JPS58501674A - 鉱物ウールファイバ製造装置のための湯出口 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 超高速水冷却 技術分野 本発明は熱絶縁用の鉱物ウールファイバを製造することに関する。特に本発明は 鉱物ウール製造装置・の各種素子を有効に冷却する手段を提供する。

背景 鉱物ウールファイバ製造に際して、炉から■：存−材料か湯出口を経てトラフに 入り、ファイバ化スピンナの面に向ける。湯出口を通って流れる溶融材料の生ず る著しく高い熱のだめ、ある場合をでは湯出口冷却装置を設ける必要のあること は既仰である。このためには、通常は湯出口’ｊｔ：’＄ｌＡとして水て鋼を冷 却する。しかし、この手段は有効でなく、冷却された金属の作動面に凝固材料の 殻が予測不可能の可変量において堆積し、このため溶融材料の排出は不均等にな る。

浴融材料供給用のトラフは多年の間設計者の悩みの種てあった。耐火物構造は高 価で空気中ては短命であり、装置が熱的定常状態に入る前に予測不可能の堆積を 生じ、定常供給が不可能になり、不安定な波状流を生ずる。水冷金属トラフでも 同じ問題が生ずる。この場合トラフを炭素鋼又はステンレス鋼製として水冷却し なければならないから特にそうである。現在１で、トラフ排出端から一定の均等 な材料の流れを得るトラフを製造てきながった。

ファイバ化スピンナの機能は溶融材料の流れ１て動エネルギを与え、これによっ て高速の空気、スチーム等の蒸気が溶融材料の急速に動く流れに衝突して材料流 を多数の小直径の長いファイバーに変形させる。

長いファイバーの低密度鉱物ウールは通常米国では屋根の断熱に使用され、単輪 のスピンナか有効であることが明らかにされた。空洞壁改装又はＴ業用管被覆、 天井タイル等のだめの高密度ファイバは通常世界中か１２１１：ｌ＠スピンナを １更用する。

この四輪スピンナは４個の平行の駆動スピンドルの夫々の端部１′Ｃ水冷ホイー ルを有し、各ホイールは直径１０〜１４　ｉｎ（約２５０〜３５０ｍ＋＋＋）、 リム巾４〜５７ｎ（約１ｔＪＯ〜１３０ｍｍ）であり、四輪は同一平面に取付け 、頂部のホイールＩＣ滴下した溶融材料は速度を与えられて第２のホイールに衝 突し、順次動く。最下の即ち第３、第４のホイールを過きた時Ｖで高速の生気又 はスチームが高エネルギー溶融材ｆ−４を横方向に大きなυで押してファイバ− ７ｃ分離させる。

この四輪スピンナはこれ寸てｊＡＩＡとされ、通常は水冷である。この結果、ホ イールはほぼ１週間の使用で磨耗し、面仕上の必要があり、著しく費用かがかる 。

出願人の米１国特許４０３２７０５号（この文献を先発間とする）に詳述した通 り、出願人の発見１′Ｃよれば、大量のエネルギー、Ｉ　ＢＴＵ／ｉｎ２／ｓ　 程度を角速、連続的に水冷金属壁を経て除去するには、壁に損傷を生じな３ いために、金属が優れた熱伝導性と実用上の高い融点とを有し、背面てのスチー ムの生成と有効な除去とによって一定温度に強制冷却することを必要とする。

水１ボンド（０，４５４に９　）をスチームとするには２１２°Ｆで９６７ＢＴ Ｕ（１００℃でダラム当り５３６カロリー）を必要とする。冷却すべき部分に水 を連続的に供給してスチームとし、次に直ちＩＣスチームを除去して水を到達可 能とすれば、著しく効率の良い予測可能の冷却装置か得られる。冷却すべき部分 は附加物かなく、有効な熱伝達に悪影響のあるフィルム効果を生じないようにす る必要かある。

