NO316921B1 - Anordning for fremstilling av mineralull - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en anordning til fremstilling av fiber fra termoplastiske materialer

med høye smeltepunkter eller høye likvidustemperaturer. Materialene omfatter basalter,

glass i form av biprodukter fra jem-og stålindustrien som for eksempel masovnslagg (scoriae) og lignende råmaterialer som alle har betydelig høyere smelte-eller likvidustemperaturer og meget lavere viskositeter ved deres respektive likvidustemperaturer, sammenlignet med de glassorter som benyttes til fremstilling av glassvatt. For enkelthets skyld skal disse råmaterialer i det følgende bare betegnes som "materialer".

Mer spesifikt angår oppfinnelsen en anordning som angitt i ingressen til det selvstendige

krav 1.

De materialer det her gjelder benyttes i stor målestokk til fremstilling av mineralull som særlig er tenkt benyttet til varmeisolasjon og lydisolasjon.

På den ene side, er årsakene til at disse materialer velges deres lave priser og på den

annen side deres egenskaper som særlig deres gode motstand mot høye temperaturer.

Produksjonen av disse materialer skaper imidlertid bestemte problemer. Disse skyldes

særlig de tilstander under hvilke disse materialer kan bearbeides.

Allerede deres høye smeltetemperaturer byr på en vanskelighet i seg selv. Smeltetemperaturen er den temperatur råmaterialene må varmes opp til for å sikre

smelting. Når det gjelder selve produksjonen, kommer det videre an på den temperatur som materialet må ligge over for å kunne flyte gjennom den fiberdannende anordning.

En annen egenhet som skiller disse materialer fra de glassorter som tradisjonelt benyttes

til fiberproduksjon, er at de som en regel er lettflytende ved temperaturer som ligger meget nær deres likvidustemperaturer. De vanskeligheter som er resultatet av dette vil bli forklart i det følgende.

På grunn av de høye temperaturer som kreves, blir dessuten de anordninger som

kommer i kontakt med materialene som skal omformes til fibere utsatt for meget sterk korrosjon. Den effektive levetid for disse anordninger skaper et problem, til og med med vanlige glassorter. Problemet blir enda mer kritisk med materialer som har høyere likvidustemperatur.

Hittil har de ovennevnte vanskeligheter betydd at bare visse fiberdannende teknikker kunne anvendes med de materialer det her gjelder. Det er hovedsaklig to teknikker: de som anvender sentrifugering eller avspinning av det smeltede mineralske materialet og de der materialet blir matet gjennom en stasjonær dyse og tynnet ut til fibre med gasstrømmer som ofte er akselerert til overlydhastigheter (blåsetrekkemetoden).

For teknikker som gjør bruk av en fast dyse, er det nødvendig å ha en dyse som er istand til å tåle påvirkning fra det smeltede mineralske materialet. Vanligvis er platinadyser istand til å motstå påvirkningene, selv ved så høye temperaturer. Produksjonskapasiteten for hver dyse er imidlertid begrenset. I tillegg medfører de uttynnende gasstrømmer forholdsvis høye energiomkostninger.

Teknikker som anvender sentrifugering eller avspinning, muliggjør betydelige produksjonsmengder pr. enhet. Dette er teknikker som samles under det generelle uttrykk "ekstern sentrifugering", for å angi at det smeltede mineralske materialet forblir på utsiden av avspinningsanordningen. Det smeltede mineralske materialet blir enten tilført frontflaten på en skive eller på omkretsflaten av en sylindrisk rotor eller flere slike. En fordel med disse teknikker er at anordningens deler er enkle der de kommer i berøring med det smeltede mineralske materialet. Når det gjelder denne relative enkelhet er de deler det gjelder, særlig kantene av spinneanordningen, forholdsvis billige, slik at det blir adgang til å bytte disse ut med forholdsvis korte mellomrom. Andelen av materialomkostninger som fremkommer blandt de samlede produksjonsomkostninger forblir forholdsvis lav.

Det faktum at disse deler av anordningen blir utsatt for sterk slitasje i berøring med det smeltede mineralske materialet er derfor til slutt ikke noen hindring.

Hovedulempen ved fremstilling av mineralfibere ved ekstern sentrifugering ligger i det faktum at egenskapene ved sluttproduktet med like fibermengder er mindreverdige, sammenlignet med egenskapene for glassvatt som hovedsaklig produseres ved såkalt "intern sentrifugering".

Ved ekstern sentrifugering flyter materialet over på avspinningshjul og kastes fra disse som en flerhet av små dråper. Fibrene dannes tilsynelatende med en gang materialet kastes av, mellom overflaten av avspinningsanordningen og de små dråper som trekker fibrene etter seg. Det er klart at med en slik fiberdannende mekanisme, vil en betydelig

. del av de materialer som spinnes av, være tilbake i form av partikler som ikke har

dannet fibre. Deres andel kan være så høy som 40 vekt-% for partikkelstørrelse på mer enn 100 jim av utgangsmaterialet. Selv om flere fremgangsmåter står til rådighet for utskilling av partikler som ikke har dannet fibre, vil den endelige mineralull ikke være helt fri for slike partikler som, i beste tilfelle, er unyttige og meget ofte kan være en ulempe for visse anvendelser.

Det skal påpekes at dråpedannelsen ikke utelukkende er resultat av ekstern sentrifugering, men også avhenger av de reologiske egenskaper for materialene det gjelder. Materialer som behandles i henhold til oppfinnelsen har i almindelighet forholdsvis lave viskositeter, selv ved temperaturer som bare ligger såvidt over likvidustemperaturen. Det smeltede mineralske materialet som er forholdsvis flytende, er vanskelig å omdanne til fibere, idet filamentene har en tilbøylighet til å briste og danne dråper eller perler. På en måte bygger teknikken ved ekstem sentrifugering på denne tilbøyligheten, imidlertid uten å oppheve ulempene.

Et viktig formål ved foreliggende oppfinnelse er å frembringe en prosess til fremstilling av fibere av et materiale med høy likvidustemepratur og lav viskositet som med høy ytelse muliggjør produksjon av mineralull som er hovedsaklig fri for partikler som ikke er omdannet til fibere.

Ved oppfinnelsen er det vist at det er mulig å fremstille mineralfibere av et materiale av den type det her gjelder ved å spinne av det smeltede mineralske materialet fra en spinneanordning med et stort antall dyser med liten diameter i omkretsveggen der det smeltede mineralet blir avspunnet av spinneanordningen gjennom dysene i form av filamenter under påvirkning av sentrifugalkraften. I fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir filamentene som spinnes av spinneanordningen, uansett hvorledes den er, påvirket av en gasstrøm som i tillegg tynner ut filamentene hvis ikke en annen fiberdannende prosess med intern sentrifugering og uten bruk av en uttynnende gasstrøm benyttes.

Anvendelse av den interne sentrifiigeirngsteknikk på de materialer det her gjelder, har tidligere ikke kommet i betraktning. Flere årsaker støttet den oppfatning at slike interne sentrifugeringsteknikker ikke er egnet for disse materialer. Problemene er hovedsaklig knyttet til betingelsene for tilfredsstillende uttynning av fibrene.

Anordningen i henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i karakteristikken i det selvstendige krav 1 angitte trekk.

Fordelaktige utførelser av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav.

Som nevnt ovenfor, er de materialer det gjelder kjennetegnet ved forholdsvis høye likvidustemperaturer og meget lave viskositeter samtidig. De er allerede forholdsvis flytende ved deres respektive smeltetemperaturer og har viskositeter på mindre enn 3.200 pois ved smeltepunktet. Når det gjelder dette, skiller de seg fra de glassorter som vanligvis bearbeides ved interne sentrifugeirngsmetoder. Viskositeten for disse glassorter er ved likvidustemperaturen så høye som i størrelsesordenen 5.000 pois med viskositeter på 1.000 pois eller mer som fremherskende, også ved fiberdanning godt over deres likvidustemperaturer. I henhold til oppfinnelsen skal imidlertid materialer med meget lave viskositeter, selv ved deres likvidustemperaturer, omdannes til fibre. Det viste seg overraskende at fiberdannelsen av slike materialer med lave innhold av perler, var vellykket med intern sentrifugering hvis det velges et materiale som har en viskositet på minst 100 pois innenfor arbeidsområdet, d.v.s. særlig mellom 1.200°C og 1.400°C og om dette materialet så omdannes til fibre ved en viskositet på mer enn 100 pois.

