JP3714493B2

JP3714493B2 - 溶融ガラス繊維化用スピナー

Info

Publication number: JP3714493B2
Application number: JP13068496A
Authority: JP
Inventors: 省二後藤; 裕幸大岡
Original assignee: Asahi Fiber Glass Co Ltd
Current assignee: Asahi Fiber Glass Co Ltd
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 2005-11-09
Anticipated expiration: 2016-04-26
Also published as: JPH09295824A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融ガラスを遠心法によって繊維化する装置に使用するスピナーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築物の断熱吸音材等に使用されるグラスウールは、一般的に、溶融ガラスを遠心法によって繊維化して製造する。このような製法に用いる繊維化装置（ファイバライザともいう）の一例を図２に示す。この図２の装置では、図示せぬ溶融窯で溶融させた温度１０００〜１２００℃の溶融ガラス１を、耐熱レンガ製の樋（フォアハース）２によって繊維化装置３まで導き、白金合金製のノズル（ブッシング）４を通して流下させ、スピナー５へその上部の開口６から導入する。この際、ノズル４の温度を適宜調整することで、スピナー５へ導入する溶融ガラス１の量、即ち単位時間当たりのグラスウールの製造量を制御する。
【０００３】
スピナー５はコバルト、ニッケル、クロムを主成分とする耐熱合金製で、その側壁７には直径０．５〜１．５ｍｍの数万個のオリフィス８が５〜５０段に分けて穿設してある。このスピナー５は、軸９によって図示せぬ駆動装置に連結してあり、駆動装置によって２０００〜３０００ＲＰＭで回転駆動すると、導入された溶融ガラス１はスピナー５の底部１０上に流下した後、回転するスピナー５の遠心力によって底部１０から側壁７の内面に沿って上昇し、オリフィス８から外部へ吐出される（図中１ａで示す）。
【０００４】
またスピナー５の上方には液化石油ガス（ＬＰＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）等の燃料を燃焼させる燃焼装置１１が設けてあり、その下部からは高温、高速のガス流１２がスピナー５の側壁７に沿って下方へ吹き出すようにしてある。このため、オリフィス８から外部へ吐出された溶融ガラス１ａは、吐出直後に燃焼装置１１から吹き出すガス流１２によって延伸されるのと同時に吹き飛ばされ、繊維化されてグラスウールとなる。
【０００５】
続いて、繊維化装置３の下部に設置した図示せぬバインダー付与装置によって、繊維化されたグラスウールにフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を主成分とするバインダーを付与し、さらにその下部に設置した定速移動する図示せぬ雰囲気吸引孔を有するコンベア上に、雰囲気を吸引しつつグラスウールを堆積させてマット状にして、同じく図示せぬオーブン内で連続的に圧縮しつつ加熱することで、バインダーを硬化させ、繊維化されたグラスウールをマット状、板状等の形態とする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような溶融ガラスの繊維化に用いるスピナー５では、オリフィス８を通過する溶融ガラスによって、オリフィス８の内壁が徐々に腐食し、そのためオリフィス８の直径が大きくなってゆく。直径が大きくなったオリフィス８からの溶融ガラスの吐出量は腐食前よりも増加し、従って形成されるグラスウールの繊維径も太くなる。グラスウールの繊維径が一定の限度を超えると、これを用いて形成されるグラスウールマットの断熱吸音性、圧縮に対する復元性等の性能が劣化することがあり、これらの性能を所定の水準に確保するためにはスピナーを新しいものと交換することになる。
【０００７】
