JPS63201032A

JPS63201032A - 非常に細い鉱物繊維特にガラス繊維の製造方法および装置

Info

Publication number: JPS63201032A
Application number: JP63029053A
Authority: JP
Inventors: ヴオルフラム・ワグナー; ローゲン・ニーセン; デイルク・ベルケンハウス; ハンス−テオ・ヴアン・ペイ
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1987-02-14
Filing date: 1988-02-12
Publication date: 1988-08-19
Also published as: EP0279286A2; DE3704692A1; EP0279286A3; DE3861727D1; EP0279286B1; US4838917A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、鉱物繊維（たとえばミネラルウール繊！ｉ）
、特にガラス繊維を製造する方法および装置に関するも
のである。一層具体的にいえば本発明は、吹込延伸（ｂ
ｌａｓｔ　ｄｒａ紳ｉＢ）法によって直径０、１−５μ
曙、好ましくは０．１−２μｌの鉱物繊維、特にガラス
繊維を製造するために、融液分配器である融解るつぼの
底部の融液吐出口から出された融液流を、このるつぼの
下流側に配置されたデビテウスにおいて、融液流に実質
的に平行に流動するブラスト媒質によって細分して繊維
を生成させ、このブラスト媒質は、デビテウスの入口と
出口との間に形成された圧力勾配によってデビテーウス
αｅ内に吸込まれるようにし、そして流速は、デビテウ
スの下流側に位置するディフューザー内で低下させるこ
とからなる鉱物繊維の製造方法の改良に関する。

この種の公知方法はたとえば欧州特許第３８９８９号明
細書に記載されている。また、プラスト延伸法の種々の
改良手段が欧州特許第２０００７１号明細書に記載され
ているが、これらの手段はすべて、最小直径のガラス繊
維の製造を目的とするものであった。しかしながら、こ
れらの手段およびその類催手段では、繊維の直径を著し
く減少させることは不可能であることが見出された。融
解用るつぼの融液吐出口の寸法の減少は、経済上からみ
て或限界がある。なぜならば、この直径の減少によって
、デビテウスにおける融液の全通過量が減少し、そのた
めに繊維の収量が低下するからである。さらに、原料と
して比較的高粘性のガラスたとえばＥ−ガラスを使用し
、これから、できるだけ平均直径の小さい非常に安価な
繊維を作ることが必要である。また、繊維中の非繊維成
分の量を少なくし、すなわち、数珠玉部、肥厚部、結節
部、結束部等の繊維欠陥部を最低限に減少させることも
必要である。

本発明は上記の問題の解決を図ったものである。

すなわち本発明は、吹込延伸法によって直径０，１−５
μ翔、好ましくは０．１−２μ彌の鉱物繊維、特にガラ
ス繊維を製造するために、融液分配器の底部の融液吐出
口から出された融液流を、分配器の下流側に配置された
デビテウスにおいて、融ン佼流に実質的に平行に流動す
るブラスト媒質によって細分して繊維を生成させ、この
ブラスト媒質は圧力勾配によってデビテウス内に吸込ま
れるようにし、そして流速は、下流側に位置するディフ
ューザー内で低下させることからなる鉱物繊維の製造方
法において、燃焼ガス（すなわちフレームガス）と空気
からなる均質混合物である温度６００−１５００℃、好
ましくは８００−１４００　’ｃの高温ガスをブラスト
媒質として、融液分配器すなわち融解用るつぼの対向両
側面から、このるつぼの下側とデビテウスの上縁部との
間の空間区域に供給し、この高温ガスの供給量は、デビ
テウスの入口の中に吸込まれるガス流全量を超える過剰
量であり、デビテウスと融液分配器（融解用るつぼ）と
の間の区域における高温ガスの流速を１００ｍ／秒未満
、好ましくは５０ｍ／秒未満の値に調節することを特徴
とする鉱物繊維の製造方法に関するものである。

高温ガスは過剰量使用し、すなわち、デビテウス内に吸
込まれる全高温ガス流の１−２０％、好ましくは１−１
０％過剰に使用すべきである。換言すれば、生成した高
温ガス流の少なくとも８０％がデビテウス中を通り、残
りはデビテウスの入口の前で横方向にそれて流動するよ
うにする。

本発明方法に従って高温ガスを供給することによって、
融液分配器の吐出口付近の区域の不所望の冷却が防止で
き、かつ、これは融液分配器の加熱部にも好影響を与え
る。デビテウスの入口とるつぼの下側との間の区域の高
温ガスの雰囲気はきれいであるから、汚物の粒子の侵入
（すなわち、吸込みによる粒子の内部侵入）は全くない
、さらに、高温ガス流のガス密度が低いために、白金型
の融液分配器の摩滅量が少なく、したがって、融液分配
器を高温（約１５００℃）において使用した場合でさえ
、融液分配器は確実に長期部の使用に耐える。

