DE69805648T2

DE69805648T2 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von glasartigen synthetischen fasern

Info

Publication number: DE69805648T2
Application number: DE69805648T
Authority: DE
Inventors: Moller Jensen
Original assignee: Rockwool International AS
Current assignee: Rockwool AS
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 2002-10-17
Anticipated expiration: 2018-12-03
Also published as: DE69805648D1; ATE218118T1; HU225532B1; AU1758099A; EP1036040A1; HUP0100313A3; SI1036040T1; WO1999028246A1; EP1036040B1; HUP0100313A2

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von künstlichen glasartigen Mineralfasern (MMVF) unter Einsatz eines Kupolofens oder eines anderen Schachtofens.
In derartigen Verfahren wird eine Schichtung von teilchenförmigem mineralischem Material im Schachtofen bereitgestellt, Verbrennungsluft in den Ofen durch Winddüsen am Boden oder in der Nähe des Bodens eingeblasen und die Schichtung durch Verbrennung von Brennstoff im Ofen erwärmt, damit das mineralische Material schmilzt und die Schmelze am Boden des Ofens gesammelt wird, und MMV-Fasern werden dann aus der Schmelze in üblicher Weise gebildet, z. B. durch Zentrifugalschleudern.
Der Brennstoff kann Gas sein, ist aber im allgemeinen ein fester, Kohlenstoffhaltiger Brennstoff, wobei dann der Schachtofen üblicherweise ein Kupolofen ist.
Zur Maximierung der Temperatur im Ofen und zur Minimierung der Gefahr einer unerwünschten Abkühlung der Schmelze, die an der Winddüse vorbei abfließt, wird die Verbrennungsluft gewöhnlich vorgewärmt. Die Temperatur, auf die sie vorgewärmt wird, beträgt normalerweise bis zu etwa 500ºC oder 550ºC. Diese Temperaturen sind ausreichend, um ein nicht annehmbares Abkühlen oder sogar ein Verfestigen der Schmelze, die an den Winddüsen vorbei abfließt, zu vermeiden, und es ist unnötig, sich den praktischen Schwierigkeiten auszusetzen, die mit der Verwendung von höheren Vorwärmtemperaturen verbunden wären. Wenn die Verbrennungsluft bis zu einer Temperatur von nicht mehr als etwa 550ºC vorgewärmt wird, kann die Winddüseneinrichtung insbesondere aus gewöhnlichem Stahl sein, wenn aber höhere Temperaturen erforderlich sind, wären spezielle Stahlsorten notwendig. Dies würde die Kosten der Anlage deutlich erhöhen, es ergäbe sich aber kein deutlicher Vorteil für das Verfahren.
Obwohl Schachtöfen dieser Art sich für die Herstellung von herkömmlichen MMVF-Schmelzen aus herkömmlichen MMVF-Mineralchargen als zufriedenstellend erwiesen haben, wurde festgestellt, daß es mehrere Fälle gibt, bei denen es vorteilhaft wäre, die Schmelze modifizieren zu können, ohne die Hauptcharge ändern zu müssen. Z. B. ist es in einigen Fällen nicht zweckmäßig, einen Teil oder alles von einer wichtigen Komponente als Briketts oder anderes übliches Chargenmaterial zuzugeben und es wäre bevorzugt, wenn man in der Lage wäre, einen Teil davon oder alles als Pulver zuzugeben. Z. B. kann es zweckmäßig sein, soviel Aluminium enthaltendes Material wie zur Herstellung von Fasern mit hohem Aluminiumgehalt erforderlich als Briketts zuzugeben.
In anderen Fällen kann ein Teil des Materials, das zur Bildung der Schmelze verwendet wird, flüchtige oder andere giftige Substanzen enthalten und es ist zweckmäßig, die Gefahr zu minimieren, daß solche Substanzen in die Abgase freigesetzt werden.
In anderen Fällen wäre es zweckmäßig, wenn man in der Lage wäre, die Eigenschaften der Schmelze oder die Schmelzanalyse entweder als Antwort auf unerwünschte Variationen in den Eigenschaften der Schmelze (z. B. als Ergebnis der Verwendung von variablem Abfallmaterial als Teil der Charge) oder mit der Absicht, die Produktion von einer Faserart zu einer anderen Art zu ändern, rasch zu modifizieren.
Es wäre daher wünschenswert, wenn man in der Lage wäre, beträchtliche Mengen an pulverförmigem Material auf einem anderen Weg als über die Hauptbriketts oder eine andere Charge in den Schachtofen einzuführen, um die zufriedenstellende Produktion von MMV-Fasern der gewünschten Analyse aus in geeigneter Weise erhältlichen Materialien zu erleichtern.
Insbesondere wäre es wünschenswert, wenn man in der Lage wäre, dieses zusätzliche Material mit der Verbrennungsluft zuzuführen, die durch eine oder mehrere der Winddüsen zugeführt wird.
