DE4141626C2 - Vorrichtung zur Erzeugung von Wolle, insbesondere Steinwolle, aus einer Schmelze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Wolle, insbesondere Steinwolle, aus einer Schmelze nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Beim Düsenblasverfahren werden aus in der Regel einer Reihe von Öffnungen eines Schmelzezerteilers austretende Primärfä­ den dem Ziehspalt einer Blasdüse zugeführt und in einer ebenfalls in den Ziehspalt eintretenden Gasströmung be­ schleunigt und so vorgezogen. Hinter dem Ausgang der Blas­ düse muß die gebildete Gas-Faser-Dispersion verzögert wer­ den, und der statische Druck der Gasströmung etwa auf Umge­ bungsdruck angehoben werden, um die durch Abkühlung verfe­ stigten Fasern schließlich zur Bildung eines Vlieses ablegen zu können. Hierbei ist etwa aus der DE-OS 38 07 420 bekannt, daß zur Verzögerung ein Ultraschalldiffusor, und zwar ein sogenannter Stoßdiffusor mit mindestens einer plötzlichen Querschnittserweiterung der Strömungsberandung benutzt wird. Dadurch wird erreicht, daß die Faser- bzw. Faser-Gas-Disper­ sion im Anschluß an die plötzliche Querschnittserweiterung relativ stark aufgeweitet wird, so daß die Fäden oder Fasern größeren gegenseitigen Abstand erhalten und ihre Kontakt­ wahrscheinlichkeit minimiert wird. Stromab der plötzlichen Querschnittserweiterung bilden sich beidseitig in den Rück­ strömzonen sogenannte Einschlagwirbel, welche strömungstech­ nisch die Berandung der Hauptströmung darstellen. Unmittel­ barer Wandkontakt von Fadenbestandteilen wird im Bereich der Einschlagwirbel somit dadurch vermieden, daß die Strömungs­ berandung durch eine andere Strömung und nicht durch die fe­ ste Wand gebildet wird.

Wegen der somit auftretenden Faserkontakte unterliegen die Wandungen der Blasdüse aufgrund der mit den Faserkontakten einhergehenden Temperaturbelastungen einem Verschleiß, so daß die Blasdüse in regelmäßigen Abständen ersetzt werden muß. Zwar wurde als lebensdauerverlängernde Maßnahme die Blasdüse etwa aus reinem Nickel oder aus hochlegiertem, ver­ schleißfesterem Stahl gefertigt, wobei im letzteren Falle zur weiteren Verlängerung der Lebensdauer eine Kühlung der Seitenwände hinzutreten mußte. Weiterhin nachteilig ist je­ doch, daß der unterhalb der Blasdüse als separates Teil an­ geordnete Stoßdiffusor zumindest im oberen Bereich, also im Bereich der ersten Stufe des Stoßdiffusors, ebenfalls einem erheblichen Verschleiß aufgrund der dort an der Wandung auf­ tretenden Faserkontakte unterliegt, so daß auch der Stoßdif­ fusor in regelmäßigen Abständen unbrauchbar wird und voll­ ständig gegen einen neuen Stoßdiffusor ausgetauscht werden muß.

Diesem Problem will die vorliegende Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 abhelfen.

Durch die an sich funktionswidrig erscheinende einteilige Ausbildung der Blasdüse mit der ersten Stufe des Stoßdiffu­ sors wird erreicht, daß die am meisten beanspruchten und einem Verschleiß unterliegenden Teile der Zerfaserungsein­ heit als Ganzes ausgewechselt werden können.

Gemäß Anspruch 2 ist als lebensdauerverlängernde Maßnahme die zusammen mit der Blasdüse einteilig ausgebildete erste Stufe des Stoßdiffusors aus dem gleichen Material herge­ stellt, beispielsweise aus einem hochlegierten, verschleiß­ festeren Stahl.

