FI126895B - Menetelmä ja järjestelmä mineraalikuitujen valmistusprosessin optimoimiseksi - Google Patents

Description

FÖRFARANDE OCH ARRANGEMANG FÖR OPTIMERING AV MINERALFIBRERNAS FRAMSTÄLLNINGSPROCESS

MENETELMÄ JA JÄRJESTELMÄ MINERAALIKUITUJEN VALMISTUSPROSESSIN OPTIMOIMISEKSI Föreliggande uppfinning hänför sig till ett förfarande och ett arrangemang för optimering av mineralfibrernas framställningsprocess enligt ingressen av de efterföljande patentkraven.

Mineralull, såsom stenull, framställs genom att smälta lämpliga råvaror, till exempel diabas, kalksten eller slagg i en smältugn. Den erhållna mineralsmältan leds ur smältugnen i form av en smältstråle till en fibreringsanordning, där smältan formas till mineralfiber. Vanligen används en fibreringsanordning av spinnmaskins-typ, vilken omfattar en serie roterande fibrerings- eller spinnhjul, typiskt 3-4 stycken. Mineralsmälta från smältugnen förs mot det första hjulets mantelyta, där den får ett visst fäste på hjulets mantelyta före den slungas ut som en droppkaskad mot mantelytan av det andra närliggande hjulet i serien. En del av mineralsmältan får då tillräckligt fäste på det andra hjulets mantelyta för att där formas till fibrer under centrifugal kraftens påverkan. En annan del av mineralsmältan slungas vidare mot det tredje hjulets mantelyta. På detta sätt ”förs” mineralsmälta som en smältdroppsstråle eller droppkaskad successivt från ett hjul till följande genom hela fibreringsanordningen, samtidigt som en del av mineralsmältan formas till mineralfibrer. På de formade mineralfibrerna kan ett bindemedel appliceras antingen under eller efter fiberformationen.

De vid fibreringshjulen formade mineralfibrerna transporteras bort från fibreringsanordningen med hjälp av avblåsning. Avblåsningen av mineralfiber kan ske med såkallade primära avblåsningsorgan, som placerats vid hjulens omkretsar eller med sekundära avblåsningsorgan, som anordnats på ett avstånd från fibreringsanordningen. Mineralfibrerna transporteras från fibreringsanordningen genom en uppsamlingskammare mot ett uppsamlingsorgan, som anordnats framför fibreringsanordningen. Uppsamlingsorganet kan vara till exempel en bandtransportör eller en roterande trumma. För att åstadkomma en jämn primär fibermatta av önskad kvalitet är det önskvärt att kunna kontrollera fibreringsprocessen vid fibreringsanordningen så bra som möjligt. Man vill observera förändringar i fibreringsförhållanden så snabbt som möjligt för att kunna reagera till och möjligen motverka dem. WO 99/42413 uppvisar ett förfarande där smältpåmatning observeras medelst en videokamera. Videokameran övervakar smältstrålen från smältugnen och dess träffpunkt på första hjulets mantelyta. Om träffpunkten förflyttar sig på hjulytan, förflyttas smältbehållaren enligt det data som erhålls via videokameran. Med detta förfarande får man dock inte information om smältans fördelning mellan de olika fibreringshjulen i själva fibreringsanordningen. Om smältan delas ogynnsamt mellan de olika fibreringshjulen kan det leda till fibrer av dålig kvalitet eller ökad pärlformation, som betyder försämrad verkningsgrad i processen. EP 1515921 uppvisar ett förfarande där man observerar ett förhållande mellan två fibreringshjuls vridmoment. Om det observerade förhållandet skiljer sig från ett bestämt målvärde, ändrar man smältpåmatningspunkten på det första hjulet och/eller dess rotationshastighet och/eller dess position i förhållande till det följande fibreringshjulet. Vridmomentet är dock ingen direkt mätbar enhet, utan det måste räknas ut matematiskt, vilket lätt leder till en viss förlust av information. Vridmomentet ger inte heller information om det hur smältpåmatningen fungerar. Ändamålet för denna uppfinning är därför att åstadkomma ett förfarande och ett arrangemang för framställning av mineralullsfibrer, där ovannämnda olägenheter har minimerats. Ändamålet är därvid att åstadkomma ett förfarande och ett arrangemang med vilka en omfattande bild av fibreringsprocessen kan fås i realtid.

