EP2004559A1 - Herstellungsverfahren für endlose mineralfasern - Google Patents

Herstellungsverfahren für endlose mineralfasern

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Publication number
EP2004559A1
EP2004559A1 EP07718372A EP07718372A EP2004559A1 EP 2004559 A1 EP2004559 A1 EP 2004559A1 EP 07718372 A EP07718372 A EP 07718372A EP 07718372 A EP07718372 A EP 07718372A EP 2004559 A1 EP2004559 A1 EP 2004559A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
melt
distribution channel
viscosity
rock
melting
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07718372A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Taras Oleksandrovich Medvyedyev
Yury Lvovich Tsybulya
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.)
CENTRE COMPETENCE "BASALT" LLC
Original Assignee
Asamer Basaltic Fibers GmbH
Centre Competence "Basalt" LLC
CT COMPETENCE BASALT LLC
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Filing date
Publication date
Application filed by Asamer Basaltic Fibers GmbH, Centre Competence "Basalt" LLC, CT COMPETENCE BASALT LLC filed Critical Asamer Basaltic Fibers GmbH
Publication of EP2004559A1 publication Critical patent/EP2004559A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • C03B5/00—Melting in furnaces; Furnaces so far as specially adapted for glass manufacture
    • C03B5/16—Special features of the melting process; Auxiliary means specially adapted for glass-melting furnaces
    • C03B5/26—Outlets, e.g. drains, siphons; Overflows, e.g. for supplying the float tank, tweels
    • 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
    • C03B37/08—Bushings, e.g. construction, bushing reinforcement means; Spinnerettes; Nozzles; Nozzle plates

Definitions

  • the invention relates to the production technology of mineral fibers, in particular endless mineral fibers, from the raw material rock, in particular basalt rock, from mixtures on the basis of glass-containing industrial and technical waste products.
  • the discharge section for taking out the melt for flow supply to the nozzles is formed through an end opening of the flow feeder and through openings on the side surface of the flow feeder.
  • the melting of basalt rocks upon their viscosity be subject divided into the following groups: • high-viscosity melt having a viscosity of 15 Pa s at a temperature of 1450 ° C and about 100 Pa-s at a temperature of 1300 0 C,
  • Viscous melts having a viscosity of from 5 to 15 Pa.s at a temperature of 1450 ° C. and from 20 to 100 Pa.s at a temperature of 1300 ° C.
  • medium-viscosity melts with a viscosity of 3 to 5 Pa-s at a temperature of 1450 ° C and 10 to 20 Pa-s at a temperature of 1300 ° C and
  • Low-viscosity melts with a viscosity of less than 3 Pa-s at a temperature of 1450 ° C and less than 10 Pa-s at a temperature of 1300 ° C.
  • the highly viscous and viscous melts with an activation energy of less than 290 kJ / mol and acidity and viscosity modules of 3.75 to 6.0 and 2.05 to 2.6, are considered to be most suitable for the production of continuous fibers result.
  • medium-viscosity and low-viscosity melts are generally unsuitable for producing continuous fibers (MF Mahova, DD Dzigiris, GF Gorbacjv, TM Bacilo, Doslidzenna osnovnih vlastivostej rozplaviv girs'kih porid, Bazal'tovoloknisti kompozicijni materiali i konstrukci ⁇ : Naukova dumka, 1980, pp. 37-54).
  • a disadvantage of this method is the lack of consideration of the quality of the melt in the depth direction in the processing zone (distribution channel).
  • This patent application establishes a relationship between the melt conditioning parameters in the melting zone (melting furnace) and in the processing zone (distribution channel), but a disadvantage of this method is the lack of consideration of the quality of the melt in the depth direction in the processing zone (distribution channel).
  • the use of the ratio of the melting depth in the distribution channel to the height of the removal region which is less suitable for medium-viscosity and low-viscosity melts having a narrower temperature interval for processing, leads to an increase in the brittleness of the fibers by 40 to 50%. and more. With a ratio of the melting depth in the distribution channel to the height of the withdrawal region of 1.67, no stable fiber-forming process can be achieved from medium-viscosity or low-viscosity melts.
  • FIG. 1 shows the production method according to the invention in a greatly simplified schematic form.
