HU219013B - Eljárás és berendezés ásványgyapot előállítására - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya eljárás ásványgyapot előállítására megnöveltfolyási hőmérsékletű anyagból, különösen 1200 °C fölötti folyásihőmérsékletű anyagból, amelynek viszkozitása a folyási hőmérsékleten500 Pa·s alatti, ahol az eljárás az alábbi lépésekből áll: az olvadtásványi anyagot egy olyan forgódobba adagolják, amelynek a külső falánkis átmérőjű nyílások vannak, az olvadt ásványi anyagot ezeken anyílásokon keresztül centrifugálják, és így sok primer szálacskáváalakítják, a forgódob falát teljes határfelületén fűtött gázárambaburkolják, amely gázáram a külső fal mentén áramlik, a fűtöttgázáramot egy, a forgódobhoz képest koncentrikusan elhelyezett külsőgyűrű alakú égővel fűtik, a sok primer szálacskát a külső fal menténáramló fűtött gázáram kiegészítő hatásának kitéve elvékonyítják, aholaz eljárást az jellemzi, hogy a primer szálacskakúpok hosszát és aforgódob körül létrehozott fűtött gázáram konfigurációját úgy állítjákbe, hogy a forgódob nyílásaiból kiáramló szálacskakúpok többsége alegalább 10 Pa·s viszkozitásnak megfelelő izotermát keresztezi. Atalálmány tárgya egy belső centrifugálással működő szálhúzó berendezésis, amelynek forgódobja (1’) van, amelynek külső fala (19) számtalannyílást tartalmaz, belső, gyűrű alakú, divergáló lángú égője (25), aforgódobhoz (1’) képest koncentrikusan elhelyezett koncentrikus, gyűrűalakú, külső égője (13) és egy, a külső égőt (13) kiegészítő gyűrűalakú külső ventilátora (24) van, amely koncentrikusan van elhelyezveaz égőhöz (13) és/vagy a forgódobhoz (1’) képest; amelyet az jellemez,hogy a külső égő (13) és a forgódob külső falának (19) felső széleközötti távolság (h’) függőleges irányban 15 és 20 mm közötti, a külsőégő (13) és a külső ventilátor (24) központi kiáramlási tengelyeiközötti (d’) távolság vízszintes irányban 10 és 15 mm közötti,mimellett a ventilátor kiömlőnyílása szintén gyűrű alakú, és aforgódob (1’) tulipánjának (20) belső felületén a belső, gyűrű alakú,divergáló lángú égőnek (25) lángvisszatartásra szolgáló kiálló részei(29) vannak. ŕ

Description

A találmány tárgya eljárás magas olvadáspontú vagy magas folyási hőmérsékletű, hőre lágyuló ásványi anyagokból álló ásványgyapot előállítására, pontosabban olyan szálgyártási eljárás, amely az olvadt ásványi anyag úgynevezett belső centrifúgálását foglalja magában. A szóban forgó hőre lágyuló anyagok közelebbről bazaltos anyagok, természetes vagy módosított bazaltok, vagy a vas- és acélgyártás melléktermékei, különösen kohósalakok (scoriae). Általánosságban a találmány széles körben alkalmazható, különösen hő- és hangszigetelési célokra használható ásványgyapot, az úgynevezett kőgyapot előállítására vonatkozik.

Ezeket az anyagokat egyrészt alacsony áruk, másrészt tulajdonságaik, különösen jó hőállóságuk miatt választják. Előállításuk azonban speciális problémákat vet fel. Ezek a problémák főként ezen anyagok feldolgozási feltételeiből származnak.

Magas olvadási hőmérsékletük már önmagában is gondot jelent. Az olvadási hőmérséklet az a hőmérséklet, amelyre a biztos megolvadás elérése céljából fel kell melegíteni a nyersanyagokat. Továbbá ha gyártásról van szó, az a hőmérséklet, amely fölött kell az anyagot tartani ahhoz, hogy a szállá alakítás előtt ne szilárduljon meg.

Ezeknek az anyagoknak az üvegszálgyártásra használatos üvegektől eltérő másik jellemzője az, hogy folyási hőmérsékletük közvetlen közelében erősen folynak.

Ezenfelül a szükséges magas hőmérséklet következtében a berendezés a szállá alakítandó anyaggal érintkezve erős korróziónak van kitéve. Az ilyen berendezések élettartama a hagyományos üvegekével megegyező problémát jelent. Ezek a problémák a nagy folyékonyságú anyagoknál még inkább kritikusak.

Régebben a fenti nehézségek azt jelentették, hogy a kérdéses anyagoknál csak bizonyos szálgyártási módszereket alkalmazhattak. Lényegében kétféle módszer ismeretes: azok, amelyekben a megolvadt ásványi anyagot centrifugálják vagy szálat húznak belőle, és azok, amelyekben az anyagot álló fúvókán vezetik keresztül, gyakran szuperszonikus sebességig felgyorsított gázárammal nyújtják szálakká (blast drawing method).

A CH 400 445 számú szabadalmi irat egy olyan ásványgyapot előállítására szolgáló módszert ismertet, amelynek során az olvadt ásványi anyagot egy olyan forgódobba adagolják, amelynek külső falán kis átmérőjű nyílások vannak. Az anyagot a nyílásokon át centrifugálva valósul meg a szálképzés. A szálakat gázáram hatásának kitéve még tovább nyújtják.

A GB 895 540 számú irat egy „elsőgenerációs” forgódobot ismertet általánosságban. Ez a forgódob, amely centrifúgálással történő szálképzésre alkalmas, egy üreges belsejű, általában hengeres centrifuga típusú forgódob, amelynek a külső falán számos szálképzésre alkalmas nyílás van.

Az US 3 928 009 számú szabadalmi leírásban szereplő forgódob szintén ásványi anyagokból 1200 °C körüli hőmérsékleten végzett szálképzésre alkalmas.