本発明方法に従って高温ガスを供給する場合には、デビ
テウスの入口において高温ガスの温度を測定し、そして
この温度の制御を、燃焼ガス（燃料ガス）および／また
は空気の供給量の調節（再調節ともいう）によって行う
のがよい、その結果として、ブラスト媒質が一定の温度
において供給できる。

本発明はまた、前記の本発明方法の実施のために使用さ
れる装！にも関し、すなわち、融液吐出口を備えた融液
分配器すなわち融解用るつぼを有し、この分配器の下側
にデビテウスが配置されており、融液分配器から出た第
１融液状紡糸原料（ｐｒｉｎ＋ａｒｙ　ｎ＋ｅｌｔ　ｔ
ｈｒｅａｄｓ）がデビテウスにおいて高温ガスの作用下
に細分されて繊維が形成されかつ引出されるように構成
され、そしてデビテウスと融解用るつぼの底部の下側と
の間の空間区域において高温ガスを生成させるだめのガ
スバーナーを有する、鉱物繊維の製造方法に使用される
製造装置において、ガスバーナーはその燃焼室と共に配
置され、燃焼室は融液分配器（融解用るつぼ）とデビテ
ウスの上縁部との間の区域に横方向に位置し、燃焼室は
開口を介して空気室に接続され、空気室は１．１−２．
０バール（絶対）のバイアス圧下に保たれることを特徴
とする鉱物繊維の製造装置にも関する。前記の燃焼室は
、“燃焼、混合室”または“混合室”とも称する。

許容誤差の立場からみて必要な比較的小さい間隙は別と
して、ガスバーナーの燃焼室は融解用るつぼおよびデビ
テウスの上縁部に近接して横方向に配置し、これによっ
て、るつぼの下側とデビテウスの上縁部との間の区域（
空間）が、燃焼室をも包含して準閉鎖系を形成するよう
にする。

燃焼室は、開口を通じて供給される空気と燃焼ガスとの
均質混合を行うための混合室ともなるように設計されて
おり、燃焼室の長さは好ましくは１００−５００ｗｓ、
一層好ましくは２００−４００鶴である。

高温ガスの流速は１００ｍ／秒未満をすべきである（こ
の速度は、混合室の排出口の断面部における流速である
）。

本発明のさらに別の実施態様は、特許請求の範囲の実施
態様項に記載されている。

既述の効果の他に、本発明はまた下記のごとき効果を奏
するものである。

ｍｍ、過剰量の高温ガスをデビテウスの入口に供給する
ため、冷たい空気が外部からデビテウスの内部に吸込ま
れることはない、したがってその結果として、中に入る
流体の臨界区域（ｃｒｉｔｉｃａｌｒｅｇｉｏｎ）にお
いて温度を一定に保つことができる。

さらに、デビテウスの軸を横切る方向の温度勾配の形成
を避けることができる。高温ガスの前記流入速度、すな
わち燃焼室からの高温ガスの流出速度が比較的低い場合
でさえ、前記の効果を充分に奏する。燃焼室の出口にお
ける高温ガスの流速は５０ｍ／秒より低くてもよい。こ
の点からみて、デビテウスの入口とバーナーとの間に長
形の燃焼、混合室を設けるのが宥和でざる。

２゜　デビテウスの入口における吸込空気の到達可能最
高速度は音速に等しく、そして音速は温度の上昇と共に
増加するから、デビテウスにおける限界速度値が一層高
くなり、したがって延伸速度も一層高くなる。同時に、
デビテウス内の第１融液流の不所望の冷却の速度が低下
する。これらの効果は、非常に細いガラス繊維の製造の
際に非常に重要な意義を有する。

３、経済的立場からみても、本発明の効果は顕著である
。高温ガスを前記のごとく高温に維持できるので、デビ
テウス内に吸引されてそこを通過する全流体の量を減少
させることができ、したがって、駆動ジェットによって
消費される仕事量（すなわち加速の仕事量）も減少でき
る。多少ＩＨＩＩの手段によって高温ガスを用いて繊維
を生成させる従来の繊維製造方法では、本発明方法の場
合よりも一層多くの運動エネルギーおよび／または一層
高い温度が必要であり、したがって、高温ガスの消費量
（繊維ｌ−当り）も一層多い。

