DK165501B - Apparat til fremstilling af korte uorganiske fibre - Google Patents

Description

DK 165501 B

- i -

Opfindelsen angår et apparat til fremstilling af korte· uorganiske fibre, hvilket apparat er af den art, der fremgår af krav l's indledning.

5

Et apparat til fremstilling af korte uorganiske fibre har normalt en roterende rotor og en afleveringsport, som tilfører en gasstrøm. Den roterende rotor omfatter en hul cylindrisk del, som afgrænser en sidevæg, hvori der findes et 10 antal gennemgående åbninger, en bund, som er i sammenhængende forbindelse med den nederste ende af den cylindriske del, og en fremstikkende del, som kaster'en smeltemasse radialt indad fra den øverste ende af den cylindriske del omkring dens fuldstændige omkreds. En roterende aksel er 15 forbundet med bunden af den roterende rotor ved dennes center og er indrettet til at drives i rotation ved høj hastighed. Et smeltet uorganisk materiale indføres i den roterende rotor og underkastes rotation deri, så at materialet kastes udad gennem åbningerne.

20

Afleveringsporten for gasstrømmen er fastmonteret nær ved og over den cylindriske del af den roterende rotor i ringformet konfiguration, så at den smeltemasse, som drives gennem åbningerne i den roterende rotor under indvirkning 25 af centrifugalkraften, blæses bort af gasstrømmen. Et problem ved fremstillingen af korte uorganiske fibre såsom glasuld, stenuld og keramisk uld med et apparat af den beskrevne art, angår den erosion af den roterende rotor, som optræder som følge af den direkte kontakt med smeltemassen, 30 samt oxidation forårsaget af varm gas. En smeltemasse af råmateriale, som føres til den roterende rotor, har normalt høje temperaturer på over 1000°C. Da overfladen af den roterende rotor eroderes ved smeltemassens kontakt dermed, reduceres rotorens levetid derfor i høj grad. Et andet 35 problem står i forbindelse med den stadige passage af smeltemasse gennem åbningerne. Specielt er den indvendige diameter af disse åbninger tilbøjelig til gradvis at vokse som - 2 -

DK 165501 B

følge af erosionen.

Til forøgelse af rotorens levetid, til stabilisering af operationen og til opnåelse af ensartet kvalitet af de fremkomne korte uorganiske fibre er det normal praksis at benytte en luftkøling eller vandkøling af den roterende aksel og det indre af rotoren. Selv om rotoren underkastes afkøling, er levetiden af rotoren imidlertid højst af størrelsesordenen 100-200 timer. Rotoren må derfor tit udskif-^ tes, hvilket medfører forøgede omkostninger og spildtid for hele apparatet. Endelig er der et problem, som består i, at diameteren af de korte uorganiske fib're, der fremstilles som produkt, gradvis forøges i tidens løb. I et’ arrangement af en anden type, som ikke har åbninger, idet en cy-15 lmdrisk roterende rotor har sin rotationsakse anbragt vandret, og idet et smeltet uorganisk materiale føres til den ydre overflade af den cylindriske del af rotoren ved frit fald med henblik på omdannelse til fibre, aflejres smeltemassen på den cylindriske overflade og underkastes en 20 rotation sammen med rotoren og blæses derefter bort af en gasstrøm. I løbet af rotorens brugstid eroderes rotorens cylindriske overflade, som kommer i kontakt med smeltemassen, derfor gradvis til en uensartet konfiguration, hvilket forårsager utilstrækkelig vedhæftning af smeltemassen til o c e rotoren, og dette forårsager atter en uensartet fordeling af diametrene af fibrene og et forøget indhold af ikke til fibre omdannede partikler, hvilket reducerer fiberkvaliteten.

o Q

Formålet med opfindelsen er at anvise et apparat til fremstilling af korte uorganiske fibre, som gør det muligt at øge rotorens levetid samt at forebygge en forringelse af kvaliteten af de fremstillede__ korte uorganiske fibre.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved at indrette det indledningsvis nævnte apparat som angivet i krav 1's kendetegnende del.

- 3 -

DK 165501 B

Forsøg, jf. den eksperimentelle del nedenfor, viser, at ap-paratet ifølge opfindelsen opfylder de ovenfor angivne mål.