実験上、スチームのフィルムを生成直後に除去するには、金属壁背面に超高速冷 却水を作用させるのか最良の方法である。所要冷却水流速は少なくとも１ｏｆｔ ／ｓ（３，０５ｍ／ｓ）であり、この速度は金属面で生ずる必要かあり、金属壁 を一方の壁面とする冷却通路の中央での速度てはない。好適な水冷速度は少なく とも２０　ｆｔ／ｓ（６，１ｍ／Ｓ）である。直に明らかである通り、この速度 は狭い通路を通る大流量を必要とし、これによって、冷却すべき部分の面、形状 、長さに応じて圧力低下約２０〜６０ｐｓｉ（約１．４〜４．２に、ｇ／ｃｒｆ ）を生ずる。

この冷却の有効性を強調するだめに、使用可能の価格、融点、高伝熱率の加工可 能金属を必要とする。素子の物理的特性の表から、加工容易で、比較的安価であ り、融点約１０００℃、良い熱伝達性の材料を次の表に記す。

クロム　Ｃγ　１８７５　０．１６ 銅　Ｃｒｂ　１０８３　０．９４３ 鉄　Ｆｅ　１５８７　０．１８ モリブデン　Ｍｏ　２６１０　０．３４ニツケル　Ｎｉ　１４５３　０．２２ 銀　Ａ９　９６Ｂ　１．００（比較用）クロム、モリブデン、ニッケルは実際上 加工容易て々く、比較的高価である。更に、この材料は伝熱率か銅の３分の１か ら５分の１である。

銅（よ比較的低融点であり、鉄は高融点であるため、水冷湯出口、トラフ、スピ ンナとしては過去においては自動的に鋼を選択したがこれは全く妥当でない。鉄 は銅に比較して熱伝達率は×以下であるにも拘らずそれが実情であった。更に、 多くの理由によって、水冷の鋼は表面に高絶縁性のフィルムを形成する傾向があ る。

この技術的な重罪が許されていた理由は、出願人の知る限りでは、揚出ロオリフ イス、トラフ、又はスピンナの背面から熱エネルギを有効に除去する試みとして 、スチームを清潔な面に生成させ、超高速で動く新らしい冷却水によってスチー ムを直に除去することが行われなかったからである。指摘すべきこととして、ス テンレス鋼の使珀は事態を悪化させるだけである。この理由はステンレス鋼の熱 伝達性は銅の腎。〜％４であるからである。

本発明は既知の問題点を解決し、湯出口、トラフ、又はスピンナを、予測可能の 一定の厚さの固体物質即ち殻が作動面上に凝固可能とするようにして提供する。

湯出口、トラフ又はスピンナは銅外殻製とし、冷却液案内の面が湯出口、トラフ 又はスピンナの非作動面に近接して極めて狭い絞り流通路を間に形成する。冷却 液を通路に供給し、液速度は少なくとも１０　ｆｔ／ｓ　（３，０５ｍ／ｓ）の 超高速１で加速して外殻内面を通り面上に生成したスチームを掃去する。

本発明を図示するだめに、好適な実施例を形成する図面を示す。本発明は図の精 密な配置に限定されるものではない。

第１図は本発明の原理による超高速水冷鋼湯出口の断面図、 第２図は超高速水冷銅トラフの縦断面図、第３図；オ第２図の３−３線に沿う断 面図、第４図は超高速水冷銅スピンナの断面図である。

発明を実施するだめの最良の方法 各図において、同じ符号によって同様の素子を示し、第１図は本発明の原理に従 って構成した超高速水冷銅スピンナの縦断面図を１０（！：して示す。湯出口１ ０の前端即ち図の左側は既知のグラハイドノズル１２に固着する。

ノズル１２は本発明の一部を形成せず、仮想線として示し、本発明の外側を示す だけである。ノズル１２は当業界周知の方法で溶解炉のるつぼ壁に取付ける。

湯出口１０は３個の主要部分から成る。即ち、内側銅部材１４と、中間冷却液案 内１６と外側ジャケット１８である。後に詳述する銅部材前部を除いて、各素子 １４．１６．１８は比較的薄壁管状てあり、好適な例で円筒形即ち円形断面さす る。内側銅部材１４、冷却液案内１６、ジャケット１８は互に同一軸線とする。

銅部材１４の内面２０は湯出口１０の作動面てあり、炉からの溶融物が図の左か ら右に通る開口を形成する。

銅部材１４の壁部の厚さは前端２２ては増大して小直径の内径部となりオリフィ ス２４を形成する。オリフィス２４は内側作動面２６を含み銅部材の内側作動面 ２０に連続する。

