制造矿物纤维的方法和装置的制作方法

专利名称：制造矿物纤维的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制造矿物纤维，尤其是由岩石、含有玻璃的工业废料以及工业玻璃废料制造连续的矿物纤维的方法，以及实现该方法的装置。
具有玻璃状态下固化的硅酸酯纤维通常称为矿物纤维，它们包括玻璃纤维和硅酸酯原料纤维。就最广义来说，有制成短的纤维(短纤维，分离纤维，石毛)和连续纤维之区别。
矿物纤维被广泛地应用于各种技术领域，并且目前正连续不断地开发出新的使用/应用领域。而用于生产具有最佳特性的矿物纤维的各种潜在方法还没有完全的被研制出。一种原因是各种潜在的使用与各种纤维特性的特殊要求应相对应。
对于大多数应用的矿物/玻璃纤维产品已被很好地研制出。在这样的情况下，玻璃的成分和纤维的参数相对应于特殊的用途。工业上能够生产和加工(能提供)的新型矿物纤维的研制有着非常复杂的参数问题，其中必须解决许多最佳参数选定。可选择地叙述一些被考虑的重要因素，例如，起始组分的数量和形式，均匀性，温度分布，粘度一温度相互关系，结晶的倾向，加工范围，表面张力，方法范围，纤维性质等。尽管这些项目可从方法技术上解决，但它们常常要求不合理的经济费用。
最普遍/最广泛使用的矿物纤维无疑是玻璃纤维。尤其是应用于连续的纤维。在已知的玻璃纤维产品中，所使用的原材料是有一些生态危险的，或它们的排出物/产品和作为玻璃原材料的使用会导致环境污染。此外，某些玻璃原材料的利用率会受到限制，并且它们的费用常常增加。由熔融原材料的混合物制成玻璃的加工涉及高能量的消耗，并且要求对净化产生在熔融时的废气大范围的测量。
另一方面，已知的是某些往往普遍的各种岩石和工业废料，例如渣物，灰粉和粉尘(因为它们的化学成分)能用于玻璃制品。
工业玻璃的废物如电视显象管，计算机监视器，发光灯泡和其它用于电子上的玻璃迄今作为特殊废料一般被贮藏在土壤填料中；在某些情况下，甚至还用于生产和加工方法中所产生的这些废料。另一方面，这些玻璃含有的成分有利地影响由其生产的玻璃长丝和玻璃纤维的物理—化学特性。
已知使用岩石用于制造各种类型的矿物棉。然而，相应的熔化物具有高倾向的结晶，并且粘性—温度关系仅能够使形成(纤维形成)在非常窄的范围内。由于强化熔化物着色的结果，熔化物中的热传导性是低的，并且与用于玻璃纤维产品中的熔化物相比较，产生一种变化的热辐射情况，由此引起加热的其它一些条件和熔化物中质量流量。
在Pt和PtRh衬套材料的浸湿情况方面，岩石熔化物也不同于玻璃熔化物。为了克服衬套装置的细孔板的溢流，必须使用较高的粘度(即较低的温度)，这就增加了熔化物结晶的危险，并且生产率降低。
一般，为生产连续纤维，岩石原材料与外加的其它组分被熔融以便以所希望的形式改善熔化物特性，并且使其适应于特殊的方法和成型技术。
已揭示了一种由玄武岩石制造连续矿物纤维的方法，其中高达4％的TiO2作为附加物。获得的纤维特性和纤维拉伸过程的稳定性限制了加工性能和可能的用途(捷克专利248881)。
另外，已揭示了在实验室规模内用于制造连续矿物纤维的一些方法。例如，根据US4,199,336的方法揭示了玄武岩陶瓷材料的纤维的产品，其中熔化物是由主要含有玄武岩材料制成，并且长丝纤维通过喷嘴而从熔化物中拉伸出。这种纤维通过附加的热处理而被晶化。
利用工业剩余物，如冶金渣物，灰尘和粉尘用来制造矿物纤维也是已知的。在这种情况下，在熔化和纤维成型方法中，也发生上述有关岩石存在的问题。然而，对于这些原料，在每一批料及批料之间的化学组分有很大变化，这就使得适用于纤维成型的同质熔化物的形成更加困难。一些短纤维/矿物棉主要由这些材料生产的。为此，这些物质作为玻璃混合物的原材料组分，或还添加各种添加物。