Ett annat ändamål för den föreliggande uppfinningen är att åstadkomma ett förfarande och ett arrangemang som möjliggör en snabb reaktion till ändringar i fibreringsprocessen.

Dessa ändamål uppnås med ett förfarande och ett arrangemang uppvisande de i den kännetecknande delen av efterföljande självständiga patentkrav angivna kännetecknen. I ett typiskt förfarande enligt den föreliggande uppfinningen - matas mineralsmälta i form av en smältstråle till en fibreringsanordning som omfattar ett antal roterande fibreringshjul, vilka roteras medelst motororgan, varvid smältan matas till fibreringsanordningens första hjul mot en appliceringspunkt på det första hjulets mantelyta, - övervakas mineralsmältans påmatning till det första hjulet medelst ett övervakningsorgan, såsom en kamera, för erhållande av påmatningsinformation, - slungas en del av mineralsmältan ut från det första hjulets mantelyta i form av en droppkaskad mot ett andra hjuls mantelyta, - en första del mineralsmälta formas vid det andra hjulet till fibrer och avblåses från hjulet medelst avblåsningsorgan, och en andra del mineralsmälta slungas ut från det andra hjulet i form av en droppkaskad mot ett tredje hjul, där åtminstone en del av smältan formas till fibrer och avblåses medelst avblåsningsorgan, - eftersläpet hos åtminstone två av fibreringshjulens motororgan i fibrerings-anordningen mäts, - de uppmätta värden för eftersläpet jämförs med varandra för erhållandet av ett eller flera smältdivisionsvärde(n), - smältdivisionsvärdet eller -värdena används tillsammans med påmatnings-informationen för förändring eller inställning av åtminstone en av fibreringsanordningens processparametrar.

Typiskt arrangemang enligt den föreliggande uppfinningen omfattar - en fibreringsanordning som omfattar ett antal roterande fibreringshjul, som har anordnats att rotera medelst motororgan, - ett smältpåmatningsorgan, - ett övervakningsorgan, såsom en kamera, för övervakning av mineralsmältans matning till fibreringsanordningens första hjul för erhållande av påmatnings-information, - avblåsningsorgan, som har arrangeras vid de fibreringsanordningens aktiva hjulytor där en första del mineralsmälta formas till fibrer för avblåsning av de formade fibrerna från hjulen - mätningsorgan för mätning av eftersläp hos åtminstone två av motororganen av fibreingsanordningens fibreringshjul, och - jämförelseorgan för jämförelse av de uppmätta värdena för eftersläpet med varandra och för erhållandet av ett eller flera smältdivisionsvärde(n).

Nu har man överraskande upptäckt att genom att använda både den visuella informationen som erhålls om smältstrålens påmatning och den direkt mätbara eftersläpsinformationen som erhålls från fibreringshjulens motororgan är det möjligt att åstadkomma en mycket noggrannare uppfattning om hela fiberformationsförfarandet. Med den föreliggande uppfinningen får man samtidigt värdefull information om både smältpåmatning och smältfördelning mellan fibreringshjulen samt om omständigheterna vid fibreringshjulen. Denna förbättrade helhetsbild gör det enklare att optimera fibreringsprocessen och snabbt och effektivt motverka möjliga förändringar som uppkommer under fibrering eller smältpåmatning.

