SI9300442A - Method and apparatus for the production of mineral wool, and mineral wool thereby produced - Google Patents

Description

ISOVER SAINT-GOBAIN

Postopek in aparat za izdelovanje mineralne volne in z njima izdelana mineralna volna

Predloženi izum se nanaša na postopek za izdelovanje mineralne volne, ki obstoji iz termoplastičnih mineralnih materialov z visokimi tališči ali visokimi liquidus temperaturami, in bolj natančno na takšen postopek, ki uporablja postopek za vlečenje vlaken, ki obsega t. im. notranje centrifugiranje raztaljenega mineralnega materiala. Obravnavani termoplastični materiali so bolj podrobno bazaltni materiali, bodisi naravni ali modificiram bazalti, ali stranski izdelki železarske ali jeklarske industrije, predvsem pihane žlindre. Na splošno se izum nanaša na izdelovanje mineralne volne, t. im. kamene volne s širokim razponom uporabe, predvsem na področju toplotne in akustične izolacije.

Po drugi strani se te materiale izbere zaradi njihove nizke cene in po drugi strani zaradi njihovih lastnosti, predvsem njihove dobre odpornosti na visoke temperature. Njihovo izdelovanje pa povzroča posebne težave. Te težave predvsem izvirajo od pogojev, pri katerih se te materiale lahko obdeluje.

Njihove visoke temperature taljenja predstavljajo težavo same po sebi. Temperatura taljenja je temperatura, do katere seje segrelo surovi material, da seje zagotovilo taljenje. Nadalje, kar zadeva izdelovanje, obstoji temperatura, nad katero je treba držati material, tako da se ne strdi, preden se pretvori v vlakna.

Nadaljnja posebnost, ki razločuje te materiale od stekel, ki se jih večinoma uporablja za izdelovanje steklene volne, je v tem, da so po opravilu zelo redko tekoči pri tem2 peraturah v tesni bližini svojih liquidus temperatur.

Torej so zaradi zahtevanih visokih temperatur priprave, ki prihajajo v dotik z materiali, ki jih je treba pretvoriti v vlakna, podvržene zelo siloviti koroziji. Življenjska doba delovanja teh priprav predstavlja težave celo pri običajnih steklih. Te težave se celo zaostrijo pri materialih z visoko liquidus temperaturo.

Svoj čas so zgoraj omenjene težave pomenile, da se je lahko uporabljalo le določene postopke za vlečenje vlaken pri obravnavanih materialih. V bistvu sta dve vrsti postopkov: oni, ki uporabljajo centrifugiranje ali odmetavanje raztaljenega mineralnega materiala, in tisti, pri katerih se material dovaja skozi stacionarno šobo in se tali v vlakna s pomočjo plinskih tokov, ki so pogosto pospešeni do nadzvočnih hitrosti, t.j. pihalno-vlečni postopek.

Pri postopkih, ki uporabljajo fiksno šobo, je potrebno, da se uporablja šobo, ki je odporna na najedanje s strani raztaljenega mineralnega materiala. Običajno so platinske šobe, ki se lahko zoperstavijo tem najedanjem celo pri tako visokih temperaturah. Izdelovalna kapaciteta vsake šobe pa je omejena. Razen tega je uporaba takšnih talilnih plinskih tokov povezana s sorazmerno visokimi energijskimi stroški.

Postopki, ki uporabljajo centrifugiranje ali odmetavanje, dopuščajo znatne izdelovalne količine na enoto. To so postopki pod skupnim imenom zunanje centrifugiranje, da se navede, da raztaljeni material ostaja izven spineija. Raztaljeni material se bodisi dodaja sprednji površini plošče ali obodni površini valjastega rotorja ali množici obeh. Prednost teh postopkov je v preprostosti delov priprave, ki prihajajo v dotik z raztaljenim mineralnim materialom. Glede na to sorazmerno preprostost so obravnavani deli in predvsem zunanja področja spinerja sorazmerno poceni in se jih zato lahko izmenja v sorazmerno kratkih časovnih obdobjih. Delež takih materialnih stroškov glede na celotne izdelovalne stroške ostaja sorazmerno nizek. Dejstvo, da so ti deli priprave podvrženi intenzivni obrabi ob dotiku z raztaljenim mineralnim materialom, pa se zato ne izkaže kot ovira.

Poglavitna neugodnost pri izdelovanju mineralne volne z zunanjim centrifugiranjem leži v dejstvu, da so lastnosti končnega izdelka slabše od onih pri stekleni volni, ki se jo v glavnem izdeluje s t. im. notranjim centrifugiranjem.

Pri zunanjem centrifugiranju teče material na vrteče se obroče in odletava z njih v obliki množice kapljic. Vlakno se navidez stvori, brž ko je odletela, med površino spinerja in kapljico, ki vleče vlakno za seboj. Očitno je, da pri takšnih mehanizmih vlečenja vlaken velik del odvrženega materiala ostaja v obliki delcev, ki se niso pretvorili v vlakna. Njihov delež pri velikosti delcev preko 100 μπι lahko dosega 40 mas.% materiala, ki se ga dovaja pri postopku. Čeprav je na razpolago nekaj postopkov za ločevanje delcev, ki se niso pretvorili v vlakna, izdelana mineralna volna ni nikoli povsem brez takšnih delcev, ki v najboljšem primeru ni uporabna in predstavlja veliko nadlego za posamezne uporabe.

