DE69904325T2

DE69904325T2 - Verfahren und vorrichtung zum zentrifugieren von mineralfasern

Info

Publication number: DE69904325T2
Application number: DE69904325T
Authority: DE
Inventors: Daniel Guyot; Guy Tuffal
Original assignee: Saint Gobain Isover SA France
Current assignee: Saint Gobain Isover SA France
Priority date: 1998-06-12
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2003-08-21
Anticipated expiration: 2019-06-11
Also published as: FR2779713A1; AU4148299A; CA2334765A1; EP1087912A1; US6596048B1; EP1087912B1; ES2188173T3; JP2002518282A; CA2334765C; WO1999065835A1; DE69904325D1; AU749774B2; JP4477236B2; FR2779713B1

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Mineralfasern vom Typ Glasfasern mit kleinem Durchmesser, speziell von höchstens 3 um, um sie in Papier einzubauen, das insbesondere zur Herstellung von Aerosolfiltern oder Batterieseparatoren verwendet wird.
Aus den Patenten EP-B-0 267 092 und EP-B-0 430 770 sind Papierblätter für solche Verwendungen bekannt, die Fasern enthalten. Dabei handelt es sich im Allgemeinen um ein Gemisch aus zwei Faserarten: feinen Fasern mit einem mittleren Durchmesser von mindestens etwa 2 bis 3 um und sehr feinen Fasern mit einem Durchmesser von kleiner als 1 um. Dabei sind erstere insbesondere vorgesehen, das Papier mechanisch zu verfestigen, indem ihm das notwendige Volumen verliehen wird, während letztere für die Porosität zuständig sind, die ihm seine Filtrationseigenschaften verleiht. Wie in diesen zwei Patenten vorgeschlagen, können die zwei Faserarten vorteilhafterweise durch ein als Innenzentrifugieren bezeichnetes Verfahren erhalten werden, das außerdem in breitem Umfang zur Herstellung von Fasern angewendet wird, die verwendet werden, um Wärmeschutz- oder Schallschutzerzeugnisse herzustellen. Schematisch besteht dieses Verfahren darin, einen Glasstrahl in eine Zentrifuge zu leiten, die auch als Schleuderteller bezeichnet wird, sich mit hoher Geschwindigkeit dreht und im Umfang mit einer sehr großen Anzahl von Öffnungen durchbohrt ist, durch welche die Glasschmelze unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft in Form von Filamenten hinausgeschleudert wird. Diese Filamente werden dann der Einwirkung eines ringförmigen Ziehstroms mit hoher Temperatur und Geschwindigkeit unterworfen, der entlang der Zentrifugenwand strömt, sie dünner macht und zu Fasern umwandelt. Die gebildeten Fasern werden vom gasförmigen Ziehstrom zu einer Aufnahmevorrichtung gezogen, die im Allgemeinen aus einem gasdurchlässigen Mantel besteht. Dieses bekannte Verfahren ist Gegenstand zahlreicher Perfektionierungen, insbesondere derjenigen, die in den Patenten EP-B-0 189 534 bzw. EP-B-0 519 797 gelehrt werden.
Für den Wärme- oder Schallschutz haben die durch ein solches Verfahren hergestellten Fasern im Allgemeinen einen Durchmesser von größer als 3 um und im Allgemeinen von etwa 4 bis 4,5 um bis zu 12 um, wobei daher das Verfahren mit seinen herkömmlichen Betriebsparametern nicht angewendet werden kann, um die weiter oben genannten feinen bzw. sehr feinen Fasern zu erhalten. Deshalb sind bestimmte Anpassungen notwendig, um durch dieses Verfahren feine Fasern zu erhalten. So wird im oben genannten Patent EP-B-0 267 092 insbesondere eine spezielle Wahl der Geschwindigkeit des Ziehgases vorgeschlagen, um sie zu erhalten.
Deshalb liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung der Spinnvorrichtung und des Spinnverfahrens durch Innenzentrifugieren von feinen Mineralfasern mit einem Durchmesser von höchstens 3 um bereitzustellen, wobei diese Vorrichtung insbesondere auf die Qualität der erhaltenen Fasern und/oder die Produktivität ihrer Herstellung gerichtet ist.
