FI68392B - Foerfarande och anordning foer framstaellning av mineralullsfibrer speciellt stenullsfibrer - Google Patents

Description

1 68392

Menetelmä ja laite mineraalivillakuitujen, erityisesti kivi-villakuitujen valmistamiseksi

Keksintö koskee menetelmää ja laitetta mineraalivilla-5 kuitujen, erityisesti kivivillakuitujen valmistamiseksi suu-lakepuhallusmenetelmällä, jossa ainakin yhdestä sulatusupok-kaan pohjassa olevasta aukosta tulee ulos ainakin yksi sula-tevirta, joka kuidutetaan suppenevassa ja laajenevassa veto-suuttimessa sulatevirran kanssa likipitäen yhdensuuntaisesti 10 virtaavan puhallusväliaineen avulla, jolloin puhallusväli-aine imetään suuttimeen suuttimen sisääntulo-osan ja ulostu lo-osan väliin tuotetun paineen alenemisen avulla ja virtausnopeus alennetaan suuttimen perään kytketyssä diffuusorissa. Mineraalivillan eräs valmistusmenetelmä esiteltiin jo vuonna 15 1922 saksalaisessa patentissa DE-PS 429 554.

Suulakepuhallusmenetelmällä on, kun sitä verrataan niihin aikaisempiin mineraalivillan valmistusmenetelmiin, joissa kuiduttaminen tapahtuu keskipakovoimien avulla, se etu, ettei jouduta käyttämään mekaanisesti liikkuvia osia, jotka 20 joutuvat kosketukseen mineraalisulatevirtojen kanssa. Suula-kepuhallusmenetelmässä kuiduttaminen tapahtuu nimittäin puhtaasti aerodynaamisesti ilman, höyryn tai muiden kaasujen avulla.

GB-patentin nro 928 865 mukaan ehdotetaan mineraali-25 villan valmistamiseen sellaista suulakepuhallusmenetelmää, jossa kuiduttaminen tapahtuu kahtena peräkkäisenä puhallus-vaiheena, jolloin ensimmäisessä puhallusvaiheessa tapahtuneen ensimmäisen kuiduttamisen jälkeen suoritetaan toinen kuidutus suuntaa muuttamalla. Toisessa puhallusvaiheessa 30 suoritetaan lisäveto sellaisille paksummille kuiduille, joita ei ole vedetty ja jotka jäähtyvät hitaammin sekä ovat toisessa puhallusvaiheessa vielä riittävän jäykkäjouksui-sia. Ensimmäisessä puhallusvaiheessa riittävän ohuiksi vedettyjen kuitujen pitäisi toiseen puhallusvaiheeseen tul-35 lessaan olla jo siinä määrin jäähtyneitä, ettei lisäveto voi kohdistua niihin.

2 68392

Suulakepuhallusmenetelmässä tapahtuva kuidunmuodos-tamisprosessi on vielä hvyin monessa suhteessa epäselvä. Upokkaan sulatteen ulosvirtausaukosta aikayksikköä kohden tuotetusta villamäärästä ja kuitujen keskimääräisestä hal-5 kaisijasta voidaan laskea, että käytettävästä tekniikasta riippuen jokaisesta suulakkeesta tulee ulos noin 4 000 m kuitua sekunnissa. Vedon suorittavan puhallusaineen virtausnopeus vastaa suunnilleen äänen nopeutta, ts. 300-400 m/s. Myös siinä tapauksessa, että kuitujen oletetaan yltävän 10 puhallusaineen maksiminopeuteen, yhdestä sulatevirrasta tulee tällöin ainakin 12 erillistä kuitua. US-patentin nro 2 206 058 oletetaankin, että sulatevirran tullessa puhallus-aineeseen, sen nopeus kasvaa ja se tulee samalla hienommaksi sekä vastaa jo melkein puhallusaineen nopeutta. Kun su-15 latevirta menee sitten suulakkeen läpi, jotkut sen osat pyrkivät tällöin liikkumaan sivusuunnassa, jolloin ne menevät toisella nopeudella tiettyyn puhallusainevyöhykkeeseen. Sulatevirran muut osat pysyvät suuren nopeuden omaavassa vyöhykkeissä ja ohittavat tällöin alhaisemman nopeuden 20 omaavassa vyöhykkeessä olevat osat. Näin ollen lasivirran liike on polveileva. Kuitujen vetämisen on tapahduttava siis suulakkeen sisällä ns. moninkertaisena piiskanläimäys-efektinä, jossa kuitujen moninkertaistuminen tapahtuu.

Tämän kuidutusajatuksen pohjalta kehitettiinkin me-25 netelmä, jossa ei käytetä lainkaan vetosuuttimia (US-pa-tentti nro 3 874 886). Tällöin sulatevirta menee kaasuvir-taan tietyssä kulmassa ja kohtaa kaasusuihkun sekä vedetään kuiduiksi em. piiskanläimäysvaikutusta hyväksi käyttäen. Tällaista menetelmää on kuitenkin eri kaasuvirtojen ja 30 suihkujen puuttuvan ohjauksen vuoksi vaikea valvoa.

