EP0810979A1 - Perfectionnement aux dispositifs de fabrication de fibres minerales par centrifugation libre - Google Patents

Perfectionnement aux dispositifs de fabrication de fibres minerales par centrifugation libre

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Publication number
EP0810979A1
EP0810979A1 EP96942393A EP96942393A EP0810979A1 EP 0810979 A1 EP0810979 A1 EP 0810979A1 EP 96942393 A EP96942393 A EP 96942393A EP 96942393 A EP96942393 A EP 96942393A EP 0810979 A1 EP0810979 A1 EP 0810979A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
fiber
rim
orifices
rotor according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP96942393A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Alain Yang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Isover SA France
Original Assignee
Saint Gobain Isover SA France
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saint Gobain Isover SA France filed Critical Saint Gobain Isover SA France
Publication of EP0810979A1 publication Critical patent/EP0810979A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/04—Manufacture of glass fibres or filaments by using centrifugal force, e.g. spinning through radial orifices; Construction of the spinner cups therefor
    • C03B37/05—Manufacture of glass fibres or filaments by using centrifugal force, e.g. spinning through radial orifices; Construction of the spinner cups therefor by projecting molten glass on a rotating body having no radial orifices
    • C03B37/055—Manufacture of glass fibres or filaments by using centrifugal force, e.g. spinning through radial orifices; Construction of the spinner cups therefor by projecting molten glass on a rotating body having no radial orifices by projecting onto and spinning off the outer surface of the rotating body

Definitions

  • the invention relates to a device for manufacturing mineral fibers from a stretchable material, by centrifugation.
  • free centrifugation in which the material to be fiberized is led in the molten state from the outside, to the periphery of the fiber-drawing rotor and is driven by these rotors to detach from it in the form of fibers. under the effect of centrifugal force.
  • EP-B2-0 059 152 EP-B2-0 059 152.
  • Centrifuge rotors are subjected to high temperatures due to contact with the molten material. These high temperatures must not however be such as to cause deformation and / or wear detrimental to the positioning of these rotors. This is why traditional devices described in the aforementioned application comprise cooling means, constituted in particular by the arrangement of a circulation of water by the shaft of the rotor and up to the internal face of the peripheral part of the rotor.
  • European patent EP-B-0 195 725 presents in detail the system for supplying cooling water to a centrifuge rotor which also has a binder supply inside the rotor intended to ensure the cohesion of the fibers between them. inside the mattress they constitute.
  • the pipe concentric with the axis of the rotor which brings the water ends in the plane of symmetry of the rotor by an enlarged cavity from which the water escapes by a hole to gain the interior space of the rotor and to be directed by centrifugal force towards orifices which open, on either side, on the lateral faces.
  • the cooling system common to the two previous documents fulfills its role perfectly and makes it possible to significantly extend the life of the centrifuge rotors. But if the cooling is generally effective, the temperature gradients are large on the rim where the liquid vitrifiable material is deposited. Indeed, the material is deposited and stays on a strip of a certain width before being expelled, either in the form of fibers, or in the form of drops projected towards the following rotor.
  • Patent application WO 95/07243 proposes a centrifugation rotor intended to produce mineral fibers which is itself of a design very different from the previous ones. It has more the shape of a drum than that of a wheel, its thickness along the axis being substantially greater than its largest diameter.
  • the diameter of the area which is covered by the material to be fiberized is variable.
  • the molten material is deposited at one end of the drum, where the diameter is small and progresses along the axis to the area of fiber formation, at the other end, where the diameter is greater.
  • orifices located at the periphery of the drum, allow water in the form of vapor to exit.
  • the purpose of the entire device is to obtain fibers whose diameter varies little from one fiber to another.
  • the orifices which allow steam to escape facilitate the cooling of the fiber material which covers them as well as of the sleeve itself in this area.
  • the effect of the vapor outlet through the orifices is to increase the thermal gradient on the sleeve.
  • the object which the invention sets itself the task of achieving is to reduce the thermal gradients in the axial direction of the rim of the centrifuge rotors.
  • the invention provides a fiberizing rotor fitted to a machine for the manufacture of mineral fibers by external centrifugation, the rotor comprising a rim outside which the material to be fiberized in the molten state is brought from either distribution rotor, or another fiberizing rotor, the rotor comprising an internal liquid circuit with orifices for the evacuation of the liquid located on the rim, in which the orifices are located in the part of the rim to which is brought the material to be fiberized.
  • the orifices are arranged on the rim at least in two rows located in parallel planes and, advantageously, the rotor has two rows located symmetrically with respect to the plane of symmetry of the rim.
  • the invention also provides means for dispensing liquid, making it possible to supply each of the rows of orifices and advantageously, the dispensing means supplying a row of orifices being a row of dispensing holes situated in a plane parallel to that of the row of holes.
  • the preferred embodiment of the rotor of the invention provides that it comprises a liquid supply chamber in two parts, a supply compartment and a distribution compartment, they are then connected by the holes of distribution.
  • the distribution holes have a total cross section smaller than the total cross section of the rim orifices.
  • the distribution holes are distributed in two rows situated in planes which are on either side of the planes of the rows of holes in the rim, also at number two.
  • the rotor laterally has holes for direct exit, distributed in a circle centered on the axis of the rotor, located on the side of the rotor where the fibers are ejected and that, preferably, the direct exit holes feed a circular groove of greater radius.
  • the total section of the direct outlet holes and that of the distribution holes are of the same order, the second being preferably greater.
  • These direct lateral outlet holes are generally located on the flange which constitutes the lateral wall of the rotor.