Deshalb hat die Erfindung vor allem eine Vorrichtung zum Innenzentrifugieren von Mineralfasern mit einem Durchmesser von kleiner als oder gleich 3 um, die eine Zentrifuge umfasst, die mit einem mit Öffnungen durchbohrten umfänglichen Mantel versehen ist und eine Spinnhöhe von kleiner als oder gleich 35 mm, vorzugsweise kleiner oder gleich 32,5 oder 30 mm, und beispielsweise von 16 bis 32,5 mm aufweist, zum Gegenstand.
Erfindungsgemäß wird mit "Spinnhöhe" der Zentrifuge die Entfernung definiert, die den höchsten Punkt der Öffnungen des umfänglichen Mantels von dessen tiefsten trennt, wobei "hoch" und "tief" unter Bezugnahme auf die Zentrifuge zu verstehen sind, die in Zentrifugierposition, d. h. in einer im Wesentlichen vertikalen (Rotations-)Achse, angeordnet ist.
Herkömmlicherweise werden Fasern mit Standarddurchmesser zu Isolationszwecken mittels Zentrifugen mit einem breiten umfänglichen Mantel hergestellt, der, um eine Vorstellung von der Größenordnung zu vermitteln, eine Spinnhöhe von mindestens 40 mm hat. Man ist daran interessiert, eine große Spinnhöhe zu wählen, da diese es erlaubt, die Anzahl der Öffnungen im umfänglichen Mantel zu erhöhen und über eine große Anzahl von Öffnungsreihen zu verfügen, die zu einer Erhöhung der Produktionskapazität führt, die oftmals auch als Ausstoß bezeichnet wird und gleich den Kilogramm Glasfasern ist, die pro Tag und Zentrifuge produziert werden. Diese Überlegung hat selbstverständlich ihre Grenzen, da die Produktionskapazität ebenfalls von anderen Parametern abhängig ist und nicht um den Preis einer zu großen Menge an beispielsweise Fehlfasern, Körnchen und Störungen der Zentrifuge erhalten werden darf. Somit müssen ebenfalls beispielsweise die Temperaturgradienten, die sich über die Höhe des umfänglichen Mantels bilden können, oder die Tatsache, dass das sich auf hoher Temperatur befindende Ziehgas gegebenenfalls nicht auf alle Öffnungsreihen denselben Einfluss hat, berücksichtigt werden.
Dabei hat sich gezeigt, dass die Qualität der feinen Fasern mit einem Durchmesser von weniger als 3 um beträchtlich ver bessert werden kann, indem eine bestimmte Spinnhöhe von weniger als 35 bis 30 mm oder noch darunter ausgewählt wird, d. h. mit Werten, die deutlich unter denjenigen liegen, die herkömmlicherweise verwendet werden und die bisher verwendet worden sind, um feine Fasern mit einem Durchmesser von unter 3 um herzustellen. Mit einem solchen Typ einer Zentrifuge mit niedrigerer Höhe konnte festgestellt werden, dass die hergestellten feinen Fasern viel formstabiler waren, mit einem sehr verringerten Anteil von Fehlern vom Typ Fehlfasern/Körner oder miteinander verklebter Fasern, und sehr zufriedenstellende mechanische Eigenschaften hatten, insbesondere was die Elastizitätsgrenze bei Zug betrifft.
Außerdem war die Verwendung der Zentrifuge einfacher und weniger schwierig als diejenige, die bisher bei der Herstellung von feinen Fasern vorgefunden wurde. Diese Verbesserung der Qualität und der besseren industriellen Durchführbarkeit wurde außerdem nicht auf Kosten einer Verringerung der Produktionskapazität erhalten, die ökonomisch untragbar gewesen wäre, einerseits da die feinen Fasern mit einem sehr speziellen Verwendungszweck einen hohen Mehrwert haben, und man sich auch eine etwas niedrigere Produktionskapazität leisten kann als diejenige, die bei Standardfasern erhalten wird, und andererseits, da es möglich wurde, die Abnahme der Produktionskapazität wenigstens teilweise zu begrenzen, indem die Lochdichte im umfänglichen Mantel erhöht wurde.
Vorteilhafterweise wird die erfindungsgemäße Zentrifuge mit einem mittleren Durchmesser von kleiner als oder gleich 800 mm und insbesondere von mindestens 200 mm, beispielsweise von etwa 200, 400 oder 600 mm, gewählt.