Tämänkertainen keksintö lähteekin siitä, että kuidu-tus, ts. sulatevirran muodostaminen lukuisiksi erillisiksi kuiduiksi, saadaan aikaan vetosuuttimen sisääntulo-osassa paineen alenemisen avulla. Sulatevirran jakaminen erillis-35 virroiksi tapahtuu keksinnön mukaan jo vetosuuttimen sisääntulo-osassa, jolloin erillisvirrat vedetään vetosuuttimen 11 68392 sisäpuolella. Tällöin tapahtuu mahdollisesti vielä sulate-virtojen lisäjakautumista.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista, että 5 a) vetosuuttimen sisääntulo-osassa aiheutetaan sellai nen paineen alennus, että sulatevirta jakaantuu ainakin 30 yksittäiseksi rihmaksi, b) vetosuuttimen laajenevassa osassa on minimaalinen, paineiskujen laukeamisen estävä paineen aleneminen kuitujen 10 jäykistämiseksi riittävällä pituudella laminaarista rajakerrosta muuttamatta, ja c) tämän jälkeen seuraava paineen muuttuminen aiheutetaan ensin iskulla vetosuuttimen halkaisijan ollessa vakio ja sitten sinänsä tunnetulla tavalla aiiäänidiffuusoris- 15 sa.

Keksintö koskee lisäksi po. menetelmän soveltamiseen käytettävää laitetta patenttivaatimuksen 7 mukaisesti.

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin oheiseen piirustukseen viittaamalla, jossa 20 kuvio 1 esittää sulatevirtaa vetosuuttimen sisääntu lo-osassa, kuvio 2 havainnollistaa erästä vetosuuttimen erittäin suositettavaa sisääntulorakennetta, kuviossa 3 on menetelmän soveltamiseen käytettävä 25 vetosuutin, kuviossa 4 on erikoisrakenne, jossa on ns. liikkuvan suihkun suuttimet, kuviossa 5 on em. suuttimet, jotka ovat Lavalin suut- timia, 30 kuviossa 6 nähdään vetosuutin, jossa on sulatesäi- keiden kuumailmavirtaus, kuviossa 7 nähdään vetosuutin, jossa on laminaari-sen rajakerroksen imu, 4 68392 kuviossa 8 esitetään erikoisrakenne vetosuuttimen laajenevasta osasta, kuvio 9 esittää poikittaisvirtausesteillä varustettua diffuusoria, 5 kuvio 10 esittää perspektiivinä loven käsittävää vetosuutinta, kuviossa 11 havainnollistetaan sulatteen ulosvirtaus-aukkojen sijainti kaksoisrivinä, ja kuvio 12 esittää matonvalmistusprosessia.

10 Kuvioissa esitetyt viitenumerot, jotka tarkoittavat eri kuvioissa aina samoja osia, tarkoittavat seuraavaa: 1 sulatevirta, 2 nippa upokkaan alaosassa, 3 sulatteen ulosvirtausaukko, 15 4 sulateupokas, 5 sulatevirran ääriviiva, 6 puhallusaineen virtaviiva, 7 vetosuuttimen kapeimman poikkileikkauksen taso, 8 vetosuuttimen suppeneva osa, 20 9 vetosuuttimen laajeneva osa, 10 laajenevan osan ulostulotaso, 11 vakiopoikkileikkauksen käsittävä vetosuuttimen osa (iskuosa), 12 ääntä hitaampi diffuusori 25 13 puhallusaineen ja liikkuvan suihkuaineen sekoi- tusväli (-tila), 14 liikkuvan suihkun suutin, 15 käyttöaineen tulojohto, 16 liikkuvien suihkujen sisäänvirtauskanava, 30 17 kanavan 16 rajaseinämä, 18 polttokaasun syöttö sulatteen ulostulokohdassa, 19 liekit polttokaasun synnyttämistä varten, 20 tyhjökammio laminaarisen rajakerroksen imua varten , 35 21 imurako laminaarista rajakerrosta varten, 22 erotuslevy poikittaisvirtausten estämiseksi dif-fuusorissa, 5 68392 23 seoksen syöttö, 24 kuljetuskierukka, 25 sulatusuuni, 26 sulate, 5 27 sulatesäiliö, 28 sideaineen syöttö, 29 kuljetusnauha, 30 tuuletin, 31 poistoilman puhdistus, 10 32 raakamatto, 33 maton tiivistäminen, 34 kovetusuuni.

Keksinnön pohjana olevaa kuidutusprosessia koskevaa ideaa selostetaan ensin kuvion 1 avulla.

