FI97052C - Menetelmä ja laite mineraalikuitujen valmistamiseksi - Google Patents

Description

97052

Menetelmä ja laite mineraalikuitujen valmistamiseksi 5 Keksintö koskee menetelmää mineraalikuitujen valmistamiseksi, jotka on tehty korkean sulamispisteen omaavasta aineesta kuten basalttHasista, masuunikuonapohjäisestä lasista tai mistä tahansa muusta vastaavasta lasikoostumuksesta. Keksintö koskee lähemmin ongelmaa, joka liittyy sulassa tilassa 10 olevan aineen siirtämiseen sulatuskammiosta niin sanottuun vapaaseen keskipakokuidutuslaitteeseen eli laitteeseen, joka muodostuu yhdestä tai useammasta suurella nopeudella liikkuvasta pyörästä, joiden kehälle kaadetaan vedettävä aine, jota nämä pyörät vetävät ennen kuin se osittain kuljetetaan 15 seuraavalle pyörälle ja loppuosalta muuntuu kuiduiksi keskipakovoiman vaikutuksesta. Kuidut vedetään välittömästi vas-taanottolaitteeseen kuitujen muodostussuuntaan kohtisuoraan suunnattujen kaasuvirtausten avulla.

20 Tarkemmin sanottuna keksintö koskee menetelmää mineraalikuitujen valmistamiseksi korkean sulamispisteen omaavasta termoplastisesta materiaalista, joka menetelmä käsittää mainitun materiaalin sulatuksen kupoliuunin tyyppisessä laitteistossa ja sen jakamisen sulassa tilassa suihkun muodossa kui-25 dutuslaitteeseen, jolloin sula materiaali muodostaa reitil-’ lään kuidutuslaitteeseen välivaraston, johon jatkuvasti syö tetään sulaa materiaalia ja jossa suoritetaan virtaaman säätö. Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 13 mukaista laitetta tällaisen menetelmän suorittamiseksi.

30

Edellä lyhyesti esitettyjä menetelmiä sovelletaan erityisesti niin sanotun vuorivillan tuottamiseen, jota varsinkin käytetään eristystuotteiden valmistuksessa. Niiden suurena etuna on, että ne mahdollistavat korkean sulamispisteen 35 omaavien lasien käsittelyn ja johtavat siten tuotteisiin, jotka ovat hyvin tulenkestäviä suhteellisen pienillä tuotanto- ja raaka-ainekustannuksilla ainakin verrattuna muiden kuidutusmenetelmien kustannuksiin. Kohtuulliset kustannukset 2 97052 johtuvat kuitenkin suureksi osaksi menetelmän tietystä jä-reydestä, etenkin lasin käsittelyn suhteen.

Tiedetään, että kuidutuslaitteiston arviointi - nimenomaan 5 kuitusaannin ja tuotettujen kuitujen laadun suhteen - on edullisempi mitä täydellisemmin käsiteltyä lasia kuidutus-laitteeseen syötetään. Käsittelyllä tarkoitetaan, että lasi vastaa viitearvoa koostumuksen, lämpötilan ja virtaaman suhteen, ilman että näiden suhteen todetaan suurempia poikkeuk-10 siä. Perinteiset lasiuunit eivät pysty takaaman tätä käsittelyä tyydyttävällä tavalla, koska tulenkestäviä osia syövyttävät tämäntyyppisessä menetelmässä käytettävät lasit, ellei sallita alle 1450°C:n lämpötiloja uunin ulostulossa, kuidutuksen optimaalisten olosuhteiden ollessa lähellä 15 1600°C tai jopa hieman korkeampaa lämpötilaa. Tässä yhtey dessä tutkituissa kuidutusmenetelmissä lasin sulatus suoritetaan yleensä kupoliuunityyppisessä tilassa, tavalla, joka muistuttaa valimoissa käytettävää tapaa, vaikkakin erikois-vaikeudet saattavat liittyä sulien aineiden eri laatuihin.

20 Kupoliuuni on sellainen, jossa voidaan tuottaa varsin suuria sulan aineen virtaamia melko halvalla polttoaineella, kuten koksilla, ja jolla on hyvin alhaiset huoltokustannukset. Kupoliuunia syötetään ylhäältä vuorotellen sulatettavan aineen kerroksilla ja koksikerroksilla tai suoraan koksin ja 25 sulatettavan aineen seoksilla ja koksin poltto varmistaa ' lasin sulamiseen tarvittavan lämmön vapautumisen kupoliuunin alaosaan puhalletun puhtaan ilman tai hapen ansiosta. Sula seos poistuu jatkuvasti alaosan läheisyyteen sovitetun pois-toaukon kautta. Käytetyssä järjestelyssä muodostetaan syöt-30 tämällä vuorotellen panoksia periaatteessa kerrostumapino, jolla on pysyvä paksuus ja taso, ja tämän pinon korvaa suut-timien kohdalla koksin poltto- ja lasin sulatusvyöhyke.