Opfindelsen skal forklares nærmere i forbindelse med teg-ningen, hvor fig. 1 viser et længdesnit i et apparat til fremstilling af korte uorganiske fibre i en udførelsesform ifølge opfindelsen, idet man ser den roterende rotor, hvis overflade er overtrukket af et aflejret lag, fig. 2 et perspektivisk billede af rotoren i fig. 1 og 3, fig. 3 et længdesnit i lighed med fig. '1, men hvor rotoren ikke er overtrukket med et aflejret lag, og fig. 4 et længdesnit i lighed med fig. 1, som viser en an-15 den udførelsesform ifølge opfindelsen.

I det følgende beskrives nogle udførelsesformer under henvisning til tegningen. Først skal det grundlæggende arrangement af et apparat og dets brug til fremstilling af korte 20 uorganiske fibre såsom af glasuld, stenuld eller keramisk uld beskrives under henvisning til fig. 3. I denne figur er en roterende aksel 1 anbragt lodret og indrettet til at drives i den ved hjælp af en pil angivne rotationsretning ved hjælp af en ikke vist drivkilde. Det vil forstås, at rotationsakslen 1 også kan anbringes i vandret eller skrå stilling.

En rotor 2 er demonterbart anbragt på rotationsakslen 1 og er i fast forbindelse dermed med henblik på rotation ved O Λ høj hastighed. Udseendet af rotoren 2 fremgår af fig. 2, hvor det vil ses, at den omfatter en cylindrisk del 2b, en bund 2a, som er i sammenhængende forbindelse med den neder-ste ende af den cylindriske del 2b, samt en fremstikkende del 2c, som kaster en smeltemasse radialt indad fra den ^ øverste ende af den cylindriske del 2b omkring dens fulde omkreds, idet den fremstikkende del afgrænser en del af den cylindriske del 2b. Rotationsakslen 1 er i forbindelse med - 4 -

DK 165501 B

bunden 2a af rotoren 2 i dennes midte. Formålet med den fremstikkende del 2c er at afgrænse et reservoir for smeltemassen, som indføres i det indre af rotoren 2, snarere end at smeltemassen får lov til at blive frigivet under 5 indvirkning af centrifugalkraften. Medens det viste arrangement omfatter en enkelt rotor 2 monteret på en enkelt rotationsaksel 1, vil det forstås, at der kan være monteret et antal rotorer 2 på et tilsvarende antal rotationsaksler 1. Et antal åbninger 4 forløber gennem sidevæggen, som be-stemmes af den cylindriske del 2b i rotoren 2, fordelt over hele omkredsen. Som det ses i fig. 2, er disse åbninger regelmæssigt anbragt i et antal rækker, me'n man kan også benytte et uregelmæssigt mønster. Normalt har hver' åbning. 4 en diameter på 0,2-1,2 mm.

15

En ringformet gasstrømafleveringsport 3 er fast monteret nær den ydre omkreds af den roterende rotor og over åbningerne 4 i dennes cylindriske del 2b. Gasstrømporten afleverer en varm gas med høj hastighed eller blot en gas med 20 høj hastighed med ringform og koncentrisk med rotoren 2, hvorved den blæser smeltemassen bort, idet den drives gennem åbningerne 4- under indvirkning af centrifugalkraften.

Fremstillingen af korte uorganiske fibre såsom glasuldfibre 25 ved hjælp af det beskrevne apparat skal nu beskrives.

Først smelter man det uorganiske råmateriale, som indeholder de udgangsmaterialer, som sammenblandes til opnåelse af en given sammensætning af fibrene, ved opvarmning til forhøjede temperaturer i en elektrisk ovn til frembringelse af 50 en smeltemasse 5. Smeltemassen 5 ledes derefter ind i det indre af rotoren 2, som roterer med høj hastighed, som vist ved hjælp af en pil A i fig. 3. Smeltemassen 5 underkastes derpå indvirkningen af centrifugalkraften, idet den roterer sammen med rotoren 2, idet den indesluttes i det indre rum, 55 som - afgrænses af bunden 2a, den cylindriske del 2b og den fremstikkende del 2c. Centrifugalkraften bevirker, at smeltemassen 5 drives gennem åbningerne 4 i den cylindriske - 5 -

DK 165501 B

del 2b, så at den extruderes udefter i trådform. På dette tidspunkt sendes en ringformet gasstrøm B med stor hastighed nedad fra gasstrømporten 3, som omgiver rotoren 2, så at smeltemassen 5, idet den blæses udad i form af tråde, 5 spredes og strækkes af gasstrømmen B, hvorved der fremstilles korte uorganiske fibre 7 i form af tynde fibre.