A HU 178 731 számú irat szintén ásványgyapot előállítására szolgáló eljárást és berendezést ismertet, ahol a szálképzést úgy végzik, hogy az olvadt ásványi anyagot olyan forgódobba adagolják, amelynek a külső falán kis átmérőjű nyílások vannak. Az ásványi anyagot ezeken át centrifugálják, a szálakat gázáram segítségével a forgódob külső falánál nyújtják.

A rögzített fúvókát alkalmazó ismert eljárásnál olyan fúvókát kell használni, amely képes ellenállni a megolvadt ásványi anyag hatásának. Hagyományosan ezek platinafúvókák, amelyek még magas hőmérsékleten is ellenállnak ezeknek a behatásoknak. Ezeknek a fúvókáknak a gyártási kapacitása azonban korlátozott. Ezen túlmenően az ilyen nyújtó gázáram energiaköltsége viszonylag magas.

A centrifugáló vagy szálhúzó eljárások segítségével egyszerre tekintélyes mennyiség állítható elő. Ezeket az eljárásokat összefoglaló néven „külső centrifúgálás”-nak nevezik, hogy jelezzék azt, hogy a megolvadt ásványi anyag a szálhúzó egységen kívül marad. Az olvadt ásványi anyagot egy vagy több lemez homlokzati oldalára, vagy egy vagy több hengeres forgórész külső felületére vezetik. Ezeknek a technikáknak az egyik előnye az, hogy a készüléknek az olvadt ásványi anyaggal érintkező részei egyszerűek. Ennek a viszonylagos egyszerűségnek a következtében a kérdéses alkatrészek, különösen a szálhúzó karimák aránylag olcsók, és ezért viszonylag rövid időszakonként kicserélhetők. Az ilyen anyagok részköltségei a teljes gyártásköltséghez viszonyítva viszonylag alacsonyak. Ezért az a tény, hogy ezek a részegységek az olvadt ásványi anyaggal érintkezve intenzív elhasználódásnak vannak kitéve, alkalmazásukat nem gátolja.

A külső centrifúgálási eljárást alkalmazó ásványgyapotgyártás fő hátránya az, hogy a végtermék tulajdonságai gyengébbek, mint az úgynevezett „belső centrifúgálás”-sal gyártott üveggyapoté.

A külső centrifugálás során az anyag a forgó fonókerékre ömlik, és sok apró cseppé szóródik szét. A szétszóródás után szemmel láthatóan azonnal végbemegy a szálhúzás a forgódob felülete és a cseppek között. Kétségtelen, hogy egy ilyen szálképzési eljárás során a szétszórt anyag tekintélyes része szállá nem húzott részecskék alakjában marad. A 100 pm fölötti méretű részecskék mennyisége elérheti az eljárásba betáplált anyag 40 tömeg%-át. Bár számos eljárás ismert a szálképzésből kimaradt részecskék elválasztására, az ásványgyapot végtermék sohasem lesz teljesen mentes az ilyen részecskéktől, amelyeknek a legjobb esetben nincs hasznuk, többnyire azonban kellemetlenséget okoznak bizonyos alkalmazások esetén.

Meg kell jegyeznünk, hogy a cseppképződés nemcsak a külső centrifugálás szükségszerű eredménye, hanem a szóban forgó anyagok reológiai jellemzőitől is függ. A találmány szerinti eljárással feldolgozott anyagok még kevéssel a folyási hőmérséklet felett is általában viszonylag alacsony viszkozitásúak. A viszonylag fluid, olvadt ásványi anyagból nehéz szálat képezni, mivel a szálacskák hajlamosak a törésre és a csepp- vagy szemcseképződésre. Bizonyos tekintetben a külső centrifúgálási eljárás ilyen tendencián alapul, anélkül azonban, hogy kiküszöbölné annak hátrányait.

HU 219 013 Β

A találmány egyik fő feladata az, hogy eljárást biztosítson ásványgyapot előállítására magas folyási hőmérsékletű és alacsony viszkozitású anyagból, például olyan anyagból, amelynek a folyási hőmérsékleten 500 Pá s alatti, főként 300, különösen 100 Pá s (100 N-s/m²) alatti a viszkozitása olyan körülmények között, amelyek lehetővé teszik azt, hogy az ásványgyapot nagymértékben mentes legyen a szállá nem alakult részecskéktől.

A találmány szerinti eljárással lehetővé válik ilyen megnövelt folyási hőmérsékletű anyagból, különösen 1200 °C fölötti folyási hőmérsékletű anyagból, amelynek a viszkozitása a folyási hőmérsékleten 500 Pá s alatti, ásványgyapotot előállítani oly módon, hogy az olvadt ásványi anyagot egy olyan forgódobba adagoljuk, amelynek a külső falán kis átmérőjű nyílások vannak; az olvadt ásványi anyagot ezeken a nyílásokon keresztül centrifugáljuk, és így sok primer szálacskává alakítjuk; a forgódob falát teljes határfelületén fütött gázáramba burkoljuk, amely gázáram a külső fal mentén áramlik; a fűtött gázáramot egy, a forgódobhoz képest koncentrikusan elhelyezett külső, gyűrű alakú égővel fűtjük; a sok primer szálacskát a külső fal mentén áramló, fűtött gázáram kiegészítő hatásának kitéve elvékonyítjuk. Az eljárást az jellemzi, hogy a primer szálacskakúpok hosszát és a forgódob körül létrehozott, fűtött gázáram konfigurációját úgy állítjuk be, hogy a forgódob nyílásaiból kiáramló szálacskakúpok többsége a legalább 10 Pá s viszkozitásnak, különösen a 25-30 Pa-s viszkozitásnak megfelelő izotermát keresztezi.

