LU83910A1 - CENTRIFUGATION THREADING DEVICE FOR THE MANUFACTURE OF FIBERS - Google Patents
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Description
A 694A 694
Demande de brevet de ...............................................Patent application for .............................................. .
Désignation de l’Inventeur (1) Le soussigné .. ARBED S.A. ........................................................................................ ...........................................Designation of the Inventor (1) The undersigned .. ARBED SA .................................... .................................................. .. ...........................................
Avenue de la Liberté , L-- 2930 LUXEMBOURGAvenue de la Liberté, L-- 2930 LUXEMBOURG
agissant en qualité de déposant — — (2) ..................:.................................................................................................... ....................................................................................acting as depositor - - (2) ..................: ..................... .................................................. ............................. ..................... .................................................. .............
(3) de l’invention concernant :(3) of the invention relating to:
Dispositif ...d'effilage par centrifugation pour Ja fabrication de fibres.Device ... for centrifugal unraveling for the manufacture of fibers.
désigné comme inventeur(s) : 1. Nom et prénoms .....MATHGEN Georges.................................................................................................. .................designated as inventor (s): 1. Name and first names ..... MATHGEN Georges ............................... .................................................. ................. .................
Adresse 41 rue de Be9.?en » L “ 1221 LUXEMBOURGAddress 41 rue de Be9.?en »L“ 1221 LUXEMBOURG
2. Nom et prénoms .....SCHERER Robert......................................................................................................................2. Name and first names ..... SCHERER Robert ...................................... .................................................. ..............................
A . 30 Grand-Rue , L - 1660 LUXEMBOURGAT . 30 Grand-Rue, L - 1660 LUXEMBOURG
3. Nom et prénoms .....PRUEM Charles.............................................................................................................................3. Name and first names ..... PRUEM Charles ...................................... .................................................. .....................................
. , 41 rue Jean Jaurès , L - 3490 DUDELANGE. , 41 rue Jean Jaurès, L - 3490 DUDELANGE
Adresse .............................................................................. ..........................................................................................................Address ................................................. ............................. ..................... .................................................. ...................................
Il affirme la sincérité des indications susmentionnées et déclare en assumer l’entière responsabilité.He affirms the sincerity of the aforementioned indications and declares to assume full responsibility for them.
4. CLEES Roland , 66 rue Tattentberg , L - 3569 DUDELANGE4. CLEES Roland, 66 rue Tattentberg, L - 3569 DUDELANGE
Luxembourg ; ,e 29 janvier 19.82...Luxembourg; , e 29 January 19.82 ...
• --A -R “B-E-~B ^S..A.• --A -R “B-E- ~ B ^ S..A.
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DireOÎ0Ur . ..................«pâture).......................................SayYOUR. .................. "pasture) ............................. ..........
A 680 26_ (1) Nom, prénoms, firme, adresse.A 680 26_ (1) Last name, first names, firm, address.
/2\ Kînm nrénnmç arlrcaccea Hir Hfinncant s A 694/ 2 \ Kînm nrénnmç arlrcaccea Hir Hfinncant s A 694
Demande de brevet Déposant : ARBED S.A.Applicant's patent application: ARBED S.A.
Avenue de la Liberté L - 2930 LUXEMBOURGAvenue de la Liberté L - 2930 LUXEMBOURG
Dispositif d'effilage par centrifugation pour la fabrication de fibres____Centrifugal unraveling device for manufacturing fibers____
Dispositif d'effilage par centrifugation pour la fabrication de fibres.__________________________________________________ L'invention concerne un dispositif d'effilage par centrifugation 5 pour la fabrication de fibres, en particulier de fibres minérales qui sont obtenues à partir d'un film de laitier ou de roches fondues soumises à un refroidissement sous des conditions bien déterminées.The invention relates to a centrifugal unraveling device 5 for the manufacture of fibers, in particular mineral fibers which are obtained from a film of slag or rocks. fondues subjected to cooling under well-defined conditions.
La technique couramment employée qui consiste à souffler de la ma-10 tière fondue à travers une tuyère du type Ventura, ne permet pas de suivre le rythme élevé, de l'ordre de 5-7 tonnes par heure, des fours de fusion modernes.The commonly used technique which consists in blowing molten material through a Ventura type nozzle, does not allow to follow the high rate, of the order of 5-7 tons per hour, of modern melting furnaces.