  • Figure 1 shows a view of a fiberizing machine with two fiber rotors
  • Figure 2 a section of a centrifuge rotor according to the invention
  • FIG. 3 an estimated distribution curve of the temperatures at the surface of the rim of the same rotor.
  • FIG. 1 shows a fiberizing device of the type used according to the invention and which comprises three centrifuge rotors 1, 2, 3, two successive rotors rotating in opposite directions to one another. Devices of the same type with four centrifuge rotors are also commonly used.
  • the material to be fiberized 4 in the molten state is poured either through a chute 5 or from the orifice of a stabilizing tank on the first centrifuge rotor 1 which is also called distribution rotor because it does not produce practically no fibers and essentially has the role of accelerating and distributing the material to be fiberized 4 on the following rotor 2 to which it is sent and where it partially adheres.
  • the adherent molten material detaches from the rotor 2 under the effect of centrifugal force and then forms filaments which are entrained by the gas current generated by the orifices of the blowing crown 6 and / or by a drawing lip, then that the non-adherent material is returned to the following centrifugation rotor 3 for the production, in the same way, of additional fibers.
  • the gas stream carrying the fibers is directed transversely to the direction of projection of the fibers out of the rotor. Thanks to the projection member 7, the binder composition is projected by centrifugation in the form of droplets into the gas stream which finely divides it so that the fibers formed are uniformly coated.
  • centrifuge rotors are water cooled, preferably with cooling water flow rates adjusted for each rotor as a function of the equilibrium temperature to be reached. Normally, the temperature of the rotors in contact with the molten material decreases from the first 1 to the last 3.
  • the invention relates to centrifuge rotors and their liquid circulation cooling system.
  • Traditional centrifuge rotors such as those described in patent EP-B-0 195 725, usually consist of a hub through which the fluids - cooling water and binder - are brought, a rim at the periphery of which the material to be fiberized, in the molten state, is distributed and from two flanges, on both sides of the rotor which are associated, on the one hand with the hub and on the other hand with the rim, to constitute a kind of internal chamber (the rotor is hollow), at the interior of which the coolant circulates before being ejected through orifices generally located in the flanges.
  • the fiber-drawing rotors generally also include, in addition, in the central part of the rotor on the discharge side of the fibers, a member 7 for projecting the liquid binder (see patent EP-B-0 059 152) which will not be discussed. here.
  • the centrifuge rotor of the invention is fitted with outlets for the coolant - water in most cases - on the periphery of the rim itself.
  • outlets for the coolant - water in most cases - on the periphery of the rim itself.
  • FIG. 2 we see such orifices at 8, 9, they are drilled through the rim in zones 10, 11 which have been specially thinned.
  • This configuration allows very effective cooling of the central part of the rim, where the contribution of calories by the material to be fiber-molten is the most important.
  • These holes open into the rim surface with its usual structure.
  • the rim is shown with circular ridges 12 located in planes perpendicular to the axis of the rotor, but any other structure favorable to good fiber drawing is compatible with the invention.
  • FIG. 2 represents the preferred embodiment of the invention, that is to say that, on the one hand, the rows of orifices are separated by a sort of partition 30 which makes it possible to supply each row separately and that, on the other hand, the hollow part inside the rotor is separated into two compartments, a supply compartment 13 and a distribution compartment 14.
  • the two compartments 13, 14, communicate by connecting holes 15, 16.
  • the supply compartment 13 receives the coolant in a conventional manner through the hub of the rotor, not shown. By the effect of centrifugal force, the liquid is sprayed on the periphery of the compartment 13, where the holes 15, 16 are located.
  • the flow of supply of the coolant is preferably such that it allows the creation of a reserve of liquid in compartment 13, which guarantees that the flow rate of holes 15, 16 and 19 is permanent and that it is the same over the entire periphery of compartment 13.
  • the liquid, leaving holes 15 , 16, is projected by centrifugal force into the axis of these holes and preferably arrives on the walls of the distribution compartment respectively 17, 18, which constrict towards the periphery of the rotor and thus allow the coolant to progress - still thanks to centrifugal force - towards the orifices 8, 9, by "licking" the walls 17, 18, which it cools before leaving the inside of the rotor on the rim.
  • the “partition” 30, between the two rows of orifices, makes it possible to guarantee that each of the rows is supplied.
  • the two compartments are shown in the figure as if they were watertight boxes. This is not a necessity, the centrifugal force indeed drives the water systematically in a radial direction parallel to the plane of symmetry of the rotor.
  • the orifices 8, 9, formed two circular rows of 120 holes each with a diameter of 1.2 mm.
  • a first row 8 was located on one side of the plane of symmetry of the rotor, the other 9, symmetrically, on the discharge side of the fibers.
  • the partition wall of the two compartments 13, 14 was itself pierced with two circular rows of 10 holes each with a diameter of 0.9 mm. It can thus be seen that all of the orifices on the rim have a total section of 271 mm 2 while their supply, thanks to the connection holes 15, 16, takes place with a much smaller overall section, of 12.7 mm 2 .
  • This choice of the respective sections makes it possible to prevent the coolant from stagnating in the distribution chamber where it would risk to heat and possibly to vaporize with the disturbances which could result therefrom.
  • the constitution of a liquid reserve in the supply compartment thanks to the adjustment of the liquid flow rate, ensures the permanence of the supply.
  • the two supply 13 and distribution 14 compartments constitute an embodiment of the invention. It is also possible to directly supply the rows of orifices 8, 9, from the zones 10, 11, separated by the partition 30, by installing supply holes which play the same role as the holes 15, 16, but which are located on the pipe concentric with the axis of the rotor (cf. document EP-B-0 195 725). Other tests have been carried out with rows of orifices on the rim arranged asymmetrically with respect to the plane of symmetry of the rotor. The results were also satisfactory.
