PL165862B1 - Sposób formowania wlókien mineralnych PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób formowania wlókien mineralnych, w którym material rozwlókniany jest przelewany w sta- nie plynnym na powierzchnie obwodowa pierwszego szeregu kól odsrodkowych obracajacych sie z duza predkoscia, nastepnie przyspieszany i zawracany na drugie kolo, na którym czesc materialu jest przetwa- rzana na wlókna pod wplywem sily odsrodkowej, a pozostala czesc jest ewentualnie zawracana na kolo nastepne i w którym wlókna wytworzone przez rózne kola odsrodkowe sa chwytane przez strumien gazu otaczajacy szereg kól odsrodkowych, kierowany bez- posrednio w poblizu tych kól, w kierunku w zasadzie równoleglym do osi obrotu kól, znamienny tym, ze dla co najmniej jednego z kól odsrodkowych, strumien kierowanego gazu ma temperature zawarta miedzy 250°C i 900°C, korzystnie miedzy 300°C 1 600°C, a najkorzystniej okolo 500°C. FIG. 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób formowania włókien mineralnych zwłaszcza w technologii wytwarzania wełny mineralnej przeznaczonej na przykład jako materiał wyjściowy wyrobów izolujących termicznie i/lub Akustycznie. W szczególności wynalazek dotyczy udoskonalenia technologii rozwłókniania materiału ciągliwego o wysokiej temperaturze topnienia, na przykład typu szkła bazaltowego, żużli wielkopiecowych lub innych materiałów równoważnych, według której materiał rozwłókniany jest przelewany w stanie ciekłym na pas obwodowy kół odśrodkowych napędzanych obrotowo, jest przyspieszany przez te koła bez odrywania się od nich i jest przemieniany częściowo we włókna pod wpływem siły odśrodkowej, przy czym strumień gazu jest kierowany stycznie do pasa obwodowego kół napędzających włókna tak uformowane w kierunku środków przyjmujących i oddzielających te włókna od materiału nierozwłóknionego.

Technologia rozwłókniania powołana krótko powyżej, znana na przykład z opisów europejskich zgłoszeń patentowych 59 152 i 195 725, Jest nazywana wyłącznie odwirowywaniem swobodnym, i to oznacza jednocześnie, że ciekłe szkło nie jest podzielone na szereg włókien elementarnych /odwirowywanie wewnętrzne/ ani poddane wyciąganiu gazem przez strumień powietrza o podwyższonej temperaturze i prędkości. Ti technologia rozwłókniania bardzo Już stara prowadzi

165 862 do osiągnięcia na ogół niższej wydajności i jakości wytwarzania włókien od tej jaka może być otrzymana za pomocą innych technologii łączących ewentualnie odwirowywania i wyciąganie gazem, jednakże jest ona praktycznie jedyną technologię mogącą być stosowaną w warunkach istotnych z punktu widzenia ekonomii wytwarzania z materiałów takich jak wełny bazaltowe, które charakteryzuję się temperaturami odlewania wyższymi niż szkła sodowo-wapniowe zwykle stosowane, znaczną krzywą: lepkość - temperatura i tendencję do gwałtownej rekrystalizacji, która powoduje, że należy pracować w bardzo wąskim zakresie temperatur.

Ponieważ odwirowywanie ciekłego szkła prowadzi do jego intensywnego chłodzenia, uważa się, ze w tej technolooiu swobodnego odwirowania, włókna są formowane wyłącznie w zakresie ograniczonym przez powierzchnię koła odśrodkowego i współosiowy obwódkę w odległości promieniowej od obwodu koła wynoszącej od 5 do 10 mm. Wyciąganie włókien następuje jak tylko połączenie z pasmem ciekłego szkła, które przylega do koła. Jest zerwane, przy czym to zerwanie powstaje w znacznie różniącej się odległości włókien od włókna, a to tłumaczy dlaczego jest tak stosunkowo trudno dokładnie określić tę obwódkę.

W tym sposobie rozwłókniania, włókna są przenoszone spoza bezpośredniego sąsiedztwa maszyny do rozwłókniania, przez styczny strumień gazu kierowany na obwodzie kół odśrodkowych w kierunku zasadniczo prostopadłym do promieniowego kierunku podawania włókien. Według stanu techniki, ten strumień jest utworzony przez strumień zimnego powietrza lub dymu chłodzonego w temperaturze zbliżonej do temperatury otoczenia, ze średnią prędkością na przykład 100 m/sek, przy czym ta temperatura może zmieniać się w dość szerokim zakresie zależnie od instalacji. Taka średnia prędkość jest w rzeczywistości znacznie mniejsza od prędkości cząstek nierozwłóknionych, które towarzyszą włóknom i które są utworzone przez kropelki szkła, które odlatują po przyspieszeniu przez obrót kół ale bez przylegania do siebie tak,że nie powstaje żadne wyciąganie produktu. Przyspieszenie przez koła odśrodkowe .nadaje tym cząstkom nierozwłóknionym prędkość wystarczającą do tego, żeby obwodowy strumień gazu nie miał efektu znaczącego dla trajektorii tych cząstek, a to prowadzi do wychodzenia ich z włókien, które są zakrzywione z racji ich mniejszej gęstości i prędkości.

