EP2041037A1 - Herstellungsverfahren für endlose mineralfasern - Google Patents
Herstellungsverfahren für endlose mineralfasernInfo
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- EP2041037A1 EP2041037A1 EP07718399A EP07718399A EP2041037A1 EP 2041037 A1 EP2041037 A1 EP 2041037A1 EP 07718399 A EP07718399 A EP 07718399A EP 07718399 A EP07718399 A EP 07718399A EP 2041037 A1 EP2041037 A1 EP 2041037A1
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- European Patent Office
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- volume
- nozzle
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- Withdrawn
Links
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
- C03B37/08—Bushings, e.g. construction, bushing reinforcement means; Spinnerettes; Nozzles; Nozzle plates
Definitions
- the invention relates to the production of endless mineral fibers, in particular from rock, from mixtures based thereon, from glass-containing industrial and technical waste products.
- a disadvantage of this method is that it only defines the procedure for determining an optimum (with regard to the properties of the melt necessary for the production of qualitative primary fibers) removal area in the processing zone (distribution channel).
- the known method does not match the geometrical dimensions of the removal region with the parameters of the melting furnace in which the preparation of the melt for feeding into the processing zone (distribution channel) takes place, nor with the parameters of the fiber forming system, which is a flow feeder and a nozzle vessel, which are arranged one behind the other and connected to each other. This reduces the overall stability of the fiber production process, but allows the production of endless mineral fibers from viscous and high viscosity melts with an average specific brittleness of at least 0.7 fractions per kg.
- a rock mineral fiber manufacturing method which comprises preparing a melt of raw material in a melting furnace, feeding the melt to a processing zone (distribution channel) from which the melt is taken by a feeder and fed to the nozzles (European Patent EP 1380552 , 2002, IPC C03B 37/02), wherein the openings of the flow feeder, through which the removal of the melt takes place and which form the extraction zone for the removal of the melt, are arranged such that the ratio of the height of the melt in the furnace to Height of the removal range for the melt in the range of 1.4 to 50 is located.
- the ratio of the melt level in the furnace (the melting tank) to the projection surface of the Entnalime Schemes for the melt to the horizontal plane in the range of 10 to 6000 are.
- the known method matches the geometrical dimensions of the removal region with the parameters of the melting furnace in which the treatment of the melt for supply to the processing zone (distribution channel) takes place
- the known process as before does not provide any connection between the geometry of the removal region for the melt with the parameters of the fiber-forming system, which is a flow feeder and a nozzle vessel arranged one behind the other and connected to each other. This does not make it possible to ensure a high overall stability of the fiber production process, but has made it possible to improve the characteristics of the production of continuous mineral fibers to an average specific brittleness of at least 0.5 fractions per kg and a daily average output of a single unit of up to 170 kg.
- the extraction area for taking out the melt for flow supply to the nozzles is formed by an end opening of the flow feeder and openings on the side surface of the flow feeder.
- the known method defines the function of the flow feeder as follows: "Taking a temperature homogeneous melt and stabilizing its supply to the nozzle feeder for processing into primary fiber" (p. 106).
- This ratio between the melt viscosities in the flow feeder and in the nozzle vessel depends primarily on the temperature of the melt itself, which is withdrawn from the processing zone (distribution channel) and the walls of the said devices, which are usually by ohmic heating on passage electric current to be heated.
- the working temperatures of the materials from which the flow feeder (nozzle vessel) are produced are generally limited to a range from 1350 to 1800 0 C, which is close to the melting temperature of the rock, as it is - also in view of the low thermal conductivity and diathermy nature of basalt rock melts - it is not possible to use the flow feeder (the nozzle vessel) for effectively controlling the properties of the melt, in particular for heating the melt to optimum temperatures.
- the only function of the flow feeder is to "stabilize” the melt with optimum properties from the removal area to the nozzle vessel (s) for fiber formation.
- the possibility of a “stabilized” supply undoubtedly determines the relationship between the geometrical dimensions of the zone of the melt removal area (in fact, the volume inside) the flow feeder delimited by the plane of its end opening and the plane connecting the lower and lower edges of the lower openings located on the side surface of the flow feeder and located in the processing zone) and the geometrical dimensions (in fact the volume en) of the flow feeder, the nozzle vessel and the total volume of the inner nozzle opening.
- the object to be solved by the present invention is to increase the stability and effectiveness of basalt rock melt fiber manufacturing technology, mixtures based thereon, glass-containing industrial and engineering wastes, resulting in a reduction of the average specific brittleness on stripping of the primary yarns and an increase in the specific output of a single production unit.
- the distribution channel is also often called feeder channel or supply line or basin.
- the volume in the enthalpy area comprises the internal volume of the opening or openings in the region of the end face of the flow feeder and the internal volume of the openings which are located on the side faces of the flow feeder.
