NO304149B1 - FremgangsmÕte for fremstilling av mineralfibre - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår teknikker for fremstilling av mineralfibre ment for eksempel som basismaterlale for varme-og/eller lydisolerende produkter. Mer spesielt angår oppfinnelsen en forbedring av teknikken for å fibrere slike trekk-bare materialer med et høyt smeltepunkt, som for eksempel glass av basalttypen, ovnsslagg eller andre ekvivalente typer materiale, hvorved materialet som skal fibreres, i smeltet tilstand, helles på det perifere bånd av sentrifugehjul som er bragt til rotasjon, akselereres av disse hjul, løsrives fra disse og delvis omdannes til fibre under innvirkning av sentrifugalkraften, og der en strøm av gass som legges på tagentialt til det perifere båndet på hjulene, trekker med de resulterende fibre mot en mottageranordning, og fibrene separeres fra ikke-fibrert materiale.

Den fiberfremsti11ingsteknikk som kort er skissert ovenfor og som for eksempel er kjent fra EP-søknad 59 152 og 195 725 er sagt å være eksklusivt av frisentrifugeringstypen, noe som henleder oppmerksomheten på at det smeltede glass ikke er delt i en serie av elementær strømmer (indre sentrifugering) eller underkastet gasstrekking av en strøm av luft ved høy temperatur og hastighet. Denne fibreringsteknikk som allerede har vært kjent i lang tid, gir et ef fektivitetsnivå og en fiberkvalitet som ligger langt under det man kan oppnå ved andre teknikker som eventuelt kombinerer sentrifugalbehandling og gasstrekking, imidlertid er det sannsynligvis den eneste som kan benyttes under betingelser som er av interesse fra økonomisk synspunkt med materialer som basaltslagg som karakteriseres ved langt høyere smelte-temperaturer enn de til de konvensjonelle natrium-kalkglass, en heller steil viskositet-temperaturkurve og en ekstremt hurtig tendens til devitrifisering, noe som gjør det nødvendig å arbeide innen et meget snevert temperaturområde.

Da sentrifugalbehandling av det smeltede glass gir en intens avkjøling av det, anser man at fibrene i denne teknikk med frisentrifugalbehandling, dannes eksklusivt i et felt som bestemmes av overflatearealet av sentrifugehjulet og en konsentrisk frynse i en radialavstand på ca. 5 til 10 millimeter fra hjulets periferi. Da fibrene trekkes ut med en gang det er et brudd i deres forbindelse med strimmelen av smeltet glass som adherer til hjulet, skjer dette brudd i en avstand som varierer betydelig fra en fiber til et annet, noe som forklarer hvorfor det er relativt vanskelig å definere denne "frynse" nøyaktig.

I denne fiberfremstillingsmetode blir fibrene transportert ut av den umiddelbare nærhet av fibreringsmaskinen ved hjelp av en tagentialstrøm av gass avgitt ved periferien av sentrifugehjulene i en retning som er i det vesentlige i rett vinkel til radialretningen av fiberavgivelsen. I henhold til den kjente teknikk består denne strøm av en strøm av kold luft eller røk som er avkjølt til en temperatur nær omgivelsestemperatur ved en midlere hastighet på for eksempel 100 meter pr. sekund, i det denne temperatur eventuelt varierer innen rimelig vide grenser fra en installasjon til en annen. En slik midlere hastighet er i virkeligheten langt mindre enn hastigheten for de ikke-fibrerte partikler som ledsager fibrene og som dannes av dråper av glass som spruter av efter at de er akselererte på grunn av dreining av hjulene, men uten å adhere til disse slik at det ikke er noen trekke-virkning; akselerering på grunn av sentrifugalhjulene gir derfor disse ikke-fibrerte partikler tilstrekkelig hastighet til at den perifere gass-strøm ikke har noen vesentlig innvirkning på bevegelsesveien for disse partikler, noe som fører til en utsortering fra fibrene som på den annen side avdeles på grunn av deres lavere densitet og lavere hastighet .