オリフィスの作動面を有効に冷却するために厚壁部２２内に孔あけして複数の通 路２８を形成する。各通路を形成するには、銅部材１４の外面からオリフィス２ ４の作動面２６に向けて孔あけする。第１の孔３０から軸線方向にオフセットし た位置から第２の孔３２をオリフィス２４の作動面２６に向けて内方に孔あけし 、第１の孔３０の内方端で交わらせる。

それ故各通路２８はほぼＶ型であり、壁面３４はオリフィスの作動面２６の後方 にある。面３４は作動面２６に比較的近接しているが隔離されている。通路２８ を形成する各孔３０．３２は直径はぼ”／３２ｉｎ（約４酊）であるため冷却液 の狭い絞り通路を形成する。図には２個の通路２８のみを示したが、所要数の通 路とすることができ、好適な例ではオリフィス２４の軸線を中心として等間隔に 配置する。好適な例では、１２個の通路を使用する。

上述した通り、冷却液案内１６は銅部材１４を囲んで同一軸線に配置する。冷却 液案内１６の前端は溶接等をでよって銅部材１４の外面に固１着し、固着位置３ ６は開口３０．３２の間とする。狭い環状スペース３８が内側銅部材１４と冷却 液案内１６との間に残り、湯出口１０のほぼ全長に延長する。スペース３８は狭 い絞り通路の一部を形成し、孔３２を経て通路２８に連通する。

冷却液案内１６．：！：外外側ジャソノ１８との間にも環状スペース４０が残る 。この環状スペースは湯出口１０の前端附近の点から湯出口の排出端附近の点１ で延長し、湯出口とは離間する。湯出口１０の前端附近において、ジャケット１ ８は銅部材１４に取付部４２で固着する。

ＯＩＩソング４は画素子間の液シールを行なう。環状スペース４０の前端は孔３ ０を介して通路２８に連通ずる。

冷却液案内１６とンヤケノト１８さの間の、湯出口１０の後部の環状スペース４ ６はＯＩＪングシ−ル４８によって環状ス４−ス４０の主部から隔離され、冷却 液案内１６の後端の位置の複数の開口５０を経て環状スペース３８に連通する。

この開口５０は冷却剤案内１６の端部を胸壁状に形成することもでき、端部に複 数の孔を孔あけすることもてきる。入口ポート５２を環状スペース４０に連通さ せ、出口ポート５４を環状ス、ベース４６に連通させる。

湯用口１０の機能（オ次の通りである。溶融材料、例えば溶融スラグは炉からノ ズル１２に流れ、オリフィス２４を通り、銅部材１４の作動スペース２ＯＫ沿い 、湯出口の排出端から排出される。溶融材料が湯出口を通って流れる間、大きな 熱か銅部材１４１で伝達される。水等の所要の冷却液を入口ボート５２に圧入し 、環状スペース４０を通って開口３０を経て通路２８に入る。冷却液は開口３２ を通って通路２８を出て環状ス被−ス３８に流れる。湯出口１０の後端ては冷却 液は開口５０を経て環状ス４−ス５６に入り出口ポート５４全出る。通路２８、 環状スペース３８は極めて狭い絞り通路であるため、流入冷却液の圧力と組合さ れて冷却液は面３４及び銅部材１４の外面を超高速、少なくとも１０　ｆｔ／ｓ 　（約３．０５　ｍ、／　ｓ　）で通り、この面に生じた蒸気を滞留させずに流 し、銅部材を有効に冷却する。

本発明による有効な冷却の結果、予測可能の一定の厚さの固体スラグ材料の被覆 即ち殻がオリフィス及び湯出口の作動面２６．２０上に凝着し、このため溶融材 料の排出は円滑、一定である。更に、この殻は熱絶縁性であり、銅が過大温度と なるのを防ぐ。殻は更に銅の作動面の物理的筆耗を防ぐ。

第２図は本発明の原理に従って構成した超高速水冷銅トラフを縦断面図で示し符 号１１０とする。トラフ１１０は湯出口１０の下方に位置し、このため、溶融材 料例えは溶融スラグ１１４は湯出口１０から流れ、トラフの上面に沿って案内さ れてスピンステーション又は他の所要の位置に流れる。