Une autre technique de production de laine minérale consiste en un 15 effilage mécanique de la matière fondue par des dispositifs d'effilage par centrifugation, comportant un à quatre rotors montés en cascade. Souvent, dans le cas de dispositifs multiroues, le premier rotor, sur lequel tombe le filet de matière fondue, sert à étaler celui-ci et ce sont essentiellement les rotors suivants qui pro-20 duisent les fibres.Another technique for producing mineral wool consists of mechanical unraveling of the molten material by unraveling devices by centrifugation, comprising one to four rotors mounted in cascade. Often, in the case of multi-wheel devices, the first rotor, onto which the melt stream falls, serves to spread it out and it is essentially the following rotors which produce the fibers.
Les Spinners multiroues présentent cependant l'inconvénient de produire des fibres relativement courtes à cause de la conception même des différents éléments qui provoquent la fibérisation.However, multi-wheel spinners have the disadvantage of producing relatively short fibers because of the very design of the various elements that cause fiberization.
Au contact avec le rotor tournant à vitesse élevée, la matière fondue se sépare en fines gouttelettes projetées dans l'air environnant sous l'effet de la force centrifuge. Dès que ces gouttelettes 25 - 2 - quittent la surface du rotor, elles commencent à s'allonger. Elles s'étirent et s'amincissent au centre, alors qu'aux extrémités il y a formation de deux nodules. Ces nodules se séparent des fibres à la fin du processus de solidification et constituent le déchet (environ 5 30 % de la masse fondue).On contact with the rotor rotating at high speed, the molten material separates into fine droplets projected into the surrounding air under the effect of centrifugal force. As soon as these droplets 25 - 2 - leave the surface of the rotor, they begin to elongate. They stretch and thin in the center, while at the ends there are two nodules. These nodules separate from the fibers at the end of the solidification process and constitute the waste (approximately 5 30% of the molten mass).
Il est essentiel pour l'obtention de fibres de longueur élevée que les gouttelettes aient une viscosité bien déterminée à l'instant de leur projection par le rotor, de sorte qu'elles puissent s'étirer au 10 maximum.It is essential for obtaining fibers of long length that the droplets have a well-defined viscosity at the moment of their projection by the rotor, so that they can stretch to the maximum.
Or, la viscosité des mélanges utilisés pour la fabrication de fibres minérales ne varie que peu aux températures de l'ordre de 1350 -1450°C, mais présente le plus souvent une augmentation assez brusque 15 vers les températures légèrement plus basses c.à d. de 1250 - 1300°C. Il s'ensuit que la longueur d'une fibre est inversement proportionnelle à la vitesse avec laquelle la gouttelette, d'une température donnée et soumise à une accélération, traverse cet intervalle étroit de température dans lequel elle se solidifie. Une surchauffe du jet 20 sortant du four n'améliore en rien la qualité des fibres puisque la viscosité initiale du film devient trop faible, de sorte que sur les premiers rotors, la quantité de nodules non fibérisés est souvent prohibitive.However, the viscosity of the mixtures used for the manufacture of mineral fibers varies only slightly at temperatures of the order of 1350 -1450 ° C., but most often exhibits a rather abrupt increase towards the slightly lower temperatures, ie . from 1250 - 1300 ° C. It follows that the length of a fiber is inversely proportional to the speed with which the droplet, of a given temperature and subjected to an acceleration, crosses this narrow interval of temperature in which it solidifies. Overheating of the jet leaving the oven does not improve the quality of the fibers since the initial viscosity of the film becomes too low, so that on the first rotors, the quantity of non-fiberized nodules is often prohibitive.
25 Dans les dispositifs connus les surfaces (couches d'usure) des rotors des spinners sur lesquelles tombe le film de laitier ou de roches fondues avant d'être disloqué et projeté dans l'espace environnant par la force centrifuge, sont fortement refroidies à l'eau de sorte que le jet de laitier touchant cette surface subit un choc 30 thermique brutal, et dès leur départ du rotor, les gouttelettes présentent déjà une viscosité proche du point d'inflexion de la courbe viscosité - température.In known devices, the surfaces (wear layers) of the rotors of the spinners onto which the film of slag or molten rock falls before being dislocated and projected into the surrounding space by centrifugal force, are strongly cooled to l water so that the jet of slag touching this surface undergoes a brutal thermal shock, and as soon as they leave the rotor, the droplets already exhibit a viscosity close to the point of inflection of the viscosity-temperature curve.
