NO157292B - Dysetrekk-fremgangsmaate og innretning til oppdeling av smelter for fremstilling av fibre. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte til oppdeling av smelter for fremstilling av fibre etter trekkdyse-fremgangsmåten hvor det fra en digel som inneholder smeiten og under innvirkning av tyngdekraft og ekstra trykkrefter trer ut smelte-strømmer og deretter kommer i en trekkdyse hvor de oppdeles under innvirkning av gasser som strømmer med høy hastighet i det vesentlige parallelt med smeltestrømmene, uttrekkes og av-kjøles under stivnetemperaturen. En slik fremgangsmåte til fremstilling av mineralull er allerede foreslått i 1922

(DE-PS 429 554).

I EP-Offenlegungsschrift 38 989 ble det nå omtalt

en fordelingsmekanisme hvori det ved en sterkest mulig trykk-gradient i trekkdyseinnløpet bevirkes en oppspalting av smelte-strømmen i et flertall enkeltfibre.

Det ble nå funnet at trykkgradienten kan frembringes ved at det i trekkdyseinnløpet anordnes strømningshindringer.

Oppfinnelsens gjenstand er en fremgangsmåte for oppdeling av smelter for fremstilling av fibre som angitt oven-for, idet fremgangsmåten er karakterisert ved at trykkgradienten som fremhersker i trekkdysens lengderetning økes, idet det ved trekkdysens inntredelsesåpning anordnes strømnings-hindringer aom avbøyer gass-strømmene på tvers av retningen av de i trekkdysen inntredende drivgass-strømmer.

Oppfinnelsens gjenstand er videre en innretning

til gjennomføring av denne fremgangsmåte og bestående av en digel som inneholder smeiten og med uttredelsesåpninger og en under uttredelsesåpningene anordnet trekkdyse, hvori det på grunn av trykkfall fremhersker en til de fra uttredelsesåpningene uttredende smeltestrømmer parallell gass-strømning som griper smeltestrømmen ved trekkdyseinnløpet og oppdeler den, idet innretningen er karakterisert ved at det i innløpet av trekkdysen er anordnet strømningshindringer for økning av trykkgradienenten.

Som strømningshindring kan det være anordnet mekaniske strømningshindringer. Fortrinnsvis forstyrres den i trekkdysen innløpende strømning ved innblåsning av et fluidum i det vesentlige på tvers til innløpsstrømningen som ville danne seg uten forstyrrelse. Det innblåste fluidum bidrar til å øke trykkgradienten i dyseinnløpet; på den ene side ved at det tilveiebringes ekstra masser som skal akselereres og på den annen side når fluidet innblåses i form av! fine stråler som strømnings-hindring for den innstrømmende omgivelsesluft og dermed i form av en forsnevring av innløpstverrsnittet umiddelbart i dyseinngangen. Fortrinnsvis innblåses derfor fluidet i form av fine stråler, i det følgende nevnt tverrstråler, idet tverrstrålene inntil sammenblanding med den omgivelses luft som strømmer i inn i dysen skal ha en rekkevidde som omtrent tilsvarer avstanden fra, dyseinnløpet inn til digelens smelteutstrømningsåpning. Tverrstrålene skal fortrinnsvis rekke minst til trekkdysemidten.

Fluidet kan i enkleste tilfelle være en gass, f.eks. omgivelsesluft, vanndamp eller en ihertgass som nitrogen. Fordelingen av smeiten kan videre påvirkes ved at tverrstrålene frembringes ved hjelp av en med omgivelsesgassen under varmefrigjøring reagerende gass. Eksempelvis kan det som gass for tverrstrålene anvendes hydrogen eller hydro-karboner som forbrenner med omgivelsesluftens oksygen. Dette kan spesielt være av interesse når >smelter med høy viskosi-

tet, f.eks. glassmelter, oppdeles,, spesielt skal uttrekkes til fibre. Som fluidum til frembringelse av tverrstråler kan det imidlertid også anvendes fordampende væsker, f.eks. vann. Dette er spesielt hensiktsmessig når det er nødvendig med en hurtig avkjøling av smeiten som skal oppdeles, f.eks. ved oppdeling av metallsmelter.