４、　高温ガスに確実に高温に保つことができるので延
伸部の長さを一層長くすることができ、その結果として
、繊維の品質が一層良く、なる、原料から繊維にならな
かった部分（たとえば数珠玉状態、肥厚状態または集束
状態の部分）の割合を著しく減少させることができる。

５、高温のブラスト媒質を使用し、かつ、延伸部の通路
の長さを増すことによって、比較的高粘度の融液からの
非常に細いガラス繊維の形成が可能になる。公知のブラ
スト延伸方法では、一様な直径を有する（すなわち直径
のばらつきの少ない）比較的太い繊維しか形成できない
。

次に、本発明の若干の具体例について添付図面参照下に
詳細に説明する。

第１図の装置では、火炎バーナー（１）から燃料ガス／
空気または燃料ガス１０□からなる化学量論的混合物（
２）を燃焼室（３）に導入する。この混合物はバーナー
のノズルから火炎の伝播速度よりも低い噴出速度で噴出
して燃焼させる。第２図に示すように、バーナーのノズ
ルを開口（４）にかたく挿入し、このバーナーのノズル
と空気分配室すなわち空気室（５）とによって、バーナ
ーの側部の中央において燃焼室（５）を閉鎖する。室（
５）から空気を、開口（６）を通じて火炎流（バーナー
から噴出された燃焼ガス流）へと、０−３０°の角度の
方向から吹込む。

開口（６）は、バーナーノズルの口と大体同じ高さの位
置に向かうように、１０３０ｍｍの間隔で、燃焼室（３
）の壁部に設ける。室（５）内の最初の圧力は］、　１
−２．０バール（絶対）である。燃焼ガスと導入空気と
からなる流体の所要量はデビテウス（７）における所望
温度および音速に左右されて種々変わるが、実際にはこ
の流体を前記所要量の１．０２−１．２倍供給する。燃
焼ガスは燃焼室（３）の第１区域内で完全に燃焼させ、
導入空気と均質に混合し、そしてこの燃焼室（３）すな
わち燃焼、混合室の末端部において均質温度分布が達成
されるようにする。

この目的の達成のために、混合室（３）は、たとえば５
００ＩＩ１１という比較的長い寸法にわたって一様な円
形断面を有するものであり得る。さらに、混合室（３）
に冷却用ジャケット（８）を設ける。このジャケットは
、冷却水の供給、排出のための導管接続部（９）および
０〔を有する。さらにまた、開口（６）を通じて供給さ
れる空気を燃焼ガスと確実に充分に混合するために、混
合室（３）の中に流動妨害部材板すなわちバッフルａυ
を取付けることも可能である。室（５）内を一定のバイ
アス圧下に保つのに必要な空気は、入口側から導入する
。

混合室（３）は、融解用るつぼ０りの下側とデビテウス
αｅの上縁部（１５）との間の空間区域α争に向かって
開口している。この管状混合室（３）はこれらの部材に
実質的に密着しており、したがって、空間区域αＪは準
閉鎖システム中に存在する。融解用るつぼα０の外側に
断熱材０７＋を置く。るつぼの下側の融液吐出口（１６
）は、デビテウスの入口（７）の上方の中央に位置する
。糸を所望繊維に細分するために、デビテウスαＱ内に
圧力勾配を形成することが必要であるが、この圧力勾配
は、公知の形成方法に従って駆動用ジェット〔これはた
とえば駆動用ジェットノズルα１から噴出させる〕によ
って形成できる。こ夛の目的のために使用されるプラスト媒質は、混合室（３
）から排出された高温ガスのみからなり、このガスはデ
ビテウス叫内に吸込まれる。

高温ガスは、燃焼操作によって作られた燃焼ガス（排出
ガス）と、室（５）および開口（６）を通じて供給され
る空気とを、混合室（３）中で混合することによって得
られる。高温ガスの温度の制御のために、温度測定手段
（ｐｒｏｂｅ）を混合室（３１すなわちバーナー室の出
口またはその付近に設置できる。ここで用いられる制御
パラメーターは、供給空気の流量および／またはバーナ
ー噴出流の流量であって、しかして後者の流量は燃料の
供給速度によって調節される。高温ガスの一部は融液分
配器α荀の下側に流れ、融解用るつぼの下部の不所望の
冷却を防ぐ〔換言すれば、融液分配器（財）のための補
助熱源として役立つ〕。

混合室（３）の出口における高温ガスの流速は５０ｍ／
未満である（大気圧下の混合）、空間Ｑｍは収束性断面
を有し、そしてデビテウス（１６）が排出作用を有する
ので、高温ガスの流速はデビテウスの入口（７）の区域
において耐えず増加し、音速に近付く。

