PL184234B1

PL184234B1 - Sposób wytwarzania sztucznych włókien szklistych

Info

Publication number: PL184234B1
Application number: PL96322208A
Authority: PL
Inventors: Soren L. Jensen; Vermund R. Christensen; Leif M. Jensen
Original assignee: Rockwool Int; Rockwool International As
Priority date: 1995-03-14
Filing date: 1996-03-13
Publication date: 2002-09-30
Also published as: PL322208A1; DE69606523D1; EP0815062B1; DE69606523T2; EP0815062A1; EA199700227A1; EP0815062B2; ATE189449T1; GB9505153D0; AU5107596A; DE69606523T3; WO1996028395A1

Abstract

1. Sposób wytwarzania sztucznych wlókien szklistych, zgodnie z którym w piecu topi sie wsad mineralny zawierajacy brykiety, po czym ze stopionego materialu mine- ralnego formuje sie wlókna, znamienny tym, ze do pieca wprowadza sie wsad mineral- ny zawierajacy mieszanine brykietów co najmniej dwóch typów (a) i (b) o wielkosci co najmniej 50 mm i o róznym skladzie chemicznym, przy czym co najmniej 30% wag. wsa- du mineralnego stanowia brykiety typu (b), z tym, ze stosuje sie brykiety (a) o poczatko- wej temperaturze topnienia 1240°C lub nizszej i brykiety (b) o poczatkowej temperaturze topnienia 1200°C lub wyzszej, przy czym poczatkowa temperatura topnienia brykietów (b) jest o co najmniej 20°C wyzsza od poczatkowej temperatury topnienia brykietów (a). PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania sztucznych włókien szklistych, który w szczególności znajduje zastosowanie w produkcji włókien mineralnych zawierających fosfor, bor lub metal alkaliczny.

Znane jest wytwarzanie sztucznych włókien szklistych (MMVF) w procesie obejmującym topienie w piecu wsadu zawierającego odpowiednie surowce i formowanie włókien z tego powstałego stopu. W skład surowców mogą wchodzić materiały mineralne drobno zmielone lub gruboziarniste. Ostatnio zaczęto stosować materiały mineralne w postaci prasowanych brykietów, zwłaszcza z ziarnistego materiału mineralnego. Brykiety są wygodną postacią materiałów mineralnych, a zwłaszcza silnie rozdrobnionych.

W przypadku stosowania brykietów powszechną praktyką jest używanie tylko jednego ich typu, to znaczy brykietów o identycznym składzie chemicznym. Gdy we wsadzie zawarte są takie materiały jak fosfor lub bor, korzystne jest zapewnienie wysokiej proporcji brykietów we wsadzie, aby stanowiły one np. trzy czwarte lub wręcz całość wsadu. Rosnące wymogi co do precyzyjnej kontroli składu chemicznego stopu doprowadzą do zwiększonego używania brykietów jako elementów zawierających wszystkie lub prawie wszystkie materiały mineralne wymagane we wsadzie.

Ze względu na to, że dużą część potrzebnych składników mineralnych stopu mają dostarczać brykiety, ich skład chemiczny jest złożony, zwłaszcza w przypadku stopów do produkcji kompozycji włókien, które ostatnio uznano za korzystne, np. zawierających fosfor i/lub bor, i/lub metale alkaliczne. W przypadku brykietów zawierających dużą ilość składników chemicznych istnieje duże ryzyko formowania się tzw. eutektyków pomiędzy grupami składników chemicznych, co prowadzi do obniżenia temperatury topnienia brykietów. Pewne materiały lub ich kombinacje mogą indukować rozdzielanie się faz w roztopionym materiale.

Jakość wytworzonych włókien zależy od jakości opuszczającego piec stopu, z którego formuje się włókna. Dla uzyskania włókien o wysokiej jakości ważne jest zapewnienie regularnego wypływu z pieca stopu o kontrolowanej lub stałej lepkości i temperaturze. Szczególnie istotne jest, by stop opuszczający piec miał odpowiednio wysoką temperaturę. Ponadto ważne są utrzymanie minimalnych wahań ciśnienia w piecu i kontrola temperatury stopu, a zwłaszcza utrzymanie minimalnego spadku ciśnienia w strefie topienia, co zapewnia możliwość kontrolowania warunków procesu.