15 Sulatevirta 1 tulee ulos kohdassa 3 sulateupokkaan 4 pohjassa olevasta nipasta. Vetosuuttimeen virtaavan puhal-lusaineen imuvaikutuksesta johtuen sulatevirran nopeus kasvaa, jolloin sen poikkileikkaus pienenee. Jos vetosuuttimen sisääntulo-osassa on nyt riittävän suuri paineen alennus, 20 sulatevirran muoto muuttuu ääriviivaa 5 vastaavaksi. Ääriviiva 5 on puhallusaineen virtaviivaa kaarevampi, niin että sulatevirran ympärillä on alipainealue. Näin virtaussuun-taan nähden poikittain sulatevirtaan kohdistuvat voimat saavat ensin aikaan sulatevirran särkymisen (leikkaus B); 25 sulatevirta oli nipasta poistuessaan poikkileikkaukseltaan suunnilleen pyöreä (leikkaus A). Sulatevirran siirtyessä edelleen vetosuuttimeen, se jakautuu useiksi erillisvirroik-si (leikkaus C). Jakautuminen erillisvirroiksi tapahtuu vetosuuttimen kapeimman poikkileikkauksen tasossa 7.

30 Vetosuuttimen sisääntulo-osassa sulateupokkaasta tu leva sulatevirta voi jakautua 30-100 erillissäikeeksi.

Paineiden suhde vetosuuttimen kapeimmassa poikki-leikkausosassa ja upokkaan ympärillä ei voi alittaa 0,528. Tässä tapauksessa puhallusaineella on vetosuuttimen kapeim-35 massa poikkileikkausosassa äänen nopeus. Tämän paineen alenemisen on nyt tapahduttava keksinnön mukaan mahdollisimman lyhyellä matkalla vetosuuttimen sisääntulo-osassa 6 68392 maksimilukemana. Tähän päästään muotoilemalla suutin suppenevaa osaa 8 vastaavaksi. Vetosuuttimen ääriviivan kaarevuus muodostetaan mieluimmin siten, että puhallusaineen virtaviiva pystyy juuri vastaamaan sitä. Kaarevuuden on 5 oltava suurempi kuin luonnollisesti muodostuva virtaviivan ääriviiva, kun virtaus tapahtuu ns. Borda-aukkoon tai välilevyyn, jossa suppeneva osa on vain yhdessä reunassa. Opti-mikaarevuus saadaan selville kokeiden avulla. On todettu, että ääriviiva, kun kyseessä on maksimi paineen alentaminen 10 suuttimen sisääntuloposassa, on kahden samankeskisen kaaren välissä, joiden säteet ovat rl = 28 % ja r2 = 50 %, mieluimmin r2 = 32 %, vetosuuttimen leveydestä b suuttimen ka-peimman poikkileikkauksen kohdalla. Paineen alenemisen maksimiarvoa päästään hyvin lähelle silloin, kun po. ääri-15 viiva vastaa kaarta, jonka säde r on 30 % vetosuuttimen leveydestä suuttimen kapeimmassa kohdassa.

Vetosuuttimen sisääntuloääriviivaa kuvaavan kaaren pituus on 90-135 kulma-astetta, mieluimmin kuitenkin 110-120.

Paineen alenemisen maksimiarvoon päästään vielä pa-20 remmin, jos ääriviiva, joka alkaa vetosuuttimen kapeimmassa poikkileikkausosassa, vastaa ensin ensimmäistä kaarta, jonka säde r = 40 % vetosuuttimen leveydestä po. suuttimen cl ensimmäisessä poikkileikkausosassa ja jonka pituus on 40-50 kulma-astetta, ja jos tähän liittyy sitten tangenttisesti 25 toinen kaari, jonka säde r^ = 30 % vetosuuttimen leveydestä suuttimen kapeimman poikkileikkauksen kohdalla ja pituus 45-90 kulma-astetta, mieluimmin kuitenkin 75. Tällainen ääriviiva nähdään kuviossa 2, jossa on vetosuuttimen akseli A ja suuttimen puolikkaan sisääntuloääriviiva 8, jonka on 30 oltava mieluimmin molempien samankeskisten ja katkoviivoilla esitettyjen kaarien (säteet r^ jar^) välissä. On erittäin edullista, jos po. ääriviiva kaareutuu ensin niin, että sen säde on r , ja jos tähän kaareen liittyy sitten tangenttisesti toinen kaari, jonka säde on r^. Esimerkiksi 35 sellaisessa vetosuuttimessa, jonka kapeimman kohdan poikkileikkaus on 5 mm, ensimmäinen säde r = 2 mm ja toinen

a J

säde r, = 1,5 mm. b ' li 7 68392

Sulateupokas 4 sijoitetaan mieluimmin sellaiselle etäisyydelle vetosuuttimesta, että sulatteen ulostuloaukon painetaso on 0,92 - 0,98 ympäristön paineesta, mieluimmin kuitenkin n. 0,96. Sulatteen ulosvirtausaukon 3 halkaisija 5 on mieluimmin 30-50 % vetosuuttimen leveydestä po. suutti-men kapeimman halkaisijan kohdalla.

Seuraavassa selostuksessa viitataan kuvioon 3.

