PT800492E - Metodo e aparelho para produzir la mineral - Google Patents

Description

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DESCRICÀO “Método e aparelho para produzir lã mineral” O invento refere-se a um método para produzir lã mineral, sendo o material mineral fundido fornecido a uma máquina de fiar tal como definido na cláusula de abertura da reivindicação 1, e a um aparelho para transformar em fibras o material mineral por meio de centrifugação interna com uma máquina de fiar tal como definido na cláusula de abertura da reivindicação 2.

As fibras minerais de elevada qualidade podem ser produzidas por centrifugação interna em que o mineral fundido é fornecido ao interior de uma máquina de fiar que roda a alta velocidade e que tem uma multiplicidade de pequenos orifícios na sua parede periférica, através dos quais o material fundido pode ser emanado como filamentos de material fundido de diâmetro correspondentemente pequeno. Os filamentos que saem são submetidos ao sopro de um queimador anelar e desse modo tomados mais finos para formar fibras de uma finura requerida que subsequentemente solidificam e acumulam-se num transportador inferior onde se forma a manta de fibra mineral. Tal processo é bem conhecido na arte como o chamado processo TEL.

Com tais unidades de transformação em fibra, os materiais minerais de variadas composições são transformados em fibra. Tais composições minerais podem ter pontos de fusão elevados, normais ou baixos e assim temperaturas de transformação em fibras diferentes. O queimador de tais unidades de transformação em fibra, por outro lado, opera com uma regulação óptima especificada e assim a uma temperatura de funcionamento especificada que não deve ser alterada substancialmente, de modo a não sair da região de funcionamento óptimo do queimador. Assim, os gases de sopro do queimador podem ter uma temperatura de 1550 - 1600 °C com uma regulação de funcionamento do queimador óptima, que seria uma temperatura adequada para a transformação em fibra de vidros de elevado ponto de fusão. Através de alterações menores da regulação do queimador esta temperatura poderia ser baixada para por exemplo 1300 - 1350 °C com uma regulação do queimador ainda próxima do óptimo, de modo a satisfazer as necessidades de temperaturas diferentes dos vidros de pontos de fusão mais baixos. O sobreaquecimento dos filamentos de materiais com ponto de fusão baixo conduzirá a uma redução da viscosidade num valor tal que o material fundido atenuado pelos gases de soprar escapará da zona de atenuação antes da solidificação de modo que, sob a influência das tensões superficiais, as ainda fibras fundidas transformar-se-ão em partículas não 84 149 ΕΡ Ο 800 492/ΡΤ ~>

transformadas em fibras indesejáveis na manta de lã mineral resultante.

Assim, existe uma necessidade de transformar em fibras outro material mineral como vidros de baixo ponto de fusão com as temperaturas dos gases de sopro tão baixas como 1200 °C ou ainda menos. A redução da temperatura de saída do queimador em tal grau por alteração da regulação do queimador conduziria a condições de funcionamento do queimador não óptimas que são indesejáveis. E assim um objectivo do presente invento proporcionar um método e um aparelho que permita a transformação em fibras de materiais minerais de ponto de fusão baixo que requerem temperaturas de gases de sopro substancialmente mais baixas do que as produzidas pelo queimador nas condições de funcionamento óptimas.

Este objectivo é atingido de um modo metódico na medida em que a área de saída do queimador é subdividida numa zona quente interior radialmente anelar e uma zona de arrefecimento exterior radialmente anelar de temperatura substancialmente mais baixa. Sob o ponto de vista da construção, este objectivo é obtido na medida em que são proporcionados meios de injecção para gás de arrefecimento como o ar na parede periférica exterior da saída do queimador, e por a direcção de injecção ser essencialmente transversal à direcção do escoamento dos gases do queimador na zona de injecção.