W piecu żeliwiakowym na proces topienia znaczny wpływ ma przepływ powietrza z dysz powietrznych umieszczonych na spodzie pieca, przechodzącego przez wsad i uchodzącego

184 234 u szczytu pieca. Ten przepływ powietrza w znacznym stopniu zależy od objętości wolnej przestrzeni pomiędzy koksem i materiałami mineralnymi tworzącymi wsad. W piecu żeliwiakowym przepływ powietrza jest przerywany, gdy przestrzeń ta staje się zbyt mała. Zwiększa się wówczas spadek ciśnienia we wsadzie, co powoduje zmiany ciśnienia i zmiany natężenia przepływu stopu przepływającego z pieca do urządzenia do formowania włókien.

Dla uniknięcia takiej sytuacji ważne jest, by surowce były w stanie utrzymywać odpowiednią wytrzymałość na ściskanie w temperaturze pieca. Gdy wytrzymałość na ściskanie jest zmniejszona przy raczej niskiej temperaturze pieca (np. około 1200°C), surowce zastają ściśnięte przez kolejne materiały wprowadzane ponad nimi do pieca, co zmniejsza wolną przestrzeń pomiędzy materiałami. Wytrzymałość na ściskanie w temperaturze pieca zależy od temperatury topnienia (zwłaszcza początkowej temperatury topnienia) poszczególnych składników. Wytrzymałość na ściskanie brykietu ulega zmniejszeniu, gdy zaczynają topić się jego składniki, a zatem materiały o niższej temperaturze topnienia będą miały w danej temperaturze mniejszą wytrzymałość na ściskanie niż materiały o wyższej temperaturze topnienia.

Tworzenie się eutektyków o niskiej temperaturze topnienia, skutkujące obniżeniem temperatury topnienia brykietów stanowiących istotną część wsadu, może prowadzić do znacznego zmniejszenia ich wytrzymałości na ściskanie. W rezultacie wsad ulega ściśnięciu i zmniejsza się przestrzeń dla przepływu powietrza, w wyniku czego zostaje przerwana kontrola przepływu powietrza i temperatury. Gdy materiał wsadowy topi się zbyt szybko, wsad ma tendencję do zapadania się. Taki stop staje się lepki i na wyjściu z pieca jest niejednorodny i ma zbyt niską temperaturę.

Korzystne byłoby dostarczenie wsadów o złożonym składzie, obecnie bardzo pożądanych w przemyśle, bez przerywania topienia i przepływu powietrza, zwłaszcza w piecach żeliwiakowych. Szczególnie korzystne byłoby również osiągnięcie tego celu bez rezygnacji z wygody i zalet związanych ze stosowaniem brykietów jako głównego źródła materiałów wsadu.

Nieoczekiwanie okazało się, iż te zalety wykazuje sposób według wynalazku, a mianowicie sposób wytwarzania sztucznych włókien szklistych, zgodnie z którym w piecu topi się wsad mineralny zawierający brykiety, po czym ze stopionego materiału mineralnego formuje się włókna, charakteryzujący się tym, że do pieca wprowadza się wsad mineralny zawierający mieszaninę brykietów co najmniej dwóch typów (a) i (b), o wielkości co najmniej 50 mm i o różnym składzie chemicznym, przy czym co najmniej 30% wagowych wsadu mineralnego stanowią brykiety typu (b), z tym, że stosuje się brykiety (a) o początkowej temperaturze topnienia 1240°C lub niższej i brykiety (b) o początkowej temperaturze topnienia 1200°C lub wyższej, przy czym początkowa temperatura topnienia brykietów (b) jest o co najmniej 20°C wyższa od początkowej temperatury topnienia brykietów (a).

Druga postać sposobu według wynalazku charakteryzuje się tym, że do pieca wprowadza się wsad mineralny zawierający mieszaninę brykietów co najmniej dwóch typów (a) i (b), o wielkości co najmniej 50 mm i o różnym składzie chemicznym, przy czym co najmniej 30% wagowych wsadu mineralnego stanowią brykiety typu (b) , z tym, że stosuje się brykiety (b) o początkowej temperaturze topnienia co najmniej o 20°C wyższej od początkowej temperatury topnienia (I), jaką miałyby brykiety jednego typu o składzie chemicznym odpowiadającym składowi chemicznemu całego wsadu mineralnego.

Trzecia postać sposobu według wynalazku charakteryzuje się tym, że do pieca wprowadza się wsad mineralny zawierający mieszaninę brykietów co najmniej dwóch typów (a) i (b) o wielkości co najmniej 50 mm i o różnym składzie chemicznym, przy czym co najmniej 30% wagowych wsadu mineralnego stanowią brykiety typu (b), które w temperaturze 1200 - T340°C mają wytrzymałość na ściskanie większą od wytrzymałości na ściskanie brykietów typu (a).

