PL182905B1 - Sposób wytwarzania wełny mineralnej i urządzenie do wytwarzania włókien z materiału mineralnego - Google Patents

Abstract

1.Sposób wytwarzania welny mineralnej, zgodnie z którym stopiony material mineralny przedzie sie z od- srodkowym wyrzucaniem materialu mineralnego i z wy- tworzeniem wlókien, które poddaje sie uzupelniajacemu dzialaniu snujacemu strumienia gazu przeplywajacego wzdluz i ogrzewajacego materialy na wylocie z przedzar- ki, przy czym strumien gazu kieruje sie koncentrycznie wzgledem przedzarki, znamienny tym, ze strumien gazu dzieli sie na dwie koncentryczne strefy, wewnetrzna goraca i zewnetrzna chlodzaca o znacznie nizszej temperaturze. 2. Urzadzenie do wytwarzania wlókien z materialu mineralnego na drodze, wewnetrznego odwirowywania, zawierajace przedzarke, w której bocznej scianie znajduje sie szereg otworków o malej srednicy, wylotowych dla materialu mineralnego oraz koncentryczny wzgledem przedzarki pierscieniowy palnik, znamienny tym, ze zawiera wtryskiwacze (17) gazu chlodzacego, takiego jak powietrze, w zewnetrznej scianie bocznej (9) wylotu palnika, przy czym wtryskiwacze (17) maja dysze usytu- owane zasadniczo poprzecznie wzgledem kierunku prze- plywu gazów z palnika w obszarze wtrysku. Fig. 1 PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wełny mineralnej ze stopionego materiału mineralnego, zgodnie z którym stopiony materiał mineralny przędzie się z odśrodkowym wyrzucaniem materiału mineralnego i z wytworzeniem włókien, które poddaje się uzupełniającemu działaniu snującemu strumienia gazu przepływającego wzdłuż i ogrzewającego materiały na wylocie z przędzarki, przy czym strumień gazu kieruje się koncentrycznie względem przędzarki oraz urządzenie do formowania włókien z materiału mineralnego na drodze wewnętrznego odwirowywania, zawierające przędzarkę, w której bocznej ścianie znajduje się szereg otworków o małej średnicy, wylotowych dla materiału mineralnego oraz koncentryczny względem przędzarki pierścieniowy palnik.

Włókna mineralne o wysokiej jakości można wytwarzać na drodze wewnętrznego wirowania, co polega na tym, że stop mineralny wprowadza się do wnętrza przędzarki obracającej się z dużą prędkością i mającej na bocznej ścianie szereg małych otworków, przez które stop może wydostawać się w postaci stopionych włókien o odpowiednio małej średnicy. Włókna opuszczające przędzarkę poddawane są działaniu podmuchu z pierścieniowego palnika, na skutek czego następuje ich snucie i tworzą się włókna o wymaganej małej średnicy,

182 905 które następnie zestalaj ą się i nagromadzają na dolnym przenośniku, na którym tworzy się mata z włókien mineralnych. Sposób taki jest dobrze znany jako tak zwany proces TEL.

W takich urządzeniach do formowania włókien wytwarza się włókna z materiałów mineralnych o różnym składzie. Takie kompozycje mineralne mogą się charakteryzować wysoką, normalną lub niską temperaturą topnienia, a zatem niejednakową temperaturą formowania z nich włókien. Natomiast palnik w takich urządzeniach do formowania włókien pracuje przy określonej optymalnej nastawie zapewniając żądaną temperaturę pracy, której nie powinno się znacznie zmieniać, by nie przekroczyć optymalnego zakresu pracy palnika. Przykładowo temperatura gazów podmuchowych z palnika może wynosić 1550-1600°C przy optymalnej nastawie pracy palnika, co jest odpowiednią temperaturą dla formowania włókien ze szkieł wysokotopliwych. Dla dopasowania wymagań temperatury do szkieł o niższej temperaturze topnienia tę temperaturę można by obniżyć, dokonując niewielkich zmian w nastawie palnika, np. do 1300-1350°C, co jest jeszcze zakresem zbliżonym do optymalnej nastawy palnika.

Przegrzanie włókien z materiałów o niskiej temperaturze topnienia będzie prowadzić do spadku lepkości w takim stopniu, że stop rozsnuty przez gazy podmuchowe będzie opuszczać strefę snucia przed zestaleniem się, a w wyniku działania napięcia powierzchniowego stopione włókna będą przekształcać się w cząstki nie rozwłóknione, których obecność w wytwarzanej macie mineralnej jest niepożądana.