Az anyagból történő szálhúzáshoz elengedhetetlenül szükséges az, hogy az anyag ne kristályosodjon ki a forgódobban, és hogy viszkozitása olyan legyen, amely lehetővé teszi a szállá nyújtást. Általánosan ismert, hogy 8000 Pa-s fölötti viszkozitás esetén a szállá nyújtás gyakorlatilag áthidalhatatlan akadályokba ütközik, legalábbis ipari körülmények között, de a találmány szerinti anyagokkal ez a 8000 Pá s érték gyakorlatilag nem használható, minthogy az anyagok viszkozitása az alacsony viszkozitástól hirtelen egy bizonytalan értékre változik. Ilyen esetekben a viszkozitás felső határa az az érték, amely annak a legalacsonyabb hőmérsékletnek felel meg, amelyen az anyag viszkozitása (μ) még az úgynevezett Vogel-Fulchner-Tammann-képlet szerint viselkedik, lg p=A+B/(T-C) ahol T a hőmérséklet °C-ban kifejezve, A, B és C a szóban forgó anyagra jellemző állandók, amelyeket ismert módon az anyag és T értékének három párhuzamos méréséből számítunk ki. A legtöbb esetben ez a figyelembe veendő határ ténylegesen 350 vagy 300 Pá s nagyságrendű (azaz 3,47 és 3,54 közötti lg μ érték; ezért az lg μ=3,5-nek megfelelő hőmérsékletet adjuk meg az alábbiakban).

Másrészt az anyag nem lehet túl folyékony a nyújtás időpontjában. 10 N-s/m² (lg μ=2) érték alatt és néha még a kísérletképpen alkalmazott 20-32/35 N s/m² érték alatt (lg μ=2,3-tól lg μ=2,5-ig) az olvadt ásványi anyag cseppekké alakul, amelyek jelen vannak a termék belsejében szemcsék formájában. A találmány gyakorlati kivitelezése során 10 N-s/m² viszkozitásnál 10 tömeg% alatti, 32/35 N-s/m²-nél nagyobb viszkozitásnál 5 tömeg% alatti szemcsemennyiséget észleltünk. Meg kívánjuk jegyezni, hogy ez a 10 N-s/m² határérték viszonylag magas és a találmányra jellemző érték; a külső centrifugálás során néhány Pa-s viszkozitású anyagot dolgozunk fel, és amint azt már a fentiekben említettük, igen jelentős mennyiségű szemcse képződik.

Az anyag cseppekké alakulásának és az ebből következő 10/35 Pa-s határértéknek a problémája nemcsak arra az időpontra vonatkozik, amikor az anyag átlép a forgórész nyílásain, hanem a forgórészen kívüli szállá nyújtás teljes időtartama alatt is figyelemmel kell kísérni. Ebből az következik, hogy a forgórészt nem szabad túl meleg környezetbe helyezni, amely szükségtelenül csökkentené az anyag viszkozitását.

Itt négy hőmérsékletzónát vehetünk figyelembe, amelyeken az anyag áthalad:

- a forgórész falának a hőmérséklete, amely azonos a nyílások belsejében levő anyag hőmérsékletével,

- a forgórész körüli burkolórétegnek nevezett, a lemez alakú forgórész közvetlen közelében levő, néhány milliméter vastagságú zónában levő gázok hőmérséklete;

- a ,Jiűtőzóná”-nak nevezett, a nyújtókúpok szabad csúcsaiból sugárirányban néhány milliméterre (5-10 mm) terjedő zónában levő gázok hőmérséklete;

- a „nyújtózóná”-nak nevezett, a két előző zóna közötti közbenső zónában levő gázhőmérséklet.

A találmány szerint a forgórész körül keletkező gázáramok szerkezete olyan, hogy a nyújtózónában a környezeti hőmérséklet és ennélfogva az anyag hőmérséklete legalább a 10 Pa-s-nak (10 N-s/m²), előnyösen legalább 25-35 Pa-s nak (25-35 N-s/m²) felel meg.

Ilyen hőmérséklet-eloszlást kaphatunk például egy olyan forró, gyűrű alakú gázfúvóka vagy gázáram segítségével, amely beborítja a perforált forgórész falát annak teljes peremén, és az abban levő anyaggal keveredve azt elég magas hőmérsékleten tartja ahhoz, hogy elkerüljük a kikristályosodást, továbbá egy előnyösen hideg fúvókéval, amely keresztezi a teljes perem fölötti forró gázáramot, és a forró gázáram hatását a perforált külső fal közvetlen környezetére korlátozza. A forró gázáramot a szálképző egység központi, gyűrű alakú égőjével hozzuk létre, a hideg áramlást pedig, amint azt a továbbiakban ismertetni fogjuk, egy, az előbbi égővel koncentrikusan elhelyezett ventilátor bocsátja ki.

A nyújtózóna határvonalának bizonytalan helyzete miatt, ami az eltérő hőmérsékletű behívott gáz és hőlégsugár keveredésének a következménye, előnyös, ha a nyújtókúpok hossza egymástól függetlenül külön-külön változtatható, hogy azokat vagy legalább többségüket a gázfúvókák által meghatározott nyújtózónán belül, azok teljes hossza fölé helyezhessük el. A találmány szerint a kúpok hosszát a forgódob nyílásátmérője és/vagy forgási sebessége segítségével állítjuk be.

A légfúvó által kibocsátott gázáram előnyösen hideg, azaz a környezeti hőmérséklet közelében van, vagy nem magasabb, mint például 250 °C. Ilyen körülmények között a légbefúvó még a forgódob közvetlen

HU 219 013 Β közelében, azaz még a szálnyújtási zónán belül is úgynevezett „hideg” környezetet képes teremteni. Ez az elrendezés azzal az előnnyel jár, hogy javítja a cseppképződésért felelős súrlódásiellenállásdeformáció- és felületifeszültség-viszonyt. Az ezen erők közötti viszony a pV/σ dimenzió nélküli szám függvénye, ahol μ az anyag viszkozitása a nyíláson való kitüremkedése pillanatában, V az anyag sebessége és σ az anyag felületi feszültsége. A hideg fúvókának köszönhetően, amely befolyásolja a viszkozitást és a sebességet is a kibocsátott hideg gázáram sebességének a segítségével, a termék értékének a növelésével csökken a cseppképződési és szemcseképződési hajlam.