W innych znanych sposobach rozwłókniania szkła lub innego materiału równoważnego, obwodowy strumień gazu jest wytwarzany w innych celach. Można najpierw próbować pocienić włókna wytwarzane przez odwirowanie /w tym przypadku stosuje się na ogół odwirowanie wewnętrzne/. Strumień gazu jest wówczas wytwarzany przez palnik o wysokiej temperaturze i prędkości, przy czym temperatura gazu jest wyższa od temperatury mięknienia szkła aby spowodować wyciąganie włókien /opisy patentowe uSsA-2 577 204 lub US-A-2 949 632/ . TaTik wycięganin p łornieiinm wymyga jednakże, żeby wyciągany materiał miał krzywą: lepkość - tempeaatura o t^^aym nacymłeniu, po umożliwia pracę w stosunkowo szerokim zakresie temperatur. Tego warunku oie spełniają materiały takie jak szkło bazaltowe lub wełna mineralna z wielkich pieców jak to wskazano poprzednio. Ponadto strumień gorącego gazu do wyciągania płomieniowego jest z definicji bardziej kosztowny niż strumień chłodnego powietrza. W innym przypadku, stosuje się obwodowy strumień gazu wytwarzany przez ciągłą dyszę w stosunkowo niskiej temperaturze /parę lub powietrze podgrzane do około 200°C/, która powoduje bardzo energiczne i jednorodne ulepszenie cieplne włókien a to polepsza ich jakość mechaniczną /FR---1 169 378/. Należy zauważyć, ze teo efekt ulepszenia cieplnego nie występuje przy materiałach już ochłodzonych poniżej ich temperatury mięknienia ze względu oa zwykłe efekty odwirowywania. Wreszcie zoaoy jest z francuskich opisów patentowych fR4--2 298 718 i FRa-a2 211 408 sposób, w którym przerywa się ciągłe włókna za pomocą obwodowego strumienia gazu wytwarzanego prostopadle do ich kierunku formowania, przy czym teo prąd ma temperaturę wystarczająco niską aby nie powodować wyciągania włókien będącą w pobliżu temperatury otoczeoia niższą od 150°C a korzystnie niższą od 65°C.

Wp wszystkich tych znanych sposobach, strumień gazu wytwarzany oa obwodzie członu odśrodkowego Jest więc albo bardzo gorący /temperatury przekraczają oa ogół 1000°C/ albo chłodny /temperatura jest rzędu temperatury otoczeoia bądź rzędu 150°C wówczas, gdy jest stosowana para. Jak to ma miejsce w przypadku instalacji starszego typu oie dysponujących kompresorem o wystarczającej mocy/.

165 862

Istotę sposobu formowania włókien mineralnych, według wynalazku, w którym materiał rozwłókniany jest przelewany w stanie ciekłym na powierzchnię obwodową pierwszego szeregu kół odśrodkowych obracających się z dużą prędkością, następnie przyspieszany i zawracany na drugie koło, na którym część materiału jest przetwarzana na włókna pod wpływem siły odśrodkowej, a pozostała część jest ewentualnie zawracana w kierunku koła następnego itd., i w którym to sposobie włókna wytworzone przez różne koła odśrodkowe są chwytane przez strumień gazu o znacznej prędkości otaczający szereg kół odśrodkowych, kierowany bezpośrednio w pobliżu tych kół, jest to, że dla co najmniej jednego z kół odśrodkowych, strumień kierowanego gazu ma temperaturę zawartą między 250°C i 900°C, korzystnie między 300°C i 600°C, a najkorzystniej około 500°C.

W sposób nieoczekiwany stwierdzono, że zastosowanie tylko tych środków prowadzi do bardzo znacznego polepszenia jakości włókien wytwarzanych w tej instalacji, przy czym w szczególności włókna są bardzo cienkie a ponadto jest bardzo niski współczynnik ziarnistości /termin ziarnistość Jest stosowany do oznaczania cząstek większych od 100 mikrometrów, które znajdują się w produkcie końcowym/.