In der Regel ist es unpraktisch, das pulverförmige Material und die mitgeführte Luft auf die gleiche Temperatur wie die Verbrennungsluft vorzuwärmen (typischerweise 500 bis 550ºC). Die Zugabe von pulverförmigem Material durch die Winddüse hat daher die unvermeidliche Folge, daß ein relativ kaltes Pulver, das eine sehr viel höhere Wärmekapazität pro Volumeneinheit als die Verbrennungsluft aufweist, zusammen mit etwas relativ kalter Förderluft mit der Verbrennungsluft zugeführt wird. Dies führt unvermeidlicherweise zu einer beträchtlichen Abkühlung in den Winddüsen im Ofen und um sie herum. Dies kann eine unbefriedigende Verringerung der Temperatur der Schmelze herbeiführen und die Agglomeration des zugegebenen Materials und eine ungleichmäßige Schmelzzusammensetzung verursachen.
Die Schwierigkeiten verstärken sich, wenn der Schmelzpunkt des Pulvers ansteigt und wenn die zuzugebende Menge sich erhöht.
Die Schwierigkeiten bei der Zugabe von Pulver durch Winddüsen von Kupolöfen sind bereits bekannt, z. B. wie in EP-B-618419 erläutert. Dieses in dieser Veröffentlichung beschriebene besondere Verfahren beinhaltet die Zugabe von Pulver in eine Flamme eines Brenners mit Sauerstoff-haltigem Brennstoff. Leider ergeben sich daraus verschiedene Nachteile.
Die Energiekosten für einen Brenner mit Sauerstoff-haltigem Brennstoff sind höher als die Energiekosten für die Verbrennung von Brennstoff im Ofen (insbesondere bei Einsatz von Koks) und auf diese Weise erhöhen sich die Kosten des Verfahrens in unerwünschter Weise. Überdies verdünnen die Verbrennungsgase des Sauerstoffhaltigen Brennstoffs den Luftstrom in unzweckmäßiger Weise und sie ergeben, obwohl sie zur Bildung von mehr Energie in der Nähe der Winddüse führen können, keinen deutlichen Energieanstieg in den höheren Bereichen des Schachtofens. Ferner kann die Verbrennung endotherme Reaktionen zur Folge haben, wie z. B. die Boudouard-Reaktion und Wassergas-Reaktionen, und reduzierende Bedingungen fördern. Die Verdünnung der Gase im Ofen erhöht auch die Menge an Abgas.
Es ist allgemein bekannt, Materialien in den Ofen einzuführen. Z. B. beschreibt WO-A-87107591 die Zugabe von Sauerstoff und Brennstoff in den Zentralbereich eines Schachtofens. WO-A-90/07470 beschreibt die Zugabe von Mineralwollabfall in einen Ofen durch ein Leitungsrohr. Es wird angegeben, daß das zugegebene Abfallmaterial schmilzt, und es scheint, daß das beschriebene System darauf abzielt, das Mineralwoll-Abfallmaterial rasch zu schmelzen, bevor es den Ofen erreicht. Es scheint auch so, daß das Material nicht in der Nähe des Ofenbodens eingeführt wird, sondern nur in Richtung des Ofenbodens geleitet wird, nachdem es zugegeben worden ist.
US-A-5046144 ist ähnlich. In US-A-5046144 umfaßt ein System zum Schmelzen von Rohmaterial für die Mineralwollherstellung einen Schachtofen, in dem das Rohmaterial erwärmt wird, teilweise durch heißes Gas, das durch Plasmaerwärmen gebildet wird, und teilweise durch heißes Gas, das durch Verbrennung von Kohlenwasserstoffgas gebildet wird. Diese Veröffentlichung beschreibt die Möglichkeit der Zugabe von feinteiligem Mineralwollabfall in den heißen Gasstrom, der in der Plasmaerzeugungsvorrichtung gebildet wird. Als Temperatur für das Erwärmen mit Plasma wird etwa 5.000ºC angegeben, wobei feinteiliger Mineralwollabfall bei dieser Temperatur schmelzen würde.
Im Gegensatz dazu betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere die Schwierigkeit, Material durch die Winddüsen einzuführen, die um den Ofenboden herum angeordnet sind. Die vorherigen Veröffentlichungen sind daher nicht auf die vorstehend diskutierten Schwierigkeiten bei der Zuführung durch die Winddüse gerichtet, mit denen sich die Erfindung beschäftigt.
Nach der Erfindung wird ein Verfahren zur Bildung künstlicher glasartiger Fasern bereitgestellt, umfassend das Bereitstellen von granulärem mineralischem Material in einem Schachtofen, das Einblasen von Verbrennungsluft in den Ofen durch Winddüsen und das Erwärmen des mineralischen Materials durch Verbrennung von Brennstoff im Ofen und dadurch Bilden einer Schmelze von mineralischem Material und das Bilden von MMV-Fasern aus der Schmelze, wobei in diesem Verfahren pulverförmiges Material mit der Verbrennungsluft durch mindestens eine der Winddüsen eingeblasen wird und die Verbrennungsluft für zumindest diese Winddüse durch indirekte Erwärmung oder Plasmabrenner- Erwärmung auf über 700ºC vorgewärmt wird.