Um feine Fasern mit einem Durchmesser von höchstens 3 um zu erhalten, ist es bevorzugt, dass die Öffnungen der Zentrifuge einen Durchmesser von höchstens 1,5 mm, beispielsweise von höchstens 1,2 mm, insbesondere 1,1 bis 0,5 mm, beispielsweise von zwischen 0,9 und 0,7 mm, besitzen (man bezieht sich hier auf einen "Durchmesser", da diese Öffnungen im Allgemeinen alle kreisförmig gewählt werden, es jedoch nicht ausgeschlossen ist, dass die Öffnungen nicht kreisförmig sind, wobei in diesem Fall unter Durchmesser die größte Abmessung zu verstehen ist).
Erfindungsgemäß sind die Öffnungen des umfänglichen Mantels der Zentrifuge zu Reihen zusammengefasst, die in konzentrischen Kreisen über die Höhe des Mantels angeordnet sind. Erfindungsgemäß haben mindestens zwei einander benachbarte Reihen Öffnungen mit verschiedenem Durchmesser. Dabei ist es vorteilhaft, dass die Reihen von oben nach unten des umfänglichen Mantels abnehmende Öffnungsdurchmesser besitzen (im Allgemeinen haben alle Öffnungen ein und derselben Reihe denselben Durchmesser). Es können so von oben nach unten n Reihe/n von Öffnungen mit einem gegebenen Durchmesser, anschließend Reihe/n von Öffnungen mit einem kleineren Durchmesser und anschließend t Reihe/n mit Öffnungen mit noch kleinerem Durchmesser usw. mit n, p und t ≥ 1 vorgesehen werden.
Indem so eine Art abnehmender "Gradient" der Größe der Öffnungen von oben nach unten aufgebaut wird, ist eine Verbesserung der Qualität des Spinnvorgangs festgestellt worden. Es konnten so die Unterschiede in der Art und Weise, in welcher die Filamente, die aus den obersten Reihen kommen, gesponnen werden, in Bezug auf diejenigen der tiefsten Reihen vermindert werden, da dieser Gradient eine Entwicklung der primären Filamente nach den Öffnungen und einen Ziehvorgang erlaubt, durch wel chen Überschneidungen der Bahnen und damit Stöße zwischen den Fasern, die aus den Reihen mit unterschiedlichen Öffnungen kommen, während des Ziehvorgangs begrenzt werden, weshalb eine Qualitätserhöhung beobachtet wird.
Vorzugsweise sind die Öffnungen der Zentrifuge zu Reihen zusammengefasst, die voneinander mit einem Abstand von 1 bis 2 mm und insbesondere von zwischen 1,2 und 1,8 mm mit vorzugsweise einer Versetzung von einer Reihe zur nächsten von 1 bis 2 mm und insbesondere von zwischen 1,8 und 1,3 mm und einem Abstand zwischen zwei Öffnungen ein und derselben Reihe von 2,2 bis 1,4 mm und insbesondere von zwischen 2,1 und 1,6 mm zusammengefasst.
Vorteilhafterweise enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung ein gasförmiges Mittel für den bei hoher Temperatur stattfindenden Ziehvorgang in Form eines Ringbrenners. Es hat sich bei der Steuerung der Herstellung feiner Fasern als besonders nützlich erwiesen, ein Mittel für das Kanalisieren dieses sich auf einer hohen Temperatur befindenden Ziehgases und/oder des anorganischen Materials vorzusehen, das von der Zentrifuge ausgestoßen wird und sich von Filamenten in Fasern umwandelt, ein Mittel in Form eines Blasrings aus einem Gas, das nicht heiß ist und sich beispielsweise auf Umgebungstemperatur befindet. So kann auch wahlweise ein Mittel zum äußeren Beheizen der Wände der Zentrifuge, insbesondere in deren tiefstem Teil, in Form eines ringförmigen Induktors vorgesehen werden. Alle diese Bauteile sind in ihrem Arbeitsprinzip insbesondere in den oben genannten Patenten EP-B-0 189 354 und EP-P-0 519 797 beschrieben.