  • the object is achieved by a production process for continuous mineral fibers from raw materials such as rock, in particular basalt rock, mixtures based thereon, glass-containing industrial and technical waste products, in which the said materials are melted in a melting furnace 1 comprising a molten zone 2 and the melt Flow feeders 3 in the processing zone 4 (in the distribution channel 5) is supplied, wherein in the processing zone 4, a removal area 9 for the melt for flow to the nozzle vessels 6 with nozzles 10 is formed such that the ratio of the melting depth 7 in the distributor channel 5 ( ie the depth / height of the melt in the processing zone 4, in particular in the distribution channel 5) to the height 8 of the melt in the removal region 9 in the range of 3.4 to 20.
  • the distribution channel 5 is also often referred to feeder channel or supply line or basin.
  • the melting furnace 2 comprises the melting zone 1 and the processing zone 4. As shown in FIG. 1, the melting depth 7 in the processing zone 4 is regulated, for example, by the soil level of the processing zone 4, which may be different from the soil level of the melting zone 1.
  • the extraction area 9 is the area bounded by the plane of the end opening of the flow feeder 3 and the plane connecting the lower edges arranged on the side surface of the flow feeder 3 and lower and lowest openings located in the processing zone 4, respectively.
  • materials having a particle size of 5 to 120 mm, preferably 20 mm to 80 mm are used.
  • the quality of the continuous fiber and the output in its processing depend on the homogeneity of the properties of the melt supplied to the nozzle vessel 6. Due to the low diathermy nature of rock, its complex composition and the high temperatures of the melt, it is virtually impossible to create a high degree of homogeneity in the entire volume of the distribution channel 5. It is therefore expedient to aim for this in a selected zone, which is called removal area 9.
  • the optimal size of the removal area 9 depends on the
  • basalt rock melts are characterized by low diathermy such that the melting depth 7 in the manifold 5, which provides for the presence of the melt at temperatures ranging from the melting temperature to the lower crystallization temperature, is an end-point which is also of depends on the type of basalt rock. Since the processing temperature interval of known basalt rocks is between 15 and 100 ° C, the temperature of the melt on heating from the surface decreases on average by 15 to 17 ° C every 10 mm, and the melting depths 7 in the distribution channel 5 do not exceed 300 mm.
  • melt with inhomogeneous properties enters the flow feeder 3, in particular melt with a temperature outside the limits of the processing temperature interval.
  • a removal region 9 is formed under conditions in which the ratio of the melting depth 7 in the distribution channel 5 to the height 8 of the removal region 9 is more than 20, the size of the removal region 9 is insufficient to ensure a normal fiber-forming process in the nozzle vessel 6 , which then works with insufficient melt, which leads to high brittleness and low output of the unit.
  • Basalt rock giving a viscous melt having the following composition (% by weight): 52.8 to 53.7 Si 2 , 0.5 to 0.6 TiO 2 , 17.3 to 19.7 Al 2 O 3 , 9.8 to 10.6 Fe 2 O 3 + FeO, MgO 3.1 to 6.3, 7, 1 to 8.0 CaO, 2.8 Na 2 0, 1, 6 K 2 O, others - 1 , 8, was ground to particle sizes of 10 to 20 mm, mechanically sorted and placed in a melting furnace where, with the aid of the combustion energy of the gas-air mixture, a temperature of 1450 ⁇ 10 0 C was maintained to produce a homogeneous melt , Subsequently, the melt flowed into the processing zone itself - the distribution channel, on the bottom of which tubes of flow feeders were arranged, which had openings on their side surface in their frontal area and in the vicinity of the end surface.
  • the temperature of the melt in the distribution channel was maintained in the range of 1350 to 1300 ° C.
  • a removal area was formed, wherein the depth of the distribution channel, the height of the withdrawal area exceeded 3.5 times.
  • the melt was sent from the processing zone to the die feeder where the forming of the fibers took place.
  • a mean specific brittleness of basalt continuous fibers 0.47 fractions per kg and a mean output of a single unit of 175 kg per 24 hours was achieved.
  • Basalt rock giving a low-viscosity melt having the following composition (% by weight): 43.6 SiO 2 , 3.2 TiO 2 , 13.0 Al 2 O 3 , 13.1 Fe 2 O 3 + FeO, 9 , 8 MgO, 10.3 CaO, 4.8 Na 2 O + K 2 O, others - 0.9 (wt.%), was ground to particle sizes of 5 to 10 mm, mechanically sorted and placed in a melting furnace, where by means of the combustion energy of the gas-air mixture, a temperature of 1450 ⁇ 30 ° C was maintained to produce a homogeneous melt.