Als Ergebnis der indirekten Erwärmung oder der Plasmabrenner-Erwärmung werden die Nachteile überwunden, die mit Brennern mit Sauerstoff-haltigem Brennstoff verbunden sind. Als Folge des Vorwärmens der Verbrennungsluft auf über 700ºC ist sie genügend warm, so daß beträchtliche Mengen an pulverförmigen Material (selbst von hoher Wärmekapazität pro Volumeneinheit und/oder hohem Schmelzpunkt) zugegeben werden können, ohne daß sich eine Abkühlung und andere Probleme mit der Schmelze im Schachtofen ergeben.
Nach der Erfindung wird pulverförmiges Material in den Ofen eingeblasen. Dies steht im Gegensatz zum System von z. B. WO-A-90/07470, in welchem anscheinend das rasche Schmelzen des Mineralwollabfalls vor Erreichung des Ofens beabsichtigt ist. In der Erfindung ist das eingeblasene Material pulverig, d. h. es liegt am Punkt des Eintritts in den Ofen in fester Form vor. Es ist vorgewärmt, bevor es den Ofen erreicht. Es wird im Ofen und nicht beim Transport in Richtung des Ofens in oder vor den Winddüsen geschmolzen.
Natürlich ist es notwendig, hitzebeständigen Stahl oder eine andere wärmebeständige Legierung für alle Oberflächen einzusetzen, die mit der vorgewärmten Luft in Kontakt kommen, da normale Stahlsorten in der Regel bei Temperaturen oberhalb 550ºC nicht ausreichend wärmebeständig sind. Die Kosten für die Verwendung dieser speziellen wärmebeständigen Stahlsorten oder anderer Legierungen sind jedoch gerechtfertigt, da die Möglichkeit besteht, beträchtliche Mengen an brauchbaren pulverförmigen Materialien ohne unzweckmäßiges Abkühlen der Schmelze oder unerwünschte Änderungen in den chemischen Bedingungen im Ofenboden einzuführen.
Die Verbrennungsluft wird auf über 700ºC erwärmt, vorzugsweise auf mindestens 750ºC, im allgemeinen mindestens 800ºC und vorzugsweise mindestens 850ºC. Es ist gewöhnlich unnötig, daß sie auf eine Temperatur von über 1.200ºC erwärmt wird und häufig ist etwa 1.000 oder 1.050ºC ein zweckmäßiges Maximum.
Die Verbrennungsluft kann unter Verwendung eines Plasmabrenners auf die gewünschte Temperatur erwärmt werden, da dieser in der Lage ist, den gewünschten Temperaturanstieg der Verbrennungsluft ohne Bildung übermäßiger Abgasmengen und ohne Ausbildung unerwünschter Änderungen in der chemischen Umgebung im Ofen zu ergeben. Im allgemeinen wird aber eine indirekte Erwärmung eingesetzt.
Die indirekte Erwärmung der Verbrennungsluft kann durch einen Strahlungsbrenner oder mittels Wärmeaustausch, z. B. durch Durchgang durch elektrische Heizelemente, erfolgen. Die Angabe, daß indirekte Erwärmung verwendet wird, soll jedes geeignete Verfahren zur Erzeugung der Temperaturen umfassen, das keine beträchtlichen Mengen an Brennstoffverbrennung innerhalb der Verbrennungsluft bei Annäherung an oder Eintritt in die Winddüsen beinhaltet.
Wenn das pulverförmige Material nur durch eine Winddüse zugegeben wird, genügt es, daß nur die Verbrennungsluft für diese Winddüse auf über 700ºC oder 750ºC vorgewärmt wird. Wenn das pulverförmige Material über mehr als eine Winddüse zugegeben wird, muß die Verbrennungsluft für jede Winddüse, durch die pulverförmiges Material zugegeben wird, vorgewärmt werden.
Die Verbrennungsluft, die durch die Winddüsen zugeführt wird, wird im allgemeinen von einem Gebläsewindverteilerring geliefert, der mit jeder Winddüse über ein Verbindungsrohr verbunden ist. Nach der Erfindung kann dieses Verbindungsrohr einen Wärmeaustauscher beinhalten oder durch diesen hindurch gehen, wie über elektrische Heizelemente oder über die Außenseite eines Strahlungsbrenners, wodurch die Luft auf über 700ºC erwärmt wird.
Das pulverförmige Material, das durch die Winddüsen zugegeben wird, hat im allgemeinen eine Größe von nicht mehr als 3 mm, typischerweise 0,1 bis 2 mm. Es sollte so trocken wie möglich sein, typischerweise mit einem Feuchtigkeitsgehalt unter 20%.
Das Pulver wird im allgemeinen von einer gesonderten Kalt- oder Kühlluftzuführung mitgeführt, durch die es in die Verbrennungsluft ausgestoßen wird, wenn sie sich den Winddüsen nähert oder durch sie hindurchtritt. Diese gesonderte Luftzuführung kann selbst vorgewärmt werden, entweder auf mäßige Temperaturen, z. B. bis zu 150ºC, oder auf höhere Temperaturen, z. B. soviel wie 300ºC. Die Menge an mitführender Luft liegt im allgemeinen bei 5 bis 30% (bezogen auf das Volumen bei Standarddruck) der Gesamtmenge an Verbrennungsluft und mitführender Luft, die durch eine Winddüse gedrückt wird.
