NO830289L

NO830289L - DEVICE FOR FIBER MANUFACTURING BY Centrifugation

Info

Publication number: NO830289L
Application number: NO830289A
Authority: NO
Inventors: Georges Mathgen; Robert Scherer; Charles Pruem; Roland Clees
Original assignee: Arbed
Priority date: 1982-01-29
Filing date: 1983-01-28
Publication date: 1983-08-01
Also published as: FI824446L; DK33483A; FI824446A0; JPS58132123A; DK33483D0; EP0085644A1; LU83910A1

Description

Dennne oppfinnelse angår en anordning for fremstilling av fibre ved sentrifugering, spesielt av mineralfibre ut fra en film av smeltet slagg eller bergart som utsettes for en avkjøling under helt bestemte betingelser. This invention relates to a device for the production of fibers by centrifugation, in particular of mineral fibers from a film of molten slag or rock which is subjected to cooling under very specific conditions.

Den metode som for tiden benyttes, og som går ut påThe method that is currently used, and which is based on

å blåse smeltet materiale gjennom et rør av Venturi—typen, gjør det ikke mulig å følge den store produksjonskapasitet, av størrelsesordenen 5-7 tonn pr. time, som moderne smelteovner har. blowing molten material through a Venturi-type pipe does not make it possible to keep up with the large production capacity, of the order of 5-7 tonnes per hour, which modern melting furnaces have.

En annen metode for fremstilling av mineralull bestårAnother method of producing mineral wool consists

i å foreta en mekanisk fiberopptrevling ved hjelp av fiber-fremstillingsanordninger som virker gjennom sentrifugal-krefter, og som omfatter fra 1 til 4 rotorer montert i kas-kade. Ofte vil i anordninger med flere rotorer den første rotor - på hvilken filmen av smeltet materiale faller ned - tjene til å bre ut denne, og det er hovedsakelig de på-følgende rotorer som danner fibrene. in making a mechanical fiber unraveling by means of fiber production devices which work through centrifugal forces, and which comprise from 1 to 4 rotors mounted in cascade. Often, in devices with several rotors, the first rotor - on which the film of molten material falls - will serve to spread this, and it is mainly the following rotors that form the fibers.

Spinneinnretningene med flere rotorer har imidlertid den ulempe at de danner relativt korte fibre som følge av den .konstruktive utforming" av de forskjellige ele-menter som avstedkommer fiberdannelsen. However, the spinning devices with several rotors have the disadvantage that they form relatively short fibers as a result of the "constructive design" of the various elements that cause the fiber formation.

Når det kommer i kontakt med rotoren som roterer med høy hastighet, skiller det smeltede materiale seg i fine små dråper som slynges ut i den omgivende luft som følge av sentrifugalkreftene. Så snart disse små dråper for- When it comes into contact with the rotor, which rotates at high speed, the molten material separates into fine droplets that are ejected into the surrounding air as a result of the centrifugal forces. As soon as these small drops for-

later rotorens overflate, begynner de å bli langstrakte.leaves the surface of the rotor, they begin to become elongated.

De strekker seg ut og innsnevres på midten, mens det i deThey stretch out and narrow in the middle, while in the

to ytterpunkter dannes to"knuter". Disse knuter skilles fra fibrene på slutten av strekkningsprosessen og utgjør et avfall (ca. 30% av den smeltede masse). two extreme points form two "knots". These knots are separated from the fibers at the end of the stretching process and constitute a waste (approx. 30% of the molten mass).

For å oppnå fibre med stor lengde er det viktig atIn order to obtain fibers of great length, it is important that

de små dråper har en meget bestemt viskositet i det øyeblikk de slynges ut av rotoren, slik at de blir strukket maksimalt ut. Imidlertid varierer viskositeten av de blandinger som anvendes for fremstilling av mineralfibre, bare lite ved temperaturer av størrelsesordenen 1350 - 1450°C. Dog øker viskositeten som oftest temmelig sterkt ved temperaturer som ligger noe under dette område, nemlig i the small drops have a very specific viscosity at the moment they are ejected from the rotor, so that they are stretched to the maximum. However, the viscosity of the mixtures used for the production of mineral fibers varies only slightly at temperatures of the order of magnitude 1350 - 1450°C. However, the viscosity usually increases quite strongly at temperatures that are somewhat below this range, namely i