Vorteilhafterweise kann durch die im Anspruch 3 angegebene Maßnahme die Lebensdauer der verschleißbehafteten Teile weiterhin dadurch verlängert werden, daß die Seitenwände der Blasdüse und/oder des Stoßdiffusors mittels Kühlkanälen für den Durchtritt eines Kühlmittels gekühlt werden können.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung ist die Blasdüse gemäß Anspruch 4 in Form einer soge­ nannten Flachblasdüse ausgebildet.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausfüh­ rungsformen anhand der Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 schematisch vereinfacht einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zerfaserung von Mineralfaserschmelze mit Blasdüse und erster Stufe des Stoßdiffusors, sowie mit weiteren Stu­ fen des Stoßdiffusors;

Fig. 2 in einer Fig. 1 im wesentlichen entsprechenden Darstellung eine abweichende Ausführungsform mit einer sogenannten Flachblasdüse.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird Schmelze, im Beispiels­ falle Mineralschmelze, aus einer nicht näher dargestellten Schmelzewanne einer mit 1 bezeichneten Verteilerwanne aus Platin zugeführt, und tritt im Beispielsfalle in Form einer Mehrzahl nebeneinander angeordneter Primärfäden aus Aus­ trittsöffnungen 2 der Verteilerwanne 1 aus. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist die Schmelze selbst nicht dargestellt. Die in einer Reihe befindlichen Austrittsöffnungen 2 weisen im Beispielsfalle einen Durchmesser von ca. 1 bis 2 mm auf und haben eine Teilung von etwa dem zweifachen Öffnungs­ durchmesser. Diese Abmessungen können sich jedoch je nach Schmelze nach oben oder unten ändern. Der Auslaufbereich der Verteilerwanne 1 wird im vorliegenden Falle durch heiße Ver­ brennungsgase 3 temperiert, wobei letztere durch einen engen Spalt 4 zu beiden Seiten des Auslaufsbereichs der Verteiler­ wanne 1 unter hoher Geschwindigkeit austreten und in der Zone der Bildung und Bewegung der Primärfäden die Schmelze­ teilströme umhüllen. Der Schmelze-Massenstrom je Austritts­ öffnung wird durch die Temperatur und den geostatischen Druck der Schmelze, den Öffnungsdurchmesser sowie die Höhe des statischen Unterdrucks in der Austrittsebene der Öffnun­ gen 2 bestimmt. Dieser wird im allgemeinen durch Einblasen eines Blasmediums 5 aus Düsenöffnungen erzeugt, das in einer insgesamt mit 6 bezeichneten Blasdüseneinrichtung zugeführt wird und durch im Beispielsfalle schlitzförmige Düsenöffnun­ gen 7 im oberen Bereich eines Düsenspaltes 8 der Blasdüsen­ einrichtung eintritt. Das Einblasen des Blasmediums 5 durch die Blasdüsenöffnungen 7 erfolgt zu beiden Seiten des Düsen­ spaltes 8 im wesentlichen wandparallel bzw. parallel zur Mittelachse 9 der Blasdüseneinrichtungen 6. Dabei wird der im Ansaugbereich vorgezogene Primärfaden zu Schwingungen quer zur Hauptströmungsrichtung angeregt, von den schnellen Wandstrahlen erfaßt und weiter beschleunigt und verzogen. Die Strömungsgeschwindigkeit der ausziehenden Gasströme, die sich aus dem eigentlichen Blasmedium 5 als Treibmittel sowie den angesaugten heißen Verbrennungsgasen 3 und dem bei 10 veranschaulichten Umgebungsmedium (Sekundärluft) zusammen­ setzen und entsprechend der konvergierend-divergierenden Kontur der Blasdüseneinrichtungen 6 durchaus Überschallge­ schwindigkeit annehmen können, wird in einem nachgeschalte­ ten Unterschalldiffusor 11 abgebaut. Je enger der Unter­ schalldiffusor 11 ist, desto feinere, aber auch kürzere Fa­ sern werden erhalten.