Mengden av det som tverrstråler innblåste fluidum

skal utgjøre 2 til 40 vekt-% av den i trekkdysen tilsammen inntredende gass. Fortrinnsvis skal mengden av den som tverrstråler innblåste gass utgjøre 5 til 20 vekt-% av den i trekk-

i

dysen inntredende gass. Anvendes ,som fluidum en væske skal denne fortrinnsvis fordampe fullstendig i innløpet av trekkdysen. Spesielt fordelaktig kan det anvendes en væske-gass-blanding.

Retningen av tverrstrålene ved sammentreff med inn-

' o

løpsstrømningen kan være avbøyet fra 50 mot innløpsstrømmen til 25° i retning av innløpsstrømmen hver gang målt fra vertikalen på trekkdyseaksen. Fortrinnsvis skal innløpsstrømmen være rettet mellom loddrett til dyseaksen til 30° mot retningen av innløpsstrømmen.

Hastigheten av tverrstrålene, deres retning og mengden av det som tverrstråler innblåste fluidum samt trykkfallet i trekkdyseinnløpet (som det ville danne seg uten tverrstråler) står i et snevert sammenheng. Ved overlydstrekkdyser oppnås fortrinnsvis gode resultater når tverrstrålehastigheten også ligger i overlydsområdet, f.eks. mellom 1- til 3-ganger lyd-hastigheten. I dette tilfelle utgjør den som tverrstråler innblåste gass spesielt foretrukket 8 til 16 vekt-% av den i trekkdysen tilsammen inntredende gass.

Ved siden av den virkning som fordelaktig påvirker uttrekningsprosessen med hensyn til økning av trykkfallet i dyseinnløpet forbedres ved hjelp av tverrstrålene også frem-gangsmåtens økonomi vesentlig: Smelteuttredelsesåpningene

av smeltedigelen kan føres nærmere trekkdysens overkant således at på grunn av den sterkere sugevirkning av innløps-strømmen pr. nippel strømmer ut en større smeltemengde fra digelen. Videre kan smelteuttredelsesåpningene være anordnet tettere hverandre, da tverrstrålene også utøver en skille-virkning på de enkelte smeltetråder således at det ikke kommer til sammenstrømning av naboplasserte smeltestrømmer. Ved gunstig anordning kan det ses bort fra nipler på undersiden av digelen. Det er da på grunn av tverrstrålenes skille-virkning mulig å la smeiten strømme ut fra enkle utboringer

i en i det vesentlige plan digelunderside uten at det kommer til den kjente oversvømning av digelunderkanten med smelte.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen bevirker en intens oppspaltning av smeltetråden i trekkdyseinnløpet. Spesielt ved oppdeling i fibre og mineralfibre fås dermed finere fibre med mindre deler av perler, tykke fiberstykker og med hverandre sammenklebede fibre. Fiberdiameterfordelingen av ifølge oppfinnelsen frembragte fibre (mineralull) har en spesielt liten fordelingsbredde.

Ytterligere detaljer ved oppfinnelsen beskrives ved hjelp av følgende figur.

De på figurene angitte tall beskriver henholdsvis følg-gende konstruksjons- resp. funksjonselement:

T Smeltedigel

2 Mineralsmelte

3 Digelens smelteutstrømningsåpning

4 Smeltestrøm

5 Trekkdyseinnløp

6 Trekkdysens uttrekningsdel

7 Drivstråledyse

8 Drivgasskammer

9 Drivgasstilførselsledning

10 Diffusor

11 Innløpsstrømning

12 Tverrstråle

13 Gassledning for tverrstråler

14 Tverrstråledyse

På figur 1 er det eksempelvis vist en innretning til fremstilling av mineralfibre etter dysetrekk-fremgangsmåten. En smeltedigel 1 inneholder mineralsmelten 2. På undersiden av smeltedigelen befinner det seg smelteutstrømningsåpninger 3 som er anordnet i rekker bak hverandre. Av smelteutstrøm-ningsåpningene 3 trer det ut smeltestrømmer 4. Smeltestrøm-mene 4 trer inn i den derunder viste loddrett til tegneplanet slissformet trekkdyse. Trekkdysen består av et dyseinnløp 5, en uttrekningsdel 6 og en derunder anordnet diffusor 10. Videre inneholder trekkdysen drivstråledyser 7 som mates fra et drivgasskammer 8. Drivgasskammeret 8 tilfører over en ikke vist drivgassledning trykkgass av 3 til 12 atmosfærer. Trykkgassen avspennes ved hjelp av en drivstråledyse 7. De gjennom drivstråledysen 7 frembragte drivstråler bevirker et undertrykk i trekkdysen, således at det fra omgivelsen over trekkdysen innsuges omgivelsesluft i trekkdysen under dannelse av innløpsstrømningen 11.