I andre kjente metoder for fremstilling av glassfibre eller fibre av et ekvivalent materiale, blir den perifere gass-strøm avgitt for andre formål: fremfor alt søker man å for-tynne fibrene som fremstilles fra sentrifugen (i dette tilfelle er det generelt en indre sentrifugalprosess); gass- strømmen avgis da ved hjelp av en brenner ved forhøyet temperatur og hastighet, temperaturen i gassen må være meget større enn mykningspunktet for glasset for å gi en trekking av fibrene (se US-A-2 577 204 og US-A-2 949 632). Imidlertid forutsetter en slik flammetrekkingsprosess at materialet som et trekk ikke har noen meget steil viskositets-temperaturkurve, for således å gjøre det mulig og arbeide innen et relativt bredt temperaturspektrum, en betingelse som ikke oppfylles av materialet som basaltglass eller ovnsslagg, slik det er antydet ovenfor. Videre er en oppvarmet gassflamme-trekkestrøm pr definisjon meget mere kostbar enn en strøm av koldluft. I andre tilfeller blir en perifer gass-strøm benyttet som avgis av en kontinuerlig stråle ved relativt lav temperatur (damp ellerluft oppvarmet til ca. 200°C) som utøver en meget kraftig og enhetlig impregnering av fibrene i den hensikt å forbedre deres mekansike egenskaper (se FR-A-1 169 358) i det det her skal påpekes at denne impregnerings-virkning ikke på noen måte rettferdiggjøres med de materialer som allerede er avkjølt til under sitt mykningspunkt ved bare sentrifugeringseffektiviteten. Til slutt er det fra (FR-A-2 298 518 og FR-A-2 211 408) kjent en fremgangsmåte i henhold til hvilken man søker å bryte kontinuerlige filamenter ved hjelp av en perifer gass-strøm avgitt i rett vinkel på dannelsesretningen, idet strømmen har en tilstrekkelig lav temperatur til at den ikke forårsaker noen trekking av filamentene, vanligvis ved en temperatur nær omgivelsestemperatur og mindre enn 150°C, fortrinnsvis mindre enn 65°C.

I alle disse kjente metoder er gass-strømmen som avgis ved periferien av sentrifugeinnretningen derfor enten meget varm (med temperaturer karakteristisk over 1000°C) eller kold (ved temperaturer som enten ligger rundt omgivelsestemperatur eller rundt 150°C når damp benyttes, slik tilfelle er for de eldste installasjoner som ikke har noen effektfull kompres-sor ).

I motsetning til disse metoder har man nu arbeidet i en oppvarmet omgivelse, det vil si med en gass-strøm hvis temperatur er mellom 250 og 900°C, fortrinnsvis mellom 300 og 600°C og aller helst ca 500°C.

Oppfinnelsen angår i henhold til dette en fremgangsmåte for fremstilling av mineralfibre der materialet som skal fibreres i smeltet tilstand helles mot den perifere overflate av det første av en serie sentrifugehjul som roterer seg med høy hastighet, akselereres vesentlig deri og avgis til det andre hjul hvor en del av materialet transformeres til fibre under innvirkning av sentrifugalkraften mens den gjenværende del eventuelt avgis til det etterfølgende hjul og så videre, og der fibrene som dannes ved de forskjellige sentrifugehjul fanges opp av en strøm av gasser som omgir serien av sentrifugehjul, avgitt i umiddelbar nærhet av hjulene i en retning i det vesentlige parallelt med rotasjonsaksen til hjulene, og fremgangsmåten karakteriseres ved at for minst ett av sentrifugehjulene, strømmen av gass avgis med en temperatur på mellom 250 og 900°C og fortrinnsvis mellom 300 og 600°C, aller helst ca. 500°C.

Heller uventet er det funnet at denne forhåndregel alene gir en signifikant forbedring i kvaliteten av fibrene som fremstilles av installasjonen, spesielt med en høyere grad av finhet og i tillegg et lavere nivå av korn (idet utrykket "korn" benyttes for å betegne partikler som er større en lOOum og som finnes i sluttproduktet).

Således synes det mulig å påvirke trekkingen av fibrene med en gass-strøm hvis temperatur imidlertid ligger langt fra temperaturen som tilsvarer mykningspunktet for materialet som skal fibreres; således kan temperaturen for et basaltglass som kommer fra smeltedigelen være over 1500° C og det er derfor a priori ikke spørsmål om noen gasstrekking ved gasser ved 500°C.

