JPS6010127B2 - Method for producing fibers of specific size from melt - Google Patents

Method for producing fibers of specific size from melt

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JPS6010127B2
JPS6010127B2 JP16351582A JP16351582A JPS6010127B2 JP S6010127 B2 JPS6010127 B2 JP S6010127B2 JP 16351582 A JP16351582 A JP 16351582A JP 16351582 A JP16351582 A JP 16351582A JP S6010127 B2 JPS6010127 B2 JP S6010127B2
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linear flow
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孝 安田
徳吉 山田
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SATO GIJUTSU KENKYUSHO KK
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ITO KIKO KK
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、平滑な回転円板上に、金属、スラグならびに
フラックスなどの融体の薄膜流を形成させ、これを円板
周辺から高速で空間に発射することにより、特定サイズ
の繊維を製造する方法に関する。 融体流を回転体の表面に落下させて繊維を製造する方法
に関しては従来種々の方法が提案されてきた。 これらの公知の発明の大部分は「金属融体の場合は球形
または球形に近い粒子の製造法を、ガラス化しやすい無
機物または有機物の融体の場合は繊維製造法を示したも
のである。これらの公知の発明における問題点を代表的
な例を引用しながら具体的に説明する。A 無機旋縫製
造法の代表的な例 {1)特公昭49−43498:V形断面をもつ水袷回
転体の中心にガラス化しやすい物質の融体流を落下させ
、周辺から発射される多数の線状流の凝固により繊維を
製造する方法である。 V形断面といえども飛沫の完全防止は困難であり、表面
の融体流の運動が3次元的となり、内面から水冷された
回転体表面では融体の物性が変化するため、正確なサイ
ズコントロールは困難である。 金属製回転体を使用するため、高温融体の大量処理は不
可能である。 ■ 特開昭51−88728:融体流を回転円板の表面
に落下衝突させ、同時に円板周辺の上部から下向き角度
50なし、し80oのス噴流を吹きつけて繊維を製造す
る方法である。 この発明特許請求の範囲は「「タンデッシュ底面と円板
面の間に電圧を印加し、円板上の融体を直接通電により
加熱し、適温に保つこと」である。 ゆえにタンデッシュ底三板と円板の材料が金属や黒鉛な
どの電導体に.限定され、一方高珪酸質または高郷酸質
融体のような非電導性融体には適用できない。実施例に
よれば直径10仇肋の円板を150仇pmで回転させ2
0〜4腿/secの低流量で高炉スラグを処理しし長さ
200肋以下の短繊総がえられるにすぎない。このよう
な低流量の場合は、直接通電による融体のァーク加熱が
「 その温度降下の防止に有効であろう。しかし、高流
量の場合はし円板面を予熱しておくだけで充分である。
しかもアーク加熱における融体面の波立ち、融体流の円
板面への落下は融体流の不規則な分裂を助長し「強い下
向き角度の気体噴流の併用は繊維の切断を起し、長繊維
の製造は困難である。 糊 特関昭52−34028:上記のの改良に関する発
明である。 すなわちWにおいて環状ノズルから下向きに高速ガスを
噴射するとき、その内側の円板面上に渦流が発生し「繊
維の切断と球状化が起る。これを防止するため環状ノズ
ルの内側に副環状ノズルを設け、低速平行噴流を形成さ
せる。(1ー〜
The present invention manufactures fibers of a specific size by forming a thin film flow of molten material such as metal, slag, and flux on a smooth rotating disk and ejecting this into space at high speed from the periphery of the disk. Regarding the method. Various methods have been proposed in the past for producing fibers by dropping a melt stream onto the surface of a rotating body. Most of these known inventions describe methods for producing spherical or near-spherical particles in the case of metal melts, and methods for producing fibers in the case of inorganic or organic melts that are easily vitrified. Problems in the known inventions will be explained in detail with reference to typical examples. A. Typical examples of inorganic turning stitch manufacturing method {1) Japanese Patent Publication No. 49-43498: Rotating water lining with a V-shaped cross section This is a method of producing fibers by dropping a molten stream of a material that is easily vitrified into the center of the body, and coagulating many linear streams emitted from the periphery.Even with a V-shaped cross section, it is difficult to completely prevent droplets. The movement of the melt flow on the surface becomes three-dimensional, and the physical properties of the melt change on the surface of the rotating body, which is water-cooled from the inside, making accurate size control difficult. , it is impossible to process a large amount of high-temperature melt. ■ JP-A-51-88728: The melt flow is caused to fall and collide with the surface of a rotating disk, and at the same time the flow is directed downward from the upper part of the periphery of the disk at an angle of 50 degrees and 80 degrees. This method is a method for producing fibers by blowing a jet of gas. "Keep it at an appropriate temperature." Therefore, the material of the three bottom plates of the tundish and the disc are electrical conductors such as metal or graphite. However, it is not applicable to non-conducting melts such as highly silicic or highly acidic melts. According to the example, a disk with a diameter of 10 ribs was rotated at 150 pm and 2
Blast furnace slag is processed at a low flow rate of 0 to 4 feet/sec, and only short fibers with a length of 200 ribs or less can be obtained. For such low flow rates, arc heating of the melt by direct current flow may be effective in preventing the temperature drop. However, for high flow rates, preheating the disk surface is sufficient. be.
Moreover, the ripples on the melt surface during arc heating and the fall of the melt flow onto the disk surface promote irregular splitting of the melt flow. It is difficult to manufacture glue. Tokusekki Sho 52-34028: This is an invention related to the improvement of the above. Namely, when high-speed gas is injected downward from the annular nozzle in W, a vortex is generated on the inner disk surface. "Fiber cutting and spheroidization occur. To prevent this, a sub-annular nozzle is provided inside the annular nozzle to form a low-speed parallel jet. (1--

【3ーの公知の発明は、回転体表面への
自由落下({1千〜糊)、気体噴流との交錯(■,‘3
’)、などのような塙虫体流の不規則な分裂を起す過程
”を包含する。 ゆえに葛虫体流量と回転速度を一定に保持しても一定サ
イズの球形粒子あるいは長い繊維を製造することができ
ない。さらに、いずれの転体も高温融体との接触と高速
回転により発生する熱衝撃応力と遠心応力に耐えること
ができない。 ゆえに実施例としては、小直径の回転円板を400‐1
50仇pmの低速で回転させたときの結果が示されてい
るにすぎず、高温融体の大量処理は困難である。上述の
ように、いわゆる“回転体による融体処理法”は、アイ
デアとしては公知であるが、特定サイズの繊維の製造法
は未開発である。本発明者らは、融体を導管を介して静
かに回転円板の中心に導き、円板上に半径および切線方
向の2つの速度成分をもつ安定な薄膜流を形成させこの
薄膜流が円板上の運動あるいは周辺から空間へ発射され
て多数の線状流に分裂し「 さらにこの線状流が球形粒
子に分裂する過程を理論的に解析し、かつ実験的に確認
した。 本発明はこの研究結果を基礎とするものである。以下図
面を参照しながら研究結果を説明する。第1図に流出口
半径r。 導管1から一定速度Uoの融体を流出させ、角速度の(
rad/sec)で回転する円板2の表面に安定な薄膜
流3を形成せたとき、薄膜流の厚さhと速度布が円板半
径rにより変化する過程を解説的に示す。融体を完全流
体に近似させるならば、速度Uoの鉛直流を乱れのない
安定な薄膜流に変えるためには、断面積竹r。2 から
流出する鉛直流量中r。 2Uoと、半径r。 高さh。の柱面から流出する水平流量2汀r。h。Uo
が等しくなるように、すなわち連続の条件が満足される
ように導管流出口の高さh。を定める必要があるづこの
条件から次式がえられる。h。 =r。/2 {11第1図
では、わかりやすく表現するため、垂直座標hのスケー
ルを半径座標rの5倍にとった。粘性流体が平板上を流
れるとき、表面に近接する流体層は流体摩擦により流速
が著しく低下し、いわゆる‘境界層’’が形成される。
回転円板上の流れにおいて、低速回転では“層流境界層
”が、高速回転では“乱流境界層”がそれぞれ形成され
る。第1図において、静止円板の場合でも半径方向の初
速Uoの流れにより境界層が形成されるが、回転速度が
50仇pm以上となれば、この境界層を無視し、円板の
回転による境界層だけを考慮すればよい。本発明におい
ては回転円板上の境界層が重要である。回転円板上の境
界層に関するレィノズル数Reは「融体の勤粘度をし(
地/sec)、円板半径をR(肌)とすれば、Reニの
R2/し で表わされ、 Re:■R2ノレ≧・XIび ■なるさ
ま乱流境界層が形成され、Re=■R2/しく6×1ぴ
{2rならだ層流境界層が形成され、両者
の中間のReの場合は遷移領域が形成される。 乱流境界層の厚さ6(肌)と層流境界層の厚さ6′(弧
)はそれぞれ次式で与えられる。すなわち乱流境界層の
厚さは、半径座標rとともに増加するが、層流境界層の
厚さはrに依存しない。 本発明は乱流または層流境界層を利用する。以下乱流境