- the wall thickness of the flow feeder is low, this being selected from a range with a lower limit of 0.1 mm, preferably 0.5 mm, in particular 0.8 mm and an upper limit of 10 mm, preferably 5 mm, in particular 3 mm , Wall thicknesses from a range of max. 1 mm. This results in very small volumes.
- the total volume of the openings in the side areas of the flow feeder is from a range with a lower limit of 50 mm 3 , preferably 80 mm 3 , in particular 100 mm 3 , and an upper limit of 500 mm 3 , preferably 300 mm, in particular 200 mm. Volumes of 150 mm 3 to 180 mm 3 prove to be particularly advantageous.
- the total volume of the opening or openings in the end region of the flow feeder is from a range with a lower limit of 1000 mm 3 , preferably 1500 mm 3 , in particular 2000 mm, and an upper limit of 10000 mm 3 , preferably 5000 mm 3 , in particular 4000 mm 3 , selected. Volumes of 3200 mm 3 to 3800 mm 3 are advantageous. Even very small deviations of the volumes of a few percent can be of great importance for the quality of the mineral fibers.
- the diameter of the end opening or the sum of the end openings of the flow feeder is selected from a range with a lower limit of 1 mm, preferably 5 mm, in particular 10 mm, and an upper limit of 100 mm, preferably 50 mm, in particular 30 mm.
- the height over which the openings are distributed on the side surfaces of the flow feeder is from a range with a lower limit of 0.5 mm, preferably 2 mm, in particular 5 mm, and an upper limit of 200 mm, preferably 100 mm, in particular 50 mm, selected.
- the internal volume of the nozzle openings is limited by the plane in the bottom and front of the nozzle opening.
- the nozzle vessel is completely filled with melt to produce and maintain a defined static pressure.
- the nozzle vessel also only having to be partially filled with melt.
- the diameter of the nozzle openings is selected from a range with a lower limit of 0.5 mm, preferably 1 mm, in particular 1.5 mm, and an upper limit of 50 mm, preferably 20 mm, in particular 10 mm. Particularly advantageous are openings with an average diameter in the range of 1 mm to 5 mm.
- the present invention provides optimum ratios of the volume of the melt removal area to the internal volumes of the flow feeder and the nozzle vessel, and also the internal volume of the internal openings of the nozzles of the nozzle vessel.
- the nozzle vessel and the nozzle orifices of less than 0.02, 0.0005 and 0.05 respectively, the amount of melt entering the molding system is not sufficient, and it may come to violations of the principle of continuous flow of the melt, which flows into the inner nozzle openings. This, in turn, obviously leads to an increase in the specific brittleness of the primary fibers and a reduction in the specific production of the fiber-forming system.
- melt flows at different temperatures into the flow feeder it is known from the literature, that the temperature of the melt on heating from the surface decreases on average by 15 to 17 ° C every 10 mm
- a viscosity which can not be stabilized with the aid of the heat released from the walls of the flow feeder which leads to Example be heated by passing electrical current (the amount of heat mentioned is limited by the working interval of the materials from which the flow feeder is made).
- Basalt rock giving a viscous melt having the following composition (% by weight): 52.8 to 53.7 SiO 2 , 0.5 to 0.6 TIO 2 , 17.3 to 19.7 Al 2 O 3 , 9.8 to 10.6 Fe 2 O 3 + FeO, 3.1 to 6.3 MgO 7.1 to 8.0 CaO, 2.8 Na 2 0, 1.6 K 2 O, others - 1 , 8, was ground to particle sizes of 10 to 20 mm, mechanically sorted and placed in a smelting furnace where, with the aid of the combustion energy of the gas-air mixture, a temperature of 1450 ⁇ 10 0 C was maintained to produce a homogeneous melt.
- the melt flowed into the processing zone itself - the distribution channel, on the bottom of which flow feed tubes were arranged, which had openings in the end face as well as on the side face near the end face.
- the temperature of the melt in the distribution channel was maintained in the range of 1300 to 1350 0 C.
- a removal area was formed, wherein the depth of the distribution channel, the height of the withdrawal area exceeded 3.5 times.
- the melt was led from the processing zone to the nozzle vessel, where the formation of the fibers took place in the inner nozzle openings.
- the ratios of the volume of the melt extraction area to the inner volumes of the flow feeder, the nozzle vessel and the nozzle openings were 0.025, 0.006 and 0.45, respectively. Under production conditions, a mean specific brittleness of basalt continuous fibers of 0.45 fractions per kg and a mean output of a single unit of 177 kg per 24 hours was achieved.
- mineral fibers were produced from Kraftwerksasche, the calcite (CaCO 3 ) was added, according to the technology described for Example 1.