Poudariti je treba, da oblikovanje kapljic ni le nujna posledica zunanjega centrifugiranja, temveč zavisi prav tako od reoloških značilnosti materialov, o katerih je govora. Materiali, ki so izdelani po izumu, imajo na splošno sorazmerno nizko viskoznost, celo pri temperaturah, ki so celo nekoliko nad liquidus temperaturo. Raztaljeni mineralni material, ki je sorazmerno dobro tekoč, je zelo težko pretvoriti v vlakna, ker se vlakna rada pretrgajo in tvorijo kapljice ali bisere. Na ta način postopek zunanjega centrifugiranja počiva na tej težnji, vendar se ne odpravi njegovih pomanjkljivosti.

Pomembna naloga predloženega izuma je v tem, da se zagotovi postopek za izdelovanje mineralne volne iz materiala s povišano liquidus temperaturo in nizko viskoznostjo, npr. z viskoznostjo pod 500 Pa.s pri liquidus temperaturi in predvsem nižjo od 300 ali celo 100 Pa.s pri liquidus temperaturi pri takšnih pogojih, da se lahko dobi mineralno volno, ki je v veliki meri brez delcev, ki se niso pretvorili v vlakna.

S pomočjo izuma seje pokazalo, daje možno izdelovati mineralno volno iz takšnega materiala s povišano liquidus temperaturo, predvsem z liquidus temperaturo nad 1000°C, s tem da se odmetava raztaljeni mineralni material s spinerja z velikim številom ustij malega premera na njegovi obodni steni, pri čemer je temperatura spinerja med začetkom operacije držana pod temperaturo, pri kateri lahko material zamaši ustja zaradi kristaliziranja, in se stvori plinsko okolje okoli spinerja, tako da večina vrhov stožcev, ki izvirajo iz ustij spinerja in se njihove dolžine lahko spreminja neodvisno drugo od druge, preseka izotermo plinskega toka, ki ustreza viskoznosti 10 Pa.s ali prednostno 25 do 30 Pa.s ali drugače sežejo v področje, kije ohlajano do temperature, ki ustreza viskoznosti preko 10 Pa.s ali prednostno 25 do 30 Pa.s.

Da se pretvori material v vlakna, je nujno potrebno, da ne kristalizira znotraj spinerja in da ima viskoznost, ki dopušča taljenje v vlakna. Na splošno je poznano, da nad 8000 Pa.s viskoznost postane dejansko neprehodna ovira za tanjenje vlaken, vsaj pod industrijskimi pogoji, vendar z materiali, ki se jih obravnava v obsegu izuma, se te vrednosti 8000 Pa.s ne more uporabljati v praksi, ker material zelo iznenada prehaja iz mnogo nižje viskoznosti do nedoločene vrednosti viskoznosti. V takšnih primerih je zgornja meja za viskoznost vrednost, ki ustreza najnižji temperaturi, pri kateri se viskoznost μ materiala še vedno obnaša v skladu s t. im. Vogel-Fulcher-Tammannovo enačbo log μ = A + B/(T-C), pri čemer T predstavlja temperaturo v °C in A, B in C predstavljajo konstante, ki so značilne za material, o katerem je govora, in se jih izračuna na način, ki je znan sam po sebi, iz treh parov meritev μ in T za ta material. V večini primerov bo ta meja, ki jo je treba upoštevati, dejansko reda velikosti 350 ali celo 300 Pa.s, to se pravi, vrednost od lg μ bo med 3,47 in 3,54; iz teh razlogov bo temperatura, ki ustreza lg μ - 3,5 podana v nadaljnjem.

Po drugi strani material ne sme biti preveč tekoč v času tanjenja v vlakna. Pod vrednostjo 10 Pa.s, t.j. lg μ = 2, in včasih celo eksperimentalno pod 20 do 32/35 Pa.s, t.j. Ig μ = 2,3 do ^μ = 2,5, bo raztaljeni mineralni material tvoril kapljice, ki so prisotne znotraj izdelka v obliki biserov. V praktičnem delu se je pri predloženem izumu opazilo pogostost biserov manjšo od 10 mas.% pri viskoznostih, ki so reda velikosti 10 Pa.s, in pogostost biserov, ki je manjša od 5 mas.% pri viskoznostih, ki presegajo 32/35 Pa.s. Povedati je treba, da je ta meja 10 Pa.s sorazmerno visoka in značilna za izum; z notranjim centrifugiranjem se material obdeluje pri viskoznostih, ki so komaj nekaj Pa.s in, kot je bilo omenjeno zgoraj, z zelo pomembnimi deleži izoblikovanih biserov.

Problem razbijanja materiala v kapljice in meja 10/35 Pa.s, ki izvira odtod, pa ne zadeva le trenutka, v katerem material prehaja skozi ustja spinerja, ampak se ga srečuje skozi celotno trajanje tanjenja v vlakna, ki se dogaja izven spinerja. Od tod izvira, da se spinerja ne sme namestiti v okolico, ki je prevroča, da bi se na ta način po nepotrebnem zniževalo viskoznost materiala.