界層の場合について理論構成を説明する。厚さ6の乱流
境界層内の位置を円板面を原点にとりZで表わせば、そ
の位置の切線速度成分U8と半径速度成分Urは、OS
Zミ6において次式で与えられる。したがって、半径座
標rの位置における薄膜流の厚さをh(肌)とすれば、
UひとUrの平均値UOおよびUrはそれぞれ次式で与
えられる。 U8:三ノ客UひdZ ‘6)Ur壬{ノ客Ur舵十U
。 (h−6)} ‘71ただし{71式の右辺第2項はh
>6すなわち薄膜流の厚さhが境界層のさ6より大きく
、h−6の部分が均一流速Uoの流れとなる場合にのみ
付加する。rの位置における合成平均速度Uとその方向
少(UとUひの成す角)は、次式のように定まる。◇=
脚−,』上 {9, U8 rの位置における薄膜流の厚さhは、次式を満足するよ
うに“試みの方法”により定めることができる。 hUrニ′客U他十(h−6)UO ■■式の右辺第
2項も{7}式と同様にh>6の場合のみ付加する。 第1図の6−r曲線、h−r曲線、特定のrにおけるU
a,Ur,U8,Ur,U,◇は、回転角速度の、融体
流量打〆。 Uoおよび融体の動粘度〃が与えられれば‘2〕〜【1
■式により計算することができる。r=R,において、
境界層の厚さ6,が薄膜流の厚さh,より小さく、6,
から上の部分は初めの流速Uoに等しい半径速度をもち
切線速度をもたない。厚さ6,の境界層内部は半径速度
Urと切線速度U8の2つの速度成分をもち、円板表面
ではUr=○、Ua=maxとなる。流れの方向は平均
半径速度Uとrと平族切線速度U8のベクトル和Uの方
向であり、第1図ではUのU8に対する角度?で表わす
。r=R2においてもh2>62 であるが、r=R3
、r=R4においてはh3<63、L<64となり、薄
膜流のすべてが境界層の流れとなる。このようにrが大
きくなると境界層が発達し、UrとU8がともに上昇す
るが、特にUひの上昇が顕著となる。すなわちUの方向
がUのこ近づき◇が小さな値をとる。したがってのとy
が大きいほど薄膜流の厚さhが4・さくなり、そのすべ
てが乱流境界層を形成し、円板周辺から?の小さな方向
に、大きな速度Uで発射される。しかしながら、融体流
の表面には表面張力。 (dy雌/弧)作用するため、無限に薄い薄膜流の状態
を維持することは不可能である。第2図は半径Rの円板
周辺から、厚さh、流速Uの薄膜流3が角度ぐの方向に
発射された直後に、半径rcの自由線状流4に分裂し、
これがさらに半径rsの球面5に分裂する過程を解説的
に示したものである。表面張力。(d肌e/仇)、厚さ
h(肌)の薄膜流が半径rc(弧)の線状流に分裂する
ため条件は、線状流の内,外の圧力差を△p(dy肥/
仇)とすれば次式で表わされる。rc=。 /△p平均速度成分U8とUrをもつ円板上の境界層の
薄膜流が合成速度Uで空間に発射されるとき、円板との
流体摩擦が突然消失するため、第2図に示すとおり、空
間速度Uの方向に垂直な分速度V=Uasinで=と−
V=−Urcos0が釣り合う状態となる。 ゆえに線状流4が形成されるとき、線状流のせん回を考
慮すればrcpg(dyne/の)の静圧とV2 p/
2(dyne/が)の勤圧の和が上式の△pを与える。
ここにp(g/地)は融体の密度、g(肌/sec2)
は重力の加速度を表わす。一般に乱流境界層の薄膜流は
、U8が大きい高速回転において形成され、その厚さh
が小さい。ゆえにrcpgはV2p/2に〈らべて一般
にかなり小さな値である。したがって△p=rcpg+
V2p/2ごV2 p/2とおけば、半径rcの線状流
の形成条件はrC=rCpg十(pa2sin20/2
)〜 20 (11)p82sin20 のように表わすことができる。 さらに半径Rの円板周辺における厚さhの薄膜流が、実
際にn本の半径rcの線状流に分裂するためには、薄膜
流の全断面積2mRhは線状流の断面積の総和n・m〆
cにほとんど一致せねばならぬ。すなわちnm〆C三2
汀Rhまた薄膜流の全周長2汀Rは、線状流の直径の総
和公cnより小さくはならない。 すなわち公CnS2mR 上の2式から、つぎの条件式がえられる。 rC≧水/中 (12)(12)の
条件が満足されたときに、(11)式による分裂が実際
に起る。 薄膜流の線状流への分裂は、しの低い敵体の場合、低速
回転において円板上でも起る(第3,4図のの=の,の
場合参照)、円板上において(12)と(11)の条件
が満足されるならば、Uひが小さ〈ぐが90度に近いた
め、UOSIn0=U8,Ur工Uとなり、rcの大き
い線状流が形成され、円板上を転がりながら半径方向に
運動する。 しかし、円板上で形成されたrcの大きい糠流はrが大
すなわち円板周辺に近づくほどU0sin?が大きくな
るため、(11)式によりrcの小さな線状流に分裂し
ながら周辺に達し、種々の半径の線状流として空間に発
射される。したがって、この場合には一定サイズの線状
流がえられない。かなりの高速回転においても、rの小
さい位置すなわち円板の中心に近い位置では、UOが小
さく、U8sin○三o,Ur三となり、(11)と(
12)により太い線状流が形成される。 しかし円板周辺に近づくほどU8が急速に増加し、hが
小さくなるため(11)と(12)が同時に満足されな
くなり、この位置で薄膜流に変化する(第3,4図のw
:の2 の場合参照)。この場合には円板周辺から一定
厚さhの薄膜流が発射されるため、(11)と(12)
により、一定半径rcの自由線状流が形成される。充分
な高速回転においては、全円板面が境界層の薄膜流で覆
われ、その周辺からの発射において「一定半径rcの自
由線状流が形成される(第2図;第3,4図のの=の3
の場合参照)。 薄膜流の線状流への分裂に関しては、h,U8,Jがの
,し,Rにより定まるため、(11)式により線伏流の
半径rcが定まり、(12)式が満足されるような小さ
なhの場合に実際の分裂が起る。半径rcの自由線状流
4が半径rsの球滴5に分裂する場合、球滴の体積(4
ノ3)mぷsが長さ公sの線状流の体積汀ぷ。・Zcよ
り大きくなければ、球滴の形成が起らない。この条件か
ら次式がえられる。一一一一 (
13)rSZノ3/2rc このように、一定半径rcの線状流の分裂により形成さ
れる球滴の半径rsは、必らずrcより大きく、(13
)により最小半径が定まる。 半径rs(弧)の球滴の形成条件は、表面張力を。(d
叩e/弧)球の内外の圧力差を△p(dゆe/嫌)とす
れば次式で与えられる。 rs=20/△p ここに。 pは球滴の静圧rspg(dyne/の)と、自由線状
流の運動方向の速度Uによる勤氏pU2/2 0叩e/
の)の和である。rs・mlnコノ3/2rcが(13
)により確定するため「 Uが周囲の気体との摩擦抵抗
により減速され、次式を満足するUsまで低下したとき
に半径rsの球滴が形成される。20 〜 40
(14) rs=rSpg+(ps2/2Fps2U→Usの位置
で形成された半径rsの球滴は、さらに初速Usの空間
運動を行なう。 つぎに第3,4図により、一定半径Rの円板2の上に導
管1から融体を静かに一定流速で流下させたとき、回転
速度のにより、円板上の薄膜流、線状流および球滴の運
動が変化する過程を説明する。 第3図のの=○,仇,,の2,の3における流線は、第
4図のそれぞれのの1こおける平面図に対応する。円板
が静止(■:○)しているとき、融体流量が充分ならば
円板周辺から自由膜状流として流出する。この場合U8
=○で(11)式のrcは静圧だけに依存するが、その
静圧が膜状流の厚さにより変化するため、種々にrcを
もつ太い線状流に分裂し、空洞を発生し、重力の作用に
より落下運動に転ずる。(13)と(14)の条件によ
りこれらの太い線状流は種々の半径rsをもつ大きな球
滴に分裂する。しかし、重力の作用により半径速度成分
Urのほかに鉛直速度成分Uyが加わり、合成速度Uが
上昇するため、大きな半径rsをもつ球滴がその空間運
動において小さな球滴を分離することにより(14)式
を満足する。ゆえに一定サイズの線状流または滴をうろ
ことができない。円板の半径Rと回転速度のが比較的小
さい場合にもこれに近い現象がみられる。前述の公知の
発明凧はこの自由膜状流の形成範囲に関する発明にすぎ
ない。低速回転(の=の,)においては、(11)式の
UOが小さく、0が90度に近いため、円板上でrcの
大きい線状流が形成され、これが円板周辺に近づくつれ
てU8sin◇の上昇によりrcの小さい線状流を分離
しながら円板周辺に達する。 ゆえに円板周辺から種々の半径の自由線状流が発射され
、したがってその流線も一定せず、(13)とく14)
の条件により形成される球滴の半径も一定しない。かな
り速い回転速度(の=の2)の場合、円板中心に近い範
囲は、半径の小さい回転円板と同一条件下にありUひと
?が大きいため、(11)式によりrcの大きい線状流
が円板上に形成される。 しかし、半径座標rが大きくなるにつれてU8sinぐ
が上昇し、rcの小さい線状流の分離が起り、さらに円
板周辺に近づけば(r→R)、(11),(12)の条
件が満足されなくなり、乱流境界層の薄膜流とる。この
薄膜は、円板周辺からの発射において、(11)とく1
2)により一定半径の自由線状流に分裂し、さらにこれ
が(13)と(14)により一定サズの球滴に分裂する
。充分な高速回転(の=の3)のもとでは、円板面全体
に境界層の薄膜流が形成され、これが円板周辺から高速
です小さな方向に発射されたときに、一定半径の自由線
状流に分裂し、さらに一定径の球瓶に分裂する。上述の
ように、一定サイズの線状流または球滴をうるためには
、少なくとも円板周辺において境界層の薄膜流を形成さ
せること、したがって一定流量のもとでかなりの高速回
転を与えることが必要である。 また、一定サイズのrcの大きい線状流またはrSの大
きい球滴をうるためには、円板上における線状流の不規
則な分裂を防止する必要がある。それには、半径Rが比
較的小さい円板を高速で回転させることが合理的である
ことは、上述の説明により明らかである。公知の発明の
ように、直径50〜20仇凧の円板を1500〜50瓜
pmの低速で回転させても、乱流境界層の形成が困難で
あり、したがって一定サイズの線状流または球滴をうろ
ことができない。第3図において、円板の周辺上の一点
〇を原点とし、線状流が発射される?の方向にx軸を、
鉛直向きにy軸をとる。奴平面内の線状流または球滴の
速度をu、そのx,y方向の速度成分をux,uyとし
、uとrxの成す角をQとする。この2次元運動の○′
における初速度は‘8}式で与えられるUである。球形
粒子の直径を礎(伽)(=公S)、時間をa(sec)
、重力の加速度g、周囲の密度pf(g/地)の静止流
体による抗力をめ(g)とすれば、運動の方程式は次式
で与えられる。ここにux=u COSQ,uy=u
sinQ,ヅミu2×十〆yであり、?は粒子の断面積
をAP(=灯d2s/4)、抗力係数をCoとすれば次
式で与えられる。 ?=C。 岬をf (16)球形粒子における抗力係数Coは「
レィノズル数Re=dsU/w(しfは静止流体の動粘
度)により定まる無次元数で工学計算用の数値が与えら
れている。 半径rcの線状流の空間運動においても〜その先端に作
用する抗力?を(13)式によりrs=ノ3/21rc
の球として(16)式から近似的に求めることができる
。(15)式においてQが時間とともに変化し、CDが
uにより変化するため、これを一義的に解くことは困難
であるが、逐次近似法により解を決定することができる
。すなわち初速(u)8=o=Uを与えれば、速度(u
x,uy)および位置(x,y)の時間的変化を定める
ことができる。また線状流が球滴に分裂する位置はuが
(14)式のUに一致する点として定めることができる
。すなわち第3,4図の空間運動の流線と球滴の形成位
置は、すべて(15)式を解くことにより定量的に決定
される。さらに、円板のトルクT(k91m)は、円板
の半径R(m)、重力の加速度g(m/sec2単位)
、融体の密度p(k9/め)の単位を用い、次式で計算
することができる。 T:cf等。 p (17>したがって、円板の回転に要する動力日(
P.S.)は「回転速度をN(rpm)とすれば次式で
求められる。 H=等・T/75 (18)回転円板上に乱流境界層が
形成されるとき、(17)式に含まれる抗力係数Cfに
関してはRe=■R2/しの関数として知られている。 Cゞ=薦晋条 (19) ゆえに、T,日は、■,R,し,pを与えれば(17)
〜(19)により計算することができる。 ‘41〜(16)と(19)式は{21と‘3}すなわ
ち回転円板上に乱流境界層が形成される場合の関係式で
ある。一般に勤粘度〃の低い融体の場合は乱流境界層の
厚さ6がr3′5に比例して増加することを利用し、高
速回転によRe=■R2/〃を乱流範囲とすることによ
り、円板周辺に安定な境界層の薄膜流を形成させること
ができる。しかし動粘度〃の高い融体の場合は(3}′
により層流境界層の厚さ6′がかなり大きくなり、しか
も半径座標rに依存しない。したがって比較的低速転す
なわちRe=のR2/しの層流範囲においても、円板上
に階定な境界層の薄膜流を形成させることができる。層
流境界層の場合は■,{5}式のかわりに次式を用いて
U8,Urを求め、‘別,‘7},00式の6のかわり
に8′を用いればよい。砦{・−(夕)}2 【4’′ 渋=肌5{(子)−2(夕)2十(る)3}【5ー′ま
た(17)式のCfは、(19)式のかわりに層流境界
層に関する次式から求めればよい。 Cf=声等号 (19)′ つなわち■′,【乳′の層流境界層が成される場合も乱
流境界層の場合と同様な理論計算が可能である。 上述のように本発明者らは、融体が凝固を起さず常に一
定温度に保持され、周囲が一定の温度と圧力をもつ静止
気体であることを仮定し、線状流と球滴の形成に関する
理論を明らあにした。 この場合、一定サイズの線状流の状態で凝固させれば一
定サイズの長繊維がえられ、この線状流が一定サイズの
球滴に分裂した後に凝固させれば一定サイズの球形粒子
がえられる。回転円板により高温融体を処理する場合、
周囲の静止気体は温度上昇により対流を起し、その物性
が変化し、(16)式の抗力ぐも変化するであろう。 いま特定温度の気体を、自由線状流の流線と平行かつ逆
向きに流速ufで流すならば、(16)式の抗力仇まu
がu+ufに上昇したときの値まで上昇する。また気体
の温度を低下させ、圧力を上昇させても(16)式の?