Suuttimen sisääntulossa kuidutuksen avulla syntyneet erillissäikeet vedetään kuiduiksi vetosuuttimen laajene-10 vassa osassa 9. Tällöin on todettu, että mineraalivillan muodostavien erillissäikeiden pituus määräytyy em. osassa 9 vallitsevista olosuhteista ja po. osan pituudesta riippuen. Tällä alueella on vältettävä paineiskuja. Suuttimen tähän osaan äänen nopeudella tulevaa puhallusainetta kiih-15 dytetään keksinnön mukaan edelleen mahdollisimman pitkällä alueella. Suuttimen laajenevan osan pituus on rajattu siten, että suuttimen seinämään muodostuu laminaarinen rajakerros, joka tulee vahvemmaksi suuttimen pituuden osalla ja muodostuu lopulta pyörteiseksi ja siten samalla nopeasti 20 paksummaksi.

Tämä laminaarisen rajakerroksen muuttuminen aiheuttaisi häiriön puhallusaineen ultraäänivirtauksessa ja näin ollen myös tiivistymisiskuja. Laajenevalla alueella silloin olevat ja vielä viskoosit kuidut repeytyisivät, jolloin 25 kuitujen pituus lyhenisi. Lisäksi epäsäännöllisistä virtaus-olosuhteista johtuen muodostuisi epätasaisesti vedettyjä sulateosia, esim. kuitujen päät olisivat paksumpia. Lisäksi tämän epätasaisen ja liian aikaisin tapahtuvan katkeamisen ansiosta syntyisi "helmiä".

30 Vasta edellä esitetty kuidutusprosessiin liittyvä ajatus on johtanut siihen tulokseen, että haluttaessa valmistaa kuituja, joiden vahvuus ja pituus ovat suunnilleen muuttumattomia, ja lisäksi haluttaessa estää helmien muodostuminen, puhallusaineen virtausolosuhteiden on laajene-35 vassa osassa oltava mahdollisimman häiriöttömiä ja rajattuja. Jos esimerkiksi suuttimen laajeneva osa on liian pitkä, laminaarinen rajakerros muuttuu tuntuvasti, ilman että sitä 8 68392 pystytään valvomaan, mikä vaikuttaa taas hyvin epäedullisesti puhallusaineen ultraäänivirtaukseen. Toisaalta, jos po. osa on liian lyhyt, kuidut jäävät liian vahvoiksi ja lyhyiksi, jos ne pystytään jäähdyttämään riittävän nopeas-5 ti, tai mikäli tämä ei ole mahdollista, vetoprosessi jatkuu vielä tämän jälkeen niillä alapuolella olevilla alueilla, joissa virtausolosuhteet eivät ole tarkoin rajatut.

On todettu, että laminaarisen rajakerroksen muutos tapahtuu vasta silloin, kun laajenevan osan 9 pituus ylit-10 tää 40 mm. Tämän vuoksi vetosuuttimen osan 9 pituudeksi suositetaankin keksinnön mukaan 35-40 mm.

Laajenevan osan avarruskulman OC tulisi olla 1,8 -2,2°, mieluimmin n. 2°, niin että puhallusaine kiihtyy jatkuvasti paineen alenemisen pysyessä tällöin kuitenkin mini-15 maalisena.

Paine on vetosuuttimen laajenevan osan ulostulota-sossa 10 n. 0,2 - 0,4, mieluimmin kuitenkin 0,3 - 0,35 upokkaan ympäristön paineesta.

Ennen kuitujen siirtämistä varsinaiseen mineraali-20 villamaton valmistukseen on puhallusaineen virtausnopeutta laskettava. Siirtyminen ultraäänivirtauksesta alisoo-niseen 1. ääntä hitaampaan virtaukseen, tapahtuu tiivistys-iskun avulla. Kuten jo mainittiin, tällaiset tiivistysis-kut aiheuttavat kuitenkin häiriöitä kuidunvetoprosessissa. 25 Tämän vuoksi keksinnön mukaan ehdotetaankin, että paineen muuttaminen iskun avulla suoritetaan tarkoin rajattuna siten, että vältetään häiriöt vetoprosessissa. Tiivistysis-kun onkin tämän vuoksi tapahduttava vakiopoikkileikkauksen käsittävässä vetosuuttimen osassa 11. Po. osan (11) pituu-30 den tulisi olla 50-80 %, mieluimmin kuitenkin 60-70 %, sen leveydestä.

Vaikka tiivistysiskun aloittamiseen ja määrittämiseen riittää yleensä se, että suuttimeen järjestetään poikkileikkaukseltaan muuttumaton alue, on po. alueelle kui-35 tenkin hyvä järjestää lisäksi suuttimen rajaseinämään sijoitettavia pieniä ns. häiriöreunoja tai -kohtia, joiden avulla tiivistysiskun aloitus ja sijoittuminen tietyyn

II

9 68392 kohtaan pystytään takaamaan. Häiriökohdat voivat olla myös hienoja, em. vakiopoikkileikkausalueeseen puhallettuja kaasusuihkuja.

Kuitujen on ennen vakiopoikkileikkausosaan tulemis-5 taan oltava jähmettyneitä.