Tukaj se lahko govori o štirih temperaturnih področjih, skozi katero prehaja material:

temperatura sten spinerja, ki je ista kot temperatura materiala znotraj ustij;

temperatura plinov v področju z debelino nekaj mm v neposredni bližini spinerja v obliki plošče, ki bo označena kot mejna plast okoli spinerja;

temperatura plinov, v področju, ki se razteza radialno od prostega vrha tanilnih stožcev za nekaj milimetrov, t.j. 5 do 10 mm, kar se bo označevalo kot hladilno področje;

temperatura plina v vmesnem področju med dvemi predhodnimi področji, ki bo označeno kot tanjilno področje.

Po izumu je konfiguracija plinskih tokov, ki nastanejo okrog spinerja, takšna da znotraj tanjilnega področja okoliška temperatura in zato temperatura materiala ustreza vsaj 10 Pa.s in prednostno vsaj 25 do 35 Pa.s.

Takšni temperaturni profil se lahko npr. doseže s pomočjo vročega, obročastega plinskega curka ali pihanja, ki obdaja preluknjano steno spinerja po vsem njegovem obodu in v kombinaciji z materialom, kije vsebovan znotraj, ga drži pri temperaturi, ki je dovolj visoka, da se prepreči okamenitev, in nadalje s pomočjo prednostno hladnega curka, ki preseka vroče pihanje preko vsega njegovega oboda in omejuje delovanje vročega pihanja na neposredno okolico preluknjane obodne stene. Vroče plinsko pihanje se povzroči s koncentričnim obročastim gorilnikom enote za vlečenje vlaken in hladni curek oddaja pihalnik, ki je nameščen koncentrično omenjenemu gorilniku, kot bo opisano v nadaljnjem.

Zaradi neprecizne lege robov tanilnega področja se kot inherentna posledica mešanja pihanja in curka z različnima temperaturama daje prednost, da se lahko ločeno vpliva na dolžino tanilnih stožcev neodvisno drug od drugega, da se le-ti ali vsaj večina njih lahko namesti znotraj omenjenega tanilnega področja, kot je določeno s plinskimi tokovi preko vse njihove dolžine. Po izumu so dolžine stožcev prilagojene preko premera ustja in/ali rotacijske hitrosti spinerja.

Plinski tok, ki ga oddaja pihalnik, je prednostno hladen, to se pravi, pri temperaturi, ki je blizu okoliške temperature ali vsaj npr. ne presega temperature 250°C. V teh okoliščinah pihalnik prispeva k tvorjenju hladnega okolja še pri majhni razdalji okoli spinerja, to se pravi Še znotraj področja tanjenja vlaken. Ta razporeditev ima prednost, da omogoča, da se izboljša razmerja viskoznoznega upora glede na deformacijo in površinske napetosti, kije odgovorna za oblikovanje kapljic. Razmerje med temi silami je odvisno od brezdimenzijske vrednosti μΝΙσ, kjer μ pomeni viskoznost materiala v trenutku njegovega izmetavanja iz ustja, V njegovo hitrost in σ njegovo površinsko napetost. S povečevanjem produkta μ V se zahvaljujoč hladnemu pihalniku, ki vpliva na viskoznost, in tudi hitrosti, s katero se izpihava hladen curek, zmanjšuje težnja po oblikovanju kapljic in nastajanju biserov.

Da se vzdržuje ravnovesno vrednost spinerja pri vrednosti, ki zadostuje, da se izogne okamenitvi, je potrebno, da se greje celo, če je raztaljen mineralni material že sam po sebi zelo znaten toploten izvor. Zaradi tega se različne grelne priprave prednostno uporablja v povezavi.

Izven spinerja je to predvsem obročasti gorilnik kot oni, ki je bil omenjen predhodno, prednostno z notranjim zgorevanjem in tvorjenjem obročastega plinskega toka s povišano temperaturo v bližini zgornje strani obodne stene spinerja. Prednostno se tok vročega plina ne usmeri le tako, da prehaja skozi obodno steno spinerja, temveč tako, da tudi obdaja del povezujočega pasu ali tulipana, ki povezuje obodno steno s prirobnico, ki se uporablja, da se pritrdi spiner na njegovo nosilno gred, t.j. v primeru spinerja na ali z zgornjim ojačevalnim obročem, t.j. v primeru spinerja, kije poganjan preko njegove talne stene, tako da se segreva tudi te dele.

V ta namen se lahko uporablja tudi dodatne gorilnike, katerih plameni so usmerjeni proti tulipanu. Druga rešitev je v tem, da se namesti zunanji gorilnik v večji razdalji od zgornje strani obodne stene, tako daje plinski tok že nekoliko razširjen, preden se približa spinerju in doseže relevantni del tulipana. Tukaj pa je treba razdaljo držati tako majhno, da se lahko vzdržuje dobro natančnost vpadajočega toka. Po tretji varianti izuma se lahko uporablja obročasti zunanji gorilnik, katerega zunanja stena * kanala ima manjši premer, kot je zunanji premer spinerja. V tem primeru je lahko npr. gorilnik opremljen s podolgovatimi poševnimi iztočnimi ustji za omejevanje plapolajočega curka vročih plinov.