工业玻璃的废料同样能用于制造连续纤维或短纤维，所述的工业玻璃废料例如是在含有非玻璃组分和/或玻璃熔化物中不溶解组分分选之后的TV管，监视器，发光灯泡。然而，这类废料的化学成分是不均匀的，并且易发生变化。这些废料含有不利于生态的化学元素，例如Pb，Sr，Ba等等，由于这种原因，这些元素被除去作为特殊的废物。由于复杂的化学和物理方法，这些污染物可转变成无害或受约束状态。然而，这种方法加工的剩余物不适用于加工高级产品。
相反，本发明的目的是创建一种方法，它使上述一组的原始材料由稳定的熔化物加工成纤维，尤其是生产连续纤维，并以此改善矿物纤维质量和其纺织加工性能，本发明还提供一种用于实现该方法的装置。
根据本发明，其目的是通过下述方案实现的，在含有非玻璃产品和含有主要玻璃产品机械分离之后a)具有尺寸小于80mm颗粒的主要含有玻璃的产品在一个熔融槽中被熔融，而熔融槽连接一前炉，其连接形式为在熔化物表面区域内熔融槽与前炉之前能够使熔化物从熔融槽流入到前炉内；b)熔化物从前炉输送到一喂给装置；c)熔化物从喂给装置输送到安装在其下方的一衬套装置上并且由此以同时固化的长丝的形式被输出；d)熔化物由熔化物输出区域输送到根据b)所述的喂给装置，其中熔化物具有下列参数d1)熔化物的温度范围为1050至1480℃，d2)熔化物的方法范围为40至100K，d3)在1450℃时熔化物粘度为30至160dPa·s，d4)在1300℃时熔化物粘度为200至1500dPa·s，d5)粘度(以Pa·s计)与表面张力(以N/m计)的比为10至100之间，d6)熔化物粘流活化能不大于290KJ/mol；和e)前炉中熔化物的高度(hs)与熔融槽中熔化物的高度(hw)之比是(hs)∶(hw)＝(0.8-1.1)∶(2-6)。
如果熔融槽中的熔化物表面区域(Fw)与前炉中熔化物表面的区域(Fs)比值，即(Fw)∶(Fs)是0.5-1.5，那么会是更有利的。
如果前炉的宽度(Bs)与熔融槽的宽度(Bw)的之比是(Bs)∶(Bw)＝(0.8-1)∶(5-12)，那么会是更有利的。
上述比值(hs)∶(hw)的最佳值是(0.8-1)∶(2.5-5)。
上述比值(Fw)∶(Fs)的最佳值是0.6-1.3。
在此使用的“岩石”可被认为是基性和超基性岩，例如玄武岩，辉绿岩，安山岩，辉岩，斑岩等，它们已形成岩浆(火成岩或喷出岩)的固体和结晶体，它们是一种复杂的硅酸盐体系，其含有碱金属氧化物和碱土金属氧化物，并具有氧化铁的高含量(高达15％)特点。
“含有玻璃的工业废料”是指固体工业废料，其主要包括玻璃体的状态或形成一种玻璃熔化物或融化在玻璃熔化物中。它们包括渣物，灰和粉。
工业玻璃用于现代技术的许多产品上，例如电气工业，电子工业和化学工业。产生在这些产品生产中和这些产品(灯泡、管等)的使用寿命完结后的废料含有作为重要组分的玻璃(但也有金属，塑料和其它材料)。在本发明说明书中，这种类型的废料是指“工业玻璃废料”。此外，它包括产生在玻璃生产中，但未必总是直接用在玻璃生产中的玻璃废料。
经过深入研究现已发现，具有上述特征的变流性(例如粘度，粘度—温度关系，活化能)和复杂的物理—化学特性(例如表面张力，湿润性)的熔化物根据本发明可成功地加工成矿物纤维，尤其是连续纤维。尤其参数限定如下的纤维a)熔化物的加工范围为60至80K，b)1450℃时的粘度为40至150dPa·s，c)1300℃时的粘度为200至1000dPa·s，d)粘度与表面张力的比为10至100(s/m)，e)粘流活化能不大于270KJ/mol。
在这种情况下，熔化物的温度范围为1050至1480℃，较低的加工温度与熔化物液态温度的差不小于50K。
加工范围是被表示为根据粘度—温度关系的温度间距，其中由熔化物形成纤维是可能的。
如果熔化物参数与这些值不同，那么不能实现稳定的纤维成型和纤维拉伸加工。
