ES2920873T3 - Aparato para formar fibras minerales - Google Patents

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Abstract

La invención se relaciona con un dispositivo para formar fibras minerales, que comprende: una centrífuga (1) adaptada para girar aproximadamente un eje de rotación (9), la centrífuga (1) que comprende una pared anular (10) perforada con una pluralidad de orificios (11), la pared anular (10) que tiene para el eje de simetría el eje de rotación (9); un primer inductor anular (2) adaptado para calentar la parte superior de la pared anular (10); y un segundo inductor anular (5) adaptado para calentar la parte inferior de la anual (10). Por lo tanto, la invención permite que la eficiencia aumente y la emisión de dióxido de carbono disminuya o incluso se evita. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato para formar fibras minerales
La invención se refiere a un dispositivo para formar fibras minerales mediante un método de centrifugación interno. Se aplica en particular a la producción industrial de lana de vidrio que se pretende usar, por ejemplo, en la composición de productos de aislamiento térmico y/o acústico.
Se conocen diferentes métodos de centrifugación internos. Se introduce un hilo de vidrio fundido en una hiladora de fibrización que rota a alta velocidad y que está perforada en su periferia mediante un gran número de orificios a través de los cuales se pulveriza el vidrio en forma de filamentos bajo el efecto de la fuerza centrífuga. Luego estos filamentos pueden someterse a la acción de una corriente de estirado anular a alta temperatura y velocidad a lo largo de la pared de la centrífuga, una corriente que los adelgaza y los transforma en fibras. Las fibras que se forman se dirigen por esta corriente de estirado gaseosa a un dispositivo receptor que consiste generalmente en una estera de recepción y transporte permeable a los gases.
Este método ha sido objeto de numerosos refinamientos, relacionados en particular, para algunas, a la hiladora de fibrización, para otros, a los medios de generación de la corriente de estirado anular, por ejemplo, mediante el uso de quemadores de tipo particular. Véanse en particular los documentos EP-B-0 189 354, EP-B-0 519 797, WO-A-97/15532 respecto al último punto.
El documento FR-A-1 382 917 describe un elemento de fibrización, cuyo principio todavía se usa abundantemente: el material fundido se pone en una cesta que comprende, en su pared vertical, orificios a través de los cuales el material se pulveriza sobre la pared de una hiladora de fibrización que está unida a la cesta, y que comprende un gran número de orificios. Esta pared se denomina “tira” de la hiladora de fibrización. Para obtener la producción de fibras de calidad, los orificios se distribuyen en filas anulares y los diámetros de los orificios son variables dependiendo de la fila a la que pertenecen, disminuyendo este diámetro desde la parte superior de la tira hasta su parte inferior.
Se han realizado mejoras a este principio básico, tal como se enseña en particular en el documento FR-A-2 443 436, en el que los medios permiten obtener un flujo laminar del material fundido desde la parte superior hasta la parte inferior de la tira de la hiladora.
Otra modificación, descrita en el documento EP-A-1 370496, se ha realizado para mejorar la calidad de las fibras y aumentar la eficiencia. Esta modificación implica distribuir los orificios de la tira en una pluralidad de áreas anulares dispuestas una encima de la otra, con al menos dos áreas anulares que tienen un número de orificios por unidad de área superficial que es diferente en un valor mayor del o igual al 5 %.
El documento WO 03/069226 describe un quemador interno de combustión que comprende una cámara de combustión en la que se abre al menos un conducto de alimentación de combustible y oxidante y al menos un elemento de estabilización de llama, creando una zona de contención en la que tiene lugar al menos una parte de la combustión.
Los documentos US4359444 y GB849981 describen, por su parte, el uso de inductores como medios para mantener la temperatura de una hiladora de fibrización además de un quemador que constituye el modo principal de calentamiento de la hiladora de fibrización.
En todos estos ejemplos, la tira periférica de la hiladora se calienta tanto por el vidrio fundido que se centrifuga en la hiladora de fibrización y por el aire caliente soplado por un quemador interno de combustión que genera la corriente de estirado anular.