Die Winddüse kann einen herkömmlichen Aufbau aufweisen, mit Ausnahme der Bereitstellung eines Rohres oder einer anderen Einrichtung, im allgemeinen koaxial zur Winddüse, zum Einblasen des in Kühl- oder Kaltluft mitgeführten Pulvers. Das Pulver kann durch einen Luftschleusen-Drehdosierer oder durch irgendeine andere geeignete Vorrichtung, die zur Bereitstellung eines Stroms von in Kühlluft mitgeführtem Pulver bekannt ist, in die Luft eingeblasen werden.
Bei dem Ofen kann es sich um irgendeinen Schachtofen handeln, dem Verbrennungsluft durch Winddüsen zugeführt wird. Der Ofen umfaßt eine Schichtung von mineralischem Material, das durch Verbrennung von Gas oder vorzugsweise festem Kohlenstoff-haltigem Brennstoff im Schachtofen erwärmt wird. Geschmolzenes Material sammelt sich gewöhnlich am Boden des Ofens als Sumpf oder kann bei Bildung abfließen. Die Winddüsen befinden sich üblicherweise gerade oberhalb des Ofenbodens und somit gerade oberhalb des Sumpfes, sofern ein solcher vorliegt. Typischerweise handelt es sich bei dem Ofen um einen Kupolofen.
Die Gesamtmenge an pulverförmigem Material, die durch eine oder mehrere Winddüsen zum Ofen gegeben wird, beträgt im allgemeinen 1 bis 25%, häufig 2 oder 3% bis zu etwa 15 oder 20%, bezogen auf die Gesamtmasse an mineralischer Charge zum Ofen und dem Pulver, das über die Winddüsen zugegeben wird.
Bei dem pulverförmigen Material kann es sich um jedes Material handeln, das bei Zugabe durch die Winddüse oder die Winddüsen im Ofen schmelzbar oder brennbar ist (obwohl es nicht schmilzt, bevor es den Ofen erreicht). Gewöhnlich stellt es ein Mineral dar, aber es kann auch etwas Koksstaub oder anderes pulverförmiges Kohlenstoff-haltiges Material zugegeben werden, falls gewünscht. Mischungen von anorganischem und organischem (brennbarem) Material können verwendet werden. Z. B. kann eine Mischung von 20 bis 80% anorganischen und 80 bis 20% organischen Materialien sowohl zur mineralischen Schmelze als auch zur Wärmeenergie beitragen.
Besteht der Hauptzweck der Zugabe des Minerals in der Änderung der Analyse der Schmelze, z. B. um die Menge mindestens eines Elementes um mindestens 2% (bezogen auf das Gewicht an Oxiden auf Basis der Gesamtmenge der Schmelze) anzuheben, dann handelt es sich bei dem Pulver um ein Rohmaterial, das bezüglich des gewünschten Elementes einen hohen Gehalt (z. B. über 20% oder 40%, gemessen als Oxid) aufweist und das im wesentlichen frei von giftigen oder flüchtigen Komponenten sein kann. Wenn z. B. gewünscht wird, die Menge an Aluminium in der Schmelze zu steigern, können Bauxit, Korund, Kaolinitton mit hohem Aluminiumgehalt oder Mineralien mit hohem Aluminiumgehalt, wie z. B. Gehlenit, Sillimanit, Kyanit oder Andalusit, oder zerkleinerte Schamottetonsteine zugegeben werden. Andere geeignete Materialien beinhalten Abfallmaterialien mit hohem Aluminiumgehalt, die nachstehend erläutert sind. Beispiele für andere Additive, die eingesetzt werden können, sind Kalk (liefert Ca), Quarzsand (z. B. Formsand) zur Bereitstellung von Si, Hämatit oder Magnetit zur Bereitstellung von Fe, oder Dolomit, Magnesit, Olivinsand oder Fe-Cr-Schlacke zur Bereitstellung von Mg.
Geeignete biolösliche Fasern mit hohem Aluminiumgehalt, die nach der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise hergestellt werden können, sind in WO-A-96/14454 und WO-A-96/14274 beschrieben. Andere sind in WO-A-97/29057, DE-U-2970027 und WO-A-97/30002 beschrieben. Es sollte auf jedes von diesen Bezug genommen werden. Im allgemeinen weisen die Fasern und die Schmelze, aus der sie gebildet werden, eine Analyse (gemessen als Gew.-% Oxide) innerhalb der verschiedenen Bereiche auf, die durch die folgenden normalen und bevorzugten unteren und oberen Grenzen definiert sind:
SiO&sub2; mindestens 30, 32, 35 oder 37, nicht mehr als 51, 48, 45 oder 43
Al&sub2;O&sub3; mindestens 14, 15, 16 oder 18, nicht mehr als 35, 30, 26 oder 23
CaO mindestens 2, 8 oder 10, nicht mehr als 30, 25 oder 20
MgO null oder mindestens 2 oder 5, nicht mehr als 25, 20 oder 15
FeO (einschließlich Fe&sub2;O&sub3;) 0, mindestens 2, 5, nicht mehr als 15, 12 oder 10
FeO + MgO mindestens 10, 12, 15, nicht mehr als 30, 25, 20
Na&sub2;O + K&sub2;O null oder mindestens 1, nicht mehr als 19, 14, 10
CaO + Na&sub2;O + K&sub2;O mindestens 10, 15, nicht mehr als 30, 25