根据强度颜色，尤其是源于岩石和工业废料的溶化物，特别是由于高的氧化铁含量，熔融槽中和喂给装置中的熔化物高度上的温度分布与已知的玻璃纤维生产中的温度分布有相当大的差别。在熔化物上层中的熔化物的冷却速度比用于纤维产品的“透明的”玻璃熔化物的情况要高几倍。在“黑色”熔化物(黑度高达0.9)中，质量传送和热交换条件明显不同于已知的玻璃加工的情况。因此，由于熔化物高的热辐射，从而能形成一种凝固的熔化物“表层”，使在热燃物气体与位于较低的熔化物层之间的热交换更为困难。结果是在高度上高的温度差的特点是在表面附近区域。
在变弱形式下，相对于同质熔化物质变化一些条件也会产生玻璃废料情况。
现已惊奇地发现，在用于纤维成型过程的熔化物输出处，通过把一确定的输出区域，确定的熔融参数和确定的结构安排相结合，能实现一种合适的纤维拉伸方法。
位于前炉的熔化物内设有输出区域。输出区域内的熔化物的变流性和复杂的物理-化学特性基本上已被上述熔化物参数所描述。
根据本发明，熔化物通过一液喂给器而被输出，以用来纤维成型加工。这种液流喂给器包括一根管或一组管，所设置的管(一些管)通过前炉的底部，在一种形式中，熔化物从输出区域进入到管(一些管)内。熔化物根据成型需要从管的上部基本等温的流入到一Pt-Rh衬套内(在此一般也称为衬套装置)。在衬套装置中，熔化物型成为纤维并且通过一丝线卷绕装置而被拉伸。纤维通常有2至35μm的直径。为了纺织加工，有5-25μm直径的纤维是特别适合的。
在一种方法的改进中，纤维涂覆一种胶料，为此目的，被引导的纤维经过一胶料涂覆器。
断丝率的下降和矿物纤维的质量及其纺织的可加工性是通过下述事实而被改善的，在矿物纤维制造过程中，熔化物根据成型需要以这样方式通过喂给装置而输出的，要选择喂给装置的浸没深度，从前炉底部测量，浸没深度(hEt)与喂给装置上边缘的溶化物的高度(ho)的比即hEt/ho＝0.25至4。
在浸没深度较大(比值＞4)时，粘度太低的过热溶化物进入管中，这就会导致纤维的粗细度变化，终究导致断丝率的增加。以一个不适当的浸没深度中输出的熔化物会有低的温度，对于纤维成型来说其粘度太高。此外，在熔化物中能生成结晶，它会导致纤维拉伸过程的中断。
由于根据本发明方法的设计安排实施，熔化物通过液流喂给装置的曲线表面(管的)上的小孔而能额外进入到管的内部，从而能实现把更均匀的熔化物送到纤维拉伸区域，另外在不可避免填入原始材料的熔融槽中温度分布和温度变化的影响可被降低，并且实际上完全排除了喷嘴液湾面上的结晶。在这种情况下，能够生产出高质量的连续长丝，并且能实现每kg纤维0.9长丝断裂的断裂率。成形装置的生产率是150kg/天。
在其方法的一种有利的方案中，可使用多个液流喂给装置，它们可独立的移动或作为一组，并且根据上述的系数操作。此外，熔化物能进入液流喂给装置，除了通过其上部的小孔，还能通过(液流喂给装置的)管的曲表面上的侧面孔。
本方法的一个优点是，在一步法方法中，矿物纤维能由岩石(如玄武岩)制造出而无需加入添加物。由于在堆积物内所使用的岩石具有相对稳定组分，它们能直接被熔融。比较源于多组分混合物的熔化而减少了能量损耗，由于岩石是固化的熔化物。在根据本发明所使用的原始材料的情况中，硅酸盐形成，均匀化和精炼熔化物的步骤是不重要的，或仅在一定程度上是重要的，所述的步骤需要对批料熔融并要求高能量消耗。在用于制造玻璃熔化物使用多组分批料中，相对于一些组分的均匀混合和批料的稳定性会产生一些问题。通过使用单组分批料可避免这一缺陷。
原料所使用的颗粒尺寸的选择是基于均匀配料和加入到熔融槽的可能性，和基于由原料的填装而引起的熔融槽中温度变化限制的可能性。