Abból a célból, hogy a forgórésznél a kikristályosodás elkerüléséhez szükséges értéknek megfelelő egyensúlyi értéket tartsunk fenn, még akkor is szükség van fűtésére, ha az olvadt ásványi anyag már jelentős hőforrást jelent. Erre a célra különféle fűtőberendezéseket használunk, előnyösen kombinációban.

A forgórészen kívül ez különösen egy, a fentiekben már említett gyűrű alakú égő (az egyik), előnyösen olyan, mely belső égésű és megnövelt hőmérsékletű, gyűrű alakú gázáramot szolgáltat a forgórész külső fala felső szélének a közelében. Előnyösen a forró gázáramot nemcsak úgy irányítjuk, hogy a forgórész külső fala mentén haladjon el, hanem hogy az összekötő pántot vagy „tulipán”-t, amely a külső falat a forgódob tartására szolgáló, a tartótengelyt a karimával (fenék nélküli forgórész esetében) vagy a felső merevítőperemmel (a fenéklap-meghajtású forgódob esetében) összeköti, is melegítse.

Erre a célra olyan pótégőket használhatunk, amelyeknek a lángja közvetlenül a „tulipán”-ra irányul. Más megoldás szerint a külső égőt a külső fal felső szélétől olyan távolságra helyezzük el, hogy a gázáram a forgórészhez közeledve és a „tulipán” megfelelő részét elérve már valamennyire kiteijedjen. Ekkor azonban a gázáram pontos érintkezése céljából a lehetőségek szerinti legkisebb távolságot lehet tartani. A találmány egy harmadik variációja szerint egy olyan gyűrű alakú külső égőt használhatunk, amely égő belső barázdált falának az átmérője kisebb, mint a forgódob külső átmérője. Ilyen esetben például a szétáramló forró gáz elhatárolására nyújtott oldalsó kiömlőnyílású égőt célszerű használni.

A forgódob külső oldalán előnyösen olyan indukciós fűtést alkalmazunk, amelynél a gyűrű alakú mágnesen nagyfrekvenciás vagy előnyösen közepes frekvenciás elektromos áram halad keresztül. Amint az önmagában ismert, a gyűrű alakú mágnest közvetlenül a forgódob alá vagy arra koncentrikusan helyezhetjük el. Ennek a két fűtőberendezésnek a kombinációja alapvetően meghatározza a forgódob hőmérlegét, és nem szabad elfelejteni, hogy ezeknek a fűtőberendezéseknek a hatásfoka annál jobb, minél inkább a forgódob közelében helyezzük el ezeket, és így a külső égő alapvetően a centrifúga vagy forgódob felső részét, míg a gyűrű alakú mágnes alapvetően a forgódob alsó részét fűti. Azt tapasztaltuk, hogy a külső fal felső részét nehéz úgy fűteni, hogy ne fűtenénk a közelében elhelyezkedő olyan fém alkatrészeket, amelyeket ér a forró gázáram, a leírt kettős fűtési rendszer megoldja a technológiai problémákat.

További alapvető különbség ezek között a fűtőberendezések között a forgódob közelében levő gáz hőmérsékletére gyakorolt hatásuk. Az indukciós fűtés e tekintetben gyakorlatilag hatástalan, és ezért - a sugárzó fűtést kivéve - nem járul hozzá a környezet fűtéséhez. Másrészt elkerülhetetlen, hogy a gyűrű alakú külső égő bizonyos mértékig ne fűtse a környezetet, bár a forgódob rotációs mozgása által beszívott másodlagos levegő és a visszaforduló, nagy sebességű, gyűrű alakú gázáram elnyomja a hő környezetbe áramlását. Az optimális minőségű szál egyik legfontosabb jellemzője a mechanikai ellenállás, azonban nem előnyös, ha a szálat közvetlenül a forgódobból való kiáramlás után különösen forró környezetbe vezetjük. Ezért a gyűrű alakú külső égőből kiömlő gáz hőmérsékletét lehetőség szerint korlátozni kell.

Azonkívül a légfúvó észrevehető hatással van a szál nyújtására. A külső égővel azonos működési feltételek között a fokozott légfúvónyomás így hozzájárul a szálfinomság növeléséhez. Más szempontból a légfúvó segítségével csökkenthető a külső égő légnyomása, és ennek következtében azonos szálfínomságnál energia takarítható meg. Jó eredményeket értünk el például 0,5-4 bar (5-40 N/cm²), előnyösen 1 -2 bar (10-20 N/cm²) közötti légfúvótúlnyomásnál.

A külső fűtőberendezések még ilyen javítással sem elegendők a forgódob hőegyensúlyának a fenntartására. Ezt a hibát a forgódobon belül elhelyezett pót-fűtőberendezéssel javíthatjuk. Ezt a pótfűtést előnyösen a forgódob tartótengelyére koncentrikusan elhelyezett, a külső fal belsejére irányuló lángú belső égővel érhetjük el. Lehetőleg az üzemanyag/levegő arányt úgy állítsuk be, hogy a lángforrás közvetlenül a belső fal közelében legyen. Előnyös a „tulipán” belső falánál néhány lángvisszatartásra szolgáló kiálló részt felszerelni. A divergáló lángú külső égő szolgáltatja előnyös esetben a folyamatos, megszakítás nélküli hőbevitel 3—15%-át mindaddig, amíg azt nem csökkenti az olvadt ásványi anyag. Úgy tűnik, hogy ez csak kismértékben segít, de ez rendkívüli pontosságú és pontosan a kívánt helyen végrehajtott hőbevitel, és ennek következtében különösképp hatékony.

A divergáló lángú belső égő a szálképzés során előnyösen kiegészíti az irodalomból ismert központi belső égő hatását, amelyet az irodalom szerint azonban csak az induló fázisban alkalmaznak, és elvileg a forgódob fenéklapja vagy a fenéklapként szolgáló - általában kehelynek nevezett - elosztóeszköz, vagy még általánosabban a forgódob központi részének fűtésére szolgál. A központi belső égő az olvadt ásványianyag-adagolás megkezdése előtt előfuti a kelyhet vagy a fenéklapot. A találmány szerint a központi égő előnyösen egy, a forgódob tartótengely és a divergáló lángú központi belső égő közé elhelyezett konvergáló lángú, gyűrű alakú égő.