Czwarta postać sposobu według wynalazku charakteryzuje się tym, że do pieca wprowadza się wsad mineralny zawierający mieszaninę brykietów co najmniej dwóch typów (a) i (b) o wielkości co najmniej 50 mm i o różnym składzie chemicznym, przy czym co najmniej 30% wagowych wsadu mineralnego stanowią brykiety typu (b), których wytrzymałość na ściskanie w temperaturze 1200 - 1340°C jest większa od wytrzymałości na ściskanie (i), jaką w tej temperaturze miałyby brykiety jednego typu o składzie chemicznym odpowiadającym składowi chemicznemu całego wsadu mineralnego.

184 234

W pierwszych dwu postaciach wynalazku korzystnie 70 - 90% wagowych wsadu mineralnego wprowadza się w postaci brykietów.

Korzystne jest stosowanie brykietów (b) o początkowej temperaturze topnienia wyższej o co najmniej 20°C od temperatury (I) wynoszącej 1200°C lub poniżej.

Korzystnie stosuje się mieszaninę dwóch typów brykietów.

Można również do pieca wprowadzać brykiety, które zasadniczo wszystkie mają początkową temperaturę topnienia o co najmniej 20°C wyższą od początkowej temperatury topnienia (I).

W sposobie według wynalazku można stosować brykiety zawierające żelazo w ilości 3 - 12% wagowych i fosfor w ilości 3 - 10% wag. Można także stosować mieszaninę brykietów zawierającą ogółem 5% wag. lub więcej metalu alkalicznego.

Sposób według wynalazku można zrealizować drogą topienia wsadu mineralnego w piecu szybowym lub, korzystnie, w piecu żeliwiakowym.

Często brykiety spełniają warunki obu wariantów, to znaczy warunki temperatury topnienia odpowiadają jednocześnie tym z pierwszej i drugiej postaci wynalazku lub warunki wytrzymałości na ściskanie odpowiadają jednocześnie tym z trzeciej i czwartej postaci wynalazku

Dzięki dostarczeniu części wsadu w postaci brykietów co najmniej dwóch typów, co najmniej 30% wsadu ma temperaturę topnienia wystarczająco wysoką dla uniknięcia opisanych powyżej problemów z topieniem i przepływem powietrza. Zatem ta część wsadu może wspierać inne składniki i zapobiegać zapadaniu się wsadu. Osiąga się to przy zachowaniu całkowitego pożądanego składu chemicznego brykietów, który w przypadku sformowania całego składu z jednakowych brykietów mógłby prowadzić do powstawania eutektyków i obniżania temperatury topnienia. Wynalazek umożliwia zatem stosowanie wsadów o złożonym składzie chemicznym przy zachowaniu korzyści wynikających z uformowania znacznej części wsadu w postaci brykietów.

Sposób według wynalazku można stosować do produkcji dowolnej kompozycji włókien. O ile tylko zastosuje się brykiety (a) i (b) o określonych powyżej wartościach początkowej temperaturze topnienia/wytrzymałości, sposób ten można zrealizować w praktyce z użyciem brykietów o dowolnym pożądanym składzie chemicznym sporządzonych z surowców przeznaczonych na dany wsad. Zatem z zalet wynalazku mogą korzystać producenci dowolnych włókien mineralnych, gdyż sposób według wynalazku pozwala na wytwarzanie włókien nawet ze wsadów, które w postaci jednego typu brykietów w ogóle nie pozwalają na uzyskanie włókien o zadowalających właściwościach.

Brykiety użyte w sposobie według wynalazku są mieszaninami szeregu materiałów mineralnych, które na ogół nie ulegają stopieniu w tej samej temperaturze, lecz w pewnym zakresie temperatur. W przemysłowych sposobach topienia szczególnie istotna jest temperatura, w której rozpoczyna się topnienie. Jest to początkowa temperatura topnienia, którą definiuje się jako temperaturę, przy której wystąpi pierwszy pik endotermiczny.

Początkową temperaturę topnienia (IMT) mierzy się metodą różnicowej analizy termicznej (DTA). Tę popularną metodę opisano np. w Paul D. Gam, Thermoanalytical Methods of Investigation, Academic Press, str. 16 - 52. W tym celu materiały, użyte w takich samych proporcjach, jakie wstępują w analizowanym brykiecie, rozdrabnia się lub kruszy do rozmiaru cząstek poniżej 100 mm. Rozdrobniony lub pokruszony materiał miesza się dla zapewnienia jednorodności. Do analizy DTA wykonywanej przy prędkości ogrzewania 10°C/minutę stosuje się próbkę o wadze 50 mg.