Johtuen sulatusvyöhykkeen ja sytytysainetta puhaltavien 35 suuttimien läheisyydestä poistoaukon kohdalla esiintyy voimakkaita pyörteitä, jotka johtuvat nimenomaan pysyvästä kilpailusta sulan aineen ja polttokaasujen kesken, jotka myös pyrkivät poistumaan. Tästä johtuen virtaaminen tapahtuu ny- li 3 97052 käyksittäin. Toisaalta kupoliuuni ei ole koskaan niin vakaa kuin olisi toivottavaa, ja esimerkiksi voi sattua, että kok-sikerros virtaa pois yhtäkkiä sen sijaan, että se palaisi vähitellen, mikä johtaa sulamattomien koksikappaleiden läs-5 näoloon sulan aineen virrassa. Sen lisäksi, että tämä muuttaa paljon sulan aineen virtaamaa, koksin poistuminen haittaa myös suuresti keskipakopyörien, jotka yleensä on tehty palonkestävästä teräksestä, elinikää. Lisäksi kupoliuunin tällaiset epävakaudet saattavat aiheuttaa lämpötilan vaihte-10 luja ja suorana seurauksena tästä sulan aineen viskositeetin vaihteluja ja siis sen käyttäytymisen muuttumista kuidutuk-sen aikana.

Virtaama- ja lämpötilavaihtelujen lisäksi tulee sulan aineen 15 koostumuksen epätasaisuuksia, ainakin ferro- ja ferrioksidi-pitoisuuksien osalta, koska ferro-oksidien pelkistys metal-liraudaksi ei koskaan ole täydellistä ja vaihtelee kupoli-uunia ympäröivän ilmakehän enemmän tai vähemmän pelkistävän luonteen mukaan. Vaikkakin rautaoksidien pelkistyksen tuot-20 tama sula aine on tiiviimpää kuin sula lasi ja se kasaantuu kupoliuunin pohjaan, sitä poistuu aika ajoin tosin pienessä määrin sulan lasivirran mukana aiheuttaen huomattavaa keskipakopyörien vaurioitumisvaaraa.

25 Näiden vaikeuksien välttämiseksi tunnetaan FR-patenttijul-·. kaisusta B-2 572 390 etu-upokkaan asettaminen sulan aineen kulkureitille, joka muodostaa säiliön, jossa on riittävän suuri vapaa pinta säiliön ulostulon virtaaman vaihtelujen tasaamiseksi ainakin osittain. Tämän säiliön tilavuus on 30 edullisesti pieni ja vastaa esimerkiksi 30 s. - 3 min toiminta -aikaa.

Tämä pieni tilavuus on tarpeen nimenomaan siinä olevan sulan aineen jäähtymisen ja kuolleiden vyöhykkeiden muodostumisen 35 rajoittamiseksi, toisin sanoen sellaisten vyöhykkeiden, joissa aine olisi devitrifioidussa tilassa eikä enää sulassa tilassa, jolloin tällaisten vyöhykkeiden peittämä säiliöti-lavuuden jae on käyttökelvoton. On kuitenkin selvää, että 4 97052 mitä pienempi on säiliön tilavuus, sitä pienempi on homogenisoiva vaikutus virtaaman ja mahdollisesti lasikoostumuk-sen suhteen ja sitä vaikeampaa on siis kuidutusmenetelmän avainparametrien eli virtaaman, lämpötilan ja sulan lasin 5 koostumuksen tarkka hallinta. Vaikkakin jäähdytysvoimakkuus on rajoitettu, esiintyy kuitenkin todellista lämpöhäviötä, säiliön lämpötilan laskun ollessa esimerkiksi noin 50-100°C, mikä merkitsee, että ainetta on kuumennettava vastaavasti kupoliuunissa. Kupoliuunin koko ja toimintaperiaate eivät 10 sovellu hyvin lämpötilan huomattavaan säätöön.

Tällaisen säiliön, joka muodostuu vapaasta pinnasta yläjuoksuna tapahtuvalla poisvirtauksella, perusongelma on se, että se alunperin ei mahdollista virtaaman hallintaa vaan pelkäs-15 tään tämän vaihtelujen rajoittamisen. Keskivirtaaman sanelee siis kupoliuuni, eikä sitä voi muuttaa toivottavalla joustavuudella ja nopeudella kuidutuslaitteen todellisten toiminta-olosuhteiden huomioimiseksi, joita ovat nimenomaan sulan ainevirran asento ja jakautuma ensimmäisellä keskipakopyö-20 rällä.

W0-patenttihakemuksesta 90 02711 tunnetaan aineen sulattaminen kahdessa vaiheessa, joista toinen on sulattamisvaihe kupoliuunissa ja toinen ylikuumennusvaihe kupoliuunissa 25 plasmakuumennuslaitteen avulla. Siten kupoliuunissa olevan ; sulan aineen lämpötila laskee noin 20-150°C verrattuna sen ulostulolämpötilaan. Tällaisella järjestelmällä voidaan tehokkaasti hallita ensimmäiselle keskipakopyörälle viedyn sulan lasin lämpötilaa, mikä kuitenkin vaatii melko monimut-30 kaista kuumennuslaitteistoa, joka ei sovi yhteen muiden, jä-reämpien elinten kanssa, ja mielummin tulisi välttää teknisesti hyvin eriarvoisten elinten käyttämistä rinnakkain tuo-tantopaikalla. Lisäksi plasmakuumennustekniikka toimii tehokkaasti vain pienillä sulan lasin määrillä ja siis tila-35 vuudeltaan suhteellisen pienellä säiliöllä.

Edellä esitettyjen haittojen lisäksi on huomattava, että on käytännössä mahdotonta muuttaa sulan lasin koostumusta säi- ti 5 97052 liön kohdalla. Toisaalta tällainen säätömahdollisuus sallii kupoliuunin syöttämisen aina samanlaisella vakiokoostumuksella sopeuttamalla samalla loppukoostumusta valmistetun tuotteen mukaan, tai päinvastoin raaka-ainekoostumusten ei-5 toivottujen poikkeamien nopean korjaamisen.