  • the melt flowed into the processing zone itself - the distribution channel, on the bottom of which tubes of flow feeders were arranged, which had openings on the side surface in the end face and in the vicinity of the end face.
  • the temperature of the melt in the distribution channel was maintained in the range 1350 to 1300 ° C.
  • a removal area was formed, wherein the depth of the distribution channel, the height of the withdrawal area exceeded 3.5 times.
  • the melt was sent from the processing zone to the die feeder where the forming of the fibers took place. Under production conditions, a mean specific brittleness of basalt continuous fibers of 0.49 fractions per kg and a single unit average output of 171 kg per 24 hours was achieved.
  • mineral fibers were prepared according to the technology described for example 2 from a mixture of power plant ash to which calcite (CaCO 3 ) had been added.
  • the ash contained the following components (% by weight): 43.6 SiO 2 , 16.2 Al 2 O 3 , 1.6 Fe 2 O 3 , 5.25 FeO, 0.7 Li 2 O, 26.7 CaO, 3.11 MgO, 0.67 K 2 O, and 2.17 other ingredients.
  • Example 1 mineral fibers from glass-containing technical waste products (fluorescent tubes) were prepared according to the invention at a temperature of 1300 ⁇ 30 0 C in the furnace and 1100 to 1270 0 C in the distribution channel.
  • the glass-containing technical waste products contained the following components (% by weight): 72.0 SiO 2 , 2.0 Al 2 O 3 , ⁇ 0.01 FeO, 19.5 to 18 (Na 2 O + K 2 O), 8.0 (CaO + MgO + BaO), traces of PbO, Sb 2 O 3 , As 2 O 3 , Cd oxide, Ti and other ingredients.

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Herstellungstechnologie endloser Mineralfasern aus dem Rohmaterial Gestein, insbesondere aus Basaltgestein, aus Gemengen auf dessen Basis, aus glashaltigen industriellen und technischen Abfallprodukten. Das Herstellungsverfahren für Mineralfasern umfasst das Ausbilden eines Entnahmebereichs für die Schmelze im Verteilerkanal dergestalt, dass das Verhältnis der Höhe der Schmelze im Verteilerkanal zur Höhe der Schmelze im Entnahmebereichs im Bereich von 3,4 bis 20 liegt.

Description

HersteHungsverfahren für endlose Mineralfasern
Die Erfindung betrifft die Herstellungstechnologie von Mineralfasern, insbesondere endloser Mineralfasern, aus dem Rohmaterial Gestein, insbesondere Basaltgestein, aus Gemengen auf dessen Basis, aus glashaltigen industriellen und technischen Abfallprodukten.
Es ist ein Verfahren zur Herstellung endloser Mineralfasern aus Gestein, insbesondere aus Basaltgestein (nachstehend „Basalt"), bekannt, bei welchem gemahlenes Gestein in einem Schmelzofen aufgeschmolzen wird, aus dem die Schmelze in eine Verarbeitungszone (Vertei- lerkanal) einströmt, von wo aus die Fließzufuhr der Schmelze zu den Düsen erfolgt, wo die Formung der Fasern stattfindet („Osnovy proizvodstva bazal'tovyh volokon", D. D. Dzigiris, M. F. Mahova, Moskau: Teploenergetik, 2002, 416 S.). Dabei wird, wie in Fig. 3.7 (S. 107) gezeigt ist, der Entnahmebereich für die Entnahme der Schmelze zur Fließzufuhr an die Düsen durch eine Stirnöffnung des Fließspeisers und durch Öffnungen auf der Seitenfläche des Fließspeisers ausgebildet.
Als wesentliche Kriterien für die Eignung eines gegebenen Gesteins zur Herstellung von Fasern, insbesondere von Endlosfasern, gelten die Viskosität der Schmelzen, ihre durch die Aktivierungsenergie der viskosen Strömung bedingte Fluidität, die Oberflächenspannung, das Verarbeitungstemperaturintervall und eine Reihe weiterer Parameter. Fast alle diese Parameter werden durch die chemische Zusammensetzung der Schmelze und ihre Temperatur bestimmt.