Stosowane w sposobie według wynalazku brykiety formuje się drogą aglomerowania cząstek materiału mineralnego, a ich wytrzymałość na ściskanie musi być na tyle wysoka, by można je było transportować. Ogólnie sposób formowania brykietów z cząstkowego materiału mineralnego obejmuje etap dodawania do złożonego z cząstek materiału mineralnego materiałów będących odpowiednim spoiwem oraz etapy mieszania, prasowania/formowania i utwardzania, które prowadzi się w warunkach zapewniających pożądaną jakość.

Brykiety do stosowania w sposobie według wynalazku zasadniczo mają rozmiar co najmniej 50 mm. Rozmiar danego elementu oznacza tu maksymalny rozmiar oka sita, przez które przejdzie nie więcej niż 10% tych brykietów. Oznacza to, że materiał o rozmiarze co

184 234 najmniej 50 mm ma taką postać, że co najmniej 90% masy materiału jest zatrzymywane na sicie o rozmiarze oka 50 mm. Korzystne brykiety mają rozmiar co najmniej 80 mm. Korzystnie co najmniej 90% masy brykietów przechodzi przez otwór o rozmiarze 300 mm, korzystniej o rozmiarze 250 mm, najkorzystniej 200 mm, a zwłaszcza 160 mm.

Zgodnie z wynalazkiem część wsadu w postaci brykietów stanowi mieszanina co najmniej dwóch typów brykietów. Typ brykietu ma pewien konkretny skład chemiczny. Różne typy brykietów będą mieć różne składy chemiczne. Brykiety tego samego typu mogą być wytwarzane z różnych materiałów bazowych, pod warunkiem, że uzyska się założony końcowy skład chemiczny brykietów jako całości. Tym niemniej korzystne jest, aby wszystkie brykiety tego samego typu były wykonane z tego samego zestawu surowców.

Brykiety (b) do stosowania w sposobie według wynalazku mają wysoką temperaturę topnienia w porównaniu z innymi składnikami lub w porównaniu z temperaturą topnienia, którą charakteryzuje się całkowita kompozycja brykietowa. Te brykiety (b) o wysokiej temperaturze topnienia stanowią co najmniej 30% wag., a korzystnie co najmniej 50% wag. całkowitego wsadu.

Brykiety (b) do stosowania w sposobie według wynalazku muszą mieć taką postać, by ich IMT wynosiła co najmniej 1200°C, przy czym IMT brykietów (b) jest co najmniej o 20°C wyższa od IMT brykietów (a), która wynosi 1240°C lub poniżej.

Wsad zawiera brykiety (a), które topią się w niskiej temperaturze i mają skłonność zapadania się. Brykiety (b) topią się w wyższej temperaturze, przez co schodzą głębiej w dół pieca przy zachowaniu swej struktury. Ułatwia to utrzymanie odpowiednich odstępów pomiędzy surowcami i koksem, co umożliwia równomierny przepływ powietrza z dysz u spodu przez wsad.

Wartość IMT brykietów (a) zawsze wynosi poniżej 1240°C,zazwyczaj poniżej 1220°C, z reguły poniżej 1200°C, a często poniżej 1190°C. Brykiety mające niższą IMT (1200°C i poniżej będą miały skłonność do utrudniania przepływu powietrza, a w konsekwencji przepływu stopu, w prawie wszystkich piecach. Połączenie tych brykietów z brykietami (b) usuwa te problemy.

W pewnych piecach, gdy IMT brykietów (a) jest szczególnie niska, odpowiednie efekty daje temperatura IMT brykietów (b) wynosząca 1200°C lub wyższa, korzystnie 1220°C lub wyższa. Na ogół jednak temperatura IMT brykietów (b) wynosi 1240°C lub powyżej, korzystnie 1250°C lub powyżej, a najkorzystniej 1260°C lub powyżej.

Korzystnie brykiety (b) mają IMT o co najmniej 30°C lub 40°C wyższą od IMT brykietów (a).

Alternatywnie rozdział materiałów wsadu pomiędzy brykiety można przeprowadzić na podstawie wartości temperatury IMT (I) pojedynczego brykietu uformowanego z kompozycji mającej skład chemiczny taki sam jak całkowity skład brykietów. Innymi słowy mieszanina brykietów ma wówczas taki łączny skład całkowity, że brykiety jednego typu uformowane z materiałów o takim składzie całkowitym miałyby początkową temperaturę topnienia (I). Wynalazek jest szczególnie użyteczny gdy IMT (I) wynosi 1240°C lub mniej, a korzystnie 1220°C lub mniej. Szczególne korzyści uzyskuje się gdy całkowity skład chemiczny będzie zapewniał IMT (I) wynoszącą 1200°C lub poniżej, a zwłaszcza 1190°C lub poniżej.