Under virkning av trykkgradientene i innløpsstrøm-ningen oppspaltes smeltetrådene 4 i nærheten av dyseinnløpet 5 i et flertall av enkelttråder som deretter videre tilsuges i uttrekningsdelen av dysen. Virkningen av innløpsstrømningen på smeltetrådene er nå desto sterkere jo større trykkgradi-

enten langs innløpsstrømningen er.

Ifølge oppfinnelsen er det nå fra drivgasskammeret 8 anordnet ekstraboringer 14 som viser skrått til trekkdyseaksen og oppad. Gjennom boringene 14 trer tverrstråler 12 ut, som i det vesentlige forløper på tvers til innløpsstrømningen 11 som ville danne seg uten tverrstrålene. I den her viste anordning er boringene 14 hver gang anbragt på begge sider ved dyseinnløpet 5 mellom hver gang to smeltestrømmer 4.

I en spesiell anordning ifølge figur 1, hvor avstanden av smelteuttredelsesåpningen 3 fra trekkdyseinnløpet 5 utgjør inntil 6 mm, frembringes tverrstråler med tilstrekkelig rekkevidde når tverrstråledysene 14 har en diameter på 0,2 mm og trykket i drivgasskammeret 8 utgjør 5 bar.

Figur 2 viser en lignende fremstilling som på figur

1 i noe forstørret form. Smeltedigelen inneholder her ved

sin underside en dobbelt mot hverandre på mellomrom forskjø-vet nippelrekke 3,3'. Tverrstrålen 12 innblåses hver gang bare ensidig fra den til smeltestrålen 4 resp. 4' motsatte side av trekkdysen i innløpsstrømningen.

i Figur 3 viser en anordning av trekkdyse og smeltedigel i perspektiv. På undersiden av smeltedigelen 1 ses en dobbeltrekke av smelteutstrømningsnipler 3,3'. Ifølge oppfinnelsen inneholder trekkdysen i trekkdyseinnløpet 5 boringer for tverrstrålene 14 som mates fra drivgasskammeret 8.

i Figurene 4, 5, 6 og 7 viser forskjellige muligheter for utforming av tverrstråledysene. Figur 4 viser i første rekke i forstørret gjengivelse hver gang høyre halvdel av dyseinnløpet 5 som vist på figurene 2 og 3. Tverrstråledysen 14 og drivstråledysen 7 mates fra det felles drivgasskammer )8 med trykkgass, idet tverrstrålen 12 danner seg som angitt ved pilen. I motsetning til figurene 2 og 3 er tverrstrålen 14 her utformet som lavaldyse med en del som utvider seg. Utførelsesformen ifølge figur 5 har en adskilt tilførsels-ledning 13 for tverrstrålen 12. Det muliggjør å regulere i trykket i tverrstrålegasstilførselsledningen 13 uavhengig av drivstrålegasstrykket i drivgasskammeret 8.

På figur 6 er det vist en utførelsesform for tverr-strålegasstilførselsledningen 13 som muliggjør å variere retningen av tverrstrålen 12. Tverrstrålegasstilførselsledningen 13 består her av et i innløpskonturen av trekkdysen innpasset rør 15 med tverrs'tråledysen 14. Røret 15 kan dreies rundt sin akse, således at retningen av tverrstrålen 12 kan varieres tilsvarende den viste pil 16.