当使用细颗粒的材料时，增加了结合空气排出和使熔化物均匀化所需的能量和时间的数量。根据本发明，由上述原料产生均匀的熔化物，并且通过选择和相互匹配的熔融槽和前炉的几何尺寸而提供纤维成型，在这样的方式中，其熔化物能够形成，尤其是存在稳定的流动条件，而没有脉动和波动，在上述的输出区域熔化物被输出并且喂给装置(液流喂给装置或喂给部件)把熔化物基本等温的输送到衬套装置(衬套或喷丝板)。对熔化物的状态有影响的几何结构以所希望的形式与由于在衬套装置中拉伸过程的复杂方法所要求的装置相一致。
伴随着化学组分特性，尤其是“黑色”熔化物低热输送的特性，用于生产玻璃纤维的熔融装置是不适用的，尤其是相对于它们的几何尺寸和比值。
在玻璃纤维生产中，分为一步法和两步法方法，在一步法方法中，由多组分批料生产出熔化物并通过衬套装置形成纤维。这些装置的熔融槽再分成熔化区域，精制区域和调整区域。调整区域也可移到前炉内。根据本发明，为了熔融，这种类型的熔融槽要加大尺寸，这是由于为所使用的原料制成的熔化物均匀化的条件比较多组分批料更有利。硅化和玻璃形成以及精制的步骤可省略或加工过程更迅速，并且仅有低的能量消耗。
在更广泛使用的两步法方法中，在第一步骤中生产一种玻璃，把其加工成云石。在第二步骤中，在熔融装置中熔化云石，并且玻璃纤维通过衬套装置而被拉出，这种装置不适合用来熔融根据本发明的原料，这是由于不能保证相应的熔化物充分均匀化。
为了保证把均匀的熔化物放入到前炉内，熔融槽内的熔化物表面与前炉内熔化物表面的比应是0.5-1.5。采用这种类型的装置保证了其有最佳燃料消耗和熔化物中的最佳温度条件，均匀熔化物稳定的输送到前炉和输送到喂给装置以及具有减少断裂率的稳定纤维成形方法。
采用比值小于0.5，结晶夹附物能够从熔融槽通过而进入到前炉，并且明显地影响纤维成形方法，甚至阻止纤维成形。
把比值增加到1.5以上，则需要较大的燃料消耗，这是由于比较于前炉面积在熔融槽中熔化物表面积明显地增加。然而，装置的生产率基本上由成形区域的尺寸确定的。用这种方法，具有相同的生产率，更多的原料加入到熔融槽中并且增加特殊能量消耗。
熔融槽和前炉宽度的比值在熔化物均匀喂入或成形方面起着重要的作用。在这种情况下，宽度是指熔融槽或前炉垂直位于熔融装置中熔化物主流方向上的尺寸，其中熔融槽和前炉构成其熔融装置。
在前炉的宽度(Bs)与熔融槽的宽度(Bu)比为(0.8至1)∶(5至12)时，能保证熔化物均匀喂入到前炉内，并且防止熔化物的脉动。采用这种方法，通过喂给装置使熔化物的输出稳定。
如果熔融槽太窄(Bw＜5)，则能使熔化物流入到前炉时产生脉动，并且不再能保证熔化物自输出区域均匀喂给。太宽的熔融槽会减小流动速度，并且相对于液流能形成“死区”。从而熔化物结晶的危险增加，并且要求较高的能量消耗以保持所需的生产温度。
对于同区域的设计/结构，尤其是关于通过喂给装置熔化物输出的技术可能性，熔融槽与前中熔化物高度的比值是特别的重要。前炉内熔化物的高度(hs)与熔融槽内熔化物的高度(hw)的比值即(hs)∶(hw)＝(0.8至1.1)∶(2至6)，尤其是(0.8至1)∶(2.5至5)，证明是非常有利的。
因为沿熔化物高度温度分布的所述特性，前炉中熔化物的高度是受限制的。为了制造连续的矿物纤维，对于岩石来说，熔化物高度在40至80mm之间证明是十分有利的。对于玻璃状的废料，在熔化物高度40与70mm之间时能够拉出连续的纤维。在工业玻璃废料情况下，对于连续纤维已使用60-100mm的熔化物高度。
源于岩石生产纤维的特性是其高氧化铁含量，例如Fe2O3与FeO的比值范围为(1.93-10.8)∶(1.17∶11.8)，两个组分的含量能达到15％(重量)。两种氧化铁以复杂的形式作用于熔化物性能Fe2+和Fe3+影响熔化物着色强度，影响熔化物的粘度和结晶特征。着色熔化物的Fe2+比Fe3+强15倍，如具有Fe3+。使熔化物粘度降低，而Fe2+使熔化物更粘。同时，已知的是Fe3+影响结晶过程(增加了结晶晶核形成和结晶生成率)。