Sin embargo, el calentamiento mediante un quemador interno de combustión es una fuente de consumo de energía significativo, con una eficiencia energética inferior al 30 %, y una fuente de emisiones de dióxido de carbono muy altas.
Por tanto, existe la necesidad de un dispositivo de formación de fibras minerales que tenga un consumo de energía y un nivel de emisión de dióxido de carbono que estén ambos reducidos.
Para esto, la invención propone un dispositivo de formación de fibras minerales que comprende:
- una centrífuga adecuada para rotar alrededor de un eje de rotación, comprendiendo la centrífuga una pared anular perforada por una pluralidad de orificios, siendo el eje de simetría de la pared anular el eje de rotación,
un primer inductor anular adecuado para calentar la parte superior de la pared anular,
un segundo inductor anular adecuado para calentar la parte inferior de la pared anular,
permitiendo el calentamiento de la tira anular por su parte superior y por su parte inferior un gradiente de temperatura a lo largo de la altura de la centrífuga.
Según otra característica particular, el dispositivo de formación de fibras minerales también comprende un primer anillo de soplado adecuado para soplar aire sobre las fibras minerales que están a punto de salir a través de la pluralidad de orificios en la pared anular para dirigirlos a una estera de recepción y transporte de fibras.
Según otra característica particular, el dispositivo de formación de fibras minerales también comprende un segundo anillo de soplado adecuado para soplar aire sobre un área de la centrífuga situada encima de la pared anular para controlar la temperatura de la parte superior de la centrífuga.
Según otra característica particular, la cooperación de los dos anillos de soplado crea un área de turbulencias en la proximidad de la pared anular de la centrífuga, permitiendo esta área de turbulencias un estirado adicional de las fibras minerales que están a punto de salir través de la pluralidad de orificios en la pared anular.
Según otra característica particular, el dispositivo también comprende al menos dos primeros anillos de soplado concéntricos de diferentes diámetros, creando la cooperación de los primeros anillos de soplado un área de turbulencias en la proximidad de la pared anular de la centrífuga, permitiendo esta área de turbulencias un estirado adicional de las fibras minerales que están a punto de salir a través de la pluralidad de orificios en la pared anular.
Según otra característica particular, el primer anillo anular comprende varias salidas de aire concéntricas que crean un área de turbulencias en la proximidad de la pared anular de la centrífuga, permitiendo esta área de turbulencias un estirado adicional de las fibras minerales que están a punto de salir a través de la pluralidad de orificios en la pared anular.
Según otra característica particular, el segundo inductor anular, por ejemplo, situado bajo la centrífuga, está conectado en serie o en paralelo al primer inductor anular. Entonces los inductores primero y segundo se alimentan preferiblemente de manera independiente entre sí.
Según otra característica particular, el dispositivo de formación de fibras minerales también comprende un quemador interno adecuado para su uso en el arranque del dispositivo de formación de fibras minerales.
Según otra característica particular, la centrífuga comprende una base.
Según otra característica particular, la centrífuga no comprende una base y comprende una cesta.
Según otra característica particular, el dispositivo de formación de fibras minerales también comprende un anillo de encolado de fibras minerales situado bajo la centrífuga.
La invención también se refiere a un método para formar fibras minerales mediante centrifugación interna, que pone en práctica el dispositivo descrito anteriormente, en donde el material que va a transformarse en fibra se vierte en la centrífuga, y la pared anular se calienta por su parte superior y por su parte inferior con un gradiente de temperatura a lo largo de la altura de dicha centrífuga.
Se describirán ahora otras características y ventajas de la invención con referencia a los dibujos en los que:
• La figura 1 representa una vista en sección transversal de un dispositivo de formación de fibras minerales según la invención.
“Arriba” , “abajo” , “encima” y “debajo” se definen en relación con un eje vertical cuando la centrífuga está en la posición de centrifugación, es decir, cuando el eje de rotación de la centrífuga está en un eje vertical, como en la figura 1.