- the ash was composed of the following components (wt%): 43.6 SiO 2 , 16.2 Al 2 O 3 , 1.6 Fe 2 O 3 , 5.25 FeO, 0.7 Li 2 O, 26 , 7 CaO, 3.11 MgO, 0.67 K 2 O, and 2.17 other ingredients.
- Example 1 According to the technique described for Example 1, at a temperature of 1300 ⁇ 30 ° C in the melting furnace and 1100 to 1270 ° C in the distribution channel mineral fibers from glass-containing technical waste products (fluorescent tubes) were prepared according to the invention.
- the glass-containing technical waste products were composed of the following components (% by weight): 72.0 SiO 2 , 2.0 Al 2 O 3 , ⁇ 0.01 FeO, 19.5 to 18 (Na 2 O + K 2 O), 8.0 (CaO + MgO + BaO), traces of PbO, Sb 2 O 3 , As 2 O 3 , Cd oxide, Ti and other components.
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Abstract
Die Erfindung betrifft die Herstellungstechnologie endloser Mineralfasern aus Materialien mit einer Teilchengröße von vorzugsweise nicht mehr als 80 mm in einem Schmelzofen. Schmelze wird Fließspeisern in der Verarbeitungszone im Verteilerkanal zugeführt, in der Verarbeitungszone ist ein Entnahmebereich für die Schmelze zur Fließzufuhr an die Düsen des Düsengefäßes, in dessen inneren Öffnungen die primären Endlosfasern geformt werden, ausgebildet, wobei das Verhältnis des Volumens des Entnahmebereichs für die Schmelze zur Fließzufuhr an die Düsen zum inneren Volumen des Fließspeisers im Bereich von 0, 002 bis 0,09 liegt, oder das Verhältnis des Volumens des Entnahmebereichs für die Schmelze zur Fließzufuhr an die Düsen zum inneren Volumen des Düsengefäßes, das mit Schmelze gefüllt ist, im Bereich von 0,0005 bis 0,025 liegt oder das Verhältnis des Volumens des Entnahmebereichs für die Schmelze zur Fließzufuhr zum summarischen inneren Volumen der Düsenöffnungen des Düsengefäßes im Bereich von 0,05 bis 2,8 liegt.
Description
Herstellungsverfahren für endlose Mineralfasern
Die Erfindung betrifft die Herstellungsteclinologie endloser Mineralfasern, insbesondere aus Gestein, aus Gemengen auf dessen Basis, aus glashaltigen industriellen und technischen Ab- fallprodukten.
Es ist ein Herstellungsverfahren für Mineralfasern aus Gestein bekannt, welches das Herstellen einer Schmelze aus Rohmaterial in einem Schmelzofen, die Zufuhr der Schmelze in eine Verarbeitungszone (Verteilerkanal), aus der die Schmelze mit einer Speisevorrichtung ent- nommen und den Düsen zugeführt wird (Ukrainisches Patent Nr. 3, 1993, IPC C03B 37/00), umfasst, wobei sich die Entnahmeöffnungen des Fließspeisers auf einer Höhe von 0,8 bis 0,2 des Pegels der Schmelze in der Verarbeitungszone befinden.
Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es nur die Vorgehensweise zur Bestim- mung eines optimalen (im Hinblick auf die zur Herstellung qualitativer Primärfasern notwendigen Eigenschaften der Schmelze) Entnahmebereichs in der Verarbeitungszone (Verteilerkanal) festlegt. Das bekannte Verfahren stimmt dabei die geometrischen Abmessungen des Entnahmebereichs weder mit den Parametern des Schmelzofens ab, in dem die Aufbereitung der Schmelze zur Zufuhr in die Verarbeitungszone (Verteilerkanal) stattfindet, noch mit den Para- metern des Systems zur Faserformung, bei dem es sich um einen Fließspeiser und ein Düsengefäß handelt, die hintereinander angeordnet und miteinander verbunden sind. Dies vermindert die Gesamtstabilität des Faserherstellungsprozesses, erlaubt jedoch die Herstellung endloser Mineralfasern aus viskosen und hochviskosen Schmelzen mit einer mittleren spezifischen Brüchigkeit von mindestens 0,7 Brüchen pro kg.