Materialene som benyttes i henhold til oppfinnelsen blir generelt overført til smeltet tilstand bare over 1.200°C

og er lettflytende ved deres respektive smeltetemperaturer, særlig er deres viskositet \ i som en regel mindre enn 3.200 pois (lg u < 3.5) ved likvidustemperaturen, og særlig til og med under 1.000 pois (lg u < 3).

De interne sentrifugeringsteknikker for produksjon av glassfiber som hører inn under teknikkens stand inneholder nøyaktige angivelser for prosesstemperaturer. De er mindre presise med henvisning til reologiske synspunkter, når det gjelder det faktum at de tradisjonelle glassblandinger ved de undersøkte temperaturer oppviser viskositeter som er velegnet for uttynningsprosessen. Viskositet ved temperatur for fiberdannelse av normalt glass, som i praksis alltid ligger over likvidustemperaturen, er ikke for høy og uttynning av fibrene med forholdsvis små krefter er derfor mulig. Heller ikke er viskositeten ved likvidustemperaturen - og derfor også noe over denne - for lav når det gjelder vanlig glass, som under påvirkning av en overflatespenning som blir mindre og mindre utlignet med viskositeten ved reduserte fiberdiametere, noe som vil resultere i brudd og dannelse av dråper og perler. Det følger av dette at viskositeten for vanlige glassblandinger lett kan velges fra området over likvidustemperaturen, slik at det under fiberdannelsen ved hjelp av intern sentrifugering fremkommer en egnet viskositet på

f.eks. 1.000 pois eller mer.

Som forklart tidligere er de materialer det gjelder, sammenlignet med glassorter, allerede flytende i en slik utstrekning ved likvidustemperaturen at tilfredsstillende uttynning av det smeltede materialet ikke kan ventes med "intern sentrifugering".

Foreliggende oppfinnelse viser at det overraskende er mulig åbehandle meget flytende materialer med høye likvidustemperaturer ved "intern sentrifugering" hvis et bestemt valg blandt de materialer det gjelder gjøres med hensyn til deres viskositet ved likvidustemperaturen og hvis fiberdannelsen i materialet utføres under bestemte betingelser.

Fremgangsmåten til fremstilling av mineralfibre av de materialer det her er tale om, er først og fremst å velge materialer med likvidustemperaturer under 1.400°C og viskositeter på mer enn 100 pois, og mer bestemt mellom 100 og 3.000 pois i temperaturområdet mellom 1.200°C og 1.400°C og å mate dette smeltede mineralske materialet inn i en spinneanordning hvis omløpende vegg er forsynt med et antall dyser til utføring av det smeltede mineralske materialet hvorfra filamenter av smeltet mineralsk materiale avspinnes med en viskositet som er justert til mer enn 100 pois og, alt etter forholdene, blir underkastet en uttynnende gasstrøm til dannelse av fibrene. Fiberdannelsen foregår da innenfor et arbeidsområde mellom 1.200°C og 1.400°C der viskositeten ligger over 100 pois, der det for den sistnevnte øvre temperaturgrense må tas i betraktning problemer som er knyttet til spinneanordningens levetid.

Under forsøk som fører opp til foreliggende oppfinnelse ble det funnet at området for viskositet som kan anvendes for intern sentrifugering av de materialer det her gjelder under praktiske betingelser, må ligge over 100 pois, mens dette materialet blir underkastet fiberdannelse ved ekstem sentrifugering ved betydlig lavere viskositeter på flere ti-talls pois. Ved mer enn 3.000 pois vil viskositeten motvirke utføring av materiale gjennom spinneanordningens dyser og uttynningen til fibre. Under 100 pois oppstår det vanskeligheter på grunn av utilstrekkelig fiberdannelse slik at filamentene kan briste og danne dråper eller perler.

Det smeltede mineralske materialet i spinneanordningen holdes på en temperatur som hindrer at det størkner. Det er til og med nødvendig å holde en høyere temperatur enn den temperatur man kommer frem til teoretisk for å ta hensyn til vanskelig kontrollerbare lokale temperatursvingninger. For å unngå enhver risiko for innvendig størkning i spinneanordningen, forutsettes det et tilstrekkelig område for temperatursvingninger på flere ti-talls grader. En sikkerhetsmargin på omtrent 50°C foretrekkes, noe som fører til et foretrukket valg av materialer med viskositeter over 100 pois - i en temperatursone med et omfang på minst 50°C - innenfor det samlede området mellom 1.200°C og 1.400°C. Som et resultat faller viskositeten aldri under 100 pois på grunn av temperatursvingninger i denne temperatursone.

Materialer som kan utnyttes i henhold til oppfinnelsen er særlig naturlige basalter, men også lignende sammensetninger som for eksempel de som fremkommer når blandinger tilsettes et basalt med det formål å innvirke på noen av dets egenskaper. Andre nyttbare sammensetninger som for eksempel de som fås ved blanding av materialer som har hovedegenskapene ved basalter, særlig når det gjelder deres termiske egenskaper og særlig den egenskap at smelting fremkommer ved en temperatur som, som en regel, ikke ligger under 1.200°C. Disse er også mineralske blandinger som for eksempel slagg fra masovner eller alle de blandinger som benyttes ved fremstilling av såkalt steinull. Prosesstrinn ifølge oppfinnelsen kan også anvendes på blandinger som kan betegnes som "vitrøse". De sistnevnte er såkalte "harde glassorter" med lignende overordentlig lave viskositeter ved likvidustemperaturen, der uttrykket "hard" videre peker mot forholdsvis høye likvidustemepraturer som gjør slike glassorter egnet til anvendelse ved forholdsvis høye temperaturer.

Basalter og de mineraler som kan utnyttes innenfor rammen av oppfinnelsen er i hovedsaken kjennetegnet ved at de, når det ses bort fra glassblandinger, har et forholdsvis lavt innhold av alkaliske jordmetaller. Dette innhold overstiger vanligvis ikke 10 vekt-%, og ligger for det meste under 5 vekt-% med alkaliske oksyder. Dette lave alkaliske metallinnhold er en av årsakene til at smelting bare finner sted ved forholdsvis høye temperaturer. På den annen side, er innholdet av alkaliske jordmetaller, særlig av CaO, høyere enn i glassblandinger. Det er vanligvis ikke under 9 vekt-%. Det samlede innhold av alkaliske jordmetaller kan gå opp til 35 vekt-% eller mer. For de vanligst benyttede materialer av den art det her er tale om, ligger dette innhold i området mellom 9 og 30 vekt-%.

Når det gjelder komponentene i en SiC>2- eller AI2O3-struktur, er basaltene vanligvis

rikere på aluminiumoksyd og tilsvarende rikere på silisiumoksyd enn glassblandingene.

Basalter er også betydelig forskjellig fra glassblandinger på grunn av deres høye innhold av jernoksyd. For ekte basalter ligger dette oksydinnhold over 3 vekt-% og er vanligvis høyere enn 6 vekt-%.

Basalter og mineraler som er egnet ifølge oppfinnelsen har sammensetninger med de følgende hovedbestanddeler:

Sammensetninger som foretrekkes ifølge oppfinnelsen, særlig de som er av den basaltiske type, har sammensetninger som er gjengitt i den følgende tabell. Angivelsene er i vekt-% og, som en selvfølge, er mindre avvikelser fra de følgende bestemte tall ofte uten en negativ virkning.