La invención se refiere a un dispositivo de formación de fibras minerales. El dispositivo comprende una centrífuga adecuada para rotar alrededor de un eje de rotación. La centrífuga comprende una pared anular cuyo eje de simetría es el eje de rotación, que está perforada por una pluralidad de orificios. El dispositivo también comprende inductores anulares primero y segundo. El primer inductor anular es adecuado para calentar la parte superior de la pared anular de la centrífuga. El segundo inductor anular es adecuado para calentar la parte inferior de la pared anular de la centrífuga.
Por tanto, el calentamiento de la centrífuga se lleva a cabo mediante inducción eléctrica, lo que permite aumentar la eficiencia energética y reducir muy considerablemente, incluso anular completamente (si no se usa un quemador interno), el nivel de emisión de dióxido de carbono, ya que no se usa un quemador interno de combustión anular que produce un flujo de gas caliente.
La figura 1 representa una vista en sección transversal de un dispositivo de formación de fibras minerales según la invención.
El dispositivo de fibras minerales comprende una centrífuga 1, también denominada hiladora de fibrización, que comprende una pared 10 anular perforada por una pluralidad de orificios 11. La centrífuga 1 también comprende una banda 13. La banda 13 forma la parte superior de la centrífuga 1, entre la pared anular y la tulipa. El dispositivo de formación de fibras minerales también comprende un árbol 15 del eje 9 destinado a ser accionado en rotación por un motor (no representado). La centrífuga 1 está fijada al árbol 15 a través de la tulipa, que está en la extensión de la banda. Cuando el dispositivo de formación de fibras minerales está en la posición de fibrización, el eje 9 es vertical. El eje 9 es el eje de simetría de la centrífuga.
El árbol 15 es hueco. En su extremo superior, el árbol 15 está unido a medios de alimentación de vidrio fundido. En su extremo inferior, el árbol 15 está unido a la centrífuga cuando esta última está provista de una base, tal como puede observarse en la figura 1. Como variante, si la centrífuga 1 no tiene una base, el árbol 15 está unido a una cesta. En el caso de un dispositivo con cesta, la cesta está situada dentro de la centrífuga 1, que en sí misma está sujeta al árbol 15. La cesta, también fijada al árbol 15, está destinada a ser accionada en rotación con la centrífuga 1 y el árbol 15. La cesta comprende una pared anular perforada por una pluralidad de orificios.
Cuando el dispositivo de formación de fibras minerales está en funcionamiento, la centrífuga 1 y el árbol 15, así como, si es apropiado, la cesta, se accionan en rotación alrededor del eje 9 del árbol 15. El vidrio 6 fundido fluye hacia el árbol 15, desde los medios de alimentación de vidrio fundido hasta la base de la hiladora o en la cesta, en donde se distribuye el vidrio 6 fundido. En el caso de una centrífuga con base, se forma una reserva permanente de vidrio 6 fundido contra la pared 10 anular bajo el efecto de la rotación. En el caso de una centrífuga sin base y con cesta, se pulveriza el vidrio fundido, bajo el efecto de la rotación, sobre la pared anular de la cesta, pasa a través de la pluralidad de orificios en la cesta y, en forma de filamentos voluminosos, se pulveriza sobre la pared 10 periférica de la centrífuga 1. Luego se forma una reserva permanente de vidrio 6 fundido en la centrífuga sin base contra la pared anular bajo el efecto de la rotación. La reserva permanente de vidrio 6 fundido alimenta la pluralidad de orificios 11 perforados en la pared 10 anular de la centrífuga 1 para formar conos de flujo que se extienden para convertirse en prefibras.
Los orificios 11 en la pared 10 anular de la centrífuga 1 son preferiblemente más numerosos y de diámetro más pequeño que los orificios de una pared anular de una centrífuga usada con un quemador interno de combustión porque el estirado es menos eficaz con calentamiento por inducción que con calentamiento por el quemador interno de combustión. Por tanto, la pared 10 anular de la centrífuga 1 comprende preferiblemente entre 5000 y 25.000 orificios y los orificios 11 tienen preferiblemente un diámetro de entre 0,2 mm y 0,5 mm para un diámetro de hiladora de 200 mm.