Es kann auch ein Mittel zur inneren Beheizung der Zentrifuge vom Typ eines Innenbrenners verwendet werden. Dieser kann ver schiedene Aufgaben erfüllen, insbesondere die thermische Konditionierung der Glasschmelze in der Trommel der Zentrifuge (diese Bezeichnung wird weiter unten anhand der Figuren erläutert) vollenden, den sich in der Zentrifuge befindenden Glasvorrat auf einer geeigneten Temperatur halten und schließlich die Fasern kontinuierlich schmelzen, die in der Lage sind, an den Außenwänden der Zentrifuge anzukleben.
Das äußere Beheizungsmittel vom Typ eines ringförmigen Induktors kann vorteilhafterweise mit diesem inneren Beheizungsmittel kombiniert werden, wobei es auch erlaubt, die Temperatur des Glasvorrats und das erneute Schmelzen der angeklebten Fasern besser zu steuern. Dabei ist festgestellt worden, dass im Allgemeinen bei einem niedrigen Produktionsausstoß es ausreicht, einfach einen Innenbrenner zu verwenden, während bei einem hohen Produktionsausstoß sich der ringförmige Induktor als erforderlich erwiesen hat und der Innenbrenner wahlweise hinzukommt, um jenen vorteilhafterweise zu ergänzen.
Die Erfindung hat auch ein Verfahren zur Herstellung feiner Mineralfasern mit einem Durchmesser von kleiner als oder gleich 3 um durch Innenzentrifugieren zum Gegenstand, verbunden mit einem bei hoher Temperatur stattfindenden gasförmigen Ziehvorgang, in welchem insbesondere die weiter oben beschriebene Vorrichtung verwendet wird. Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, das zu verspinnende Material in eine Zentrifuge zu, deren umfänglicher Mantel mit Öffnungen durchbohrt ist, mit einer Spinnhöhe (ist weiter oben definiert worden) der Zentrifuge von kleiner oder gleich 35 mm, insbesondere von höchstens 32,5 mm, und vorteilhafterweise von 16 bis 32,5 mm füllen.
Die Zentrifuge ist vorteilhafterweise diejenige, deren Charakteristika weiter oben beschrieben worden sind.
Der Heißgas ziehvorgang wird vorteilhafterweise von einem Ringbrenner durchgeführt, dessen Betriebsparameter auf folgende Weise gewählt werden können:
- die Temperatur des den Brenner verlassenden Gases kann vorzugsweise auf mindestens 1 350ºC, insbesondere mindestens 1 400ºC, und beispielsweise auf zwischen 1 400 und 1 500ºC, insbesondere zwischen 1 430 und 1 470ºC, geregelt werden; anschließend wird die Temperatur in Abhängigkeit von der Art der zu verspinnenden anorganischen Zusammensetzung, insbesondere von ihrem viskosimetrischen Verhalten, eingestellt; diese Temperaturen haben sich für die Herstellung feiner Fasern als die vorteilhaftesten erwiesen,
- vorteilhafterweise wird auch die Geschwindigkeit des vom Brenner ausgestoßenen Gases auf mindestens 200 m/s, gemessen unmittelbar am Ausgang der Brennerdüse, insbesondere auf Werte von 200 bis 295 m/s, geregelt, und
- schließlich wird vorzugsweise die Ringbreite des Gases am Brennerausgang auf Werte von 5 bis 9 mm geregelt.
Wenn im erfindungsgemäßen Verfahren ein Mittel zur Kanalisierung des Gases für den Heißziehvorgang und/oder des Materials, das von den Öffnungen der Zentrifuge durch die Zentrifugalkraft herausgeschleudert wird, verwendet wird, so handelt es sich vorteilhafterweise um einen Blasring aus einem Gas, das sich höchstens auf Umgebungstemperatur und unter einem Druck des Versorgungsgases von 0,5 bis 2,5·10&sup5; Pa und insbesondere 0,7 bis 2·10&supmin;&sup5; Pa befindet.
Erfindungsgemäß hat sich die Verwendung eines Blasrings als besonders vorteilhaft erwiesen, da seine Strahlen aus Kaltluft (im Allgemeinen auf Umgebungstemperatur) eine vorteilhafte Kühlwirkung auf die Fasern während des Ziehvorgangs haben, und dies insbesondere, wenn es sich um erfindungsgemäß interessierende feine Fasern handelt. Durch diese Abkühlung werden ein "Über-Zieheffekt" der Fasern und Turbulenzen vermieden, die dazu führen, dass sie kürzer und empfindlicher werden. Sie trägt daher dazu bei, gute mechanische Eigenschaften der Fasern zu gewährleisten, was umso wichtiger ist, als hier die Hohe des Spinnbereichs in Bezug auf einen Spinnvorgang für Fasern mit Standardabmessungen verringert ist, wobei es eine deutliche und vorteilhafte Unterscheidung zwischen einerseits dem Ziehbereich, der dem Einfluss des Ringbrenners, und dem Abkühlbereich, der dem Einfluss des Blasrings (wobei dieser jedoch wahlweise bleibt) unterliegt, gibt.