端壁１１６以外の全トラフ１１０はほぼ半円筒形とし第３図に明らかに示す。ト ラフには長いほぼ半円筒形の上部銅部材１１８を有する。銅部材１１８の上面作 動面１２０は溶融材料１１４を支持する。相補形の冷却液案内１２２は銅部材１ １８の下面１２４の下に取付け、両者間を狭い間隔として極めて狭い絞り通路１ ２６を形成する。流通路１２６はトラフ１１０のほぼ全長に延長する。

冷却液案内１２２の下方に離間して戻り通路即ちス浸−ス１２８を形成するのは 下部ジャケット１３０である。

ジャケット１３０の形状は上部銅部材１１８、冷却液案内１２２とほぼ同じであ る。第３図に明示する通り、部材１１８．１２２．１３０の側縁は封鎖部１３２ ．１３４によって封鎖する。複数の孔１３６をトラフ１１０の排出端附近で冷却 液案内に形成し、第２図の右側に示す通トラフ１１０の端壁１１６には入口ポー ト１３８と出口ポート１４０とを有する。入口ポート１３８に連通するチャンネ ル１４２はトラフのほぼ全巾に延長し通路１２６に連通ずる。同様にして、出口 ポート４０に連通するチャンネル１４２は戻り通路１２８に連通ずる。

０ トラフ１１０の機能は次の通りである。溶融材料例えば溶融スラグ１１４は湯出 口１０から銅部材１１８の作動面１２０に流れ、これからスピンナ等に流れる。

溶融スラグ１１４が面１２０に沿って流れる時に大量の熱が銅部材１１８に伝達 される。水等の所要の冷却液を入ロポに流す。冷却液は開口１３６を経て戻り通 路１２８を経てチャンネル１４２に入り、出口ポート１４０を出る。

極めて狭い絞り通路１２６と流入冷却液圧力の組合せによって、冷却液は銅部材 １１８の下面１２４を超高速即ち少すくきも１０．／ｌ／ｓ（約８．０５　ｍ／ 　ｓ　）で流れ、この面に生成する蒸気を滞留させずして流し、銅部材１１８を 有効に冷却する。

本発明による有効な冷却の結果、予測可能の一定の厚さの固体スラグ材料の被覆 即ち殻がトラフの作動面上に凝固し、トラフの出口端から一定の、変動のない材 料流か得られる。更に、この殻は熱ｅ練性てあり、銅を過大温度から保護する。

更に、殻は銅作動面を摩耗から守る。

第４図は超高速水冷銅スピンナの断面図を示し、符号２１０とする。スピンナ２ １０にはほぼ円筒形の銅外殻２１２を有し、外殻２１２の外側作動面２１４上に 溶融材料例えば溶融スラグ１１４が噴射されて動エネルギを受けてファイバーを 形成する。銅外殻２１２には内側円筒面２１６と端壁２１８吉を円筒形部２１２ と一体として形成する。

１１ 外殻２１２内に複数のポル）２２０によって冷却液案内２２２を取付ける。冷却 液案内２２２はほぼ円筒形上して外側円筒壁２２４を有する。冷却液案内２２２ は外殻２１２内に同一軸線に配置し、面２２４を外殻２１２の内面２１６に対し て狭い間隔として極めて狭い絞り通路２２６を形成する。

案内２２２の中央開口２２８を軸線方向に内部導管２３０を通す。導管２３０の 前端は案内２２２に対して回転可能古し、Ｏリング２３２を使用して液シールを 行なう。導管２３０の後端、第４図の左端は固定の入口ポー　ト２８４となる。

外側導管２３６は内側導管２３０に同一軸線として後述する戻り通路を形成する 。導管２３６の前端は案内２２２の背面に複数のボルト２４０によって固着し、 ０リング２４２によってシールする。

外側導管２３６の他端は回転ユニオン２４６の第１の部分２４４に固着する。回 転ユニオン２４６の固定半部としての他の半部２４８は内側導管２３０及び入口 ポート２３４に固着する。回転ユニオン２４６には出口ポート２５０を設けて図 示の通り環状ス被−ス即ち戻り通路２３８に連通する。