Assim, com o invento a temperatura dos gases de sopro não é reduzida homogeneamente como no caso em que a admissão de combustíveis para o queimador foi reduzida , ou em que o ar de arrefecimento foi pré-misturado com os gases do queimador. Isto tem como consequência que a zona interior radialmente permanece comparativamente quente e possivelmente até à temperatura dos gases do queimador não arrefecidos. Este efeito é desejado quando a região das filas de orifícios na parede periférica da maquina de fiar for mantida a temperaturas comparativamente elevadas acima do estado líquido ou da temperatura de desvitrificação ou cristalização para permitir o escoamento de vidro através dos orifícios.

Por outro lado, é desejável arrefecer as fibras atenuadas um tanto rapidamente de modo a solidificá-las suficientemente para evitar um efeito de retomo de mola das fibras atenuadas para grãos de material sob a influência da tensão superficial e também para evitar as emissões de componentes voláteis do vidro, por exemplo sódio, através de um efeito forte da temperatura. Tais fibras de qualidade pobre de grãos de material ou outras formas não fibrosas também conduzem a um conteúdo aumentado de partículas não fibrosas na manta de lã mineral resultante. O efeito de arrefecimento um tanto drástico ocasionado na zona de 84 149 ΕΡ Ο 800 492/ΡΤ 3

arrefecimento exterior radialmente tende a evitar tal efeito indesejado.

Além disso, a injecção de gás de arrefecimento através da parede periférica exterior da saída do queimador não dá lugar a qualquer aumento substancial de trabalho de reajustamento no queimador no caso de alteração da composição do material. Se por exemplo vidro com um ponto de fusão elevado é transformado em fibra, a admissão de ar de arrefecimento pode simplesmente ser cortada, e em caso de transformação em fibras de vidros de pontos de fusão mais baixos, qualquer quantidade requerida de ar de arrefecimento pode ser admitida com o simples rodar de uma válvula. Assim, a regulação óptima para qualquer composição do material a ser transformado em fibra pode ser obtida sem qualquer esforço apreciável. O facto da direcção de injecção dos gases de arrefecimento ser essencialmente transversal à direcção do escoamento dos gases do queimador evita qualquer aumento apreciável no impulso e os efeitos da energia cinética dos gases do queimador. Por isso, a admissão de gases de arrefecimento não altera apreciavelmente o efeito de atenuação ocasionado pelos gases do queimador, de modo que a admissão do gás de arrefecimento não altera as condições de funcionamento do aparelho a este respeito. Embora o efeito de arrefecimento do gás de arrefecimento tenda a aumentar a viscosidade do material mineral, isto é essencialmente equilibrado pelo aumento de energia contida no escoamento total de gás pela introdução do gás de arrefecimento. Assim, as condições de funcionamento do aparelho incluindo o efeito de atenuação permanecem substancialmente inalteradas apesar da admissão de uma quantidade maior ou menor de gás de arrefecimento para adaptar-se às necessidades de temperatura da composição do vidro que está a ser transformado em fibra. E conhecido a partir da WO 94/04469 um soprador exterior adicional que fornece ar de arrefecimento a partir de uma posição virada para fora radialmente da saída do queimador. Neste caso, a saída do queimador é posicionada radialmente virada para dentro do bordo exterior superior da máquina de fiar. Tal disposição é especialmente adequada para a transformação em fibras de vidros duros que tenham um ponto de fusão elevado e que tenham baixa viscosidade no ponto de fusão. O ar de arrefecimento nesta concretização conhecida intersecta o escoamento de gases de sopro na periferia exterior da maquina de fiar num ponto em que a atenuação em fibras está quase completada de modo a aumentar a viscosidade nesse ponto. O escoamento de gás do soprador é essencialmente paralelo ao escoamento do gás de sopro e assim ajuda ao impulso e a energia cinética do escoamento composto. Com o presente invento, contudo, os gases que emanam das saídas do queimador são eles próprios arrefecidos numa maneira não homogénea específica sem aumentar apreciavelmente o impulso do mesmo para permitir a transformação em fibras de material 4 84 149 ΕΡ Ο 800 492/ΡΤ mineral com uma temperatura característica em comparação com a qual a temperatura do gás de sopro não arrefecido seria indevidamente alta de modo a produzir partículas não transformadas em fibras.