Gewöhnlich werden die Schmelzen von Basaltgesteinen nach ihrer Viskosität vorbehaltlich in die folgenden Gruppen unterteilt: • hochviskose Schmelzen mit einer Viskosität von über 15 Pa-s bei einer Temperatur von 1450 °C und von über 100 Pa-s bei einer Temperatur von 1300 0C,
• viskose Schmelzen mit einer Viskosität von 5 bis 15 Pa-s bei einer Temperatur von 1450 °C und von 20 bis 100 Pa-s bei einer Temperatur von 1300 °C,
• mittelviskose Schmelzen mit einer Viskosität von 3 bis 5 Pa-s bei einer Temperatur von 1450 °C und von 10 bis 20 Pa-s bei einer Temperatur von 1300 °C und
• niederviskose Schmelzen mit einer Viskosität von unter 3 Pa-s bei einer Temperatur von 1450 °C und von unter 10 Pa-s bei einer Temperatur von 1300 °C. AIs am besten für die Herstellung von Endlosfasern geeignet gelten traditionell Basaltgesteine, die hochviskose und viskose Schmelzen mit einer Aktivierungsenergie von weniger als 290 kJ/mol und Aziditäts- und Viskositätsmodulen von 3,75 bis 6,0 bzw. 2,05 bis 2,6 ergeben. Dabei wird behauptet, dass mittelviskose und niederviskose Schmelzen im Allgemeinen nicht geeignet seien, um Endlosfasern herzustellen (M. F. Mahova, D. D. Dzigiris, G. F. Gorbacjv, T. M. Bacilo. Doslidzennä osnovnih vlastivostej rozplaviv girs'kih porid // Bazal'tovoloknisti kompozicijni materiali i konstrukciϊ. Kiew: Naukova dumka. 1980, S. 37-54).
Jedoch haben die Forschungen der letzten Jahre gezeigt, dass sich endlose Mineralfasern aus mittelviskosen und niederviskosen Gesteinsschmelzen herstellen lassen. Dabei wurde berücksichtigt, dass Basaltschmelze nicht diatherman ist und die von der Verbrennungsenergie des Gas-Luft-Gemischs getragene Erwärmung hauptsächlich von der äußeren Oberfläche (dem Schmelzenspiegel) her erfolgt, die Eigenschaften der Schmelze sich in Tiefenrichtung im Verteilerkanal wesentlich ändern und es daher notwendig ist, einen Entnahmebereich für die Schmelze festzulegen, in dem die Produktionsparameter optimal sind.
Es ist ein Herstellungsverfahren für Mineralfasern aus Gestein bekannt, welches das Herstellen einer Schmelze aus Rohmaterial in einem Schmelzofen, die Zufuhr der Schmelze in einen Verteilerkanal, aus der die Schmelze mit einer Speisevorrichtung entnommen und den Düsen zugeführt wird (Ukrainisches Patent Nr. 3, 1993, C03B 37/00), umfasst, wobei sich die Entnahmeöffnungen des Fließspeisers auf einer Höhe von 0,8 bis 0,2 des Pegels der Schmelze in der Verarbeitungszone befinden. Dabei folgt aus den in der genannten Patentschrift zur Herstellung von Mineralfasern aus viskosen Basaltgesteinen angeführten Beispielen, dass das Verhältnis der Schmelztiefe im Verteilerkanal zur Höhe des Entnahmebereichs 3,3(3) beträgt. Die Anwen- düng dieses Herstellungsverfahrens ermöglichte die Herstellung endloser Mineralfasern aus viskosen und hochviskosen Schmelzen mit einer mittleren spezifischen Brüchigkeit von weniger als 0,7 Brüchen je kg.
Ein Nachteil dieses Verfahrens ist die fehlende Berücksichtigung der Qualität der Schmelze in Tiefenrichtung in der Verarbeitungszone (Verteilerkanal). Der Einsatz des bei dieser Erfindung genannten Verhältnisses der Schmelztiefe im Verteilerkanal zur Höhe des Entnahmebereichs, das für mittelviskose und niederviskose Schmelzen, die ein schmaleres Verarbeitungstemperaturintervall aufweisen, weniger geeignet ist, führt zu einem Anstieg der Brüchigkeit der Fasern um 40 bis 50 % und mehr. Dieser Effekt lässt sich dadurch erklären, dass wegen des zu breiten Entnahmebereichs für die Verarbeitung (mittelviskose und niederviskose) Schmelze mit inhomogenen Parametern in die Düsen einströmt, was zu einem Anstieg der Brüchigkeit bei der Formung von Fasern durch das Düsengefäß (ein Gefäß mit Düsen, in dem die For- mung der Elementarfasern stattfindet) führt.