Toisaalta ei pidä unohtaa, että kupoliuunin sulamiseen liittyvä perusongelma on virtaamien heterogeeninen laatu, ja tämä ongelma on riittämättömällä tavalla ratkaistu edellä 10 mainituissa PCT- ja FR-julkaisuissa. Sen sijaan, että lasi virtaa pois ylijuoksun kautta, WO-patenttihakemuksessa 90 02711 sula lasi virtaa pois säiliön pohjassa olevan poisto-aukon kautta, jota suojaa upotettu sulku, joka estää sulan poisvirtaamisen, joka tiheämpänä dekantoituu säiliön poh-15 jaan. Sulan aineen virtaama on täysin riippuvainen sulan lasin korkeudesta poistoaukon yläpuolella, joka korkeus toisaalta riippuu säiliön syöttönopeudesta ja toisaalta säiliön koosta tai tarkemmin sen vapaan pinnan mitoista. Valittaessa suhteellisen pieni säiliö, joka on mitoitettu plasmakuumen-20 nusta ajatellen, virtaaman säätömahdollisuudet rajoittuvat siis.

Jopa lasin virratessa pois säiliön pohjassa olevan poisto-aukon kautta syntyy poistosuuttimien kulumisongelma ja siis 25 niiden vaihtamistarve, johtuen nimenomaan basalttilasin ko-’ vin syövyttävästä luonteesta ja hyvin korkeista lämpötilois ta (paljon yli 1000°C) sekä myös ongelma, joka liittyy näiden lasien devitrifioimistaipumukseen kuidutukseen sopivia lämpötiloja hieman alhaisemmissa lämpötiloissa, ts. joissa 30 lasin viskositeetti soveltuu kuituvenytykseen. Vaikkakaan suutinta ei jäähdytetä, sen kohdalle muodostuu helposti kosketuksesta kylmempään ympäröivään ilmaan devitrifioitu aine-kuori, joka kasvaa enemmän tai vähemmän ja pienentää lasin kulkuleikkausta. Tätä ilmiötä voi tosin hieman estää, mutta 35 se vaikeuttaa kovasti virtaaman säätämispyrkimyksiä muuttamalla pysyvästi laskuaukon leikkausta.

6 97052

Devitrifioimisilmiö on erityisen haitallinen kuidutuslait-teen uudelleenkäynnistysvaiheessa, koska kupoliuunin virtauksen alkaessa uudelleen muodostuu tulppa, joka tukkii täysin poistoaukon. Tulppa on poistettava kuumentamalla esimer-5 kiksi poltinta käyttämällä, kunnes virta on riittävän suuri antamaan virtauksen ylläpitämiseen tarvittava energia uuttamalla pysyvästi muodostuvaa kuorta. Polttimen avulla suoritettava kuumennus saattaa vaurioittaa poistosuutinta ylikuu-mennuksella.

10

Lisäksi jopa jatkuvassa toiminnassa kupoliuunista tuleva sulan aineen virtaus keskeytetään säännöllisesti kupoliuunin pohjaan kerääntyneen rautavalun laskemiseksi ulos, mikä toimenpide siis keskeyttää kuitujen tuotannon mahdollisesti so-15 pimattomalla hetkellä. On selvää, että tämä pysähdys voidaan välttää vain sikäli kun säiliön tilavuus on melko suuri ja vastaa esimerkiksi noin 5-10 minuutin tuotantoaikaa, mikä on keskimääräinen rautavalun poistamiseen tarvittava aika.

20 Keksintö pyrkii parantamaan menetelmiä kuitujen valmistamiseksi korkean sulamispisteen omaavasta termoplastisesta aineesta, nimenomaan basalttityyppisistä laseista tai vastaavista, jolloin paremmin voidaan hallita ongelmaa, joka liittyy aineen jakeluun kuidutuslaitetta kohti ja nimenomaan 25 säätää virtaamaa paremmin.

Keksinnön kohteena on erikoisesti menetelmä kuitujen valmistamiseksi korkean sulamispisteen omaavasta termoplastisesta aineesta, jossa mainittu aine sulatetaan ja jaetaan sulassa 30 tilassa virran muodossa kuidutuslaitteeseen, jolloin sula aine muodostaa kulkureitillään kuidutuslaitetta kohti säili-: ön, josta sula aine virtaa pois poistoaukon kautta ja jonka kallistus on säädettävissä sulan aineen korkeuden säätämiseksi pystysuoraan laskuaukkoon nähden.

Keksinnön mukainen menetelmä tunnetaan pääasiallisesti sulan materiaalin korkeustason säädöstä kohtisuoraan valutusauk-koon nähden välivarastoa kallistamalla, jolloin mainitun vä- 35 ϋ 7 97052 livaraston kallistaminen suoritetaan keskipisteen tai pyö-rähdysakselin mukaan, joka sijaitsee siten, että lasitaso säilyy muuttumattomana tai miltei muuttumattomana kallistuksen seurauksena ja valutus tapahtuu välivaraston lisälait-5 teen pohjan kautta, jonka välivaraston tilavuus on enintään noin kymmenesosa, ja edullisesti noin kahdeskymmenesosa välivaraston kokonaistilavuudesta. Keksinnön mukainen laite menetelmän suorittamiseksi tunnetaan pääasiallisesti siitä, että se käsittää välineet välivaraston kallistamiseksi kes-10 kipisteen tai pyörähdysakselin mukaan, joka sijaitsee siten, että lasin taso pysyy muuttumattomana tai miltei muuttumattomana, ja valutusnokan, jonka pohjassa on mainittu valu-tusaukko, valutusnokan tilavuuden ollessa korkeintaan noin kymmenesosa ja edullisesti noin kahdeskymmenesosa välivaras-15 ton kokonaistilavuudesta.