As sub-reivindicações contêm melhoramentos adicionais do aparelho do invento.

Numa concretização preferida, o diâmetro de cada orifício na forma de um orifício de passagem está entre 1 e 3 mm, em particular próximo de 2 mm. Deste modo são obtidas as condições de escoamento adequadas para o gás de arrefecimento penetrar dentro do escoamento do gás de sopro. A distância entre dois orifícios consecutivos dos tais orifícios distribuídos uniformemente na forma de orifícios de passagem está preferivelmente entre 2 e 15 mm, em particular entre 5 e 12 mm, sendo os valores maiores preferidos com disposições de fila única e os valores mais baixos com disposições de filas múltiplas com a distância medida entre orifícios escalonados de filas diferentes. A distância entre duas filas está tipicamente entre 2 e 10 mm.

Também, o meio de injecção pode compreender uma saída na forma de pelo menos uma fenda circunferencial contínua, permitindo tal disposição um ajustamento mais fácil das características do escoamento através do ajustamento da largura da fenda. Tipicamente esta largura da fenda está entre 0,3 e 1 mm.

Vantagens adicionais, detalhes e características do invento serão visíveis a partir da descrição seguinte em conjunção com os desenhos em que: a Fig. 1 é uma vista esquematizada de um aparelho do invento em corte longitudinal; a Fig. la é um detalhe da Fig. 1 numa vista aumentada mas para uma concretização alternativa; a Fig. lb é uma modificação adicional numa vista como a Fig. la; a Fig. 2 é uma representação da distribuição da temperatura através da largura da saída do queimador imediatamente abaixo da área de saída; e a Fig. 3 é uma representação da distribuição da temperatura que resulta radialmente para fora da parede periférica da máquina de fiar do dispositivo de centrifugação. 84 149 ΕΡ Ο 800 492/ΡΤ •Λ A unidade de transformação em fibra do aparelho como mostrado numa maneira simplificada na Fig. 1 consiste principalmente numa máquina de fiar 1, cuja parede periférica 2 tem uma multiplicidade de orifícios de descarga. A parede periférica 2 está ligada a uma flange 3 via uma cinta de ligação 4, referida como um “véu” devido à sua forma. Como ilustrado pelo desenho, a parede periférica 2, o véu 4 e a flange 3 são formados como um todo numa peça unitária simples. A flange 3 é montada num veio de suporte 5 que é oco na concretização mostrada, e é através desta cavidade que é fornecido o material mineral fundido. O veio de suporte 5 - ou até mesmo a flange 3 - suporta adicionalmente um meio de distribuição concêntrico 6, usualmente referido como uma “taça” ou “cesto”. A taça de distribuição 6 com uma parede periférica que tem um número relativamente baixo de orifícios com diâmetros comparativamente grandes serve como a parede de fundo da máquina de fiar e distribui a corrente de material mineral fundido, separando-o numa pluralidade de filamentos que são espalhados sobre a circunferência interna da parede periférica 2. A máquina de fiar 1 é circundada por vários dispositivos de aquecimento: uma bobina de frequência média anelar 7 que aquece particularmente a porção de fundo da máquina de fiar 1, sobretudo no sentido de compensar o aquecimento insuficiente pelo queimador e o arrefecimento por contacto do ar ambiente que é marcadamente arrefecido pelas quantidades consideráveis de ar aspirado pela rotação da máquina de fiar 1, e um queimador externo anelar arrefecido a água 8. As extremidades das paredes periféricas 9 e 10 do queimador externo 8 estão dispostas a uma ligeira distância da máquina de fiar 1, por exemplo na ordem de 5 mm com a parede interna 10 rente ao rebordo exterior superior da máquina de fiar 1. O queimador externo anelar 8 gera uma temperatura elevada e um escoamento de gás de alta velocidade dirigido substancialmente numa direcção vertical e que assim passa ao longo da parede periférica 2. O escoamento de gás, por um lado, serve para aquecer ou manter a temperatura da parede periférica 2, e por outro lado contribui para atenuar os filamentos do mineral fundido fiado em fibras.