Es kann auch ein Induktor verwendet werden, um die tiefste Zone der Zentrifuge zu beheizen und die Entstehung eines Temperaturgradienten über die Höhe der Zentrifuge zu begrenzen oder zu vermeiden. Da jedoch die Zentrifuge hier eine relativ kleine Höhe besitzt, ist dieser nur wahlweise. Wie weiter oben erwähnt, kann auch zusätzlich oder alternativ ein Innenbrenner eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es, Produktionskapazitäten zu verändern, die sich mit den wirtschaftlichen Zwängen vertragen, gesehen unter der Qualität der erhaltenen Faser (beispielsweise im Allgemeinen weniger als 1,5 bis 2 Gew.-% Körner/Fehlfasern). Es kann so ein Produktionsausstoß von Fasern mit einem Durchmesser von 2 bis 3 um, beispielsweise 2,6 um, von etwa 0,5 kg pro Tag und Zentrifugenöffnung erhalten werden, was einem Produktionsausstoß von etwa 2 500 bis 7 7000 kg pro Tag und Zentrifuge bei Zentrifugen mit einem mittleren Durchmesser von 400 mm und einer Spinnhöhe von 16 bis 32,6 mm entspricht.
Die Erfindung hat weiterhin die Verwendung von Fasern mit einem Durchmesser von 3 um, die durch die weiter oben beschriebene Vorrichtung und/oder das weiter beschriebene Verfahren erhalten worden sind, für die Papierherstellung, insbesondere um Filter oder Batterieseparatoren herzustellen, zum Gegenstand
Die Erfindung hat ferner zum Gegenstand das Papier, in welches diese feinen Fasern mit einem Durchmesser von höchstens 3 um (im Allgemeinen zwischen 2 und 3 um) und sehr feinen Mineralfasern mit einem Durchmesser von höchstens 1 um (im Allgemeinen zwischen 0,2 und 0,8 um) eingebaut sind. Wenn sich die Erfindung auch mehr auf feine Fasern erstreckt, so ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass sie ebenfalls die Herstellung sehr feiner Fasern betrifft.
Vorteilhafterweise beträgt das Massenverhältnis zwischen diesen zwei Fasertypen 25/75 bis 75/25 und insbesondere etwa 60/40 bis 40/60.
Die Erfindung wird anschließend an Hand der folgenden Beispiele unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Figuren näher erläutert, wobei
Fig. 1 eine Teilansicht der erfindungsgemäßen Zentrifugiervorrichtung und
Fig. 2 einen Teilschnitt durch die Zentrifuge von Fig. 1 zeigt.
In Fig. 1 ist daher eine Teilansicht eines Innenzentrifugiersystems mit einem Ziehvorgang durch Heißgas gezeigt, das ausgehend von den aus dem Stand der Technik bekannten und insbesondere in den Patenten EP-91 866, EP-189 354 und EP-519 797 beschriebenen angepasst worden ist, aus denen man sich über die Einzelheiten dieses gesamten Spinnvorgangs unterrichten kann.