området fra 1250till300°C. Det følger av dette at lengden av en fiber blir omvendt proporsjonal med den hastighet med hvilken dråpen, ved en gitt temperatur og underkastet akselerasjon, passerer gjennom dette smale temperaturinter-vall i hvilken den størkner. En overoppvarmning av den ut-gående stråle fra ovnen forbedrer ikke kvaliteten av fibrene, da filmens startviskositet blir for liten, slik at mengden av knuter som ikke blir omdannet til fibre på de første rotorer, ofte er altfor stor. the range from 1250 to 300°C. It follows from this that the length of a fiber becomes inversely proportional to the speed with which the droplet, at a given temperature and subjected to acceleration, passes through this narrow temperature interval in which it solidifies. An overheating of the outgoing jet from the oven does not improve the quality of the fibres, as the initial viscosity of the film becomes too small, so that the amount of knots that are not converted into fibers on the first rotors is often far too large.

I de kjente anordninger blir de flater (sliteflater)In the known devices, they become flats (wearing surfaces)

av spinneinnretningenes rotorer på hvilke filmen av smeltet slagg eller bergart faller ned før den rives opp og slynges ut i rommet under innvirkning av sentrifugalkreftene, kraftig kjølt med vann, slik at slaggstrålen som treffer denne flate, utsettes for et brutalt varmesjokk, og dråpene allerede fra det øyeblikk hvor de slynges ut fra rotoren, får en viskositet nær viskositet-temperatur-kurvens avbøyningspunkt. of the rotors of the spinning devices on which the film of molten slag or rock falls before it is torn up and flung out into space under the influence of centrifugal forces, heavily cooled with water, so that the slag jet that hits this surface is subjected to a brutal heat shock, and the drops already from the moment they are ejected from the rotor, they acquire a viscosity close to the inflection point of the viscosity-temperature curve.

I tillegg hertil er rotorene omgitt av dyser gjennom hvilke det blåses kald luft under trykk inn i den sky av fibre som dannes foran dysene. Denne luft har til hensikt å fremme opptrevlingen av de små dråper i fibre og å trans-portere disse til ullkammeret. Luften avstedkommer således en tilleggsavkjøling i den kritiske periode opptrevlingen i fibre finner sted, hvilket medfører en reduksjon av den midlere lengde av de dannede fibre og fører til en økning av mengden av knuter som ikke blir opptrevlet i fibre. In addition to this, the rotors are surrounded by nozzles through which cold air is blown under pressure into the cloud of fibers that forms in front of the nozzles. The purpose of this air is to promote the unraveling of the small droplets in fibers and to transport these to the wool chamber. The air thus causes an additional cooling during the critical period in which unraveling in fibers takes place, which results in a reduction of the average length of the formed fibers and leads to an increase in the amount of knots that are not unraveled in fibres.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å bøte på disse ulemper og å tilveiebringe en anordning ved hjelp av hvilken det kan fremstilles fibre med stor lengde. The purpose of the present invention is to remedy these disadvantages and to provide a device by means of which fibers of great length can be produced.

Denne hensikt oppnåes ved hjelp av anordningen ifølge oppfinnelsen, hvor rotorens akse omfatter innretninger for tilførsel av gass under trykk. This purpose is achieved by means of the device according to the invention, where the axis of the rotor comprises devices for supplying gas under pressure.

I en av utførelsesformene av anordningen ifølge oppfinnelsen kjøles rotorens slitelag ved hjelp av små vinger som befinner seg i termisk kontakt med rotoren, og som selv avkjøles av trykkluften som innføres gjennom rotoraksen. Etter at denne luft er blitt oppvarmet gjennom kontakt med vingene og rotorens innvendige flater, avbøyes den ved hjelp av en deflektor, hvorved man samtidig opp-når befordring av fibrene til ullkammeret. Når luften er varm, blir avkjølingen av fibrene ikke for voldsom. In one of the embodiments of the device according to the invention, the wear layer of the rotor is cooled by means of small wings which are in thermal contact with the rotor, and which are themselves cooled by the compressed air introduced through the rotor axis. After this air has been heated through contact with the wings and the inner surfaces of the rotor, it is deflected by means of a deflector, whereby the fibers are simultaneously transported to the wool chamber. When the air is warm, the cooling of the fibers is not too violent.