Vakiopoikkileikkausosaan liittyy alisooninen 1. ääntä hitaampi diffuusori 12, jossa puhallusaineen virtausnopeutta lasketaan vielä lisää. Puhallusaineen ulostulono-peus difuusorista 12 on alle 20 m/s, mieluimmin 5-15 m/s.

10 Kuidut putoavat tällöin kuitumaton valmistusta var ten jo sinänsä tunnetulla tavalla rei'itetylle kuljetus-nauhalle, jonka alapuolella puhallusilma imetään pois.

Keksinnön mukainen vetosuutin voi olla periaatteessa poikkileikkaukseltaan pyörintäsymmetrinen. Tällöin on 15 sulatteen jokaisen ulosvirtausaukon alle järjestettävä suutin. Tällaisen suuttimen epäkohtana on kuitenkin se, että sen läpäisyteho (kg/h) on suhteellisen pieni. Muita epäkohtia ovat mm. useiden suuttimien valmistaminen täsmälleen samanlaisiksi pienillä toleransseilla sekä suuttimien 20 sijoittaminen tarkasti upokkaassa olevaan sulatteen ulos-virtausaukkoon. Edullisempi suutinrakenne onkin poikkileikkaukseltaan rakomainen suutin, joka on sijoitettu useiden ulosvirtausaukkojen alapuolelle, jolloin samaan suuttimeen tulee useita sulatevirtoja. Esimerkiksi useita satoja ulos-25 virtausaukkoja voidaan sijoittaa suhteellisen pienelle alalle. Aukkojen keskinäinen etäisyys saisi olla korkeintaan vain hieman yli kaksi kertaa niiden halkaisija (kuvio 10) .

Vetosuuttimen teho saadaan vielä paremmaksi, jos su-30 latteen ulosvirtausaukot järjestetään kaksoisriviin. Tällöin molemmat aukkorivit ovat tietyllä etäisyydellä toisistaan. Kuviossa 11 nähdään rakenne, jossa on kaksi riviä po. aukkoja 2' ja 2".

Paineen aleneminen vetosuuttimen yläpuolella voidaan 35 saada aikaan tietyllä ylipaineella upokkaan lähistöllä.

Esimerkiksi voidaan upokkaan alaosa ja vetosuuttimen sisääntulo-osa sijoittaa painekammioon, jossa on yli kahden baarin paine, mieluimmin n. kolme baaria.

10 68392

Puhallusaineena voidaan käyttää sopivia kaasuja, esim. tulistettua höyryä tai polttopoistokaasuja. Erittäin korkean sulamispisteen omaavien mineraalikuitujen kuidutuk-sessa jalometalliupokas on hyvä suojata korroosiolta käyt-5 tämällä pelkistävää puhallusainetta, esim. pelkistäviä polttopoistokaasuja (polttaminen tapahtunut happivajauksel-la). Jos näitä kaasuja käytetään puhallusaineena, ne on edullista synnyttää painekammiossa, joka on upokkaan alaosassa. Jotta sulate saadaan tällaista menetelmää käytet-10 täessä pois upokkaasta, on synnytettävä vastaava hydrostaattinen paine sulatteen pinnan yläpuolelle.

Toisaalta voidaan käyttää myös sellaista menetelmää, jossa diffuusorin ulostuloaukko liittyy esim. 0,1 - 0,3 baarin alipainetilaan. Upokkaan ympäristön paine on tällöin 15 normaali. Tällöin on järjestettävä sulut, joiden kautta kuidut siirretään ilmakehän paineeseen.

Tarvittavat tekniset laitteet sellaisia sovellutuksia varten, joissa upokkaan ympäristö ja/tai kuitujen pois-toyksikkö eivät ole ilmakehän paineessa, ovat kuitenkin 20 verrattain kalliita.

Tämän vuoksi suositetaankin paine-eroa, jolla saadaan aikaan puhallusainevirtaus suuttimien läpi (kuvio 4).

Tätä varten on vetosuuttimen laajenevan osan 10 pois-topään ja suuttimen vakio-osan 11 sisääntulon väliin, jossa 25 paineen muuttaminen tapahtuu iskun avulla, järjestetty se-koitustila 13, johon suuttimet 14 liittyvät ja jossa käyt-töaine ja puhallusaine sekoittuvat.

Puhallusaineena käytetään ympäröivää ilmaa, jota käytetään myös käyttöaineena. Esimerkiksi johdoilla 15 voi-30 daan syöttää kuuden baarin paineilmaa, jonka paine lasketaan liikkuvan suihkun suuttimilla, jolloin nopeudet ovat yli 400 m/s, mieluimmin 500-600 m/s. Liikkuvien suihkujen sekoittaminen muuhun virtaukseen tapahtuu keksinnön mukaan vakiopaineella tai hitaasti laskevalla paineella.

35 Liikkuvan suihkun suuttimet 14 on edullista konstru oida Lavalin suuttimiksi (kuvio 5).

11 68392

Liikkuvan suihkun ohjaaminen sekoitustilaan tapahtuu siten, että seinämän 17 avulla muodostetaan toiselta puolelta rajattu virtauskanava 16, joka on poikkileikkaukseltaan suppeneva. Poikkileikkauksen koko sekoitustilan pituu-5 den osalla saadaan parhaiten selville kokeiden avulla.