Ti&sub2;O null oder mindestens 1, nicht mehr als 6, 4, 2
Ti&sub2;O + FeO mindestens 4, 6, nicht mehr als 18, 12
B&sub2;O&sub3; null oder mindestens 1, nicht mehr als 5, 3
P&sub2;O&sub5; null oder mindestens 1, nicht mehr als 8, 5
Andere null oder mindestens 1, nicht mehr als 8, 5
Die Fasern haben vorzugsweise eine Sintertemperatur über 800ºC, bevorzugter über 1.000ºC.
Die Schmelze weist vorzugsweise eine Viskosität bei Faserbildungstemperatur von 5 bis 100 Poise, bevorzugter 10 bis 70 Poise, bei 1.400ºC auf.
Die Fasern haben vorzugsweise eine angemessene Löslichkeit in Lungenflüssigkeit, nachgewiesen durch in vivo-Tests oder in vitro-Tests, die typischerweise in einer physiologischen Kochsalzlösung, die auf einen pH-Wert von 4, 5 gepuffert ist, ausgeführt werden. Geeignete Löslichkeiten sind in WO-A-96/14454 beschrieben. Gewöhnlich beträgt die Auflösungsrate in dieser Kochsalzlösung mindestens 10 oder 20 nm pro Tag.
Die bevorzugten Fasern, die nach der Erfindung hergestellt werden, weisen eine Analyse auf, die mindestens zu 15%, gewöhnlich mindestens 17% und am häufigsten mindestens 18% Al&sub2;O&sub3;, z. B. bis zu 30, 35 oder 40%, enthält.
Die Erfindung kann verwendet werden, wenn das durch die Winddüse oder die Winddüsen einzublasende pulverförmige Material pulverförmiges Abfallmaterial ist. Pulverförmiges Abfallmaterial, das mit mindestens 0,01% oder mindestens 0,1% flüchtigen und/oder giftigen Komponenten, wie z. B. Quecksilber, Zink, Cadmium, Blei, Arsen, Zinn, Antimon oder Schwefel, oder mindestens 0,3% Halogen verunreinigt ist, ist insbesondere bevorzugt.
Als Ergebnis der Erfindung können diese Abfallstoffe mit den damit verbundenen giftigen oder flüchtigen Komponenten nun in fester Form sehr nahe an der Schmelze in den Ofen eingeführt werden, wodurch die Aufnahme des pulverförmigen Materials in die Schmelze gefördert wird. Dies ist vorteilhaft, weil Verflüchtigung oder eine andere Einschleppung in das Abgas des Ofens minimiert wird, wobei man in die Lage versetzt wird, die relativ giftigen Abfallmaterialien oder andere Abfallmaterialien als brauchbaren und damit sehr wirtschaftlichen Anteil der Gesamtmineralcharge bereitzustellen.
Geeignete Abfallmaterialien, die auf diesem Wege zugegeben werden können, umfassen Schlacken aus der Hüttenindustrie, insbesondere Schlacken aus der Stahlproduktion, wie Konverterschlacken, Pfannenschlacken oder EAF- Schlacken, und Schlacken aus der Eisenlegierungsindustrie, wie Ferrochrom-, Ferromangan- oder Ferrosiliciumschlacken, Schlacken und Rückstände aus der Primärproduktion von Aluminium, wie verbrauchte Aluminiumbehälterverkleidung oder Rotschlamm, getrockneten Schlamm oder Naßschlamm aus der Papierindustrie, Klärschlamm, Bleicherde, Rückstände aus der Hausmüllverbrennung und der Industriemüllverbrennung, insbesondere Schlacken oder Filteraschen aus der Verbrennung von festem Hausmüll, Glasabfall (oder Schlacken) aus der Verglasung anderer Abfallprodukte, Glasbruch, Abfallprodukte aus der Montanindustrie, insbesondere Grubenstein aus dem Kohleabbau, Rückstände aus der Verbrennung von fossilen Brennstoffen, insbesondere aus der Verbrennung von Kohle in Kraftwerken, verbrauchten Schleifsand, verbrauchten Formsand aus dem Eisen- und Stahlguß, Siebsandabfall, glasverstärkten Kunststoff und Feinteile und Bruchabfall aus der Keramik- und Ziegelindustrie. Andere geeignete Abfälle mit einem hohen Aluminiumgehalt sind Schlacken und Rückstände aus der Sekundärproduktion von Aluminium, die häufig allgemein als "Aluminiumkrätze" oder "Aluminiumoxidkrätze" beschrieben werden. Es können insbesondere Abfallmaterialien verwendet werden, die 0,5 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 6 Gew.-%, bevorzugter unter 5 Gew.-% metallisches Aluminium und 50 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise unter 85 Gew.-%, bevorzugter 60 bis 72 Gew.