El dispositivo de formación de fibras minerales también comprende un primer inductor 2 anular adecuado para calentar la parte superior de la pared 10 anular de la centrífuga 1. El primer inductor 2 anular también puede ser adecuado para calentar también la banda 13 de la centrífuga 1. El primer inductor 2 anular está dispuesto, por ejemplo, encima de la centrífuga 1, en la proximidad de la banda 13 y la pared 10 anular. El primer inductor 2 anular consiste, por ejemplo, en bobinas que comprenden entre una y cuatro vueltas de cobre, por ejemplo, entre dos y cuatro vueltas de cobre. El inductor 2 anular está provisto preferiblemente de concentradores de campo, por ejemplo, fabricados de ferrita, que permiten dirigir el campo magnético hacia la hiladora para calentar sólo la hiladora y, por tanto, proteger las otras partes metálicas del dispositivo. El inductor 2 anular permite calentar la pared anular hasta una temperatura de entre 1000 y 1200 0C.
El dispositivo de formación de fibras minerales también comprende un segundo inductor 5 anular adecuado para calentar la parte inferior de la pared 10 anular de la centrífuga 1. El segundo inductor anular también puede ser adecuado para calentar también el área de la centrífuga situada debajo de la pared 10 anular. El segundo inductor 5 anular está situado, por ejemplo, bajo la centrífuga. El segundo inductor 5 anular consiste, por ejemplo, en bobinas que comprenden entre una y cuatro vueltas de cobre, por ejemplo, entre dos y cuatro vueltas de cobre. El inductor 5 anular está provisto preferiblemente de concentradores de campo, por ejemplo, fabricados de ferrita, que permiten dirigir el campo magnético hacia la hiladora para calentar sólo la hiladora y, por tanto, proteger las otras partes metálicas del dispositivo. El conjunto de los dos inductores 2 y 5 anulares tiene, por ejemplo, una potencia de 20 a 150 kW, por ejemplo, de 20 a 70 kW.
La frecuencia de trabajo de los inductores 2, 5 anulares primero y segundo es, por ejemplo, de entre 1 y 300 kH.
El segundo inductor 5 anular está conectado, por ejemplo, al primer inductor 2 anular, en serie o en paralelo, de modo que los campos magnéticos de los inductores 2, 5 anulares primero y segundo están en fase para evitar los efectos mutuos o los campos desfasados que se cancelan entre sí.
Como variante, los inductores 2, 5 anulares primero y segundo están alimentados por dos circuitos independientes, preferiblemente alimentados de manera independiente para poder controlar y regular su potencia de manera independiente. Los generadores son tales que los efectos de la reciprocidad deben evitarse o, al menos, limitarse.
El calentamiento de la tira anular por dos áreas diferentes (superior e inferior) permite tener un gradiente de temperatura a lo largo de la altura de la centrífuga 1. Esto permite controlar la viscosidad del vidrio a lo largo de la altura de la tira anular y, por tanto, fabricar fibras minerales que tengan dimensiones y propiedades más uniformes. Cuando los inductores 2, 5 anulares primero y segundo están en serie o en paralelo, la diferencia de temperatura de calentamiento entre el área superior y el área inferior de la tira anular se establece actuando, por ejemplo, en la posición, el número y el diámetro de las vueltas de cada inductor anular. Cuando los inductores 2, 5 anulares primero y segundo se alimentan de manera independiente, la configuración de la temperatura en las dos áreas de la tira anular se facilita porque la potencia puede establecerse de manera independiente para cada inductor anular.
La parte superior de la tira anular calentada por el primer inductor 2 anular y la parte inferior de la tira anular calentada por el segundo inductor 5 anular pueden tener un área de superposición parcial. El área de superposición no puede ser total, de lo contrario, la posibilidad de tener un gradiente de temperatura desaparecería.