I henhold til oppfinnelsen er det mulig å få til en fibermatte ved intern sentrifugering av sammensetninger av denne art med en Micronaire verdi på F/5g under 6, fortrinnsvis mellom 2.5 og 4, der andelen av perler eller partikler som ikke er omdannet til fibre som er større enn 100 \ im utgjør mindre enn 10 vekt-% og til og med mindre enn 5 vekt-%, noe som er et usedvanlig lavt innhold av perler. Som tidligere nevnt, kan til og med de "harde" glassorter behandles på fordelaktig måte med prosedyretrinnene ifølge oppfinnelsen, siden de også har meget lave viskositeter ved deres likvidustemperaturer og dermed krever de samme betingelser for fiberdannelsen. Et eksempel på en glassblanding av denne art er:

Andre blandinger svarende til de blandinger som vanligvis benyttes til produksjon av steinull, kan på tilsvarende måte benyttes, men da under noe vanskeligere betingelser. Her må et perleinnhold så høyt som for eksempel 10 vekt-% godtas. Deke desto mindre, kan, ifølge oppfinnelsen, en mineralullmatte produseres med en mikronær verdi under 5/6 g og en andel av partikler som ikke er omdannet til fibre med størrelser på mere enn 10 um som ligger under 10 vekt-%, slik at blandingen kommer i nærheten av en av de følgende blandinger som er gitt i vekt-%:

Tradisjonelle spinneanordninger er ofte uegnet til behandling av de lettflytende materialer med høye likvidustemepraturer som skal benyttes ifølge oppfinnelsen. Som tidligere nevnt, har de vanlige varmebestandige legeringer som for eksempel kromnikkellegeringer, en for liten motstand mot temperaturer som overskrider 1.100°C eller til og med 1.050°C.

Begrensningene når det gjelder anvendelse er av forskjellig slag.

En første begrensning gjelder deformasjon under påvirkning av varme. Motstanden mot kryping av vanlige varmebestandige legeringer er utilstrekkelig over 1.100°C. Når det gjelder driftsbetingelsene for spinneanordninger, vil en utilstrekkelig motstand særlig føre til deformasjon av den omløpende vegg. Den buler stadig mer ut og endrer merkbart betingelsene under hvilke fibrene dannes med dermed følgende uheldige virkninger på regelmessigheten og homogeniteten i sluttproduktet. Selv om den kan være i drift uten å bli skadet i flere hundre timer ved temperaturer i størrelsesordenen 1.050°C, vil imidlertid de vanlige spinneanordninger bli slitt ut etter noen få timer ved temperaturer på over 1.100°C og ennå mer over 1.200°C.

En annen viktig faktor som er knyttet til spinneanordningene er deres evne til å motstå korrosjon. Noe som er viktig her er at korrosjonen øker proporsjonalt med temperaturen.

I forbindelse med det arbeid som førte frem til foreliggende oppfinnelse, ble det funnet at et egnet valg av en legering for spinneanordningen gjør det mulig å tilfredsstille en stor skala med krav til dette materialets motstandsdyktighet, selv under de ekstreme forhold som oppstår ved behandling av flytende blandinger.

Det ble funnet at ved hjelp av legeringer som var forsterket ved oksyddispersjon - forkortet til "ODS" - kan motstanden mot kryping og motstanden mot korrosjon økes samtidig og dette til og med ved de temperaturer som kreves ved fiberdannelse av materialene i henhold til oppfinnelsen.

Hittil har ODS-legeringer vært benyttet for industrielle spinneanordninger i den hensikt å forbedre den aktive levetid under arbeidsbetingelser som tilsvarer de man har ved tradisjonell produksjon av glassul. Så langt man kjenner til, førte dette imidlertid ikke til industriell anvendelse. Det er blitt antatt, at fordelene som oppnås ved bruk av slike spinneanordndinger til behandling av glassblandinger ikke oppveier ekstraomkost-ningene som fremkommer ved valg av en ODS legering.

Videre er valg av en ODS legering alene ikke tilstrekkelig til å oppfylle alle krav til tilfredsstillende fiberdannelse av det materialet det gjelder ved "intern sentrifugering". Bruk av en spinneanordning av en ODS legering til behandling av blandinger med høy likvidustemperatur er derfor et mål som det ikke er lett å komme frem til.

Her måtte det først bli funnet fram til, i løpet av det arbeid som førte til oppfinnelsen, at for å oppnå optimal motstand mot kryping ved høye temepraturer, å generelt oppnå optimal varmebestandighet, er det nødvendig å benytte ferritiske ODS legeringer.

Under det arbeid som førte til denne oppfinnelsen, ble det videre funnet at ved valget av ODS legering var det nødvendig å ta i betraktning den type blanding som skulle behandles. Hovedforskjellen når det gjelder blandingstypen ligger i tilstedeværelse eller fråvær av et høyt jerninnhold. Det ble sørlig funnet at ferritiske legeringer yder god motstand mot korrosjon når de benyttes med blandinger som har forholdsvis høyt innhold av jernoksyd, mens de samme legeringer korroderer hurtig med glassblandinger praktisk talt uten innhold av jern.

Under praktiske betingelser er ferritiske legeringer ikke fordelaktige til behandling av blandinger som inneholder mindre enn 3 vekt-% av jernoksyd.

For blandinger som er rike på jem, som for eksempel basalter og sten i almindelighet, byr ferritiske ODS-legeringer på fordelene av god korrosjonsmotstand og gode mekaniske egenskaper, slik at de tillater drift ved temperaturer av en størrelsesorden på 80 - 100°C over de temperaturer der andre ODS-legeringer som fremdeles betraktes som overordentlig varmebestandige kan anvendes. Ferritiske ODS legeringer for eksempel muliggjør tilfredsstillende produksjon ved temperaturer som kan være så høye som 1.400°C.

For blandinger som skal omdannes til fibre og som ikke krever særlig høye prosesstemperaturer, nemlig blandinger som kan behandles ved 1.300°C til 1.350°C eller mindre, kan for eksempel en mindre varmebestandig ODS legering velges. I denne forbindelse kan austenittiske legeringer some r basert på kromnikkel med fordel anvendes. Disse legeringer gir dessuten god motstand mot korrosjon, enten blandingene er fattige eller rike på jern.

De ferritiske ODS-legeringer i henhold til oppfinnelsen til prosesser ved maksimale temperaturer har vanligvis hatt et jeminnhold på mer enn 65 vekt-%. I tillegg til jern inneholder disse legeringer også krom og aluminium.

Det oksyd som fortrinnsvis er dispergert i ODS-legeringen er yttriumoksyd. Oksydinnholdet i slike materialer er vanligvis meget lavt. Normalt er det mindre enn 1 vekt-% av legeringen.

Ferrittiske ODS-legeringer som benytts til fremstilling av spinneanordninger, særlig til fremstilling av fibre av blandinger som er rike på jern, har en sammensetning med disse hovedkomponenter:

En foretrukket legering består av:

Benyttede austenittiske legeringer er praktisk talt frie for jern. Videre har de praktisk talt inne innhold av aluminium. Innholdet av yttriumoksyd ligger i samme område som ferritiske legeringer.

Egene austenittiske legeringer kan for eksempel ha den følgende sammensetning:

Produksjonen av ODS-legeringer og utforming av arbeidsstykkene av disse legeringer kan følge i og for seg kjente teknikker.

Keramiske materialer er an annen kategori av materialer som er brukbare for spinneanordninger. De brukbare monolittiske kjeramiske materialer, særlig silisiumnitrit av RBSN-typen (reaksjonsbundet silisiumnitrit som fås ved reaksjonssintring av et silisiumpulver i mtrogenatmosfære) av Si3N4 eller SIALON-typer med for eksempel den følgende kjemiske sammensetning er:

Andre silisiumnitrider kan benyttes på samme måte. Arbeidsstykket kan for eksempel fremstilles ved sintring, der denne arbveidsprosedyre også gjør det mulig å få til arbeidsstykker med forholdsvis innviklede former og med muligheter for preparering av dysene fra begynnelsen ved å holde dem frie ved hjelp av staver som trekkes ut etter at arbeidsstykket er tildannet, der diameterne av dysene til slutt bearbeides med et diamantverktøy. Det benyttes fortrinnsvis ikke-porøse kjeramiske materialer, massetetthet så nær som mulig opp til deres teoretiske maksimumtetthet, slik at resultatet blir arbeidsstykker som ikke så lett korroderer. Denne type materiale kan benyttes i temepraturer opp til nær 1.300°C.