  • a hole that is part of a circular row of direct outlet holes it provides additional cooling from the outside of the side of the fiber-drawing rotor, on the side of the fiber discharge.
  • the holes 19 have, on the prototype, a diameter of 0.9 mm and they are 10 in number. Their overall section is thus 6.4 mm 2 which is less than the overall section of the connecting holes 15, 16 (12.7 mm 2 ) but not very far from this section.
  • a circular gutter 32 has been arranged above the holes 19 which collects the liquid from the hole 19 and distributes it over a wider sector.
  • the hole 19 opens back with respect to the gutter 32 and above all, with respect to the edge of the rim, which allows the liquid to extract calories on a large surface of the lateral face of the rotor before leaving it. .
  • the system of the invention is much more efficient and allows to use only 250 liters of water per hour instead of the usual 350 - 400 liters.
  • FIG. 3 shows the likely profile of the temperatures at the surface of the rim. Measuring the actual temperature profile of the metal on the rim surface under the molten material is very delicate. This is an estimate, the most likely one, which is entirely compatible with the results of the experimentation of the centrifuge rotors according to the invention in production, results which will be discussed below. Two curves are shown:
  • the cooling is less effective at the center of the rim, between the limits 20, 21, between which the molten material is deposited.
  • This second temperature is here 1230 ° C., that is to say that the working stage is 260 ° C.
  • Such a composition fiberized on centrifuge rotors according to the invention makes it possible to obtain fibers which are substantially longer than with traditional rotors.
  • the fasonaire is a size used by all rock wool producers, which makes it possible to assess the overall fineness and length of the fibers. It is measured using a so-called "fascial" device, for example, that of the company AVIATEST NIEBERDING in Germany.
  • the test piece is a tuft of mineral wool free from binder or oil, of given mass, which may include non-fibrous components (slugs, sand, etc.) imposed by certain fiberizing processes. It is compressed in a cylindrical chamber of volume 11 predetermined. A gas stream is passed through the specimen - dry air or nitrogen. The gas flow rate being kept constant, the pressure drop across the test piece is measured using a water column graduated in conventional units.
  • the primary mattress is a manufacturing stage when the mattresses are produced in two stages, constitution of a first primary layer of fibers and liquid binder (it is as thin as possible) then deposition of several thicknesses of the primary zigzag , perpendicular to the axis of the final mattress.
  • the performance of the finished mattress is all the better the greater the number of primary plies, that is to say all other things being equal, the lower the unit surface mass. With usual production, we are limited downwards for the surface mass of the primary water table
  • the invention allows it to easily descend under the same production conditions to lower values, which significantly improves the quality of the mattress finished.
  • a typical weight composition is, for example:
  • rock wool compositions are particularly difficult to fiberize. This is particularly the case for those that dissolve faster in body fluids.
  • the rotors of the invention made it possible to stabilize the installation and to fiber for hours on end without interruption. They thus provide a solution to an important problem of health and the environment.
  • the device of the invention by virtue of the reduction in temperature gradients on the rim of the centrifuge rotors, under the meltable fiber material, makes it possible to significantly improve the manufacturing conditions, both for the quality produced ( length of the fibers and delay in the decline in quality due to wear of the rotor) only for the stability of the conditions (compositions with a narrow working bearing in particular) or for the wear of the material.

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Abstract

L'invention propose un rotor de fibrage équipant une machine pour la fabrication de fibres minérales par centrifugation externe, le rotor comportant une jante à l'extérieur de laquelle le matériau à fibrer à l'état fondu est apporté en provenance, soit d'un rotor de distribution, soit d'un autre rotor de fibrage, le rotor comportant un circuit intérieur de liquide avec des orifices pour l'évacuation du liquide situés sur la jante, dans lequel les orifices sont situés dans la partie de la jante où est apporté le matériau à fibrer. Cette disposition des orifices de refroidissement permet d'abaisser la température du support à l'endroit où il est le plus chaud. La conséquence en est un abaissement des gradients de température correspondants. Le dispositif de l'invention, grâce à la réduction des gradients de température sur la jante des rotors de centrifugation, sous le matériau fibrable en fusion, permet d'améliorer sensiblement les conditions de fabrication, tant pour la qualité produite (longueur des fibres et retard de la baisse de qualité due à l'usure du rotor) que pour la stabilité des conditions (compositions avec un palier de travail étroit en particulier) ou pour l'usure du matériel.

Description

PERFECTIONNEMENT AUX DISPOSITIFS DE FABRICATION
DE FIBRES MINERALES PAR CENTRIFUGATION LIBRE
L'invention est relative à un dispositif pour la fabrication de fibres minérales à partir d'une matière étirable, par centrifugation.
On connaît des techniques, dites à centrifugation libre, dans lesquelles le matériau à fibrer est conduit à l'état fondu de l'extérieur, à la périphérie de rotor de fibrage et est entraîné par ces rotors pour s'en détacher sous forme de fibres sous l'effet de la force centrifuge.
Dans ces techniques on utilise en général 3 ou 4 rotors de centrifugation disposés à proximité l'un de l'autre. Le matériau fondu est déversé sur un premier rotor, est accéléré et est envoyé sur le rotor suivant. Le matériau étirable passe ainsi d'un rotor à l'autre, chaque rotor transformant en fibres une partie du matériau fondu et renvoyant l'excédent sur le rotor suivant.
Ces techniques sont plus spécialement employées pour la production industrielle de laine de roche à partir de verres basaltiques, de laitiers de hauts fourneaux ou plus généralement de tous matériaux avec un point de fusion élevé.