Den föreliggande uppfinningen möjliggör ett aktivt verktyg för övergripande kontroll av fibreringsprocessen. När man får information om både smältpåmatning och smätfördelning mellan fibreringshjulen är det enklare att se sammanhang i komplicerade fenomen där de båda faktorer är inblandade. Det är också möjligt att observera störningar där den första faktorn, t.ex. smältpåmatning fungerar utan problem, men den andra faktorn, smältfördelningen, är icke-tillfredsställande. Sådana problem har man blivit oobserverade i de kända systemen.

Enligt den föreliggande uppfinningen övervakas smältpåmatningen till det första hjulets mantelyta med ett övervakningsorgan för erhållande av påmatnings-information. När smältstrålen träffar hjulets mantelyta får en första del av smälta fäste på hjulets yta och en andra del kastas i form av en droppkaskad mot det andra hjulets mantelyta. Med övervakningsorganet övervakar man företrädesvis den smältvinkel som bildas mellan smältstrålen och droppkaskaden. Storleken av denna vinkel påverkar den styrka med vilken droppkaskaden kastas från det första hjulet till det andra hjulet.

Med övervakningsorganet övervakar man också var på hjulytan smält-appliceringspunkten ligger. Ibland kan smältappliceringspunkten börja ”vandra” på hjulytan, dvs. smältstrålenn från smältugnen eller smältrännan träffar inte konstant samma läge på hjulytan utan förflyttar sig till ett annat läge. Detta kan orsakas till exempel av avlagringar vid rännändan. Smältappliceringspunktens ”vandring” kan leda till att smältan börjar stänka vid appliceringspunkten, vilket försämrar fibreringsprocessen. Om man med övervakningsorganet observerar att stänk förekommer, eller att en smältvinkel har förändrats på ett negativt sätt, kan man förändra smältstrålens appliceringspunkt. Påmatningsinformationen som erhålls med den föreliggande uppfinningen omfattar således information om - var på hjulytan smältappliceringspunkten ligger, - smältvinkel, - smältmängden som kastas från det första hjulet till den följande andra hjulet, och/eller - möjlig förekommande av smältstänk.

Enligt en utföringsform av den föreliggande uppfinningen kan övervakningsorganet vara en processövervakningskamera eller en industrikamera avsedd för applikationer där höga temperaturer förekommer. Företrädesvis är kameran liten till storleken och har zoom-, panorerings- och iutningsegenskaper vilket möjliggör en bra bild över en stor yta. Kameran kan ha ett skydd av kvartsglas framför linsen och själva kamerahuset kan vara kyld, t.ex. med luff som blåses genom kamerahuset eller med kyivätska som cirkulerar i kamerahusets väggar. Man kan också använda en värmekamera som övervakningsorgan. Med värmekameran kan man observera IR-strålning som den påmatade smältan emltterar som värme.

Med värmekameran får man också information om smältans temperatur och möjliga temperaturförändringar, vilken information vidare kan användas för reglering av fibreringsprocessen. Smältans temperatur påverkar ju smältans viskositet, vilken i sin tur påverkar de bildade fibrernas längd och andra egenskaper. Som övervakningskamera ger värmekameran mycket information, eftersom den kan observera processen på långt avstånd även i svåra förhållanden, t.ex. i mörker, eller genom eld eller rök. Övervakningsorganet sänder den erhållna visuella informationen till ett datorprogram som omfattar behandlingsorgan för behandling av informationen. Företrädesvis sänds den visuella informationen, såsom bilderna, kontinuerligt till behandlingsorganet, varefter den analyseras med lämpliga anaiysorgan för analysering av visuell information. Efter analys kan den visuella informationen lagras en viss bestämd tid i en databas innan den raderas. Med de erhållna analysvärdena kan man sända styrsignaler för att ändra smäitrännans läge.