-% Aluminiumoxid, Al&sub2;O&sub3;, aufweisen. Abfälle aus Aluminiumgießverfahren sind besonders geeignet. Dieses Verfahren liefert ein spezielles Aluminium-reiches Abfallmaterial, das in der Industrie als "Alukrätze" bezeichnet wird. Dies enthält in der Regel beträchtliche Anteile an metallischem Aluminium und wird daher behandelt, um das Aluminiummetall zurückzugewinnen. Die Alukrätze wird im allgemeinen zerkleinert, gemahlen und gesiebt. Dies ergibt etwas Aluminium für den Wiederverkauf und eine Aluminium-reiche Fraktion, die zur Wiederverwendung in einen Ofen gegeben wird. Als Nebenprodukt wird auch ein Aluminium-reiches Pulver gebildet, das als "zerkleinerte Alukrätze" bezeichnet wird. Die Aluminium-reiche Fraktion wird gegebenenfalls zusammen mit anderen Aluminium enthaltenden Abfallmaterialien zum Wiederaufschmelzen in einen Ofen gegeben. Dabei kann es sich um einen Drehofen oder einen Brennofen handeln. Der Aluminiumabfall kann mit Plasma erwärmt werden. Es kann auch ein herkömmlicher Ofen verwendet werden. In den Ofen wird gewöhnlich Salz gegeben, um die Oberflächenspannung des Aluminiums zu verringern und die Oxidation zu vermindern. Dieses Verfahren erzeugt eine Aluminiumfraktion für den Wiederverkauf, mehr Alukrätze und ein Salzschlackenmaterial. Die Salzschlacke kann mit einem naßchemischen Verfahren (das Waschen mit Wasser und eine Hochtemperaturbehandlung beinhaltet) behandelt werden, das eine Salzfraktion, die zum Ofen zurückgeführt wird, und ein weiteres Aluminium-reiches Pulver, das als »behandelte Aluminiumsalzschlacke" bezeichnet wird, erzeugt. Materialien dieses Typs werden für die Aufnahme in Briketts in der Veröffentlichung WO-A-99128252 beschrieben, worauf Bezug genommen werden sollte. Frisches, toxisches Gestein kann auch als Abfall verwendet werden.
Die Erfindung ist von besonderem Wert, wenn der Schmelzpunkt des Pulvers über 1.200ºC und vorzugsweise über 1.500ºC, z. B. 1.600ºC bis 2.000ºC, liegt. Eine Erwärmung der Verbrennungsluft auf Temperaturen darunter wärmt vor, schmilzt aber das Pulver nicht.
Eine wichtige Gruppe pulverförmiger Materialien, die nach der Erfindung verwendet werden können, sind solche, die sowohl organische als auch anorganische Komponenten enthalten, da die organischen Komponenten zur Verbrennung im Ofen beitragen, vorausgesetzt daß ausreichend Sauerstoff mitgeführt wird. Auf diese Weise können Verfahren, in denen das pulverförmige Material 20 bis 80 Gew.-% anorganisches Material und 80 bis 20 Gew.-% organisches Material enthält, gleichzeitig zur anorganischen Schmelze und zur Verbrennung beitragen. Beispiele von pulverförmigen Materialien, die für diesen Zweck zugegeben werden können, sind Schlämme aus der Papiererzeugung, die anorganische Füllstoffe enthalten, kommunale Schlammabfälle, die anorganische Rückstände enthalten, und glasverstärkter Kunststoff. Dies wird ausführlicher in der Veröffentlichung WO-A-99128250 beschrieben.
Das pulverförmige Material kann durch nur eine der Winddüsen oder durch einige oder durch alle Winddüsen eingeblasen werden. Es kann kontinuierlich oder diskontinuierlich eingeblasen werden. Die chemische Analyse der Schmelze oder der Fasern, die aus der Schmelze gebildet sind, kann z. B. mitlaufend überwacht werden, z. B. durch Laserplasmaspektroskopie oder Laserinduzierte Aufbauspektroskopie oder Röntgenstrahlfluoreszenz, und pulverförmiges Material kann zu einer oder mehreren Winddüsen als Reaktion auf den überwachten Wert zugegeben werden, wie in unserer Veröffentlichung WO-A-99/28251 beschrieben.
Das granuläre mineralische Material im Ofen weist typischerweise eine Größe von mehr als 50 mm auf. Es kann sich um zerkleinertes Gestein handeln, liegt aber häufig in Brikettform vor. Bei dem Material kann es sich um jedwedes mineralische Material handeln, das herkömmlicherweise zur Bildung von MMVF-Produkten verwendet wird. Dabei kann es sich um frisches Gestein oder zurückgeführtes MMFV-Produkt oder Abfallmaterialien aus anderen Verfahren handeln, es sollte sich aber vorzugsweise um solche handeln, die im wesentlichen frei von flüchtigen oder giftigen Komponenten, wie Cadmium, Quecksilber, Zink, Blei, Schwefel und Halogen, sind. Die Charge zum Ofen umfaßt im allgemeinen Koks oder einen anderen Kohlenstoff-haltigen Brennstoff.