Keksinnön mukaan virtaamaa siis säädetään säätämällä painetta poistoaukon kohdalla, jolloin voidaan korvata sekä kupo-liuunin melkein sykäysmäisestä toiminnasta johtuvat virtaa-20 mapoikkeamat että varsinkin suuremmat vaihtelut, jotka ni menomaan johtuvat syötön keskeyttämisestä kupoliuunin pohjaan kerääntyneen valun uuttamiseksi. Kallistusta voidaan myös käyttää hyväksi poistosuuttimen panostamiseksi äkkiä laitteiston käynnistyksen yhteydessä, jolloin säiliö ensin 25 täyttyy, jättäen suuttimen paljaaksi ennen kuin se nopeasti kieppuu siten, että lasin taso poistoaukon yläpuolella melkein välittömästi muuttuu nollatasosta työskentelytasolle, mikä helpottaa kaatamisen käynnistystä suuresti.

30 Päinvastoin suutin voidaan paljastaa keskeyttämättä syöttöä kupoliuunin kautta, jolloin se voidaan vaihtaa toiminnan ·, aikana.

On selvää, että tämä toinen kohta on mahdollinen vain sikäli 35 kun säiliön tilavuus on riittävä kuidutuslaitteen syöttämiseksi koko pysähdyksen ajan ja hienosäätö tapahtuu ennen kaikkea suhteellisen suuren vapaan pinnan kautta. Siten on edullista sovittaa tilavuus, joka vähintään vastaa kuidutus- 8 97052 laitteen 8 minuutin ja edullisesti yli 10 minuutin tuotantoa.

Keksinnön mukaan edellytetään siis säiliötä, jossa on suuret 5 mitat ja jossa edullisesti sula lasi esikuumennetaan ainakin jäähtymisen korvaamiseksi, joka seuraa lasin viipymistä tässä säiliössä ja joka edullisesti täydentää sulan aineen kuumennuksen, jotta sen lämpötila lähestyisi kuidutuslämpöti-laa. Kuumennusvälineiden hyvän toiminnan varmistamiseksi 10 säiliön kallistusta ohjataan edullisesti siten sijoitetun keskiön tai pyörähdysakselin mukaan, että lasin taso pysyy muuttumattomana tai melkein muuttumattomana. Tällöin on mahdollista käyttää polttimia, nimenomaan happipolttimia, jotka ovat pysyvällä etäisyydellä sulan lasin pinnasta. Voidaan 15 myös käyttää niin sanottuja upotuselektrodeja, jotka siis ovat ylhäältä kiinnitettyjä, jolloin elektrodin lasin huuh-telema korkeus pysyy vakiona siten, että sähköolosuhteet eivät muutu säiliön kallistusta muutettaessa.

20 Tällainen pysyvän lasitason varmistava kallistus on sitä helpompi toteuttaa mitä epäkeskeisempi on valutusaukko. Sen vuoksi sula lasi tyhjennetään edullisesti säiliön jatkeesta, jonka tilavuus on enintään noin kymmenesosa ja edullisesti noin kahdeskymmenesosa säiliön kokonaistilavuudesta siten, 25 että kallistuksesta johtuvia korkeuseroja suurennetaan, ja jonka alhaista tasoa edullisesti korotetaan suhteessa muuhun säiliöön, jotta vältetään se, että jäännössula tempaistaan kuidutuslaitteelle syötetyn ainevirran mukana.

30 Keksinnön erikoisen edullisessa suoritusmuodossa sulaa ainetta kuumennetaan ylimääräisen kerran jatkeen kohdalla, : jotta tarkistetaan hyvin tarkoin lasisäikeen lämpötila pois- toaukon läheisyydessä. Lisäkuumennus suoritetaan edullisesti sähkövälineiden avulla. Yhdisteltynä peruskuumennukseen täl-35 lä saavutetaan hyvin tarkka lämpökäsittely, huolimatta siitä, että on miltei mahdotonta suorittaa tarkkaa lämpökäsittelyä tämäntyyppiselle tekniikalle perinteisessä sulatuskam-: miossa.

9 97052 Tämä keksinnön edullinen suoritusmuoto perustuu siihen, että sulan aineen hyvin tarkka lämpökäsittely on tärkeä ja että tätä on miltei mahdotonta suorittaa tämäntyyppiselle tekniikalle perinteisessä sulatuskammiossa eli kupoliuunissa. Mut-5 ta keksijät katsovat, että tähän ensimmäiseen tarpeeseen liittyy vielä sulan aineen tietyn sekoittamisen tarve sekä riittävän pitkä viipymisaika sekoittamisen mahdollistamiseksi ja sekoituksen aikana ei-toivottujen aineosien poistaminen, jollaisia ovat olennaisesti rautavalu ja palamattomat 10 koksikappaleet. Nämä moninkertaiset tarpeet tyydytetään jakamalla lämmönsyöttö kolmeen osaan, jotka määrällisesti ovat erisuuruisia mutta kuitenkin kaikki ratkaisevia korkealaatuisten kuitujen saamiseksi. Viitteellisesti kupoliuunissa tapahtuva sulatus voi saattaa sulan aineen noin 1450°C:n 15 lämpötilaan, eli 1600°C:n lämpötilan osalta on noin 150°C:n korotuksen tarve säiliössä lisäkuumennuksella tapahtuvalla +5°C:n säädöllä.