Sekoitustilan 1. -välin 13 päässä on aina ultraääni- nopeus .

Puhallusaineen lämpötila on kuitujen jäähdyttämistä varten mineraalisulatteen lämpötilaan nähden toisarvoinen 10 tekijä, koska silloinkin, kun polttokaasujen lämpötila on n. 1 000°C, se voidaan alentaa 500-700°C:seen vetosuutti-messa adiabaattisen laajentumisen avulla. Kuumien kaasujen suurempi viskositeetti aiheuttaa puhallusaineen ja sulate-säikeiden välillä suuremman kitkan ja edistää siten vetä-15 mistä.

Keksinnön mukaan suositetaan puhallusaineeksi huoneen lämpötilassa olevaa ympäröivää ilmaa.

Erittäin edullista on puhaltaa sulatteen ulosvir-tausaukkoihin lisäksi kuumaa ilmaa, jolloin sulatevirtojen 20 ympärille muodostuu korkean viskositeetin omaava kuumailma-kalvo. Tällöin saadaan energian käytön kannalta edullisesti parempi ulosvetoteho erittäin viskoosin kaasun avulla. Vain pieni määrä puhallusainetta joudutaan tällöin kuumentamaan korkeaan lämpötilaan.

25 Kuumailmamäärä on mieluimmin 10-15 % koko puhallus- aineen määrästä.

Sulatevirtojen ympärillä oleva kuumailmakalvo voidaan saada aikaan esimerkiksi siten, että sulatteen ulos-virtausaukkorivin 3 molemmille puolille ja sen yläpuolelle 30 järjestetään kaasunsyöttöaukot 18 (kuvio 6), joissa on sulatteen ulosvirtausaukkoon suuntautuvat reiät, joiden kautta helposti syttyvä, mahdollisesti ilmalla valmiiksi sekoitettu kaasu, esim. vety tai asetyleeni, tulee ulos ja palaa (19). Tällöin on myös edullista suojata sulatteen ulosvir-35 tausaukot kuumalla ilmalla, niin ettei jäähtyminen ole liian voimakasta vetosuuttimeen virtaavan puhallusaineen vuoksi.

12 68392

Sulatteina voidaan käyttää kaikkia kuidutukseen sopivia mineraalisulatteita, esim. kivi-, kuona- ja lasisu-latteita. Optimaaliset veto-olosuhteet voidaan säätää säätämällä sitä painetta, joka tulee suuttimiin, niin että eri 5 lämpötilat ja mahdollisesti myös eri mineraalisulatteiden viskositeetit voidaan ottaa huomioon.

Jos halutaan erittäin ohuita kuituja, esim. alle 5 yum, voidaan vetosuuttimen laajenevaa osaa 9 pidentää imemällä laminaarinen rajakerros yhdessä tasossa virtaus-10 suuntaan nähden poikittain. Tällainen suutin näkyy kuviossa 7. Suuttimen laajenevassa osassa 9 on virtaussuuntaan nähden poikittain olevassa tasossa tyhjökammioon 20 liittyvä aukko 21, jonka läpi laminaarinen rajakerrosvirtaus imetään. Tässä tapauksessa on mahdollista, että suuttimen laa-15 jeneva osa pidennetään 60-100 mm:ksi.

Jos vetosuuttimen laajenevaa osaa on pidennetty vain suhteellisen vähän, voidaan puhallusaineen ultraääni-virtauksen mahdollinen häiriö estää myös muuttamalla lami-naarista rajakerrosta siten, että suuttimen seinämää vede-20 tään taaksepäin siinä kohdassa, jossa muutos tapahtuu, jolloin saadaan lisää tilaa pyörteiselle rajakerrokselle (kuvio 8). Vetosuuttimen laajenevaa osaa 9 suurennetaan nyt kohdassa Z, jossa muutos tapahtuu. Laajennus on kummallakin puolella n. 1 - 1,5 mm. Tällä tavoin suuttimen laajene-25 va osa voidaan pidentää 50-65 nutuksi ilman rajakerroksen imua.

Rakomaisissa vetosuuttimissa, joihin tulee useita sulatevirtoja, esim. useita satoja virtoja, on nimenomaan alisoonisessa diffuusorissa se vaara, että erilaisen pai-30 neen lisäyksen vuoksi, koska virtauksen sysäys on erilainen eri kohdissa raon syvyydellä (pystysuoraan piirustuksen tasoon nähden), syntyy poikittaisvirtoja ja virtauksen muuttumista, mikä puolestaan estää kuitujen tasaisen ulostulon diffuusorista. Tämän estämiseksi suositetaan virtausestei-35 tä, jotka voivat olla esimerkiksi sellaisia, että ne ulottuvat ainakin osittain diffuusorin poikkileikkauspinnan yli. Tällaisten erotuslevyjen(virtausesteiden) yläreunan 13 68392 on muodostettava 45° pienempi kulma (mieluimmin alle 30°) vetosuuttimen pitkittäistason kanssa. Kuviossa 7 esitetään suositettava erotuslevyrakenne. Erotuslevy 22 on yhdistetty toiselta puoleltaan suuttimen toiseen puoliskoon. Diffuuso-5 rin toinen reuna on suunnilleen yhdensuuntainen diffuuso-rin vastakkaisen sivun kanssa.