Es ist ein Herstellungsverfahren für Mineralfasern aus Gestein bekannt, welches das Herstellen einer Schmelze aus Rohmaterial in einem Schmelzofen, die Zufuhr der Schmelze in eine Verarbeitungszone (Verteilerkanal), aus der die Schmelze mit einer Speiseeinrichtung entnommen und den Düsen zugeführt wird (Europäisches Patent EP 1380552, 2002, IPC C03B 37/02), umfasst, wobei die Öffnungen des Fließspeisers, durch welche die Entnahme der Schmelze erfolgt und die die Entnahmezone für die Entnahme der Schmelze bilden, dergestalt angeordnet sind, dass das Verhältnis der Höhe der Schmelze im Ofen zur Höhe des Entnahmebereichs für die Schmelze im Bereich von 1,4 bis 50 liegt. Außerdem muss gemäß
der bekannten technischen Lösung das Verhältnis des Schmelzenspiegels im Schmelzofen (der Schmelzwanne) zur Projektionsfläche des Entnalimebereichs für die Schmelze auf die Horizontalebene im Bereich von 10 bis 6000 liegen. Durch Einhaltung der genannten geometrischen Kriterien kann sichergestellt werden, dass die Schmelze aus dem Schmelzofen mit für die Herstellung von Fasern aus Basaltgestein optimalen Eigenschaften in den Verteilerkanal und den Entnahmebereich gelangt. Zwar stimmt das bekannte Verfahren die geometrischen Abmessungen des Entnahmebereichs mit den Parametern des Schmelzofens ab, in dem die Aufbereitung der Schmelze zur Zufuhr in die Verarbeitungszone (Verteilerkanal) stattfindet, doch stellt das bekannte Verfahren wie zuvor keine Verbindung zwischen der Geometrie des Entnahmebereichs für die Schmelze mit den Parametern des Systems zur Faserformung her, bei welchem es sich um einen Fließspeiser und ein Düsengefäß handelt, die hintereinander angeordnet und miteinander verbunden sind. Dies ermöglicht es nicht, eine hohe Gesamtstabilität des Faserherstellungsprozesses sicherzustellen, ermöglichte jedoch eine Verbesserung der Merkmale der Herstellung von endlosen Mineralfasern bis zu einer mittleren spezifischen Brüchigkeit von mindestens 0,5 Brüchen pro kg sowie einem Tagesdurchschnittsausstoß einer einzelnen Einheit von bis zu 170 kg.
Es ist ein Verfahren zur Herstellung endloser Mineralfasern aus Gestein, insbesondere aus Basaltgestein (nachstehend „Basalt"), bekannt, bei welchem gemahlenes Gestein in einem Schmelzofen aufgeschmolzen wird, aus dem die Schmelze in eine Verarbeitungszone (Verteilerkanal) einströmt, von wo aus die Fließzufuhr der Schmelze zu den Düsen erfolgt, wo die Formung der Fasern stattfindet. („Osnovy proizvodstva bazal'tovyh volokon", D. D. Dzigiris, M. F. Mahova, Moskau: Teploenergetik, 2002, 416 S.). Dabei wird, wie in Fig. 3.7 (S. 107) gezeigt, der Entnahmebereich für die Entnahme der Schmelze zur Fließzufuhr an die Düsen durch eine Stirnöffnung des Fließspeisers und durch Öffnungen auf der Seitenfläche des Fließspeisers ausgebildet. Das bekannte Verfahren legt die Funktion des Fließspeisers wie folgt fest: „Entnahme einer temperaturhomogenen Schmelze und stabilisierte Zufuhr derselben an den Düsenspeiser für die Verarbeitung zu Primärfaser" (S. 106).
Ausgehend von der Einhaltung des Prinzips eines kontinuierlichen Schmelzflusses sowie der Anwendbarkeit der Poiseuille-Hagen-Gleichung zur Berechnung des Massenstroms der Schmelze im System Fließspeiser-Düsengefäß legt die bekannte technische Lösung eine Verbindung (ein Verhältnis) zwischen dem Volumen des Fließspeisers und dem summarischen
Volumen der Düsen sowie der Höhe der Schmelzsäule im Düsengefäß (faktisch also der Höhe des Düsengefäßes) fest. Diese Berechnungen wurden unter der Annahme ausgeführt, dass das Verhältnis der kinematischen Viskosität der Schmelze im Fließspeiser zur kinematischen Viskosität der Schmelze im Düsengefäß 0,6 beträgt. Dieses Verhältnis zwischen den Viskositäten der Schmelze im Fließspeiser und im Düsengefäß hängt in erster Linie von der Temperatur der Schmelze selbst, die aus der Verarbeitungszone (Verteilerkanal) entnommen wird, sowie der Wände der genannten Einrichtungen ab, die in der Regel durch ohmsche Erwärmung bei Durchleitung elektrischen Stroms erhitzt werden. Berücksichtigt man jedoch, dass die Arbeitstemperaturen der Materialien, aus denen der Fließspeiser (das Düsengefäß) hergestellt sind, in der Regel auf einen Bereich von 1350 bis 1800 0C begrenzt sind, was nahe an der Schmelztemperatur des Gesteins liegt, so ist es - auch im Hinblick auf die niedrige Wärmeleitfähigkeit und Diathermansie von Basaltgesteinschmelzen - nicht möglich, den Fließspeiser (das Düsengefäß) zur effektiven Regelung der Eigenschaften der Schmelze, insbesondere zur Erhitzung der Schmelze auf optimale Temperaturen, einzusetzen. Wie oben angemerkt wurde, kommt dem Fließspeiser lediglich die Funktion einer „stabilisierten Zufuhr" der Schmelze mit optimalen Eigenschaften aus dem Entnahmebereich zum Düsengefäß (zu den Düsen) zur Faserformung zu. Die Entnahme von Schmelze mit optimalen Eigenschaften erfolgt dabei durch geeignete Wahl der Position, an der der Entnahmebereich angeordnet wird und die von den vorstehend beschriebenen bekannten technischen Lösungen festgelegt wird. Gleichzeitig ent- scheidet über die Möglichkeit einer „stabilisierten" Zufuhr unzweifelhaft das Verhältnis zwischen den geometrischen Abmessungen der Zone des Entnahmebereichs für die Schmelze (faktisch dem Volumen im Inneren des Fließspeisers, das begrenzt wird von der Ebene seiner Stirnöffnung und der Ebene, die die unteren bzw. untersten Ränder der auf der Seitenfläche des Fließspeisers angeordneten und in der Verarbeitungszone liegenden unteren Öffnungen verbindet) und den geometrischen Abmessungen (faktisch dem Volumen) des Fließspeisers, des Düsengefäßes sowie dem summarischen Volumen der inneren Düsenöffnung. Leider finden sich in den bekannten technischen Lösungen keine Angaben über diese Verhältnisse.