Fordelene som oppnåes ved å anvende rotoren ifølge oppfinnelsen, er spesielt som følger: - Kjølingen med luft, som er mer smidig enn den konvensjonelle kjøling med vann, gjør det mulig å operere med en høyere overflatetemperatur og å unngå en brutal kjøling The advantages obtained by using the rotor according to the invention are particularly as follows: - The cooling with air, which is more flexible than the conventional cooling with water, makes it possible to operate with a higher surface temperature and to avoid a brutal cooling

av slaggfilmen når denne kommer i kontakt med rotoren.of the slag film when it comes into contact with the rotor.

- Ved at man for å fremme opptrevlingen i fibre og for å slynge fibrene ut i ullkammeret benytter luft som er blitt oppvarmet gjennom kontakt med rotorens innvendige flater, unngår man den herdeeffekt som de fibre som er i ferd med å dannes,utsettes for i de konvensjonelle anlegg. - By using air that has been heated through contact with the inner surfaces of the rotor to promote the unraveling of fibers and to eject the fibers into the wool chamber, the hardening effect to which the fibers that are in the process of being formed are exposed in the conventional facilities.

Oppfinnelsen skal nu beskrives mer detaljert under henvisning til tegningen, som viser en utførelsesform av oppfinnelsen. The invention will now be described in more detail with reference to the drawing, which shows an embodiment of the invention.

Fig. 1 viser et skjematisk lengdesnitt gjennom en rotor ifølge oppfinnelsén. På figuren ses en rotor om-fattende et luftavkjølt rotasjonselement 1 og en aksel 2 som er forbundet med en ikke vist drivinnretning som bi-bringer det en rotasjonshastighet av størrelsesordenen 5000 omdreininger pr. minutt. På innsiden av aksel 2 er det anordnet innretninger for tilførsel av kjøleluft under trykk. Akselen kan ha form av et rør. Kjøleluften, av hvilken en del strømmer gjennom dyse 11, stryker deretter langs rotasjonselementet 1, som befinner seg i termisk kontakt med slitelaget 8. Dette element 1, som er utført i et materiale med stor varmeledningsevne, er festet til et utvidet parti 9 av akselen 2 ved hjelp av flere festeinn-retninger 10. Fig. 1 shows a schematic longitudinal section through a rotor according to the invention. The figure shows a rotor comprising an air-cooled rotation element 1 and a shaft 2 which is connected to a drive device not shown which gives it a rotation speed of the order of 5000 revolutions per second. minute. On the inside of shaft 2, there are devices for supplying cooling air under pressure. The shaft can have the shape of a tube. The cooling air, part of which flows through the nozzle 11, then passes along the rotation element 1, which is in thermal contact with the wear layer 8. This element 1, which is made of a material with high thermal conductivity, is attached to an extended part 9 of the shaft 2 using several fastening devices 10.

Luftdeflektoren 5 vil fortrinnsvis være stasjonærThe air deflector 5 will preferably be stationary

og kan som følge av rotasjonen av det utvidede parti 9 tjene som lager for rotorens aksel 2. Den kan i sin(e) kanal(er) omfatte deflektorer 6, som eventuelt kan være justerbare, og som gjør det mulig å redusere turbulensen og å blåse luft fra en nøyaktig bestemt vinkel mot slite- and, as a result of the rotation of the extended part 9, can serve as a bearing for the rotor's shaft 2. It can include in its channel(s) deflectors 6, which can optionally be adjustable, and which make it possible to reduce the turbulence and to blowing air from a precisely determined angle towards the wear-

laget 8.made 8.

Slitelaget 8, som utgjøres av en profilert ring avThe wear layer 8, which consists of a profiled ring of

en legering som er slitefast ved høy temperatur, er festet til rotorens element 1 ved buesveisning med plasmaoverfør-ing under anvendelse av sveisepulver på basis av nikkel, kobolt eller jern, med eventuell innlemmelse av wolfram-eller titankarbider. Profileringen av overflaten foretas deretter ved maskinering. an alloy that is wear-resistant at high temperature is attached to the element 1 of the rotor by arc welding with plasma transfer using welding powder based on nickel, cobalt or iron, with the possible incorporation of tungsten or titanium carbides. The profiling of the surface is then carried out by machining.