Como representado no desenho, o queimador exterior 8 é preferivelmente circundado a uma grande distância radial por um anel soprador 11 de ar frio, cujo principal objectivo é limitar a expansão radial do escoamento de gás quente e desse modo deter as fibras formadas de entrarem em contacto com o magneto anelar 7. 84 149 ΕΡ Ο 800 492/ΡΤ 6

Os aquecedores externos da máquina de fiar 1 são complementados no seu interior por um queimador anelar interno 12 que está posicionado dentro do veio de suporte 5 e é utilizado durante a fase de arranque da unidade de transformação em fibra para o pré-aquecimento da taça 6. A construção geral da unidade de transformação em fibra como descrito acima é convencional. De acordo com o invento, a conduta em anel que contém a câmara de arrefecimento 14 para a parede periférica exterior 9 está subdividida por uma parede de divisão 15, de modo a alojar uma câmara de plenitude inferior 16 para o ar de arrefecimento. A câmara de plenitude 16 está em comunicação de fluído com a saída do queimador através de uma série de orifícios 17 na parede periférica exterior 9. Através dos orifícios 17 o ar de arrefecimento, ou qualquer outro gás de arrefecimento, entra dentro da saída do queimador e é aí misturado aos gases do queimador.

Os orifícios 17 prolongam-se numa direcção transversal à direcção do escoamento dos gases do queimador na saída do queimador. Assim, a energia cinética do gás de sopro que emana da saída do queimador não é apreciavelmente alterada, de modo que as condições de atenuação não são muito influenciadas pela presença ou ausência do ar de arrefecimento. A forma e disposição dos orifícios 17 podem ser adaptadas às necessidades de um dado caso. Na instalação de exemplo mostrada, existe uma fila de orifícios 17 com um diâmetro de 2 mm e uma distância entre dois orifícios consecutivos 17 de 10 mm. Tomando em conta que o diâmetro da máquina de fiar é 400 mm, existem 120 orifícios 17 dispostos em tomo de toda a circunferência da conduta em forma de anel 13, mesmo que a distribuição seja numa única fila.

Se adequado, os orifícios 17 podiam também ser dispostos em duas ou mais filas, e a Fig. la mostra um exemplo para uma tal concretização, sendo a distância mútua entre orifícios vizinhos 17 de 2 mm de filas diferentes 5,5 mm. Os orifícios 17 podiam também ser substituídos por uma fenda 18 como mostrado na Fig. lb, o que permitiria a vantagem do ajustamento da largura da fenda vertical como mostrado esquematicamente e simbolizado pela seta dupla na Fig. lb. Com tal disposição alternativa dos orifícios 17 ou fenda 18, as várias necessidades de aplicação prática podem ser facilmente adaptadas num dado caso.

Nas Figs. 2 e 3 é mostrada a distribuição da temperatura medida com duas concretizações práticas. Enquanto a Fig. 2 mostra a distribuição da temperatura a um nível 1 mm abaixo da área de saída de uma saída de queimador, a Fig. 3 mostra a distribuição da 7 84 149 ΕΡ Ο 800 492/ΡΤ temperatura a um nível dos orifícios mais elevados na parede periférica 2 da máquina de fiar 1 a uma distância de 19 mm abaixo da área de saída da saída do queimador. A distância radial da medida dada na Fig. 2 e 3 da abcissa é medida a partir da parede de saída 9. A curva A de distribuição da temperatura foi medida numa concretização como mostrado na Fig. la que tem duas filas de orifícios 17, enquanto a curva B é sem injecção de gás de arrefecimento.