Wynika stąd, że Jest możliwe wpływanie na wyciąganie włókien strumieniem gazu którego temperatura jest znacznie oddalona od temperatury odpowiadającej temperaturze mięknienia materiału rozwłóknianego. W rzeczywistości szkło bazaltowe wychodzi z obszaru topnienia w temperaturze na przykład wyższej od 1500°C i, nie ma więc problemu z zastosowaniem wyciągania za pomocą gazu o temperaturze 500°C.

W sposób korzystny można to ciepło otoczenia otrzymać przy minimalnym koszcie przez wykorzystanie dymów z obszaru topnienia materiału rozwłóknianego. Te dymy nie są na ogół wykorzystywane gdyż są zbyt zimne aby uzasadnić ich ekonomiczne wykorzystanie do zawrócenia do obiegu ze względu na zawarte ciepło.

Zresztą również wszystkie inne materiały takie jak wełna mineralna otrzymane przy gorącej temperaturze otoczenia mają słabszą przewodność cieplną niż przewodność cieplna otrzymana w chłodnej temperaturze otoczenia. Tak nabyte korzyści wynikające z oporności cieplnej równoważą na przykład zwiększenie prędkości obrotowej kół odśrodkowych o 20% lub zwiększenie o ponad 50°C temperatury odlewania szkła przelewanego na pierwsze koła. Wówczas gdy gorące otoczenie Jest zbyt uciążliwe, te dwa sposoby są dużo mniej interesujące, gdyż powodują wyższe zużycie mechaniczne i znacznie większy koszt energii.

Korzystnie jest gdy prędkość gazu strumienia gazowego Jest większa od 50 m/sek lub powyżej 100 m/s, co pozwala optymalizować warunki wyciągania włókien. Przez warunki wyciągania rozumie się tutaj tworzenie stref zawirowań które pomagają oddzieleniu się włókien pojedynczych i ograniczają ich tendencję do grupowania się w przędziwo szklane które znajduje się następnie w stanie afileowanym w produkcie końcowym i pogarsza jego wytrzymałość mechaniczną.

Ten wpływ stref zawirowań jest prawdopodobnie większy gdy sposób według wynalazku jest przystosowany do gorącego otoczenia. Fizyka gazu wskazuje, że bezpośrednim efektem tego jest wyższa energia kinetyczna W strumień gazu otaczającego. Przy tej pierwszej hipotezie można również dodać hipotezę efektu rozproszenia lepkościowego. Badania wykazują w rzeczywistości, że wyciąganie włókna powoduje znaczne wydzielanie ciepła z powodu pracy przekształcania struktury lepkościowej, ale to wydzielanie się ciepła Jest normalnie niewystarczające dla utrzymanie warunków temperaturowych koniecznych do wyciągania, biorąc pod uwagę ponadto intensywność chłodzenia wywieranego na włókna z powodu odwirowywania. Nie należy więc sądzić, że gorące otoczenie w rozwiązaniu według wynalazku mogłoby, z racji minimalnej ilości dostarczanego ciepła, wystarczyć do otrzymania zjawiska praktycznego samoutrzymania warunku wyciągania. W każdym przypadku chodzi tylko o kilka prób interpretacji teoretycznej tego zjawiska w znacznej mierze Jeszcze nie wyjaśnionego i faktem jest to, że gorące otoczenie w rozwiązaniu według wynalazku ma niewątpliwie korzystny wpływ, a to z technicznego punktu widzenia ma bardzo ważne znaczenie.

Aby wpływ gorącego otoczenie na warunki formowania włókien był znaczny. Jest konieczne, żeby strumień gazu był podawany bezpośrednio w pobliżu kół odśrodkowych korzystnie w ich

165 862 płaszczyznach. Ponadto w celu dokładnego skanalizowania włókien. Jest korzystne żeby osłona ze strumienia gazowego znajdowała się w dość dużej odległości od kół. Spełnienie tych dwóch wymagań wymaga bardzo wysokiego wydatku powietrza podgrzanego do temperatury między 250°c i 900°C. Ten wydatek może być znacznie zredukowany jeśli zastosuje się dwa strumienia gazowe, to Jest główny strumień gazowy i strumień pomocniczy wytworzony w odległości od kół odśrodkowych i mający w przybliżeniu ten sam kierunek jak kierunek głównego strumienia gazowego leżącego w tej samej płaszczyźnie. W tym przypadku pomocniczy strumień gazowy nie jest podgrzewany a to umożliwia uzyskanie oszczędności energii, ponieważ 30 do 50 procent całego wydatku wdmuchiwanego gazu do urządzenia może być uzyskane za pomocą tego pomocniczego strumienia gazowego.