Es ist ein Herstellungsverfahren für Mineralfasern aus Gestein, insbesondere aus Basaltgestein, bekannt, welches das Herstellen einer Schmelze aus Rohmaterial in einem Schmelzofen, die Zufuhr der Schmelze in einen Verteilerkanal, aus der die Schmelze mit einer Speiseeinrichtung ent- nommen und den Düsen zugeführt wird (Europäische Patentanmeldung EP 1 380 552, 2002, C03B 37/02), umfasst, wobei die Entnahmeöffhungen des Fließspeisers dergestalt angeordnet sind, dass das Verhältnis der Höhe der Schmelze im Ofen zur Höhe des Entnahmebereichs im Verteilerkanal für die Schmelze im Bereich von 1,4 bis 50 liegt.
Aus den in der genannten Patentanmeldung zur Herstellung von Fasern aus viskosen Basaltgesteinen angeführten Beispielen folgt, dass das Verhältnis der Schmelztiefe im Verteilerkanal zur Höhe des Entnahmebereichs 3,3(3) oder 1,6(6) beträgt. Die Anwendung dieses Herstellungsverfahrens ermöglichte die Herstellung endloser Mineralfasern aus hochviskosen und viskosen Schmelzen mit einer mittleren spezifischen Brüchigkeit von nicht weniger als 0,5 Brüchen je kg und einem mittleren täglichen Ausstoß einer einzelnen Einheit von 170 kg.
Diese Patentanmeldung stellt einen Zusammenhang zwischen den Parametern der Aufbereitung der Schmelze in der Schmelzzone (Schmelzofen) und in der Verarbeitungszone (Verteilerkanal) her, doch ein Nachteil dieses Verfahrens ist die fehlende Berücksichtigung der Qualität der Schmelze in Tiefenrichtung in der Verarbeitungszone (Verteilerkanal). Der Einsatz des bei dieser Erfindung genannten Verhältnisses der Schmelztiefe im Verteilerkanal zur Höhe des Entnahmebereichs, das für mittelviskose und niederviskose Schmelzen, die ein schmaleres Temperaturintervall für die Verarbeitung aufweisen, weniger geeignet ist, führt zu einem Anstieg der Brüchigkeit der Fasern um 40 bis 50 % und mehr. Bei einem Verhältnis der Schmelztiefe im Verteilerkanal zur Höhe des Entnahmebereichs von 1,67 lässt sich überhaupt kein stabiler Faserformungsprozess aus mittelviskosen oder niederviskosen Schmelzen erzielen. Dieser Effekt lässt sich dadurch erklären, dass wegen des zu breiten Entnahmebereichs zur Verarbeitung (mittelviskose und niederviskose) Schmelze mit inhomogenen Parametern in die Düsen einströmt, was zu einem Anstieg der Brüchigkeit bei der Formung von Fasern durch das Düsengefäß führt.
Der vorliegenden Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, über eine Verringerung der mittleren spezifischen Brüchigkeit beim Ausziehen eines Endlosfadens aus Basaltgesteinsschmelzen, insbesondere aus mittelviskosen und niederviskosen Schmelzen, Gemengen auf deren Basis, aus glashaltigen industriellen und technischen Abfallprodukten, die Qualität der Faser zu verbessern.
Fig. 1 stellt das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren in stark vereinfachter schema- tischer Form dar.
Die Aufgabe wird durch ein Herstellungsverfahren für endlose Mineralfasern aus Rohmaterialien wie etwa Gestein, insbesondere Basaltgestein, Gemengen auf dessen Basis, glashaltigen indus- triellen und technischen Abfallprodukten gelöst, bei dem die genannten Materialien in einem Schmelzofen 1 umfassend einer Schmelzzone 2 aufgeschmolzen werden und die Schmelze Fließspeisern 3 in der Verarbeitungszone 4 (im Verteilerkanal 5) zugeführt wird, wobei in der Verarbeitungszone 4 ein Entnahmebereich 9 für die Schmelze zur Fließzufuhr an die Düsengefäße 6 mit Düsen 10 dergestalt ausgebildet wird, dass das Verhältnis der Schmelztiefe 7 im Ver- teilerkanal 5 (dh der Tiefe/Höhe der Schmelze in der Verarbeitungszone 4, insbesondere im Verteilerkanal 5) zur Höhe 8 der Schmelze im Entnahmebereich 9 im Bereich von 3,4 bis 20 liegt.