が上昇する。◇の上昇は、線状流の初速(u)8=o=
Uが(14)式のUsまで低下する時間を短縮し、球瓶
の形成を早め、その運動距離を短縮する。このように合
理的な気体の流れをつくるときは、気体の物性の変化も
著しく軽減される。これに反して、特定温度の体を自由
線状流の流線と平行に速度ufで流すならば、(16)
式の仇まuがu−ufに低下したときの値まで低下する
。 また気体の温度を上昇させ、圧力を低下させても(16
)式のJが低下する。マの低下は線状流の初速Uの低下
を遅らせ、球滴の形成を防止する。円板周辺から角度)
の方向に高速で発射された線状流は水平運動から次第に
落下運動に変化する。したがって実際に線状流と気体流
の方向の良好な一致を実現するためには、線状流の水平
運動区間に、角度◇の水平気体流を線状流と逆または同
一方向に流す必要がある。公知の発明灯,価のように、
単に任意の下向き角度の噴流を併用することは、繊維の
切断と球状化を起すおそれがある。いいかえれば、気体
流の併用は(15),(16)式における?の調節を目
的とし、その方向と流速を合理的に定める必要がある。
一般に勤粘度〃が大きく表面張力。 が小さし、珪酸塩の融体は、細に線状流の形成が容易で
あり、通常の冷却速度のもとでは繊維として凝固する。
一方〃が小さく。が大きい金属および合金の融体は、比
較的太い線状流が形成され、通常の冷却速度のもとでは
球滴に分裂した後に凝固する。前述の公知の発明の多く
が無機繊維製造法と金属粒子製造法に画然と分類されて
いるのはこのためである。しかしながら珪酸塩融体とい
えども「高温加熱により動粘度しを低下させ、熱ガスを
線状流を反平行に流すことにより◇を上昇させかつ凝固
を遅らてるならば球形粒子がえられる。一方溶融属とい
えども、高温加熱あるいは表面張力を著しく低下させる
成分(S,Se,Sb,La,Ce,8,Snなど)の
添加により表面張力を低低下させ、冷ガスを糠状流と平
行に流してでの低下と凝固速度の上昇を計れば、繊維と
して凝固させることができる。 上述の本発明の基礎理
論を分り易く表現すればつぎのとおりである。1 一定
の葛虫体流量において、動粘度〃1こ応じて円板半径R
と回転角速度のを選び、円板周辺において特定厚さhを
もつ境界層の薄膜流を形成させる。 2 薄膜流が円板周辺から発射されると、特定厚さhに
より定まる特定半径rcの自由線状流が表面張力〇の作
用により形成される。 3 特定半径rcの線状流は周囲の気体し、よる抗力◇
の作用により、rcにより定まる特定半径rsの球滴に
分裂する。 4 球滴の形成を早めて運動距離を短縮するためには、
線状流と正確に逆方向の水平気体流を流すこと、あるい
は気体の温度を低下させ圧力を上昇させることにより?
を大きくする。 繊維の切断と球滴の形成を防止するためには、線状流と
正確に同一方向の水平気体流を流すこと、あるいは気体
の温度を上昇させ圧力を低下させることにより?を小さ
くする。5 これらの過程はすべて定量的に理論計算に
より決定することができる。 さらに一見本発明に類似するとみられがちの公知の発明
‘1},{2’,‘3}との相違を明らかにする。 {1},‘21,‘3}は、いずれも日本機械学会論文
集29筈156号(昭34−8)のP.879一905
に報告された“回転円板による液体の繊維化について”
と題する研究を基礎とする。あの明細書のP.188お
よび{3}の明細書のP.354に示されたq,,q2
,q3(地/sec)を与える式は、上記の研究で求め
られた実験式であり、理論式ではない。これらの実験式
は、水、グリセリンの水溶液および水あめの水溶液、す
なわちし=0.0114〜28.7の/secの液体を
、直径D(=波)=50〜20比舷の回転円板上に落下
させ、回転数n=500〜400仇pm(の:52.4
〜418.がad/sec)において円板周辺から発射
される自由液体流を写真撮影により観察し、粒滴として
発射される最大流量q,、自由膜状流が形成される最低
流量q3ならびにq.<q<q3において良好な繊維状
の流れがえられる流量q2を、いずれも円板直径○(弧
)、回転数n(rpm)、密度p(g/が)、粘度山(
dyne・sec/地)および表面張力。(d飢e/伽
)の関数として表現したものである。しは円板上の平面
流だけに、0は空間自由流だけにそれぞれ関係するが、
これらの実験式はしと〇の両方を含む。また実験条件の
Re=■R2/しは38〜36×1『の範囲にあり、低
速層流境界層遷移領域および乱流境界層の形成範囲を包
含するが、境界層の形成にはなんらの考慮も払われてい
ない。ゆえにこれらの実験式は、単に、流量がq,以下
(円板上平面流が薄いとき)では粒滴の形成が、q傘〆
上(平面流が厚いとき)では自由膜状流の形成がそれぞ
れ起り、両限界流量の中間流量q2では繊維状流が形成
されることを示すにすぎない。したがって繊維または球
形粒子の形成の理論を完全に記述する式ではなく、特定
サイズの球形粒子および繊維の製造条件を表わす式でも
ない。さらに‘2},‘3’の実施例に注意してみよう
。【3ーの球形粒子の実施例は、1500q○の溶融高
炉スラグをD=40側、n=100仇pm(の=104
.7rad/sec)の回転円板上にq=10地/se
cの流量で落下させたときの結果である。融体の動粘度
をし…1.5の/secと見積ればRe=のR2/ひ三
272となり、{3}′の層流境界層の厚さは6′三0
.405肌である。一方本発明者らの理論により円板周
辺における膜状流の厚さhを計算すればおそらくh≦0
,7肌の値がえられるであろう。この厚い膜状粒は、第
3,4図のの=○の場合に近い状態となり、前述の機構
により0.45肌(4500仏)以下の種々のサイズの
球滴に分裂する。これは{3lの実施例における粒度分
布とほぼ一致する。m,■の高炉スラグの繊維の製造例
においてもDIO仇肋、n=150印pm(凶=157
.1rad/sec)、q三16の/sec、p三2。 5g/地〜 し三1.5の/secとすればRe=のR
2/し三2618となり、糊′による層流境界層の厚さ
は6′…0。 33凧である。 本発明者らの理論により円板周辺における膜状流の厚さ
を計算すればそらくh=1.07〜0.1cmとなり、
rc〒0.045〜0.064肌(450山〜640山
)の線状流が円板周辺から発射されるはずである。しか
るに実施例によれば長さ200側以下、直径約10仏の
総総がえられる。これは、回転速度が低いため「太い線
状流が重力の作用により鉛直下向きにわん曲し、あたか
も水あめが垂れ下って伸びるように、自重により細くな
ったためと考えられる。また下向き角度500から〜8
0oの気体噴流の併用も、この自重による伸を助長する
ための手段として理解することができる。この場合、細
くなりすぎると切断を起すため、長さが20物肋以下に
とどまる。上述の説明により、公知の発明○ー,【21
,【3}が、特定サイズの長い繊維の製造に関する本発
明と、まったく理論体系と製造条件を異にすることは明
らかである。本発明は、前述の本発明者の研究による理
論にもとずくもので、特定サイズの繊維を製造する方法
に係るo本発明は金属、スラグ、ならびにフラツクス、
のうちから選ばれるいずれかの融体において、その勤粘
度が0.001から10の/secの範囲にあり、かつ
その表面張力と密度の比が40から40M肌e・地/g
好ましくは40から25倣yne・地/gの範囲にある
ように設定し;前記融体を、流出口の半径r。 が3から3仇奴の範囲にある導管を通し、融体の流出速
度を5から500伽/secの範囲内の特定値に維持し
ながら、直径50から200側の平滑な耐火物表面をも
つ回転円板の中心に導び、円板の回転速度を3000か
ら3000仇pmの範囲内の特定値に維持し;前記導管
の半径r。の流出口と前記回転円板表面との距離をh。
とするとき、h。をr。/2から(r。/2)十2伽の
範囲内とし;前記円板の直径と回転速度とを前記融体の
動粘度に対応し選定し、遠心力により少なくとも円板の
周辺付近において特定の厚さを有するような前記融体の
薄膜流成させ;前記薄膜流が、前記円板の回転による遠
心力により「円板周辺から空間へ放射された直後に特定
半径の自由線状流に分裂させながら、これと同時に、前
記線状流に平行かつ前記自由線状流の個々の線条の延伸
する方向と同一方向に円板周辺ガスを吸引することによ
り前記線状流の運動する空間減圧状態とし、これにより
前記線状流の空間運動に対する抵抗と凝固速度とを低下
させ、自由線状流の長さの伸長を促進し、好ましからざ
る球滴の形成を防止し;前記の伸長された線状流を前記
の低下された冷却速度で凝固させることにより、特定断
面サイズの長繊維をうろこと;を特徴とする融体から均
一な特定サイズの長繊維を製造する方法に係り、本発明
の方法に使用する回転円板は、溶融石英、黒鉛、炭化珪
素、窒化珪素、ジルコン、シャモット、アルミナ、マグ
ネシアのうちから選ばれるいずれか1種の物質のブロッ
クで形成されるものであることが好ましい。 たとえば塩基性高炉スラグあるいは後述の“実施例2”
に示すような珪酸塩融体は、常温の大気中における冷却
速度の範囲では、高温低粘度の状態で回転円板上に供給
すれば球形粒子となり、低温粘度の状態では繊維となる
。これら珪酸塩融体においては、表面張力の温度による
変化は無視しうるほど小さい。これらの融体の特定サイ
ズの線状流を円板周辺から静止気体中に発射して繊維と
して凝固させる場合には、融体の供給初期では、気体の
温度が低く密度が高いため、線状流の球状化が局部的に
起りやすい。また繊維は球形粒子にくらべて気体中の沈
降速度が著しく遅いため、繊維の絡みあいも起りやすい
。したがって、上述のように、線状流と平行で同一方向
にガスを吸引することは、長繊維の製造においてきわめ
て効果的である。第5図は前記ガス吸引を併用する装置
の一例を示す。これは気体の多数の案内板8をもつ環状
スット9に、線状流と同一方向の水平気流として吸引さ
れ、環状主管7を介して排気される。この場合、融体の
線状流と気体吸引流の方向の相違が大きくなると、繊維
の切断を助長するおそれがある。ゆえに多数の案内板8
により気体流の方向を調節する。本発明による繊維製造
法において、回転円板の中心に融体を供給する導管の流
出口半径をr。 、前記円板と前記流出口との距離をh。とするとき、h
。をr。/2から(r。/2)十2肋とすることが好ま
しい。本発明による繊維製造法において、固体あるいは
液体の粒子を懸濁する融体を回転円板上に供給し、固体
あるいは液体粒子が分離された繊維を製造することがで
きる。 たとえば鋳鉄または銑鉄の粒滴を懸濁するキュポラスラ
グまたは高炉スラグの融体を回転円板上に供給し、懸濁
された重い粒滴を短かし、空間運動距離で落下させ、融
体の自由線状流を繊維として凝固させて両者を分離補集
することができる。本発明による繊維の製造法は、回転
円板上に形成される‘‘境界層の薄膜流”すなわち“全
厚さにわたり半径方向のほかに切線方向の速度成分が発
生している薄膜流”の厚さを定量的にコントロールする
ことを基礎とするものである。 融体の動粘度が比較的高く、所要の繊維の半径が比較的
大きい場合は層流境界層の薄膜流を、動粘度が低く所要
の半径が4・さし、場合は乱流境界層の薄膜流をそれぞ
れ回転円板上に形成させる。前記薄膜流は、半径の小さ
い円板を低速回転させても形成されない。本発明者らは
、水、グリセリンの水溶液、金属性融体のような低粘度
流体と、冶金スラグ、合成フラツクスなどの高粘度流体
について、半径25〜15仇吻の円板を用い、30,0
0びpmから100仇pmの回転速度範囲で実験し、“
境界層の薄膜流の厚さ”したがってその分裂により形成
される繊維の半径を広範囲に調節しうろことを、理論計
算と実験により確認した。すなわち本発明は、公知の発
明にくらべて著しく高い回転速度範囲を使用する。また
これにより比較的小半径の円板による融体の大量処理が
可能となる。回転円板により高温雛体を処理する場合、
高温に加熱された円板に大きな遠心力が作用する。 また処理の開始時と終了時には、それぞれ急熱と急冷に
よる熱衝撃応力が作用する。金属材料は熱伝導度が大き
く変形しやすいため、熱衝撃による破壊は起り難い。し
かし、耐熱鋼といえども60000以上ではクリープ強
さが著しく低下するため、高温高速回転において遠心破
壊が起りやすく、長時間の使用に耐えない。超合金とい
えども許容温度は800こ0以下にすぎない。したがっ
て、高温融体の大量処理には、耐火物またはセラミック
の円板を使用せだるをえない。しかし、マグネシアレン
ガ、シャモットレンガなどの塩基性および耐火粘士質し
ンガは高温軟化点が低く、熱膨張係数が大きいため、遠
心および熱衝撃応力に充分耐えることができない。溶融
石英質および黒鉛質のレンガは熱膨張係数が著しく小さ
く、耐熱衝撃性にすぐれ、高温強度もかなり高い。しか
し、これらの耐火物といえども、引張強度が圧縮強度に
〈らべて著しく小さく、高速回転による遠心応力が作用
する状態で使用することは困難である。多くの公知の発
明が、低速回転による融体の少量処理にとどまらざるを
えなかったのはこのためである。本発明による高温融体
の大量処理は、高温において高速遠回転に耐える円板の
開発によりはじめて可能となる。本発明者らは、円板の
急熱または急冷において発生する熱衝撃応力ならびに高
速回転において発生する遠心応力を解析し、材料の高熱
強度を考慮し、耐火物のブロックと耐熱鋼製の保持器と
をはめあいにより一体化し、所要半径の回添円板面をも
つ回転体の構成を開発した。本発明は特定耐火物の円板
面をもち、高温における高速回転に耐えうる回転体をも
った、長繊維の製造装置が必要である。第6図は本発明