Die MMV-Fasern können aus der faserbildenden mineralischen Schmelze in üblicher Weise hergestellt werden. Im allgemeinen werden sie durch ein Schleuderfaserbildungsverfahren hergestellt. Z. B. können die Fasern durch ein Schleuderbecherverfahren gebildet werden, in welchem die Schmelze durch Perforationen in einem Schleuderbecher nach außen geworfen wird, oder die Schmelze kann von einer Drehscheibe abgeschleudert werden und die Faserbildung kann durch Einblasen von Gasstrahlen durch die Schmelze gefördert werden oder die Faserbildung kann durch Gießen der Schmelze auf den ersten Rotor einer Kaskaden-Schleudervorrichtung ausgeführt werden. Vorzugsweise wird die Schmelze auf den ersten eines Satzes von zwei, drei oder vier Rotoren gegossen, die sich jeweils im wesentlichen um eine horizontale Achse drehen, wodurch die Schmelze auf dem ersten Rotor überwiegend auf den zweiten (unteren) Rotor geschleudert wird, obwohl etwas von dem ersten Rotor als Fasern abgeschleudert werden kann, und die Schmelze auf dem zweiten Rotor als Fasern abgeschleudert wird, obwohl etwas zum dritten (unteren) Rotor geschleudert werden kann, usw.
Die Erfindung beinhaltet eine neue Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Daher wird entsprechend einem zweiten Aspekt der Erfindung ein Schachtofen bereitgestellt, der zur Herstellung von künstlichen glasartigen Fasern geeignet ist, mit Wänden, innerhalb derer eine Schichtung von granulärem Material geschmolzen werden kann, um eine Schmelze zu bilden, Winddüsen, durch die Verbrennungsluft in den Ofen geblasen werden kann, und eine Einrichtung zum Einblasen von pulverförmigem Material in den Ofen mit der Verbrennungsluft durch mindestens eine der Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen eine Einrichtung zur Vorwärmung der Verbrennungsluft für mindestens diese Düse auf über 700ºC durch indirekte Erwärmung oder durch Plasmabrenner-Erwärmung beinhaltet. In einem weiteren Aspekt umfaßt die Vorrichtung zur Herstellung von künstlichen glasartigen Fasern einen Schachtofen dieses Typs und eine Einrichtung zum Bilden von Fasern aus der im Ofen gebildeten Schmelze.
Eine geeignete Vorrichtung wird in den Fig. 1 und 2 der beigefügten Zeichnungen erläutert, bei denen es sich um schematische Darstellungen eines Teils von zwei unterschiedlichen Formen der Vorrichtung handelt, die zur Durchführung der Erfindung geeignet sind.
In Fig. 1 wird ein Teil eines Kupol-Schachtöfens 1 mit wassergekühlten Hohlwänden 3, gefüllt mit einer Charge von Briketts 2, gezeigt. Eine übliche Winddüse 5 ist mit einem herkömmlichen Windring 4 verbunden, der Verbrennungsluft bei 500ºC liefert. Ein enges Rohr 6 erstreckt sich durch die Winddüse und gibt das von Kaltluft mitgeführte Pulver, das von einem Rohr 7 geliefert wird, ab. In einer herkömmlichen Vorrichtung wäre der Windring 4 direkt mit der Winddüse 5 verbunden, aber in Fig. 1 wird der Gebläsewind durch eine elektrische Elemente 9 enthaltende Überhitzungsstufe 8 geleitet, durch die er vor Eintritt in die Winddüse 5 indirekt auf etwa 900ºC aufgeheizt wird.
Die Schichtung der Briketts 2 schmilzt allmählich im Ofen auf Grund der Verbrennung von Koks in den Briketts unter Bildung eines Schmelzsumpfes 21, der sich in üblicher Weise am Boden der Schichtung anreichert. Es liegt eine übliche Anordnung einer Auslaßöffnung 22 vor, durch die Schmelze in eine Abstichrinne 23 abfließt, von der sie auf den obersten Rotor 24 einer Kaskaden-Schleudervorrichtung 25 gegossen wird. Fasern werden durch diese Rotoren der Schleudervorrichtung in üblicherweise gebildet.
In Fig. 2 ist ein Großteil der Vorrichtung wie in Fig. 1, aber die elektrische Heizvorrichtung 9 ist weggelassen und durch einen Plasmabrenner 11 ersetzt. Der Plasmabrenner 11 weist eine Anode und eine Kathode auf, die sich beide im gleichen Rohr befinden, in dem ein Plasmabogen 12 gebildet wird. Die Stromversorgung für den Plasmabrenner ist als 13 gezeigt und umfaßt einen Transformator 14 und Gleichrichter 15. Eine geringe Gasmenge wird mittels des Kompressors 17 durch das Rohr 16 geblasen, um die durch den Plasmabogen 12 erzeugte Wärme zu transferieren. Das Gas ist typischerweise Luft.
Beim Einsatz der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung in einem Kupolofen, aber ohne das Erwärmen von 500ºC auf 900ºC, war es möglich, 400 kg/h granulierten Mineralwollabfall mit einer Schmelztemperatur von etwa 1.200ºC ohne eine erkennbare nachteilige Wirkung auf den Schmelzsumpf einzublasen. Wenn Bauxit mit einem Schmelzpunkt von 1.900ºC unter ähnlichen Bedingungen eingeblasen wurde, betrug die Höchstmenge, die eingeblasen werden konnte, bevor ein Zusetzen auftrat, etwa 70 kg/h. Wenn aber die indirekte Erwärmung angewendet wurde, um die Verbrennungsluft auf etwa 900ºC zu erwärmen, erhöhte sich die Menge an Bauxit, die zugegeben werden konnte, auf etwa 250 kg/h, bevor eine nachteilige Wirkung beobachtet wurde.