Enligt den föreliggande uppfinningen mäter man eftersläp av åtminstone två av fibreringshjulens motororgan. Eftersläpet är en storhet som anger skillnaden mellan motorfrekvensen och hjulfrekvensen. Ju högre eftersläpet är, desto mer smälta torde det finnas på hjulytan. Hjulfrekvensen anger hur snabbt fibreringshjulet roterar, enhet Hz, och den erhålls från fibreringshjulets styrenhet. Motorfrekvensen anger den frekvens med vilken frekvensomformaren reglerar elmotorns varvtal. De uppmätta värdena för eftersläpet jämförs med varandra för erhållandet av ett smältdivisionsvärde, som ger information om hur mineralsmältan är distribuerad mellan åtminstone två av fibreringshjulen i en fibreringsanordning. Enligt en fördelaktig utföringsform är förhållande mellan det första och det fjärde fibreringshjulets smältdivisionsvärden 0,6 - 1,5, fördelaktigare 0,8 - 1,2. I en fördelaktig utföringsform är förhållande mellan det första och det fjärde fibreringshjulets smältdivisionsvärden cirka 1.

Smältdivisionsvärdet används sedan tillsammans med påmatningsinformationen för att förändra eller ställa in åtminstone en av fibreringsanordningens processparametrar. Typiska processparametrar som kan justeras vid behov är till exempel fibreringshjulens rotationshastighet, avblåsningsorganens avblåsnings-hastighet och/eller avblåsningsvinkel, uppsamlingsorganets uppsamlingshastighet, påmatade smältstrålens volym, smältstrålens appliceringspunkt på det första hjulets mantelyta.

Enligt en utföringsform av den föreliggande uppfinningen förändras smältstrålens appliceringspunkt på det första hjulets mantelyta utifrån den erhållna påmatningsinformationen och smältdivisionsvärdet eller -värdena. Applicerings-punkten förändras på det första hjulets mantelyta så, att en optimal smältvinkel erhålls och stänkbildningen minimeras. Fördelaktigt ligger smältapplicerings-punkten på ett sådant område av fibreringshjulets mantelyta som är avkylt. Appliceringspunktens förändring kan övervakas medelst övervakningsorgan. Optimering av appliceringspunkten förbättrar de producerade mineralfibrernas kvalitet samt minskar mängden avfall som uppstår i processen. På detta sätt erhålls en förbättrad produktivitet.

Enligt en annan utföringsform av den föreliggande uppfinningen förändras rotationshastigheten av ett eller flera fibreringshjul och/eller avblåsnings-hastigheten av ett eller flera avblåsningsorgan utifrån den erhållna påmatningsinformationen och smältdivisionsvärdet eller -värdena. Speciellt om fibrerings-processen inte fås under kontroll genom att ändra smältappliceringspunkten på det första hjulets mantelyta, utan problem med stänk och ojämn smältfördelning kvarstår, kan rotationshastigheten förändras hos ett eller flera av fibrerings-anordningens fibreringshjul. Typiskt kan rotationshastigheten sänkas eller ökas 5%, mer typiskt 10 %, ibland även 15 %. På motsvarande sätt kan även avblåsningshastigheten sänkas eller ökas 5 %, mer typiskt 10 %, ibland även 15 %.

Enligt en föredragen utföringsform mäts motororganens eftersläp vid det första och det fjärde hjulet. Då erhålls information om hur högt smältan befinner sig i fibreringsanordningen. Ju mer smälta finns på de första och andra fibreringshjulen, desto bättre är fiberformationen, både kvalitativt och kvantitativt.

Enligt en utföringsform mäts motororganens eftersläp vid alla fibrerings-anordningens hjul. På detta sätt kan man erhålla noggrann och viktigt information om fibreringsförfarandet vid de olika fibreringshjulen och om smältfördelningen mellan de olika hjulen.