Ponovno so na zunanji strani spinerja predvideni prednostno indukcijski grelniki z obročastim magnetom za prehajanje električnega toka z visoko ali prednostno srednje visoko frekvenco. Kot je poznano samo po sebi, se lahko obročasti magnet namesti neposredno pod spinerjem in koncentrično z njim. Kombinacija teh dveh grelnih priprav v bistvu prispeva k toplotnemu ravnovesju spinerja in upoštevati je treba, da je učinkovitost teh grelnih priprav tem boljša, čim tesneje so nameščene blizu spinerja in da na ta način zunanji grelnik prednostno greje zgornjo stran centrifuge ali spinerja, medtem ko obročasti magnet po svoje prednostno greje spodnji del spinerja. Kot se je ugotovilo, da je zelo težko greti zgornjo stran obodne stene brez ogrevanja vseh drugih sosednjih kovinskih delov, ki so predvsem obdani z vročim plinskim tokom, opisan dvojni grelni sistem odpravlja tehnološke probleme.

Nadaljnja bistvena razlika med temi grelnimi pripravami je v njihovem učinku na temperaturo plina v bližini spineija. Indukcijski grelnik nima praktičnega učinka v tem pogledu in zato ne prispeva k okoliškemu segrevanju razen segrevanja s sevanjem. Obročasti zunanji gorilnik po drugi strani mora neizogibno ogrevati okolico in sicer do znatne mere, čeprav sekundarni zrak, ki je posesan z rotacijskim gibanjem spinerja, in visoka hitrost obročastega plinskega toka po drugi strani zmanjšuje uvajanje, toplote v okolico. Za najboljšo kakovost vlaken, predvsem z vidika mehanske odpornosti, pa ni prednostno, če so vlakna izpostavljena zelo vroči okolici neposredno po izstopanju iz spinerja. S teh vidikov je temperatura plina, ki je črpan iz obročastega zunanjega gorilnika, prednostno omejena.

Pihalnik ima nadalje različen učinek na taljenje vlaken. Pri identičnih pogojih delovanja zunanjega gorilnika povečan pritisk pihalnika tako omogoča, da se povečuje finoča vlaken. Z drugega stališča pihalnik omogoča, da se zmanjšuje pihalni tlak zunanjega gorilnika in se s tem hrani energijo pri enaki finoči. Dobre rezultate se je npr. doseglo pri polnih tlakih pihalnika med 0,5 in 4 bar in prednostno med 1 in 2 bar.

Celo s stališča takšnega izboljšanja se lahko zgodi, da zunanje grelne priprave ne zadostujejo za vzdrževanje toplotnega ravnovesja spinerja. To pomanjkljivost je treba odpraviti s pomočjo dodatnih grelnih priprav, ki so nameščene znotraj spinerja. Dodatno uvajanje toplote je prednostno doseženo s pomočjo divergirajočega notranjega gorilnika, ki je nameščen koncentrično glede na nosilno gred spinerja in katerega plameni so usmerjeni v notranjost obodne stene. Prednostno se razmerje gorivo/zrak prilagodi tako, da je koren plamena nameščen v neposredni bližini notranje stene. Določeno število štrlečih delov služi kot sredstvo za zadrževanje plamenov in so nadalje prednostno nameščeni na notranji steni tulipana. Notranji divergirajoči gorilnik prispeva prednostno med 3 in 15% vnešene toplotne moči med potekajočim kontinuimim delovanjem - kolikor ni odvedena od raztaljenega mineralnega materiala. Izgleda, da je to prispevek le manjšega pomena, vendar pa ta vložek toplote poteka z izredno natančnostjo in je nameščen natančno na željenem mestu in je zato izjemno učinkovit.

Divergirajoči notranji gorilnik se uporablja med vlečenjem vlaken prednostno dodatno k središčnemu notranjemu gorilniku, ki je poznan po stanju tehnike, kjer pa se ga je izključno uporabljalo med zagonsko fazo in je v principu namenjen, da ogreva steno dna spineija ali porazdeljevalnih sredstev, ki služijo kot talna stena in se jih običajno imenuje kupa ali bolj splošno središčno področje spinerja. Središčni notranji gorilnik predgreva kupo ali steno dna, preden pride do uvajanja raztaljenega mineralna materiala. V skladu z izumom je središčni gorilnik prednostno obročasti gorilnik s konvergirajočim plamenom, ki je nameščen med nosilno gredjo spinerja in divergirajočim središčnim notranjim gorilnikom.

Med zagonsko fazo se razume, da se prav tako uporablja zunanje grelne priprave. Če je potrebno, se lahko uporablja celo gorilna ustja ali podobne priprave kot dodatne grelnike. Divergirajoči notranji gorilnik se seveda uporablja tudi med kritično zagonsko fazo, medtem ko toplotno dovajanje s strani raztaljenega mineralnega materiala še ni na razpolago.

Po izumu se uporablja materiale, kot so predvsem naravni bazalti, vendar tudi podobne spojine, kot so tiste, ki se jih dobi bodisi z dodajanjem kompozitov balzatu z namenom, da se vpliva na določene njegove lastnosti, ali s kombiniranjem materialov, s čimer se omogoča, da se reproducira glavne značilnosti bazaltov, npr. njihovo temperaturno obnašanje in predvsem dejstvo, da se taljenje doseže pri temperaturah, ki na splošno niso pod 1200°C. So tudi mineralne spojine, kot žlindre ali vse tiste spojine, ki se jih uporablja za izdelovanje t.im. kamene volne. Materiali, ki pridejo v poštev, tudi vsebujejo spojine, ki jih kvalificirajo za naziv steklasti. Le-ti so imenovani trda stekla, da se ponazori težavnost, ki se pojavlja zaradi njihovih temperatur taljenja.