As curvas A e B são bastante auto-explicativas. A Fig. 2 demonstra a influência do gás de arrefecimento no lado esquerdo, baixando a temperatura nesta zona arrefecida denominada C. Como é mostrado na Fig. 3, a temperatura próxima do perímetro da máquina de fiar 1 é elevada e diminui bruscamente na zona arrefecida C a uma distância de vários milímetros radialmente para fora da mesma, de modo a ajudar na solidificação rápida das fibras atenuadas.

Os efeitos produzidos pelo invento foram descritos acima com um ênfase na produção de fibras a partir de vidros de baixo ponto de fusão. Contudo, estes efeitos podem obviamente ser utilizados também para a transformação em fibras do material mineral com elevados pontos de fusão se a temperatura do queimador for em geral aumentada e subsequentemente arrefecida através do fornecimento de gás de arrefecimento através dos orifícios 17 ou fenda 18.

Lisboa, _5 jjM 2020

Por ISOVER SAINT-GOBAIN - O AGENTE OFICIAL -

ÊMG.· λΝΤΟΝΙΟ . ΒΛ CUNHA FERREM]

Ag. Ot· Pr. Ind. . das Flores, 74 - 4/1

Claims (8)

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   REIVINDICAÇÕES 1 - Método para produzir lã mineral, sendo o material mineral fundido fornecido a uma máquina de fiar (1) cuja parede periférica (2) compreende uma multiplicidade de orifícios com diâmetros pequenos, através dos quais o dito material mineral fundido é centrifugado para formar filamentos que são submetidos a um efeito de atenuação suplementar de um escoamento de gás que flui ao longo da dita parede periférica (2) da dita máquina de fiar (1) e aquece a mesma, e que é gerado por um queimador anelar concêntrico (8) disposto concentricamente em relação à máquina de fiar (1), caracterizado por a área de saída do dito queimador (8) ser subdividida numa zona quente interna radialmente anelar e numa zona de arrefecimento externa radialmente anelar de temperatura substancialmente mais baixa.
2. 2 - Aparelho para transformação em fibra de material mineral por meio de centrifugação interna, com uma máquina de fiar (1) cuja parede periférica (2) compreende uma multiplicidade de orifícios com um diâmetro pequeno, através dos quais o material fundido é centrifugado para formar filamentos que são submetidos ao efeito de atenuação suplementar de um escoamento de gás que flui ao longo da dita parede periférica (2) da dita máquina de fiar (1), e que aquece a mesma, e que é gerado por um queimador externo anelar concêntrico (8) disposto concentricamente em relação à dita máquina de fiar (1), caracterizado por serem proporcionados meios de injecção (17, 18) para gás de arrefecimento como ar na parede periférica exterior (9) da saída do queimador, e por a direcção de injecção ser essencialmente transversal relativamente à direcção do escoamento dos gases do queimador na região da injecção.
3. 3 - Aparelho de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o diâmetro de cada orifício (17) na forma de um orifício de passagem estar entre 1 e 3 mm, em particular próximo de 2 mm.
4. 4 - Aparelho de acordo com as reivindicações 2 ou 3, caracterizado por a distância entre dois orifícios consecutivos dos tais orifícios distribuídos uniformemente estar entre 2 e 15 mm, em particular entre 5 e 12 mm.
5. 5 - Aparelho de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por estar disposta nos ditos orifícios uma pluralidade de pelo menos duas filas, estando a distância entre filas vizinhas entre 2 e 10 mm, preferivelmente 5 mm. 84 149 ΕΡ Ο 800 492/ΡΤ 2/2
6. 6 - Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 5, caracterizado por o dito meio de injecção compreender uma saída em forma de uma fenda circunferencial contínua (18).
7. 7 - Aparelho de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a largura da dita fenda (18) estar entre 0,3 a 1 mm.
8. 8 - Aparelho de acordo com as reivindicações 6 ou 7, caracterizado por a largura da dita fenda ser ajustável. Lisboa, -S MAI 2G0J Por ISOVER SAINT-GOBAIN - O AGENTE OFICIAL -