De nombreuses améliorations ont été proposées pour ces techniques, il convient ici de mentionner spécialement celles faisant l'objet du brevet européen
EP-B2-0 059 152.
Les rotors de centrifugation sont soumis à des températures élevées en raison du contact qui s'opère avec le matériau fondu. Ces températures élevées ne doivent pas toutefois être telles qu'elles entraînent une déformation et/ou une usure préjudiciable au positionnement de ces rotors. C'est pourquoi des dispositifs traditionnels décrits dans la demande précitée comportent des moyens de refroidissement, constitués en particulier par l'aménagement d'une circulation d'eau par l'arbre du rotor et jusqu'à la face interne de la partie périphérique du rotor.
Deux types de refroidissement sont connus, ou bien avec recyclage du liquide ou bien à liquide perdu. C'est-à-dire, dans ce dernier cas, que le liquide, de l'eau en général, après avoir circulé dans le rotor en est éjecté par des ouvertures. Le procédé de l'invention fait partie de ce deuxième type de refroidissement.
Dans le document EP-B-0 195 725, après son contact avec la jante du rotor de centrifugation, l'eau de refroidissement est évacuée {éventuellement sous forme de vapeur) par des ouvertures disposées sur les deux côtés du rotor. Le fait d'une part, de faire sortir l'eau de refroidissement et d'autre part, de le faire près des endroits les plus chauds du rotor de centrifugation présente de nombreux avantages. D'abord, la circulation du liquide qui est à sens unique en est beaucoup simplifiée, ensuite, l'eau en sortant peut se vaporiser et grâce à la chaleur latente de vaporisation, très grande, produit un refroidissement plus efficace. Le brevet européen EP-B-0 195 725 présente en détail le système d'alimentation en eau de refroidissement d'un rotor de centrifugation qui possède également à l'intérieur du rotor une alimentation en liant destiné à assurer la cohésion des fibres entre elles à l'intérieur du matelas qu'elles constituent. Pour l'alimentation en eau, il est prévu que la canalisation concentrique à l'axe du rotor qui amène l'eau se termine dans le plan de symétrie du rotor par une cavité élargie d'où l'eau s'échappe par un trou pour gagner l'espace intérieur du rotor et être dirigée par la force centrifuge vers des orifices qui débouchent, de part et d'autre, sur les faces latérales.
Le système de refroidissement commun aux deux documents précédents remplit parfaitement son rôle et permet de prolonger sensiblement la durée de vie des rotors de centrifugation. Mais si le refroidissement est globalement efficace, les gradients de température sont importants sur la jante où le matériau vitrifiable liquide est déposé. En effet, le matériau se dépose et séjourne sur une bande d'une certaine largeur avant d'être expulsé, soit sous forme de fibres, soit sous forme de gouttes projetées vers le rotor suivant. Dans la mesure où la position relative du jet issu de l'organe de fusion et des rotors reste la même, il s'établit une différence de température importante entre le support du centre de cette bande, très chaud, et celui sous ses bords, là où l'épaisseur du matériau fondu étant plus faible, il reste plus froid car la masse est plus importante tandis que les surfaces d'échange thermique avec l'extérieur sont pratiquement les mêmes. Il serait intéressant de diminuer ce gradient, source d'usure à cause des contraintes qu'il introduit dans ie rotor de fibrage. La demande de brevet WO 95/07243 propose un rotor de centrifugation destiné à produire des fibres minérales qui est, lui, d'une conception très différente des précédentes. Il a davantage la forme d'un tambour que celle d'une roue, son épaisseur selon l'axe étant sensiblement plus importante que son plus grand diamètre. De plus, le diamètre de la zone qui est recouverte par la matière à fibrer est variable. La matière en fusion se dépose à l'une des extrémités du tambour, là où le diamètre est petit et progresse selon l'axe jusqu'à la zone de formation de fibres, à l'autre extrémité, où le diamètre est plus important. Dans cette dernière zone, il est prévu que des orifices, situés à la périphérie du tambour, permettent à de l'eau sous forme de vapeur, de sortir. Le but de l'ensemble du dispositif est d'obtenir des fibres dont le diamètre varie peu d'une fibre à l'autre.
En ce qui concerne les gradients de température sur le manchon externe du tambour de WO 95/07243, il est plutôt augmenté que diminué par rapport à l'art antérieur puisque la matière en fusion se refroidit sensiblement dans sa progression d'une extrémité à l'autre du manchon. La fonction des orifices par lesquels de la vapeur d'eau est expulsée ne semble pas être préférentiellement le refroidissement, en effet la zone la plus chaude, là où la matière en fusion est déposée n'en possède pas, mais le but annoncé est d'éviter en face de chaque orifice, le contact avec le métal et de créer ainsi très localement des sortes de pustules dans la matière en fusion, chaque pustule étant l'origine d'une fibre.
Bien que ce ne soit pas leur fonction première, les orifices qui laissent échapper de la vapeur, facilitent le refroidissement du matériau à fibrer qui les recouvre ainsi que du manchon lui-même dans cette zone. Comme c'est à cet endroit que la matière à fibrer est la plus froide, l'effet de la sortie de vapeur par les orifices est d'accroître le gradient thermique sur le manchon.
Le but que l'invention se donne pour mission d'atteindre est de diminuer les gradients thermiques dans ia direction axiale de la jante des rotors de centrifugation.
L'invention propose un rotor de fibrage équipant une machine pour la fabrication de fibres minérales par centrifugation externe, le rotor comportant une jante à l'extérieur de laquelle le matériau à fibrer à l'état fondu est apporté en provenance, soit d'un rotor de distribution, soit d'un autre rotor de fibrage, le rotor comportant un circuit intérieur de liquide avec des orifices pour l'évacuation du liquide situés sur la jante, dans lequel les orifices sont situés dans la partie de la jante où est apporté le matériau à fibrer.