この流れを案内する部材は鋭い縁部を有し、デビテウス
の入口の長さは短く、約２−５ｍｍにすぎないから、融
液分配器（１４）の下側の第１繊維形成帯域の区域にお
いて最大圧力勾配が形成される。

高温ガスの停止時温度（ｒｅｓｔｉｎｇ　ｔｅ＋ｗｐｅ
ｒａｔｕｒｅ）　（温度測定手段（至）によって測定〕
がたとえば１０００℃である場合には、デビテウスの入
口（７）の断面における音速は、温度７６７℃において
６５０ｍ／秒である。デビテウス中には０．３バールの
圧力に相当する割合で高温ガスが膨張するため、この区
域の局部温度が６５８℃であるときに前記の速度は８２
３ｍ／秒に上昇する。第１融液流の細分化による繊維の
形成（繊維の直径はこのとき決まる）は、既にデビテウ
スの入口（７）において起こっている。デビテウスのす
ぐ近くの下流側区域において個々の繊維はさらに長く延
伸される。デビテウスの出口の末端部において、流速は
公知方法に従ってディフューザーによって低下できる（
欧州特許第３８９８９号明細書等を参照されたい）。

第３図記載の具体例について説明する。複数の縦型バー
ナーｔｌ）を、融液分配器＜１４１の両側面に平イテに
、前方から後方にむかって順々に配置する。燃焼ガスは
、燃焼ガス供給管（２１）を通じて供給する。

混合室（３）の第１区域は縦型であって、これは、バー
ナー（１１に近接してその下方に設けられる。混合室（
３）の下部区域（２２）は９０°曲がっており、その排
出口は、第１図記載の具体例の場合と同様に、融液分配
器Ｑ４）の外面に向かって開口している。第１図および
第２図に記載の具体例の場合と同様に、冷却水用導管接
続部（９）およびα・を設ける。第２図中の空気室（５
）に相当する空気分配室（２３）に、空気供給管（２）
を接続する。

さらに別の具体例が第４図および第５図に記載されてい
るが、この場合には、バーナー＋１１の近くの混合室（
３）周縁部に配置された接線方向供給管（２４）を通じ
て、空気を供給する。この手段によれば、燃焼ガスとの
充分な混合が、烈しい撹乱運動下に確実に実施できる。

第６図は、燃焼、混合室のさらに別の具体例を示す図面
である。この場合の混合室（３）の断面は、出口の末端
部および区域（至）の方に向かって広がっていてディフ
ューザー（２５）を構成し、しかしてこの広がりの角度
は５−２０°好ましくは５−１０゜である、この構造に
よって、区域０３に入る流体の流速が確実に低下できる
。この場合においても混合室（３）への空気の供給は、
接線方向空気供給管（２４）を通じて行われる。

実施例第１ｒｊ！Ｊに記載の装置において、高温ガスを混合室
（３）から、その出口温度１２７３°Ｋにおいて≠ビテ
ウス（至）の両側面に供給したが、この場合には、デビ
テウスの入口（７）の最も狭い断面の区域の音速は、１
０６１°にの温度において６５１ｍ／秒であった。デビ
テウスαｅにおける駆動用ジェットＯｇｌの排出効果の
ために、流体は０．３バールの圧力に相当する膨張を起
こし、５０ｍｍの長さにわたって、混ざり合わずに一定
の状態に保たれた。この条件下では、９０２’にの温度
において高温ガスの流速が８６３ｍ／秒に達した。さら
に、この条件下で平均繊維直径０゜３μ請という非常に
細いガラス繊維が得られた。繊維の形成、延伸区域全体
にわたって完全に一様な温度分布となるので、第１融液
紡糸区域における温度のばらつきが防止され、繊維の冷
却は徐々に行われ、これらの条件と流体の高速化という
条件との組み合わせによって、繊維は非常に均質にかな
りの大きい延伸率で延伸できた。