I fig. 1 er der vist et apparat i lighed med det ovenfor beskrevne, men her er den roterende rotor 2 overtrukket med et aflejret lag. Det ses, at dele af overfladen af rotoren 2, som er udsat for direkte kontakt med smeltemassen 5, nemlig den indre overflade af bunden 2a'og både den indvendige og den udvendige overflade af den fremstikkende del 2c er forsynet med et aflejret lag 8. Skønt det ikke er vist, ^ foretrækkes det, at den indvendige overflade af åbningerne 4 også er overtrukket med et lignende aflejret lag 8. Det aflejrede lag 8 omfatter i det mindste ét materiale med modstandsevne mod erosion ved høj temperatur, indbefattet metaller, keramik og metal-keramik-kompositter, som kan væ-20 re overtrukket ved forstøvning på overfladen i et eller flere lag.

Materialet med modstandsevne mod erosion ved høj temperatur kan være forstøvningsovertrukket på overfladen af rotoren 2 25 ved en plasmasprøjteproces, hvor uorganisk materiale smel tes og bevæges ved hjælp af varmt plasma med stor hastighed, som kan være over eller under lydens hastighed, og de smeltede partikler slår an mod overfladen af den roterende rotor, som skal overtrækkes, ved en detonationsproces eller 30 en lignende proces. Det aflejrede lag 8, som anbringes ved forstøvningsovertrækning, kan have en tykkelse på eller over 70 micron til opnåelse af effektivitet i henseende til at forøge levetiden af rotoren 2, men det foretrækkes især, at tykkelsen er over 300 μ til opnåelse af en betydelig 35 virkning.

- 6 -

DK 165501 B

I det følgende skal opfindelsen forklares under henvisning til fig. 1 på basis af opnåede forsøgsresultater. "En første fiberdannende enhed" fremstilles, idet man danner den i fig. 1 viste rotor 1 af nikkel-chrom-stål af en type med 5 modstandsevne mod erosion ved høj temperatur (uden noget aflejret lag 8), så at der opnås en diameter på 250 mm, en højde på 100 mm og en vægtykkelse på 10 mm, og idet den monteres på en lodret roterende aksel 1. "En anden fiberdannende enhed" fremstilles på lignende måde, idet man på ^ den lodrette rotationsaksel 1 anbringer rotoren 2, som svarer til den ovenfor beskrevne "første fiberdannende enhed", men med den forskel, at overfladen af ro'toren, som er i direkte kontakt med den aflejrede smeltemasse, ved en plasma- sprøjteproces forsynes med et lag 8 bestående af et basis-15 lag af nikkel-metal og et øverste lag omfattende wolfram-carbid, wolfram, chrom, nikkel-komposit og delvis stabiliseret zirkoniumoxid aflejret i rækkefølge oven over hinan-deb, 20

Hver af de cylindriske dele 2b af disse roterende rotorer 2 er forsynet med åbninger 4 med en diameter på ca. 1,0 mm i et antal på ca. 5000 (se fig. 2). Der tilføres en gasstrøm, som er opvarmet til høje temperaturer ved hjælp af en propangasbrænder, i nedadgående retning fra gasstrøm-25 porten 3 i ringformet mønster og koncentrisk med rotoren 2.

Disse to enheder benyttes til fiberdannelse af glasuld med følgende sammensætning efter vægt under anvendelse af alu- minoborosilikater som råmateriale: 30

Si02 · 68 til 72% A1203 + B203 4 til 8%

CaO + MgO 11 til 13%

Na20 + K20 15 til 17% andre bestanddele 0 til 2% - 7 -

DK 165501 B

I begge tilfælde er det uorganiske råmateriae smeltet ved opvarmning til 1400°C i en elektrisk ovn. Den roterende rotor 2 drives med 3000 omdrejninger pr. minut i 72 timer.