Z PCT nr 94/04469 znane jest zastosowanie dodatkowej zewnętrznej dmuchawy dostarczającej powietrze chłodzące z okręgu leżącego na zewnątrz wylotu palnika. W takim przypadku wylot palnika jest usytuowany promieniowo wewnątrz względem górnej zewnętrznej krawędzi przędzarki. Taki układ jest szczególnie przydatny przy formowaniu włókien z twardych szkieł o wysokiej temperaturze topnienia i niskiej lepkości w stanie stopionym. Zgodnie z tym znanym rozwiązaniem powietrze chłodzące przecina strumień gazów podmuchowych przy zewnętrznej krawędzi przędzarki, w punkcie, w którym snucie włókien jest już prawie zakończone, aby spowodować w tym punkcie wzrost lepkości. Strumień gazu z dmuchawy jest zasadniczo równoległy do strumienia gazów podmuchowych, w związku z czym sumuje się z impulsem i energią kinetyczną złożonego strumienia.

Tak więc istnieje zapotrzebowanie na formowanie włókien z innych materiałów mineralnych, takich jak niskotopliwe szkła, przy temperaturze gazów podmuchowych wynoszącej zaledwie 1200°C lub nawet poniżej. Obniżanie temperatury na wylocie z palnika w takim stopniu poprzez zmianę nastawy palnika mogłoby doprowadzić do nieoptymalnych warunków pracy palnika, co jest niepożądane.

Celem wynalazku było zatem dostarczenie sposobu i urządzenia umożliwiającego formowanie włókien z niskotopliwych materiałów mineralnych, wymagających działania gazu podmuchowego o temperaturze znacznie niższej od uzyskiwanej przy optymalnych warunkach pracy palnika.

Cel wynalazku osiągnięto za pomocą sposobu wytwarzania wełny mineralnej, zgodnie z którym stopiony materiał mineralny przędzie się z odśrodkowym wyrzucaniem materiału mineralnego i z wytworzeniem włókien, które poddaje się uzupełniającemu działaniu snującemu strumienia gazu przepływającego wzdłuż i ogrzewającego materiały na wylocie z przędzarki, przy czym strumień gazu kieruje się koncentrycznie względem przędzarki, który charakteryzuje się tym, że strumień gazu dzieli się na dwie koncentryczne strefy, wewnętrzną gorącą i zewnętrzną chłodzącą o znacznie niższej temperaturze.

Cel wynalazku osiągnięto także dzięki urządzeniu do wytwarzania włókien z materiału mineralnego na drodze wewnętrznego odwirowywania, zawierającemu przędzarkę, w której bocznej ścianie znajduje się szereg otworków o małej średnicy, wylotowych dla materiału mineralnego oraz koncentryczny względem przędzarki pierścieniowy palnik, które charakteryzuje się tym, że zawiera wtryskiwacze gazu chłodzącego, takiego jak powietrze, w zewnętrznej ścianie bocznej wylotu palnika, przy czym wtryskiwacze mają dysze usytuowane zasadniczo poprzecznie względem kierunku przepływu gazów z palnika w obszarze wtrysku.

Korzystnie wtryskiwacz ma postać przelotowych otworków o średnicy 1 - 3 mm, korzystnie około 2 mm.

182 905

Korzystnie odległość pomiędzy dwoma kolejnymi, równomiernie rozmieszczonymi otworkami wynosi 2-15 mm, a zwłaszcza 5-12 mm.

Korzystnie otworki te znajdują się w szeregu liczącym co najmniej dwa rzędy, przy czym odległość pomiędzy sąsiednimi rzędami wynosi 2-10 mm, korzystnie 5 mm.

W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku wtryskiwacz ma wylot w postaci ciągłej obwodowej szczeliny.

Korzystnie szerokość tej szczeliny wynosi 0,3 -1 mm.

Korzystnie szerokość tej szczeliny jest nastawna.

Tak więc dzięki wynalazkowi temperatura gazów podmuchowych nie obniża się jednostajnie, jak wtedy, gdy zmniejsza się dopływ palnych materiałów do palnika lub gdy powietrze chłodzące miesza się wstępnie z gazami z palnika. W rezultacie promieniowo wewnętrzna strefa pozostaje stosunkowo gorąca, a ewentualnie jej temperatura jest nawet zbliżona do temperatury nie schłodzonych gazów z palnika. Efekt taki jest pożądany, gdyż obszar rzędów otworków w bocznej ścianie przędzarki należy utrzymywać w stosunkowo wysokiej temperaturze, wyższej od temperatury likwidusu albo temperatury odszklenia, lub krystalizacji, dla umożliwienia przepływu szkła przez otworki.