Az induló fázisban természetesen a külső fűtőberendezéseket is használni kell. Ha szükséges, kiegészítőfű4

HU 219 013 Β tésként az összes lángnyelvet vagy egyéb hasonló berendezést is használhatunk. Természetesen a divergáló lángú belső égőt is használhatjuk a kritikus induló fázisban, minthogy az olvadt ásványi anyag hőtartalma még nem elegendő.

A találmány szerint alkalmazható anyagok különösen természetes bazaltok, de hasonló kompozíciókat, így olyanokat is alkalmazhatunk, amelyeket úgy állítunk elő, hogy a bazalt bizonyos tulajdonságainak a megváltoztatása céljából a bazalthoz kompozitokat adunk, vagy anyagok kombinációit is alkalmazhatjuk, ahol a kombináció lehetővé teszi, hogy reprodukáljuk a bazaltok jellemző tulajdonságait, különösen azok termikus tulajdonságait, és különösen azt a tulajdonságot, hogy az anyag általában nem olvad meg 1200 °C alatt. Ezek az anyagok szintén ásványi kompozíciók, így fúvatott kohósalakok vagy az úgynevezett kőgyapot gyártásához használatos kompozíciók. A szóban forgó anyagok magukban foglalják az „üvegszerű” kifejezéssel minősített kompozíciókat. Az utóbbiakat „kemény üvegekének nevezik, ezzel is utalva az olvadási hőmérsékleten bekövetkező nehézségekre.

A találmány tárgya továbbá egy belső centrifúgálással működő szálhúzó berendezés is, amelynek forgódobja (Γ) van, amelynek külső fala (19) számtalan nyílást tartalmaz, belső, gyűrű alakú, divergáló lángú égője (25), a forgódobhoz (U) képest koncentrikusan elhelyezett koncentrikus gyűrű alakú külső égője (13) és egy, a külső égőt (13) kiegészítő gyűrű alakú külső ventilátora (24) van, amely koncentrikusan van elhelyezve az égőhöz (13) és/vagy a forgódobhoz (Γ) képest; ahol a berendezést az jellemzi, hogy a külső égő (13) és a forgódob külső falának (19) felső széle közötti távolság (h’) függőleges irányban 15 és 20 mm közötti, a külső égő (13) és a külső ventilátor (24) központi kiáramlási tengelyei közötti d’ távolság vízszintes irányban 10 és 15 mm közötti, mimellett a ventilátor kiömlőnyílása szintén gyűrű alakú, és a belső, gyűrű alakú, divergáló lángú égőnek (25) lángvisszatartásra szolgáló kiálló részei vannak.

A találmány további részleteit és jellemzőit az ábrákhoz kapcsolódva mutatjuk be.

Az 1. ábra egy sematikus ábra, amely az irodalomból ismert centrifugálóberendezést (la hosszanti metszet) és a találmány szerinti berendezést (lb hosszanti metszet) hasonlítja össze;

a 2. ábra egy, a találmány szerinti égő működését bemutató izotermák sematikus diagramja, a 3. ábra a gyűrű alakú külső égő működését bemutató izotermák sematikus ábrázolása; és a 4-7. ábrák a szálképződést bemutató izotermák és szálképző kúpok sematikus ábrái.

A találmányt az la. és lb. ábra segítségével szemléltetjük, amelyek az irodalomból ismert, illetve a találmány szerinti szálhúzó egységeket ábrázolják.

A szálhúzó egységet egy, korábban az üveggyapot belső centrifugálással történő előállítására alkalmazott

- az FR-B1-2443436 és EP-B1-91381 szabadalmi leírásban részletesen ismertetett - készülékből fejlesztettük ki. Ez a hagyományos berendezés, amelynek az egyszerűsített rajza az la. ábrán látható, lényegében egy olyan 1 forgódobból áll, amelynek 2 külső falán sok kiömlőnyílás van. A 2 külső fal a 4 összekötő gyűrű - amelyet alakja miatt „tulipán”-nak is neveznek - segítségével kapcsolódik a 3 karimához. Amint az a rajzon is látható, a 2 külső fal, a 4 tulipán és a 3 karima egy külön egységes darabot alkot.

A 3 karimát az 5 tartórúdra szereltük, amely, mint látható, üreges, és az olvadt ásványi anyagot ezen az üregen át adagoljuk.

Az 5 tartórúd - vagy éppen a 3 karima - ezenkívül tartja a 6 koncentrikus elosztóeszközt, amelyet általában „csészédnek vagy „kosár’-nak nevezünk. A viszonylag kevés és aránylag nagy átmérőjű nyílással ellátott külső falú elosztócsésze a forgódob fenéklapjaként szolgál, amely elosztja az olvadt ásványianyag-áramot oly módon, hogy számtalan anyagáramocskára választja szét, amelyek a 2 külső fal belső felületén szétterülnek.

Az 1 forgódobot divergáló lángú fűtőberendezések veszik körül: egy 7 gyűrű alakú mágnes, amely különösen az 1 forgódob alsó részét fűti, mindenekelőtt azért, hogy kompenzálja a környező levegővel való érintkezés hatására fellépő hűlést, a mágnest erősen hűti az 1 forgódob forgása következtében a környezetből beszívott tekintélyes mennyiségű levegő, és egy 8 vízhűtésű, gyűrű alakú külső égő. A 8 külső égő 9 és 10 hornyolt falának szélét az 1 forgódobtól csekély h távolságra helyezzük el, például 5 mm-re, amint azt az la. ábra bal felső szélén is láthatjuk.

A 8 gyűrű alakú külső égő által előállított magas hőmérsékletű és nagy sebességű gázáram lényegében függőleges irányú, és így a 2 külső fal mentén halad végig. A gázáram egyrészt fűtésre vagy a 2 külső fal hőn tartására szolgál, másrészt hozzájárul a kinyomott olvadt ásványianyag-szálacskákból történő szálképzéshez.