En annen kategori keramiske materialer som er brukbare innenfor rammen av oppfinnelsen er sammensetninger med en keramisk matrise og fiberforsterkning som i høy grad har forbedret seighet og hardhet. Særlig egnet til dette er de keramiske materialer SiC-SiC eller Sic-C med en silisiumkarbidmatrise forsterket med fibere som også består av silisiumkarbid (SiC-SiC) eller karbon (SiC-C). Arbeidsstykket blir for eksempel fremstilt ved en oppbrytning av en gassformet forløper som etter sin avsetning blir keramisert i en forform fremstilt ved impregnering av en stabel av sammenliggende lag av vevnad av silisiumkarbidfibre eller karbonfibre, der dysene i den omløpende vegg fortrinnsvis fremstilles ved gjennomboring med laserstråle. Keramisk materiale av denne art kan benyttes under ikke-oksyderende betingelser ved temperaturer som er høyere enn 1.200°C for SiC-SiC, og høyere enn 1.400°C for SiC-C.

Oppnåelse av optimale resultater ved behandling av materialer med høy likvidustemepratur og lav viskositet ved intern sentrifugering når det gjelder det fiberdannende aggregat vil ikke bare være avhengig av valget av en bestemt legering. De prosessbetingelser som kreves innvirker også på alt som gjelder banen for det smeltede mineralske materialet og anordninger som overvåker de termiske betingelser.

De materialer det gjelder krever ofte spesielle anlegg helt fra starten, d.v.s. fra det punkt da råmaterialene smeltes. Hensikten her er ikke å komme med forklaringer på smelteteknikker, siden dette ikke ligger innenfor rammen av oppfinnelsen. Disse teknikker er forklart meget detaljert i litteraturen. Det skal ikke desto mindre understrekes at selv ved tilberedelsen av de smeltede mineralske materialer, er de temperaturer som kan oppnås spesielt begrenset av varmebestandigheten for materialene som utgjør smelte- eller raffineringsovnen. Av disse årsaker har de smeltede mineralske materialer temperaturer som i alminnelighet ikke ligger for høyt over de som kreves for omdannelsen. Dette betyr at varmetapene i det smeltede mineralske materialet må undertrykkes under prosedyretrinnene opp til omformingen til fibre.

Under praktiske forhold er følgene av dette at det smeltede mineralske materialet blir varmeisolert på sin vei mellom smelteovnen og spinnanordningen, og at denne avstand holdes kort.

Varmetapene kan som en følge av dette også oppstå ved berøring med spinneanordningen hvis denne ikke tilføres den energi som kreves for å holde den på arbeidstemperatur. For å unngå for stor varmeoverføring, kan en rekke foranstaltninger anvendes under oppstarting av anordningen og for fortsatt drift.

Utenfor spinneanordningen er dette særlig en ringformet utvendig brenner, fortrinnsvis med innvendig forbrenning og med dannelse av en ringformet gasstrøm som har en høy temperatur i området ved oversiden av den omløpende vegg. Den varme gasstrøm er fortrinnsvis ikke bare rettet på en slik måte at den passerer langs den omgivende vegg av transportanordningen, men også slik at den omslutter en del av forbindelsesbåndet eller av "tulipanen" som forbinder den omløpende vegg med den flens som benyttes til å feste spinne-anordningen til dens bærende aksel (når det gjelder en spinneanordning uten bunn) eller med den øvre forsterkende krage (når det gjelder en spinneanordning som drives via sin bunn), slik at disse deler også blir varmet opp.

For dette formål kan ytterligere brennere anvendes der deres flammer blir rettet mot forbindelsesbåndet eller mot "tulipanen". En annen løsning er å plassere den utvendige brenner i større avstand fra oversiden av den omløpende vegg, slik at gasstrømmen allerede er noe fortynnet før den nærmer seg spinneanordningen og kommer frem til en merkbar del av "tulipanen". Denne avstand skal imidlertid holdes så liten at en god nøyaktighet oppnås når det gjelder hvor strømmen treffer. I henhold til en tredje variant av oppfinnelsen, kan det anvendes en ringformet utvendig brenner hvis innvendige kanalvegg har en mindre diameter enn utsiden av brenneren. I dette tilfellet kan det anordnes for eksempel en brenner med forlengede skråttstilte utmatningslepper for dannelse av en traktformet stråle av varme gasser.

Det kan videre på utsiden av spinneanordningen anordnes fortrinnsvis en induksjonsvarmer med en ringformet magnet for ledning av en elektrisk strøm med en høy eller fortrinnsvis middels høy frekvens. Som tidligere kjent kan den ringformede magnet anordnes like under spinneanordningen og konsentrisk med denne. Kombinasjonen av disse to varmeanordninger bidrar hovedsaklig til en termisk balanse for spinneanordningen og det skal påpekes at virkningsgraden for disse varmeanordninger er bedre jo nærmere de står inntil spinneanordningen og på denne måte vil den utvendige brenner hovedsaklig varme opp den øvre del av sentrifugen eller spinneanordningen, mens den ringformede magnet på sin side hovedsaklig varmer opp spinneanordningens bunndel. Siden det viste seg at det er meget vanskelig å varme opp oversiden av den omløpende vegg uten å varme opp alle de andre tilstøtende metalldeler som særlig er omsluttet av den varme gasstrøm, vil man ved det beskrevne dobbelte

oppvarmingssystem unngå tekniske problemer.

En ytterligere fremtredende forskjell mellom disse varmeanordninger er deres virkning på temperaturen i nærheten av spinneanordningen. Induksjonsvarmeren har ingen praktisk virkning i denne forbindelse og bidrar derfor ikke til oppvarming av omgivelsene, bortsett fra en liten oppvarming ved stråling. Den ringformede utvendige brenner på den annen side må uunngålig varme opp omgivelsene i en betydelig grad, selv om den sekundære varme som suges av rotasjonsbevegelsen av spinneanordningen og den høye hastighet på den ringformede gasstrøm på sin side undertrykker innføringen av varme fra den ringformede utvendige brenner inn i omgivelsene. For optimal fiberkvalitet, særlig når det gjelder mekanisk motstand, er det imidlertid ikke fordelaktig om fibrene blir utsatt for for varme omgivelser umiddelbart etter utslippet fra spinneanordningen. Under disse forhold skal temperaturen på gass som kommer fra den ringformede utvendige brenner fortrinnsvis være begrenset.

Videre er det fordelaktig å arbeide med forholdsvis høye hastigheter på spinneanordningen. Det er kjent at forholdet mellom motstandskrefter mot viskøs deformasjon og krefter i overflatespenningen som er ansvarlig for dannelsen av dråper eller perler er en funksjon av det dimmensjonsløse tall uxV/o, der u angir viskositeten for materialet, V er dets hastighet og o er dets overflatespenning. En økning av produktet av ux V, enten ved å senke temperaturen for å øke viskositet eller ved å øke hastigheten på materialets bevegelse, vil redusere tilbøyligheten til å danne partikler som ikke er blitt til fibre som for eksempel dråper eller perler.

Det vil fortrinnsvis vises oppmerksomhet for ikke å varme opp omgivelsene rundt spinneanordningen, men dette krav kan ha som følge at de utvendige varmeanordninger ikke er tilstrekkelig til å opprettholde den tilfredsstillende termiske balanse for spinneanordningen.

I et tilfelle av denne art, kan varmeanordninger tilføyes inne i spinneanordningen. Denne utfyllende innføring av varme oppnås fortrinnsvis ved hjelp, av en spredende innvendig brenner anordnet konsentrisk med bæreakselen for spinneanordningen, der brennerens flammer blir rettet mot innsiden av den omløpende vegg. Brendsel/- luftforholdet blir fortrinnsvis justert slik at flammens rot blir stående i den umiddelbare nærhet av den indre vegg. Et bestemt antall fremspring som tjener som flammestyrere er videre med fordel anordnet ved den indre vegg av "tulipanen". Den spredende innvendige brenner bidrar fortrinnsvis med mellom 3 og 15 % av den termiske innmatning, under pågående kontinuerlig drift - i den utstrekning den ikke er avledet fra det smeltede mineralske materialet. Dette synes å være et bidrag med mindre betydning, men denne varmeinngang foregår med en usedvanlig høy nøyaktighet, foregår nøyaktig ved det sted det er behov for og har derfor en overordentlig høy virkningsgrad.