Der Verteilerkanal 5 wird auch oft Speiserkanal oder Zufuhrleitung bzw. -becken bezeichnet.
Der Schmelzofen 2 umfasst die Schmelzzone 1 und die Verarbeitungszone 4. Wie in Fig. 1 dargestellt wird die Schmelztiefe 7 in der Verarbeitungszone 4 beispielsweise durch das Bodenniveau der Verarbeitungszone 4 reguliert, welches unterschiedlich zum Bodenniveau der Schmelzzone 1 sein kann.
Der Entnahmebereich 9 ist jener Bereich, der begrenzt wird von der Ebene der Stirnöffnung des Fließspeisers 3 und der Ebene, die die unteren Ränder, der auf der Seitenfläche des Fließspeisers 3 angeordneten, und in der Verarbeitungszone 4 liegenden unteren bzw. untersten Öffnungen verbindet. Zum Schmelzen im Schmelzofen 1 werden Materialien mit einer Teilchengröße von 5 bis 120 mm, bevorzugt von 20 mm bis 80 mm, benutzt.
Die Qualität der Endlosfaser und der Ausstoß bei ihrer Verarbeitung hängen von der Homogenität der Eigenschaften der dem Düsengefäß 6 zugeführten Schmelze ab. Bedingt durch die niedrige Diathermansie von Gestein, dessen komplexe Zusammensetzung und die hohen Temperaturen der Schmelze ist es praktisch unmöglich, im ganzen Volumen des Verteilerkanals 5 einen hohen Homogenitätsgrad zu schaffen. Es ist daher zweckdienlich, dies in einer ausgewählten Zone anzustreben, die Entnahmebereich 9 genannt wird. Die optimale Größe des Entnahmebereichs 9 hängt von der
Art des Basaltgesteins ab und auch von den Temperaturverhältnissen im Verteilerkanal 5. Um einen stabilen Primärfaser-Formungsprozess zu erhalten, muss die Temperaturstreuung der Schmelze im Entnahmebereich 9 kleiner als das Verarbeitungstemperaturintervall sein. Außerdem sind, wie zuvor erwähnt wurde, Basaltgesteinschmelzen durch eine niedrige Diathermansie ausgezeichnet, so dass die Schmelztiefe 7 im Verteilerkanal 5, die für das Vorliegen der Schmelze mit Temperaturen im Intervall zwischen der Schmelztemperatur bis zur unteren Kristallisationsgreriztemperatur sorgt, eine Endgröße ist, die ebenfalls von der Art des Basaltgesteins abhängt. Da das Verarbeitungstemperaturintervall bekannter Basaltgesteine zwischen 15 und 100 °C liegt, nimmt die Temperatur der Schmelze bei einer Erhitzung von der Oberfläche ausgehend im Mittel alle 10 mm um 15 bis 17 °C ab, und die Schmelztiefen 7 im Verteilerkanal 5 überschreiten 300 mm nicht. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Schmelztiefe 7 in der Verarbeitungszone 4, insbesondere im Verteilerkanal 5, 100 mm. Die beanspruchten Höhenverhältnisse legen daher faktisch für jede konkrete Rohmaterialart (insbesondere für Basaltgestein, das mittelviskose und niederviskose Schmelzen ergibt) optimale thermische Bedingungen für die Arbeit im Verteilerkanal 5 fest, ein- schließlich des Entnahmebereichs 9 für die Schmelze zur Fließzufuhr an die Düsengefäße 6.
Dies verleiht dem Prozess der Faserformung durch die Düsengefäße 6 und Düsen 10 Stabilität und verringert die mittlere spezifische Brüchigkeit der endlosen Mineralfasern in Bezug auf den zuvor erzielbaren Wert auf 0,5 Brüche je kg für das gesamte Spektrum bekannter Zusammensetzungen von zur Herstellung von Mineralfasern geeignetem Basaltgestein, insbesondere aus mittelviskosen und niederviskosen Basaltgesteinschmelzen. Ein stabiler Formungsprozess der Fasern durch die Düsengefäße 6 bzw. Düsen 10 erlaubt seinerseits eine Steigerung des täglichen Ausstoßes einer einzelnen Einheit auf 170 kg und mehr. Bei der Ausbildung eines Entnahmebereichs 9 unter Bedingungen, bei denen das Verhältnis der Schmelztiefe 7 im Verteilerkanal 5 zur Höhe 8 des Entnahmebereichs 9 weniger als 3,3 beträgt, gelangt insbesondere bei mittelviskosen und niederviskosen Basalten Schmelze mit inhomo- genen Eigenschaften in den Fließspeiser 3, insbesondere Schmelze mit einer Temperatur außerhalb der Grenzen des Verarbeitungstemperaturintervalls. Bei Ausbildung eines Entnahmebereichs 9 unter Bedingungen, bei denen das Verhältnis der Schmelztiefe 7 im Verteilerkanal 5 zur Höhe 8 des Entnahmebereichs 9 mehr als 20 beträgt, reicht die Größe des Entnahmebereichs 9 nicht aus, um einen normalen Faserformungsprozess in dem Düsengefäß 6 zu gewähr- leisten, das dann mit unzureichend Schmelze arbeitet, was zu hoher Brüchigkeit und niedrigem Ausstoß der Einheit fuhrt.