による繊維の製造法に用いられる回転体の構成原理を示
し、第7,8図は回転体の実例を示す。第6図において
、耐火物ブロック11は、最上部が所要円板半径Rをも
つ高さt=1〜2柵の短円柱状であり「 中間部はQ=
12〜35度の緩傾斜の教頭円錐状に遷移し、底部は8
=60〜80度の急傾斜の戦頭円錐状に遷移するる。半
径Rの円板上に伝えられた熱は「矢印のついた流線にそ
って流れ「多くの熱流が中間部の緩い傾斜の教頭円錐面
から外界に放散され、耐熱鋼製保持器の側環12と底板
可3に到達する熱流は著しく少ない。すなわち耐火物ブ
ロックの中間部は耐熱鋼製保持器の温度上昇を効果的に
防止する。耐火物は高い圧縮強度をもつが引張強度が著
しく低い。熱衝撃応力は円板面の高温子熱により軽減す
ることができる。しかし工業用耐火物として最大の高温
強度をもつ溶融石英といえども、高温でま、高速回転に
より発生する遠心応力に耐えることは困難である。した
がって第6図に示すとおりt耐火物ブロック亀1を充分
な厚さをもつ耐熱鋼製の側環12と底板13から成る保
持器にはめ込み、耐火物ブロックに亀が発生しても、そ
の中間部の傾斜角Qを小さくそることにより、破壊され
たブロックの遠心荷重Fを、側環12で支持し、耐火物
の破片の遠心放出を防止する。すなわち耐火物ブロック
の中間部の小さな傾斜角の戦頭円錐面は、耐熱鋼製の側
環の温度上昇を防止し、充分なクリープ強度を維持させ
、同時に耐火物ブロックの破壊による遠心荷重をすべて
側環で支持させるため必要である。耐火物ブロック11
の下部の急傾斜の教頭円錐面は側環12とのはめあいに
より、高速回転における浮き上りによる脱出を防止する
。さらに第7,8図に示すとおり(第6図では省略され
ている)、耐火物ブロック11の底部側面には回転方向
に直角な複数個のくぼみ11cが等間隔に設けられ、一
方側環12の内面にはこのくぼみに対応する突起12a
が設けられ、両者のはめあいにより耐火物ブロックの空
転を防止する。耐火物ブロック11の上部の高さ1〜2
側の垂直円柱面は、円板面の周辺から葛虫体の“境界層
の薄膜流を一定厚さで空間へ発射されるため、いいかえ
れば円板周辺において“境界層の完全なはがれ”を起さ
せるために必要である。回転体用耐火物は、融体の温度
、耐火物面に対するぬれおよび溶蝕を考慮し、溶融石英
、黒鉛、炭化珪素〜窒化珪素、ジルコン、シャモツト、
アルミナ、マグネシアなどのうちから選定される。 さらに保持器の側環12と底板13の温度上昇を防止す
るため「第7,8図の実例では、耐火物ブロック亀亀の
下に耐火断熱煉沼亙層】6を、その下にマット状断熱材
の層17をそれぞれ密着させ「側環12との間隙にキャ
スタブル耐火物を充填することにより各部分を一体に固
定する。溶融石英に次いで高に高温強度と耐熱衝撃性を
もつ工業用耐火物は黒鉛である。しかし黒鉛はその熱伝
導度が高いため、高温融体を処理する場合、第7図の単
一ブロックにおいては側環12が過熱されるおそれがあ
る。他の耐火物はその高温強度と熱衝撃性が溶融石英お
よび黒鉛より著しく低いため、融体温度が高い場合は第
7図の単一ブロックの使用が困難となる。したがって第
8図のように〜選定された円板用の耐火物ブロック11
aの周囲を溶融石英質ブロック11bでバックアップし
、両者の密着により第6図、第7図を同一形状をもつ組
合せブロックを形成させたものを使用する。耐火物ブロ
ック11aは上部が円柱状で下部は上部円柱より小さな
断面積をもつ正多角柱状であり、耐火物ブロック11a
の側面はその最上部の1〜2柳の円柱部を除いて、別個
の溶融石英質ブロック11bで囲まれ、耐火物ブロック
11aの底面は必要に応じて選ばれる中性耐火物層19
に密着しており、中性耐火物層19の下面は、溶融石英
質ブロック11bの下面と同一水平面上にあり、耐火物
ブロック11a、溶融石英質フロック1 1bおよび中
性耐火物層19の密着により一体化された回転体用の組
合せブロックが形成される。前記組合せ耐火物ブロック
は、第8図に示すとおり、第7図の単一耐火物ブロック
と同様に、耐火断熱煉亙層16、マット状断熱材の層1
7とともに側環12と底板13から成る耐熱鋼製保持器
内にはめ込まれ、キスタプル耐火物18の充填により一
体に固定される。前記耐熱鋼製保持器の底板13は第6
,7,8図に示すとおり、下面の中心のまわりに等間隔
に配列された短脚14によりボス15に固定され、降板
13とボス15の間に空間を形成させる。 円板の回転において、この空間内を気体が流れるため、
底板13とボス15の温度上昇が効果的に防止される。
また第7,8図の実例において、ボス15はインポリユ
ートスプラインによりシヤフトにマウントされるため、
速やかに円板の交換を行なうことができる。本発明者ら
は、溶融石英質の耐火物ブロックを使用した第8図の構
造の回転体により、1600qoの溶鋼を長時間処理し
ても、耐熱鋼製保持器の側壕12の温度は500℃以下
、底板13の温度は350qo以下にとどまり、耐熱鋼
およびボス材料が充分高いクリープ強度を維持しうろこ
とを確認した。 本発明の適用範囲はきわめて広い。すなわち:繊維状物
質の製造法としては、製鉄用高炉スラグ、製銑用電気炉
スラグ、キュポラまたは電気炉による鋳鉄溶解のスラグ
などの相当量の珪酸を含有する冶金スラグ;ガラス、鉱
物繊維、各種冶金用フラックス、耐火用珪酸塩、棚酸塩
類などの各種無機物質の合成物;表面張力を著しく低下
させる成分を添加した金属;シリコンなどの半導体材料
;に適用することができる。つぎに本発明を実施例につ
いて説明する。実施例 溶融フラックスの繊維の製造 円板は流量可変の油圧ポンプと定容量の油圧ポンプから
なる油圧伝導装置により駆動され、回転速度は制御動作
(PI)により計測制御される。 ただし油圧ポンプ駆動用電動機の出力は1皿Wで比較的
に小出力であるが、回転速度の調節範囲は0〜3000
仇pmのように著しく広いものを使用した。流出口の内
蓬d。=1仇肋の黒鉛製導管を使用し、第8図の構成に
よる黒鉛質の円板に下記組成の溶融フラツクスを導き、
球形粒子および繊維を製造した。溶融フラックスの組成
: 41.2%Si02,4.0%AI203,1.9%F
e203,26.5%Ca0,0.7%Mg0,7.2
%Na20,11.4%NaF,7.4%山F3溶融フ
ラツクス密度:2.7gノ地 この溶融フラックスは、高温加熱により勤粘度を低下さ
せれば球形粒子となり、低温に保持して勤粘度を上昇さ
せれば繊維となる、表面張力の温度変化は、このような
珪酸融体においては無視できるほど小さい。 有効直径De=9比舷の回転円板を使用し、種々の回転
速度のもとで球形粒子および繊維を製造した。回転速度
と得られた球形粒子と繊維の直径およびその変動範囲の
関係を第9図に示す。球形粒子および繊維の製造におけ
る融体温度、処理速度、動粘度および表面張力はつぎの
とおりである。繊維の製造: 欧体温度:1150qo 処理速度:2k9/min 融体の動粘度:1.2の/sec 融体の表面張力:51Myne/肌 第9図の回転速度と粒径または繊維径の関係は理論計算
とほぼ一致し、サイズの変動もきわめて小さい。 得られた繊維の長さはすべて50仇舷以上に達した。
[3--Known inventions include free fall to the surface of a rotating body ({1,000~glue)], interaction with a gas jet (■, '3)
), etc.). Therefore, even if the flow rate and rotational speed of the Kuzumu body are held constant, spherical particles or long fibers of a constant size can be produced. In addition, neither rolling element can withstand the thermal shock stress and centrifugal stress generated by contact with a high-temperature melt and high-speed rotation.Therefore, as an example, a rotating disk of small diameter is 1
The results are only shown when rotating at a low speed of 50 pm, and it is difficult to process a large amount of high-temperature melt. As mentioned above, the idea of the so-called "melt processing method using a rotating body" is well known, but a method for producing fibers of a specific size has not yet been developed. The present inventors introduced the melt gently into the center of a rotating disk through a conduit, formed a stable thin film flow on the disk with two velocity components in the radial and tangential directions, and created a circular flow. The process by which particles move on the plate or are emitted into space from the surroundings and split into a large number of linear streams.Furthermore, we theoretically analyzed and experimentally confirmed the process by which these linear streams split into spherical particles. The research results are based on the results of this research.The research results will be explained below with reference to the drawings.Figure 1 shows the outlet radius r.The melt at a constant velocity Uo is flowed out from the conduit 1, and the angular velocity (
When a stable thin film flow 3 is formed on the surface of a disk 2 rotating at rad/sec), the process in which the thickness h and velocity distribution of the thin film flow change depending on the disk radius r will be explained. If the melt is approximated as a perfect fluid, then in order to change the vertical flow with velocity Uo into a stable thin film flow without turbulence, the cross-sectional area r must be increased. 2 in the vertical flow rate flowing out from r. 2Uo and radius r. Height h. The horizontal flow rate flowing out from the column surface is 2 t r. h. Uo
The height h of the conduit outlet such that the heights h of the conduit outlet are equal, i.e. the condition of continuity is satisfied. The following equation can be obtained from the condition that it is necessary to determine . h. =r. /2 {11 In Fig. 1, the scale of the vertical coordinate h is set to five times the scale of the radial coordinate r to make it easier to understand. When a viscous fluid flows over a flat plate, the flow velocity of the fluid layer near the surface is significantly reduced due to fluid friction, forming a so-called ``boundary layer''.