Siten on mahdollista jakaa lämmönsyöttö kolmeen osaan, jotka 20 vaikkakin ne määrällisesti ovat erisuuruisia kuitenkin kaikki ovat ratkaisevia korkealaatuisten kuitujen saavuttamiseksi. Yleissääntönä lämpötilan korotus säiliössä on välillä 50-250°C, jolloin tarvittaessa voidaan kupoliuunin sijasta käyttää perinteisempää lasiuunia, jonka käyttö on normaalis-25 ti poissuljettu koska lasiuunien valmistukseen käytettävät tulenkestävät aineet eivät ole yhteensopivia yli 1450°C:ssä sulavan basalttilasin kanssa.

Kuten edellä on esitetty, lisäkuumennus poistoaukon lähei-30 syydessä suoritetaan edullisesti pienen inertian omaavilla sähkölaitteilla tarkkaa ja nopeaa säätöä varten; käytetään ; esimerkiksi kaksivaihevirralla syötettävää kahden elektrodin sarjaa.

35 Peruskuumennusta varten voidaan käyttää happipolttimia, tässä tapauksessa kaksi poistoaukkoa lähellä olevaa elektrodia asennetaan upotettuina niiden suojaamiseksi polttimien tuottamalta hapettavalta ilmakehältä. Peruskuumennus voidaan 10 97052 myös suorittaa sähkölaitteilla, esimerkiksi kolmivaihevir-ralla syötettävillä kolmen elektrodin sarjalla, jolloin aikaansaadaan ei-hapettava hallittu ilmakehä kylvyn yläpuolelle valittaessa upotuselektrodien tyyppinen asennus.

5

Keksinnön mukainen menetelmä on sitä tehokkaampi sikäli, kun lisäkuumennus koskee vain pientä sulavan aineen tilavuutta, mikä voidaan edullisesti suorittaa sovittamalla pienempi sulan aineen korkeus poistoreikään nähden, jolloin 10 säiliön tämän osan pohja sijaitsee korkeammalla, esimerkiksi puolivälissä mitattaessa säiliön syvimmästä kohdasta lähtien siten, että painavin valu dekantoituu syvimpiin vyöhykeisiin eikä voi poistua kuidutuslaitteelle kaadetun ainevirran mukana. Kaataminen suoritetaan siten jatkeesta, jonka tilavuus 15 on edullisesti enintään yksi kymmenes säiliön kokonaistilavuudesta ja jonka pohja on korotettu.

Keksinnön kohteena on myös mineraalikuitujen valmistuslaite, joka käsittää sulatuskammion, säiliön, joka muodostuu perus-20 kuumennusvälineillä varustetusta upokkaasta ja poistoaukos-ta, joka jakaa sulan aineen virran kuidutuslaitteeseen, sekä välineet säiliön kallistuksen muuttamiseksi, kuten pituudeltaan muutettavat ripustuselimet, jotka esimerkiksi koostuvat pallonivelille asennetuista nostoruuveista.

25 i Säiliö käsittää edullisesti kaatonokan, jonka tilavuus on pieni verrattuna säiliön kokonaistilavuuteen eikä edullisesti ylitä kymmenesosaa tästä, ja kaatonokan alataso on korotettu ja siinä on edullisesti lisäkuumennusvälineet.

30

Kuumennus aikaansaadaan edullisesti upotuselektrodeilla siten, että vältetään kaikki tiiviyteen liittyvät ongelmat, jotka elektrodit on valmistettu lasin ja varsinkin valussa olevan pienen rautamäärän kanssa yhteensopivasta aineesta.

35 Esimerkiksi voidaan käyttää grafiittielektrodeja. Ei-hapettava ilmakehä aikaansaadaan sulan lasikylvyn yläpuolelle elektrodien esillä olevien osien hapetusongelmien rajoittamiseksi.

11 97052

Sulan aineen virtaaman täydellisen säädön varmistamiseksi säiliö on edullisesti kiinnitetty pituudeltaan muutettaviin ripustuselimiin, jolloin voidaan säätää säiliön kallistusta ja siten sulan aineen korkeutta poistoreikään nähden.

5

Keksinnön muita edullisia yksityiskohtia ja piirteitä käy ilmi seuraavasta erään suoritusmuodon kuvauksesta viittaamalla oheisiin piirroksiin, joissa esitetään: 10 - kuvio 1: keksinnön mukaisen mineraalikuitujen valmistus- laitteen periaatekaavion tasokuva - kuvio 2: kuvion 1 periaatekaavion vastaava sivukuva - kuvio 3: yksityiskohtaisempi sivukuva joka esittää keksinnön erään muunnelman mukaista virtaaman säätötapaa.

15

Kuviossa 1 kuvataan keksinnön periaatetta. Aine sulatetaan kupoliuunityyppisessä lieriömäisessä sulatuskammiossa 1. Kupoliuunin 1 ulostulossa se viedään kourun 2 kautta säiliöön 3, joka muodostuu lieriömäisestä upokkaasta 4 ja kaa-20 tonokasta 5, joka on sovitettu pystysuoraan kuidutuslaitteen ensimmäiseen keskipakopyörään 6 nähden. Huomattakoon, että on myös mahdollista ja jopa toivottavaa lämpöhäviöiden rajoittamiseksi käyttää kupoliuunin suoraan syöttämää säiliötä. Tarkemmin kyseessä on kuidutuslaite, joka koostuu kol-25 mesta tai neljästä nopeasti pyörintään vedetystä pyörästä, I kahden pyörän pyöriessä peräkkäin vastakkaisiin suuntiin.