ラスター電子顕微鏡で観察した結果、繊維の平均直径は
０．３　ｐ　ｍであり、平均直径の標準偏差は０、１５
−０．２μ驕であることが判った。この延伸操作は前記
のごとく特定の流動、温度条件下に行われたので、非繊
維性成分（たとえば数珠玉状態、肥厚状態または結束状
態の成分）の割合を著しく減少させることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、デビテウスの入口への高温ガスの供給方法を
例示した図面である。第２図は、高温ガスの生成のために使用されるバーナー
およびそれに隣接した混合室を示す図面である。第３図は、融解用るつぼに平行に配置された縦型バーナ
ーを包含する高温ガス生成装置を示す図面である。第４図および第５図は、接線方向に空気を供給するよう
に構成された燃焼、混合室を示す図面である。第６図は、接線方向空気供給手段を備えた横型の燃焼、
混合室を有する高温ガス供給装置を示す図面である。１−バーナー、　２−・燃焼ガス／空気（または０□）
混合物、　３−混合室、　４−溝、５・・・空気分配室
、　　６・・・開口、７−・・デビテウスの入口、８・・・−冷却用ジャケット、９および１０−・導管接続部、１１・−バッフル、　　１２・−・入口１３−空間区域
、　　　１４・−融液分配器すなわち融解用るつぼ、　
１５−・上縁部、１６−デビテウス、　　１７−・断熱
材、１８・・−吐出口、　　　　１９・−・ノズル、２
〇一温度測定手段、２１・−燃焼ガス供給管、２２・・
・下部区域、　　２３・・−空気供給部、２４−・・接
線方向空気供給管、２５・・・ディフューザー。代理人の氏名　　　川原１）−穂ＦＩ０．　１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）吹込み延伸法によつて直径０．１−５μｍ、好ま
しくは０．１−２μｍの鉱物繊維、特にガラス繊維を製
造するために、融液分配器（１４）の底部の融液吐出口
（１８）から出された融液流を、分配器（１４）の下流
側に配置されたデビテウス（１６）において、融液流に
実質的に平行に流動するブラスト媒質によつて細分して
繊維を生成させ、このブラスト媒質は圧力勾配によつて
デビテウス（１６）内に吸込まれるようにし、そして流
速は、下流側に位置するディフューザー内で低下させる
ことからなる鉱物繊維の製造方法において、燃焼ガスと
空気からなる均質混合物である温度６００−１５００℃
、好ましくは８００−１４００℃の高温ガスをブラスト
媒質として、融液分配器（１４）の対向両側面から、こ
のるつぼの下側とデビテウスの上縁部（１５）との間の
区域に供給し、この高温ガスの供給量は、デビテウスの
入口（７）の中に吸込まれるガス流全量を超える過剰量
であり、デビテウス（１６）と融液分配器（１４）との
間の区域（１３）における高温ガスの流速を１００ｍ／
秒未満、好ましくは５０ｍ／秒未満の値に調節すること
を特徴とする鉱物繊維の製造方法。
（２）デビテウスに導かれてそこを通過する高温ガス流
の全量を基準として、高温ガスの供給量を１−２０％、
好ましくは１−１０％過剰な量とする請求項１記載の製
造方法。
（３）デビテウスの入口（７）において高温ガスの温度
を測定し、そしてこの温度を、燃焼ガスおよび／または
空気の供給量の調節によつて自動的に制御する請求項１
または２に記載の製造方法。
（４）融液吐出口（１８）を備えた融液分配器（１４）
を有し、この分配器の下側にデビテウス（１６）が配置
されており、融液分配器（１４）から出た第１融液状紡
糸原料がデビテウス（１６）において高温ガスの作用下
に細分されて繊維が形成されかつ引出されるように構成
され、そして、デビテウス（１６）の上側と融解用るつ
ぼの底部の下側との間の区域において高温ガスを生成さ
せるためのガスバーナー（１）を有する、請求項１記載
の鉱物繊維の製造方法に使用される製造装置において、
ガスバーナー（１）はその燃焼室（３）と共に配置され
、燃焼室（３）は融液分配器（１４）とデビテウスの上
縁部（１５）との間の区域に横方向に位置し、燃焼室（
３）は開口（６）を介して空気室（５）に接続され、空
気室（５）は１．１−２．０バール（絶対）のバイアス
圧下に保たれることを特徴とする鉱物繊維の製造装置。
（５）燃焼室（３）が、開口（６）を通じて供給される
空気との均質混合を行うための混合室ともなるように設
計されており、燃焼室の長さが１００−５００ｍｍ、好
ましくは２００−４００ｍｍである請求項４に記載の製
造装置。
（６）融液分配器（１４）の下側とデビテウスの上縁部
（１５）との間の空間（１３）が、混合室（３）をも含
めて準閉鎖系を構成する請求項４または５に記載の製造
装置。
（７）空気供給用開口（６）が、バーナーの軸に対し０
−３０゜の角度で傾斜している請求項４−６のいずれか
に記載の製造装置。
（８）混合室（３）の周縁に接線方向（２４）に空気が
供給される請求項４−６のいずれかに記載の製造装置。
（９）混合室（３）が場所（２２）において９０゜曲が
つており、高温ガスが最初に融液流に平行に垂直方向に
供給され、次いで、前記の曲がり部から実質的に水平方
向に進んで融液分配器（１４）の下側に当たるように構
成された請求項４−８のいずれかに記載の製造装置。