Tällaisella erotuslevyrakenteella estetään kuitujen kerääntyminen erotuslevyyn. Levyyn koskettavat kuidut liukuvat virtauksen mukana levyn reunaa pitkin diffuusorin 10 ulostuloaukkoon. Diffuusorin erillisten erotuslevyjen etäisyyden on oltava pienempi kuin diffuusorin leveys ulostulo-kohdassa ja suurempi kuin kolmannes tästä leveydestä. Useita erotuslevyjä sijoitetaan vuorotellen diffuusorin kummallekin puolelle. Levyjen yläreunat on syytä tehdä teräviksi 15 (veitsirakenne), niin että puhallusaineen virtaus häiriintyy mahdollisimman vähän.

Kuviossa 12 nähdään esimerkkinä mineraalivillamatto-jen teollinen valmistusprosessi. Mineraaliraaka-aineet syötetään laitteen kohtaan 23 yhtäjaksoisena toimintona ja 20 siirretään uuniin 25 kierukan 24 avulla. Kuviossa on esimerkkinä ammeuuni, mutta nimenomaan kivimateriaalin sulatta-miseen käytetään yleisesti myös kupu-uunia.

Sulate 26 tulee sulatesäiliöön 27, jossa se jakautuu kuidutusyksiköihin A, B ja C. Kuviossa 12 esitetyssä 25 rakenteessa sulatteen ulosvirtausaukot ja niihin kuuluvat nipat 2 ovat sulatesäiliön 27 pohjassa. On kuitenkin mahdollista, että säiliön alapuolelle järjestetään siitä erilliset, sulateaukot 3 käsittävät upokkaat, joiden syöttö tapahtuu sulatesäiliöstä käsin.

30 Mineraalikuidut tulevat ulos yksiköiden A, B ja C

alisoonisesta diffuusorista 12 puhallusilman ja käyttöil-man seoksen avulla mieluimmin alle 20 m/s nopeudella. Dif-fuusorissa 12 on sideaineen ruiskutuslaite 28, jonka avulla sideaine sataa pieninä pisaroina kuitujen päälle.

35 Imemällä kuidut kuljettavaa ilmaa rei'itetyn kulje- tusnauhan 29 alapuolella, kuidut siirtyvät kuljetusnauhal-le. Imutoimintoa varten on järjestetty tuuletin 30. Tämän 14 68392 jälkeen ilma menee puhdistusyksikköön 31, jossa siinä vielä leijuvat sideainepisarat poistetaan.

Kuljetusnauhalle 29 muodostunut raakamatto 32 puristetaan kokoon alemman 29 ja ylemmän kuljetusnauhan 33 vä-5 Iissä, niin että se vastaa tiiviydeltään haluttua astetta ja syötetään sitten kovetusuuniin 34, jossa sideaine kovettuu.

Esimerkki

Suppilon muotoiseen, 550 mm pitkään platinasukku-10 laan, jonka alareunassa on 100 kpl sulatteen ulosvirtaus-aukkoja, joiden nippojen halkaisijat ovat 2 mm ja keskinäinen etäisyys 5 mm, virtaa sulatusuunista basaltti- ja kalk-kikivisulatetta jatkuvana toimintona 1 300°C lämpötilassa, niin että sukkulassa on aina 800 mm täyttökorkeus. Sukku-15 lan alapuolella on keksinnön mukainen ja kuviossa 4 esitetty rakomainen vetosuutin, jonka pienin halkaisija on 5 mm ja jonka sisääntulo-osan kaarevuussäde on 1,5 mm. Suut-timen laajenevan osan pituus on 35 mm ja sen laajenemiskul-ma on 2°. Painekaasujohtoihin puhalletaan kuuden baarin pai-20 neilma, joka siirtyy Lavalin suuttimien kautta 550 m/s nopeudella sekoitustilaan. Käyttöaineen määrä on 1 500 kg ilmaa/h, joten laajenevan osan ulostulokohdassa on n. 0,25 baarin paine. Sulatteen ulosvirtausaukkoihin tulee molemmille puolille pieniä vetyliekkejä, niin että näin synty-25 nyt sulatevirtojen ympärillä oleva kuuma ilma on n. 7 ti-lavuus-% n. 1 500 kg/h suuruisesta puhallusainesyötöstä. Sekoitustilan pituus on 20 mm. Vakiohalkaisijän käsittävän alueen pituus on 4 mm ja leveys 5,5 mm. Tähän liittyvän alisoonisen diffuusorin laajennuskulma on 7° ja pituus 30 500 mm. Lisäksi po. laitteeseen on järjestetty erotuslevy- jä vuorotellen 100 mm etäisyydelle toisistaan. Suuttimen teho on 350 kg/h. Diffuusorin ulostulosta poistuvien lasikuitujen paksuus on n. 5 ^um ja keskipituus 50 mm. Helmipitoi-suus on alle 3 %.