In the flow on a rotating disk, a "laminar boundary layer" is formed at low speed rotation, and a "turbulent boundary layer" is formed at high speed rotation. In Figure 1, even in the case of a stationary disk, a boundary layer is formed by the flow with an initial velocity Uo in the radial direction, but if the rotational speed is 50 pm or more, this boundary layer is ignored and the boundary layer is formed by the rotation of the disk. Only the boundary layer needs to be considered. In the present invention, the boundary layer on the rotating disk is important. The Raynozzle number Re for the boundary layer on the rotating disk is defined as the viscosity of the melt (
If the radius of the disk is R (skin), then it is expressed as R2/2 of Re, Re: ■R2 nore≧・XI and ■Narusama A turbulent boundary layer is formed, and Re= ■R2/Shiku6×1pi
{If Re is 2r, a laminar boundary layer is formed, and if Re is between the two, a transition region is formed. The thickness 6 (skin) of the turbulent boundary layer and the thickness 6' (arc) of the laminar boundary layer are given by the following equations, respectively. That is, the thickness of the turbulent boundary layer increases with the radial coordinate r, whereas the thickness of the laminar boundary layer does not depend on r. The present invention utilizes turbulent or laminar boundary layers. The theoretical configuration for the case of a turbulent boundary layer will be explained below. If the position in the turbulent boundary layer with a thickness of 6 is expressed by Z with the disk surface as the origin, then the tangential velocity component U8 and the radial velocity component Ur at that position are OS
In Z Mi 6, it is given by the following formula. Therefore, if the thickness of the thin film flow at the position of radial coordinate r is h (skin), then
The average values UO and Ur of U and Ur are respectively given by the following equations. U8: Three customers UhidZ '6) Ur 壬 {No customer Ur rudder ten U
. (h-6)} '71 However, {the second term on the right side of equation 71 is h
>6, that is, the thickness h of the thin film flow is greater than the boundary layer length 6, and the portion h-6 is added only when the flow has a uniform flow velocity Uo. The composite average speed U and its direction (angle formed by U and U) at the position r are determined by the following equation. ◇=
The thickness h of the thin film flow at the position of {9, U8 r on leg-,'' can be determined by a ``trial method'' so as to satisfy the following equation. hUrni'CustomerUetalten(h-6)UO ■■The second term on the right side of the equation is also added only when h>6, similar to the {7} equation. 6-r curve, hr curve, U at a specific r in Fig. 1
a, Ur, U8, Ur, U, ◇ are the rotational angular velocity and the melt flow rate. If Uo and the kinematic viscosity of the melt are given, '2] ~ [1
■Can be calculated using formula. At r=R,
The thickness of the boundary layer, 6, is smaller than the thickness of the thin film flow, h, 6,
The part above has a radial velocity equal to the initial flow velocity Uo and no tangential velocity. The interior of the boundary layer with a thickness of 6 mm has two velocity components, a radial velocity Ur and a tangential velocity U8, and on the disk surface, Ur=◯ and Ua=max. The direction of the flow is the direction of the vector sum U of the average radial velocities U and r and the tangential velocity U8, and in Fig. 1, the angle of U with respect to U8? It is expressed as Even when r=R2, h2>62, but r=R3
, r=R4, h3<63 and L<64, and all of the thin film flow becomes a boundary layer flow. As r increases in this way, a boundary layer develops, and both Ur and U8 increase, but the increase in U becomes particularly remarkable. In other words, the direction of U approaches U, and ◇ takes a small value. Therefore, and y
The larger the value, the smaller the thickness h of the thin film flow, which forms a turbulent boundary layer. is fired at a large velocity U in a small direction. However, there is surface tension on the surface of the melt flow. (dy female/arc), it is impossible to maintain an infinitely thin film flow condition. Figure 2 shows that a thin film flow 3 with a thickness h and a flow velocity U is launched from the periphery of a disk with a radius R in the direction of an angle, immediately after which it splits into a free linear flow 4 with a radius rc.
This is an explanatory illustration of the process of further splitting into a spherical surface 5 of radius rs. surface tension. Since the thin film flow with (d skin e/en) and thickness h (skin) splits into a linear flow with radius rc (arc), the condition is that the pressure difference between the inside and outside of the linear flow is △p (dy thickening). /
), it is expressed by the following formula. rc=. /△p When the thin film flow of the boundary layer on the disk with average velocity components U8 and Ur is launched into space with the resultant velocity U, the fluid friction with the disk suddenly disappears, as shown in Fig. 2. , the minute velocity perpendicular to the direction of the spatial velocity U = Uasin = and -
V=-Urcos0 becomes a balanced state. Therefore, when linear flow 4 is formed, considering the twist of the linear flow, the static pressure of rcpg (dyne/) and V2 p/
The sum of the force pressures of 2 (dyne/ga) gives Δp in the above formula.
Here, p (g/ground) is the density of the melt, g (skin/sec2)
represents the acceleration of gravity. In general, a turbulent boundary layer thin film flow is formed at high speed rotation where U8 is large, and its thickness h
is small. Therefore, rcpg is generally a much smaller value than V2p/2. Therefore △p=rcpg+
If V2p/2 is set as V2p/2, the condition for forming a linear flow with radius rc is rC=rCpg0(pa2sin20/2
)~20 (11)p82sin20. Furthermore, in order for a thin film flow of thickness h around a disk of radius R to actually split into n linear flows of radius rc, the total cross-sectional area of the thin film flow, 2 mRh, is the sum of the cross-sectional areas of the linear flows. It must almost match n・m〆c. That is, nm〆C32
Also, the total circumference length 2R of the thin film flow is not smaller than the sum of the diameters of the linear flow cn. That is, public CnS2mR From the above two equations, the following conditional equation can be obtained. rC≧Water/Medium (12) When the condition (12) is satisfied, the splitting according to equation (11) actually occurs. Splitting of a thin film flow into a linear flow also occurs on a disk at low speed rotation in the case of a low-height enemy body (see the case of =no, in Figures 3 and 4), and on a disk (12 ) and (11) are satisfied, since U is small and angle is close to 90 degrees, UOSIn0 = U8, Ur = U, and a linear flow with large rc is formed, flowing over the disk. It moves in the radial direction while rolling. However, in the case of a bran flow with a large rc formed on a disc, the larger r is, that is, the closer to the periphery of the disc, the more U0sin? As the rays become larger, they reach the periphery while being split into small linear streams of rc according to equation (11), and are emitted into space as linear streams of various radii. Therefore, in this case, a linear flow of constant size cannot be obtained. Even in fairly high-speed rotation, at a position where r is small, that is, at a position close to the center of the disk, UO is small and becomes U8sin○3o, Ur3, and (11) and (
12), a thick linear flow is formed. However, the closer you get to the periphery of the disk, the more rapidly U8 increases and h becomes smaller, so (11) and (12) are no longer satisfied at the same time, and the flow changes to a thin film at this position (w in Figures 3 and 4).
(See case 2). In this case, since a thin film flow with a constant thickness h is ejected from the periphery of the disk, (11) and (12)
As a result, a free linear flow with a constant radius rc is formed. At sufficiently high speed rotation, the entire disk surface is covered with a thin film flow of the boundary layer, and a free linear flow with a constant radius rc is formed from the periphery (Fig. 2; Figs. 3 and 4). Nono=No3
). Regarding the splitting of a thin film flow into a linear flow, since h, U8, and J are determined by , and R, the radius rc of the linear underflow is determined by equation (11), and the radius rc of the linear underflow is determined by equation (12). Actual splitting occurs for small h. If a free linear flow 4 of radius rc breaks up into a spherical droplet 5 of radius rs, then the volume of the spherical droplet (4
3) mps is the volume gradient of a linear flow of length s. - If it is not larger than Zc, droplet formation will not occur. From this condition, the following equation can be obtained. 1111 (
13) rSZノ3/2rc In this way, the radius rs of a droplet formed by the splitting of a linear flow with a constant radius rc is always larger than rc, and (13
) determines the minimum radius. The condition for forming a spherical droplet with radius rs (arc) is the surface tension. (d
If the pressure difference between the inside and outside of the ball is △p (dyue/arc), it is given by the following equation. rs=20/△p here. p is the static pressure of the droplet rspg (dyne/) and the velocity U of the free linear flow in the direction of motion, pU2/2 0 k e/
) is the sum of rs・mln Kono 3/2rc (13
), a spherical droplet with radius rs is formed when U is decelerated by frictional resistance with the surrounding gas and falls to Us, which satisfies the following equation: 20 to 40
(14) The ball droplet with radius rs formed at the position rs=rSpg+(ps2/2Fps2U→Us further moves in space with an initial velocity Us. Next, as shown in FIGS. 3 and 4, a disk 2 with a constant radius R We will explain the process by which the thin film flow, linear flow, and motion of the spherical droplets on the disk change depending on the rotational speed when the melt is allowed to flow quietly down from the conduit 1 at a constant flow rate. The streamlines at Nono=○, 2, and 3 correspond to the plan view at each No1 position in Figure 4. When the disk is at rest (■:○), the molten body If the flow rate is sufficient, it will flow out from around the disk as a free film flow.In this case, U8
= ○, rc in equation (11) depends only on the static pressure, but since the static pressure changes depending on the thickness of the membrane flow, it splits into thick linear flows with various rcs, creating cavities. , it turns into a falling motion due to the action of gravity. Conditions (13) and (14) cause these thick linear streams to break up into large droplets with various radii rs. However, due to the action of gravity, a vertical velocity component Uy is added to the radial velocity component Ur, and the resultant velocity U increases, so that a droplet with a large radius rs separates a small droplet in its spatial motion (14 ) satisfies the formula. Therefore, it is not possible to flow linear streams or drops of fixed size. A phenomenon similar to this is also observed when the radius R and rotational speed of the disk are relatively small. The above-mentioned known invention kites are only inventions related to the formation range of this free membrane flow. At low speed rotation (no = no,), UO in equation (11) is small and 0 is close to 90 degrees, so a linear flow with a large rc is formed on the disk, and as it approaches the periphery of the disk, Due to the rise of U8sin◇, the small linear flow of rc is separated and reaches the periphery of the disk. Therefore, free linear flows with various radii are emitted from the periphery of the disk, and the streamlines are therefore not constant, (13) and (14)
The radius of the droplets formed under these conditions is also not constant. In the case of a fairly high rotational speed (=2), the area close to the center of the disk is under the same conditions as the rotating disk with a small radius, and the area around the center of the disk is under the same conditions as the rotating disk with a small radius. Since rc is large, a linear flow with a large rc is formed on the disk according to equation (11). However, as the radial coordinate r increases, U8sing increases, separation of the linear flow with small rc occurs, and as it approaches the periphery of the disk (r→R), the conditions (11) and (12) are satisfied. The turbulent boundary layer becomes thin film flow. This thin film has the effect that (11) especially 1
2) splits into a free linear stream of constant radius, which is further split into spherical droplets of constant size by (13) and (14). Under sufficiently high rotation speed (= 3), a thin film flow of boundary layer is formed over the entire disc surface, and when this is launched from the periphery of the disc in a small direction at high speed, it forms a free line of constant radius. It splits into a spherical flow, and then into spherical bottles of a certain diameter. As mentioned above, in order to obtain a linear flow or a spherical droplet of a certain size, it is necessary to form a thin film flow of the boundary layer at least around the disk, and therefore to provide a fairly high speed rotation under a constant flow rate. is necessary. Furthermore, in order to obtain a linear flow with a large rc or a spherical droplet with a large rS of a certain size, it is necessary to prevent irregular splitting of the linear flow on the disk. For this purpose, it is clear from the above explanation that it is rational to rotate a disk having a relatively small radius R at high speed. As in the known invention, even if a disk with a diameter of 50 to 20 mm is rotated at a low speed of 1500 to 50 mm, it is difficult to form a turbulent boundary layer, and therefore a linear flow or a sphere of a certain size is difficult to form. I can't get rid of the drops. In Figure 3, a linear flow is launched from a point 0 on the periphery of the disk as the origin? the x-axis in the direction of
Take the y-axis vertically. Let the velocity of a linear flow or a spherical droplet in the plane be u, its velocity components in the x and y directions be ux and uy, and the angle between u and rx be Q. ○′ of this two-dimensional motion
The initial velocity at is U given by equation '8}. The diameter of the spherical particle is the base (伽) (= 国S), and the time is a (sec).