Enligt en utföringsform av den föreliggande uppfinningen kan man övervaka mineralsmälta som avlägsnas från fiberingsanordningens nedre del i form av pärlor för erhållande av pärlinformation, som sedan används för förändring eller inställning av en eller flera fibreringsparametrar. Då kan ett andra övervaknings-organ, såsom en kamera, anordnas att övervaka fibreringsanordningens nedre del, speciellt utrymme mellan det tredje och det fjärde hjulet i en fibrerings-anordning med fyra fibreringshjul. Vanligen avlägsnas ofibrerad smälta i form av små hårda partiklar, s.k. pärlor just från nedre delen av fibreingsanordningen. Dessa pärlor är icke-önskade i processen, eftersom de försämrar den slutliga produktens kvalitet och påverkar negativt fibreringsanordningens tillverkningsgrad. Genom att visuellt övervaka mängden pärlor som uppstår och den punkt där de uppstår kan man motverka deras bildning genom förändring av processparametrarna, såsom rotationshastigheten och/eller avblåsnings-hastigheten vid de olika hjulen. Det andra övervakningsorganet kan vara likadan som det första övervakningsorganet.

Det är också möjligt att anordna ett tredje övervakningsorgan, såsom enkamera, omedelbart efter uppsamlingsorganet för att övervaka den bildade primärmattans kvalitet och tjocklek från dess första sida. Då övervakar man den uppsamlade primärmattans tjocklek för erhållande av information, som sedan används för förändring eller inställning av en eller flera fibreringsparametrar. På primärmattans andra sida kan anordnas en ljuskälla. På detta sätt är det möjligt att observera med hjälp av det tredje övervakningsorganet om det finns tjockare ställen i den bildade primärmattan. Dessa tjockare ställen syns som mörkare och kan vanligtvis förknippas med att fiberformationen vid ett eller flera av hjulen är störd eller inte fungerar på ett optimalt sätt. Den information som fås av det tredje övervakningsorganet kan användas för förändring av åtminstone en fiberings-parameter vid fibreringsanordningen för att erhålla en jämn och tunn primärmatta.

Man kan till exempel ändra smältrännans position i förhållande till det första hjulets mantelyta, varvid smältstrålen träffar mantelytan. Det tredje övervakningsorganet kan vara likadant som det första övervakningsorganet.

Den uppfinning som beskrivs är speciellt tillämpad att användas vid framställning av mineralfibrer, där mineralsmälta matas till en fibreringsanordning av kaskadtyp. Fibreringsanordningen omfattar vanligtvis en serie roterande fibrerings- eller spinnhjul, typiskt 3-4 stycken. Hjulen roterar vanligen runt en horisontell axel. Mineralsmälta från smältugnen förs mot det första hjulets mantelyta där den får ett visst fäste på hjulets mantelyta innan den slungas ut som en droppkaskad mot mantelytan av det andra närliggande hjulet i serien. En del av mineralsmältan får då tillräckligt fäste på det andra hjulets mantelyta för att där formas till fibrer under centrifugal kraftens påverkan. En annan del av mineralsmältan slungas vidare mot det tredje hjulets mantelyta. På detta sätt ”förs” mineralsmälta som en smältdroppsstråle eller droppkaskad successivt från ett hjul till följande genom hela fibreringsanordningen, samtidigt som en del av mineralsmältan formas till mineralfibrer. På de formade mineralfibrerna kan ett bindemedel appliceras antingen under eller efter fiberformationen. De vid fibreringshjulen formade mineralfibrerna transporteras bort från fibreringsanordningen med hjälp av avblåsning. Avblåsningen av mineralfiber kan ske med såkallade primära avblåsningsorgan, som placerats vid hjulens omkretsar eller med sekundära avblåsningsorgan, som anordnats på ett avstånd från fibreringsanordningen. Mineralfibrerna transporteras från fibreringsanordningen genom en uppsamlings-kammare mot ett uppsamlingsorgan, som anordnats framför fibreringsanordningen. Uppsamlingsorganet kan till exempel vara en bandtransportör eller en roterande trumma. I detta sammanhang definieras fibreringshjulets aktiva hjulyta som den del av fibreringshjulets omkrets var mineralfibrer bildas under hjulets rotation från den mineralsmälta som befinner sig på hjulets yta. Som mineralfibrer definieras allmänt den viktfraktion av det bindemedelsfria fibermaterialet som går igenom ett 32 μίτι sikt.