Weiters wird in Fig. 1 noch die Kühlung 11, der Ausstoß der Filamente 12, insbesondere Mono- filamente, sowie die Schlichte 13 zur Faserschlichtung und die nachfolgenden Abzugseinrich- tungen 14, wie Spule, Wickler, Haspel etc. schematisch und stark vereinfacht dargestellt.
Das Verfahren wird anhand der folgenden Beispiele veranschaulicht.
Beispiel 1
Basaltgestein, das eine viskose Schmelze ergibt, mit der folgenden Zusammensetzung (Gew.-%): 52,8 bis 53,7 Si2, 0,5 bis 0,6 TiO2, 17,3 bis 19,7 Al2O3, 9,8 bis 10,6 Fe2O3 + FeO, 3,1 bis 6,3 MgO, 7, 1 bis 8,0 CaO, 2,8 Na20, 1 ,6 K2O, andere - 1,8, wurde zu Teilchengrößen von 10 bis 20 mm zermahlen, mechanisch sortiert und in einen Schmelzofen eingebracht, wo mit Hilfe der Verbren- nungsenergie des Gas-Luft-Gemischs eine Temperatur von 1450 ± 100C aufrechterhalten wurde, um eine homogene Schmelze herzustellen. Im weiteren Verlaufe gelangte die Schmelze selbstfließend in die Verarbeitungszone - dem Verteilerkanal, auf deren Bodenabschnitt Röhren von Fließspeisern angeordnet waren, die in ihrer Stirnfläche sowie in der Nähe der Stirnfläche auf ihrer Seitenfläche Öffnungen aufwiesen. Die Temperatur der Schmelze im Verteilerkanal wurde im Bereich von 1350 bis 1300 °C gehalten. Im Verteilerkanal wurde ein Entnahmebereich ausgebildet, wobei die Tiefe des Verteilerkanals die Höhe des Entnahmebereichs um das 3,5-fache überstieg. Mit Hilfe der Fließspeiser wurde die Schmelze aus der Verarbeitungszone an den Düsenspeiser geleitet, wo die Formung der Fasern stattfand. Unter Produktionsbedingun- gen wurde eine mittlere spezifische Brüchigkeit der Endlosfasern aus Basalt von 0,47 Brüchen pro kg und ein mittlerer Ausstoß einer einzelnen Einheit von 175 kg pro 24 h erzielt.
Beispiel 2
Basaltgestein, das eine niederviskose Schmelze ergibt, mit der folgenden Zusammensetzung (Gew.-%): 43,6 SiO2, 3,2 TiO2, 13,0 Al2O3, 13,1 Fe2O3 + FeO, 9,8 MgO, 10,3 CaO, 4,8 Na2O + K2O, andere — 0,9 (Gew. %), wurde zu Teilchengrößen von 5 bis 10 mm zermahlen, mechanisch sortiert und in einen Schmelzofen eingebracht, wo mit Hilfe der Verbrennungsenergie des Gas- Luft-Gemischs eine Temperatur von 1450 ± 30 °C aufrechterhalten wurde, um eine homogene Schmelze herzustellen. Im weiteren Verlaufe gelangte die Schmelze selbstfließend in die Verarbeitungszone — den Verteilerkanal, auf deren Bodenabschnitt Röhren von Fließspeisern angeordnet waren, die in der Stirnfläche sowie in der Nähe der Stirnfläche auf der Seitenfläche Öffnungen aufwiesen. Die Temperatur der Schmelze im Verteilerkanal wurde im Bereich 1350 bis 1300 °C gehalten. Im Verteilerkanal wurde ein Entnahmebereich ausgebildet, wobei die Tiefe des Verteilerkanals die Höhe des Entnahmebereichs um das 3,5-fache überstieg. Mit Hilfe der Fließspeiser wurde die Schmelze aus der Verarbeitungszone an den Düsenspeiser geleitet, wo die Formung der Fasern stattfand. Unter Produktionsbedingungen wurde eine mittlere spezifische Brüchigkeit der Endlosfasern aus Basalt von 0,49 Brüchen pro kg und ein mittlerer Ausstoß einer einzelnen Einheit von 171 kg pro 24 h erzielt.