Die Aufgabe, die von der vorliegenden Erfindung gelöst wird, besteht in der Steigerung der Stabilität und Effektivität der Herstellungstechnologie für Fasern aus Basaltgesteinschmelzen, Gemengen auf deren Basis, glashaltigen industriellen und technischen Abfallprodukten, was in einer Verringerung der mittleren spezifischen Brüchigkeit beim Ausziehen der Primärfäden
und einem Anstieg des spezifischen Ausstoßes einer einzelnen Produktionseinheit zum Ausdruck kommt.
Diese Aufgabe wird durch die vorgeschlagenen Herstellungsverfahren für Mineralfasern aus Gestein, Gemengen auf dessen Basis, glashaltigen industriellen und technischen Abfallprodukten gelöst, gemäß denen Materialien mit einer Teilchengröße von vorzugsweise nicht mehr als 80 mm in einem Schmelzofen aufgeschmolzen werden und die Schmelze Fließspeisern in der Verarbeitungszone (im Verteilerkanal) zugeführt wird, in der Verarbeitungszone ein Entnalimebereich für die Schmelze zur Fließzufuhr an die Düsen des Düsengefäßes, in dessen inneren Öffnungen die primären Endlosfasem geformt werden, ausgebildet wird, wobei erfindungsgemäß das Verhältnis des Volumens des Entnahmebereichs für die Schmelze zur Fließzufuhr an die Düsen zum inneren Volumen des Fließspeisers im Bereich von 0,002 bis 0,09 liegt, das Verhältnis des Volumens des Entnahmebereichs für die Schmelze zur Fließzufuhr an die Düsen zum inneren Volumen des Düsengefäßes, das mit Schmelze gefüllt ist, im Bereich von 0,0005 bis 0,025 liegt und das Verhältnis des Volumens des Entnahmebereichs für die Schmelze zur Fließzufuhr zum summarischen inneren Volumen der Düsenöffnungen des Düsengefäßes im Bereich von 0,05 bis 2,8 liegt.
Der Verteilerkanal wird auch oft Speiserkanal oder Zufuhrleitung bzw. -becken bezeichnet.
Das Volumen im Entnalimebereich umfasst das innere Volumen der Öffnung bzw. Öffnungen im Bereich der Stirnseite des Fließspeisers und das innere Volumen der Öffnungen, die sich auf den Seitenflächen des Fließspeisers befinden. Die Wandstärke des Fließspeisers ist gering, wobei diese aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,1 mm, vorzugsweise 0,5 mm, insbesondere 0,8 mm ausgewählt ist und einer oberen Grenze von 10 mm, vorzugsweise 5 mm, insbesondere 3 mm. Vorteilhaft erweisen sich Wandstärken aus einem Bereich von max. 1 mm. Somit ergeben sich sehr geringe Volumina. Das Gesamtvolumen der Öffnungen in den Sei- tenbereichen des Fließspeisers ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 50 mm3, vorzugsweise 80 mm3, insbesondere 100 mm3, und einer oberen Grenze von 500 mm3, vor- zugsweise 300 mm , insbesondere 200 mm . Besonders vorteilhaft erweisen sich Volumina von 150 mm3 bis 180 mm3. Hingegen das Gesamtvolumen der Öffnung bzw. Öffnungen im Stirnbereich des Fließspeisers ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 1000 mm3, vorzugsweise 1500 mm3, insbesondere 2000 mm , und einer oberen Grenze von 10000 mm3,
vorzugsweise 5000 mm3, insbesondere 4000 mm3, ausgewählt. Vorteilhaft erweisen sich Volumina von 3200 mm3 bis 3800 mm3. Bereits sehr geringe Abweichungen der Volumina von einigen wenigen Prozenten können von großer Bedeutung für die Qualität der Mineralfasern sein.