案内２２２の内部に後端部、即ち第４図の左側附近にほぼ円板状のス４−ス２５ ２を形成する。′；１．−（′−ス２５２は環状スペース即ち戻り通路２３８に 連通ずる。スペース２５２は更に狭い流通路２２６の複数の孔２５４を経て連通 する。孔２５４は半径方向に案内２２２を外面２２４からスペース２５２に通る 。好適な例として、１２個の孔２５４を案内２２２の外周に等角度間隔て形成す る。

案内２２２の前面２５６はほぼ皿形古する。即ち、面２５６と端壁２１８との間 隔は半径の増加と共に減少する。当業者に周知の通り、これによって面２５６（ ！：端壁２１８との間を一定流速とする。スピンナは周知の方法で外側導管２３ ６に固着したギア又はプ−りを介して回転させる。

スピンナ２１０の機能は次の通りである。外殻２１２、案内２２２、外側導管２ ３６の組合せは所要速度て回転させ、この間溶融材料、例えば溶融スラグ１１４ が銅外殻２１２の作動面２１４上に供給されてファイバーを形成する。溶融材料 が面２１４に接触すれば大きな熱が銅外殻２１２に伝達される。水等の所要の冷 却液が入口ポート２３４ＩＣ圧入され、導管２３０を経て案内２２２の面２５６ さ端壁２１８との間のスペースに入る。ここから冷却液は通路２２６、開口２５ ４を経てスペース２５２に入り、戻り通路２３８を経て出口ポー）２５０に流れ る。惨めで狭い絞り流通路２２６と流入冷却液の圧力との組合せによって冷却液 は銅外殻２１２の内面２１６を超高速、少なくとも１０ｆｔ／８Ｃ約３．０５　 ｍ／　ｓ　）で流れ、この面に生成した蒸気を滞留させずに流し、銅外殻２１２ を有効に冷却する。

３ 本発明による有効な冷却の結果、予測可能の一定の厚さの固体スラグ材料の外皮 即ち殻がスピンナの作動面に凝着し、ファイバー化過程の細かい制御を可能にす る。

更に、この殻は熱絶縁性であり、銅が過大温度になるのを防ぐ。伺、殻は銅の作 動面を物理的摩耗から守る。

上述の各実施例において、一方のポートを入口ボートとし、他方のボートを出口 ポートとしたか、反対にすることもできる。冷却液を反対方向に流して、出口ポ ートから入り入口ポートから出しても同じ冷却効果を得る。