Das System umfasst eine an einer Welle 2 befestigte Zentrifuge 1. Welle und Zentrifuge werden mit einer schnellen Rotationsbewegung mittels eines nicht dargestellten Motors angetrieben. Die Welle 2 ist hohl und die Glasschmelze fließt von nicht dargestellten Versorgungsmitteln in die Welle 2 bis zur Trommel 3, in welcher sich die Glasschmelze ausdehnt. Die Trommel 3 wird ebenfalls derart rotierend angetrieben, dass die Glasschmelze auf die mit Öffnungen durchbohrte Umfangswand 4 geschleudert und von da in Form voluminöser Glasstrahlen 6 auf die umfängliche Wand 7 der Zentrifuge 1 geschleudert wird, wobei sie auf dieser Wand einen ständigen Vorrat aus Glasschmelze bilden, der die kreisförmigen Öffnungen 14, mit denen diese Wand durchbohrt ist, versorgt. Diese Wand 7 ist um etwa 5 bis 10º in Bezug auf die Senkrechte geneigt. Aus sehr zahlreichen kreisförmigen Öffnungen 14, die in Reihen angeordnet sind, treten Fließkegel 8 aus, die sich zu Vorfasern 15 verlängern, die in den ringförmigen Gasstrom geschleudert werden, der vom Brenner 9 abgegeben wird. Unter der Wirkung dieses Stroms werden diese Vorfasern gezogen, wobei ihr Endteil diskontinuierliche Fasern 10 erzeugt, die anschließend unter der Zentrifuge gesammelt werden. Das System enthält außerdem einen Blasring 11, der eine "Gasbahn" erzeugt, die den ringförmigen Gasstrom umgibt, der vom Brenner 9 erzeugt wird. Weiterhin wird wahlweise ein Induktionsring 12 unter der Zentrifuge 1 und/oder ein nicht dargestellter Innenbrenner verwendet.
Unter standardmäßigen Betriebsbedingungen erlaubt es eine solche Vorrichtung, Fasern mit einem mittleren Durchmesser von mindestens 4 um, insbesondere von etwa 5 bis 12 um, zu erhalten.
Die Erfindung besteht daher darin, Fasern zu erhalten, die folgende Kriterien erfüllen:
- mittlerer Durchmesser von höchstens 3 um, insbesondere von zwischen 2,3 und 3 um, beispielsweise mit einem Mittel von 2,6, 2,8 oder 3 um,
- geringer Fehleranteil (Körner, Fehlfasern, zusammengeklebte Fasern), insbesondere von höchstens 2 Gew.-% der hergestellten Fasern,
- ausreichend gute mechanische Eigenschaften, damit sie Papier für Filter oder Batterieseparatoren verstärken können, davon insbesondere eine Zugfestigkeit von mindestens 1,3 Pfd./Zoll, d. h. von mindestens etwa 228 N/m, gemessen gemäß einer Standardmethode mit einem für die Papierindustrie spezifischen Messgerät,
- zufriedenstellender Produktionsausstoß für diese Faserart, insbesondere von mindestens 0,5 kg Fasern pro Tag und Zentrifugenöffnung.
Es wurden zwei Sorten von Glaszusammensetzungen getestet, Typ "1" und Typ "2". In Tabelle 1 sind für jeden davon die Gewichtsprozente der Bestandteile und die Temperatur Tlog3 in ºC angegeben, welche die Temperatur der Zusammensetzung ist, wenn deren Viskosität in Poise gleich log 3 ist (der Fe&sub2;O&sub3;-Gehalt entspricht dem Gesamteisengehalt der Zusammensetzung, ausgedrückt in dieser Oxidform). Tabelle 1
Die bedeutendste Anpassung, die erfindungsgemäß vorgenommen wurde, um die erfindungsgemäßen Aufgaben zu lösen, betrifft die Abmessungen des Schleudertellers, weshalb ein Schnitt durch ihn im vergrößerten Maßstab in Fig. 2 gezeigt ist.
Der Durchmesser D der gewählten Schleuderteller betrug 400 mm.
Ihr Umfangsmantel wird durch verschiedene Abmessungen charakterisiert, insbesondere durch:
- Hohe der ersten Öffnungsreihe H&sub1;, gemessen zwischen dem höchsten Punkt P&sub1; des umfänglichen Mantels und der Höhe P2 der ersten Reihe,
- Lochhöhe H&sub2;, die der Entfernung entspricht, welche die erste Reihe P2 von der letzten Reihe P3 trennt,
- Spinnhöhe H&sub3;, die der Entfernung zwischen dem höchsten Punkt P&sub1; des umfänglichen Mantels und der letzten Reihe P3 entspricht,
- Gesamthöhe H&sub4;, die der Entfernung zwischen dem höchsten Punkt P1 und dem tiefsten Punkt P4 des umfänglichen Mantels entspricht.
Weitere Parameter sind ebenfalls charakteristisch, insbesondere;
- Dicke e des Schleudertellers,
- Gesamtzahl N der Öffnungen,
- Versetzung der Öffnungen von einer Reihe zur nächsten,
- Anzahl n der Öffnungen pro Reihe,
- Anzahl r der Reihen,
- Verteilung der Durchmesser der Öffnungen nach Reihen.