Den föreliggande uppfinningen tillämpar sig fördelaktigt att användas med fibreringsanordningar som omfattar fibreringshjul, som är utrustade med magnetlager. Sådana fibreringsanordningar och -hjul beskrivs till exempel i W09015032 och WO9210435. Från fibreringshjulets magnetlager kan man erhålla väldigt noggrann information om hjulets rotationshastighet, och därmed också noggrannare information om hjulets smältdivisionsvärde. Några föredragna utföringsformer av uppfinningen beskrivs närmare i det följande med hänvisning till följande figurer där

Figur 1 visar schematiskt en utföringsform enligt den föreliggande uppfinningen.

Figur 1 visar schematiskt en utföringsform enligt den föreliggande uppfinningen. Smälta matas från en ugn (ej visad) i form av en smältstråle A till det första fibreringshjulets 1 mantelyta i en fibreringsanordning 10. Smältstrålen träffar mantelytan i en smältappliceringspunkt B. En del av smältan får fäste på det fösta hjulets mantelyta, och resten slungas ut i form av en droppkaskad C mot det andra hjulets 2 mantelyta. Smältappliceringspunkten och vinkel α mellan smältstråle A och droppkaskad C övervakas med en övervakningskamera 11.

En del av smälta formas till fibrer på det andra fibreringshjulets 2 mantelyta och resten av smältan slungas ut mot det tredje fibreringshjulets 3 mantelyta. Där formas igen en del av smältan till fibrer och resten av smältan slungas mot det fjärde fibreringshjulets 4 mantelyta. Den sista delen av smältan som inte formas till fibrer vid det fjärde hjulet 4 avlägsnas från fibreringsanordningen 10 från utrymmet mellan det tredje och prde hjulet 3, 4 i form av en stråle av grövre material. Denna stråle kan övervakas med en andra övervakningskamera 12.

Axlarna av alla fibreringshjulen 1, 2, 3, 4 är kopplade till en dator 13 för analysering av smältfördelningen mellan de olika hjulen i fibreringsanordningen 10. Man erhåller motorfrekvens- och hjulfrekvensdata från varje fibreringshjul, varvid ett eftersläpsvärde för varje hjul räknas ut. För att erhålla ett eller flera smältdivisionsvärden, som beskriver smältfördelningen mellan de olika hjulen, jämförs åtminstone två eftersläpsvärden för två hjul med varandra medelst datorns jämförelseorgan. Beroende på resultatet som erhålls kan man ändra smältans appliceringspunkt B på det första hjulets 1 mantelyta eller avblåsningshastigheten hos avblåsningsorgan 5, 5’, 5”, 5”’. Avblåsningsorgan 5, 5’, 5”, 5”’ producerar gasströmmar med vilka fibrerna transporteras bort från fibreringshjulen 1, 2, 3, 4 till ett uppsamlingsorgan (ej visat).

Vid behov kan man också ändra fibreringshjulens 1, 2, 3, 4 rotationshastighet. Hjulens 1, 2, 3, 4 rotationsriktningar har indikerats i figur 1 med pilar. Omkring fibreringsanordningen 10 har anordnats appliceringsorgan 6 för bindemedel, som appliceras på de formade fibrerna genom dysöppningar 7, T, 7”. Även om uppfinningen har beskrivits med hänvisning till det som för närvarande kan anses vara de mest praktiska och föredragna utföringsformerna, är det underförstått att uppfinningen inte skall begränsas till de ovan beskrivna utföringsformerna, utan är avsedd att även omfatta olika modifikationer och ekvivalenta tekniska lösningar inom ramen för bifogade patentkrav.