またスピナー５の上部側に設置した燃焼装置１１から高温、高速のガス流１２が吹き出るため、燃焼装置１１に近いスピナー５の側壁７の上部は比較的高温となり、逆に繊維化装置３周辺の空気に接する下部（底部１０及びその周縁近傍）では放熱によって比較的低温となり、その温度差は８０〜１２０℃となる。このため、比較的高温の上段のオリフィス８からは溶融ガラスが吐出しやすくなり、比較的低温の下段のオリフィス８からは溶融ガラスが吐出しにくくなる。従って、溶融ガラスによるオリフィス８の内壁の腐食は、上段側ほど速く進行してグラスウールの繊維径が太くなり、下段側のオリフィスで繊維化されたグラスウールの繊維径との差が大きくなり、繊維径分布の範囲が時間の経過と共に広くなっていく。例えば、繊維径分布の範囲が新しいスピナーの使用開始直後では３〜９μｍであったものが、交換が必要な時期には１〜１５μｍにまでなる。すると、下段のオリフィスで繊維化されたグラスウールの繊維径が使用限度内であるにもかかわらず、上段のオリフィスで繊維化されたグラスウールの繊維径が使用限度を超えることになる。使用限度より太い径の繊維の比率が大きくなると、上記と同様にグラスウールマットの断熱吸音性、圧縮に対する復元性等の性能を所定の水準に確保するためにスピナーを新しいものと交換する必要が生じる。
【０００８】
即ち、従来においてはスピナー交換の時期が上段のオリフィスの腐食の度合いによって決まるので、スピナーライフ（使用開始から交換が必要となるまでの時間、またはその間に繊維化できるガラスの量）が短く（または少なく）なるという問題がある。
【０００９】
またスピナーの側壁の上部と下部に温度差を生じる場合には、比較的低温となる下部を溶融ガラスが繊維化するための温度まで加熱する必要があり、この加熱は上部に対しては過剰な加熱となるので、余分な燃料を燃焼装置で燃焼させることになり、エネルギーコストがその分余計に掛かることになる。しかも側壁の上部と下部との温度差が大きい場合には、繊維化が可能な温度範囲の狭いガラスを安定して繊維化することができないという問題もある。
【００１０】
スピナーライフを延ばすために種々の提案がなされている。例えば、スピナーの耐腐食性を向上させるために、耐腐食性の高い合金組成が種々提案されているが、合金自体が高価となることと、側壁の上部と下部との温度差までは改善されないという問題がある。
【００１１】
また、スピナーの腐食を抑えるために溶融ガラスの温度を出来る限り下げることも考えられるが、スピナーの側壁の上部と下部との温度差によって、比較的低温の下段のオリフィス付近で溶融ガラスが結晶化し、これによってオリフィス８が詰まってしまう危険性があり、そのような状態になるとグラスウールの生産性の低下につながるので採用することが困難である。
【００１２】
さらに、スピナー側壁の上部と下部との温度差を軽減するために、スピナーの内部を燃焼装置によって補助的に加熱する方法や、スピナーの下部を誘電加熱装置によって加熱する方法（特公昭５２−４２８８６号公報参照）等が提案されているが、特別な加熱装置を必要とするので、設備及びエネルギーのコストが増大するという問題点を有する。
【００１３】
本発明は上記従来の問題点に鑑みてなしたもので、スピナー側壁の上部と下部との温度差を特別な加熱装置を使用することなく軽減し、スピナーライフを延ばすことを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の溶融ガラス繊維化用スピナーのうち請求項１に係るものは、溶融ガラスを遠心法によって繊維化する装置に使用するスピナーであって、上部の開口から流下させた上記溶融ガラスを底部で受け、該底部に連なる側壁部に設けたオリフィスから上記溶融ガラスを吐出するスピナー本体と、上記底部の外面に設ける断熱保温部とからなることを特徴とする。
【００１５】
同請求項２に係るものは、上記断熱保温部が、皿状の耐熱材料製プレートと、該耐熱材料製プレートと上記底部との間に充填する無機質短繊維マットとからなることを特徴とする。
【００１６】
同請求項３に係るものは、上記耐熱材料製プレートが金属製プレートであり、上記無機質短繊維マットがセラミックウールからなるマットであることを特徴とする。
【００１７】
同請求項４に係るものは、上記側壁部に連なる上記底部の側縁部と、上記耐熱材料製プレートの外周側の上縁部との間に、隙間を設けてなることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態及び実施例を図面を参照して説明する。なお以下では図２に示す従来の例と共通する部分には共通する符号を付すに止め、重複する説明は省略する。
【００１９】
図１に示す本発明の実施形態に係るスピナー２０は、スピナー本体２１の底部２２の下側に断熱保温部２３を形成したものである。スピナー本体２１自体は、従来から用いられてる形状、構造、材質のものでよく、新規に設計等する必要はなく、図２のスピナー５と同様のものである。断熱保温部２３は、スピナー本体２１の底部２２に軸９を用いて耐熱材料製のプレート２４を取り付け、スピナー本体２１の底部２２との間の空間に断熱保温材２５を充填して構成してある。スピナー本体２１の底部２２を二重構造にして密閉した空間を形成し、この密閉空間を真空として真空断熱層を設けるようにしてもよいが、断熱保温部の作成の容易さとコストの面から図示の実施形態のような構成が好ましい。