, the acceleration of gravity g, and the drag force due to the stationary fluid with the surrounding density pf (g/ground) being (g), the equation of motion is given by the following equation. Here ux=u COSQ, uy=u
sinQ, zumi u2 x ten y,? is given by the following equation, assuming that the cross-sectional area of the particle is AP (=light d2s/4) and the drag coefficient is Co. ? =C. The cape is f (16) The drag coefficient Co in the spherical particle is “
It is a dimensionless number determined by the Ray nozzle number Re=dsU/w (where f is the kinematic viscosity of the stationary fluid) and is given a numerical value for engineering calculations. Even in the spatial motion of a linear flow with radius rc, is there a drag force acting on its tip? Using equation (13), rs=ノ3/21rc
It can be approximately determined from equation (16) as a sphere. In equation (15), Q changes with time and CD changes with u, so it is difficult to unambiguously solve this, but a solution can be determined by successive approximation. In other words, if initial velocity (u)8=o=U is given, velocity (u
x,uy) and position (x,y) can be determined over time. Further, the position where the linear flow splits into spherical droplets can be determined as the point where u coincides with U in equation (14). That is, the streamlines of spatial motion and the formation positions of the droplets in FIGS. 3 and 4 are all determined quantitatively by solving equation (15). Furthermore, the torque T (k91m) of the disk is the radius R (m) of the disk, the acceleration of gravity g (m/sec2 unit)
, can be calculated using the following formula using the unit of the density of the melt p (k9/me). T:cf etc. p (17> Therefore, the power days required to rotate the disk (
P. S. ) is calculated by the following formula, assuming the rotational speed is N (rpm). The drag coefficient Cf is known as a function of Re=■R2/Sh.
It can be calculated by (19). Equations '41 to (16) and (19) are {21 and '3}, that is, relational expressions when a turbulent boundary layer is formed on the rotating disk. Generally, in the case of a melt with a low working viscosity, the thickness 6 of the turbulent boundary layer increases in proportion to r3'5, and by using high-speed rotation, the turbulent range is set to Re=■R2/〃. As a result, a stable boundary layer thin film flow can be formed around the disk. However, in the case of a melt with high kinematic viscosity, (3}'
This makes the thickness 6' of the laminar boundary layer considerably large and, moreover, independent of the radial coordinate r. Therefore, even in a relatively low speed rotation, that is, in the laminar flow range of Re=R2/2, it is possible to form a thin film flow of a stepwise boundary layer on the disk. In the case of a laminar boundary layer, U8 and Ur can be found using the following equation instead of the {5} equation, and 8' can be used instead of 6 in the '7}, 00 equation. Fortress {・-(Yu)} 2 [4'' Shibu = Skin 5 {(Chi) - 2 (Yu) 20 (Ru) 3} [5-' Also, Cf in equation (17) is the equation (19) Instead, it can be calculated from the following equation regarding the laminar boundary layer. Cf = equal voice sign (19)' In other words, when a laminar boundary layer of ■', [milk'] is formed, the same theoretical calculation as in the case of a turbulent boundary layer is possible. As mentioned above, the present inventors assumed that the melt does not solidify and is always kept at a constant temperature, and that the surrounding area is a stationary gas with a constant temperature and pressure. The theory of formation was clarified. In this case, if the linear flow of a certain size is coagulated, long fibers of a certain size will be obtained, and if this linear flow is split into spherical droplets of a certain size and then coagulated, spherical particles of a certain size will be obtained. It will be done. When processing high-temperature melt with a rotating disk,
The surrounding stationary gas will cause convection as the temperature rises, its physical properties will change, and the drag force in equation (16) will also change. If a gas at a specific temperature is flowed at a flow velocity uf parallel to and in the opposite direction to the streamline of a free linear flow, the drag force in equation (16) is
increases to the value when u + uf. Also, even if the temperature of the gas is lowered and the pressure is increased, does equation (16) change?
rises. The rise in ◇ is the initial velocity of the linear flow (u)8=o=
The time required for U to drop to Us in equation (14) is shortened, the formation of a sphere is accelerated, and its movement distance is shortened. When creating a rational gas flow in this way, changes in the physical properties of the gas are also significantly reduced. On the other hand, if a body at a certain temperature is caused to flow parallel to the streamline of a free linear flow at a velocity uf, then (16)
The value of the equation decreases to the value when u decreases to u - uf. Furthermore, even if the temperature of the gas is increased and the pressure is decreased (16
) decreases. The decrease in M retards the decrease in the initial velocity U of the linear flow and prevents the formation of droplets. angle from the periphery of the disk)
A linear flow launched at high speed in the direction of , gradually changes from horizontal motion to falling motion. Therefore, in order to actually achieve good agreement between the directions of the linear flow and the gas flow, it is necessary to flow the horizontal gas flow at an angle ◇ in the horizontal movement section of the linear flow in the opposite direction or in the same direction as the linear flow. be. A well-known invented light, like the value,
Merely using jets at any downward angle may cause fiber breakage and spheroidization. In other words, is the combined use of gas flow in equations (15) and (16)? It is necessary to rationally determine the direction and velocity of the flow.
In general, the viscosity is large and the surface tension is high. The silicate melt easily forms a fine linear flow and solidifies as fibers under normal cooling rates.
On the other hand, 〃 is small. Melts of metals and alloys with a large diameter form a relatively thick linear flow, which solidifies after breaking up into spherical droplets under normal cooling rates. This is why many of the above-mentioned known inventions are clearly classified into inorganic fiber manufacturing methods and metal particle manufacturing methods. However, even with silicate melts, ``spherical particles can be obtained if the kinematic viscosity is lowered by heating at high temperatures, and ◇ is increased by flowing antiparallel linear flow of hot gas, and solidification is delayed. On the other hand, even though it is a molten metal, the surface tension can be lowered by heating it to a high temperature or adding components that significantly lower the surface tension (S, Se, Sb, La, Ce, 8, Sn, etc.), turning the cold gas into a bran-like flow. By measuring the decrease in coagulation rate and increase in coagulation rate when flowing in parallel, it is possible to coagulate it as a fiber.The basic theory of the present invention described above can be expressed in an easy-to-understand manner as follows.1 Constant kudzu body flow rate , the disk radius R depends on the kinematic viscosity 〃1
and rotational angular velocity to form a thin film flow of a boundary layer with a specific thickness h around the disk. 2. When a thin film flow is launched from the periphery of the disk, a free linear flow with a specific radius rc determined by a specific thickness h is formed due to the action of surface tension 〇. 3 A linear flow with a specific radius rc is caused by the surrounding gas and the drag force ◇
Due to the action of , it splits into spherical droplets with a specific radius rs determined by rc. 4. In order to speed up the formation of a ball droplet and shorten the moving distance,
By running a horizontal gas flow in exactly the opposite direction to the linear flow, or by decreasing the temperature and increasing the pressure of the gas?
Make it bigger. To prevent fiber breakage and droplet formation, by running a horizontal gas flow in exactly the same direction as the linear flow, or by increasing the temperature and decreasing the pressure of the gas? Make smaller. 5 All of these processes can be quantitatively determined by theoretical calculations. Furthermore, the differences from the known inventions '1}, {2', and '3}, which may seem similar to the present invention at first glance, will be clarified. {1}, '21, '3} are all from P. 156 of the Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, No. 29, No. 879-905
“On the fiberization of liquid by a rotating disk” reported in
Based on the research titled. P. on that statement. 188 and P. of the specification of {3}. q,,q2 shown in 354
, q3 (earth/sec) is an experimental formula obtained in the above research, and is not a theoretical formula. These empirical formulas are based on the following equations: water, an aqueous solution of glycerin, and an aqueous solution of starch syrup, i.e., liquids with a velocity of 0.0114 to 28.7/sec, are placed on a rotating disk with a diameter D (=wave) of 50 to 20 m/sec. and the rotation speed n = 500 to 400 pm (no: 52.4
~418. The free liquid flow ejected from the periphery of the disk at ad/sec) was observed by photography, and the maximum flow rate q, which is ejected as droplets, the minimum flow rate q3 at which a free film-like flow is formed, and q. The flow rate q2 at which a good fibrous flow can be obtained when
dyne·sec/earth) and surface tension. It is expressed as a function of (d starvation/ga). 0 relates only to plane flow on a disk, and 0 relates only to spatial free flow, respectively.
These empirical formulas include both Hoshi and O. In addition, the experimental conditions Re=■R2/is in the range of 38 to 36×1, which includes the formation range of the low-velocity laminar boundary layer transition region and the turbulent boundary layer, but there is no effect on the formation of the boundary layer. No consideration was given. Therefore, these empirical formulas simply state that when the flow rate is below q (when the plane flow on the disk is thin), the formation of droplets occurs, and when the flow rate is above q (when the plane flow is thick), the formation of free membrane flow occurs. This merely indicates that a fibrous flow is formed at an intermediate flow rate q2 between the two critical flow rates. Therefore, it is not an equation that completely describes the theory of fiber or spherical particle formation, nor is it an equation that represents the manufacturing conditions for spherical particles and fibers of a particular size. Furthermore, let's pay attention to the examples '2} and '3'. [Example 3- of spherical particles has 1500q○ of molten blast furnace slag on D=40 side, n=100pm (=104
.. 7 rad/sec) on a rotating disk with q=10 ground/sec
This is the result when dropping at a flow rate of c. If we estimate the kinematic viscosity of the melt to be 1.5/sec, Re = R2/Hi3 is 272, and the thickness of the laminar boundary layer of {3}' is 6'30.