Amint azt az ábra is mutatja, a 8 külső égőt előnyösen egy 11 hideg levegőt fúvó gyűrű veszi körül, amelynek fő célja a forró gázáram sugárirányú terjedésének korlátozása, és ily módon elkerülhető az, hogy a kialakuló szálak érintkezzenek a 7 gyűrű alakú mágnessel.

Az 1 forgódob ezen külső fűtőegységeit az 5 tartórúd belsejében elhelyezett 12 belső, gyűrű alakú égő egészíti ki, amelyet csak a szálgyártó berendezés indításánál a 6 csésze előfűtésére használunk.

Amint azt az lb. ábrán ábrázoltuk, a találmány szerinti készülék azonos egységekből áll, ezért csak a különbségeket vitatjuk meg az alábbiakban.

A leglényegesebb eltérés a 14 és 15 hornyolt falú 13 külső égő elhelyezésében van, ahol a hornyolt falak széleit az 1 forgódob 19 külső fala fölött d’ távolságban helyezzük el, amint azt az lb. ábra jobb felső sarkában található részletrajz is mutatja. Például a 15-30 mm, előnyösen a 20-25 mm határok közötti h’ távolság sokkal megfelelőbb, minthogy egy ilyen távolság még lehetőséget ad a gázáram pontosságára. Továbbá a 14 belső hornyolt fal lényegesen kisebb átmérőjű, mint a 19 külső fal felső szélének az átmérője. A gyűrű alakú 13 kül5

HU 219 013 Β ső égő forró gázok terelésére szolgáló 14 és 15 csatornafalai a kibocsátott forró gázok kitörését korlátozó 16 és 17 terelőfalakkal vannak meghosszabbítva. A kilépő gázáram vezetése céljából a 13 külső égőt a 16 és 17 ferde terelőlapok egymáshoz képest jobb oldali hajlásszögével korlátozzuk. A 13 külső égő által 7 kibocsátott forró gázáram sugárirányú teqedésével kapcsolatban fellépő problémák korlátozása céljából a 17 külső ferde terelőlap körülbelül feleolyan hosszú, mint a 16 ikerpárja, és egy lényegében függőleges 18 falban végződik. A 16 és 18 falak a hagyományos külső égő hornyolt kiáramlási falának magassága körül érnek véget.

A 13 külső égő ilyen elhelyezése mellett nemcsak az 1 ’ forgódob 19 külső falát, hanem a tulipánt - ezt most 20-szal jelöltük - is fűteni kell. A gázáram azonban nem érhet a tulipánig, és nem fütheti a tartórudat. Ennek elkerülése céljából egy elzáró elemként szolgáló 21 gyűrű alakú tömítést vagy ennek megfelelő eszközt, így egy forgó záróeszközt helyezhetünk el, például a tulipán magasságának a felénél, amellyel be tudjuk állítani a 20 tulipán gyűrű alakú gázáram által fűthető hosszát.

Ezen túlmenően a 13 külső égőhöz felszereltünk egy 24 ventilátort. A d’ távolság (amelyet, mint az a részletes rajzon is látható, a külső égő és a ventilátor központi kiáramlási tengelyének az összehasonlításával mérünk) nagyon kicsi, például 10-15 mm. Ennek a ventilátornak a rendeltetését a 2. ábra részletesebben ábrázolja. A ventilátor 250 °C-nál alacsonyabb hőmérsékletű, a fűtött gázáram konfigurációjának a beállítását segítő levegőáramot bocsát ki. A ventilátor hatását annak túlnyomásával állítjuk be, amely 0,5 és 4 bar, előnyösen 1 és 2 bar közötti. A 2. ábra ténylegesen mutatja a 19 külső falat leegyszerűsítve, a 13 külső égőt a találmánynak megfelelően módosított formában és a 24 ventilátort. A külső fal közelében 1300 °C-hoz és három ventilátortúlnyomásértékhez (3-10 és 16 N/cm²) tartozó izotermákat azonos - 350 vízoszlop mm - dinamikus égőnyomásérték mellett ábrázoltuk. Növekvő ventilátomyomás az izotermáknak a 19 forgódob fal felé tolódását okozza.

Másrészt növekvő égőnyomás esetén a forgódob külső falának összes izotermája eltolódik, amint azt a

3. ábra mutatja, ahol az égőnyomást 250, 350 értékről 450 vízoszlop-mm-re változtattuk, miközben a ventilátomyomás 3 N/cm² volt.

A 2. és 3. ábrán azt is láthatjuk, hogy a ventilátor által kibocsátott gázáram nem teljesen függőleges, hanem kissé a forgódob talprésze felé hajlik. Ennek a fő következménye az, hogy a gyűrű alakú külső égő hatása a külső fal felső szélén koncentrálódik, miközben a fal alsó részére gyakorolt hűtőhatás csekély. Ez a hűtőhatás azonban könnyen kiegyenlíthető a gyűrű alakú mágnes fűtésével.

A gyűrű alakú külső égő által kibocsátott gázoktól függetlenül a ventilátor közvetlenül hat a forgódob által kialakított szálacskákra. A szálfinomságot a forró gázok befuvási nyomásának a csökkentésével és e csökkentés ellensúlyozásaként a ventilátor által befúvott hideg gáz nyomásnövelésével szabályozhatjuk. A szemcsetartalom jelentősen csökkenthető a ventilátomyomás növelésével.

Az la. és lb. ábra másik összehasonlítása egy további lényeges különbséget mutat, eszerint egy második olyan 25 belső égőt szereltünk fel, amely koncentrikusan van elhelyezve a központi, belső, gyűrű alakú égő körül, amelyet 26 számmal jelöltünk, és általában a most 27 számmal jelölt csésze fűtésére szolgál. A 25 belső égő olyan divergáló lángú, gyűrű alakú égő, amelynek a lángja a 19 külső fal és a 20 tulipán belső felülete felé van fordítva. A láng beállítását a 20 tulipán belsejében elhelyezett, lángvisszatartó eszközként alkalmazott 27 tömítésekkel optimalizáljuk.