【００２０】
耐熱材料製のプレート２４の形状は、図示の例のように皿状で、スピナー本体２１の底部２２との間に断熱保温材２５を充填するための空間を形成できる形状とするのが好ましい。もちろん皿状の形状には種々のものがあり、また類似の形状も多くあるので、本発明では適宜これらのうちの好ましいものを採用すればよい。もっとも、スピナー本体２１と共に高速回転させるので、平面形状としては円形のものが好ましい。さらに、高速回転させるのであるから、面方向の厚さのばらつきあるいは重量のばらつきは極力小さくするとよい。
【００２１】
またプレート２４の材質は、燃焼装置１１から吹き出すガス流１２によって加熱されるので、８００℃以上というような高温でも変形しない様にするため厚さは２〜５ｍｍが好ましく、軽量にするために厚さは２〜３ｍｍがさらに好ましい。具体的な材質としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１０等）、コバルト系合金（スピナーと同じ合金）、ニッケル系合金（ハステロイ、インコネル等）等の耐熱合金や、アルミナ系等のセラミックが挙げられる。もちろん、加工性、耐衝撃性の面では金属製であることが好ましい。
【００２２】
プレート２４をスピナー本体２１の底部２２へ取り付ける構造の具体例を図３に示す。この取り付け構造例は、スピナー本体２１の回転軸であるフランジ付きの芯棒（クイル）２６に、スピナー本体２１と共にボルト２７及びナット２８で取り付けるというものである。プレート２４を金属製とする場合、スピナー本体２１の底部２２の側縁部と、金属製のプレート２４の外周側の上縁部との間に、熱伝導を防いで金属製のプレート２４からの放熱を抑えるために、１〜２ｍｍの隙間Ｃを設けることが好ましい。
【００２３】
断熱保温材２５は、スピナー本体２１の底部２２とプレート２４とで挟み込んで固定する。断熱保温材２５の素材としては、８００℃以上のような高温に耐える必要があるので、樹脂バインダーが付与されていない無機質短繊維マットが好ましい。特に、耐熱性の面でアルミナシリカ系ウール等のセラミックウールからなるマットが好ましい。このようなマットの密度としては１０〜２５０ｋｇ／ｍ³が好ましい。密度が１０ｋｇ／ｍ³未満の場合に図３に示すような断熱構造を採用すると、隙間Ｃからマットの素材である短繊維が遠心力で外部へ飛散する可能性がある。また２５０ｋｇ／ｍ³を超えると断熱保温部が重くなる。さらに厚さは５〜５０ｍｍのものが好ましい。５ｍｍ未満の場合は断熱保温性が不充分であり、５０ｍｍを超えると断熱保温部２３が重くなるためである。
【００２４】
上述のような構成とすると、断熱保温部２３によってスピナー本体２１の底部２２からの放熱が抑制され、側壁７の上部と下部との温度差が低減し、溶融ガラスの吐出量の差が極めて小さくなる。従って、吐出する溶融ガラスによるオリフィス８の内壁の腐食の進行度合いが側壁７の上部と下部とで均一にあるいはほぼ均一になるため、グラスウールの繊維径分布の範囲が広くならず、得られるグラスウールの繊維径分布範囲を狭くできる。さらにスピナーライフも延びる。また、側壁７の下部の温度を保つために、燃焼装置９で過剰に燃料を燃焼させなくてよい。さらに、スピナー側壁の上部と下部との温度差が軽減されたことにより、繊維化温度範囲が狭いガラスの繊維化を安定して行える。
【００２５】
【実施例及び比較例】
以下本発明に係る溶融ガラス繊維化用スピナーの実施例に対して、従来と同様のスピナーを比較例としてそれぞれ以下のように作製し、使用結果を比較した。
実施例
本発明に係る溶融ガラス繊維化用スピナーの実施例として、直径３００ｍｍ、オリフィス数１７８２０個、オリフィス径０．７ｍｍのコバルト合金製スピナー本体の底部に、厚さ４ｍｍのＳＵＳ３１０製の金属板を皿状に加工した直径３００ｍｍのプレートに、密度１３０ｋｇ／ｍ³、厚さ６ｍｍのセラミックウール（カオウール、商品名）を載せて固定し、厚さ１０ｍｍの断熱保温部を設けたスピナーを形成した。なおこのスピナーの、スピナー本体の底部の側縁とプレートの上縁との間には、約２ｍｍの隙間を設けた。
比較例
上記実施例と同一のスピナー本体を、そのまま断熱保温部を設けずにスピナーとした。
比較結果
上記実施例及び比較例のスピナーを、従来の繊維化装置にそれぞれ取り付けて、溶融ガラスの繊維化を行い、繊維径分布の経時変化、スピナーの表面温度分布、スピナーライフ及び燃料（ＬＮＧ）使用量を評価した。その結果を表１に示す。