Beim Verlassen des Unterschalldiffusors 11 ist der Faserbil­ dungsprozeß in der Regel abgeschlossen. Üblicherweise wird dann die Faser-Luft-Dispersion unter Zugabe von Kühlmedien, Schlichten, Bindemitteln und/oder weiteren Konditionierungsmitteln sowie unter Ansaugung von weiterer Falschluft in einem Fallschacht weiter abgebremst und abgekühlt. An einem darunter befindlichen perforierten Sammelförderer werden die Fasern in Form eines Wollvlieses abgelegt und durch unter dem Sammelförderer angeordnete Unterdruckkammern mit nachge­ schalteten Ventilatoren von den ausziehenden und angesaugten Gasen (Prozeßluft) getrennt.

Der Unterschalldiffusor 11 ist als Stoßdiffusor mit im Bei­ spielsfalle drei Stufen 13, 14 und 15 seiner Strömungsberan­ dung mit plötzlichen Querschnittserweiterungen oder Rück­ sprüngen 16, 17 und 18 ausgebildet. Die an sich bekannten Ein- oder Mehrfach-Stoßdiffusoren zeichnen sich dadurch aus, daß die Hauptströmung an den Stellen plötzlicher Quer­ schnittserweiterung abreißt und sich unter Bildung einer Rückströmzone erst nach einer bestimmten Strömungslänge wie­ der an die feste Strömungsberandung anlegt. Je höher die An­ zahl der Stufen 13, 14 oder 15, um so besser ist der Wir­ kungsgrad des Umsatzes von dynamischer in statische Druck­ energie.

Bei der Einrichtung gemäß Fig. 1 können die einzelnen Quer­ schnittserweiterungen oder Rücksprünge 16, 17, 18 sowie die Längen der einzelnen Stufen 13, 14 und 15 so bemessen wer­ den, daß die den ausziehenden Gasströmen mit einem bestimm­ ten Schlupf folgenden Schmelze- und Faserbestandteile erst jeweils am unteren Stufenende die feste Strömungsberandung des Unterschalldiffusors 11 berühren können, wobei eventuell auftretende Wandkontakte beinahe wandparallel erfolgen und sich dadurch nur unbeträchtliche Abbremsungen und Abkühlun­ gen von Schmelzefäden mit nachfolgender Perlenbildung erge­ ben.

Die Länge der einzelnen Stufen 13, 14 und 15 sollte so ge­ wählt werden, daß sich in der Stufenaustrittsebene keine Rückströmzonen mehr ausbilden, da diese zu großräumigen Strömungen führen können, die meist instabil sind und eine ungleichmäßige Faserführung zur Folge haben. Unter diesem Gesichtspunkt beträgt die bevorzugte Mindestlänge der Stufen 13, 14 und 15 etwa das Fünf- bis Sechsfache der Differenz der Wurzeln des jeweiligen Austritts- und Eintrittsquer­ schnitts jeder Stufe 13, 14 und 15.

Bezüglich weiterer Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Stoßdiffusors 11 wird ausdrücklich und vollinhaltlich auf die DE-OS 38 07 420 derselben Anmelderin verwiesen und Bezug genommen.

Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, daß die wegen des auf die Wandung auftreffenden Fasermaterials und der damit verbundenen Temperaturbelastungen am meisten einem Ver­ schleiß unterliegenden Teile, also die Blasdüseneinrichtung 6 und der Bereich der ersten Stufe 13 des Stoßdiffusors 11, als einstückiges Teil ausgebildet sind, welches im Bedarfs­ falle als Ganzes ausgewechselt werden kann.