Másrészt a 27 csésze 28 fenéklapja az olvadt ásványi anyag gyors eróziós hatásának az elkerülése céljából viszonylag vastag, például kerámialap vagy hőálló beton. Ezen túlmenően ez a vastag fenéklap hőszigetelési célokat is szolgál, és ennélfogva megakadályozza, hogy a fenéklap belseje a forgódob forgása következtében alul áramló gáz vagy levegő miatt lehűljön.

Kísérleteket végeztünk az alábbi összetételű (tömeg%), szálképzéshez felhasználandó anyaggal:

SiO₂ 51,5%

Fe₂O₃ 10,1%

A1₂O₃ 18%

MnO 0,29%

CaO 8,9%

MgO 6,4%

Na₂O 3,5%

K₂O 0,61%

TiO₂ 0,66%

P₂O₅ 0,12%

Ez az anyagösszetétel az alábbi Vogel-FulcherTammann-törvény szerint viselkedik:

lg μ=-2,542+4769,86 (T-355,71)

A berendezés jellemzőit és a gyártási feltételeket a táblázat tartalmazza.

Tekintetbe kell azonban venni, hogy a mért értékek az anyag beadagolása után legalább 15 perccel mért egyensúlyi értékeknek felelnek meg, a forgódobot és a csészét az összes rendelkezésre álló fűtőberendezés segítségével előfűtöttük (kivéve az első kísérletet, amelyben nem használtuk a divergáló lángú belső égőt).

Az ezekhez a kísérletekhez használt forgódobok nikkelalapú, 30% krómtartalmú ausztenites ODS-ötvözetből készültek, amelynek az olvadáspontja 1380 °C, szakítási ellenállása 1150 °C-on 130 MPa, kúszási ellenállása 1000 óra után 1150 és 1250 °C-on 70, illetve 55 MPa és nyúlása 1250 °C-on 5%.

A 13 külső égő telítési nyomását a táblázatban vízoszlop-mm-ben adtuk meg. Az égők áramlási sebességét (IB belső égőt jelent) standard m³/órában adtuk meg.

Az előállított szálak minőségére vonatkozó F/5 g értéke a Micronaire-nak felel meg. A Micronaire a szálfinomság jellemzésére használt standard módszer. így például az üveggyapotból készített, úgynevezett könynyű szigetelőanyagokat, amelyeknél a hőállóság a fő követelmény (40 kg/m³-nél alacsonyabb sűrűségű hengerelt termékek), legtöbbször 3 Micronaire finomságú szálakból gyártják, míg az olyan nehezebb termékeket, amelyeknél döntő a mechanikai szilárdság 4 Micronaire finomságú szálakból.

A legjobb eredményeket 1260-1270 °C forgódobhőmérséklet közelében értük el (ennek a kompozíciónak a viszkozitása 35 és 100 Pá s [35 és 100 N-s/m²] közötti 1300 és 1216 °C között); ez tehát a szálhúzási tartományon belül van.

Az is megállapítható, hogy a legjobb eredményeket a különböző hőbeviteli források egyensúlyba hozásával, különösen a belső égő viszonylag nagy áramlási sebességénél (mindenképpen azonban alig a külső égő áramlási sebességének egytized részénél) és a gyűrű ala- 10 kú mágnes hasonlóan nagy energiabevitelével és eléggé nagy ventilátomyomással érhetjük el.

A szemcseképződési jelenség jobb megértése céljából különböző módokon változtattuk egymástól függetlenül az üvegesedési hőmérsékletet és a ventilátor telíté- 15 si nyomását, és a gázáram izotermáit és az egyes konfigurációjú szálképző kúpokat számos példaképpeni kilépőnyílássor esetében feltüntettük.

A kísérleti körülményeket és a kapott szálak jellemzőit a táblázatban tüntettük fel.

A 4-7. ábra a szálképző csúcsok elhelyezkedését és a 800-1000-1300, 400-1500 és 1550 °C-os izotermák helyzetét mutatja be 0,3 (4. és 5. ábra) és 1,6 bar (6. és 7. ábra) ventilátor-túlnyomásnál, valamint két „olvadék”-áram-hőmérsékletet, az egyik a „hideg olvadék” (5. és 7. ábra) szerkezetét, a másik a „meleg olvadék” (4. és 6. ábra) szerkezetét mutatja be.

Ha megvizsgáljuk ezen eltérő szerkezetű anyagok 5 szálképzésből kimaradt anyagtartalmát, megállapíthatjuk, hogy valahányszor a felső sorokban levő csúcsok nagy részét a 10 N s/m²-hez tartozó (1400 °C) hőmérsékletű gázáram túl sok izotermája borítja, jelentős mennyiségű szemcse képződik.

A rajzok, különösen a 2-7. ábra a konstrukciós és működési részleteket szemléletesen ábrázolja. Ezért a 13 égő és a 24 ventilátor elhelyezésének részleteire és a csúcsok térbeli elrendezésére, valamint a körülvevő gáz hőmérséklet-eloszlására vonatkozó kiegészítőinformációk tekintetében a rajzokra utalunk. A 2-7. ábra az Γ forgódob 19 külső falának a helyzetét mutatja a forgódob „meleg” állapotában, illetve - mint azt a 2-7. ábrán a pontozott vonal mutatja - környezeti hőmérsékleten.

A találmány alapelvei különösen előnyösen alkal20 mázhatok a jelen bejelentéssel párhuzamosan benyújtott, „Eljárás ásványgyapot előállítására és az eljárással előállított ásványgyapot” című bejelentésben foglaltakkal, amelynek a lényegét a jelen bejelentésbe is belefoglaltuk referenciaként.