5

Fibre fremstillet med den "første fiberdannende enhed" udviser til at begynde med en diameter på 2-14 μ ved starten af operationen med en gennemsnitsværdi på 10,1 μ. Efter 72 timers forløb er diameteren af fibrene imidlertid ændret til området 2-16 μ med en gennemsnitsværdi på 11,1 μ, led-saget af ikke-fiberformede partikler i en mængde på 3-5 vægtprocent.

♦ På den anden side har de fibre, som fremstilles med "den anden fiberdannende enhed", en diameter i området 2-14 μ 15 med en gennemsnitsværdi på 10,2 μ, og disse værdier ændres ikke i løbet af operationen. Indholdet af ikke-fiberformede partikler forbliver 0%.

Medens der her er beskrevet en udførelsesform for opfindel- 20 sen og et eksempel derpå, har det vist sig, at med appara- tet ifølge opfindelsen er det aflejrede lag 8 i direkte kontakt med det smeltede uorganiske råmateriale, og det er ikke modtageligt for erosion, idet rotoren beskyttes mod

direkte kontakt med det varme uorganiske materiale og den 2 S

varme gas. I sammenligning med den kendte teknik opnås der følgelig en forøget levetid for rotoren, og de korte uorganiske fibre, som fremstilles, får ikke forøget diameter, idet den indvendige diameter i åbningerne ikke forøges.

Følgelig forbedres og stabiliseres kvaliteten af de frem-30 stillede fibre. Som tidligere nævnt kan den indvendige overflade af åbningerne også overtrækkes med det aflejrede lag af et lignende materiale, hvorved man helt hindrer enhver forøgelse af åbningernes diameter. Den gas, som strømmer ud fra gasstrømporten 3, kan omfatte en forbræn-

^ C

J dingsgas, som fås ved afbrænding af et brændstof, eller der kan benyttes luft eller vanddamp med stor hastighed, som opvarmes til forhøjede temperaturer, eller enhver anden øn- - 8 -

DK 165501 B

sket gas.

I det viste udførelseseksempel er der dannet et antal åbninger 4 i rotoren 2, men opfindelsen er mulig uden benyt-5 teisen af åbninger. En sådan procedure kan anvendes til fremstilling af korte fibre af stenuld, keramisk uld eller lignende. Dette illustreres i en anden udførelsesform ifølge opfindelsen, som vist i fig. 4. I denne udførelsesform er den roterende aksel 1 anbragt vandret, og en cylindrisk 10 rotor 2 er demonterbart anbragt ved den ene ende af akslen 1. Helheden bestående af akslen 1 og rotoren 2 drives til rotation med stor hastighed som vist ved hjælp af en pil ved hjælp af et ikke vist drivmiddel. Rotoren 2 kan have en diameter på 100 til 500 mm og en aksial længde af den 15 cylindriske del på 50-250 mm.

En gasstrømafleveringsport 3 i lighed med den i fig. 1 og 3 er anbragt nær en ydre omkreds af rotoren 2 til venstre for den cylindriske del 2d af rotoren 2. Som vist er porten 3 20 ringformet og fast monteret. Porten 3 afleverer en varm gas med høj hastighed eller blot en gas med høj hastighed i ringform og koncentrisk med rotoren 2 mod den cylindriske del 2d, hvorved den blæser den aflejrede smeltemasse bort, som bringes i rotation med overfladen af den cylindriske 25 del 2d, så at smeltemassedispersionen omdannes til fibre.

Det aflejrede lag 8 dannes på overfladen af rotoren 2, som er indrettet til at være i kontakt med smeltemassen, fx på den udvendige overflade af den cylindriske del 2d. Det af-30 lejrede lag 8 svarer til det, som er nævnt ovenfor i forbindelse med den første udførelsesform.