Der Durchmesser der Stirnöffnung bzw. der Summe der Stirnöffnungen des Fließspeisers ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 1 mm, vorzugsweise 5 mm, insbesondere 10 mm, und einer oberen Grenze von 100 mm, vorzugsweise 50 mm, insbesondere 30 mm, ausgewählt. Die Höhe, über welche die Öffnungen an den Seitenflächen des Fließspeisers verteilt sind, ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,5 mm, vorzugsweise 2 mm, insbesondere 5 mm, und einer oberen Grenze von 200 mm, vorzugsweise 100 mm, insbesondere 50 mm, ausgewählt.
Das innere Volumen der Düsenöffnungen wird begrenzt durch die Ebene im Boden- und Stirnbereich der Düsenöffnung.
In der Regel ist das Düsengefäß vollständig mit Schmelze gefüllt um einen definierten statischen Druck zu erzeugen und aufrecht zu erhalten. Allerdings ist es auch möglich einen sehr geringen statischen Druck zur Herstellung von Mineralfasern zu verwenden, wobei das Dü- sengefäß auch nur teilweise mit Schmelze gefüllt sein braucht.
Der Durchmesser der Düsenöffnungen ist aus einem Bereich mit einer unteren Grenze von 0,5 mm, vorzugsweise 1 mm, insbesondere 1,5 mm, und einer oberen Grenze von 50 mm, vorzugsweise 20 mm, insbesondere 10 mm, ausgewählt. Besonders vorteilhaft erweisen sich Öffnungen mit einem durchschnittlichen Durchmesser im Bereich von 1 mm bis 5 mm.
Auf diese Weise schafft die vorliegende Erfindung optimale Verhältnisse des Volumens des Entnahmebereichs für die Schmelze zu den inneren Volumina des Fließspeisers und des Düsengefäßes und außerdem dem summarischen inneren Volumen der inneren Öffnungen der Düsen des Düsengefäßes.
Dies verleiht dem Prozess der Faserformung durch die Düsen Stabilität und verringert die mittlere spezifische Brüchigkeit der endlosen Mineralfasern in Bezug auf den zuvor erziel
baren Wert auf 0,5 Brüche je kg für das gesamte Spektrum bekannter Zusammensetzungen von zur Herstellung von Mineralfasern geeignetem Basaltgestein. Ein stabiler Formungspro- zess der Fasern durch die Düsen erlaubt seinerseits eine Steigerung des mittleren täglichen Ausstoßes einer einzelnen Einheit auf mindestens 170 kg.
Bei Verhältnissen des Volumens des Entnahmebereichs für die Schmelze, das faktisch gleich dem Volumen im Inneren des Fließspeisers ist, das von der Ebene der Stirnöffnung des Fließspeisers und der Fläche begrenzt wird, die die unteren Ränder der auf der Seitenfläche des Fließspeisers angeordneten und in der Verarbeitungszone liegenden unteren Öffnungen ver- bindet, zu den inneren Volumina des Fließspeichers, des Düsengefäßes und der Düsenöffnungen von jeweils weniger als 0,02, 0,0005 bzw. 0,05 ist die Menge an Schmelze, die in das Formungssystem gelangt, nicht ausreichend, und es kann zu Verletzungen des Prinzips des kontinuierlichen Flusses der Schmelze, die in die inneren Düsenöffnungen einströmt, kommen. Dies führt seinerseits offensichtlich zu einem Anstieg der spezifischen Brüchigkeit der Primärfasern und einer Absenkung der spezifischen Produktion des Faserformungssystems. Bei Verhältnissen des Volumens des Entnahmebereichs für die Schmelze zu den inneren Volumina des Fließspeichers, des Düsengefäßes und der Düsenöffnungen von jeweils mehr als 0,09, 0,025 bzw. 2,8 strömt in den Fließspeiser Schmelze mit unterschiedlichen Temperaturen (aus der Literatur ist bekannt, dass die Temperatur der Schmelze bei der Erhitzung von der Oberfläche ausgehend im Mittel alle 10 mm um 15 bis 17 °C abnimmt) und einer Viskosität, die nicht mit Hilfe der Wärme stabilisiert werden kann, die von den Wänden des Fließspeisers abgegeben wird, welche zum Beispiel durch Durchleitung elektrischen Stroms erwärmt werden (die erwähnte Wärmemenge wird durch das Arbeitsintervall der Materialien, aus denen der Fließspeiser hergestellt ist, begrenzt). Auf diese Weise strömt in das Düsengefäß und die inneren Öffnungen der Düsen eine Schmelze ein, die nicht die optimalen Eigenschaften aufweist, was zu einem Anstieg der spezifischen Brüchigkeit der Primärfasern und einer Absenkung der spezifischen Produktion des Faserformungssystems führt. Die Möglichkeiten zu einer effektiven Regelung der Eigenschaften der Schmelze sind außerdem durch die Eigenschaften der Materialien eingeschränkt, aus denen das Düsengefäß hergestellt ist, wie oben- stehend beschrieben wurde.