.. 405 skin. On the other hand, if we calculate the thickness h of the film-like flow around the disk according to the theory of the present inventors, it is probably h≦0.
, a value of 7 skin will be obtained. This thick film-like grain is in a state similar to the case of =◯ in Figs. 3 and 4, and is broken into droplets of various sizes of 0.45 skin (4500 french) or less by the above-mentioned mechanism. This almost coincides with the particle size distribution in Example {3l. In the production example of blast furnace slag fiber with m,
.. 1 rad/sec), q316/sec, p32. 5g/ground ~ If it is 1.5/sec, then Re = R
2/3 is 2618, and the thickness of the laminar boundary layer due to glue' is 6'...0. There are 33 kites. If we calculate the thickness of the film-like flow around the disk according to the inventors' theory, it will probably be h = 1.07 to 0.1 cm,
A linear flow of rc〒0.045 to 0.064 skin (450 to 640 peaks) should be emitted from the periphery of the disk. However, according to the embodiment, a total length of 200 mm or less and a diameter of approximately 10 Buddhas can be obtained. This is thought to be because, due to the low rotational speed, the thick linear flow curves vertically downward due to the action of gravity, becoming thinner due to its own weight, just like starch syrup hangs down and stretches.Also, from a downward angle of 500~ 8
The combined use of a 0° gas jet can also be understood as a means for promoting this elongation due to its own weight. In this case, if it becomes too thin, it will break, so the length remains at less than 20 ribs. According to the above explanation, the known invention ○-, [21
, [3} is clearly different in theoretical system and production conditions from the present invention, which concerns the production of long fibers of a specific size. The present invention is based on the theory based on the above-mentioned research by the inventor, and relates to a method for producing fibers of a specific size.
Any molten material selected from the following has a hard viscosity in the range of 0.001 to 10/sec and a ratio of surface tension to density of 40 to 40 M skin/g
Preferably, the melt is set to be in the range of 40 to 25 m/g; the radius of the outlet is r. through a conduit with a diameter in the range of 3 to 3 mm and a smooth refractory surface with a diameter of 50 to 200 mm, while maintaining the melt outflow rate at a specific value in the range of 5 to 500 mm/sec. to the center of the rotating disk and maintain the rotational speed of the disk at a specific value within the range of 3000 to 3000 pm; the radius r of the conduit. The distance between the outlet and the surface of the rotating disk is h.
When h. r. The diameter and rotational speed of the disk are selected in accordance with the kinematic viscosity of the melt, and the centrifugal force is used to determine the area at least near the periphery of the disk. Forming a thin film of the molten material having a thickness of While splitting, at the same time, gas around the disk is sucked in parallel to the linear flow and in the same direction as the direction in which the individual filaments of the free linear flow extend, thereby creating a space in which the linear flow moves. a reduced pressure condition, which reduces the resistance to spatial motion of the linear flow and the solidification rate, promotes elongation of the length of the free linear flow, and prevents undesirable droplet formation; The present invention relates to a method for producing uniform long fibers of a specific size from a melt characterized by: solidifying the linear flow at the reduced cooling rate, the long fibers having a specific cross section are characterized by scales; The rotating disk used in the method of the invention shall be formed of a block of one material selected from fused silica, graphite, silicon carbide, silicon nitride, zircon, chamotte, alumina, and magnesia. For example, basic blast furnace slag or "Example 2" described below.
A silicate melt such as the one shown in FIG. 1 becomes spherical particles when fed onto a rotating disk in a high temperature and low viscosity state within the cooling rate range in the air at room temperature, and becomes fibers in a low temperature viscosity state. In these silicate melts, the change in surface tension with temperature is negligible. When a linear flow of a certain size of these melts is fired from the periphery of the disk into a stationary gas and solidified as fibers, the temperature of the gas is low and the density is high at the beginning of the melt supply, so the linear flow is Spheroidization of the flow tends to occur locally. In addition, since fibers have a significantly lower settling speed in gas than spherical particles, entanglement of fibers is more likely to occur. Therefore, as mentioned above, suctioning gas in the same direction parallel to the linear flow is extremely effective in producing long fibers. FIG. 5 shows an example of a device that also uses the gas suction described above. This gas is sucked into an annular slot 9 having a large number of gas guide plates 8 as a horizontal air flow in the same direction as the linear flow, and is exhausted through an annular main pipe 7. In this case, if there is a large difference in direction between the linear flow of the melt and the gas suction flow, there is a risk that the fibers will be more likely to be cut. Therefore, a large number of information boards 8
to adjust the direction of gas flow. In the fiber manufacturing method according to the present invention, the outlet radius of the conduit that supplies the melt to the center of the rotating disk is r. , the distance between the disk and the outlet is h. When h
. r. It is preferable to set it as 12 ribs from /2 (r./2). In the fiber manufacturing method according to the present invention, a melt in which solid or liquid particles are suspended is supplied onto a rotating disk, and fibers in which solid or liquid particles are separated can be manufactured. For example, a melt of cupola slag or blast furnace slag, in which droplets of cast iron or pig iron are suspended, is fed onto a rotating disk, and the suspended heavy droplets are shortened and allowed to fall with a spatial motion distance, causing the melt to The free linear flow can be coagulated into fibers and both can be separated and collected. The method for producing fibers according to the present invention is a ``thin film flow in the boundary layer'' formed on a rotating disk, that is, a ``thin film flow in which velocity components in the tangential direction as well as in the radial direction occur over the entire thickness''. It is based on quantitatively controlling the thickness. When the kinematic viscosity of the melt is relatively high and the required radius of the fiber is relatively large, the thin film flow of the laminar boundary layer is When the required radius is low, 4 mm, a thin film flow of a turbulent boundary layer is formed on each rotating disk.The thin film flow is not formed even if a disk with a small radius is rotated at a low speed.The present invention They used a disk with a radius of 25 to 15 mm and a radius of 30.
Experiments were carried out in the rotational speed range from 0 to 100 pm, and
It has been confirmed through theoretical calculations and experiments that the thickness of the thin film flow in the boundary layer and therefore the radius of the fibers formed by its fragmentation can be adjusted over a wide range. This also allows the processing of large amounts of melt with a relatively small radius disk.When processing hot chicks with a rotating disk,
A large centrifugal force acts on the heated disk. Further, thermal shock stress due to rapid heating and rapid cooling acts at the start and end of the process, respectively. Metal materials have high thermal conductivity and are easily deformed, so they are unlikely to be destroyed by thermal shock. However, even if it is a heat-resistant steel, if it exceeds 60,000, the creep strength will be significantly reduced, and centrifugal failure will easily occur during high-temperature, high-speed rotation, making it difficult to withstand long-term use. Even though it is a superalloy, the allowable temperature is only 800 degrees Celsius or less. Therefore, when processing large quantities of high-temperature melts, it is necessary to use refractory or ceramic disks. However, basic and refractory viscous bricks such as magnesia brick and chamotte brick have a low high temperature softening point and a large coefficient of thermal expansion, so they cannot sufficiently withstand centrifugal and thermal shock stress. Fused silica and graphite bricks have extremely low coefficients of thermal expansion, excellent thermal shock resistance, and fairly high high temperature strength. However, even with these refractories, the tensile strength is significantly lower than the compressive strength, and it is difficult to use them under conditions where centrifugal stress is applied due to high-speed rotation. This is why many known inventions have been limited to processing a small amount of melt through low-speed rotation. Mass processing of high-temperature melt according to the present invention becomes possible only through the development of a disk that can withstand high-speed centrifugal rotation at high temperatures. The present inventors analyzed the thermal shock stress that occurs during rapid heating or cooling of a disk as well as the centrifugal stress that occurs during high-speed rotation. We have developed a structure of a rotating body that has a rotating disk surface of the required radius by integrating the two by fitting. The present invention requires an apparatus for producing long fibers that has a disk surface made of a specific refractory and a rotating body that can withstand high-speed rotation at high temperatures. FIG. 6 shows the principle of construction of a rotating body used in the fiber manufacturing method according to the present invention, and FIGS. 7 and 8 show examples of the rotating body. In FIG. 6, the refractory block 11 has a short cylindrical shape with a height t=1 to 2 fences with a required disk radius R at the top, and Q=
It transitions into a vice principal conical shape with a gentle slope of 12 to 35 degrees, and the bottom is 8
Transition into a battle cone shape with a steep slope of = 60 to 80 degrees. The heat transferred onto the disk with radius R "flows along the streamlines marked with arrows." Much of the heat flow is radiated to the outside world from the gently sloped conical surface in the middle, and the heat flow is radiated to the outside world from the gently sloping vice-principal conical surface in the middle. The heat flow reaching the annulus 12 and the bottom plate 3 is significantly less.That is, the middle part of the refractory block effectively prevents the temperature rise of the heat-resistant steel cage.The refractory has a high compressive strength, but a very low tensile strength. Low. Thermal shock stress can be reduced by high-temperature coheat on the disk surface. However, even though fused silica has the highest high-temperature strength among industrial refractories, it is susceptible to centrifugal stress generated by high-temperature and high-speed rotation. Therefore, as shown in Fig. 6, the refractory block turtle 1 is fitted into a retainer consisting of a heat-resistant steel side ring 12 and a bottom plate 13 with sufficient thickness, and the refractory block is Even if this happens, the centrifugal load F of the broken block is supported by the side ring 12 by swerving the inclination angle Q of the middle part to a small value, thereby preventing the centrifugal release of refractory fragments.That is, the refractory block The warhead conical surface with a small inclination angle in the middle part prevents the temperature rise of the heat-resistant steel side ring, maintains sufficient creep strength, and at the same time supports all the centrifugal load caused by the fracture of the refractory block on the side ring. Refractory block 11
The steeply sloped vice principal conical surface at the lower part of the head fits with the side ring 12 to prevent it from coming off due to lifting during high-speed rotation. Further, as shown in FIGS. 7 and 8 (omitted in FIG. 6), a plurality of recesses 11c perpendicular to the rotation direction are provided at equal intervals on the bottom side surface of the refractory block 11, and one side ring 12 There is a protrusion 12a corresponding to this recess on the inner surface of the
are provided, and the fit between the two prevents the refractory block from idling. Height of the upper part of the refractory block 11 1-2
The vertical cylindrical surface on the side emits a thin film flow of the "boundary layer" from the periphery of the disk surface into space with a constant thickness, so in other words, it causes "complete separation of the boundary layer" around the disk surface. Refractories for rotating bodies are made of fused silica, graphite, silicon carbide to silicon nitride, zircon, chamots,
Selected from alumina, magnesia, etc. Furthermore, in order to prevent the temperature rise of the side ring 12 and the bottom plate 13 of the cage, "in the example shown in Figures 7 and 8, a fireproof and insulating layer 6 is placed under the refractory blocks", and a mat-like layer is placed below that. Each part is fixed together by adhering the layers 17 of heat insulating material and filling the gap with the side ring 12 with castable refractory material. However, since graphite has a high thermal conductivity, there is a risk that the side ring 12 in the single block shown in Fig. 7 will be overheated when processing high-temperature melts.Other refractories are Its high temperature strength and thermal shock resistance are significantly lower than those of fused silica and graphite, making it difficult to use the single block of Figure 7 at high melt temperatures. Refractory block 11 for plates
The periphery of a is backed up with a fused silica block 11b, and the two are brought into close contact to form a combined block having the same shape as shown in FIGS. 6 and 7. The refractory block 11a has a cylindrical upper part and a regular polygonal columnar lower part having a smaller cross-sectional area than the upper cylinder.