I denne udførelsesform er rotationsakslen 1 anbragt vandret, men akslen 1 kan antage en skrå stilling. Medens der 35 er monteret en enkelt rotor 2 på akslen 1, kan der tillige være monteret et antal rotorer, fx 4 rotorer på hver rotationsaksel. Ved fremstillingen af korte uorganiske fibre

DK 165501 B

- 9 - af stenuld eller lignende materiale under anvendelse af et apparat som det i fig. 4 viste føres en varm smeltemasse til overfladen af den ydre omkreds af den cylindriske del 2d af rotoren 2, som roterer med høj hastighed, som antydet 5 ved hjælp af en pil A i fig. 4. Smeltemassen aflejres derefter og hæfter på overfladen af den cylindriske del 2d og roterer med stor hastighed ved rotationen af rotoren 2. Da rotoren 2 er omgivet af en ringformet gasstrøm B med stor ^ hastighed, som strømmer parallelt med rotorens akse, strækkes smeltemassen til dannelse af tynde fibre 7. Det vil ses, at da det aflejrede lag 8 findes på overfladen af den cylindriske del 2d af rotoren 2, er ’dette af lejrede lag 8 snarere end selve rotoren 2 i direkte kontakt med det smeltede uorganiske materiale, hvorved rotoren beskyttes mod direkte kontakt med det varme materiale, så at erosion undgås. Følgelig eroderer overfladen af den cylindriske del 2d ikke, og der opstår derfor ikke en uregelmæssig overflade. På denne måde opnås forøgelse af levetid af rotoren 2. Hvis rotoren 2 altså drives i et langt tidsrum, 20 sikres det, at smeltemassen hæfter i tilstrækkelig grad til rotoren 2 til opnåelse af en ensartet fordeling af diametrene af de fremstillede fibre. Tillige undgås en forøgelse i indholdet af de ikke til fibre omdannede partikler, hvorved der muliggøres en opretholdelse af en ensartet kvalitet af de fremstillede fibre.

Modifikationer er mulige inden for opfindelsens rammer.

30 35

Claims (9)

1. Apparat til fremstilling af korte uorganiske fibre omfattende en roterende rotor beregnet til rotation med høj 5 hastighed og indrettet til at modtage et tilført smeltet uorganiske råmateriale samt en gasstrømindløbsport, som omgiver den roterende rotor, hvilken rotor er af chrom-nik-kel-stål, kendetegnet ved, at den overflade af rotoren, som kommer i direkte kontakt med smeltemassen, er 10 overtrukket af et aflejret lag af et overtræksmateriale, som er modstandsdygtigt mod erosion ved høj temperatur, og som omfatter et af nikkel dannet bundla’g og et overfladelag, som indeholder wolframcarbid, wolfram, chrom, nikkel-komposit og delvis stabiliseret zirkoniumoxid.

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at overtræksmaterialet, som er modstandsdygtigt mod erosion ved høj temperatur, er anbragt på overfladen af rotoren ved en plasmasprøjteproces. 20

3. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det aflejrede lag på overfladen af rotoren har en tykkelse på eller over 70 μ. 25

4. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det aflejrede lag har en tykkelse på eller over 300 μ.

5. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at rotoren omfatter en cylindrisk del og en skiveformet bund, 30 som er i fast forbindelse med den nederste ende af den cylindriske del, idet en rotationsaksel er forbundet med midterdelen af bunden, og idet konstruktionen er en sådan, at det uorganiske råmateriale skal tilføres det indre af rotoren. 35

6. Apparat ifølge krav 5, kendetegnet ved, at den øverste ende af den cylindriske del er udformet med en DK 165501 B - 11 - fremstikkende del fra den øverste ende, hvilken fremstikkende del orienterer en smeltemasse radialt indad langs hele omkredsen. 5

7. Apparat ifølge krav 5, kendetegnet ved, at den cylindriske del af rotoren er udformet med et antal gennemgående åbninger.

8. Apparat ifølge krav 5, kendetegnet ved, at 10 den indvendige overflade af åbningerne er overtrukket med et aflejret lag af et overtræksmateriale med modstandsevne mod erosion ved høj temperatur.

9. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at 15 rotoren er cylindrisk og er indrettet til, at det uorganiske råmateriale føres til overfladen af den udvendige periferi af den cylindriske del. 20 25 30 35