Sula ainevirta kaadetaan ensimmäisen pyörän kehänauhalle, kiihdytetään siinä siten, että aine kuljetetaan seuraavan pyörän kehänauhalle, josta se irtautuu ja muuntuu osittain 30 kuiduiksi keskipakovoiman vaikutuksesta ja osittain kuljetetaan seuraavalle pyörälle. Kuidut erotetaan kuiduttamatto-masta aineesta kaasuvirtausten avulla, jotka suunnataan tan-gentiaalisesti kehänauhoihin nähden, jotka vetävät ne vas-taanottoyksiköön. Tämäntyyppistä kuidutuslaitetta koskevia 35 lähempiä yksityiskohtia löytyy erityisesti EP-patenttijulkaisuista EP-B-59 152 ja EP-B-195 725 sekä EP-patenttihakemuksesta EP-A-439 385.

12 97052

Useat tutkimukset ovat osoittaneet, että kaikkien olosuhteiden ollessa muuten samat, niin sanotulla vapaalla kuidutus-laitteella saatu kuidunvenytyksen laatu riippuu läheisesti ensimmäiselle keskipakopyörälle kaadetun lasisäikeen lämpö-5 tilasta.

Siten samalla basalttikoostumuksella, samalla laitteella ja samoissa toimintaolosuhtiessa voitiin mitata 210-235 ja sen jälkeen 290 mm:n vesipatsaan permeabiliteettikerroin 10 1410°C:n, 1435°C:n ja 1500°C:n lämpötilassa olevan lasin osalta. Muistutamme, että permeabiliteettikerroin on kaasu-virtauksen tunkeumavastus mitattuna täysin vakio-olosuhteissa 5 g:n kokoonpuristetusta kuitunäytteestä. Permeabiliteettikerroin korreloidaan kuitujen paksuuden tai eristyskyvyn 15 kanssa, mutta mineraalikuitutuotteen laatu on kuitenkin pa rempi mitä suurempi on sen permeabiliteettikerroin.

Lisäksi on melko vaikeaa saavuttaa korkeaa ja pysyvää lämpötilaa suoraan kupoliuunista. Toisaalta sulan aineen vir-20 taaman ja koostumuksen epäsäännöllisyyksiä on usein havaittavissa ja niillä on puolestaan myös hyvin suuri vaikutus tuotteen laatuun. Virtaaman ja lämpötilan samanaikaiseen hallintaan liittyvä ongelma on tässä ratkaistu yhdistämällä kolmella upotuselektrodilla 7 varustettu upokas 4 ja suh-25 teellisen suuri tilavuus, joka pystyy varmistamaan kuidutus-laitteen esimerkiksi 8-10 minuutin toiminnan kun säiliötä ei enää syötetä, sekä kaatonokka 6, joka on puolestaan varustettu kahdella elektrodilla.

30 Kuten kuvioista 2 ja 3 erityisesti nähdään, kaatonokan 5 tilavuus on pieni upokkaan tilavuuteen nähden, esimerkiksi noin kahdeskymmenesosa tästä. Näin ollen kahden elektrodin 8 avulla sulan aineen lämpötilaa voidaan säätää hyvin tarkoin ja nopeasti. Näitä kahta elektrodia 8 syötetään edullisesti 35 kaksivaihevirralla, kun taas upokkaan elektrodeja 7 syötetään kolmivaihevirralla tasapainon vuoksi.

I! 13 97052

Tiiviysongelmien välttämiseksi käytetään upotuselektrodeja ja edullisesti grafiittielektrodeja, koska molybdeeni, jota yleisesti käytetään lasiuunien elektrodeissa, ei sovi tässä tapauksessa johtuen sen koostumuksen sisältämästä metalli -5 raudasta. Ei-hapettavaa ilmakehää on ylläpidettävä sulan ainekylvyn yläpuolella näiden elektrodien nopean kulumisen välttämiseksi. Tätä varten säiliössä on kansi 12, joka lisäksi rajoittaa lämpöhäviöitä ja luonnon kaasua puhalletaan putken 18 kautta siten rajoitettuun onteloon. Elektrodit 10 läpäisevät kannen 12 grafiittiosien 22 kautta ja ne kiinnitetään ei-esitettyihin kiinteisiin alustoihin. Huomattakoon, että kourussa 2 on myös kansi, joka samalla estää sulan aineen ruiskutusta ja vähentää lasin jäähtymistä sen kulkiessa kupoliuunista säiliöön, tämän välimatkan ollessa joskus pit-15 kä (jopa noin 10 metriä), koska poistoaukko 9 on edullisesti täsmälleen pystysuorassa ensimmäiseen pyörään 6 nähden ja koska aina ei ole mahdollista eikä edes toivottavaa sovittaa kupoliuunia liian lähelle kuidutuslaitetta.

20 Huomattakoon, että elektrodien käyttö antaa lisäksi mahdollisuuden ilmoittaa käyttäjälle valun tyhjennystarpeesta. Rautavalun tason noustessa kuvion 3 kohdassa 26 esitettyä rajatasoa lähelle sulassa lasimassassa virtaava sähkövirta pienenee voimakkaasti, koska rauta on paljon enemmän sähköä 25 johtavaa kuin lasi.