Utførelsesformen på figur 7 viser en til figurene

4, 5 og 6 analog detalj, idet her tverrstråledysen 14 er justerbar i uttredelsesretningen av tverrstrålen 12. Derved inneholder oversiden av trekkdysen boringer hvor det kan inn-føres smårør 17. Smårørene kan forskyves langs deres lengde-akse tilsvarende den viste pil 18. På denne måte kan mekaniske strømningshindringer 17 kombineres med tverrstråler. Derved er forskyvbarheten av smårørene 17 ved liktblivende drift ikke nødvendig. Selvsagt kan smårøret 17 også mates fra dirvgasstilførselsledningen 8 når det ikke er nødvendig med adskilt regulering av tverrstrålegasstrykket og forskyvbarheten av smårørene 17. Utførelsesformen ifølge figurene 5, 6 og 7 er spesielt egnet, når tverrstrålefluidet adskiller seg fra drivgassen. Ved anvendelse av vann som tverrstråle-fluidum utvirker kjølevirkningen av vannet som spesielt fordelaktig på trekkdysens levetid.

Figurene 8 til 13 viser foretrukne relative anordninger av smeltedigelutstrømningsåpninger 3 og tverrstråler 12. Figurene 8 til 12 viser hver gang et oppriss på dyseinn-løpet 5, idet smelteuttredelsesåpningene er projisert inn i

dyseinnløpet. Figur 8 viser en dobbeltrekke av smelteuttredelsesåpninger 3 og 3'. Tverrstrålene 12 viser respesktivt fra en side. av dyseinnløpet i retning mot.smelteutstrømningsåpningen på den overforliggende side.

På figur 9 er det vist en tilsvarende anordning, idet hver tverrstråle 12 på figur 8 er erstattet med to i vinkel til hverandre forløpende tverrstråler 12. Derved økes en tverrsnittforsnevrende virkning på dyseinnløpet 5 og trykkgradienten ved hjelp av tverrstrålene. Figur 10 viser i motsetning til de slissformede trekk-dyser ifølge figurene 8 og 9 en sirkelsymmetrisk trekkdyse. En slik anordning foreligger når figur 2 var som snitt gjennom en rotasjonssymmetrisk anordning. Tverrstrålene er hver gang rettet mellom to smelteuttredelsesåpninger 3. Figur 11 viser en anordning av tre rekker av smelte-utstrømningsåpninger 3, idet tverrstrålene 12 hver gang er rettet mot smeltestrømmen av den midlere rekke.

På figur 12 er tverrstrålene 12 fra figur 11 hver gang erstattet med to mot hverandre rettede tverrstråler 12 analogt figur 9.

Ved tverrstråleanordningen ifølge figurene 9 og 12 kan de hver gang parvis i planet loddrett til trekkdysemidtplanet mot hverandre rettede tverrstråler 12' og 12" ha for-skjellig vinkel i retning til trekkdysemidtplanet, således at de ikke treffer mot hverandre. Dette er vist på figur 13.

Figur 13 viser et snitt fra figur 9 resp. figur 12.

Figurene 14, 15 og 16 viser anordninger av mekaniske strømningshindringer 20. Figur 14 og 15 viser oppriss på trekkdyseinnløpet 5. Trekkdyseoversiden er betegnet 19, med 12 i tegningsplanet innprojiserte smelteuttredelsesåpninger. Strømningshindringen 20 er en blikkstrimmel som forløper på tvers over det slissformede dyseinnløp 5. Blikkstrimlene 20 er fortrinnsvis bare påloddet på en side av trekkdysen (loddested 21), således at trekkdysen f.eks. kan åpnes ved starting eller til rengjøring. Figur 16 viser et vertikalsnitt gjennom trekkdysen ifølge figur 14 til tydeliggjøring av anordningen av strøm-ningshindringene 20.

Figurene 17, 18 og 19 viser målinger av trykkfallet

i dyseinnløpet av en slissformet trekkdyse. Da trykkmålinger ved de faktisk for fiberdannelse innsatte slissdyser med

slissvidder på ca. 4-8 mm er meget vanskelig, ble det bygget en 6-ganger forstørret modell av en slik trekkdyse. I model-len hadde trekkdysen en slissbredde på 24 mm og en krumnings-radius R av innløpskonturen av trekkdysen på 6 mm. Under trekkdysen ble det frembragt et tilstrekkelig undertrykk, således at ved det snevreste sted av dysen oppsto trykk på

0,53 bar. Dette tilsvarer.det trykk som innstiller seg på dette sted ved en målestokkriktig overlydsstrekkdyse. Deretter ble det med en trykksonde isobarene i innløpsstrømningen utmålt.