Den spredende innvendige brenner som benyttes under fiberdannelsen, utfyller på fordelaktig måte en sentral innvendig brenner som er tidligere kjent, der den imidlertid utelukkende anvendes under startfasen og i prinsippet skal varme opp bunnen av spinneanordningen - eller av fordelingsanordningen som danner en bunn og vanligvis betegnes som en kopp, eller mer generelt, spinneanordningens sentrale område. Den sentrale innvendige brenner forvarmer koppen eller bunnveggen før mating av det smeltede mineralske materialet finner sted. I henhold til oppfinnelsen er den sentrale brenner fortrinnsvis en ringbrenner med en konvergerende flamme anordnet mellom spinneanordningens bæreaksel og den divergerende sentrale innvendige brenner.

Under startfasen skal det påpekes at de utvendige oppvarmingsmuligheter også benyttes. Om nødvendig kan til og med flammelanser eller lignende anordninger anvendes som utfyllende varmeanordninger. Den spredende innvendige brenner er naturligvis også i bruk under den kritiske startfase, mens varmeinngangen fra det smeltede mineralske materialet ennu ikke står til rådighet. Under startfasen blir også de indre og ytre brennere med fordel benyttet samtidig. De innvendige brennere er fortrinnsvis av en type som også finnes i fiberenheter for vanlig glassfiberproduk-

sjon. I slike kjente fiberenheter er brenneren anordnet konsentrisk rundt bæreakselen for spinneanordningen. Andre typer innvendige brennere kan også anvendes, særlig for åutligne for bestemte konstruksjoner av spinneanordningen, slik det vil bli forklart mer i detalj i forbindelse med beskrivelsen av bestemte utførelser.

Da de materialer som behandles i visse tilfeller har lave viskositeter sammenlignet med viskositetene for glass, som vanligvis bearbeides ved intern sentrifugering, er det nødvendig å justere produksjonskapasiteten for hver dyse i spinneanordningen ved tilsvarende valg av dimensjoner på de respektive dyser. Således har dysene vanligvis en diameter på mellom 0.7 og 1.2 mm for å gi en produksjonskapasitet på omtrent 1 kilo pr. dag og per dyse av glass med viskositeter i størrelsesordenen 1.000 pois. For materialer med viskositeter under 500 pois er det fordelaktig å benytte en spinneanordning med en dysediameter som er større enn 0.1 mm, fortrinnsvis større enn 0.15 mm og særlig større enn 0.2 mm, men imidlertid mindre enn 0.7 mm, fortrinnsvis mindre enn 0.5 mm og særlig mindre enn 0.4 mm.

Ytterligere detaljer, trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse av foretrukne utførelser under henvisning til tegningene der: Figur 1 til 7 er viskositet/temperaturdiagrammer for forskjellige blandinger;

figur 8a er et skjematisk lengdesnitt som viser en fiberdannende anordning til fremstilling av glassfibre, kjent fra teknikkens stand;

figur 8b er en gjengivelse svarende til figur 8a, av en utførelse av en fiberdannende anordning i følge oppfinnelsen;

figur 9 viser, på samme måte som figur 8b, en annen utførelse av en fiberdannende anordning ifølge oppfinnelsen.

Et antall blandinger som er hensiktsmessige til fremstilling av mineralfibere er gitt i den tabell som er tilføyet denne beskrivelse. Med unntak av sammensetningen 0, som viser en vanlig glassblanding som vanligvis omdannes til fibre ved "intern sentrifugering", har alle de andre materialer en høyere likvidustemepratur og en lav viskositet. I tillegg til hovedbestanddelene av blandingen, gir tabellen likvidus-

temperaturene, d.v.s. de verdier for termisk likevekt som tilsvarer den laveste temperatur ved hvilken krystaller ikke kan påvises i likevektstilstanden. For å bestemme denne temperatur, blir en prøve med oppbrutt materiale varmet opp til måletemperaturen i en platinadigel i en tid som er tilstrekkelig til å skape en likevektstilstand (16 timer under praktiske forhold), hvoretter den tas rfa ovnen og kjøles til omgivende temperatur, malt for å danne en tynn brikke og spesielt under et mikroskop. Likvidustemperaturen svarer da til terskeltemperaturen mellom det øvre temperaturområdet der ingen krystaller kan finnes og det lavere området der tilstedeværende av krystall finnes.

Med unntagelse av blanding nr. 26 som har egenskaper som en glassblanding, svarer alle blandinger i tabellen som benyttes i henhold til oppfinnelsen til materialer med høye smeltepunkter, vanligvis med likvidustemperaturer mellom 1.200°C og 1.400°C. Viskositets/temperaturgrafene for disse forskjellige blandinger er gitt på figurene 1 til 7. Når det gjelder detaljer ved de enkelte blandingers egenskaper, er alt som vises på figurene 1 til 7 her inntatt som referanse i denne beskrivelse for å vise de essensielle trekk ved foreliggende oppfinnelse. Diagrammene representerer desimal-logaritmene for viskositeter (i (lg u) i pois på y-aksen, og temperaturer på x-aksen. De venstre ender av grafene (bortsett fra for glasset 0) tilsvarer den laveste temperatur for hvilken viskositet kan måles med et viskosimeter med konsentriske rør der prøven blir gradvis avkjølt.

Bruksgrensene for oppfinnelsen er angitt med stiplede linjer i diagrammet. Den brukbare maksimumstemperatur avhenger av bestandigheten for spinneanordningens legeringer. For en arbeidsmessig levetid som kan godtas når det gjelder ODS-legeringer, ligger den øvre grense ved 1.400°C.

Verdien på 1.200°C som representerer den nedre grense er ikke en strengt fastlagt grenselinje, men er basert på det faktum at dette er den endelige grense som kan oppnås ved hjelp av de kjente vanlige "interne sentrifugerings"-teknikker hvis, i tillegg til andre ulemper, en meget kort driftsmessig levetid for spinneanordningen kan godtas. Under industriell drift er denne verdi langt fra oppnålig på noen som helst økonomisk måte med kjente og vanlige "intern sentrifugerings"-teknikker.

Utover 3.000 pois (lg u = 3.47) kan blandingen ikke lenger bearbeides tilfredsstillende med de teknikker det gjelder, siden materialet ikke lenger flyter gjennom dysene på den måte som er nødvendig. Denne øvre grense er ikke en praktisk viktig begrensning, idet de undersøkte blandinger har langt lavere viskositeter i det temperaturområdet det tas sikte på med oppfinnelsen.

Den nedre grense på 100 pois er meget viktig. Som tidligere nevnt, blir det i alle tilfeller praktisk talt umulig under denne viskositet, men ofte allerede viskositeter på mindre enn 200 pois (lg u = tilnærmet 2.3) eller til og med 350 pois (lg u = tilnærmet 2.5), å få til en vellykket uttynning av de filamenter som kommer fra dysene, til fibere. For å få til en fornuftig sikkerhetsmargin når det gjelder disse lave viskositeter som hindrer fiberdannelse ved intern sentrifugering, er det fordelaktig å arbeide med de blandinger som tillater bearbeiding ved viskositeter fra 300 til 350 pois.

For bedre å illustrere problemene under behandling av glass med lav viskositet, ble eksperimenter utført med et referanseglass som hadde en viskositet ved 950°C, svarende til den ene av basaltblandingene (nr. 25) ved 1.250°C, og som videre har en viskositet/temperaturgraf som tilsvarer den for blanding nr. 25. Disse eksperimenter ble utført ved hjelp av en 200 mm spinneanordning som er kjent fra FR-A-2 443 436, med en utmatet glassmengde liggende mellom 0.2 og 0.65 kg pr. dag og dyse. Glasstrømmen som ble frembragt av den ringformede utvendige brenner hadde en blåsetemperatur på mellom 700 og 1.000°C og et blåsetrykk på mellom 20 og 100 mm vannsøyle. Resultatene som fremkom er gjengitt i den følgende tabell med viskositet angitt i pois og rotasjonshastigheten på spinneanordningen med omdreininger pr. minutt. I kolonnen "Perler" er det første tall prosentandelen i vekt-% av ikke-fiberdannende partikler som er større enn 100 (im, fulgt i paranteser av vekt-%en for partikler som er større enn 40 nm. Fiberfinheten er uttrykt i mikronær verdi under 5 g.