El dispositivo de formación de fibras minerales también comprende un anillo 4 de soplado, dispuesto encima de la centrífuga 1, y adecuado para soplar aire sobre las fibras que salen de la centrífuga, preferiblemente de manera vertical y hacia abajo, para hacerlas bajar hacia una estera receptora situada bajo el dispositivo de fibrización. El anillo 4 de soplado puede soplar aire con un ángulo de como máximo 25° en relación con la vertical, hacia la pared 10 anular. La presión del flujo de soplado en la salida del anillo 4 de soplado es preferiblemente de entre 1 y 2 bar.
El dispositivo de formación de fibras minerales también puede comprender un segundo anillo 3 de soplado, dispuesto encima de la centrífuga 1, en la proximidad de la banda 13. El segundo anillo 3 de soplado es adecuado para soplar aire hacia la banda 13, preferiblemente de manera vertical y hacia abajo. La presión del flujo de soplado en la salida del anillo 3 de soplado es preferiblemente de entre 0,5 y 2 bar.
Cuando está presente el segundo anillo 3 de soplado, los chorros de aire soplados por los dos anillos 3, 4 de soplado se encuentran y crean, en su intersección, un área de turbulencias. Esta área de turbulencias está situada en la proximidad de la pared 10 anular. Las turbulencias producidas permiten estirar las fibras minerales incluso más que con sólo la fuerza centrífuga.
Como variante, el anillo 4 de soplado puede comprender una pluralidad de salidas de aire concéntricas pero más o menos distantes del eje 9. O bien, el dispositivo de formación de fibras minerales puede comprender varios primeros anillos 4 de soplado dispuestos uno encima del otro, con diámetros ligeramente diferentes entre sí. Estas variantes permiten tener varios chorros de aire concéntricos que crean un área de turbulencias que favorece un estirado mejorado de las fibras.
Estas diferentes variantes pueden combinarse entre sí.
Opcionalmente, el dispositivo de formación de fibras minerales también puede comprender un quemador interno (no representado). El quemador interno permite calentar la centrífuga 1 en el arranque del método de formación de fibras minerales de modo que el vidrio fundido llega a una centrífuga 1 que no está fría para evitar la cristalización del vidrio. El quemador interno se usa preferiblemente sólo en el arranque para evitar cualquier producción significativa de dióxido de carbono. La velocidad de flujo de gas del quemador interno es de menos de 5, por ejemplo, de menos de 3 Nm3/h.
Preferiblemente, la centrífuga 1 se calienta sólo por los dos inductores 2, 5 anulares sin usar un quemador interno. Por tanto, el nivel de dióxido de carbono emitido por el dispositivo de formación de fibras minerales puede ser cero.
Además, el dispositivo de formación de fibras minerales tiene una eficiencia que puede ser tan alta como del 75 % o más, en lugar de sólo el 30 % con un quemador interno de combustión, y esto para temperaturas de funcionamiento comparables. El dispositivo de formación de fibras minerales según la invención permite así un ahorro de energía.
El dispositivo de formación de fibras minerales también comprende, preferiblemente, un anillo de encolado de fibras minerales (no representado), situado bajo la centrífuga.
Según una variante que no está representada, el dispositivo de formación de fibras minerales comprende una centrífuga que está abierta en la parte superior, sin banda o tulipa, con sólo una pared anular sellada en la parte inferior por una base. La base está fijada al extremo inferior de un árbol sólido. La centrífuga se acciona en rotación alrededor de su eje de simetría mediante la rotación del árbol hueco alrededor del eje de simetría del árbol hueco. El vidrio fundido se pone en la hiladora a través de una tubería que está desplazada en relación con el eje de simetría de la centrífuga. La tubería que alimenta el vidrio fundido no gira con el árbol hueco y la centrífuga. El inductor 2 anular está dispuesto encima de la pared 10 anular, para calentar al menos la parte superior de la pared 10 anular. El dispositivo comprende un único anillo 4 de soplado, dispuesto encima de la centrífuga 1, para soplar aire sobre las fibras que salen de la centrífuga, preferiblemente de manera vertical, para hacerlas bajar hacia una estera receptora situada bajo el dispositivo de fibrización. El resto es idéntico a la realización descrita según la figura 1.