«

Kouru 2, upokas 4 ja kaatonokka 5 muodostuvat edullisesti tulenkestävää terästä olevista kaksinkertaisista seinämistä 19, joita jäähdytetään voimakkaalla vedenkierrolla 20 siten, 30 että muodostuu devitrifioidun lasin suojakerros 10. Upokkaan 4 pohja, johon kupoliuunista 2 poistunut rautavalu kerääntyy . on puolestaan valmistettu tulenkestävästä, esimerkiksi hii- limassatyyppisestä aineesta. Siinä on aukko 11 joka tietenkin voi olla tukittu ja jonka lävitse rautavalu voidaan tyh-35 jentää. Kaatonokka on tehty samalla tavalla ja se on asen nettu kokonaisuudesta irrotettavaksi kaatosuuttimen vaihdon helpottamiseksi.

14 97052

Kuidutuslaitteen syöttövirtaansa säädetään edullisesti yhdistämällä useita keinoja. Ensimmäinen johtuu tietenkin suuren tilavuuden puskurivaikutuksesta siten, että sulan aineen tason 13 vaihteluja vaimennetaan suuressa määrin. Poistoauk-5 ko 9 muodostuu suuttimesta, joka on edullisesti grafiittia, ja pelkistävää tai inerttiä kaasua puhalletaan suuttimen suuntaan sen hapettumisen estämiseksi.

Keksinnön mukainen toinen keino, jota selostetaan kuvion 3 10 yhteydessä lähemmin, tarkoittaa säiliön kallistuksen muut-tamismahdollisuutta. Tätä varten säiliö on esimerkiksi ripustettu nivelpalloilla nivellettyihin nostoruuveihin, ja kaksi taaimmaista ripustuselintä, jotka ovat kaatonokan vastakkaisella puolella, voivat mahdollisesti olla kiinteästi 15 asennettuja. Nämä ripustuselimet on kiinnitetty tukielimillä ristien 23 ja 24 osoittamalle korkeudelle. Muuttamalla ri-pustuselinten pituutta säiliö nivelöityy ristin 23 läpi kulkevan keskiviivan ympärille. Koska tämä keskiviiva on hyvin epäkeskinen, pieni kulmapoikkeama näkyy sulan aineen korkeu-20 den suhteellisen suurena muutoksena poistoaukon 9 yläpuolella, josta seuraa virtaaman muutos. Sen sijaan huomataan, että lasin taso 13 ei muutu lähes ollenkaan kun taas kaatonok-ka 5 ja siis poistoaukko 9 siirtyvät suhteellisen pitkän välimatkan, kuten nähdään katkoviivalla kaaviomaisesti esite-25 tystä asennosta. Näin ollen ja sikäli kun upotuselektrodit on asennettu kiinteästi ja riippumatta upokkaan liikkeistä, lasin korkeus, johon elektrodit on upotettu, pysyy myös samana, jolloin vältetään elektrodien nopeaa kulumista. Vaihtelemalla säiliön kallistusta on varsinkin mahdollista toi-30 mia pysyvällä virtaamalla, siis pysyvällä lasin korkeudella poistoaukon yläpuolella, vaikkakaan säiliötä ei enää syötetä !, kourun 2 kautta.

On myös mahdollista muuttaa tätä kallistusta kaatonokan pa-35 nostamiseksi kerrallaan laitteiston käynnistyksen yhteydessä, jolloin säiliö ensin täytetään jättämällä suutin paljaaksi ennen kuin sitä kallistetaan nopeasti siten, että la-·' sin taso poistoaukon yläpuolella muuttuu miltei välittömästi

II

15 97052 nollatasosta toimintatasolle, mikä suuresti helpottaa kaatamisen käynnistystä.

Päinvastoin suutin voidaan paljastaa keskeyttämättä kupoli-5 uunista tulevaa virtaa, jolloin se voidaan vaihtaa toiminnan aikana.

Säiliön kummallekin puolelle sovitetut nostoruuvit on edullisesti asennettu riippumattomasti ja suuresti ylimitoitet-10 tuina siten, että ne pystyvät kieputtamaan säiliötä sivulta ja tarvittaessa tyhjentämään sen ylijuoksun 25 kautta.

Claims (26)