Z drugiej strony pożądane jest stosunkowo szybkie schłodzenie snutych włókien, by stosunkowo szybko doprowadzić do ich dostatecznego zestalenia się i zapobiec zjawisku powrotu wysnutych włókien do postaci materiału ziarnistego pod wpływem napięcia powierzchniowego, a także zapobiec wydzielaniu się ze szkła lotnych składników, takich jak sód, pod silnym działaniem temperatury. Takie złe jakościowo włókna zawierające materiał ziarnisty lub inne formy niewłókniste powodują również wzrost zawartości niewłóknistych cząstek w wytwarzanej macie z wełny mineralnej. Silne chłodzące działanie uzyskiwane w promieniowo zewnętrznej strefie chłodzenia pozwala uniknąć takiego niepożądanego efektu.

Ponadto wtryskiwanie gazu chłodzącego przez zewnętrzną boczną ścianę wylotu palnika nie stwarza znaczących problemów ze zmianą nastawy palnika w przypadku zmiany składu materiału. Jeśli np. formuje się włókna ze szkła o wysokiej temperaturze topnienia, dopływ powietrza chłodzącego można po prostu odciąć, a w przypadku formowania włókien ze szkieł o niższej temperaturze topnienia dowolną wymaganą ilość chłodzącego powietrza można doprowadzić obracając po prostu zawór. W ten sposób można uzyskać bez jakichkolwiek znaczących wysiłków optymalną nastawę dla materiału o danym składzie.

Fakt, że kierunek wtrysku chłodzących gazów jest zasadniczo poprzeczny względem kierunku przepływu gazów z palnika, pozwala uniknąć jakiegokolwiek znaczącego wzrostu impulsu oraz wpływu energii kinetycznej gazów z palnika. Z tego względu doprowadzanie gazu chłodzącego nie zmienia znacząco działania snującego wywieranego przez gazy z palnika, toteż doprowadzanie gazu chłodzącego nie zmienia pod tym względem warunków pracy urządzenia. Jakkolwiek działanie chłodzące gazu chłodzącego może powodować wzrost lepkości materiału mineralnego, jest to zasadniczo równoważone wzrostem ogólnej energii strumienia gazu występującym w wyniku wprowadzenia gazu chłodzącego. W związku z tym warunki pracy urządzenia, w tym działanie rozsnuwające, pozostają praktycznie nie zmienione, bez względu na to czy doprowadza się więcej czy mniej gazu chłodzącego dla spełnienia wymagań temperaturowych rozwłóknianej kompozycji szklanej.

W odróżnieniu od rozwiązania znanego z PCT 94/04469 według wynalazku gazy wydostające się z wylotów palnika ulegają specyficznemu, niehomogenicznemu chłodzeniu, bez znaczącego zwiększania impulsu, co umożliwia formowanie włókien z materiału mineralnego przy charakterystyce temperaturowej, w porównaniu z którą temperatura nie schłodzonego gazu podmuchowego byłaby na tyle wysoka, że powstałyby nie rozwłóknione cząstki.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie urządzenie według wynalazku w przekroju wzdłużnym, fig. 1a - szczegół z fig. 1 w powiększeniu, lecz dla innego przykładu wykonania, fig. 1b - dalszą modyfikację przykładu wykonania z fig. la, fig. 2 - rozkład temperatury w przekroju wylotu palnika tuż poniżej obszaru wylotowego, a fig. 3 - rozkład temperatury promieniowo na zewnątrz bocznej ściany przędzarki urządzenia wirówkowego.

182 905

Urządzenie do formowania włókien pokazane schematycznie na fig. 1 zawiera jako podstawowy element przędzarkę 1, której ' ściana boczna 2 zawiera szereg otworów wylotowych 2a. Ściana boczna 2 jest połączona z kołnierzem 3 pasem łączącym z uwagi na jego kształt zwanym welonem 4. Jak to pokazano na rysunku, ściana boczna 2, welon 4 i kołnierz 3 stanowiąjedną całość.

Kołnierz 3 jest zamontowany na wale nośnym 5, w przedstawionym przykładzie wykonania wydrążonym, przy czym przez otwór w tym wale nośnym 5 doprowadza się stopiony materiał mineralny.