La invención también se refiere a un método para formar fibras minerales mediante centrifugación interna. Este método pone en práctica el dispositivo según la invención, donde el material que va a transformarse en la fibra se vierte en la centrífuga 1. Por tanto, el uso de la centrífuga según la invención permite mejorar la eficiencia energética del método y reducir, incluso anular completamente, la producción de dióxido de carbono.
Las fibras minerales obtenidas mediante el dispositivo de formación de fibras minerales según la invención se usan para fabricar productos de aislamiento térmico y/o acústico.

Claims (13)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Un dispositivo de formación de fibras minerales que comprende:
    - una centrífuga (1) adecuada para rotar alrededor de un eje (9) de rotación, comprendiendo la centrífuga (1) una pared (10) anular perforada por una pluralidad de orificios (11), siendo el eje de simetría de la pared (10) anular el eje (9) de rotación,
    - un primer inductor (2) anular adecuado para calentar la parte superior de la pared (10) anular, - un segundo inductor (5) anular adecuado para calentar la parte inferior de la pared (10) anular, permitiendo el calentamiento de la tira anular por su parte superior y por su parte inferior un gradiente de temperatura a lo largo de la altura de la centrífuga (1).
  2. 2. El dispositivo según la reivindicación 1, en donde el primer inductor (2) anular está ubicado por encima de la centrífuga (1).
  3. 3. El dispositivo según una de las reivindicaciones 1 ó 2, en donde la parte superior de la tira anular calentada por el primer inductor (2) anular y la parte inferior de la tira anular calentada por el segundo inductor (5) anular tienen un área de superposición parcial.
  4. 4. El dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, que también comprende un primer anillo (4) de soplado adecuado para soplar aire sobre las fibras minerales que están a punto de salir a través de la pluralidad de orificios (11) en la pared (10) anular para dirigirlos a una estera de recepción y transporte de fibra.
  5. 5. El dispositivo según la reivindicación 4, que también comprende un segundo anillo (3) de soplado adecuado para soplar aire sobre un área de la centrífuga situada por encima de la pared (10) anular, creando la cooperación de los anillos (3, 4) de soplado primero y segundo un área de turbulencias en la proximidad de la pared (10) anular de la centrífuga (1), permitiendo esta área de turbulencias un estirado adicional de las fibras minerales que están a punto de salir a través de la pluralidad de orificios (11) en la pared (10) anular.
  6. 6. El dispositivo según la reivindicación 4, que también comprende al menos dos primeros anillos (4) de soplado concéntricos de diferentes diámetros, creando la cooperación de los primeros anillos de soplado un área de turbulencias en la proximidad de la pared (10) anular de la centrífuga (1), permitiendo esta área de turbulencias un estirado adicional de las fibras minerales que están a punto de salir a través de la pluralidad de orificios (11) en la pared (10) anular.
  7. 7. El dispositivo según una de las reivindicaciones 4 a 6, en donde el primer anillo (4) anular comprende una pluralidad de salidas de aire concéntricas que crean un área de turbulencias en la proximidad de la pared (10) anular de la centrífuga (1), permitiendo esta área de turbulencias un estirado adicional de las fibras minerales que están a punto de salir a través de la pluralidad de orificios (11) en la pared (10) anular.
  8. 8. El dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 7, en donde los inductores (2, 5) anulares primero y segundo están conectados en serie o en paralelo o se alimentan independientemente entre sí.
  9. 9. El dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 8, que también comprende un quemador interno adecuado para su uso en el arranque del dispositivo de formación de fibras minerales.
  10. 10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la centrífuga (1) comprende una base.
  11. 11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 10, en donde la centrífuga (1) no comprende una base y comprende una cesta.
  12. 12. El dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 11, que también comprende un anillo de encolado de fibras minerales situado bajo la centrífuga (1).
  13. 13. Un método para formar fibras minerales mediante centrifugación interna, que pone en práctica el dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 12, en donde el material que va a transformarse en fibra se vierte en la centrífuga (1), y la tira anular se calienta por su parte superior y por su parte inferior con un gradiente de temperatura a lo largo de la altura de dicha centrífuga (1).
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