Was die Abmessungen des umfänglichen Mantels betrifft, so ist die charakteristischste H&sub3;, die Spinnhöhe. Hier wurde sie bis auf Werte von beispielsweise 16 bis 32,5 mm verringert.
In Tabelle 2 sind Beispiele für Wertebereiche für H&sub1;, H&sub2;, H&sub3;, H&sub4;, angegeben in Millimetern, zusammengefasst. Tabelle 2
Die Anzahl r der Reihen kann von beispielsweise 7 bis 22 Reihen, insbesondere von 9 bis 20 Reihen, mit insbesondere 600 bis 770 Öffnungen pro Reihen variieren.
Die Gesamtzahl N der Öffnungen pro Schleuderteller kann so 5 000 bis 16 940 Öffnungen betragen.
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass der Durchmesser der Öffnungen 0,9 bis 0,7 mm beträgt, mit einer derartigen Verteilung der Durchmesser pro Reihe, dass der Durchmesser der Öffnungen von oben nach unten abnimmt. So können drei Reihen mit Öffnungen von 0,9 mm, anschließend drei Reihen mit Öffnungen mit 0,8 mm und anschließend drei Reihen mit Öffnungen von 0,7 mm von oben nach unten vorliegen, d. h. n&sub1; Reihen mit einem Durchmesser d&sub1;, n&sub2; Reihen mit einem Durchmesser d&sub2;, ni Reihen mit einem Durchmesser di usw. mit im Allgemeinen n&sub1;, n&sub2;, ni, ... mindestens 2 und di > di+1.
Ein solcher in der Größe abnehmender Gradient der Öffnungen trägt zum Erhalten von Fasern mit besserer Qualität bei. Ergänzend zur Auswahl der Abmessungen der Zentrifugen erstreckt sich die Erfindung auch auf Anpassungen bestimmter Betriebsparameter.
So ist es bevorzugt, eine hohe Gastemperatur am Ausgang des Ringbrenners 9 zu wählen, die jedoch in Abhängigkeit von der Härte des Glases, das ersponnen werden soll, eingestellt wird, gemessen beispielsweise durch seine Temperatur Tlog3, wobei die Gastemperatur hier bei 1 430 bis 1 470ºC für Gläser vom Typ 1 und 2 gewählt wird.
Weiterhin ist festzustellen, dass die Kombination aus Gradient der Durchmesser der Zentrifugenöffnungen mit einer bestimmten Gestaltung der Zentrifuge das Erhalten von Fasern mit verbesserten mechanischen Eigenschaften erlaubt. Diese Gestaltung besteht insbesondere darin, die Höhe der Trommel in der Zentrifuge derart einzustellen, dass diese Trommel vor allem den oberen Teil des Glasvorrats versorgt.
Demzufolge haben es die Veränderungen, die am Verfahren des Innenzentrifugierens vorgenommen wurden, erlaubt, feine Fasern zu erhalten, deren Qualität hoch ist und die wirtschaftlich und im Industriemaßstab herstellbar sind.