【表１】

なお、表中の繊維径分布には、グラスウール２００本を採取し、その直径を顕微鏡を用いて一本一本測定し、測定値の最大値と最小値を記載した。またスピナーの表面温度は放射温度計によって測定した。スピナーライフは新しいスピナーの使用を開始してから、スピナーの交換が必要となるまでの時間、及びその間に繊維化されたガラスの量をいう。
【００２６】
表１からわかるように、本発明の実施例に係るスピナーは比較例のスピナーに比べて、側壁の最上段付近と最下段付近との温度差が小さく、繊維径分布が経時的に広がることがなく、均一なグラスウールが得られることがわかる。また温度差が小さいので、溶融ガラス温度を下げた場合でも最下段付近の温度が高いので問題なく繊維化が可能である。さらに、本発明の実施例に係るスピナーは、スピナーライフが長く、より多くのガラスを繊維化でき、燃料の使用量も少ないのでエネルギーコストを削減できることもわかる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明に係る溶融ガラス繊維化用スピナーは、以上説明してきたように、上部の開口から流下させた溶融ガラスを底部で受け、この底部に連なる側壁部に設けたオリフィスから溶融ガラスを吐出するスピナー本体と、スピナー本体の底部の外面に設ける断熱保温部とからなる構成としたので、側壁部の上部と下部との温度差を小さくでき、これによって繊維径分布が経時的に広がらずに均一なグラスウールが得られるようにすることが可能になるという効果がある。また側壁部の上部と下部との温度差を小さくできるので、溶融ガラスの温度を下げても側壁部の下部の温度が高いので、側壁のオリフィスがすべて問題なく繊維化に使用できるという効果がある。さらに、スピナーライフを長くすることができ、より多くのガラスを繊維化でき、燃料の使用量も少なくて済み、エネルギーコストを削減できるという効果もある。
【００２８】
請求項２に係る溶融ガラス繊維化用スピナーは、断熱保温部を皿状の耐熱材料製プレートと無機質短繊維マットととから構成したので、上記共通の効果に加え、断熱保温部を容易かつ安価に構成できるという効果がある。
【００２９】
請求項３に係る溶融ガラス繊維化用スピナーは、耐熱材料製プレートを金属製とし、無機質短繊維マットをセラミックウールからなるものとしたので、上記請求項２のスピナーと共通の効果に加え、加工性や耐衝撃性の面で優れたものにすることができるという効果がある。
【００３０】
請求項４に係る溶融ガラス繊維化用スピナーは、スピナー本体の側壁部に連なる底部の側縁部と耐熱材料製プレートの外周側の上縁部との間に隙間を設けたので、上記請求項２及び３のスピナーと共通の効果に加え、スピナー本体の底部と耐熱材料製プレートとの間の熱伝導を防いで耐熱材料製プレートからの放熱を抑え、スピナー本体の側壁部の上部と下部との温度差が大きくなることをより抑えられるようになるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスピナーを使用した繊維化装置の模式的断面図である。
【図２】従来のスピナーを使用した繊維化装置の模式的断面図である。
【図３】本発明のスピナーの一実施形態において耐熱材料製プレートをスピナー本体の底部へ取り付ける構造の具体例を示す断面図である。
【符号の説明】
１溶融ガラス
１ａ吐出される溶融ガラス
２樋（フォアハース）
３繊維化装置
４ノズル（ブッシング）
５スピナー
６スピナーの上部開口
７側壁
８オリフィス
９軸
１０スピナーの底部
１１燃焼装置
１２ガス流
２０スピナー
２１スピナー本体
２２スピナー本体の底部
２３断熱保温部
２４耐熱材料製のプレート
２５断熱保温材
２６フランジ付きの芯棒（クイル）
２７ボルト
２８ナット
Ｃ隙間

Claims

溶融ガラスを遠心法によって繊維化する装置に使用するスピナーであって、上部の開口から流下させた上記溶融ガラスを底部で受け、該底部に連なる側壁部に設けたオリフィスから上記溶融ガラスを吐出するスピナー本体と、上記底部の外面に設ける断熱保温部とからなることを特徴とする溶融ガラス繊維化用スピナー。
上記断熱保温部が、皿状の耐熱材料製プレートと、該耐熱材料製プレートと上記底部との間に充填する無機質短繊維マットとからなることを特徴とする請求項１の溶融ガラス繊維化用スピナー。
上記耐熱材料製プレートが金属製プレートであり、上記無機質短繊維マットがセラミックウールからなるマットであることを特徴とする請求項２の溶融ガラス繊維化用スピナー。
上記側壁部に連なる上記底部の側縁部と、上記耐熱材料製プレートの外周側の上縁部との間に、隙間を設けてなることを特徴とする請求項２または３の溶融ガラス繊維化用スピナー。