Das Verfahren wird anhand der folgenden Beispiele veranschaulicht.
Beispiel 1
Basaltgestein, das eine viskose Schmelze ergibt, mit der folgenden Zusammensetzung (Gew.-%): 52,8 bis 53,7 SiO2, 0,5 bis 0,6 TIO2, 17,3 bis 19,7 Al2O3, 9,8 bis 10,6 Fe2O3 + FeO, 3,1 bis 6,3 MgO, 7,1 bis 8,0 CaO, 2,8 Na20, 1,6 K2O, andere - 1,8, wurde zu Teilchengrößen von 10 bis 20 mm zermahlen, mechanisch sortiert und in einen Schmelzofen eingebracht, wo mit Hilfe der Verbrennungsenergie des Gas-Luft-Gemisches eine Temperatur von 1450 ± 10 0C aufrechterhalten wurde, um eine homogene Schmelze herzustellen. Im weiteren Verlaufe gelangte die Schmelze selbstfließend in die Verarbeitungszone - den Verteilerkanal, auf deren Boden Fließspeiserröhren angeordnet waren, die in der Stirnfläche sowie auf der Seitenfläche in der Nähe der Stirnfläche Öffnungen aufwiesen. Die Temperatur der Schmelze im Verteilerkanal wurde im Bereich von 1300 bis 1350 0C gehalten. Im Verteilerkanal wurde ein Entnahmebereich ausgebildet, wobei die Tiefe des Verteilerkanals die Höhe des Entnahmebereichs um das 3,5-fache überstieg. Mit Hilfe der Fließspeiser wurde die Schmelze aus der Verarbeitungszone an das Düsengefäß geleitet, wo in den inneren Düsenöffnungen die Formung der Fasern stattfand. Die Verhältnisse des Volumens des Entnahmebereichs für die Schmelze zu den inneren Volumina des Fließspeisers, des Düsengefäßes und der Düsenöffnungen betrugen jeweils 0,025, 0,006 bzw. 0,45. Unter Produktionsbedingungen wurde eine mittlere spezifische Brüchigkeit der Endlosfasern aus Basalt von 0,45 Brüchen pro kg und ein mittlerer Ausstoß einer einzelnen Einheit von 177 kg pro 24 h erzielt.
Beispiel 2
Zur Begründung der beanspruchten Grenzwerte, die in den Ansprüchen angegeben sind, wur- den endlose Mineralfasern unter Bedingungen hergestellt, die sich teilweise von den für Beispiel 1 angegebenen Bedingungen unterschieden. So wurden mit Hilfe einer erzwungen Verschweißung der Öffnungen auf der Seitenfläche des Fließspeisers und/oder der Düsen des Düsengefäßes sowie durch Variation der geometrischen Abmessungen des Fließspeisers und des Düsengefäßes die Verhältnisse des Volumens des Entnahmebereichs für die Schmelze zu den inneren Volumina des Fließspeisers, des Düsengefäßes und der Düsenöffnungen in den Bereichen von jeweils 0,001 bis 0,1, von 0,0004 bis 0,03 bzw. von 0,04 bis 3,0 variiert. Die Ergebnisse, die sich bei der Variation der genannten Parameter ergaben, sind in Tabelle 1 angeführt.
Tabelle 1. Varianten des Herstellungsprozesses für endlose Mineralfasern
Beispiel 3
Erfindungsgemäß wurden aus Kraftwerksasche, der Kalkspat (CaCO3) zugesetzt wurde, Mineralfasern gemäß der für Beispiel 1 beschriebenen Technologie hergestellt.
Die Asche war aus den folgenden Komponenten zusammengesetzt (Gew.-%): 43,6 SiO2, 16,2 Al2O3, 1,6 Fe2O3, 5,25 FeO, 0,7 Li2O, 26,7 CaO, 3,11 MgO, 0,67 K2O und 2,17 andere Bestandteile.
Aus 63 % Asche gemäß der angegebenen Zusammensetzung, die mit Kalkspatgranulat aufgefüllt wurde, wurden Mineralfasern hergestellt; der mittlere Ausstoß einer einzelnen Einheit betrug dabei 160 kg pro 24 h.
Beispiel 4
Gemäß der für Beispiel 1 beschriebenen Technik wurden bei einer Temperatur von 1300 ± 30 °C im Schmelzofen und 1100 bis 1270 °C im Verteilerkanal erfindungsgemäß Mineralfasern aus glashaltigen technischen Abfallprodukten (Leuchtstoffröhren) hergestellt.