Beispiel 3
Zur Begründung der beanspruchten Grenzwerte, die in den Ansprüchen angegeben sind, wur- den endlose Mineralfasern unter Bedingungen hergestellt, die sich teilweise von den für Beispiel 2 angegebenen Bedingungen unterschieden. So wurde über Variation der Schmelztiefe im Verteilerkanal und der Anzahl von Öffnungsreihen auf der Seitenfläche des Fließspeisers das Verhältnis der Schmelztiefe im Verteilerkanal zur Höhe des Entnahmebereichs im Bereich von 2,5 bis 23 variiert. Die Ergebnisse, die sich bei der Variation der genannten Parame- ter ergaben, sind in Tabelle 1 angeführt.
Tabelle 1
Varianten des Herstellungsprozesses für endlose Mineralfasern
Beispiel 4
Erfindungsgemäß wurden aus einem Gemenge aus Kraftwerksasche, dem Kalkspat (CaCO3) zugesetzt wurde, Mineralfasern gemäß der für Beispiel 2 beschriebenen Technologie hergestellt.
Die Asche enthielt die folgenden Komponenten (Gew.-%): 43,6 SiO2, 16,2 Al2O3, 1,6 Fe2O3, 5,25 FeO, 0,7 Li20, 26,7 CaO, 3,11 MgO, 0,67 K2O und 2,17 andere Bestandteile.
Ein Gemenge aus 63 % Asche gemäß der angegebenen Zusammensetzung, das mit Kalkspatgranulat auf 100 % aufgefüllt wurde, wurde zur Herstellung von Mineralfasern benutzt, wie in Beispiel 2 beschrieben; der mittlere Ausstoß einer einzelnen Einheit betrug 158 kg pro 24 h.
Beispiel 5
Gemäß der für Beispiel 1 beschriebenen Technik wurden bei einer Temperatur von 1300 ± 30 0C im Schmelzofen und 1100 bis 1270 0C im Verteilerkanal erfindungsgemäß Mineralfasern aus glashaltigen technischen Abfallprodukten (Leuchtstoffröhren) hergestellt.
Die glashaltigen technischen Abfallprodukte enthielten folgende Komponenten (Gew.-%): 72,0 SiO2, 2,0 Al2O3, < 0,01 FeO, 19,5 bis 18 (Na2O + K2O), 8,0 (CaO + MgO + BaO), Spuren von PbO, Sb2O3, As2O3, Cd-Oxid, Ti und andere Bestandteile.
Unter experimentellen Bedingungen wurden gemäß den Betriebsarten aus Beispiel 1 Mineral- fasern mit einem mittleren Ausstoß einer einzelnen Einheit von 161 kg pro 24 h hergestellt.
Bezugszeichenaufstellung
1 Schmelzofen
2 Schmelzzone
3 Fließspeiser
4 Verarbeitungszone
5 Verteilerkanal
6 Düsengefaß
7 Schmelztiefe
8 Höhe
9 Entnahmebereich 10 Düse
11 Kühlung
12 Filament
13 Schlichte 14 Abzugseinrichtung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Herstellungsverfahren für endlose Mineralfasern aus Rohmaterialien wie etwa Gestein, insbesondere Basaltgestein, Gemengen auf dessen Basis, glashaltigen industriellen und technischen Abfallprodukten, bei dem die genannten Rollmaterialien in einem Schmelzofen aufgeschmolzen werden und die Schmelze Fließspeisem in der Verarbeitungszone im Verteilerkanal zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verarbeitungszone ein Entnahmebereich für die Schmelze zur Fließzufuhr an die Düsen dergestalt ausgebildet wird, dass das Verhältnis der Schmelztiefe im Verteilerkanal zur Höhe des Entnahmebereichs im Be- reich von 3,4 bis 20 liegt.
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