Należy stosować co najmniej dwa typy brykietów, możliwe jest jednak także stosowanie trzech, czterech lub nawet pięciu lub więcej typów brykietów. Korzystnie jednak we wsadzie nie powinno być więcej niż trzy typy brykietów, a najkorzystniej stosuje się dwa typy brykietów.

Mieszanina brykietów zawiera brykiety (b), które stanowią co najmniej 30 % wag., a korzystnie co najmniej 50% wag. całości wsadu, przy czym mają one DMT wyższą od IMT (I) o co najmniej 20°C, korzystnie o co najmniej 30°C, a bardziej korzystnie o co najmniej 40°C.

Frakcja brykietów (b) mająca wymaganą IMT może zawierać brykiety o różnych temperaturach IMT. Może ona również zawierać brykiety różnych typów mające tę samą IMT. Jednakże z korzyścią dla procesu wszystkie brykiety o tej samej IMT są tego samego typu.

Brykiety (b) o temperaturze IMT wyższej od IMT (I) stanowią co najmniej 30% wag. korzystnie co najmniej 50% wag., a najkorzystniej co najmniej 75% wag. całkowitej masy brykietów.

184 234

Korzystnie co najmniej 50% wag. wszystkich brykietów ma IMT 1200°C lub powyżej, korzystnie 1220°C lub powyżej, a najkorzystniej 1240°C lub powyżej. IMT może wynosić nawet 1250°C lub powyżej, a nawet ponad 1260°C.

Możliwe jest, by część brykietów, na przykład do 70% wag., miała IMT poniżej EMT (I). Jednak korzystnie 40% wag. lub mniej, korzystnie 20% wag. lub mniej, a najkorzystniej 10'% wag. lub mniej brykietów ma EMT poniżej EMT (I). Możliwe jest również, by zasadniczo żadne brykiety nie miały EMT poniżej IMT (I).

Korzystnie żadne brykiety nie mają IMT o więcej niż 30°C, korzystniej niż 20°C, a najkorzystniej niż 10°C poniżej IMT (I). W szczególności im mniejsza jest IMT brykietów, tym bardziej korzystne jest, by ich zawartość we wsadzie była mała.

Możliwe jest również wprowadzanie do wsadu pewnych brykietów, które mają taką samą temperaturę IMT jak IMT (I). Korzystnie nie więcej niż 40% wag., korzystniej nie więcej niż 20% wag., a najkorzystniej nie więcej niż 10% wag. brykietów ma taką IMT. W szczególności korzystne jest, by żadne brykiety nie miały takiej EMT.

Ogólnie korzystne jest, by co najmniej dwa typy brykietów miały IMT wyższą niż IMT (I), co oznacza, że wówczas ilość brykietów (a) jest zasadniczo równa zeru. Jeśli występują co najmniej dwa typy brykietów mające IMT powyżej IMT (I), to wówczas korzystnie różnica pomiędzy ich IMT powinna wynosić co najmniej 20°C, zwłaszcza co najmniej 30°C, a najkorzystniej co najmniej 40°C.

Zgodnie z wynalazkiem korzystne jest, by około 40% - 100% wsadu miało postać brykietów. Korzystnie co najmniej 50% wag., korzystniej 70% wag., a najkorzystniej od 90% wag. do 95% wag. lub więcej całości wsadu ma postać brykietów. Może być pożądane stosowanie wsadu, który jest złożony jedynie z brykietów i wapna, przy czym wapno stosuje się w ilości od około 10 do 20% wag.

Pozostałą część wsadu wytworzyć można na przykład z tłucznia skalnego, takiego jak bazalt lub diabaz. Tłuczeń skalny ma zazwyczaj rozmiar co najmniej 50 mm. Korzystnie 90% wag. tłucznia skalnego jest zatrzymywane na sicie o okach o rozmiarze 80 mm. Ogólnie co najmniej 90% wag. tłucznia skalnego przechodzi przez sito o rozmiarze oka 300 mm, korzystnie co najmniej 90% wag. tłucznia przechodzi przez sito o rozmiarze oka 250 mm, a korzystniej, gdy co najmniej 90% wag. tłucznia przechodzi przez sito o rozmiarze oka 200 mm. Szczególnie korzystnie cały tłuczeń ma taki rozmiar, że co najmniej 90% wag. jest zatrzymywane przez oka sita o rozmiarze 80 mm, a co najmniej 90% wag. przechodzi przez oka sita o rozmiarze 160 mm.