Sposób rozwłóknienia według wynalazku może być stosowany w bardzo prosty sposób na każdym urządzeniu do rozwłókniania wełny mineralnej przez swobodne odwirowywanie. Ponieważ wskazane tu temperatury są stosunkowo niskie należy tylko stosować kilka zwykłych ostrożności dotyczących chłodzenia niektórych elementów zważywszy że wszystkie zazwyczaj stosowane środki ostrożności związane z wysoką temperaturą ciekłego szkła muszą być również zachowane.

W przypadku, gdy ilość gorącego gazu którym się dysponuje jest ograniczona, można zastosować strumień gorącego powietrza dla wszystkich lub tylko niektórych kół odśrodkowych, zwłaszcza tych usytuowanych na końcu toru materiału. Może być również korzystne niewielkie wstępne podgrzanie strumienia przeznaczonego dla ostatnich kół zasilanych szkłem stosunkowo bardziej chłodnym.

Strumień gazu korzystnie podaje się jedynie na obwodzie kół usytuowanych na końcu toru materiału rozwłóknianego, przy temperaturze strumienia gorącego gazu tym wyższej im bliżej koła usytuowanego na końcu toru materiału rozwłóknianego jest kierowany strumień.

Korzystnie strumień gorącego gazu podgrzewa się dymem pochodzącym z obszaru topnienia materiału rozwłóknianego.

W takim przypadku stosuje się utzzdzdnie według francuskiego opisu zgłoszenia patentowego nr 90 00420 dokonanego 16 stycznia 1990 r. na rzecz zgłaszającego tj. firmy ISOVER SAINT - GOBAIN.

Sposób według wynalazku zostanie wyjaśniony przykładowo w oparciu o urządzenie przedstawione na rysunku.

I tak rysunek przedstawia schematycznie urządzenie do rozwłókniania widziane od strony włókien i wykonane zgodnie z informacjami zawórtymi we francuskim zgłoszeniu patentowym nr 90.00420 wyżej wymienione. To urządzenie jest utworzone przez zespół 1 zawierający trzy odśrodkowe koła 2, 3, 4, tworzące'zespół, w którym ich powierzchnie obwodowe są usytuowane w pobliżu względem siebie. Te koła 2, 3, 4 są napędzane obrotowo za pomocą silnikowego bloku 5, 6 przenoszącego napęd za pośrednictwem transmisyjnego pasa 7, przy czym obydwa koła prawe są napędzane na przykład w kierunku przeciwnym do kierunku obrotu wskazówek zegara, podczas gdy koło lewe jest napędzane w kierunku przeciwnym tak,że dwa kolejne koła na torze rozwłóknianego materiału, który przemieszcza się z najwyższego koła 2 w kierunku najniższego koła 4, obracają się w kierunku przeciwnym.

Szereg kół 2, 3, 4 jest otoczony przez człon 10 nadmuchu obwodowego utworzony przez ciągłą dyszę nadmuchową wytwarzającą strumienie gorącego gazu w zasadzie równolegle do osi obrotu kół odśrodkowych, zdublowaną przez zespół dysz 11 o dużej średnicy które wytwarzają strumienie zimnego powietrze również w przybliżeniu równoległe do głównych strumieni gazu.

Ponadto są dostosowane elementy /nie przedstawione/ do rozpylania mieszanki więżącej, na formowane włókna.

Instalacja tego typu z trzema kołami o średnicy równej 300 milimetrów została zastosowana dla różnych prób o zróżnicowanej temperaturze gazu strumienia głównego. Zastosowane szkło jest szkłem bazaltowym odpowiadającym następującemu składowi w procentach wagowych:

SiO2 - 44,50%, A^3 - 14,7(0%; Fe2Og - 12,50%, CaO - 10,50%, MgO - 8,90%; Ma2O - 4,25%,

K2O - 0,95%; TiO2 - 2,60%, inne - 1,10%.

165 862

Lepkość szkła wynosi 102j 1£)1*7 i 1o1 dPa-s odpowiednio dla temperatur 1235°C, 1300°C i 1483°C. Chodzi więc o typowe szkło którego krzywi lepkość - temperatura jest bardzo stroma w zakresie lepkości typowej dli wyciągania włókien.

Odlewania dokonano w temperaturze 1540°C a to odpowiada na pierwszym kole odśrodkowym temperaturze 128O°C mierzonej pirometrem optycznym przy wydatku przepływu szkła 350 kg/godzinę

Stosuje się Jako gaz nadmuchowy 2400 m /h dli strumienia głównego o wydatku obliczonym przy 20°C i 1000 m3/h dla zimnego strumienia pomocniczego.