Luften som ved hjelp av dysen 11 - som eventuelt kan være justerbar - dirigeres mot ullkammeret, bidrar til å frakte fibrene til dette. Ved å manipulere orienteringen av dysen 11, innstillingen av deflektoren 5 og de respek-tive lufttrykk er det mulig å optimalisere fordelingen av fibrene på oppsamlingsbåndet i ullkammeret. Man kan selv-følgelig dessuten benytte seg av faste hjelpedyser av konvensjonell type for å oppnå denne fordeling. The air which is directed towards the wool chamber by means of the nozzle 11 - which can optionally be adjustable - helps to transport the fibers to it. By manipulating the orientation of the nozzle 11, the setting of the deflector 5 and the respective air pressures, it is possible to optimize the distribution of the fibers on the collection belt in the wool chamber. One can of course also use fixed auxiliary nozzles of a conventional type to achieve this distribution.

Gjennom en avpassning av luftmengden innstilles slite-lagets temperatur på den ønskede verdi, som må være forlike-lig med dettes mekaniske og termiske egenskaper. By adjusting the amount of air, the wear layer's temperature is set to the desired value, which must be compatible with its mechanical and thermal properties.

Akselen 2 selv kan, i henhold til en variant, avkjøles ved hjelp av en konvensjonell kjølevannskrets. Slike kjøle-vannskretser er vanligvis lukkede og omfatter en varmeveksler og en pumpe hvis levering styres av vanntemperaturen. The shaft 2 itself can, according to a variant, be cooled by means of a conventional cooling water circuit. Such cooling water circuits are usually closed and comprise a heat exchanger and a pump whose delivery is controlled by the water temperature.

For å forbedre varmeutvekslingen mellom slitelaget 8 og kjøleluften kan rotasjonselementet 1, som er utført i et materiale med meget god varmeledningsevne, omfatte vinger eller lameller. In order to improve the heat exchange between the wear layer 8 and the cooling air, the rotation element 1, which is made of a material with very good thermal conductivity, can include wings or slats.

Det er likeledes mulig å erstatte kjøleluften med en hvilken som helst egnet gass.Likeledes kan man i spesi-elle tilfeller anordne et væskeinjeksjonsrør i lufttilførs-elsrøret 3 akse, hvilket væskeinjeksjonsrør munner ut i dysen 11. It is also possible to replace the cooling air with any suitable gas. Likewise, in special cases, a liquid injection pipe can be arranged in the air supply pipe 3 axis, which liquid injection pipe opens into the nozzle 11.

Claims

1. Device for the production of fibres, especially mineral fibres, from a molten material, consisting of a rotating element (1) mounted on a rotating shaft (2), characterized in that the shaft (2) comprises a device (3) for supplying gas under pressure.

2. Device according to claim 1, characterized in that the device (3) for supplying gas opens at at least one element which is in thermal contact with the part (8) on which the molten material falls.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the device for supplying gas opens out at the layer (8) on which the molten material falls.

4. Device according to claim 1, characterized in that the device (3) for supplying gas opens into at least one adjustable nozzle (11) arranged in the extension of the shaft (2).

5. Device according to claim 1, characterized in that, it includes: - a rotating element (1) which has a partial cavity, and which has a wear layer (c) applied to its side edge, - a rotation shaft (2) fixed in the center of the rotating element (1) and provided with a device (3) for supplying air under pressure to the partial cavity, and - devices for supplying air under pressure from the partial cavity to the wear layer (8).

6. Device according to claim 5, characterized in that the gas which cools the rotating element (1) passes via the channel or channels (7) in a deflector (5) which directs the gas towards the wear layer (8).

7. Device according to claim 5 or 6, characterized in that the deflector's (5) channel or channels (7) are provided with wings or slats (6).

8. Device according to claims 5-7, characterized in that the wings or slats (6) are adjustable.

9. Device according to claims 5-8, characterized in that the rotating element (1) comprises cooling fins or fins which are located at least partially in said partial cavity.