Tłuczeń stanowi zasadniczo 40% wag. lub mniej całości wsadu, korzystnie 30% wag. lub mniej, korzystniej 20% wag. lub mniej, a najkorzystniej 10% wag. lub mniej.

Surowce w innej postaci, np. silnie rozdrobnione materiały cząstkowe, mogą być dodawane w mniejszych ilościach, zazwyczaj w ilości 10% wag. całości wsadu lub mniejszej. Korzystnie ilość rozdrobnionego materiału cząstkowego wynosi zasadniczo zero. Wapno może być również dodawane w ilościach do 10 lub 20% wag..

Korzystny skład chemiczny stopu, a często całej mieszaniny brykietowej, jest następujący (zawartość żelaza podano jako FeO):

SA

AlA

TiO·,

FeO

CaO

MgO

NajO

K2O

PA

BA do 65% wag. 0 do 6% wag. 0 do 6% wag. 2 do 15% wag. 5 do 35% wag. 2 do 18% wag. 0,1 do 12% wag. 0,1 do 10% wag. 0,1 do 10% wag. 0 do 12% wag.

Inne korzystne składy są opisane i wyjaśnione na przykład w WO 95/29135, WO 95/21799, DE 4417230, DE 4427368, EP-A-495897, EP-A-558548 i WO 93/22251.

184 234

Inny korzystny skład włókien i brykietów jest następujący (zawartość żelaza podano jako FeO):

SiO,

Al₂O₃

CaO

MgO

FeO

Na, O + K₂O TiO₂ inne pierwiastki do 48% wag. 10 do 30% wag.. korzystnie 118 do 30% wwgg do 30% wwgg 2 do 20% wwgg 2 do 15% wwgg 0 do 12% wag., korzystnie 0 do 10% wwgg 0 do 6% wwgg 0 do 15% wwgg

Odpowiednie składy są również opisane i wyjaśnione w międzynarodowym zgłoszeniu patentowym WO 96/14454.

Jak opisano powyżej, w mieszaninie brykietowej o złożonym składzie chemicznym różne składniki mają skłonność do tworzenia eutektyków przyczyniających się do obniżenia temperatury topnienia. W szczególności stwierdzono, że na topienie i na rozdział faz mają wpływ duże ilości żelaza i fosforu łącznie, np. od 3 do około 12% wag. żelaza i od około 3 do 10% wag. fosforu. Bor ma skłonność do obniżania temperatury topnienia brykietów, w których jest zawarty, przez co ogranicza się jego zastosowanie głównie do brykietów o niższej temperaturze topnienia. Stwierdzono również, że obecność sodu i innych metali alkalicznych ma również wpływ na powstawanie eutektyków o niskiej temperaturze topnienia. Przykładowo więcej niż około 5% wag. łącznie metali alkalicznych może stwarzać problemy. Dzięki sposobowi według wynalazku materiały, które współdziałają przy tworzeniu eutektyków o niskiej temperaturze topnienia mogą być rozdzielone i umieszczone w innych typach brykietów. Tak więc np. brykiet a wysokiej zawartości żelaza będzie miał niewielką lub zerową zawartość fosforu. Podobnie, brykiet o dużej zawartości sodu może mieć zwiększoną zawartość tlenku glinu.

Stwierdzono również, że pewne składy prowadzą do niskiej IMT (I), mimo że nie zawierają składnika, który mógłby pełnić rolę czynnika upłynniającego. Specjaliści będą w stanie zaprojektować typy brykietów odpowiednie do uzyskania żądanych wartości IMT.

Odpowiednimi surowcami do formowania brykietów są soda, ruda żelaza, materiały zawierające bór, materiały zawierające fosfor, takie jak apatyt, dolomit, piasek kwarcowy, piasek oliwinowy, wełna mineralna lub inne uzyskane z recyklingu materiały odpadowe z produkcji MMVF, kamień wapienny, rutyl, magnezyt, magnetyt, brucyt, bauksyt, kaolin, ilmenit, żużel, odpady szklane, odpady przemysłowe, cement lub inne spoiwo.