Wał nośny 5, a nawet kołnierz 3, podtrzymują ponadto koncentryczny rozdzielacz 6, zwany zazwyczaj kubkiem lub koszykiem. Rozdzielacz 6, na którego bocznej ścianie znajduje się stosunkowo niewielka liczba otworów 6a o względnie dużej średnicy, służy jako spodnia ściana przędzarki i rozprowadza strumień stopionego materiału mineralnego dzieląc go na szereg włókien, które rozkładają się na wewnętrznym obwodzie ściany bocznej 2.

Przędzarkę 1 otaczają różne elementy grzewcze, to jest pierścieniowa cewka 7 średniej częstotliwości, która ogrzewa zwłaszcza spodnią część przędzarki 1, głównie dla skompensowania niewystarczającego ogrzewania przez palnik oraz chłodzenia na skutek zetknięcia się z otaczającym powietrzem, intensywnie chłodzonym przez znaczne ilości powietrza zasysanego w wyniku obrotów przędzarki 1, oraz chłodzony wodą pierścieniowy zewnętrzny palnik 8. Końce ścian 9 i 10 zewnętrznego p^alnik^a 8 znajdują się w niewielkiej odległości od przędzarki 1, np. rzędu 5 mm, przy czym ściana wewnętrzna 10 leży prawie w tej samej płaszczyźnie, co górna zewnętrzna krawędź przędzarki 1.

Pierścieniowy zewnętrzny palnik 8 wytwarza strumień gazu o wysokiej temperaturze i dużej prędkości, skierowany zasadniczo pionowo, a zatem przepływający praktycznie wzdłuż ściany bocznej 2. Strumień gazu z jednej strony służy do utrzymywania temperatury ściany bocznej 2, a z drugiej strony przyczynia się do snucia włókien z przędzonego stopionego materiału mineralnego.

Jak to pokazano na rysunku, palnik zewnętrzny 8 jest korzystnie otoczony usytuowanym promieniowo w większej odległości pierścieniem 11 dmuchawy zimnego powietrza, którego głównym zadaniem jest ograniczenie promieniowej ekspansji strumienia gorących gazów, a tym samym zapobieganie zetknięciu się uformowanych włókien z pierścieniową cewką 7.

Zewnętrzne ogrzewacze przędzarki 1 są uzupełnione od wewnątrz wewnętrznym pierścieniowym palnikiem 12, znajdującym się wewnątrz wału nośnego 5 i wykorzystywanym w fazie rozruchu urządzenia do formowania włókien do podgrzewania rozdzielacza 6.

Opisana powyżej ogólna konstrukcja urządzenia do formowania włókien jest znana. Według wynalazku pierścieniowy przewód zawierający komorę 14 chłodzenia zewnętrznej ściany bocznej 9 jest podzielony ścianą działową 15 tak, że powstaje komora 16 sprężonego powietrza chłodzącego. Komora 16 sprężonego powietrza jest połączona w sposób umożliwiający przepływ z wylotem palnika za pomocą wtryskiwacza 17 przykładowo w postaci szeregu otworków 17a w zewnętrznej ścianie bocznej 9. Przez otworki 17a powietrze chłodzące lub dowolny inny gaz chłodzący wpływa do wylotu palnika i tam miesza się z gazami z palnika.

Otworki 17a są usytuowane poprzecznie względem kierunku przepływu gazów z palnika przy wylocie z palnika. Tak więc energia kinetyczna gazu podmuchowego wychodzącego z wylotu palnika nie zmienia się znacząco, a zatem obecność lub brak powietrza chłodzącego nie wpływa znacząco na warunki snucia.

Postać i układ otworków 17a można dopasować do danych wymagań. W pokazanym przykładzie wykonania urządzenia zastosowano jeden szereg otworków 17a o średnicy 2 mm i odległości pomiędzy dwoma kolejnymi otworkami 177 wyyoszącej 10 mm. Jeśll wziąć pod uwagę, że średnica przędzarki wynosi 400 mm, wokół całego obwodu przewodu pierścieniowego 13 znajduje się 120 otworków równomiernie rozmieszczonych w jednym rzędzie.

W razie potrzeby otworki 17a mogą być również rozmieszczone w dwóch lub większej liczbie rzędów i na fig. 1 a pokazano przykład takiego rozwiązania, w którym wzajemna odległość pomiędzy sąsiadującymi otworkami 17a o średnicy 2 mm w różnych rzędach wynosi

182 905

5,5 mm. Ponadto wtryskiwacz 17 może mieć postać szczeliny 18, jak to pokazano na fig. 1b, co może stanowić zaletę, gdyż ułatwia nastawianie pionowej szczeliny, co schematycznie pokazano i zaznaczono za pomocą podwójnej strzałki na fig. 1b. Taki alternatywny układ wtryskiwacza 17 czyli szczelina 18 umożliwiają łatwe dopasowywanie do praktycznych potrzeb istniejących w danym przypadku.