Heller fordelaktig kan denne oppvarmede omgivelse oppnås ved minimale omkostninger ved eksploateringen av røken fra smeltedigelen som er anordnet for smeltingen av materialet som skal fibreres, idet røken generelt til nu ikke har vært utnyttet fordi den er for "kold" til økonomisk å rett-ferdiggjøre noen resirkulering av den inneholdte varme.

Alle ting ellers like, har stenullen som oppnås med en oppvarmet omgivelse et lavere nivå av varmekonduktivitet enn det som oppnås med en kold omgivelse ved omgivelsestemperatur. Varmeresistivitetsgevinstene som derved oppnås er for eksempel ekvivalent med en økning av ca 20% av rotasjonshastigheten for sentrifugehjulene eller en økning på mer enn 50°C for den temperatur ved hvilken glasset helles på det første av hjulene. Mens den oppvarmede omgivelse ikke er meget kostbar, er disse to metoder langt mindre interessante fordi de resulterer i et høyere nivå av mekanisk slitasje og heller høye energiforbruksomkostninger.

Hastigheten for gassene i gass-strømmen er fortrinnsvis over 50 meter pr. sekund og fortrinnsvis over 100 meter pr. sekund, noe som gjør det mulig å optimalisere fibertrekkings-betingelsene. Uttrykket "trekkingsbetingelser" er i dette tilfelle ment å bety dannelsen av arealer av turbulens som understøtter separeringen av de enkelte fibre og begrenser deres tendens til regruppering til lunter eller lignende som gjenfinnes som klumper i sluttproduktet og der de ugunstig påvirker den mekansike styrke.

Denne virkning av turbulensarealene er sannsynligvis større når fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er tilpasset en oppvarmet omgivelse, idet gassfysikken lærer at den direkte virkning av dette er en høyere kinetisk energi i den omgiv-ende gass-strøm. Til denne preliminære hypotese kan man på samme måte føye hypotesen med en viskøs disiperingseffekt. Studier har således vist at trekkingen av en fiber gir grunn til en vesentlig frigivning av varme på grunn av arbeidet av viskøs strukturomarrangering, men denne varmefrigivningen er vanligvis utilstrekkelig i seg selv til å understøtte de temperaturbetingelser som er nødvendig for trekking, i det man videre må ta med i betraktning den intense avkjøling fibrene underkastes på grunn av sentrifugalbehandlingen; derfor er det ingen grunn til hvorfor man ikke skulle anta at den oppvarmede omgivelse ifølge oppfinnelsen godt, ved hjelp av den minimale mengde varme som tilføres, kan være tilstrekkelig til å gi det som i virkeligheten er et selv-understøttende fenomen uttrykt ved trekkebetingelser. I et hvert tilfelle foreligger det kun noen få forsøk på teoretisk å bestemme et fenomen innenfor et vidt og enda uforklart område, og det er ikke desto mindre sant at de oppvarmede omgivelser ifølge oppfinnelsen utvilsomt har en gunstig virkning ut fra et teknisk synspunkt som til syvende og sist er det eneste synspunkt som teller.

For at virkningen av den oppvarmede omgivelse på fiber-dannelsesbetingelsene skal være vesentlig, er det nødvendig at strømmen av gass som avgis i den umiddelbare nærhet av sentrifugehjulene, fortrinnsvis er i flukt med dem. Videre er det, for en perfekt effektiv føring av fibrene, foretrukket at huset for gass-strømmen befinner seg i en vesentlig avstand fra hjulene. Det å bringe disse to krav nær hverandre forutsetter meget høye strømninghastigheter for luft oppvarmet til mellom 250 og 900°C. Disse strømningshastigheter kan reduseres sterkt hvis to gass-strømmer benyttes, en hovedgass-strøm og en hjelpestrøm dannet i en avstand fra sentrifugehjulene og med i det vesentlige den samme retning som hoved-tangentgass-strømmen. Da hjelpegass-strømmen ikke gjenoppvarmes er det mulig å oppnå interessante energibespar-elser dithen at 30 til 50$ av den totale strøm av gass som blåses inn i apparaturen kan blåses inn ved hjelp av denne hjelpegass-strøm.

Fibreringsprossen ifølge oppfinnelsen kan implementeres meget lett med en hvilken som helst apparatur for fibrering av mineralull ved frisentrifugering. Da de temperaturer det her snakkes om fremdeles er relativt lave, behøver man bare gjennomføre få og enkle forholdsregler av den type som betyr avkjøling av visse deler idet det selvfølgelig skal påpekes at alle de forholdsregler man vanligvis tar i forbindelse med høye temperaturer i smeltede glass, må overholdes.