. Som vist i den ovenstående tabell, er perleandelen ved en viskositet som er justert til mer enn 350 pois uavhengig av spinneanordningens rotasjonshastighet og klart under 5

vekt-%. I dette tilfellet er det mulig å forbedre fiberfinheten ved å heve rotasjonshastigheten på spinneanordningen og/eller trykket fra den utvendige brenner og/eller temperaturen på den uttynnende gass. For viskositeter på mindre enn 100 pois blir perleinnholdet meget betydelig selv ved høye rotasjonshastigheter på spinneanordningen, mens i tillegg de oppnådde fibre viser utilstrekkelig finhet, noe som i praksis gjør det uegnet for isolasjonsformål.

Mellom 70 og 360 pois kan fibere med høy kvalitet frembringes hvis en høy rotasjonshastighet anvendes og et perleinnhold på mellom 5 og 10 vekt-% godtas.

For å muliggjøre bruk av en blanding innenfor rammen av oppfinnelsen må det tas sikte på at en maksimal lengde av viskositets/temperaturgrafer skal ligge innenfor det området som er angitt med de grenser som er omhandlet ovenfor.

Blandingene 22 og 23, som er gitt som eksempler på blandinger som praktisk talt ikke kan tynnes ut med den lære som er knyttet til oppfinnelsen, er derfor utelukket. Det ses videre at blanding 21 bare har en meget liten del av sin viskositets/temperaturgraf innenfor det angitte området og er derfor meget vanskelig å omdanne til fibre. Blandingene 17,18,20,24 og 25 ligger i grenseområdet for de betingelser som kreves til valg ifølge oppfinnelsen, siden de ikke kan bearbeides ved viskositeter på mer enn 350 pois og derfor gir forholdsvis lite tilfredsstillende produkter med et perleinnhold på f.eks. mer enn 10 vekt-%.

Blandingene 3,10,11 og 14 har bare meget små seksjoner av sine viskositets/- temperaturgrafer innenfor det foretrukne viskositetsområdet på mer enn 300/350 pois,

slik at det blir vanskelig å opprettholde en konstant temperatur innenfor et område på minst 50°C over hele den omgivende vegg av spinneanordningen og i kontinuerlig drift.

Når det gjelder blandingene 8 og 12, skal det påpekes at de krever en spinneanordning med høy ytelse som tillater en arbeidstemperatur på mer enn 1.300°C.

De gjenværende blandinger byr på et arbeidsområde mellom 1.200° og 1.300°C, med en sikkerhetsmargin på minst 50°C med en viskositet på materialet som skal omdannes til fibre mellom 350 og 3.500 pois. De oppviser et meget bredt arbeidsområde som på en hensiktsmessig måte muliggjør utnyttelse over flere ti-talls grader og kan anvendes på

en enklere måte enn de blandinger som tidligere er beskrevet.

Blanding nr. 26 kommer ikke engang inn i det angitte arbeidsområdet siden den tilsvarer et glass med forholdsvis lav likvidustemperatur (selv om mer enn 1.050 til 1.100°C vanligvis blir betraktet som høye likvidustemperaturer; en vanlig benyttet glassblanding som blanding 0, har en likvidustemperatur på bare 920°C). Denne blanding muliggjør imidlertid utnyttelse av fordelene ved oppfinnelsen, siden den har en viskositet på

mindre enn 3.200 pois ved sin likvidustemperatur og fremdeles kan omdannes til fibre ved hjelp av "intern sentrifugering" ved en viskositet med mer enn 100 pois.

Anvendelse av foreliggende oppfinnelse skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til figurene 8 og 9 som skjematisk viser fiberdannende enheter.

Figur 8a og 8b viser en enhet som i sin hovedoppbygning tilsvarer den type som hittil er benyttet på dette området til fremstilling av glassfiber som særlig er tenkt til isolasjonsformål. Denne type fiberdannende anordning er beskrevet i detalj mange steder, f.eks. i FR-A-2 443 436 og EP-A-0 091 381, og innholdet av disse publikasjoner er her inntatt som referanse når det gjelder ytterligere detaljer.

På vanlig måte, og som vist i detalj på figur 8a, består den fiberdannende anordning hovedsaklig av en spinneanordning 1 hvis omgivende vegg 2 har flere utmatningsdyser. Den omløpende vegg 2 er forbundet med en flens 3 ved hjelp av et forbindelsesbånd 4 som betegnes som en "tulipan" på grunn av dets form. Som vist på tegningen er den omløpende vegg 2, tupilanen 4 og flensen 3 utformet som et hele i ett stykke.

Flensen 3 er montert på en bæreaksel 5 som i den viste utførelsen er hul og gjennom dette hulrom blir det smeltede mineralske materialet tilført.

Bæreakselen 5 - eller til og med flensen 3 - bærer videre en konsentrisk fordelingsanordning 6 som vanligvis kalles en "kopp". Fordelingskoppen 6, med en omløpende vegg som har et forholdsvis lite antall dyser med forholdsvis større diametre, danner bunnveggen i spinneanordningen 1 og fordeler det smeltede mineralske materialet på en slik måte at den sentralt tilførte strøm av smeltet mineralsk materiale blir delt opp i flerhet av mindre strømmer og fordelt på den indre omkrets av den omløpende vegg 2.

Spinneanordningen 1 er omgitt av forskjellige varmeanordninger: En ringformet magnet 7 i en induksjonsvarmer som delvis varmer opp bunnen av spinneanordningen 1, for særlig å utligne kjølingen ved kontakt med den omgivende luft som blir sterkt kjølt av de betydelige mengder luft som suges på grunn av rotasjonen av spinneanordningen 1 og med en vannkjølt ringformet utvendig brenner 8. Endene av kanalveggene 9 og 10 i den utvendige brenner 8 er anbragt i en liten vertikal avstand h fra spinneanordningen 1, for eksempel av størrelsesordenen 5 mm, som vist på en forenklet måte med skissen ved toppen av venstre side av figur 8 a.

Den ringformede utvendige brenner 8 frembringer en gasstrøm med høy temperatur og høy hastighet, hovedsaklig rettet vertikalt nedad, slik at den passerer langs den omløpende vegg 2. Gasstrømmen tjener på den ene side til å varme opp eller opprettholde temperaturen på den omløpende vegg 2 og bidrar på den annen side til å tynne ut filamentene av det smeltede mineral som er avspunnet, til fibere.

Som vist på tegningen er den utvendige brenner 8 fortrinnsvis omgitt av en blåsering 11 for kald luft, f.eks. trykkluft, hvis hovedoppgave er å begrense den radielle utvidelse av den varme gasstrøm og dermed hindre de fibere som dannes i å komme i berøring med den ringformede magnet 7.

Disse utvendige varmeanordninger for spinneanordningen 1 blir støttet på dens innside av en innvendig ringformet brenner 12 som er anbrakt inne i bæreakselen 7 og hovedsaklig bare benyttes under startfasen for den fiberdannende enhet til forvarming av koppen 6.

Som vist på figur 8b, består en fiberdannende anordning i henhold til oppfinnelsen av de samme komponenter, og de eneste forskjeller skal omhandles i det følgende.

Den mest fremtredende forskjell gjelder plasseringen av den ringformede utvendige

brenner som er vist ved 13 med kanalvegger 14 og 15 hvis ender ligger i en avstand h'

over den omløpende vegg som er vist ved 19 og som er tydelig større enn avstanden h på figur 8a. Disse forhold er også vist på en forenklet måte med skissen øverst på høyre side av figur 8b. For eksempel er en avstand h' i området fra 15 til 20 mm foretrukket,

siden en slik avstand fremdeles tillater en høy strømningsnøyaktighet for den strømmende gass. Videre har den indre kanalvegg 14 en diameter som er tydelig mindre enn diameteren på oversiden av den omløpende vegg 19. For å styre gasstrømmen etter at den slipper ut er utmatningsdysene for den utvendige brenner 13, begrenset av to skråttstilte flater 16 og 17 i rett vinkel på hverandre og for eksempel skråttstilt mot utsiden med omtrent 45°. For å begrense problemene med radiell utvidelse av den varme gass fra den utvendige brenner 13 er den skråttstilte flate 17 bare omtrent halvparten så lang som den indre skråttstilte flate 16 og ender i en hovedsaklig vertikal vegg 18. Den skråttstilte flate 16 og veggen 18 slutter i en høyde over spinneanordningen som hovedsaklig tilsvarer den vertikale avstand h for kanalveggene 9 og 10 i en vanlig utvendig brenner 8 (se figur 8a).