35 Mineraalivillasta valmistetun maton (levyn) tiheys 1.

paino on 15 kg/m^. 5 cm vahvan maton lämmönjohtoluku on 0,036 W/mK.

li

Claims (11)

15 68392

1. Menetelmä mineraalivillakuitujen, erityisesti kivi-villakuitujen valmistamiseksi suulakepuhallusmenetelmällä, 5 jossa ainakin yhdestä sulatusupokkaan (4) pohjassa olevasta aukosta tulee ulos ainakin yksi sulatevirta (1), joka kuidu-tetaan suppenevassa ja laajenevassa vetosuuttimessa sulate-virran kanssa likipitäen yhdensuuntaisesti virtaavan puhallus-väliaineen avulla, jolloin puhallusväliaine imetään suutti- 10 meen suuttimen sisääntulo-osan (8) ja ulostulo-osan väliin tuotetun paineen alenemisen avulla ja virtausnopeus alennetaan suuttimen perään kytketyssä diffuusorissa (12), t u n -n e t t u siitä, että a) vetosuuttimen sisääntulo-osassa (8) aiheutetaan sellainen 15 paineen alennus, että sulatevirta jakaantuu ainakin 30 yksittäiseksi rihmaksi, b) vetosuuttimen laajenevassa osassa (9) on minimaalinen, paineiskujen laukeamisen estävä paineen aleneminen kuitujen jäykistämiseksi riittävällä pituudella laminaarista rajaker- 20 rosta muuttamatta, ja c) tämän jälkeen seuraava paineen muuttuminen aiheutetaan ensin iskulla vetosuuttimen halkaisijan ollessa vakio ja sitten sinänsä tunnetulla tavalla aliäänidiffuusorissa (12).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n - 25. e t t u siitä, että paineen aleneminen saadaan aikaan laajenevan osan (9) päähän virtaavien liikkuvien suihkujen avulla .

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liikkuvien suihkujen sekoittaminen 30 puhallusaineeseen tapahtuu vakiopaineessa.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1...3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sulatteen ulosvirtausaukot (3) ovat sellaisella etäisyydellä vetosuuttimesta, jossa on paine, joka on 0,92...0,98 x upokkaan (4) ympärillä oleva 35 paine. 16 68392

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1...4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paineiden suhde suuttimen laajenevan osan (9) päässä ja upokkaan (4) ympärillä on 0,2...0,4, mieluimmin 0,3...0,35.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1...5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että puhallusaineena käytetään ympäristön lämpötilassa olevaa ilmaa ja että sulatevirtoihin syötetään niiden tullessa ulos upokkaasta (4) kumaa ilmaa.

7. Vetosuutin mineraalivillakuitujen, erityisesti ki-10 vivillakuitujen valmistamiseksi patenttivaatimuksen 1 mukaisella suulakepuhallusmenetelmällä, jossa ainakin yhdestä sulatusupokkaan (4) pöhjassa olevasta aukosta tulee ulos ainakin yksi sulatevirta (1), joka kuidutetaan suppenevassa ja laajenevassa vetosuuttimessa sulatevirran kanssa likipi-15 täen yhdensuuntaisesti virtaavan puhallusväliaineen avulla, jolloin puhallusväliaine imetään suuttimeen suuttimen sisääntulo-osan (8) ja ulostulo-osan väliin tuotetun paineen alenemisen avulla ja virtausnopeus alennetaan suuttimen perään kytketyssä diffuusorissa (12), tunnettu siitä, että 20 a) suuttimen ääriviiva kulkee suuttimen suppenevassa osassa (8) kahden samankeskisen säteen sisäpuolella, jolloin r1 = 28 % ja r2 = 50 %, r2 on kuitenkin mieluimmin 32 %, suuttimen kapeammasta poikkileikkauksesta (7), b) suuttimen laajenevassa osassa (9) on 1,8°...2,2° laaje-25 nemiskulma, ja c) laajenevan osan (9) alapuolella on poikkileikkaukseltaan muuttumaton alue (11), johon aliäänidiffuusori (12) liittyy.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen vetosuutin, t u n -30 n e t t u laajenevan osan (9) ja poikkileikkaukseltaan muuttumattoman osan (11) välissä olevasta sekoitustilasta (13), johon liikkuvien suihkujen suuttimet (14) liittyvät.

9. Patenttivaatimukse 7 tai 8 mukainen vetosuutin, tunnettu siitä, että laajenevan osan (1) pituus on 35 35...40 mm. 17 68392

10. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen vetosuutin, tunnettu siitä, että laajenevan osaan (9) on ainakin yhteen tasoon puhallusaineen virtaussuuntaan nähden poikittain järjestetty laitteet laminaarisen rajakerroksen imua 5 varten. 18 F 68392