Sposób według wynalazku jest użyteczny w dowolnym typie pieca nadającym się do topienia materiałów surowcowych do wytwarzania włókien MMV. Wynalazek jest szczególnie użyteczny w przypadku pieców szybowych i żeliwiakowych, w których występują szczególne problemy z regulacją przepływu stopu przy stosowaniu materiałów o niskiej temperaturze topnienia.

Większa wytrzymałość na ściskanie w określonym zakresie temperatur piecowych przyczynia się do zachowywania struktury i wsadu i ułatwiania przepływu powietrza, regulacji ciśnienia i regularnego przepływu stopu. Określony zakres temperatury obejmuje wartości temperatury, które mogą występować w piecu, zwłaszcza w piecu szybowym i żeliwiakowym.

Wszystkie z cech opisanych powyżej w odniesieniu do pierwszej i drugiej postaci wynalazku można zastosować w odniesieniu do trzeciej i czwartej postaci wynalazku.

Włókna można formować w dowolny znany sposób, np. z użyciem wielorotorowego systemu kaskadowego lub systemu rotorowego z koszykiem przędzącym.

Produkty uzyskane sposobami według wynalazku mogą być użyte w dowolnym zastosowaniu, w jakim używa się wełny mineralnej, np. do izolacji termicznej, redukcji i regulacji hałasu, izolacji i ogniowej, ośrodków wzrostowych, wzmocnień innych produktów, tworzyw sztucznych itp. oraz jako wypełniacze.

184 234

Wynalazek zilustrowano poniższymi przykładami.

Przykład 1

Materiały surowcowe zostały umieszczone i stopione w piecu żeliwiakowym. Stop został uformowany w postaci włókien przy użyciu przędzarki kaskadowej. Wsad miał następujący skład. Zawartość brykietu (a) : cement - 9,0%, ruda żelaza - 18,0%, dolomit - 2,0%, piasek kwarcowy - 48,0%, piasek oliwinowy - 23,0%. Zawartość brykietu (b) : cement - 9,0%, apatyt - 20,0%, piasek kwarcowy - 37,0%, piasek oliwinowy - 22,0%, dolomit - 12,0%.

Brykiety (a) (IMT 1200°C) zostały zastosowane w ilości 37% całkowitej masy wsadu, a brykiety (b) (IMT 1240°C) stanowiły 63% całkowitej masy wsadu.

IMT (I) całkowitej kompozycji brykietowej wyniosła 1215°C.

Proces wytwarzania włókien przebiegał bez problemów i uzyskano produkty dobrej jakości.

Gdy zastosowano jedynie składnik (a), powstały problemy z kontrolą całego procesu i nie uzyskano produktów o dobrej jakości.

Przykład 2

Proces z przykładu 1 został zrealizowany przy użyciu następujących składników wsadu. Brykiety (a) stanowiły 65% całości wsadu i miały następujący skład: cement - 12%, ilmenit - 4,5%, żużel konwertorowy - 13%, piasek kwarcowy - 45,5%, piasek oliwinowy - 25%. Brykiety (b) stanowiły 35% całości wsadu i miały następujący skład: cement - 12%, apatyt - 32%, piasek kwarcowy - 26%, żużel konwertorowy - 30%.

IMT brykietów (a) wynosiła 1180°C. IMT brykietów (b) wynosiła 1240°C.

IMT (I) całkowitej kompozycji brykietowej wyniosła 1200°C.

Proces produkcji włókien przebiegał bez problemów i uzyskano produkty o dobrej jakości.

Przykład 3

Proces z przykładu 1 został zrealizowany przy użyciu następujących składników wsadu. Brykiety (a) stanowiły 50% całości wsadu, miały następujący skład: cement - 9%, piasek kwarcowy - 45%, krzemian żelaza - 8%, boran sodu - 20%, soda kalcynowana - 18%. Brykiety (b) stanowiły 50% całości wsadu, miały następujący wsad: cement - 9%, piasek kwarcowy - 44%, piasek oliwinowy - 20%, żużel konwertorowy - 27%.

IMT brykietów (a) wynosiła 1000°C. IMT brykietów (b) wynosiła 1260°C. IMT całkowitej kompozycji brykietowej wynosiła 1100°C.

Z takiego wsadu uzyskano doskonałe włókna.