Nadaljnje prednostne podrobnosti in značilnosti izuma bodo očitne iz nadaljnjega opisa v povezavi s slikami.

Sl. 1 prikazuje shematiziran pogled, ki primerjalno prikazuje centrifugirno pripravo, ki je poznana iz stanja tehnike (vzdolžni prerez na sl. la), s pripravo po izumu (vzdolžni prerez na sl. Ib);

sl. 2 je shematiziran diagramski prikaz izoterm, ki prikazujejo delovanje pihalnika po izumu;

sl. 3 je shematiziran prikaz izoterm, ki prikazujejo delovanje obročastega zunanjega gorilnika; in sl. 4 do 7 so shematizirani prikaz izoterm in stožcev za vlečenje vlaken, ki prikazujejo postopek oblikovanja vlaken.

Izum je pojasnjen s pomočjo sl. la in lb, ki prikazujeta enoti za vlečenje vlaken po stanju tehnike oz. po izumu.

Enota za vlečenje vlaken je bila razvita iz aparata, ki se ga je predhodno uporabljalo za izdelovanje steklene volne s pomočjo notranjega centrifugiranja, ki je bilo predmet podrobnih opisov, namreč v patentnih opisih FR-B1-2443436 in EP-B1-91381. Ta znana priprava, kije na poenostavljen način prikazana na sl. la, obstoji v glavnem iz spinerja 1, katerega obodna stena 2 ima množico praznilnih ustij. Obodna stena 2 je povezana s prirobnico 3 preko povezujočega pasu 4, ki se ga imenuje tulipan zaradi njegove oblike. Kot je prikazano s pomočjo slike, so obodna stena 2, tulipan 4 in prirobnica 3 izvedeni kot celota v enem samem enotnem kosu.

Prirobnica 3 je nameščena na nosilni gredi 5, ki je votla v prikazanem izvedbenem primeru, in skozi to votlino se dovaja raztaljeni mineralni material.

Nosilna gred 5 ali celo prirobnica 3 nadalje nosi koncentrično porazdeljevalno sredstvo 6, ki se ga običajno imenuje kupa ali košara. Porazdeljevalna kupa z obodno steno, ki ima sorazmerno nizko število ustij s sorazmerno velikimi premeri, služi kot stena dna spineija in porazdeluje tok staljenega mineralnega materiala, s tem da ga ločuje v množico curkov, ki so razpršeni po notranjem obodu obodne stene 2.

Spiner 1 je obdan z različnimi grelnimi pripravami; obročasti magnet 7, ki predvsem ogreva talni del spineija 1, predvsem, da se kompenzira ohlajanje zaradi dotika z okoliškim zrakom, ki je močno ohlajen zaradi znatnih količin zraka, ki se ga sesa s sukanjem spineija 1, in z vodno hlajenim obročastim zunanjim gorilnikom 8. Konca sten 9 in 10 kanala zunanjega gorilnika 8 sta nameščena v majhni razdalji h od spinerja 1, npr. v razdalji reda velikosti 5 mm, kot je prikazano s skico nad levo stranjo slike la.

Obročasti zunanji gorilnik 8 tvori visoko temperaturo in zelo hiter plinski tok, ki je v bistvu usmerjen v navpični smeri in tako prehaja vzdolž obodne stene 2. Plinski tok po drugi strani služi temu, da ogreva ali vzdržuje temperaturo obodne stene 2 in po drugi strani prispeva k tanjenju curkov odvrženega raztaljenega materiala v vlakna. Kot je bilo prikazano na risbi, je zunanji gorilnik 8 prednostno'obdan s pihalnim obročem 11 za hladen zrak, katerega glavni namen je, da omejuje radialno raztezanje vročega plinskega toka in s tem preprečuje izoblikovanje vlakna, da bi prišla v dotik z obročastim magnetom 7.

Ti zunanji gorilniki spineija 1 so na svoji notranji strani dopolnjeni z notranjim obročastim gorilnikom 12, kije nameščen znotraj nosilne gredi 5 in se ga uporablja le med zagonsko fazo enote za vlečenje vlaken za predgrevanje kupe 6.

Kot je prikazano na sl. lb, priprava po izumu obstoji iz istih komponent in v nadaljnjem se bo obravnavalo le razlike.

Najbolj očitna razlika zadeva položaj zunanjega gorilnika, ki je prikazan pri 13, s stenama 14 in 15 kanala, katerega konca sta nameščena v razdalja d’ nad obodno steno 19 spineija, kot je bolj podrobno prikazano nad desno stranjo sl. lb. Razdalja h’ je npr. med 15 mm in 30 mm in prednostno med 20 mm in 25 mm in je mnogo bolj primerna, saj ta razdalja dopušča visoko natančnost pretoka plinskega toka. Nadalje ima notranja stena 14 kanala premer, ki je izrazito manjši od premera zgornje strani obodne stene 19. Da se vodi plinski tok za emisijo, je zunanji gorilnik 13 omejen z dvema poševnima ploskvama 16 in 17 pod pravim kotom druga na drugo. Da se omeji probleme z radialnim raztezanjem vročega plina proč od gorilnika 13, je zunanja poševna ploskev 13 le okoli polovico tako dolga kot njena nasprotna stran 16 in se končuje v bistveno navpični steni 18. Steni 16 in 18 se končujeta na višini v bližini višine sten emisijskega kanala običajnega zunanjega gorilnika.

S takšno razporeditvijo zunanjega gorilnika 13 se segreva ne le obodna stena 19 spinerja 1’, temveč tudi tulipan, kije sedaj prikazan pod 20. Plinski tok pa naj se ne bi dvigoval vzdolž tulipana in ogreval nosilne gredi. Da se izogne le temu, se lahko namesti obročasti štrleči kos 21 ali ustrezno sredstvo, ki služi kot tesnilni element, kot je vrteče se tesnilo, na to mesto, npr. na polovici višine tulipana, pri čemer se s to lego določi dolžino tulipana 20, kije segrevan z obročastim plinskim tokom.

Razen tega seje dodalo pihalnik 24 zunanjemu gorilniku 13. Razdalja d’ je v primerjavi s središčnimi emisijskima osema zunanjega gorilnika in pihalnika, kot je podrobneje prikazano na sliki, zelo majhna in npr. reda velikosti 10 mm do 15 mm. Namen tega pihalnika je prikazan podrobneje na sliki 2. Ta slika dejansko prikazuje zunanjo steno 19 spinerja v poenostavljeni obliki, pri čemer je zunanji gorilnik 13 po obliki prilagojen izumu, in pihalnik 24. Izoterme za 1300°C in za vrednosti polnega pritiska treh pihalnikov, ki so 0,3 bar, 1 bar in 1,6 bara, so bile za isto vrednost dinamičnega pritiska gorilnika reda velikosti 0,454 bar nanešene v bližini obodne stene. Povečevanje pritiska pihalnika povzroča, da se izoterme premaknejo tesneje proti steni 19 spinerja.

Po drugi strani povečevanje pritiska gorilnika povzroča, da se vse izoterme obodne stene spinerja premaknejo zelo jasno, kot je prikazano na sliki 3, kjer je bil pritisk gorilnika spremenjen od 0,325, 0,454 do 0,575 bar za pihalnikov celoten pritisk 0,3 bar.

S slik 2 in 3 je nadalje razvidno, da pihalnik oddaja curke, ki niso popolnoma navpični, temveč nekoliko nagnjeni proti dnu spinerja. Glavna posledica je ta, da je učinek obročastega zunanjega gorilnika koncentriran na spodnjo stran obodne stene, medtem ko je učinek na spodnjo stran stene šibak. Ta hladilni učinek pa je lahko preprosto izravnan z ogrevanjem z obročastim magnetom.

Razen omejevanja plinov, ki jih oddaja obročast zunanji gorilnik, ima pihalnik neposreden učinek na tanjenje curkov, ki so izvrženi s spinerja. Finoča vlaken se lahko vzdržuje, s tem da se zmanjšuje pihalni pritisk vročih plinov in se kompenzira to zmanjšanje s povečanim protiskom vročih plinov s pihalnika. Kar zadeva vsebnost biserov, je mogoče opaziti znatno zmanjšanje, ko se poveča pritisk pihalnika.

Nadaljnja primerjava med slikama la in lb prikazuje bolj bistveno razliko v tem, da je bil predviden drugi notranji gorilnik 25, ki je nameščen koncentrično okoli središčnega notranjega obročastega gorilnika, ki je sedaj prikazan pri 26 in kot običajno služi ogrevanju kupe, ki je sedaj prikazana pri 27. Notranji gorilnik 25 je obročasti gorilnik z divergirajočimi plameni, ki so usmerjeni k notranji površini obodne stene 15 in tulipana 20. Razporeditev plamenov je prednostno optimizirana z izrastki 27 na notranji strani tulipana 20, ki služijo kot sredstvo za zadrževanje plamena. Po drugi strani ima kupa 27 sorazmerno debelo steno 28 dna, ki je npr. izoblikovana iz keramične plošče ali temperaturno obstojnega betona, da se izogne hitri eroziji zaradi raztaljenega mineralnega materiala. Dodatno ta debela stena dna služi kot toplotna izolacija in s tem preprečuje ohlajanje notranjosti stene dna zaradi plinskega ali zračnega toka, ki se ga povzroča pod spinerjem zaradi njegovega vrtenja.

Poskusi so bili izvedeni z materialom, ki ga je bilo treba pretvoriti v vlakna in je ustrezal naslednji sestavi:

SiO₂ 51,5 mas.%

Fe₂O₃ 10,1 mas.%

A1₂O₃ 18 mas.%

MnO 0,19 mas.%

CaO 8,9 mas.%

MgO 6,4 mas.%

Na₂O 3,5 mas.%

B^O 0,61 mas.%

TiO₂ 0,66 mas.%

P₂O₅ 0,12 mas.%

Ta sestava se obnaša v skladu z naslednjim zakonom Vogel-Fulcher-Tammanna:

log μ = - 2,542 + 4769,86 / (T - 355,71).

Značilnosti aparata in delovni pogoji so zbrani v tabeli ob koncu opisa.

Upoštevati je treba, da merjene vrednosti ustrezajo vrednostim v ravnovesju, ki so bile izmerjene po vsaj 15 minutah dodajanja materiala, pri čemer sta bila spiner in kupa segreta s pomočjo vseh razpoložljivih grelnih priprav, razen z divergirajočim notranjim gorilnikom v prvem testu.

Spinerji, ki se jih je uporabljajl za te teste, so bili izdelani iz zlitine na osnovi niklja, ojačane z disperzijo oksidov (ODS), in austenitne vrste s 30% kroma, s temperaturo tališča 1380°C, z raztržno trdnostjo 130 MPa pri 1150°C, z mejo lezenja 70 ali 55 MPa po 1000 urah pri 1150°C oz. 1250°C in z razteznostjo 5% pri 1250°C.

V tabeli je celoten pritisk zunanjega gorilnika 13 podan v barih. Masni pretoki gorilnikov so podani v normalnih kubičnih metrih na uro.

Kar zadeva kakovost izdelanih vlaken, vrednost F/5g ustreza mikronaži. Mikronaža je standardni postopek za označevanje finoče vlaken. T,im. lahki izolacijski izdelki iz steklene volne, za katere je glavni kriterij toplotna odpornost, gostota zvitih izdelkov je manjša od 40 kg/m³, pogosto temeljijo na vlaknih z mikronažo 3, medtem ko težji izdelki, za katere se zahteva znatno mehansko odpornost, temeljijo na vlaknih z mikronažo 4.

Najboljši rezultati so bili doseženi s temperaturo spinerja v bližini 1260°C - 1270°C, za uporabljeno spojino leži viskoznost med 35 in 100 Pa.s med 1300°C in 1216°C; to je torej prav znotraj področja vlečenja vlaken. Prav tako je bilo možno ugotoviti, da se najboljše rezultate doseže s tem, da se izravnava različne izvore toplotnega vlaganja, predvsem s postopanjem s sorazmerno velikim zračnim masnim pretokom za notranji gorilnik, ki pa je na vsak način komaj deseti del masnega pretoka zunanjega gorilnika, in z močjo, ki se jo dovaja obročastemu magnetu, ki je bila podobno velika, in s sorazmerno visokim pritiskom pihalnika.

Da bi se bolje razumelo pojav oblikovanja biserov, se je izvedlo različne modifikacije temperature stekla in polnega pritiska pihalnika neodvisno drug od drugega in izoterme plinskih tokov in stožcev za oblikovanje vlaken vsake konfiguracije so bile nameščene za določeno število vrstic ustij.

Tabela v nadaljevanju podaja eksperimentalne pogoje in značilnosti dobljenih vlaken.

Slike 4 do 7 prikazujejo konfiguracijo stožcev za vlečenje vlaken in položaje izoterm za 800,1.000,1.300,1.400,1.500 in 1.550°C pri polnih pritiskih pihalnika 0,3 bar (sliki 4 in 5) in 1,6 bar (sliki 6 in 7) in dve temperaturi toka taline, pri čemer ena konfiguracija ustreza hladni talini (sliki 5 in 7) in druga konfiguracija ustreza vroči talini (sl. 4 in 6).

Ko se preiskuje vsebnosti delcev, ki se niso pretvorili v vlakna, za te različne konfuracije, se opazi, da so vsakič številni stožci zgornjih vrst popolnoma obdani s plinskim tokom s temperaturami, ki se presegajo izotermno linijo, ki ustreza 10 Pa.s (1.400°C), in se stvori znatno število biserov.

Slike, predvsem slike 2 do 7 so razumljive same po sebi glede na konstrukcijske in funkcijske podrobnosti, ki so prikazane na njih. Zato se posebej sklicuje na slike kar zadeva dodatno informacijo o podrobnostih razporeditve gorilnika 13 in pihalnika 24 ter konfiguracije stožcev in temperaturne porazdelitve v obdajajočem plinu. Te slike 2 do 7 prikazujejo položaj obodne stene 19 spinerja T v toplem stanju spinerja glede na njegov položaj pri okoliški temperaturi, kot prikazano s fantomskimi linijami na slikah 2 do 7.

Uporaba principov predloženega izuma je predvsem prednostna, ko je v povezavi s predmetom vzporedne patentne prijave postopka za izdelovanje mineralne volne in mineralne volne, izdelane po njem, ki jo je prijavil isti prijavitelj istega dne in je njena polna vsebina tukaj vključena.

Za

ISOVER SAINT-GOBAIN:

TABELA

	TEST 1	TEST 2	TEST 3	TEST 4
Pretok vlečenja (kg/h)	270	250	270	250
Talina (tok) (*C)	1,510	1,480	1,510	1,480
Spiner: Premer (mm)
200	200	200	200
ODS zlitina	austenitna	austenitna	feritna	austenitna
Število ustij Vrtilna hitrost (min )	9,000	9,000	9,000	9,000
2,820	3,500	2,820	3,500
Premer ustja (mm)	0.3	0.3	0.3	0.3
Kupa: Premer (mm)	70	70	70	70
Št. lukenj	2 x 50	2 x 50	2 x 50	2 x 50
Zunanji gorilnik:
Razdalja sten kanala (mm)	6.5	6.5	6.5	6.5
Pritisk (bar).	0,449	0,454	0,460	0,460
temperatura (eC)	1,550	1,550	1,550	1,550
Pihalnik:
Razdalja sten kanala (mm)	0.8	0.8	0.8	0.8
Pritisk (bar)	0.3	0.3	1.6	1.6
temperatura (’C)	25	25	25	25
Indukcijski grelnik: moč (kW)	37.5	37.5	39	39.8
Divergirajoči note. gorilnik (normalni nr/h)				3.05
3	3	3
Slika	4	5	6	7
F/5g	3.5	3.2	2.9	2.8
Biseri >A0/um: % (po masi)	24.5	8.8	10.5	7
>100/υω: % (po naši)	7.25	3.4	3.5	2

Claims (10)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Postopek za izdelovanje mineralne volne iz materiala, ki je zelo dobro tekočen pri povišani liquidus temperaturi, predvsem nad 1200°C, z viskoznostjo pod 500 Pa.s pri liquidus temperaturi, z raztaljenim mineralnim materialom, ki se ga dovaja v spiner, katerega obodna stena obsega množico ustij z majhnim premerom, skozi katere se centrifugira omenjen raztaljeni mineralni material, da tvori curke, ki so podvrženi dodatnemu tanjilnemu učinku plinskega toka, ki jih obtaka in segrevanju omenjene obodne stene omenjenega spinerja, in tvorjeni s koncentričnim obročastim zunanjim gorilnikom, ki je nameščen koncentrično glede na spiner, označen s tem, da so dolžine stožcev in konfiguracija plinskih tokov stvorjeni okoli spinerja takšni, da večina stožcev, ki tvorijo tanka vlakna, ki izvirajo iz spinerjevih ustij, presekajo izotermno, ki ustreza viskoznosti 10 Pa.s, ali drugače dospejo v področje, ohlajeno do temperature, ki ustreza viskoznosti preko 10 Pa.s.
2. 2. Postopek po zahtevku 2, označen s tem, da je konfiguracija plinskih tokov, ki so stvorjeni okoli spinerja, takšna da večina tankih curkov, ki tvorijo stožce, ki izvirajo iz ustij spinerja, presekajo izotermo, ki ustreza viskoznosti 25 - 30 Pa.s, ali drugače dospejo v področje, ki je ohlajeno do temperature, ki ustreza viskoznosti preko 25 Pa.s do 30 Pa.s.
3. 3. Postopek po zahtevku 1 ali 2, označen s tem, da so dolžine stožcev prilagojene spreminjanju premera ustij za praznjenje raztaljenega mineralnega materiala in/ali vrtilni hitrosti spinerja.
4. 4. Postopek po kateremkoli izmed zahtevkov 1 do 3, označen s tem, da je viskoznost raztaljenega mineralnega materiala znotraj spinerjevih ustij 10 Pa.s in prednostno preko 35 Pa.s.
5. 5. Postopek po kateremkoli izmed zahtevkov 1 do 4, označen s tem, da je obročasti zunanji gorilnik dopolnjen s pihalnikom, ki obdaja zračni tok s temperaturo, kije nižja od 250°C.
6. 6. Postopek po zahtevku 5, označen s tem, da je učinek pihalnika prilagojen z njegovim polnim pritiskom, ki je izbran v območju med 0,5 bar in 4 bar in je prednostno v območju med 1 bar in 2 bar.

   Ί. Priprava za vlečenje vlaken s pomočjo notranjega centrifugiranja, v kateri ima spiner obodno steno, ki obsega množico ustij z majhnim premerom, skozi katere se centrifugira raztaljen material, da se stvori drobne curke, ki so podvrženi dodatnemu tanjilnemu učinku plinskega toka, kt teče vzdolž njih in segreva omenjene obodne stene omenjenega spinerja in je tvoijen s koncentričnim obročastim zunanjim gorilnikom, nameščenim koncentrično glede na omenjeni spiner, označena s tem, da obročasti zunanjih pihalnik (24) dopolnjuje omenjeni obročasti zunanji gorilnik (13).
7. 8. Priprava po zahtevku 7, označena s tem, da je omenjeni obročasti zunanji gorilnik (13) nameščen v razdalji (h’) reda velikosti od 15 mm do 20 mm od zgornje strani omenjene obodne stene (19) omenjenega spineija (1’).
8. 9. Priprava po zahtevku 8, označena s tem, da omenjeni obročasti zunanji gorilnik (13) obsega radialno notranjo in prednostno tudi radialno zunanjo steno (14) praznilnega kanala s premerom, ki je manjši od premera zgornje strani omenjene obodne stene (19) omenjenega spinerja (1’).
9. 10. Priprava po kateremkoli od zahtevkov 7 do 9, označena s tem, da omenjeni obročasti zunanji gorilnik (13) obsega steni (14, 15) praznilnega kanala za tok vročega plina, podaljšan s poševnima stenama (16, 17), ki omejujeta plapolajoč praznilni tok vročih plinov.
10. 11. Blazina iz mineralne volne, označena s tem, da je dobljena po postopku po enem izmed patentnih zahtevkov 1 do 6.