Die glashaltigen technischen Abfallprodukte setzten sich aus den folgenden Komponenten zusammen (Gew.-%): 72,0 SiO2, 2,0 Al2O3, < 0,01 FeO, 19,5 bis 18 (Na2O + K2O), 8,0 (CaO + MgO + BaO), Spuren von PbO, Sb2O3, As2O3, Cd-Oxid, Ti und andere Bestandteile.
Unter experimentellen Bedingungen wurden Mineralfasern mit einem mittleren Ausstoß einer einzelnen Einheit von 163 kg pro 24 h hergestellt.
Claims
1. Herstellungsverfahren für Mineralfasern aus Gestein, Gemengen auf dessen Basis, glashaltigen industriellen und technischen Abfallprodukten, gemäß dem Materialien mit einer Teilchengröße von vorzugsweise nicht mehr als 80 mm in einem Schmelzofen aufgeschmolzen werden und die Schmelze Fließspeisern in der Verarbeitungszone im Verteilerkanal zugeführt wird, in der Verarbeitungszone ein Entnahmebereich für die Schmelze zur Fließzufuhr an die Düsen des Düsengefäßes, in dessen inneren Öffnungen die primären Endlosfasern geformt werden, ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Entnahmebereich für die Schmelze dergestalt ausgebildet wird, dass das Verhältnis des Volumens des Entnahmebereichs für die Schmelze zum inneren Volumen des Fließspeisers im Bereich von 0,002 bis 0,09 liegt.
2. Herstellungsverfahren für Mineralfasern aus Gestein, Gemengen auf dessen Basis, glashaltigen industriellen und technischen Abfallprodukten, gemäß dem Materialien mit einer Teilchengröße von vorzugsweise nicht mehr als 80 mm in einem Schmelzofen aufgeschmolzen werden und die Schmelze Fließspeisern in der Verarbeitungszone im Verteilerkanal zugeführt wird, in der Verarbeitungszone ein Entnahmebereich für die Schmelze zur Fließzufuhr an die Düsen des Düsengefäßes, in dessen inneren Öffnungen die primären Endlosfasern geformt werden, ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Entnahmebereich für die Schmelze dergestalt ausgebildet wird, dass das Verhältnis des Volumens des Entnahmebereichs für die Schmelze zum inneren Volumen des mit Schmelze gefüllten Düsengefäßes im Bereich von 0,0005 bis 0,025 liegt.
3. Herstellungsverfahren für Mineralfasern aus Gestein, Gemengen auf dessen Basis, glashaltigen industriellen und technischen Abfallprodukten, gemäß dem Materialien mit einer Teilchengröße von vorzugsweise nicht mehr als 80 mm in einem Schmelzofen aufgeschmolzen werden und die Schmelze Fließspeisern in der Verarbeitungszone im Verteilerkanal zugeführt wird, in der Verarbeitungszone ein Entnahmebereich für die Schmelze zur Fließzufuhr an die Düsen des Düsengefäßes, in dessen inneren Öffnungen die primären Endlosfasern ge- formt werden, ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Entnahmebereich für die Schmelze dergestalt ausgebildet wird, dass das Verhältnis des Volumens des Entnahmebereichs für die Schmelze zum summarischen inneren Volumen der Düsenöffnungen des Düsengefäßes im Bereich von 0,05 bis 2,8 liegt.
4. Herstellungsverfahren für Mineralfasern aus Gestein, Gemengen auf dessen Basis, glashaltigen industriellen und technischen Abfallprodukten, gemäß dem Materialien mit einer Teilchengröße von vorzugsweise nicht mehr als 80 mm in einem Schmelzofen aufgeschmolzen werden und die Schmelze Fließspeisern in der Verarbeitungszone im Verteilerkanal zuge- führt wird, in der Verarbeitungszone ein Entnahmebereich für die Schmelze zur Fließzufuhr an die Düsen des Düsengefäßes, in dessen inneren Öffnungen die primären Endlosfasern geformt werden, ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Entnahmebereich für die Schmelze dergestalt ausgebildet wird, dass a) das Verhältnis des Volumens des Entnahmebereichs für die Schmelze zum inneren Volumen des Fließspeisers im Bereich von 0,002 bis 0,09 liegt, b) das Verhältnis des Volumens des Entnahmebereichs für die Schmelze zum inneren Volumen des mit Schmelze gefüllten Düsenspeisers im Bereich von 0,0005 bis 0,025 liegt, c) das Verhältnis des Volumens des Entnahmebereichs für die Schmelze zum summari- sehen inneren Volumen der Düsenöffnungen des Düsenspeisers im Bereich von 0,05 bis 2,8 liegt.
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