Med en slik anordning av den utvendige brenner 13 vil ikke bare den omløpende vegg

19 på spinneanordningen 1, men også tulipanen, som nu er vist ved 20, bli varmet opp. Gasstrømmen bør imidlertid ikke stige langs tulipanen 20 og varme opp bæreakselen

som nu er vist ved 22, for spinneanordningen som nu er vist ved 1'. For å unngå dette,

kan en ringformet fremspring 21 eller en annen roterende tetningsdel plasseres her for eksempel ved halvparten av høyden på tulipanen 20, slik at denne stilling bestemmer den lengde av tulipanen 20 som blir varmet opp av den ringformede gasstrøm. Det er også mulig å sette gapet mellom bæreakselen 22 og en omløpende vegg 23 under trykk.

For dette formål kan for eksempel kald luft innføres på toppen av bæreakselen 22 og

denne innføring er særlig fordelaktig i en retning perpendikulært på rotasjonsaksen for bare å danne en fluidumsperre og ikke en strøm av kald luft rettet mot tulipanen 20.

En sammenligning mellom figurene 8a og 8b viser en ytterligere viktig forskjell som består i at en andre innvendig brenner 25 er tatt i bruk og plassert konsentrisk rundt den sentrale indre ringformede brenner som nu er vist ved 26 og, som vanlig, tjene til å varme opp koppen som nu er vist ved 27. Den andre innvendige brenner 25 er en ringformet brenner med spredende flammer som blir rettet mot innsiden av den omløpende vegg 19 og av tupilanen 20. Ledningen av flammene blir fortrinnsvis optimalisert med fremspring 29 på innsiden av tulipanen 20, der disse tjener som flammestyrende anordning.

Når det gjelder utførelsen på figur 8b, har koppen 27 en forholdsvis tykk bunn 28 som for eksempel er dannet av en keramisk plate eller varmebestandig mørtel for å unngå hurtig erosjon på grunn av det smeltede mineralske materialet. I tillegg tjener den tykke bunn 28 som en varmeisolasjon, og hindrer derved kjøling av innsiden av bunnen på grunn av gass- eller luftstrømmen som settes opp eller suges inn ved rotasjonen av spinneanordningen 1'.

Arbeidspirnsippene for anordningen i henhold til oppfinnelsen skal nu beskrives i detalj.

Før produksjonen starter, varmes koppen 27 og spinneanordningen 1' opp til en temperatur ved hvilken det smeltede mineralske materialet ikke vil størkne før det . forlater dysene i spinneanordningen l<1>. Etter at en passende temperatur er nådd, der denne ideelt sett bør skille seg minst mulig fra temperaturen under pågående kontinuerlig drift, slik at stabil drifttilstand kan oppnås så hurtig som mulig uten særlig nedkjøling av det smeltede mineralske materialet, åpnes det for tilførsel av det smeltede mineralske materialet inn i spinneanordningen 1'.

Det smeltede mineralske materialet treffer bunnen 28 i koppen 27, drives ut gjennom dysene i koppen 27 i dennes omløpende vegg og kastes mot innsiden av den omløpende vegg 19 for spinneanordningen 1'.

Fordelingen av det smeltede mineralske materialet ved hjelp av koppen 27 bestemmes av to krav som strider mot hverandre. På den ene side er det ønskelig å holde antall dyser i koppen 27 forholdsvis lite for å hindre det smeltede mineralske materialet i å bli nedkjølt i særlig grad på sin vei fra koppen 27 til den omløpende vegg 19 for spinneanordningen 1'. Hvis imidlertid det smeltede mineralske materialet er konsentrert på et lite antall dyser i koppen 27, vil dette føre til lokalt begrensede treffpunkter på innsiden av den omløpende vegg 19 for spinneanordningen 1', med fare for hurtig erosjon av materialet i spinneanordningen 1' på disse steder. Denne fare øker ytterligere, slik det vil bli vist mer i detalj i det følgende, med en sterkere begrenset "reserve" av smeltet mineralsk materiale i spinneanordningen l<1>, slik at støtet blir mindre dempet av denne reserve som virker som en støtpute.

Fremføringen av det smeltede mineralske materialet gjennom spinneanordningen 1' holdes så kort som mulig for å redusere farene for størkning. Her må formålet være - i tillegg til å forkorte banen for det smeltede mineralske materialet inne i spinneanordningen 1' - å holde mengden av smeltet mineralsk materiale som forblir langs innsiden av den omløpende vegg 19, så liten som mulig før materialet passerer gjennom dysene.

Denne reserve av smeltet mineralsk materiale blir indirekte bestemt av strømmen av det smeltede mineralske materialet som tilføres, dets temperatur og dermed også om materialet er mindre eller mer lettflytende, og av sentrifugalakselerasjonen. For eksempel bør den gjennomsnittlige mengde av smeltet mineralsk materiale som befinner seg inne i spinneanordningen 1<*> ikke overskride produksjonsmengden for et minutt, og fortrinnsvis ikke for 30 sekunder.

Opprettholdelse av en tilstrekkelig temperatur på det smeltede mineralske materialet inntil det kastes fra spinneanordningen, krever ytterligere foranstaltninger og særlig varmetilpasning i de omgivelser som omgir spinneanordningen på en slik måte at både uttynning av filamentene til fibere og størkning av de uttynnede fibere blir sikret. Temperaturen på det smeltede mineralske materialet bør hurtig bringes til en verdi under den verdi der fibrene forblir faste. Ikke desto mindre bør størkningen ikke finne sted øyeblikkelig, da tilstrekkelig uttynning i et slikt tilfelle ikke vil være mulig.

Hovedstyringen av temperaturen i denne fase foregår ved hjelp av en varmeanordning som virker på omgivelsene ved spinneanordningen i den sone der uttynning av fibrene finner sted.

Ved valg av temperatur, må man naturligvis ta hensyn til de verdier ved hvilke materialet kan tynnes ut og størkne. Videre må det tas hensyn til det faktum at gass som unnviker fra brenneren, blander seg med luft som suges fra omgivelsene.

Under praktiske forhold, foregår uttynningen av fibrene et kort stykke etter at materialet forlater spinneanordningen.

Utmatningsmengden av gasser skal være tilstrekkelig til åopprettholde de valgte

betingelser i hele den omgivende atmosfæresone hvori fibrene blir tynnet ut.

Anordningen som er vist på figur 9, skiller seg fra den som er vist på figur 8

hovedsaklig ved at matingen av smeltet mineralsk materiale ikke foregår aksialt, men direkte inn i spinneanordningen uten passasje gjennom en fordelingskopp.

Utførelsen på figur 9 har en spinneanordning 31 som er festet til en bæreaksel 32 med

en flens 33 og en akselkrage på den måte som er vist skjematisk. Festeanordningen som sådan er ikke gjengitt i detalj.

Spinneanordningen 31 er åpen på toppen. Smeltet mineralsk materiale 35 tilføres på

grunn av tyngdekraften og kommer inn som en sammenhengende strøm fra forherden.

Det smeltede mineralske materialet 35 blir beskyttet i sin bane med en bøssing 36, inntil

det kommer inn i spinneanordningen 31.

Utførelsen har, på samme måte som utførelsen på figur 8, flere innretninger til styring

av temperaturene på det smeltede mineralske materialet og i anordningen under de forskjellige arbeidstrinn.

Fremfor alt er det på utsiden av spinneanordningen 31 en ringformet utvendig brenner

37 og en ringformet magnet 38 for induksjonsoppvarming. Avhengig av kravene i hvert enkelt tilfelle, kan ytterligere brennere anvendes midlertidig under oppstarting av produksjonen for å bringe spinneanordningen 31 opp til tilstrekkelig temperatur før det smeltede mineralske materialet innføres i spinneanordningen 31. Disse hjelpebrennere er ikke vist i detalj.

Inne i spinneanordningen 31 kan, som i utførelsen på figur 8, en innvendig brenner 39

være anordnet konsentrisk med bæreakselen 32. Bunnen i spinneanordningen 31 er fortrinnsvis forsynt med dyser for å muliggjøre gjennomføring av gasser.