Táblázat

	1. próba	2. próba	3. próba	4. próba
Húzási sebesség (kg/ó) Olvadék (áram) (°C)	270 1510	250 1480	270 1510	250 1480
Forgódob Átmérő (mm) ODS-ötvözet Nyílások száma Sebesség (fordulat/perc) Nyílásátmérő (mm)	200 auszten. 9000 2820 0,3	200 auszten. 9000 3500 0,3	200 ferrites 9000 2820 0,3	200 auszten. 9000 3500 0,3
Csésze: Átmérő (mm) Üregek száma	70 2x50	70 2x50	70 2x50	70 2x50
Külső égő: Csatomafal-távolság (mm) Nyomás (vízo. mm) Hőmérséklet (°C	6,5 345 1550	6,5 350 1550	6,5 355 1550	6,5 355 1550
Ventilátor: Csatomafal-távolság (mm) Nyomás (N/cm2) Hőmérséklet (°C)	0,8 3 25	0,8 16 25	0,8 3 25	0,8 16 25
Indukciófütés: Teljesítmény (kW)	37,5	37,5	39	39,8
Divergáló belső égő (IB) (N-m3/ó)	3	3	3	3,05
Ábra	4	5	6	7
F/5g Szemcse >40 pm: tömeg% Szemcse >100 pm : tömeg%	3,5 24,5 7,25	3,2 8,8 3,4	2,9 10,5 3,5	2,8 7 2

HU 219 013 Β

Claims (11)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás ásvány gyapot előállítására megnövelt folyási hőmérsékletű anyagból, különösen 1200 °C fölötti folyási hőmérsékletű anyagból, amelynek a viszkozitása a folyási hőmérsékleten 500 Pá s alatti, ahol az eljárás az alábbi lépésekből áll:

   az olvadt ásványi anyagot egy olyan forgódobba adagoljuk, amelynek a külső falán kis átmérőjű nyílások vannak, az olvadt ásványi anyagot a nyílásokon keresztül centrifugáljuk és így sok primer szálacskává alakítjuk, a forgódob falát teljes határfelületén fűtött gázáramba burkoljuk, amely gázáram a külső fal mentén áramlik, a fűtött gázáramot egy, a forgódobhoz képest koncentrikusan elhelyezett külső, gyűrű alakú égővel fütjük, a sok primer szálacskát a külső fal mentén áramló fűtött gázáram kiegészítő hatásának kitéve elvékonyítjuk, azzal jellemezve, hogy a primer szálacskakúpok hosszát és a forgódob körül létrehozott, fűtött gázáram konfigurációját úgy állítjuk be, hogy a forgódob nyílásaiból kiáramló szálacskakúpok többsége a legalább 10 Pá s viszkozitásnak megfelelő izotermát keresztezi.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a forgódob körül létrehozott fűtött gázáram konfigurációját úgy állítjuk be, hogy a forgódob nyílásaiból kiáramló, szálacskákat kialakító kúpok többsége egy olyan zónába ér el, amely 10 Pa-s fölötti viszkozitásnak megfelelő hőmérsékletre van lehűtve.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a forgódob körül létrehozott fűtött gázáram konfigurációját úgy állítjuk be, hogy a forgódob nyílásaiból kiáramló, szálacskákat kialakító kúpok többsége a 25-30 Pa ·s viszkozitásnak megfelelő izotermát keresztezi.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a forgódob körül létrehozott fűtött gázáram konfigurációját úgy állítjuk be, hogy a forgódob nyílásaiból kiáramló, szálacskákat kialakító kúpok többsége egy olyan zónába ér el, amely 25-30 Pa-s fölötti viszkozitásnak megfelelő hőmérsékletre van lehűtve.
5. 5. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szálacskakúpok hosszát az olvadt ásványi anyag centrifugálására szolgáló nyílások átmérőjének és/vagy a forgódob forgási sebességének a változtatásával állítjuk be.
6. 6. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a forgódob nyílásain belül található olvadt ásványi anyag viszkozitása 10 Pas-nál nagyobb, előnyösen 35 Pa s-nál nagyobb.
7. 7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy egy ventilátort is alkalmazunk, amely 250 °C-nál alacsonyabb hőmérsékletű, a fűtött gázáram konfigurációjának a beállítását segítő levegőáramot bocsát ki.
8. 8. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a ventilátor hatását annak túlnyomásával állítjuk be, amely 0,5 és 4 bar, előnyösen 1 és 2 bar közötti.
9. 9. Belső centrifugálással működő szálhúzó berendezés, amelynek forgódobja (Γ) van, amelynek külső fala (19) nyílásokat tartalmaz, belső, gyűrű alakú, divergáló lángú égője (25), a forgódobhoz (Γ) képest koncentrikusan elhelyezett koncentrikus, gyűrű alakú, külső égője (13) és egy, a külső égőt (13) kiegészítő gyűrű alakú külső ventilátora (24) van, amely koncentrikusan van elhelyezve az égőhöz (13) és/vagy a forgódobhoz (1 ’) képest, azzal jellemezve, hogy a külső égő (13) és a forgódob külső falának (19) felső széle közötti távolság (h’) függőleges irányban 15 és 20 mm közötti, a külső égő (13) és a külső ventilátor (24) központi kiáramlási tengelyei közötti (d’) távolság vízszintes irányban 10 és 15 mm közötti, mimellett a ventilátor kiömlőnyílása szintén gyűrű alakú, és a forgódob (Γ) tulipánjának (20) belső felületén a belső, gyűrű alakú, divergáló lángú égőnek (25) lángvisszatartásra szolgáló kiálló részei (29) vannak.
10. 10. A 9. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a gyűrű alakú külső égő (13) olyan radiális belső és előnyösen külső elosztó csatomafalat (14) is tartalmaz, amelynek átmérője kisebb, mint a forgódob (Γ) külső falának (19) felső széle.
11. 11. A 9. vagy 10. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a gyűrű alakú külső égő (13) forró gázok terelésére szolgáló csatomafalai (14, 15) a kibocsátott forró gázok kitörését korlátozó terelőfalakkal (16,17) vannak meghosszabbítva.