The sides of the refractory block 11a are surrounded by a separate fused silica block 11b, except for one or two willow cylinders at the top thereof, and the bottom surface of the refractory block 11a is covered with a neutral refractory layer 19 selected as required.
The lower surface of the neutral refractory layer 19 is on the same horizontal plane as the lower surface of the fused silica block 11b. A combination block for an integrated rotating body is formed. As shown in FIG. 8, the combination refractory block has a refractory insulation brick layer 16, a mat-like insulation layer 1, similar to the single refractory block shown in FIG.
7 together with a side ring 12 and a bottom plate 13 in a heat-resistant steel retainer, and are fixed together by filling with Kistapple refractory 18. The bottom plate 13 of the heat-resistant steel cage is the sixth
, 7 and 8, it is fixed to the boss 15 by short legs 14 arranged at equal intervals around the center of the lower surface, and a space is formed between the lower plate 13 and the boss 15. As the disk rotates, gas flows within this space, so
A rise in temperature of the bottom plate 13 and boss 15 is effectively prevented.
In addition, in the examples shown in FIGS. 7 and 8, the boss 15 is mounted on the shaft by an inpolyute spline, so that
Discs can be replaced quickly. The present inventors have discovered that even when molten steel of 1600 qo is processed for a long time using a rotating body having the structure shown in FIG. ℃ or less, the temperature of the bottom plate 13 remained below 350 qo, and it was confirmed that the heat-resistant steel and the boss material maintained sufficiently high creep strength. The scope of application of the present invention is extremely wide. Namely: Methods for producing fibrous materials include metallurgical slags containing a considerable amount of silicic acid, such as blast furnace slag for iron making, electric furnace slag for iron making, slag from cast iron melting in cupolas or electric furnaces; glass, mineral fibers, various It can be applied to composites of various inorganic substances such as metallurgical fluxes, refractory silicates, and shelf salts; metals to which components that significantly reduce surface tension are added; and semiconductor materials such as silicon. Next, the present invention will be explained with reference to examples. Example Production of Fibers of Melted Flux The disk is driven by a hydraulic transmission device consisting of a variable flow rate hydraulic pump and a constant displacement hydraulic pump, and the rotational speed is measured and controlled by a control operation (PI). However, the output of the electric motor for driving the hydraulic pump is relatively small (1 W), but the rotation speed can be adjusted within the range of 0 to 3000.
I used one that was extremely wide, like the pm. Inside the outlet d. =1 Using a graphite conduit, introduce a molten flux with the following composition to a graphite disk with the configuration shown in Figure 8,
Spherical particles and fibers were produced. Composition of molten flux: 41.2%Si02, 4.0%AI203, 1.9%F
e203, 26.5%Ca0, 0.7%Mg0, 7.2
%Na20, 11.4%NaF, 7.4% Mountain F3 Molten flux density: 2.7 g This molten flux becomes spherical particles by lowering the viscosity by heating at high temperature, and by keeping it at a low temperature, the viscosity decreases. The temperature change in surface tension, which becomes fibers when the temperature is increased, is so small that it can be ignored in such a silicic acid melt. A rotating disk with an effective diameter De=9 was used to produce spherical particles and fibers under various rotational speeds. FIG. 9 shows the relationship between the rotational speed, the diameter of the obtained spherical particles and fibers, and the range of variation thereof. The melt temperature, processing speed, kinematic viscosity and surface tension in the production of spherical particles and fibers are as follows. Fiber production: European temperature: 1150qo Processing speed: 2k9/min Kinematic viscosity of the melt: 1.2/sec Surface tension of the melt: 51 Myne/skin Figure 9 Relationship between rotational speed and particle or fiber diameter is in close agreement with theoretical calculations, and the variation in size is also extremely small. The length of the obtained fibers reached more than 50 m.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は融体を導管により回転円板の中心に供給すると
き、円板上に境界層の薄膜流が形成される過程を解説す
る縦断面図、第2図イ,口はそれぞれ回転円板の周辺か
ら発射された定厚さの薄膜流が発射直後に特定半径の線
状流に分裂し、前記線状流がさらに特定半径の球滴に分
裂する過程を示す平面図と縦断面図、第3図は一定半径
の円板上に融体を供給するとき、円板の回転速度により
、線状流とその分裂により形成される球滴の空間運動と
サイズが変化する過程を示す縦断面図、第4図イ,口,
ハ,二はそれぞれ第3図の回転円板の回転速度が異なる
場合の平面図、第5図は円板周辺から発射された線状流
と同一方向にコントロールされた水平吸引気体流を併用
する本発明による繊維製造装置の一例を示す縦断面図、
第6図は本発明による繊維製造法に用いられる回転体の
縦断面図、第7図イ,口はそれぞれ本発明に使用される
回転体の1つの実施例を示す平面図と縦断面図、第8図
イ,口はそれぞれ本発明に使用される回転体の他の実施
例を示す平面図と縦断面図、第9図は同一組成の溶融フ
ラツクスから、その粘度を調節することにより繊維を製
造した実施例における粒子および繊維の直径の回転速度
への依存性をブロットした図である。 1・・・導管、2・・・回転円板、3・・・薄膜流、4
・・・線状流、5・・・球滴、6・・・タンデツシュ、
7・・・気体の環状主管、8・・・案内板、9・・・環
状スリット、10・・・リンク機構、11・・・耐火物
ブロック、11a・・・特定耐火物の耐火物ブロック、
11b・・・溶融石英質ブロック、11c・・・耐火物
ブロックの底部側面のくぼみ、12…保持器の側環、1
2a・・・側環内面の突起、13・・・保持器の底板、
14・・・底坂下面の短脚、15・・・ボス、16耐火
断熱煉亙層、17・・・マット状断熱材の層、18・・
・キャスタブル耐火物、19・・・中性耐火物。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図 第9図
Figure 1 is a longitudinal cross-sectional view explaining the process by which a thin film flow of the boundary layer is formed on the disk when molten material is supplied to the center of the rotating disk through a conduit, and Figure 2 A and the mouth are respectively the rotating circles. A plan view and a longitudinal sectional view showing the process in which a thin film flow of constant thickness launched from the periphery of a plate splits into a linear flow with a specific radius immediately after launch, and the linear flow further splits into spherical droplets with a specific radius. , Figure 3 is a longitudinal cross-section showing the process in which the spatial motion and size of droplets formed by linear flow and its breakup change depending on the rotational speed of the disk when melt is supplied onto a disk with a constant radius. Front view, Figure 4 A, Mouth,
C and 2 are plan views when the rotational speed of the rotating disk in Fig. 3 is different, and Fig. 5 shows a combination of a linear flow emitted from the periphery of the disk and a horizontal suction gas flow controlled in the same direction. A vertical cross-sectional view showing an example of a fiber manufacturing apparatus according to the present invention,
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a rotating body used in the fiber manufacturing method according to the present invention, and FIG. Figure 8A and Figure 8 are plan views and vertical cross-sectional views showing other embodiments of the rotating body used in the present invention, respectively, and Figure 9 shows fibers made from molten flux of the same composition by adjusting its viscosity. FIG. 3 is a blot of the dependence of particle and fiber diameters on rotational speed in manufactured examples. 1... Conduit, 2... Rotating disk, 3... Thin film flow, 4
... Linear flow, 5... Ball drop, 6... Tandesh,
7... Gas annular main pipe, 8... Guide plate, 9... Annular slit, 10... Link mechanism, 11... Refractory block, 11a... Refractory block of specified refractory,
11b... Fused silica block, 11c... Recess on bottom side of refractory block, 12... Side ring of retainer, 1
2a...Protrusion on the inner surface of the side ring, 13...Bottom plate of the retainer,
14...Short legs on the lower surface of the bottom slope, 15...Boss, 16 Fireproof insulation brick layer, 17... Layer of mat-like insulation material, 18...
- Castable refractories, 19...neutral refractories. Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 4 Figure 5 Figure 6 Figure 7 Figure 8 Figure 9

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 金属、スラグならびにフラツクスのうちから選ばら
るいずれかの融体において、その動粘度が0.001か
ら10cm^2/secの範囲にあり、かつその表面張
力と密度の比が40から400dyne.cm^2/g
好ましくは40から250dyne.cm^2/gの範
囲にあるよう設定し;前記融体を、流出口の半径r_0
が3から30mmの範囲にある導管を通し、融体の流出
速度を5から500cm/secの範囲の特定値に維持
しながら、直径50から200mmの平滑な耐火物表面
をもつ回転円板の中心に導びき、円板の回転速度を30
00から30000rpmの範囲内の特定値に維持し;
前記導管の半径r_0の流出口と前記回転円板表面との
距離をh_0とするとき、h_0をr_0/2から(r
_0/2)+2mmの範囲とし;前記円板の直径と回転
速度とを前記融体の動粘度に対応して選定し、遠心力に
より円板の周辺付近において特定の厚さを有するような
前記融体の薄膜流を形成させ;前記薄膜流が、前記円板
の回転による遠心力により、円板周端から空間へ放射さ
れた直後に特定半径の自由線状流に分裂させながら、こ
れと時に、前記線状流に平行かつ前記自由線状流の個々
の線条のの延伸する方向と同一方向に円板周辺のガスを
吸引することにより前記線状流の運動する空間を減圧状
態とし、これにより前記線状流の空間運動に対する抵抗
と凝固速度とを低下させ、自由線状流の長さの伸長を促
進し、好ましからざる球滴の形成を防止し;前記の伸長
された線状流を前記低下された冷却速度で凝固させるこ
とにより、特定断面サイズの長繊維をうること=を特徴
とする融体から均一な特定サイズの長繊維を製造する方
法。 2 前記回転円板が、溶融石英、黒鉛、炭化珪素、窒化
珪素、ジルコン、シヤモツト、アルミナ、マグネシアの
うちから選ばれるいずれか1種の物質のブロツクで形成
される特許請求の範囲第1項載の方法。
[Scope of Claims] 1. Any molten material selected from metal, slag, and flux, whose kinematic viscosity is in the range of 0.001 to 10 cm^2/sec, and whose surface tension and density are The ratio is 40 to 400 dyne. cm^2/g
Preferably 40 to 250 dyne. cm^2/g; the melt is set to have a radius r_0 of the outlet.
through a conduit with a diameter in the range 3 to 30 mm, maintaining the outflow velocity of the melt at a specific value in the range 5 to 500 cm/sec, at the center of a rotating disk with a smooth refractory surface of diameter 50 to 200 mm. and set the rotational speed of the disc to 30
maintain a specific value within the range of 00 to 30000 rpm;
When the distance between the outlet with radius r_0 of the conduit and the surface of the rotating disk is h_0, h_0 is calculated from r_0/2 to (r
The diameter and rotation speed of the disk are selected in accordance with the kinematic viscosity of the melt, and the diameter and rotational speed of the disk are selected in accordance with the kinematic viscosity of the melt. Forming a thin film flow of the melt; Immediately after the thin film flow is radiated from the circumferential edge of the disk into space by the centrifugal force caused by the rotation of the disk, it is split into a free linear flow of a specific radius; At times, the space in which the linear flow moves is brought into a depressurized state by suctioning gas around the disk in parallel to the linear flow and in the same direction as the direction in which the individual filaments of the free linear flow extend. , thereby reducing the spatial movement resistance and solidification rate of the linear flow, promoting an elongation of the length of the free linear flow, and preventing undesirable droplet formation; A method for producing uniform long fibers of a specific size from a melt, characterized in that long fibers of a specific cross-sectional size are obtained by solidifying the flow at the reduced cooling rate. 2. Claim 1, wherein the rotating disk is formed of a block of any one material selected from fused silica, graphite, silicon carbide, silicon nitride, zircon, siyamoto, alumina, and magnesia. the method of.
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