1. 97052 l. Menetelmä mineraalikuitujen valmistamiseksi korkean sulamispisteen omaavasta termoplastisesta materiaalista, joka menetelmä käsittää mainitun materiaalin sulatuksen ku-5 poliuunin tyyppisessä laitteistossa ja sen jakamisen sulassa tilassa suihkun muodossa kuidutuslaitteeseen (6), jolloin sula materiaali muodostaa reitillään kuidutuslaitteeseen (6) välivaraston (3), johon jatkuvasti syötetään sulaa materiaalia ja jossa suoritetaan virtaaman säätö, tunnettu sulan ma-10 teriaalin korkeustason säädöstä kohtisuoraan valutusaukkoon (9) nähden välivarastoa (3) kallistamalla, jolloin mainitun välivaraston (3) kallistaminen suoritetaan keskipisteen tai pyörähdysakselin mukaan, joka sijaitsee siten, että lasitaso säilyy muuttumattomana tai miltei muuttumattomana kallistuk-15 sen seurauksena ja valutus tapahtuu välivaraston lisälaitteen (5) pohjan kautta, jonka lisälaitteen (5) tilavuus on enintään noin kymmenesosa, ja edullisesti noin kahdeskymmenesosa välivaraston (3) kokonaistilavuudesta.
2. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu sii tä, että mainitun lisälaitteen (5) pohja sijaitsee korkeammalla kuin mainitun välivaraston (3) pohja.
3. 3. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetel-25 mä, tunnettu välivarastossa (3) tapahtuvasta peruskuumennuk-· sesta ja valutusaukon (9) läheisyydessä tapahtuvasta lisä- kuumennuksesta kuidutuslaitteeseen tulevan lasisuihkun (l) lämpötilan säätämiseksi tarkoin.
4. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu sii tä, että mainittu lisäkuumennus on sähkökuumennus.
5. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu lisäkuumennus aikaansaadaan kahden kaksi-35 vaihevirralla syötetyn elektrodin (8) avulla. 17 97052
6. 6. Jonkin patenttivaatimuksista 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu peruskuumennus on sähkö-kuumennus .
7. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu sii tä, että mainittu peruskuumennus saadaan kolmen kolmivaihe-virralla syötetyn elektrodin (7) avulla.
8. 8. Jonkin patenttivaatimuksista 6 tai 7 mukainen menetel-10 mä, tunnettu siitä, että välivarastossa (3) ylläpidetään säädettyä ilmakehää sulan materiaalin yläpuolella.
9. 9. Jonkin patenttivaatimuksista 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu peruskuumennus aikaansaa- 15 daan kahden happipolttimen avulla.
10. 10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sulan materiaalin lämpötilankorotus sen ollessa välivarastossa (3) on välillä 50-250°C. 20
11. 11. Jonkin patenttivaatimuksista 3-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuidutuslämpötilaa säädetään ± 5°C:n 1i säkuumennukse11a.
12. 12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetel- mä, tunnettu siitä, että mainittu välivarasto (3) vastaa kuidutuslaitteen vähintään 8 minuutin tuotantoa ja edullisesti vähintään 10 minuutin tuotantoa.
13. 13. Laite mineraalikuitujen valmistamiseksi, joka käsittää kupoliuunin tyyppisen sulatuskammion (1), välivaraston (3), joka koostuu upokkaasta (4), joka on varustettu kuumennusvä-lineillä (7) ja valutusaukolla (9), sekä kuidutuslaitteen (6), tunnettu siitä, että se käsittää välineet välivaraston 35 (3) kallistamiseksi keskipisteen tai pyörähdysakselin mu kaan, joka sijaitsee siten, että lasin taso pysyy muuttumattomana tai miltei muuttumattomana, ja valutusnokan (5), jonka pohjassa on mainittu valutusaukko (9), valutusnokan (5) 97052 tilavuuden ollessa korkeintaan noin kymmenesosa ja edullisesti noin kahdeskymmenesosa välivaraston (3) kokonaistilavuudesta .
14. 14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu välivarasto (3) on kiinnitetty pituudeltaan vaihteleviin ripustuslaitteisiin.
15. 15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen laite, tunnettu siitä, 10 että mainitut ripustuslaitteet muodostuvat pallonivelille asennetuista nostoruuveista.
16. 16. Jonkin patenttivaatimuksista 13-15 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu valutusaukko (9) muodostuu gra- 15 fiittia olevasta suuttimesta.
17. 17. Jonkin patenttivaatimuksista 13-16 mukainen laite, tunnettu siitä, että valutusnokan (5) pohja on korotettu välivaraston (3) yleiseen tasoon nähden. 20
18. 18. Jonkin patenttivaatimuksista 13-17 mukainen laite, tunnettu siitä, että valutusnokka (5) on irrotettavasti asennettu.
19. 19. Jonkin patenttivaatimuksista 13-18 mukainen laite, tun nettu siitä, että upokas (4) on lieriömäinen uuni, jonka terästä olevat sivuseinämät (19) ovat kaksinkertaiset ja jotka jäähdytetään vedellä, ja jonka pohja on varustettu hiilisavella. 30
20. 20. Jonkin patenttivaatimuksista 13-19 mukainen laite, tun-.! nettu lisäkuumennuslaitteista, jotka sijaitsevat välivaras ton (3) valutusaukon (9) läheisyydessä.
21. 21. Patenttivaatimuksen 20 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitut lisäkuumennuslaitteet muodostuvat kahdesta kaksivaihevirralla syötetystä elektrodista (8). 97052
22. 22. Patenttivaatimuksen 20 tai 21 mukainen laite, tunnettu siitä, että peruskuumennusvälineet muodostuvat kolmesta kol-mivaihevirralla syötetystä uppoelektrodista (7).
23. 23. Jonkin patenttivaatimuksista 20-22 mukainen laite, tun nettu siitä, että välivarasto (3) on varustettu kiinteällä kannella (12), jonka lävistävät elektrodit (7, 8).
24. 24. Patenttivaatimuksen 23 mukainen laite, tunnettu siitä, 10 että kannessa (12) on pelkistävän tai inertin kaasun tulo- aukko .
25. 25. Jonkin patenttivaatimuksista 21-24 mukainen laite, tunnettu siitä, että elektrodit (7, 8) ovat grafiittia. 15
26. 26. Patenttivaatimuksen 21 mukainen laite, tunnettu siitä, että peruskuumennuslaitteet muodostuvat happipolttimista lisäkuumennusvälineinä toimivien elektrodien ollessa upotettuina . 20