Cette disposition des orifices de refroidissement permet d'abaisser la température du support à l'endroit où il est le plus chaud. La conséquence en est un abaissement des gradients de température correspondants.
De préférence, les orifices sont disposés sur la jante au moins en deux rangées situées dans des plans parallèles et, avantageusement, le rotor comporte deux rangées situées symétriquement par rapport au plan de symétrie de la jante.
Cette disposition en rangées parallèles, surtout lorsqu'elles sont symétriquement centrées sur le rotor de l'invention, permet un refroidissement efficace du centre de la zone où le matériau en fusion est déposé.
L'invention prévoit également des moyens de distribution de liquide, permettant d'alimenter chacune des rangées d'orifices et avantageusement, le moyen de distribution alimentant une rangée d'orifices étant une rangée de trous de distribution situés dans un plan parallèle à celui de la rangée d'orifices.
Il s'agit en effet d'obtenir que toutes les rangées d'orifices soient alimentées à coup sûr. Une manière d'atteindre ce résultat consiste à prévoir que les rangées d'orifices soient séparées les unes des autres par des cloisons continues, ainsi chaque rangée de trous alimente une rangée d'orifices sans agir sur la rangée d'orifices voisine.
Le mode préféré de réalisation du rotor de l'invention prévoit qu'il comporte une chambre d'alimentation en liquide en deux parties, un compartiment d'alimentation et un compartiment de distribution, ils sont alors reliés par les trous de distribution. D'une manière générale, les trous de distribution ont au total une section inférieure à la section totale des orifices de la jante. En général, dans le cas des deux compartiments, il est prévu que le débit d'alimentation du rotor en liquide soit ajusté pour qu'une réserve de liquide soit constituée dans le compartiment d'alimentation.
Pour assurer un refroidissement optimum de l'intérieur du rotor, il est avantageux que les trous de distribution soient répartis en deux rangées situées dans des plans qui sont de part et d'autre des plans des rangées d'orifices de la jante, également au nombre de deux. De même, on prévoit que les parois internes du rotor, situées d'une part du côté où les fibres sont éjectées et d'autre part, du côté opposé, se rapprochent l'une de l'autre de l'intérieur du rotor vers sa périphérie de manière que le liquide, issu des trous de distribution, se répartisse sur elles dans sa progression vers les orifices de la jante.
Ainsi, avant sa sortie, le liquide a pris le maximum de calories possible au rotor.
Pour le refroidissement du côté d'évacuation des fibres, là où l'air de soufflage, réchauffé par son passage au-dessus du matériau en fusion, en quittant le rotor, le réchauffe, il est prévu que le rotor comporte latéralement des trous de sortie directe, répartis selon un cercle centré sur l'axe du rotor, situés du côté du rotor où les fibres sont éjectées et que, de préférence, les trous de sortie directe alimentent une gorge circulaire de rayon supérieur. Dans ce cas, il est avantageux que la section totale des trous de sortie directe et celle des trous de distribution soient du même ordre, ia seconde étant de préférence supérieure. Ces trous de sortie latérale directe sont en général situés sur le flasque qui constitue la paroi latérale du rotor.
Ce choix de débits qui sont du même ordre, entre le liquide qui sort sur la jante et celui qui sort sur le côté du rotor, ce dernier étant pourtant beaucoup moins chauffé par la matière en fusion, montre l'efficacité du système de refroidissement principal de l'invention, à l'endroit le plus chaud. La description et les figures qui suivent permettront de comprendre l'invention et d'en apprécier les avantages.
Parmi les figures, la figure 1 montre une vue d'une machine de fibrage avec deux rotors de fibrage, la figure 2, une coupe d'un rotor de centrifugation selon l'invention et la figure 3, une courbe de répartition estimée des températures à la surface de la jante du même rotor.
Sur la figure 1 on a représenté un dispositif de fibrage du type utilisé selon l'invention et qui comprend trois rotors de centrifugation 1 , 2, 3, deux rotors successifs tournant en sens inverse l'un de l'autre. Des dispositifs du même type à quatre rotors de centrifugation sont aussi couramment utilisés. Le matériau à fibrer 4, à l'état fondu, est déversé soit par une goulotte 5, soit à partir de l'orifice d'un réservoir stabilisateur sur le premier rotor de centrifugation 1 qui est encore appelé rotor de distribution car il ne produit pratiquement pas de fibres et a essentiellement pour rôle d'accélérer et de distribuer le matériau à fibrer 4 sur le rotor suivant 2 sur lequel il est envoyé et où il adhère partiellement. Le matériau fondu adhérent se détache du rotor 2 sous l'effet de la force centrifuge et forme alors des filaments qui sont entraînés par le courant gazeux engendré par les orifices de la couronne de soufflage 6 et/ou par une lèvre d'étirage, alors que le matériau non adhérent est renvoyé au rotor de centrifugation suivant 3 pour la production, de la même manière, d'un complément de fibres.
Le courant gazeux portant les fibres est dirigé transversalement au sens de projection des fibres hors du rotor. Grâce à l'organe de projection 7, la composition de liant est projetée par centrifugation sous forme de gouttelettes dans le courant gazeux qui la divise finement de sorte que les fibres formées sont uniformément enduites.
Ces rotors de centrifugation sont refroidis à l'eau, de préférence avec des débits en eau de refroidissement réglés pour chaque rotor en fonction de la température d'équilibre à atteindre. Normalement, la température des rotors au contact du matériau fondu va en décroissant de la première 1 à la dernière 3.