W takiej instalacji można zmieniać temperaturę powietrza strumienia głównego, przyjmując prędkość obrotową kół odśrodkowych wynoszącą 6000 obrotów na minutę. Mierzy się wówczas fasonaire w różnych próbkach włókien tak wytworzonych, o wadze 5 gramów, przy czym to fasonaire jest określane normalnie jako wydatek strumienia gazu wytwarzanego w określonych warunkach i mierzony na próbce zawierającej 5 gramów włókien. Bez dokładniejszego wchodzenia w szczegóły, próbka jest lepszej jakości, to jest bardziej izolująca, wówczas jej fasonaire jest większe:

Zostały osiągnięte następujące wyniki: temperatura nadmuchu - 25°C, fasonaire - 280

250°C, 300

500°C, :325

700°C, 335.

Włókna otrzymane za pomocą zimnego prądu gazowego sę otrzymane o nieco lepszej jakości w stosunku do włókien otrzymanych w temperaturze otoczenia nawet jeśli strumień może być uważany jako będący jeszcze w temperaturze stosunkowo ciepłej, np. tylko 250°C. Ponadto jeśli porówna się otrzymane wartości przy 500°C i 700°C stwierdza się pewną pułapowość parametrów. Istnieje więc optimum przy około 500°C, a więc korzystniej jest pracować przy temperaturach najniższych, a więc najbardziej oszczędnych, ale wystarczająco wysokich aby otrzymać polepszoną jakość włókien.

Dzięki fasonaire można dostarczyć produkt końcowy mający masę objętościową zmniejszoną o 10% w stosunku do produktu o takiej samej mocy izolacyjnej otrzymanego przy strumieniu gazu o temperaturze otoczenia.

Zyskuje się również znacznie na całkowitej wydajności sposobu, przy czym wydajność jest określona jako masa szkła odzyskanego w produkcie końcowym w stosunku do masy całkowitej przelanej na pierwsze koło odśrodkowe. Strumień powietrza o temperaturze 500°C umożliwia polepszenie wydajności około 5-10%. Zyskuje się znacznie wówczas gdy stopień ziarnistości, to jest zawartość procentowa cząstek większych od 100 mikrometrów obecna w produkcie ma niewielką tendencję do zmniejszenia się, i to znacznie poprawia jakość produktu.

165 862

165 862

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,00 zł.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób formowania włókien mineralnych, w którym materiał rozwłókniany jest przelewany w etanie płynnym na powierzchnię obwodową pierwszego szeregu kół odśrodkowych obracających się z dużą prędkością, następnie przyspieszany i zawracany na drugie koło, na którym część materiału jest przetwarzana na włókna pod wpływem siły odśrodkowej, a pozostała część jest ewentualnie zawracana na koło następne i w którym włókna wytworzone przez różne koła odśrodkowe są chwytane przez strumień gazu otaczający szereg kół odśrodkowych, kierowany Bezpośrednio w pobliżu tych kół, w kierunku w zasadzie równoległym do osi obrotu kół, znamienny tym, że dla co najmniej jednego z kół odśrodkowych, strumień kierowanego gazu ma temperaturę zawartą między 250°C i 900°C, korzystnie między 300°C i 600°C, a najkorzystniej około 500°C.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumień gazu kieruje się z prędkością wyższą od 50 m/s.
3. 3. Sposób według zastrz. 2 , znamienny tym , żu strumień gauu kieruje aię z prędkością wyższą od 100 m/s.
4. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2,albo 3, znamienny tym, że wytwarza się strumień pomocniczy o temperaturze otoczenia w odległości od kół odśrodkowych, przy czym ten pomocniczy strumień gazu ma w przybliżeniu tee sam kierunek jak główny strumień gazu.
5. 5. Sposób według zastrz· 4, znamienne tym, Eu strumieU gorącege gzuu podaje się jedynie na obwodzie kół usytuowanych na końcu toru materiału rozwłóknianego.
6. 6. Sposób według zastrz. , , znamienne t m ,) , eu ternpeiatuiu istrumeniiu gorącego gazu jest tym wyższa im bliżej koła usytuowanego na końcu toru materiału rozwłóknianego jest kierowany strumień.
7. 7. Sposób według zastrz. 5 albo 6 jednego z zastrzeżeń poprzednich, znamienny tym, ze strumień gorącego gazu podgrzewa się dymem pochodzącym z obszaru topnienia materiału rozwłóknianego.