Hvis det smeltede mineralske materialet 35 skal varmes opp like før det passerer

gjennom dysene i spinneanordningen 31, kan det anvendes slike brennere som er vist ved 40 på figur 9, som retter en flamme mot den omløpende veggs innside i spinneanordningen 31. I stedet for, som vist på figur 9. kan det være fordelaktig å

bringe brennerne 40 forskjøvet fra strømmen av smeltet mineralsk materiale 35, slik at de ikke kan forstyrre innføringen av smeltet mineralsk materiale.

På samme måte som i utførelsen på figur 8, kan dens spredende brenner 40 være understøttet med den sentrale innvendige brenner 39.

Vegger 41 som er vist skjematisk på figur 9, kan anbringes for best mulig å beskytte det indre rom i spinneanordningen 31 mot omgivelsenes temperatur.

Det smeltede mineralske materialet 35 treffer spinneanordningen 31 i et område som danner bunnen i spinneanordningen 31. Herfra vil det smeltede mineralske materialet dekke innsiden av den omløpende vegg for spinneanordningen 31 som vist ved 42 på grunn av sentrifugalkraftens virkning.

Det skal påpekes at i denne utførelse er den bane der det smeltede mineralske materialet 35 er i kontakt med spinneanordningen 31 meget kort.

På samme måte som i utførelsen ifølge figur 8b, vil den ringformede utvendige brenner 37 med innvendig forbrenning, som har som hovedfunksjon å justere varmebetingelsene i omgivelsene rundt spinneanordningen 31, hindre særlig kjøling av den omløpende vegg 42 på spinneanordningen 31, særlig ved dennes øvre del. På samme måte som ved den foregående utførelse, har induksjonsoppvarming ved hjelp av den ringformede magnet 38 til formål å varme opp bunnen av spinneanordningen 31.

Som eksperiment, som omhandlet ovenfor, er det blitt fremstilt fibere med en spinneanordning laget av et austenittisk ODS-stål. I dette eksempel hadde spinneanordningen en diameter på 200 mm og var utstyrt med 9.000 utmatningsdyser på sin omkrets. Diameteren på dysene var 0.5 mm. Dysene var anbragt i 20°. Utførelsen var av den art som er vist på figur 8b, og det vises til beskrivelsen av denne for åunngå gjentagelser.

Eksperimentforholdene for de forskjellige blandinger var noe forskjellig. Som eksempler vil de betingelser som gir gode resultater for blanding nr. 2, som er forklart ovenfor, bli gjengitt.

Utgangstemperaturen på det smeltede mineralske materialet under matingen til spinneanordningen var 1.550°C. Utmatningsmengden var tilsammen 3.000 kg/dag.

Til å begynne med ble den utvendige brenner justert for åsette opp en uttynnende gasstrøm ved 1,400°C med et blåsetrykk på 345 mm vannsøyle.

Rotasjonshastigheten på spinneanordningen var 3.000 rpm.

Under disse betingelser ble det produsert basaltull med en fiberfinhet med en Micronaireverdi på 3/5 g eller en Faconnaireverdi på 400/5 g (bestemmelsen av

Micronaire- og Faconnaireverdier er vanlige fremgangsmåter til angivelse av fiberfinhet som idag benyttes av produsenter av mineralull. Når det gjelder detaljer omhandler tysk industristandard (DIN) 53941 "Bestimmung des Micronaire" (Micronaire avlesning) og standard ASTM D 1448 "Micronaire reading of cotton fibers" og det vises her til disse som referanse). Innholdet av materialer som ikke hadde dannet fibere, med diameter på 100 nm eller mer, var under 0.8 vekt-%, noe som er overordentlig lavt, sammenlignet med resultater fra "ekstern sentrifugering". Kvaliteten på fibrene var samlet meget tilfredsstillende.

Generelt kan det sies at med egnet valg av arbeidsbetingelser, vil prosessen ifølge oppfinnelsen danne mineralmatter på grunnlag av basalt, stein etc., med mindre enn 5' vekt-% partikler som ikke dannet fibre (perler) med en diameter på mere enn 100 um."

Ikke desto mindre er det overordentlig viktig å overvåke temperaturfordelingen nøyé:'.

Som allerede nevnt ovenfor, vil en tydelig økning i temperatur, for eksempel ved å heve brennetemperaturen til 1.600°C, føre til en tydelig økning i andelen av partikler som ikke er omdannet til fibere.

Omvendt kan senkning av spinneanordningens temperatur føre til tilstopping av utmatningsdysene i spinneanordningens omkrets.

Eksperimenter som ble utført med de andre blandingene bekrefter de ovenfor angitte resultater.

Claims (11)

1. Anordning for fiberdannelse av et materiale som har en hevet likvidustemperatur over 1200°C og er lettflytende ved denne likvidustemperaturen, særlig med en viskositet mindre enn 320 Pas (3.200 poise) ved likvidustemperaturen, ved hjelp av intern sentrifugering, med en spinneanordning (1'; 31), hvis omløpende vegg (19; 42) omfatter et mangfold dyser med liten diameter, gjennom hvilke det smeltede mineralske materialet sentrifugeres for å danne filamenter som blir utsatt for den ytterligere uttynningsvirkning fra en gasstrøm som flyter langs spinneanordningens omløpende vegg (19; 42), og som er frembrakt av en ringformet utvendig brenner (13; 37) anbrakt konsentrisk med spinneanordningen (1'; 31), karakterisert ved at den ringformede utvendige brenneren (13; 37) innbefatter en utmatende kanalvegg (14) med en diameter som er mindre enn diameteren av oversiden av den omløpende veggen (19; 42) til spinneanordningen (1'; 31), at den ringformede utvendige brenneren (13; 37) er anbrakt i en avstand (h<1>) over den omløpende veggen (19; 42) til spinneanordningen (1'; 31), der avstanden er i størrelsesorden 15 til 20 mm, fra enden av den utmatende kanalvegg, og at spinneanordningen er laget av et materiale med tilstrekkelige varmemotstands-egenskaper, med hensyn til motstand mot krymp og korrosjon, ved fiberdannelses-temperaturen.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den ringformede utvendige brenner (13) omfatter utmatende kanalvegger (14,15) for den varme gass, forlenget med skrå vegger (16,17) som begrenser en spredende ut-matningsstrøm av de varme gasser.

3. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at tilbakestrømning av de varme gasser langs bæreakselen (22) for spinneanordningen (1') er forhindret ved et tettende fremspring (21) eller en rotasjonstetning.

4. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at tilbakestrømning av de varme gasser langs bæreakselen (22) for spinneanordningen (l<1>) er forhindret av en væsketetning dannet ved den frie ende av bæreakselen (22).

5. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 1 til 4, karakterisert ved at en spredende innvendig varmeanordning (25) i form av en ringformet brenner er tilveiebrakt, og der flammene til den spredende innvendige varmeanordningen blir holdt i nærheten av innsiden til den omløpende veggen (19) til spinneanordningen av flammeledende anordninger (29) som er anbrakt på innsiden av det tulipanformede skjørtet (20) på spinneanordningen.

6. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene l til 5, karakterisert ved at spinneanordningen (l<1>; 31) kan oppvarmes ytterligere ved hjelp av en ringformet induksjonsvarmer (7; 38).

7. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 1 til 6, karakterisert ved at det smeltede mineralske materialet ledes til en fordelingsanordning (fordelingskoppen 27), hvis bunn er beskyttet av en plate (28) av varmebestandig isolerende materiale, særlig en som er basert på keramisk materiale eller varmebestandig mørtel.

8. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 1 til 7, karakterisert ved at diameteren på dysene i spinneanordningen (l<1>; 31) ligger mellom 0.15 og 0.4 mm.

9. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 1 til 8, karakterisert ved at spinneanordningen består av en legering som er forsterket ved oksyddispergering (ODS).

10. Anordning som angitt i krav 9, karakterisert ved at spinneanordningen består av en austenittisk legering med de følgende hovedbestanddeler:

11. Anordning som angitt i krav 9, karakterisert ved at spinneanordningen består av en ferritisk legering med de følgende hovedbestanddeler: