UA74051C2 - A device for internal centrifuging of mineral fibres, a centrifuge, a method for producing mineral fibres and mineral fibres - Google Patents

Description

вздовж якої при волокноутворенні подається розплав матеріалу. У такому положенні розплавлений матеріал подають в центрифугу «зверху». Дно центрифуги є по суті горизонтальним, а кільцеві зони паралельні цьому дну і знаходяться одна над одною при такому розгляданні.

Центрифуга відповідно до даного винаходу містить дві розташовані одна над одною кільцеві зони, при цьому нижня зона містить більше число отворів на одиницю площі, ніж зона, яка розташована над нею. У переважному варіанті виконання центрифуга містить щонайменше три розташовані одна над одною кільцеві зони, і кожна з цих зон містить число отворів на одиницю площі, яке перевищує число отворів на одиницю площі самої ближньої кільцевої зони, яка знаходиться над кільцевою зоною, що розглядається.

Згідно з переважним варіантом виконання отвори кожної кільцевої зони виконані рядами з по суті постійним діаметром отвору (а) в кожній кільцевій зоні, що зменшуються від однієї кільцевої зони до іншої зверху вниз по периферичній стрічці центрифуги в положенні центрифугування.

В рамках даного винаходу переважно, щоб щонайменше два суміжних ряди мали отвори різного діаметра, а точніше, щоб ряди мали значення діаметрів отворів, яке зменшується, зверху вниз по периферичній стрічці (як правило, всі отвори одного ряду мають однаковий діаметр). Можна також бачити, зверху вниз, ряд п (п рядів) отворів заданого діаметра, потім ряд р (р рядів) меншого діаметра, потім ряд 1 (ї рядів) ще меншого діаметра і т.д. при п, р і 21.

Можна також бачити одну кільцеву зону 2А1, що містить п рядів, другу кільцеву зону 2А2, що містить р рядів, і третю кільцеву зону 2АЗ, що містить ї рядів.

Створюючи таким чином «градієнт» розміру отворів, який знижується зверху вниз, отримують можливість підвищити якість волокноутворення. Завдяки цьому з'явилася можливість скорочення відмінностей між утворенням волокон у верхніх рядах в порівнянні з волокнами, що виходять з рядів, які розташовані нижче: такий «градієнт» забезпечує розвиток первинних ниток на виході отворів і витягнення, що обмежує перетин траєкторій і, отже, зіткнення між волокнами в процесі витягнення, що виходять з різних рядів, завдяки чому забезпечується підвищення якості, що спостерігається.

Така конфігурація застосовна, зокрема, для виробництва мінеральної вати низької щільності.

В деяких випадках, навпаки, виникає потреба в зіткненнях між волокнами, щоб зменшити їх довжину.

Такі випадки відповідають виробництву щільної мінеральної вати, зокрема, яка використовується для виготовлення мінераловатних плит як елементів для покрівельних робіт. В цих випадках можна, наприклад, чергувати розмір отворів від однієї зони до іншої і можна також передбачити, зверху вниз, ряд п (п рядів) отворів заданого діаметра, потім ряд р (р рядів) отворів більшого діаметра, потім ряд ї (Її рядів) отворів діаметра, меншого, ніж діаметр отворів ряду, розташованого вище, і т.п.

Переважно, ряди розташовані один від одного на відстані від 1 до 2мм, зокрема, від 1,2 до 1,8мм, переважно з кроком зміщення від одного ряду до іншого, який складає від 1 до 2мм, наприклад, від 1,2 до 1,6мм.

Переважно, діаметр (4) щонайменше частини отворів центрифуги принаймні дорівнює 1,5 або 1,2мм, зокрема, від 1,1 до 0,5мм, наприклад, від0,9 до 0,7мм.

Згідно з іншим варіантом виконання пристрою відповідно до даного винаходу відстань О між центрами сусідніх самих близьких отворів однієї кільцевої зони є по суті постійною по всій даній кільцевій зоні, і ця відстань О змінюється від однієї зони до іншої щонайменше на 355, іноді щонайменше на 595 і навіть на 1095 або більше і зменшується зверху вниз, якщо розглядати центрифугу в положенні волокноутворення.

Переважно, значення відстані О знаходиться в межах від 0,8 до Змм, наприклад, від 1 до 2мм і навіть від 1,4 до 1,8мм.

Переважно, центрифугу відповідно до даного винаходу вибирають з середнім діаметром, який позначено ОМ, меншим або рівним 800мм, зокрема, щонайменше рівним 200мм.

Переважно, центрифуга не має дна в своїй нижній частині (протилежній «верху», як він був визначений вище).

Згідно з попереднім варіантом виконання центрифуга з'єднана, зокрема, шляхом механічного з'єднання з чашею, в якій розливається розплавлене скло і яка приводиться у обертання з тією ж швидкістю, що і центрифуга.

Згідно з переважним варіантом виконання пристрій відповідно до даного винаходу містить щонайменше один засіб, що створює газовий витяжний струмінь високої температури і виконаний у вигляді кільцевого пальника, зокрема, описаного в патентах ЕР 0189354 і ЕР 0519797, зареєстрованих на ім'я заявника.

Переважно, кільцевий пальник є тангенціальним пальником, що містить засоби забезпечення газовому витяжному струменю тангенціальної складової відносно зовнішнього горизонтального краю центрифуги, що, зокрема, описано в патенті ЕР 0 189 354, зареєстрованого на ім'я заявника.

Таким чином можна отримати кут нахилу газового витяжного струменя по відношенню до осі пальника.

В центрифузі можна також використовувати засіб «внутрішнього» нагрівання типу внутрішнього пальника. Він може виконувати різні функції, зокрема, завершувати теплову обробку розплавленого скла в «чаші» центрифуги (термін пояснюється нижче з посиланням на фігури), підтримувати відповідну температуру запасу скла в центрифузі для безперервного плавлення волокон, які можуть примикати до зовнішніх стінок центрифуги.

В комбінації з даним засобом внутрішнього нагрівання найкраще використовувати також засіб «зовнішнього» нагрівання типу кільцевого інжекторного пальника, який забезпечує поліпшення контролю за температурою запасу скла і переплавлення волокон, що прилипли. Було встановлено, що, як правило, для слабкої витяжки досить застосовувати тільки внутрішній пальник, тоді як для сильної витяжки виникає необхідність в застосуванні кільцевого інжекторного пальника, при цьому внутрішній пальник, як варіант, переважно може виконувати допоміжну роль.

Об'єктом даного винаходу є спосіб одержання мінеральних волокон за допомогою внутрішнього центрифугування у взаємодії з газовою витяжкою при високій температурі з використанням пристрою.

Призначений для одержання волокон розплав подають в центрифугу, в периферичній стрічці якої виконані отвори, які розподілені по декількох кільцевих зонах, розташованих одна над одною, якщо розглядати центрифугу в положенні центрифугування, і яка містить щонайменше дві кільцеві зони 2А1 і 2А2, у яких число отворів на одиницю площі М51, М52 відрізняється на значення, що перевищує або дорівнює 5905,

зокрема, що перевищує або дорівнює 1095 і навіть 2095, при цьому кільцева зона, яка містить найбільше число отворів на одиницю площі розташована під другою кільцевою зоною, якщо розглядати центрифугу в положенні волокноутворення.

Переважно, застосовують центрифугу, характеристики якої були описані вище.

Гарячу газову витяжку переважно здійснюють за допомогою кільцевого пальника, параметри якого можна встановлювати наступним чином: - переважно, можна встановлювати температуру газів на виході пальника, яка дорівнює щонайменше 1350"С, зокрема, яка дорівнює щонайменше 1400"С, наприклад, від 1400"7С до 15007С, зокрема, від 1430"С до 1470"С. Після цього температуру регулюють в залежності від типу мінеральної волокноутворюючої речовини, зокрема, в залежності від її віскозиметричної характеристики; - переважно, встановлюють також швидкість газів на виході пальника, яка дорівнює щонайменше 200м/с, виміряну безпосередньо на зрізі сопла пальника, зокрема, зі значеннями в межах від 200 до 295м/с; - нарешті, переважно, встановлюють також кільцеву ширину газового факела на виході пальника зі значеннями від 5мм до 9мм.

Коли для способу відповідно до даного винаходу застосовують засіб відведення гарячих витяжних газів і/або розплаву, що викидається через отвори центрифуги під дією відцентрової сили, то таким засобом, переважно, може бути кільцева дуттьова головка, яка працює при температурі, принаймні рівній температурі навколишнього середовища, і при тиску подачі газу, що знаходиться в межах від 0,5 до 2,5х105

Па, зокрема, від 0,7 до 2х102Па.

Можна застосовувати інжекторний пальник для нагрівання найнижчої зони центрифуги і для того, щоб перешкоджати виникненню або обмежувати температурний градієнт по висоті центрифуги.

Об'єктом даного винаходу є також застосування мінеральних волокон, одержаних за допомогою описаних вище пристрою і/або способу для виробництва термоізоляційних і/або звукоізоляційних виробів.

Далі йде докладний опис даного винаходу з не обмежувальними прикладами і посиланнями на наступні креслення, на яких:

Фіг.1 - часткове зображення пристрою для центрифугування відповідно до даного винаходу.

Фіг.2 - часткове зображення центрифуги відповідно до даного винаходу.

На Ффіг.1 показано часткове зображення системи внутрішнього центрифугування з гарячою газовою витяжкою, яка виконана на основі систем, відомих з попереднього рівня і описаних, зокрема, в патентах ЕР- 91866, ЕР 189-354 і РЕ 519-797, на які надалі робиться посилання для докладного викладу загального принципу даного варіанту волокноутворення.

Система містить центрифугу 1, яка закріплена на валу 2. Вал і центрифуга приводяться у обертання з великою швидкістю за допомогою не показаного двигуна. Вал 2 виконаний порожнистим, і скло в розплавленому стані стікає з засобів живлення (не показані) через вал 2 в «чашу» 3, в якій розтікається розплав скла. Чаша З також приводиться у обертання таким чином, щоб розплавлене скло відкидалося на периферичну стінку 4, яка має крізні отвори, і далі у вигляді об'ємних струменів 6 на периферичну стінку 7, що звичайно називається «стрічка» центрифуги 1, які утворюють на цій стінці постійний запас розплавленого скла, що живить круглі крізні отвори 14, які виконані в стінці. Ця стінка 7 нахилена по відношенню до вертикалі під кутом приблизно від 5 до 10". З множини круглих отворів 14, які розташовані рядами, виходять конусні потоки 8, що продовжуються макронитками 15, які відкидаються в кільцевий газовий потік, що виходить з пальника 9. Під дією цього потоку макронитки витягуються, і з їх кінцевих ділянок утворюються короткі волокна 10, які збираються після цього під центрифугою. Система додатково містить кільцеву дуттьову головку 11, що створює «газову оболонку», обтікаючу кільцевий газовий потік, що виходить з пальника 9. Як варіант, застосовують також інжекторну кільцеву головку 12, яка встановлена під центрифугою 1, і/або внутрішній пальник, який не показаний.

У стандартних умовах проміжок між лініями, що проходять через центр двох паралельних рядів отворів, що називається кроком зміщення, є постійним по всій висоті стрічки. За цих умов відстань між центрами сусідніх отворів одного ряду також є постійною.

Отже, в стандартній центрифузі число отворів на одиницю площі є постійним по всій площі стрічки.

У стандартних умовах експлуатації такий пристрій забезпечує одержання волокон з середнім діаметром, що дорівнює щонайменше 2мкм, зокрема, приблизно від З до 12мкм.

Таким чином, даний винахід забезпечує оптимізацію процесу волокноутворення шляхом зміни розподілу отворів на стрічці 7 центрифуги.

Найбільш значне удосконалення, здійснено в рамках даного винаходу, показано на Фіг.2.

На Фіг.2 зображене часткове фронтальне зображення стрічки 7 центрифуги 1, на якому у вигляді затінених ділянок показані крізні отвори 14, які виконані в цій стрічці.

На цій фігурі показані дві розташовані одна над одною кільцеві зони 2А1 і 2А2, при цьому 2А2 знаходиться під 2А1, якщо розглядати пристрій в положенні волокноутворення. В представленому випадку кожна з двох кільцевих зон містить три ряди круглих отворів 14. У кільцевій зоні 2АТ ряди мають крок зміщення Рі, отвори - діаметр ді, відстань 01 розділяє центри найближчих отворів 14, відстань між найближчими краями сусідніх отворів дорівнює ОВ, а число отворів на одиницю площі дорівнює М51 в зоні 2А1. У кільцевій зоні 2А2 ці параметри відповідно позначені Р2, 42, 02, 082 і М52.

Крок зміщення між 2А1 і 2А2 позначений Р1/2.

Потрібно зазначити, що, з одного боку, а2 менше ді і що, з іншого боку, Р2 і 02 відповідно менше РІ і 01.

Отже, М52 значно перевищує М51.

Такий варіант виконання, однак, не є обмежувальним, і стрічка 7 центрифуги 1 може містити більше двох кільцевих зон, при цьому кожна з кільцевих зон може містити щонайменше один ряд отворів 14.

Для підтвердження переваг центрифуги відповідно до даного винаходу були проведені порівняльні випробування, з одного боку, на стандартній центрифузі і, з іншого боку, на центрифузі відповідно до даного винаходу. Характеристики обох центрифуг, вибрані таким чином, щоб вони мали однаковий середній діаметр ОМ і однакову площу стрічки, тобто однакову висоту стрічки з отворами, що представлені в таблиці 1. Кожна з цих центрифуг містить три кільцеві зони, які містять по декілька рядів отворів з постійними діаметром і проміжками для кожного ряду.

Число отворів в одному ряді визначено МО, і число отворів на одиницю площі М5 розраховують за допомогою рівняння: МО х- МО/(п.0.Р). В даному випадку воно виражається числом отворів на мм".

Для стандартної центрифуги число отворів на одиницю площі є постійним. У випадку центрифуги відповідно до даного винаходу воно змінюється в залежності від кільцевої зони, і це число М5 менше, ніж у стандартній центрифузі, для самої верхньої зони 2А1, але перевищує дане число у стандартній центрифузі для інших кільцевих зон 2А2 і 2АЗ. Зазначається, що для центрифуги відповідно до даного винаходу число отворів на одиницю площі зростає по зонах зверху вниз центрифуги приблизно на 25-3095 від однієї зони до іншої.

Обидві центрифуги були виготовлені з однакового сплаву, відомого під маркою 50530 і який виробляється, зокрема, компанією 5ЕМА. Отвори у стандартній центрифузі виконані за допомогою технології електровипалення, тоді як отвори центрифуги відповідно до даного винаходу були виконані способом бомбардування електронами. Молена також передбачити виконання отворів лазером.

В кожній центрифузі волокна були одержані в еквівалентних умовах витяжки.

Типи виготовлених виробів, умови волокноутворення і механічні властивості, що виміряні на виготовлених виробах, наведені в таблиці 2.

Тонкість волокон визначають за значенням їх мікронера (Р) під навантаженням 5 г. Значення мікронера, яке називають також «показником тонкості», враховує питому поверхню шляхом вимірювання втрати аеродинамічного навантаження, коли задана кількість волокон, що добуті з непромасленого мата, піддають дії заданого тиску газу, як правило, повітря або азоту. Такий вид вимірювання застосовується на підприємствах по виробництву мінеральних волокон і стандартизований для вимірювання волокон бавовни (СІМ 53941 або АТМ О 1448), і для нього використовують прилад, який називається «приладом- мікронером». В даному випадку переконуються, що волокна мають однаковий показник тонкості, що виражається однаковою витратою (в л/хв).

Одержують волокна одного типу, тобто однакової номінальної товщини і з однаковою об'ємною масою.

Для їх одержання використовують однаковий пальник, в цьому випадку тангенціальний пальник з нахилом газового струменя приблизно 107. Чаші, що застосовуються, мають однакову геометричну форму. Тиск пальника виражається в міліметрах водного стовпа (мм вод. ст.).

Всі одержані волокна просочені однаковим зв'язувальним у вигляді фенолоформальдегідної смоли з розрахунку 4,795 зв'язувального по відношенню до ваги волокон.

Порівнюють витрати енергії для одержання волокон однакового типу, тобто кількість повітря і газу, що витрачено для спалювання. Витрата повітря і газу виражається в кубічних нормо-метрах за годину (Н- мЗ/годину).

Порівнюють також властивості, які виміряні на виробах однакового типу, що виготовлені з волокон, які одержані за допомогою кожної з центрифуг.

Відновлення товщини визначають відношенням (у 95) товщини після випробування на стискання до номінальної товщини. Потрібно зазначити, що товщина виготовленого виробу перед випробуванням на стискання перевищує номінальну товщину. У разі випробувань товщина виготовленого виробу становить 144мм при номінальній товщині ЗОмм.

Таким чином з таблиці 2 видно, що після 12 днів випробування на стискання товщина мата після зняття навантаження становить приблизно 9095 від первинної товщини (товщина виробу) мата з волокон, які одержані в центрифузі відповідно до даного винаходу, і приблизно 8095 від первинної товщини у разі використання стандартної центрифуги.

Для проведення випробувань на стискання беруть мінераловатні плити і навантажують їх до отримання міри стискання 8/1, що в даному випадку відповідає товщині при стисканні приблизно в 18мм. Після періоду навантаження стисканням (12 днів, 1 місяць) плити розвантажують (при цьому одночасно випробовують 4 плити за період стискання) і визначають середню товщину після випробування на стискання. «Опір розтягуванню» визначають на зразку у вигляді кільця, яке вибито за допомогою порожнистого пробійника у волокнистому маті. «Опір розтягуванню» виражається відношенням граничної сили розтягування (сила розриву кільця, що розтягують двома круглими і паралельними затискними патронами радіусом 12,5мм зі швидкістю навантаження З0Омм/хв) до маси зразка і вимірюється в гс/г.

Зразок, який навантажують на початку випробування, являє собою тороїдальне кільце по суті еліпсоїдної форми з розмірами великої і малої осей 122х76бмм і з товщиною тора 2б6мм. Було випробувано зразків на один виріб. Дане випробування проводилося за стандартами ВІТ 5012-76 і АТМ С 681-76.

Опір розтягуванню вимірюють на виробі після його виготовлення також для того, щоб оцінити властивість старіння виробу після випробування в автоклаві. Тривалість випробування в автоклаві становить 15 хвилин при температурі 107"С, тиску 0,8 бар і при вологості 100905.

З таблиці 2 видно, що для однотипного виробу механічні властивості виявляються значно поліпшеними при використанні пристрою відповідно до даного винаходу в порівнянні зі стандартним пристроєм, при цьому споживання енергії для виробництва волокон значно знижується.

Дійсно, тиск пальника нижче приблизно на 2095 в центрифузі відповідно до даного винаходу у порівнянні зі стандартною центрифугою. Відповідно витрата текучого середовища, повітря і газу менше приблизно на 1095. Отже, рентабельність способу з точки зору споживання енергії значно підвищується при застосуванні центрифуги відповідно до даного винаходу.

Підвищення механічних властивостей стосується також як показника відновлення товщини, який при застосуванні центрифуги відповідно до даного винаходу приблизно на 1095 перевищує даний показник для виробів, які одержані за допомогою стандартної центрифуги, так і опору розтягуванню, який підвищується приблизно на 2095.

Крім цих результатів, що отримані, абсолютно несподівано виявилося, що збільшення числа отворів не позначилося негативно на тривалості служби центрифуги, яка виконана відповідно до даного винаходу.

За умов волокиоутворення, що позначені в таблиці 2, тривалість служби центрифуги відповідно до даного винаходу становила приблизно 370 годин, а тривалість служби стандартної центрифуги - приблизно 300 годин.

Точно так само було встановлено, що якість виробів по суті не змінюється від тривалості використання диск-центрифуги в режимі волокноутворення, оскільки раніше виникали побоювання, що збільшення числа отворів призведе до передчасного зносу центрифуги, що супроводжується різким зниженням властивостей виробів при одержанні волокон на одній і тій самій диск-центрифузі.

Потрібно зазначити, що конфігурація центрифуги відповідно до даного винаходу, параметри якої наведені в таблиці 1, має також особливу перевагу з точки зору геометричної форми. Дійсно, навіть при збільшенні числа отворів в центрифузі можна добитися такої геометричної конфігурації, при якій проміжок

ОВІ1 між краями отворів збільшився, в порівнянні зі стандартною центрифугою, в кільцевій зоні 2А1, де отвори мають найбільший діаметр 01 і де найбільшою мірою позначається вплив корозії і ерозії. У середній зоні 2А2 проміжок ОВ2 між краями отворів ідентичний для обох конфігурацій, а в кільцевій зоні 73 з отворами меншого діаметру ОЗ розроблена конфігурація дозволяє зменшити відстань ОВЗ між краями отворів, що не спричиняє негативного ефекту, оскільки корозія і ерозія проявляються в цій зоні найменше.

Таким чином, завдяки виконанню центрифуги відповідно до даного винаходу зберігаються її механічні властивості, а також підтримується на попередньому рівні і навіть збільшується її тривалість служби в порівнянні зі стандартною центрифугою, незважаючи на збільшення числа отворів. Даний винахід не обмежується перерахованими варіантами виконання і повинен розглядатися як основа для інших варіантів і стосується будь-якого пристрою для внутрішнього центрифугування мінеральних волокон, що містить центрифугу з периферичною стрічкою, в якій виконані отвори, які розподілені по декількох кільцевих зонах, які розташовані одна над одною, якщо розглядати центрифугу в положенні центрифугування, при цьому щонайменше у двох кільцевих зон число отворів на одиницю площі (М5) відрізняється на значення, яке перевищує або дорівнює 595, зокрема, перевищує або дорівнює 1095 або навіть 2095, а також будь-якого способу, для здійснення якого застосовують такий пристрій для внутрішнього центрифугування.

ТАБЛИЦЯ 1 шен | жо оо рев ентрифуга винаход

Діаметрімм)ї 77777771 111111116001111111Ї1111111вою111

Перша кільцева зона 2А1 - число рядів 4 6 -діаметр ді 1,0 0,9 - відстань 01 1,7 1,8 - відстань між краями ОВ1 0,7 0,9 - крок зміщення Р1 1,49 1,56 - число отворів в ряду МО1 1100 1047 - отвори/площа М51 0,39 0,36 - крок зміщення Р1/2 1,49 1,75

Друга кільцева зона 2А2 - число рядів 7 8 - діаметр 42 0,9 0,8 - відстань 02 1,7 1,6 - відстань між краями 082 0,8 0,8 - крок зміщення Р2 1,49 1,39 - число отворів в ряду МО2 1100 1178 - отвори/площа М52 0,39 0,45 - крок зміщення Рг/3 1,49 1,55

Третя кільцева зона 2АЗ - число рядів 13 12 - діаметр 43 0,8 0,7 - відстань ОЗ 1,7 14 - відстань між краями ОВЗ3 0,9 0,7 - крок зміщення РЗ 1,49 1,22 - число отворів в ряду МОЗ 1100 1345 - отвори/площа М5З3 0,39 0,58

ТАБЛИЦЯ 2 ся 275... 1 щи Гран ентрифуга до винаход

Номінальна товщина (мм) 80 80

Щільність (кг/м) 9,5 9,5

Мікронер (л/мм, 5г) 13,4 13,5

Х. (мВт/мхк) 41,6 41,2 23 23 ншЛтЯЛТДЛІИЛВОЗОВОЛЛОЛВОЛТЛТЛОВОВОВЛВЛВЛОЛТОИОВВНИ

Витяжка (|)

Пальник Тангенціальний тангенціальний

Чаша Стандартна стандартна

Тиск пальника (мм вод. ст.) 668 562

Витрата повітря (Н-м3/годину) 1953 1743

Витрата газу (Н-м3/годину) 120 111 126 131

Відновлення товщини після 12 днів

Відновлення товщини після місяця 116 126

Опір розтягуванню після виготовлення (гс/г) 180 220

Опір розтягуванню після 15 хвилин автоклавування (гс/г 126 150 етдткут се си лачас вин і свв ; г. й Песни ші з, ГІ ї В ї (

Я я м ЩЕ й май ще й і. 7

Ко аддес в в р. і

Я Й ле р КО дев я не ех . КИ . ера я З її

Ве ВДднннй: ї Вс і о як. знос я ру В ня т Ех 8-Х тити, ех повному

ОвлИх Фі вої

Он»

НЕ «фіво Як пн нини я ша : ШИ: АЙ ій

І ві о Кк я

Од 8--е-е-ее

Ха: 22.3 ен Кр нин мо сон сс ре па а а ач а