Claims

1. Verfahren zum Bilden von künstlichen glasartigen Fasern (MMV-Fasern) umfassend das Bereitstellen einer Schichtung (2) von granulärem mineralischem Material in einem Schachtofen (1), das Einblasen von Verbrennungsluft in den Ofen durch Winddüsen (5) und das Erwärmen der Schichtung durch Verbrennung von Brennstoff im Ofen und dadurch Bilden einer Schmelze (21) von mineralischem Material und das Bilden von MMV-Fasern aus der Schmelze, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren das Einblasen von pulverförmigem Material in den Ofen mit der Verbrennungsluft durch mindestens eine der Winddüsen umfaßt und wobei die Verbrennungsluft für zumindest diese Winddüse durch indirekte Erwärmung oder Plasmabrenner- Erwärmung auf über 700ºC vorgewärmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem der Ofen ein Kupolofen ist, der festes, brennbares Material enthält.

3. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem die Verbrennungsluft für die oder jede Winddüse, durch die pulverförmiges Material eingeblasen wird, auf eine Temperatur von 800 bis 1.200ºC vorgewärmt wird.

4. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem das Vorwärmen durch indirekten Wärmeaustausch mit elektrischen Heizeinrichtungen (9) oder einem Strahlungsbrenner ausgeführt wird.

5. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem das pulverförmige Material, das mit der Verbrennungsluft durch eine Winddüse eingeblasen wird, zu dieser Winddüse geführt wird, während es von kalter Luft mitgeschleppt wird.

6. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem das pulverförmige Material einen Schmelzpunkt über 1.500ºC aufweist.

7. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem das pulverförmige Material ein pulverförmiges Abfallmaterial ist.

8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, in welchem das pulverförmige Material ein pulverförmiges Abfallmaterial ist, das eine Mischung von 20 bis 80 Gew.-% anorganischem Material und 80 bis 20 Gew.-% organischem Material darstellt.

9. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem das pulverförmige Material als Antwort auf eine Änderung in der chemischen Zusammensetzung der Schmelze zugegeben wird.

10. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem das pulverförmige Material mindestens 20% Aluminium, gemessen als Oxid, enthält und die Fasern mindestens 15% Al&sub2;O&sub3; enthalten.

11. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem das pulverförmige Material in den Ofen durch nur eine Winddüse eingeblasen wird.

12. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem die Gesamtmenge an pulverförmigem Material, die in den Ofen mit der Verbrennungsluft durch mindestens eine der Winddüsen eingeblasen wird, 1 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 2 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der mineralischen Charge plus pulverförmiger Materialien, beträgt.

13. Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, in welchem das pulverförmige Material ein pulverförmiges Abfallmaterial ist, das mit mindestens 0,01%, vorzugsweise mindestens 0,1%, flüchtiger und/oder giftiger Komponenten oder mindestens 0,3% Halogen verunreinigt ist.

14. Schachtofen (1), der für die Verwendung bei der Herstellung von künstlichen glasartigen Fasern geeignet ist, mit Wänden (3), innerhalb derer eine Schichtung (2) von granulärem Material unter Bildung einer Schmelze (21) geschmolzen werden kann, Winddüsen (5), durch die Verbrennungsluft in den Ofen eingeblasen werden kann, und einer Einrichtung zum Einblasen von pulverförmigem Material in den Ofen mit der Verbrennungsluft durch mindestens eine der Winddüsen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ofen eine Einrichtung (9) zum Vorwärmen der Verbrennungsluft für zumindest diese Winddüse auf über 700ºC durch indirektes Erwärmen oder Erwärmen mit einem Plasmabrenner beinhaltet.

15. Vorrichtung für die Herstellung von künstlichen glasartigen Fasern umfassend einen Schachtofen (1) nach Anspruch 14 und eine Einrichtung zum Bilden von Fasern aus der im Ofen gebildeten Schmelze (21).