184 234

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

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania sztucznych włókien szklistych, zgodnie z którym w piecu topi się wsad mineralny zawierający brykiety, po czym ze stopionego materiału mineralnego formuje się włókna, znamienny tym, że do pieca wprowadza się wsad mineralny zawierający mieszaninę brykietów co najmniej dwóch typów (a) i (b) o wielkości co najmniej 50 mm i o różnym składzie chemicznym, przy czym co najmniej 30% wag. wsadu mineralnego stanowią brykiety typu (b), z tym, że stosuje się brykiety (a) o początkowej temperaturze topnienia 1240°C lub niższej i brykiety (b) o początkowej temperaturze topnienia 1200°C lub wyższej, przy czym początkowa temperatura topnienia brykietów (b) jest o co najmniej 20°C wyższa od początkowej temperatury topnienia brykietów (a).
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że 70 - 90% wag. wsadu mineralnego wprowadza się w postaci brykietów.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się brykiety (b) o początkowej temperaturze topnienia wyższej o co najmniej 20°C od temperatury (I) wynoszącej 1200°C lub poniżej.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się mieszaninę dwóch typów brykietów.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do pieca wprowadza się brykiety, które zasadniczo wszystkie mają początkową temperaturę topnienia o co najmniej 20°C wyższą od początkowej temperatury topnienia (I).
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się brykiety zawierające żelazo w ilości 3 - 12% wag. i fosfor w ilości 3 - 10% wag.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się mieszaninę brykietów zawierającą ogółem 5% wag. lub więcej metalu alkalicznego.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że topienie wsadu mineralnego prowadzi się w piecu szybowym lub żeliwiakowym, korzystnie w piecu żeliwiakowym.
9. Sposób wytwarzania sztucznych włókien szklistych, zgodnie z którym w piecu topi się wsad mineralny zawierający brykiety, po czym ze stopionego materiału mineralnego formuje się włókna, znamienny tym, że do pieca wprowadza się wsad mineralny zawierający mieszaninę brykietów co najmniej dwóch typów (a) i (b) o wielkości co najmniej 50 mm i o różnym składzie chemicznym, przy czym co najmniej 30% wag. wsadu mineralnego stanowią brykiety typu (b), z tym, że stosuje się brykiety (b) o początkowej temperaturze topnienia co najmniej o 20°C wyższej od początkowej temperatury topnienia (I), jaką miałyby brykiety jednego typu o składzie chemicznym odpowiadającym składowi chemicznemu całego wsadu mineralnego.
10. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że 70 - 90% wag. wsadu mineralnego wprowadza się w postaci brykietów.
11. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że stosuje się brykiety (b) o początkowej temperaturze topnienia wyższej o co najmniej 20°C od temperatury (I) wynoszącej 1200°C lub poniżej.
12. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że stosuje się mieszaninę dwóch typów brykietów.
13. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że do pieca wprowadza się brykiety, które zasadniczo wszystkie mają początkową temperaturę topnienia o co najmniej 20°C wyższą od początkowej temperatury topnienia (I).
14. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że stosuje się brykiety zawierające żelazo w ilości 3 - 12% wag. i fosfor w ilości 3 - 10% wag.
15. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że stosuje się mieszaninę brykietów zawierającą ogółem 5% wag. lub więcej metalu alkalicznego.

184 234
16. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że topienie wsadu mineralnego prowadzi się w piecu szybowym lub żeliwiakowym, korzystnie w piecu żeliwiakowym.
17. Sposób wytwarzania sztucznych włókien szklistych, zgodnie z którym w piecu topi się wsad mineralny zawierający brykiety, po czym ze stopionego materiału mineralnego formuje się włókna, znamienny tym, że do pieca wprowadza się wsad mineralny zawierający mieszaninę brykietów co najmniej dwóch typów (a) i (b) o wielkości co najmniej 50 mm i o różnym składzie chemicznym, przy czym co najmniej 30% wag. wsadu mineralnego stanowią brykiety typu (b), które w temperaturze 1200 - 1340°C mają wytrzymałość na ściskanie większą od wytrzymałości na ściskanie brykietów typu (a).
18. Sposób wytwarzania sztucznych włókien szklistych, zgodnie z którym w piecu topi się wsad mineralny zawierający brykiety, po czym ze stopionego materiału mineralnego formuje się włókna, znamienny tym, że do pieca wprowadza się wsad mineralny zawierający mieszaninę brykietów co najmniej dwóch typów (a) i (b) o wielkości co najmniej 50 mm i o różnym składzie chemicznym, przy czym co najmniej 30% wag. wsadu mineralnego stanowią brykiety typu (b), których wytrzymałość na ściskanie w temperaturze 1200 - 1340°C jest większa od wytrzymałości na ściskanie (i), jaką w tej temperaturze miałyby brykiety jednego typu o składzie chemicznym odpowiadającym składowi chemicznemu całego wsadu mineralnego.