / 0,40 0,25 / 0,40 (0,25 / 0,40;

CaO 4,5 - 9 4,5 - 8 5 - 9

MgO 0 - 4 0 - 4 0 - 4 20 MgO/CaO 0 / 0,75 0 / 0,75 0 /0,75

MgO+CaO 7 - 9,5 7 - 9,5 8 - 9,5

MnO 0 - 4 1 - 3,5 1,5 - 4

BaO 0 - 5 2 -3,5 spor

Fe203 0,1 - 5 0,1 - 1 0,8 - 3,5 25 Mn0+Ba0+Fe203 3,5-8 4 -8 3,5-6,5 B203 0 - 2 0 - 2 spor

Diverse $ 1 $ 1 ^1 hvoraf S03 $0,6 $0,6 $0,6 30 Inden for det angivne værdiområde foretrækker man dog til fiberfremstilling at anvende glasarter, der er specielt udformede til opretholdelse ~af ligevægt mellem dels viskositeten, dels devitrificeringstemperaturen og den kemiske modstandsdygtighed overfor vand, 35 hvilken ligevægt er yderst vanskelig at opnå med de hid-’ til kendte glasarter.

Disse glasarter svarer navnlig til de sammensætninger for manganglas, der er angivet i kolonnerne B

Claims (8)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af fibre ud fra smeltet glas, og af den art, hvor det smeltede glas tilføres det indre af et med høj hastighed roterende cen- 15 trifugelegeme (12, 25, 36) med vertikal rotationsakse, og hvor centrifugelegemet har en omkredsvæg (13, 26) udformet med flere rækker huller og er placeret i en kransformet, nedadgående strøm af gas, og hvor der i det indre af centrifugelegemet findes en bakke (17, 28, 43), 20 der over omkredsen er udformet med åbninger (18, 29) til fordeling af det smeltede glas i retning mod'inderfladen af centrifugelegemets omkredsvæg således, at der under centrifugalvirkning udslynges glasstråler fra hullerne i centrifugelegemets omkredsvæg, kendetegnet 25 ved, at hele den strøm af glas, der skal omdannes til fibre, tilføres området ved den øverste række af huller således, at der på indersiden af centrifugelegemets omkredsvæg hovedsagelig i området over rækkerne af udslyngningshuller opretholdes en nedadgående laminær 30 strømning af smeltet glas.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at området ved underkanten af centrifugelegemets (12, 25, 36) omkredsvæg (13, 26) opvarmes tilstrækkeligt til, at der i dette område opretholdes en 35 glastemperatur i nærheden af temperaturen i området ved den øvre kant af omkredsvæggen, således at der opretholdes en i det væsentlige ensartet glasviskositet i nævnte områder. DK 154496 B

3. Apparat til udøvelse af fremgangsmåden ifølge krav 1 eller 2, og omfattende et med høj hastighed roter-bart centrifugelegeme (12, 25, 36) med vertikal rotationsakse og med en omkredsvæg (13, 26) udformet med 5 flere rækker huller til ved centrifugalvirkning at udslynge stråler af smeltet glas, samt et. blæseorgan (20, 21, 22) til rundt om centrifugelegemet at frembringe en kransformet, nedadgående strøm af gas til trækning af de udslyngede glasstråler til glasfibre, og en i det indre 10 af centrifugelegemet anbragt bakke (17, 28, 43), der over omkredsen er udformet med åbninger til fordeling af det smeltede glas i retning mod inderfladen af centrifugelegemets omkredsvæg, kendetegnet ved, at bakken (17, 28, 43) er indrettet til at afgive det smel-15 tede glas fra fordelingsåbningerne til området ved den øverste række af huller i centrifugelegemets omkredsvæg.

4. Apparat ifølge krav 3, kendetegnet ved, at der i det indre af centrifugelegemet ud over bakken findes glas-overføringsmidler (31, 37, 33, 45) 20 mellem glasfordelingsbakken (17, 28, 43) og centrifugelegemets (12, 35, 36, 42) omkredsvæg (13, 26), hvilke overføringsmidler omfatter et organ til at afgive det overførte glas til området ved den øverste række fibreringshuller.

5. Apparat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at overføringsmidlerne (31, 37, 33, 45) omfatter en rundtgående, drypkant (33, 45) udformet med indadvendt kanal, hvoraf den ene kant udgør overløbskant (34), der er således placeret, at glasset' overføres til indersiden 20 af omkredsvæggen i et plan, der er beliggende i det væsentlige på højde med den øverste række huller.

6. Apparat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at overføringsmidlerne (31, 37, 33, 45) omfatter en rundtgående, indadtil åben bakke (31, 37), hvis bund er 25 udformet med overføringshuller, der er således placerede,' at glasset overføres til indersiden af omkredsvæggen i et plan, der er beliggende i det væsentlige på højde med den øverste række huller. • · < t DK 154496 B

7. Apparat ifølge krav 5, kendetegnet ved, at det desuden har en rundtgående overføringsbakke (37) anbragt radialt mellem kanalen og centrifugelegemets (36) omkredsvæg (26), og hvis bund er udformet med 5 overføringshuller (40) , der er således placerede, at glasset overføres til indersiden af omkredsvæggeri i et plan, der er beliggende i det væsentlige på højde med den øverste række huller.

8. Apparat ifølge ethvert af kravene 3-7, k e n -10 detegnet ved, at glastilførselsmidlerne omfatter en fordeler (17) med omkredsvæg udformet med glasfordelingshuller (18) i planet for den øverste række huller i centrifugelegemets (12) omkredsvæg (13) eller i umiddelbar nærhed af dette plan, medens resten af fordelerens 15 omkredsvæg er uden perforeringer, således at alt det glas, der skal omdannes til fibre, tilføres området ved den øverste række huller i centrifugelegemet (12).