更ＩＣ１冷却液案内、導管、ジャケットは銅製とすることもてき、ステンレス鋼 等の所要の材料製さすることもできる。

本発明は本質を変更せずに他の実施例さすることもてき、本発明の要旨は請求の 範囲に記載される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶融材料を鉱物ウールファイバーに変換する過程で使用する装置に溶融材料 の接触する作動面を有するものにおいて、上記装置に使用する冷却装置には、装 置の非作動面に近接して非作動面との間に極めて狭い絞り流通路を形成する冷却 液案内と、上記通路に連通して冷却液を通路に供給して冷却液の速度を加速して 液が通路を通る時に通路壁面上で超高速をする冷却液供給装置とを備えることを 特徴とする鉱物ウールファイバー製造装置用冷却装置。 ２、溶融炉用の湯出口てあって、炉からの浴融材料を通すオリスイスを形成する 内側作動面を有する金属部材と、上記オリフィスを囲む部分の極めて狭い絞り通 路吉を備え、上記通路を作動面に比較的近接して隔離させ、上記通路に連通して 通路に冷却液を供給する冷却液供給装置を備え、これによって冷却液の速度を冷 却液が通路を通る時に通路の面を横切って超高速となるように加速されるように することを特徴とする溶解炉用の湯出口。 ３、請求の範囲第２項記載の湯出口において、前記通路を金属部材内に形成する こさを特徴とする湯出口。 ４、請求の範囲第３項記載の湯出口において、前記通路は前記オリフィスを囲む ことを特徴とする湯出口。 ５、請求の範囲第２項記載の湯出口において、前記通路には前記オリフィスに近 接して金属部材内に形成し前記部材の外壁内の、第１第２の開口を含むトンネル 状通路を含み、上記開口の一方を前記冷却液入口とし他方を出口とすることを特 徴とする湯出口。 ６、請求の範囲第５項記載の湯出口において、前記通路には複数の通路を含み、 各通路は第１第２の開口を含み、すべての第１の開口を互に連通させすべての第 ２の開口を互に連通させることを特徴吉する湯出口。 ７、請求の範囲第６項記載の湯出口において、前記金属部材にはほぼ管状部分を 含むことを特徴とする湯出口。 ８、請求の範囲第７項記載の湯出口（ておいて、前記管状部分の少なくとも一部 を同一軸線で近接して囲む冷却剤案内を営み、その間に形成される環状スペース を前記極めて狭い絞り流通路の一部を画成するようにし、第１の開口全経て前記 通路に連通ずるようにすることを特徴とする湯出口。 ９、請求の範囲第８項記載の湯出口において、前記冷却液案内を離間して囲み冷 却液用経路を形成する外・ト１ｊ管状ジャケットを含み、上記１１イ路を前記第 ２の開口を経て前記通路に連通させることを特徴とする湯出口。 １０６請求の範囲第２項記載の湯出口において前記金属部材を銅製とすることを 特徴とする湯出口。 Ｕ、湯出口を有効に冷却する方法てあって、湯出口の作動面の後方の面上に冷却 液を少なくとも１Ｏｆｔ／ｓ（約掃去することを特徴とする湯出口冷却方法。 風炉から流れる溶融材料を流すトラフてあって、上記ｌ６ 材料を支持する上面と下面とを有する長い上部部材と、上記上部部材に相補形と して上部部材下面から近接゛して離間して極めて狭い絞り流通路を形成する冷却 液案内と、上記通路に連通して冷却液を供給する冷却液供給装置とを備え、これ によって冷却液が通路を通る時に上記部材下面上の冷却液速度が超高速に加速さ れることを特徴とする溶融材利用トラフ。 招、請求の範囲第１２項記載のトラフにおいて、前記冷却液案内に相補形として 案内の底面から離間して冷却液用戻り経路を形成する下部部材と、トラフの一端 で上記通路と上記戻り経路とを連通させる複数の移送ボートとを含むことを特徴 とするトラフ。 １４、請求の範囲第１２項記載のトラフにおいて、前記上部部材を銅製とするこ 吉を特徴とするトラフ。 １５、トラフを有効に冷却する方法てあって、トラフの下面に冷却液を少なくと も１０ｆｔ／ｓ（約３ｍ／ｓ）の超高速で導き、上記面上に生成した蒸気を掃去 することを特徴とするトラフ冷却方法。 １６、溶融材料の流れを多数のファイバー１で変換するファイバー化スピンナで あって、溶融材料を衝突させる外面と内側円筒面とを有するほぼ円筒形の金属シ ェルと、上記シェル内に同一軸線として配置しシェル内面に近接して離間させて 極めて狭い絞り流通路を形成する外側円筒面を有する冷却液案内と、上記通路に 連通して通路に冷却液を供給する冷却液供給装置とを備え、これによって冷却液 が上記通路を通る時にシェルの内側円筒面」二の冷却液速度が超高速に加速され るこ吉を特徴吉するファイバー化スピンナ。 １７、請求の範囲第１６項記載のスピンナにおいて、前記冷却液供給装置には冷 却液案内の中心の開口から外方してスピンナ外に延長する中央の内部導管を含む ことを特徴とするスピンナ。 梠、請求の範囲第１７項記載のスピンナにお！７）で、前記内部導管を囲んで離 間して同一軸線に配置し冷却液の戻り経路を形成する外側導管さ、前記通路から 上記戻り経路に連通させる複数の移送ボートとを含むことを特徴とするスピンナ 。 膿、請求の範囲第１６項記載のスピンナにおいて、前記シェルを銅製とすること を特徴とするスピンナ。 ２０、スピンナを有効に冷却する方法であって、スピンナ内面上に冷却液を少な くとも１０ｆｔ／ｓ（約３．０５ｍ／Ｓ）の超高速で導き、上記面上に生成した 蒸気を掃去することを特徴とするスピンナ冷却方法。