Alt efter omstendighetene og spesielt hvis mengden varmgass som er tilgjengelig er begrenset, er det mulig å tilveie-bringe en strøm av varmluft for alle eller eventuelt kun for noen av sentrifugehjulene, særlig de som befinner seg ved enden av materialets bevegelsesvei. Det kan også være fordelaktig å forvarme strømmen av gass som er ment for slutthjulet hvortil relativt mere avkjølt gass mates.

Fortrinnsvis benyttes det en appartur i henhold til det som er beskrevet i FR-søknad 90.00420. Denne apparatur omfatter en serie sentrifugehjul anordnet i henhold til en montering som bringer deres perifere overflater nær hverandre og der hjulene roteres hurtig ved hjelp av på siden anornede motorer utenfor enheten som består av serien av sentrifugehjul og som driver hjulene ved hjelp av mekaniske trans-misjonsmidler anordnet slik at man tillater luft å passere gjennom serien av sentrifugehjul og hvorved to efterhverandre følgende hjul i bevegelsesveien for materialet som skal fibreres, dreier seg i motsatt retning, og der en tilførsel av smeltet materiale heves slik at det kan helles over den ytre overflate av det første sentrifugehjul og der en første blåseinnretning rundt serien av sentrifugehjul danner en strøm av oppvarmet gass ved en temperatur som ligger mellom 250 og 900°C, parallellt med omdreiningsaksen for sentrifugehjulene, og en andre blåseinnretning danner en strøm av kold hjelpegass i en avstand fra sentrifugehjulene og i det vesentlige i samme retning som den oppvarmede gass-strøm.

Når det gjelder ytterligere detaljer og fordelaktige karakteristika ved oppfinnelsen skal det henvises til den ledsagende tegning som viser et oppriss av en fibrerings-appartur som benytter ekstern sentrifugering og som omfatter tre sentrifugeringshjul.

Figuren er et oppriss av en fibreringsapparatur fra fiber-siden og i det alt vesentlige i henhold til det som er beskrevet i den ovenfor nevnte FR-søknad 90.00420. Denne apparatur består av en enhet 1 omfattende 3 sentrifugehjul 2, 3 og 4, anordnet slik at deres perifere overflater er nær hverandre. Disse hjul 2, 3 og 4 bringes til dreining ved hjelp av motorenher 5 og 6 som virker via sine transmisjons-belter 7, i det for eksempel de to hjul til høyre beveger seg mot urviserne mens hjulet til venstre drives i motsatt retning, slik at de konsekutive hjul i bevegelsesveien for materialet som skal fibreres (og som faller fra det høyeste hjul 2 til det nederste hjul 4) dreier seg i motsatt retning.

Serien hjul 2, 3 og 4 er omsluttet av perifere blåseinn-retninger 10 bestående av en kontinuerlig blåsedyse som avgir en strøm av oppvarmede gasser i det vesentlige parallellt med rotasjonsaksen for sentrifugehjulene, støttet opp av en montering av stordiameterdyser 11 som avgir stråler av koldluft, og så i det vesentlige parallellt med hoved-gass-strømmen.

I tillegg til dette er det tilveiebragt ikke viste midler for å spraye et bindemiddelpreparat på de dannede fibre.

En installering av denne type med tre hjul med diameter 300 millimeter ble benyttet for forskjellige prøver der man prøvde forskjellige temperaturer for gassene i hovedstrømmen. Glasset som ble benyttet er et basaltglass som tilfreds-stiller den følgende formulering i vekt-#:

Viskositeten i dette glasset er IO<2>, IO<1>»<7>hensiktsmessig 10<1>dPas for temperaturene 1235°C, 1300°C henholdsvis 1483°C. Derfor er dette karakteristisk et glass hvis viskositet-temperaturkurve er skarpt skrådd i viskositetsområdet som egner seg for fibertrekking. Hellingen ble gjennomført ved 1540°C som på det første sentrifugehjul tilsvarer en temperatur på 1280°C, overvåket ved hjelp av et visuelt pyrometer, med en glass-strømningshastighet på 350 kilo pr. time.