De plus les rotors sont entourés de buses injectant de l'air froid 35 sous pression dans le nuage de fibres se formant devant elles. Cet air a pour but de parfaire l'étirage des gouttelettes en fibreset de transporter ces dernières dans la chambre à laine. Il leur impose - 3 - en fait . un refroidissement supplémentaire pendant la période critique de l'étirage diminuant ainsi la longueur moyenne des fibres produites et augmentant la proportion de nodules non fibérisés.In addition, the rotors are surrounded by nozzles injecting cold air under pressure into the cloud of fibers forming in front of them. The purpose of this air is to perfect the stretching of the fiber droplets and to transport the latter in the woolen chamber. It imposes on them - 3 - in fact. additional cooling during the critical stretching period, thereby reducing the average length of the fibers produced and increasing the proportion of non-fiberized nodules.
5 La présente invention a comme but de remédier à ces inconvénients et de proposer un dispositif produisant des fibres ayant une longueur élevée.The object of the present invention is to remedy these drawbacks and to provide a device producing fibers having a long length.
Ce but est atteint par le dispositif selon l'invention où l'axe du 10 rotor, comporte des moyens d'amenée de gaz sous pression.This object is achieved by the device according to the invention where the axis of the rotor 10 includes means for supplying gas under pressure.
Dans une des réalisations du dispositif suivant l'invention, la couche d'usure du rotor est refroidie par l'intermédiaire d'ailettes qui se trouvent en contact thermique avec celle-ci et qui sont 15 elles-mêmes refroidies par l'air sous pression amené par l'axe du rotor. Cet air, après s'être échauffé au contact des ailettes et des surfaces intérieures du rotor, est dévié par un déflecteur et assure de cette façon également le transport des fibres dans la chambre à laine. L'air étant chaud, le refroidissement des fibres n'est pas 20 trop brutal.In one of the embodiments of the device according to the invention, the wear layer of the rotor is cooled by means of fins which are in thermal contact therewith and which are themselves cooled by the air under pressure brought by the rotor axis. This air, after heating up in contact with the fins and the inner surfaces of the rotor, is deflected by a deflector and in this way also ensures the transport of the fibers in the wool chamber. The air being hot, the cooling of the fibers is not too brutal.
Les avantages obtenus en utilisant le rotor selon l'invention sont notamment les suivants: 25 - le refroidissement à air, plus souple que le refroidissement clas sique par eau, permet de travailler à une température de surface plus élevée et d'éviter un refroidissement brutal du film de laitier au contact avec la roue.The advantages obtained by using the rotor according to the invention are in particular the following: air cooling, more flexible than conventional water cooling, makes it possible to work at a higher surface temperature and to avoid sudden cooling slag film in contact with the wheel.
30 - l'utilisation de l'air, qui s'est échauffé au contact des surfaces intérieures du rotor, pour parfaire l'étirage des fibres, et pour les projeter dans la chambre à laine, évite l'effet de trempe que subissent les fibres en voie de formation dans les installations classiques.30 - the use of air, which is heated in contact with the interior surfaces of the rotor, to perfect the drawing of the fibers, and to project them into the woolen chamber, avoids the quenching effect which the fibers being formed in conventional installations.
L'invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins qui représentent de manière non-limitative un mode d'exécution du disposi- 35 - 4 - tif suivant l'invention.The invention will be described in more detail with the aid of the drawings which represent, without limitation, an embodiment of the device according to the invention.
- la fig. 1 montre une coupe longitudinale schématique à travers un rotor conforme à l'invention.- fig. 1 shows a schematic longitudinal section through a rotor according to the invention.
55
En fig. 1 on distingue un rotor, comportant une pièce de révolution 1, refroidie par air et un axe 2 relié à un dispositif d'entraînement non représenté, qui lui imprime une vitesse de rotation de l'ordre de 5000 tours par minute. A l'intérieur de l'axe 2 sont 10 situés des moyens d'amenée 3 d'air de refroidissement sous pression. L'axe peut avoir la forme d'un tuyau. L'air de refroidissement, dont une partie traverse une buse 11 longe ensuite la pièce de révolution 1, qui est en contact thermique avec la couche d'usure 8. Cette pièce 1 réalisée en un matériau à conductibilité thermique élevée 15 est fixée â l'évasement 9 de l'axe 2, grâce à plusieurs supports de fixation 10.In fig. 1 there is a rotor, comprising a part of revolution 1, cooled by air and an axis 2 connected to a drive device not shown, which gives it a speed of rotation of the order of 5000 revolutions per minute. Inside the axis 2 are located means 3 for supplying pressurized cooling air. The axis can be in the form of a pipe. The cooling air, part of which passes through a nozzle 11 then runs along the part of revolution 1, which is in thermal contact with the wear layer 8. This part 1 made of a material with high thermal conductivity 15 is fixed to the flare 9 of axis 2, thanks to several fixing supports 10.