L'invention concerne les rotors de centrifugation et leur système de refroidissement à circulation de liquide.
Les rotors de centrifugation traditionnels, comme ceux décrits dans le brevet EP-B-0 195 725, sont habituellement constitués d'un moyeu par où les fluides - eau de refroidissement et liant - sont amenés, d'une jante à la périphérie de laquelle le matériau à fibrer, à l'état fondu, est distribué et de deux flasques, des deux côtés du rotor qui sont associés, d'une part au moyeu et d'autre part à la jante, pour constituer une sorte de chambre interne (le rotor est creux), à l'intérieur de laquelle le fluide de refroidissement circule avant d'être éjecté par des orifices situés en général dans les flasques. Les rotors de fibrage comportent en général également, en plus, dans la partie centrale du rotor du côté évacuation des fibres, un organe de projection 7 du liant liquide (voir le brevet EP-B-0 059 152) dont il ne sera pas question ici.
C'est le système de refroidissement des rotors de centrifugation du type précédent que l'invention permet d'améliorer.
Le rotor de centrifugation de l'invention, à la différence des systèmes antérieurs, est équipé d'orifices de sortie du liquide de refroidissement - l'eau dans la majorité des cas - sur la périphérie de la jante elle-même. Sur la figure 2, on voit de tels orifices en 8, 9, ils sont percés au travers de la jante dans des zones 10, 11 qui ont été spécialement amincies. Cette configuration permet un refroidissement très efficace de la partie centrale de la jante, là où l'apport de calories par le matériau à fibrer en fusion est le plus important. Ces orifices débouchent dans la surface de la jante avec sa structure habituelle. Sur la figure, la jante est représentée avec des stries circulaires 12 situées dans des plans perpendiculaires à l'axe du rotor, mais toute autre structure favorable à un bon fibrage est compatible avec l'invention.
La figure 2 représente le mode de réalisation préféré de l'invention, c'est-à- dire que, d'une part, les rangées d'orifices sont séparées par une sorte de cloison 30 qui permet d'alimenter chaque rangée séparément et que, d'autre part, la partie creuse à l'intérieur du rotor est séparée en deux compartiments, un compartiment d'alimentation 13 et un compartiment de distribution 14. Les deux compartiments 13, 14, communiquent par des trous de liaison 15, 16. Le compartiment d'alimentation 13 reçoit le fluide de refroidissement de manière classique par le moyeu du rotor non représenté. Par l'effet de la force centrifuge, le liquide est projeté à la périphérie du compartiment 13, là où se trouvent les trous 15, 16. Le flux d'alimentation du liquide de refroidissement est, de préférence, tel qu'il permette la création d'une réserve de liquide dans le compartiment 13, ce qui garantit que le débit des trous 15, 16 et 19 soit permanent et qu'il soit le même sur toute la périphérie du compartiment 13. Le liquide, en quittant les trous 15, 16, est projeté par la force centrifuge dans l'axe de ces trous et arrive de préférence sur les parois du compartiment de distribution respectivement 17, 18, qui se resserrent vers la périphérie du rotor et permettent ainsi au liquide de refroidissement de progresser - toujours grâce à la force centrifuge - vers les orifices 8, 9, en « léchant » les parois 17, 18, qu'il refroidit avant de quitter l'intérieur du rotor sur la jante. La « cloison » 30, entre les deux rangées d'orifices, permet de garantir que chacune des rangées est alimentée. Les deux compartiments sont représentés sur la figure comme s'ils constituaient des boites étanches. Ceci n'est pas une nécessité, la force centrifuge entraîne en effet l'eau systématiquement dans une direction radiale parallèle au plan de symétrie du rotor. Sur le rotor prototype d'un diamètre de 350 mm, les orifices 8, 9, constituaient deux rangées circulaires de 120 trous chacune d'un diamètre de 1 ,2 mm. Une première rangée 8 était située d'un côté du plan de symétrie du rotor, l'autre 9, de manière symétrique, du côté d'évacuation des fibres. La paroi de séparation des deux compartiments 13, 14, était, elle, percée de deux rangées circulaires de 10 trous chacune avec un diamètre de 0,9 mm. On constate ainsi que l'ensemble des orifices sur la jante a une section totale de 271 mm2 tandis que leur alimentation, grâce aux trous de liaison 15, 16, se fait avec une section globale beaucoup plus faible, de 12,7 mm2. Ce choix des sections respectives permet d'éviter au liquide de refroidissement de stagner dans la chambre de distribution où il risquerait de chauffer et éventuellement de se vaporiser avec les perturbations qui pourraient en découler. La constitution d'une réserve de liquide dans le compartiment d'alimentation grâce à l'ajustement du débit du liquide, permet d'assurer la permanence de l'alimentation.
Les deux compartiments d'alimentation 13 et de distribution 14 constituent un mode de réalisation de l'invention. Il est également possible d'alimenter directement les rangées d'orifices 8, 9, à partir des zones 10, 11 , séparées par la cloison 30, en installant des trous d'alimentation qui jouent le même rôle que les trous 15, 16, mais qui sont situés sur la canalisation concentrique à l'axe du rotor (cf. le document EP-B-0 195 725). D'autres essais ont été réalisés avec des rangées d'orifices sur la jante disposées dissymétriquement par rapport au plan de symétrie du rotor. Les résultats ont été également satisfaisants.