Wie aus der Zeichnung veranschaulicht ist, weisen die Wände des Düsenspaltes 8 der Blasdüseneinrichtung 6 und des Unter­ schalldiffusors 11 Kühlkanäle auf, die insgesamt einheitlich mit 19 bezeichnet sind. Hierdurch erfolgt eine starke Küh­ lung der Flanken des Düsenspaltes 8 bzw. der festen Strö­ mungsberandung des Unterschalldiffusors 11. Durch die Küh­ lung der Oberflächen, die in direktem Wärmeaustausch mit der Faserdispersion stehen, wird einerseits die Betriebssicher­ heit erhöht, da an heißen Oberflächen zufällig auftreffende Schmelzebestandteile eher kleben bleiben und ein Überlaufen der Blasdüseneinrichtung 6 mit Schmelze nach sich ziehen würden. Jedoch können hierdurch auch die vorzugsweise aus Nickel gefertigten Blasdüsenflanken in einem billigeren Werkstoff gefertigt werden, beispielsweise Edelstahl, der zudem verschleißfester ist. Andererseits wird mit dem Kühl­ medium so viel Wärme abgeführt, daß das Klima in einem nachgeschalteten Fallschacht entlastet wird, das heißt die Ge­ fahr des vorzeitigen Aushärtens von Bindemittel noch im Fallschacht vermindert wird. Die mit dem Kühlmedium abtrans­ portierte Wärme kann gegebenenfalls anderweitig genutzt wer­ den.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Kühlkanälen 19 liegt darin, daß die Blasdüsenhälften enger aneinander gebracht werden können, wodurch der Anteil der angesaugten Umgebungs­ medien verringert wird. Dadurch müssen auch entsprechend kleinere Gasmengen durch das Produkt abgesaugt und nachbe­ handelt werden. Außerdem erhöht sich bei geringeren Flanken­ abständen das Temperaturniveau in den Zerfaserungszonen, wo­ durch die Bildung feinerer und perlenärmerer Fasern begün­ stigt wird.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Auführungsbeispiel gemäß der Er­ findung, bei dem die Blasdüseneinrichtung 6 in Form einer sogenannten Flachblasdüse ausgebildet ist.

Im Unterschied zur Blasdüseneinrichtung 6 gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das mit 20 bezeichnete Oberteil der Blasdüseneinrichtung 6 nicht mit einer Rundung versehen, sondern abgeflacht und weist eine scharfkantige Ausbildung der Ecke 21 des Oberteils 20 auf. Durch diese Maßnahme kann eine mehr mittenbetonte, stärker zentrierte Ansaugströmung der Sekundärluft erzeugt werden, die im An­ saugverhalten stärker in vertikaler Richtung wirkt als der aerodynamisch glattere und rundere Einlauf gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel.

Bezüglich weiterer Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der in diesem Zusammenhang einsetzbaren Leitschächte und der dortigen Eindüsung von Wasser und Bindemittel, die Ausbil­ dung eines Fallschachtes sowie der Blasdüseneinrichtung 6 wird ausdrücklich und vollinhaltlich auf die sechs weiteren parallelen deutschen Patentanmeldungen der Patentinhaberin vom gleichen Tage verwiesen und Bezug genommen, die als DE-A-41 41 658, DE-A-41 41 659, DE-A- 41 41 625, DE-A-41 41 626, DE-A-41 41 627 und DE-A-41 41 628 veröffentlicht sind.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Wolle, insbesondere von Steinwolle, aus einer Schmelze nach dem Düsenblasver­ fahren,
mit einer Blasdüse (6), deren Ziehspalt (8) wenigstens ein Primärfaden der Schmelze zuführbar ist und dort un­ ter Einwirkung seitlich in Richtung des Primärfadens eingedüster Blasströme zerfasert wird, und
mit einem am Austritt der Blasdüse (6) anschließenden Unterschalldiffusor (11) zur Verzögerung der Gas-Faser- Dispersion unter Erstarrung der schmelzflüssigen Fäden zu verfestigter Wolle, wobei der Unterschalldiffusor (11) als Stoßdiffusor mit mindestens einer plötzlichen Querschnittserweiterung (Rücksprung 16) der Strömungs­ berandung ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens die erste Stufe (13) des Stoßdiffusors (11) einteilig mit der Blasdüse (6) ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammen mit der ersten Stufe (13) des Stoßdif­ fusors (11) einteilig ausgebildete Blasdüse (6) aus einem hochlegierten, verschleißfesten Stahl hergestellt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Seitenwände der Blasdüse (6) und/oder zumindest der ersten Stufe (13) des Stoßdiffusors (11) Kühlkanäle für den Durchtritt eines Kühlmittels aufwei­ sen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blasdüse (6) in Form einer Flachblasdüse ausgebildet ist.