Le déflecteur d'air 5 sera de préférence fixe et pourra assumer grâce au roulement 9 la fonction de palier pour l'axe 2 du rotor. Il 20 peut comporter dans son ou ses canaux 7 des déflecteurs 6, éventuellement orientables, qui permettent de réduire les turbulences et de souffler l'air sous un angle bien défini sur la couche d'usure 8.The air deflector 5 will preferably be fixed and will be able to assume, thanks to the bearing 9, the bearing function for the axis 2 of the rotor. In its channel or channels 7, it may include deflectors 6, which may be adjustable, which make it possible to reduce turbulence and to blow air at a well-defined angle on the wear layer 8.
La couche d'usure 8, constituée par un anneau profilé en alliage 25 résistant à l'usure à haute température est fixée sur le corps 1 du rotor par soudage à arc plasma transféré, en utilisant des poudres à base de nickel, de cobalt ou de fer avec incorporation éventuelle de carbures de tungstène ou de titane. Le profilage de la surface est ensuite effectué par usinage.The wear layer 8, consisting of a profiled ring of alloy 25 resistant to wear at high temperature, is fixed to the body 1 of the rotor by transferred plasma arc welding, using powders based on nickel, cobalt or of iron with possible incorporation of tungsten or titanium carbides. The profiling of the surface is then carried out by machining.
30 L'air dirigé par l'intermédiaire de la buse 11 - qui peut être ajustable - vers la chambre à laine, aide à entraîner les fibres dans celle-ci. En jouant sur l'orientation de la buse 11, sur l'ajustage du déflecteur 5, ainsi que sur les pressions d'air respec-35 tives, il est possible d'optimiser la répartition des fibres sur la bande collectrice de la chambre à laine. On peut évidemment se servir en outre de buses supplémentaires fixes de type classique - 5 - pour réaliser cette répartition.The air directed through the nozzle 11 - which can be adjustable - towards the wool chamber, helps to entrain the fibers in it. By playing on the orientation of the nozzle 11, on the adjustment of the deflector 5, as well as on the respective air pressures, it is possible to optimize the distribution of the fibers on the collecting strip of the chamber oldest boy. It is obviously also possible to use additional fixed nozzles of conventional type - 5 - to achieve this distribution.
Par un choix judicieux du débit d'air, on ajuste la température de la couche d'usure à la valeur désirée, compatible avec les proprié-. 5 tés mécaniques et thermiques de celle-ci.By a judicious choice of air flow, the temperature of the wear layer is adjusted to the desired value, compatible with the properties. 5 mechanical and thermal tees.
L'axe 2 seul peut, dans une variante, être refroidi par un circuit classique de refroidissement par eau. De tels circuits sont habituellement fermés et comportent notamment un échangeur de chaleur et 10 une pompe dont le débit est asservi à la température de l'eau.Axis 2 alone can, in a variant, be cooled by a conventional water cooling circuit. Such circuits are usually closed and include in particular a heat exchanger and a pump, the flow of which is controlled by the temperature of the water.
Pour améliorer l'échange thermique entre la couche d'usure 8 et l'air de refroidissement, la pièce de révolution 1, réalisée en un matériau excellent conducteur de la chaleur, peut comporter des 15 ailettes.To improve the heat exchange between the wear layer 8 and the cooling air, the part of revolution 1, made of an excellent heat conductive material, may include fins.
Il est également concevable de remplacer l'air de refroidissement par un gaz quelconque approprié. On peut aussi, pour des applications spéciales, prévoir un tube d'injection de liquide au centre 20 des moyens d'amenée d'air 3 et débouchant dans la buse 11.It is also conceivable to replace the cooling air with any suitable gas. It is also possible, for special applications, to provide a liquid injection tube at the center 20 of the air supply means 3 and opening into the nozzle 11.
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