On voit sur la figure 2, en 19 un trou qui fait partie d'une rangée circulaire de trous de sortie directe, il vient assurer un complément de refroidissement de l'extérieur du flanc du rotor de fibrage, du côté de l'évacuation des fibres. Les trous 19 ont, sur le prototype, un diamètre de 0,9 mm et ils sont au nombre de 10. Leur section globale est ainsi de 6,4 mm2 ce qui est inférieur à la section globale des trous de liaison 15, 16 (12,7 mm2) mais pas très éloigné de cette section. Comme on le voit sur la figure, on a ménagé, au-dessus des trous 19, une gouttière circulaire 32 qui recueille le liquide issu du trou 19 et le répartit sur un secteur plus large. De même, le trou 19 débouche en retrait par rapport à la gouttière 32 et surtout, par rapport au bord de la jante, ce qui permet au liquide d'extraire des calories sur une surface importante de la face latérale du rotor avec de la quitter.
Par rapport à un système de refroidissement classique (par des trous situés dans les flasques de part et d'autre des rotors de centrifugation), le système de l'invention, tel qu'il vient d'être décrit, est beaucoup plus efficace et permet de n'utiliser que 250 litres d'eau par heure au lieu des 350 - 400 litres habituels.
Sur la figure 3 est représenté le profil vraisemblable des températures à la surface de la jante. La mesure du profil réel des températures du métal à la surface de la jante, sous le matériau en fusion, est très délicate. Il s'agit ici d'une estimation, la plus vraisemblable, qui se trouve tout-à-fait compatible avec les résultats de l'expérimentation des rotors de centrifugation selon l'invention en production, résultats dont il sera question plus loin. Deux courbes sont représentées :
22 : courbe de répartition de la température en régime dans le cas des rotors de centrifugation traditionnelles ; 23 : répartition sur la jante du rotor selon l'invention.
Avec l'ancien système, le refroidissement est moins efficace au centre de la jante, entre les limites 20, 21 , entre lesquelles le matériau en fusion est déposé.
En revanche, il est plus efficace du côté de la roue où s'effectue le soufflage périphérique (côté machine) et pratiquement identique du côté d'évacuation des fibres.
On a figuré en 24 et 25, le gradient de températures de la zone 20, 21 , respectivement pour l'art antérieur et pour l'invention, ce dernier est nettement moins important que le premier. Des essais comparatifs ont été réalisés avec des compositions traditionnelles telles qu'elles sont utilisées habituellement pour fibrer la laine de roche et également avec des compositions spéciales plus fluides, avec une courbe de viscosité plus raide et/ou avec un « palier de travail » plus étroit. Les masses fibrables traditionnelles pour fabriquer la laine de roche ont des compositions pondérales du type :
SiO2 50 %
AI2O3 12 %
CaO 28 % MgO 6 %
Fe2O3 2,5 %
Oxydes divers 1 ,5 %
Les compositions fibrables du type précédent ont une variation de viscosité en fonction de la température assez lente. C'est ainsi que ia viscosité passe de log10 η = 1 , là où la température est de 1493°C, à log10 η = 3 pour une différence de température d'environ 380°C. On considère que le palier de travail est la zone de température qui sépare celle où la viscosité correspond à log10 η = 1 de celle du liquidus, là où la dévitrification commence. Cette seconde température est ici de 1230°C, c'est-à-dire que le palier de travail est de 260°C. Une telle composition fibrée sur des rotors de centrifugation selon l'invention permet d'obtenir des fibres sensiblement plus longues qu'avec des rotors traditionnels. Plus précisément, lors d'un essai d'une durée de 40 heures, avec des rotors selon l'invention animés d'une vitesse de rotation de 6000 tours/minute, on a constaté un allongement des fibres tel qu'il permettait de réduire la masse surfacique du matelas primaire de 300 g/m2 à 220 g/m2 à taux de liant identique pour un indice de finesse (fasonaire) donné. L'allongement des fibres permet également d'abaisser les taux de liant.
Le fasonaire est une grandeur, utilisée par tous les producteurs de laine de roche, qui permet d'évaluer globalement finesse et longueur des fibres. Elle se mesure à l'aide d'un appareil dit « fasonaire », par exemple, celui de la Société AVIATEST NIEBERDING en Allemagne. L'éprouvette est une touffe de laine minérale exempte de liant ou d'huile, de masse donnée, pouvant comporter des composants non fibreux (slugs, sable, ...) imposés par certains procédés de fibrage. Elle est comprimée dans une chambre cylindrique de volume 11 prédéterminé. L'éprouvette est traversée par un courant gazeux - air sec ou azote. Le débit de gaz étant maintenu constant, on mesure, à l'aide d'une colonne d'eau graduée en unités conventionnelles, la perte de charge à travers l'éprouvette.
Le matelas primaire est une étape de la fabrication lorsque les matelas sont fabriqués en deux étapes, constitution d'une première nappe primaire de fibres et de liant liquide (elle est aussi mince que possible) puis dépôt de plusieurs épaisseurs de la nappe primaire en zigzag, perpendiculairement à l'axe du matelas définitif. Les performances du matelas terminé sont d'autant meilleures que le nombre de nappes primaires est grand, c'est-à-dire toutes choses égales par ailleurs, que la masse surfacique unitaire est plus faible. Avec une production habituelle, on est limité vers le bas pour la masse surfacique de la nappe primaire
(en dessous de cette valeur minimale, la nappe se déchire et des trous apparaissent), l'invention permet, elle, de descendre facilement dans les mêmes conditions de production vers des valeurs plus faibles, ce qui permet d'améliorer sensiblement la qualité du matelas terminé. On peut également dire que, pour une qualité donnée, c'est-à-dire pour un nombre de plis de nappe primaire dans le matelas fini donné, il est possible de diminuer la quantité de liant puisque c'est le liant liquide qui assure la cohésion de la nappe primaire.