Claims

1. Vorrichtung zum Innenzentrifugieren feiner Mineralfasern mit einem Durchmesser von höchstens 3 um, welche eine Zentrifuge (1) umfasst, die mit einem mit Öffnungen durchbohrten umfänglichen Mantel versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnhöhe (113) der Zentrifuge (1), die durch die Entfernung festgelegt ist, die den höchsten Punkt des umfänglichen Mantels von dessen tiefsten Öffnungen trennt, wobei die Zentrifuge in Zentrifugierposition betrachtet wird, höchstens 35 mm beträgt, und dass die Öffnungen (14) der Zentrifuge (1) zu über die Höhe des umfänglichen Mantels in konzentrische Kreisen angeordneten Reihen zusammengefasst sind, wobei die Öffnungen mindestens zweier einander benachbarter Reihen einen unterschiedlichen Durchmesser besitzen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnhöhe (H&sub3;) höchstens 32,5 mm beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnhöhe (H&sub3;) 16 bis 32,5 mm beträgt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Öffnungen (14) des umfänglichen Mantels der Zentrifuge in Zentrifugierposition von oben nach unten pro Reihe kleiner wird.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Durchmesser (D) der Zentrifuge (1) höchstens 800 mm und insbesondere mindestens 200 mm beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) mindestens eines Teils der Öffnungen der Zentrifuge (1) höchstens 1,5 oder 1,2 mm und insbesondere 1,1 bis 0,5 mm, beispielsweise zwischen 0,9 und 0,7 mm, beträgt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsreihen mit einer Entfernung voneinander beabstandet sind, die 1 bis 2 mm und insbesondere zwischen 1,2 und 1,8 mm beträgt, wobei vorzugsweise ein Versatz von einer Reihe zur nächsten von 1 bis 2 mm, beispielsweise zwischen 1,3 und 1,8 mm, und ein Abstand zwischen zwei Öffnungen ein und derselben Reihe von 2,2 bis 1,4 mm, beispielsweise zwischen 2,1 und 1,6 mm herrscht.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein bei hoher Temperatur arbeitendes Gasziehmittel in Form eines Ringbrenners (9) umfasst.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Mittel zum Leiten der sich auf hoher Temperatur befindenden Ziehgase und/oder des von der Zentrifuge (1) hinausgeschleuderten mineralischen Materials in Form eines geblasenen Rings (11) aus sich auf Umgebungstemperatur befindendem Gas enthält.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein äußeres Mittel zum Beheizen der Wände der Zentrifuge, insbesondere des in Zentrifugierposition untersten Teils der Zentrifuge (1), in Form eines Induktors (12) und/oder ein inneres Beheizungsmittel wie einen Innenbrenner enthält.

11. Verfahren zur Bildung feiner Mineralfasern mit einem Durchmesser von höchstens 3 um durch mit einem bei hoher Temperatur stattfindenden Gas ziehvorgang verbundenes Innenzentrifugieren, wobei das zu verspinnende Material in eine Zentrifuge (1) gefüllt wird, deren umfänglicher Mantel mit Öffnungen (14) durchbohrt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spinnhöhe (H&sub3;) der Zentrifuge (1), die durch die Entfernung festgelegt ist, die den höchsten Punkt des umfänglichen Mantels von dessen tiefsten Öffnungen trennt, wobei die Zentrifuge in Zentrifugierposition betrachtet wird, höchstens 35 mm beträgt, und dass die Öffnungen (14) der Zentrifuge (1) zu über die Höhe des umfänglichen Mantels in konzentrische Kreisen angeordneten Reihen zusammengefasst sind, wobei die Öffnungen mindestens zweier einander benachbarter Reihen einen unterschiedlichen Durchmesser besitzen

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das bei hoher Temperatur stattfindende Gasziehen von einem Ringbrenner (9) durchgeführt wird, wobei die Gastemperatur am Brennerausgang mindestens 1 350ºC, insbesondere mindestens 1 400ºC, und vorzugsweise 1 400 bis 1500ºC beträgt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringbrenner (9) ein Ziehgas, dessen Geschwindigkeit mindestens 200 m/s und insbesondere 200 bis 295 m/s beträgt, mit vorzugsweise einer Ringbreite am Brennerausgang von 5 bis 9 mm erzeugt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zum Leiten des sich auf hoher Temperatur befindenden Ziehgases und/oder des von der Zentrifuge (1) hinausgeschleuderten mineralischen Materials in Form eines geblasenen Rings (11) aus sich auf höchstens Umgebungstemperatur befindendem Gas verwendet wird, dessen Versorgungsgasdruck insbesondere 0,5·10&supmin;&sup5; bis 2·10&sup5; Pa beträgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußeres Beheizungsmittel vom Typ eines Induktors (12) zum Erhitzen der untersten Zone der Zentrifuge und/oder ein inneres Beheizungsmittel vom Typ eines Innenbrenners verwendet wird/werden.

16. Verwendung der Mineralfasern mit einem Durchmesser von höchstens 3 um, die durch die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15 erhalten worden sind, zur Herstellung von Papier, insbesondere für die Ausbildung von Filtern und von Separatoren für Batterien.

17. Papier, das Mineralfasern mit einem Durchmesser von höchstens 3 um und insbesondere von 2 bis 3 um, die durch die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15 erhalten worden sind, und Mineralfasern mit einem Durchmesser von höchstens 1 um und insbesondere 0,2 bis 0,8 um enthält.