Na figurach 2 i 3 pokazano rozkład temperatury zmierzonej w przypadku dwu przykładów wykonania zrealizowanych w praktyce. Na figurze 2 pokazano rozkład temperatury na poziomie 1 mm poniżej obszaru wylotowego na wylocie palnika, a fig. 3 przedstawia rozkład temperatury na poziomie najwyższych otworków w ścianie bocznej 2 przędzarki 1,19 mm poniżej obszaru wylotowego na wylocie palnika. Odległość promieniową miejsca pomiaru podaną na fig. 2 i 3 jako odcięta mierzy się od ściany bocznej 9.

Krzywą A rozkładu temperatury wyznaczono w urządzeniu według przykładu wykonania z fig. 1a, zawierającym dwa rzędy otworków 17a, natomiast krzywa B dotyczy przypadku bez wtryskiwania gazu chłodzącego.

Krzywe A i B nie wymagają praktycznie specjalnych dodatkowych objaśnień. Na figurze 2 pokazano po lewej stronie wpływ gazu chłodzącego na obniżenie temperatury w strefie chłodzenia oznaczonej jako C. Jak to przedstawiono na fig. 3, temperatura w pobliżu obwodu przędzarki 1 jest podwyższona i gwałtownie spada w strefie chłodzenia C w odległości promieniowej kilku mm, co ułatwia szybkie zestalanie się rozsnutych włókien.

Efekty uzyskiwane dzięki wynalazkowi zostały opisane powyżej głównie w odniesieniu do wytwarzania włókien z niskotopliwych szkieł, jednak takie same efekty można oczywiście uzyskać również przy formowaniu włókien z materiału mineralnego o wyższej temperaturze topnienia, gdy temperaturę palnika odpowiednio podwyższy się, a następnie materiał schłodzi się w wyniku doprowadzania gazu chłodzącego przez wtryskiwacze w postaci otworków 17a łub szczeliny 18.

182 905

182 905

182 905

182 905

[mm]

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania wełny mineralnej, zgodnie z którym stopiony materiał mineralny przędzie się z odśrodkowym wyrzucaniem materiału mineralnego i z wytworzeniem włókien, które poddaje się uzupełniającemu działaniu snującemu strumienia gazu przepływającego wzdłuż i ogrzewającego materiały na wylocie z przędzarki, przy czym strumień gazu kieruje się koncentrycznie względem przędzarki, znamienny tym, że strumień gazu dzieli się na dwie koncentryczne strefy, wewnętrzną gorącą i zewnętrzną chłodzącą o znacznie niższej temperaturze.
2. 2. Urządzenie do wytwarzania włókien z materiału mineralnego na drodze, wewnętrznego odwirowywania, zawierające przędzarkę, w której bocznej ścianie znajduje się szereg otworków o małej średnicy, wylotowych dla materiału mineralnego oraz koncentryczny względem przędzarki pierścieniowy palnik, znamienny tym, że zawiera wtryskiwacze (17) gazu chłodzącego, takiego jak powietrze, w zewnętrznej ścianie bocznej (9) wylotu palnika, przy czym wtryskiwacze (17) mają dysze usytuowane zasadniczo poprzecznie względem kierunku przepływu gazów z palnika w obszarze wtrysku.
3. 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że wtryskiwacz (17) ma postać przelotowych otworków (17a) o średnicy 1-3 mm, korzystnie około 2 mm.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 2 albo 3, znamienne tym, że odległość pomiędzy dwoma kolejnymi, równomiernie rozmieszczonymi otworkami (17a) wynosi 2-15 mm, a zwłaszcza 5-12 mm.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że otworki (17a) znajdują się w szeregu liczącym co najmniej dwa rzędy, przy czym odległość pomiędzy sąsiednimi rzędami wynosi 2-10 mm, korzystnie 5 mm.
6. 6. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że wtryskiwacz (17) ma wylot w postaci ciągłej obwodowej szczeliny (18).
7. 7. Urządzenie według zastrz. 6, znamienne tym, że szerokość szczeliny (18) wynosi 0,3 - 1 mm.
8. 8. Urządzenie według zastrz. 6 albo 7, znamienne tym, że szerokość szczeliny (18) jest nastawna.