D'autres essais on été faits avec une composition plus fluide à l'état fondu. II s'agit d'un produit comportant une forte proportion de laitiers de hauts fourneaux, avec un taux de fer faible qui permet d'obtenir des fibres claires recherchées pour certaines applications, la projection notamment. Une composition pondérale typique est, par exemple :
SiO2 44 % AI2O3 1 1 %
CaO 38 %
MgO 5 %
Fe2O3 < 1 %
Oxydes divers > 1 % La différence des températures correspondant à la viscosité η telle que
•°9ιo η = 1 et du liquidus est ici de 90°C, ce qui correspond à un « paiier de travail » étroit. Pour travailler dans de bonnes conditions, il faut maintenir la matière fondue pendant le fibrage dans une gamme de températures très étroite. Avec les rotors de centrifugation de l'invention, on constate qu'il est beaucoup plus facile de maintenir l'installation dans les bonnes conditions de production.
Certaines compositions de laine de roche sont particulièrement délicates à fibrer. C'est le cas en particulier de celles qui se dissolvent plus rapidement dans les liquides biologiques.
Ainsi, la composition typique :
SiO2 52 %
Fe2O3 0,5 %
AI2O3 2 %
CaO 31,5 %
MgO 9,5 %
Na2O 4 %
Divers 0,5 % a un palier de travail particulièrement étroit ce qui rend la maîtrise des conditions de fibrage très délicate avec les rotors traditionnels. En effet, la température pour l°9ιo η = 1 est de 1360°C et le liquidus est à 1340°C ce qui donne un palier de travail de 20°C. Avec des installations équipées de rotors avec sortie de liquide de refroidissement sur les flasques latéraux, il est pratiquement impossible de stabiliser l'installation qui oscille sans cesse entre une matière fibrable trop chaude pour fibrer ou trop froide qui dévitrifie. Les rotors de l'invention ont permis de stabiliser l'installation et de fibrer des heures durant sans interruption. Ils fournissent ainsi une solution à un problème important intéressant la santé et l'environnement.
Par ailleurs, dans les trois cas précédents, composition traditionnelle ou composition plus difficile à fibrer, on constate une usure plus faible des rotors de centrifugation qui peuvent n'être changés qu'après des durées de fonctionnement plus longues d'environ 20 %.
On voit ainsi que le dispositif de l'invention, grâce à la réduction des gradients de température sur la jante des rotors de centrifugation, sous le matériau fibrable en fusion, permet d'améliorer sensiblement les conditions de fabrication, tant pour la qualité produite (longueur des fibres et retard de la baisse de qualité due à l'usure du rotor) que pour la stabilité des conditions (compositions avec un palier de travail étroit en particulier) ou pour l'usure du matériel.

Claims

REVENDICATIONS
1. Rotor de fibrage équipant une machine pour la fabrication de fibres minérales par centrifugation externe, le rotor comportant une jante à l'extérieur de laquelle le matériau à fibrer à l'état fondu est apporté en provenance, soit d'un rotor de distribution, soit d'un autre rotor de fibrage, le rotor comportant un circuit intérieur de liquide avec des orifices pour l'évacuation du liquide situés sur la jante, caractérisé en ce que les orifices (8, 9) sont situés dans la partie de la jante où est apporté le matériau à fibrer.
2. Rotor de fibrage selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les orifices (8, 9) sont disposés sur la jante au moins en deux rangées situées dans des plans parallèles.
3. Rotor de fibrage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte deux rangées situées symétriquement par rapport au plan de symétrie de la jante.
4. Rotor de fibrage selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que des moyens de distribution de liquide permettent d'alimenter chacune des rangées d'orifices.
5. Rotor de fibrage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de distribution alimentant une rangée d'orifices est une rangée de trous de distribution situés dans un plan parallèle à celui de la rangée d'orifices.
6. Rotor de fibrage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les rangées d'orifices (8, 9) sont séparées les unes des autres par des cloisons continues (30).
7. Rotor de fibrage selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre d'alimentation en liquide en deux parties, un compartiment d'alimentation (13) et un compartiment de distribution (14) et en ce qu'ils sont reliés par les trous de distribution (15, 16).
8. Rotor de fibrage selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que les trous de distribution ont au total une section inférieure à la section totale des orifices de la jante.
9. Rotor de fibrage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le débit d'alimentation du rotor en liquide est ajusté pour qu'une réserve de liquide (31) soit constituée dans le compartiment d'alimentation.
10. Rotor de fibrage selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que les trous de distribution sont répartis en deux rangées situées dans des plans qui sont de part et d'autre des plans des rangées d'orifices de la jante également au nombre de deux.
11. Rotor de fibrage selon la revendication 10, caractérisé en ce que les parois internes (17, 18) du rotor, situées d'une part du côté où les fibres sont éjectées et d'autre part du côté opposé, se rapprochent l'une de l'autre de l'intérieur du rotor vers sa périphérie et en ce que le liquide, issu des trous de distribution, se répartit sur elles dans sa progression vers les orifices de la jante.
12. Rotor de fibrage selon l'une des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce que le rotor comporte latéralement des trous de sortie directe (19) répartis selon un cercle centré sur l'axe du rotor situé du côté du rotor où les fibres sont éjectées.
13. Rotor de fibrage selon la revendication 12, caractérisé en ce que les trous de sortie directe (19) alimentent une gorge circulaire (32) de rayon supérieur.
14. Rotor de fibrage selon la revendication 12 ou la revendication 13, caractérisé en ce que la section totale des trous de sortie directe (19) et celle des trous de distribution sont du même ordre, la seconde étant de préférence supérieure.
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