Gassblåsemengdene var 2400 m<3>pr. time for hovedstrømmen (strømningshastigheten beregnet ved 20°C) og 1000 m<3>pr. time for den kolde hjelpestrøm.

På basis av en slik installering ble temperaturen i luften i hovedstrømmen variert og man valgte en omdreiningshastighet for sentrifugehjulene på 6000 omdreininger pr. minutt. Man målte så den såkalte "fasonaire" under 5 gram for de forskjellige prøver av fibre som ble fremstilt på denne måte i det "fasonaire" vanligvis defineres som strømnings-hastigheten for en strøm av gass avgitt under klart definerte betingelser og målt ved føring gjennom en komprimert prøve av 5 gram fibre. Uten å gå i større detalj kan det sies at jo høyere verdien er, jo bedre er prøvens kvalitet, det vil si jo bedre er isolasjonsegenskapene.

Man oppnådde de følgende resultater:

Fibrene som ble oppnådd med en strøm av oppvarmede gasser er derfor av en kvalitet som er merkbart forbedret sammenlignet med fibrene som ble oppnådd ved omgivelsestemperatur, selv om strømmen kan anses som fremdeles å være relativt lunken, for eksempel kun 250°C. Hvis man videre sammenligner verdiene som oppnås ved 500°C og 700°C bemerkes en viss utjevning i ytelsen. Derfor er det et optimum ved ca 500°C og interessen er å arbeide ved de laveste temperaturer som også derfor er de mest økonomiske, men som allikevel er høye nok til å gi kvalitetsforbedringen for fibrene.

"Fasonaire"-gevinsten som oppnås gjør det mulig å levere sluttprodukter med en volumvekt redusert med 10$ sammenlignet med et produkt med samme isolasjonskapasitet, men oppnådd ved hjep av en gass-strøm ved omgivelsestemperatur.

Gevinsten er på samme måte vesentlig når det gjelder den totale effektivitet for metoden i det metodeeffektiviteten defineres som vekten glass som gjenvinnes i sluttproduktet sammenlignet med den totale masse som helles mot det første sentrifugehjul. En strøm av luft ved ca 500°C gjør det mulig å forbedre effektiviteten med ca 5 til 10%, en. gevinst er hele tiden jo mere erkjennbar fordi nivået av korn, det vil si prosentandelen partikler på over lOOum som er tilstede i produktet, i seg selv har en meget lett tendens til å reduseres, noe som gir en forbedring av produktets kvalitet.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av mineralfibre der materialet som skal fibreres i smeltet tilstand helles mot den perifere overflate av det første (2) av en serie sentrifugehjul (2,3, 4) som roterer med høy hastighet, akselereres vesentlig deri og avgis til det andre hjul (3) hvor en del av materialet transformeres til fibre under innvirkning av sentrifugalkraften mens den gjenværende del eventuelt avgis til det etterfølgende hjul (4) og så videre, og der fibrene som dannes ved de forskjellige sentrifugehjul fanges opp av en strøm av gasser som omgir serien av sentrifugehjul, avgitt i umiddelbar nærhet av hjulene i en retning i det vesentlige parallelt med rotasjonsaksen til hjulene,karakterisert vedat for minst ett av sentr ifugehjulene, strømmen av gass avgis med en temperatur på mellom 250 og 900°C og fortrinnsvis mellom 300 og 600°C, aller helst ca.

500° C.

2 . Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisertved at strømmen av gasser avgis ved en hastighet på over 50 meter pr. sekund.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2,karakterisertved at strømmen av gasser avgis ved en hastighet på over 100 meter pr. sekund.

4 . Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat en hjelpe-gasstrøm med omgivelsestemperatur avgis i en avstand fra sentrifugehjulene idet hjelpegass-strømmen i det vesentlige føres i samme retning som hovedgass-strømmen.

5 . Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat strømmen av oppvarmede gasser avgis kun ved periferien av hjulene som befinner seg sist i strømningsveien for materialet som skal f ibreres.

6 . Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 4,karakterisert vedat temperaturen i strømmen av oppvarmet gass som avgis er desto høyere jo lenger nedstrøms hjulet befinner seg i bevegelsesveien for materialet som skal fibreres.

7 . Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat strømmen av oppvarmede gasser oppvarmes ved hjelp av røken fra rommet der materialet som skal fibreres, smeltes.