Uten tverrstråler fremkom den på figur 17 viste iso-barprofil. Deretter ble en slik anordning med tverrstråler målt. Anordning og måleresultater er vist på figur 18. Tverrstrålene 12 trådte ut under en vinkel på 10° mot retningen loddrett til trekkdysens symmetriakse. Tverrstråletilførsels-ledningene 13 ble drevet med et trykk på 6 bar. Diameteren av tverrstråledysen 14 utgjorde 3 mm.

Fiur 19 viser et lengdesnitt gjennom isobarpro-filen ifølge figur 18 tilsvarende linjen A-A. Den opptrukne sorte linjen 19 på figur 13 betegner overkanten av trekkdysen ifølge 19 på figur 12.

Figurene viser tydelig innvirkning av tverrstrålene på trykkfallet i dyseinnløpet. Det faktiske forhold kunne være ennu mere utpreget når den varme smeltestrøm i tillegg påvirker trykkprofilen.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte til oppdeling av smelter for fremstilling av fibre etter trekkdyse-fremgangsmåten, hvor det fra en digel (1) som inneholder smeiten og under innvirkning av tyngdekraften og ekstra trykk-krefter trer ut smeltestrømmer (4) og deretter kommer i en trekkdyse (5,6,10), hvor de oppdeles under innvirkning av gasser som strømmer med høy hastighet i det vesentlige parallelt med smeltestrømmene, uttrekkes og avkjøles under stivnetemperaturen, karakterisert ved at trykkgradienten som fremhersker i trekkdysens lengderetning økes, idet det ved trekkdysens inntredelsesåpning anordnes strømningshindringer (12,17) som avbøyer gass-strømmene på tvers av retningen av de i trekkdysen inntredende drivgass-strømmer.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som strømnings-hindring (12) innblåses en gass eller gass-stråle (12) i det vesentlige på tvers av gass-strømmene.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det innblåses en hindringsgass som utgjør 2-40 vekt-% av den i trekkdysen tilsammen inntredende gass.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at det anvendes en slissformet trekkdyse (5,6,10), hvori det inntrer et flertall av i rekke anordnede smeltestrømmer (4) og at i mellomrommene mellom to smeltestrømmer innblåses hindringsgass fra overfor hverandre liggende sider (fig. 8,9 og 11-12).

5. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at det anvendes en langstrakt slissformet trekkdyse (5,6,10), hvori det inntrer en i avstander forskjøvet dobbeltrekke av smeltestrømmer (4) og hindringsgassen (12) innblåses fra overfor hverandre liggende sider av trekkdysen med alternerende retning (hver gang dreist 180°) og hindringsgassen rettes resp. gjennom mellomrom mellom to smeltestrømmer mot en smeltestrøm som trer inn på den til mellomrommet overfor liggende side (fig. 2,8, 9 og 11-12).

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at hindringsgass-strømmene (12) innblåses mot smeltestrømmene under en vinkel på 0-50°, fortrinnsvis 0-30°, mot normalen til trekkdysemidtplanet eller i retning med smeltestrømmen under en vinkel på 0-25°.

7. Innretning til gjennomføring av fremgangsmåten ifølge krav 1-6 bestående av en digel som inneholder smeiten og med uttredelsesåpninger og en under uttredelsesåpningene anordnet trekkdyse, hvori det på grunn av et trykkfall fremhersker en til de fra uttredelsesåpningene uttredende smeltestrømmer parallell gass-strømning som griper smeltestrømmen ved trekk-dyseinnløpet og oppdeler den, karakterisert ved at det i innløpet av trekkdysen er anordnet strømningshindringer (12) for økning av trykkgradienten.

8. Innretning som angitt i krav 7, karakterisert ved at det i innløpet av trekkdysen er anordnet dyser (14) til frembringelse av gass-stråler (12) hvis akse forløper mellom -50° og +25° mot vertikalen til trekkdysemidtplanet.