因此，通过控制熔融槽中的氧化还原条件，并且在其方法中，Fe2+/Fe3+比值可以这种方式设定，通过把Fe2+转变成Fe3+，熔化物的着色(黑度)强度被减小，并因此改善了热转送至熔化物的上部层的情况。另外，通过采用这种方法，前炉中的熔化物的粘度性能也受影响。
为稳定温度技术和保证高质量纤维，还有被证明有利的是在氧化条件下进行实现熔化。然而，也可在自然条件或还原条件下完成熔化。
已知的是Fe2+/Fe3+的比值对其纤维的特性有影响(如热阻和电介质特性)。因此，由于通过燃料/氧的比率控制氧化还原条件的结果，另外一种可能性是改善纤维特性。
本发明还涉及一种用于实施该方法的装置。通过附图更详细描述本发明的这一主题内容。附图中

图1表示了根据本发明装置的示意图；图2表示了本发明液流喂给装置和输出区域的示意图；图3表示了本发明液流模块的示意图。
根据图1，原料在熔融槽1中被熔化，受热熔化物在其熔融槽1的表面区域上通过而进入到前炉2内。在前炉2内，熔化物进入到喂给装置，该喂给装置可以是一液流喂给装置5或液流模块7。由喂给装置将熔化物送到一个具有随后线卷绕装置的衬套装置上。
熔融槽1中的熔化物高度是根据特殊的比值而选择的。通过一种装置可成功的实现这种方法技术要求，其中熔融槽的底部是可移动/可改变的，从而前炉中熔化物的高度(hs)与熔融槽中熔化物高度(hw)的比值可设定为这样的范围，即(hs)∶(hw)＝(0.8至1.1)∶(2至6)。
在这种情况下，在熔融槽上在通常的操作工作期间，熔融槽底部不能够通过附加结合耐熔化材料而被提升。熔融槽的底部3也能构造成以致可机械替换。
用于改变熔化物高度比值的另一种可能性是通过在熔融槽1中改变熔化物由可流转移到不可流(相应于“死区”)的位置在垂直方向上仿制底部3的一替换件。
如果熔融槽1中的熔化物高度较大，则增加了用来生产均匀熔化物的特殊能量要求。在熔融槽1和前炉2之间的区域上，可形成称之为的“死区”，在这种情况下，不适当的均质熔化物能送入到前炉内。从而，熔化物通过不适合用于纤维成形的喂给装置而被输出并且中断纤维拉出过程。
在装置的一个十分有利的实施过程中，起源于前炉底部6的一个隔板15和/或在熔化物表面4的高度处的一个分离块16安置在从熔融槽1到前炉2的转移区域处。
分离块16防止从熔融槽1中进入过热和/或不均匀的熔化物的情况。靠近熔融槽1和前炉2中的表面的熔化物层的这种分隔也防止“硬面”(固化的熔化物)的扩展，其硬面使传热剂与熔化物之间的热交换更加困难。隔板15防止高粘度(非常冷)的熔化物进入到前炉2内，并且提供了为从输出区域8输出均质熔化物的准备状态。
根据图3的方法的另一实施过程中，熔化物通过一个液流模块17，被液流环18围绕的穿流孔19而从前炉输出，其液流环18保证了熔化物从熔化物输出区域8中的输出。
熔化物覆盖在前炉2的底部，在其底部上设置有液流模块17。在所设置的液流模块17之下，一个电加热喷丝板20设置在其上，它是计量熔化物流量。在穿流孔19横截面的面积(F)与喷丝板20的小孔总面积(∑FD)的之比范围为10-50时，对于纤维成形可产生最佳的一些条件，即稳定的弯液面的产生。衬套内稳定均匀分布温度区改善了纤维质量并且实际上减少了断裂率。弯液面是受下列技术参数影响喷嘴直径，喷丝板温度和熔化物填装的质量。
当超过上限时，相对于被喂给的熔化物而出现过剩量，液体头增加，并且阻碍弯液面的产生。从而，纤维成形过程的稳定性受到干扰。如果横截面积的比值在特定的下限值之下，熔化物到成形部分的连续喂给会被中断，它会导致纤维直径的波动直至各别长丝断裂并减少纤维成形装置的生产率。喷嘴应有1.0至5.5mm2的面积。当有较小的横截面积时，弯液面的形成套更加困难。当有较大尺寸时，弯液面转变成喷流，初始纤维的直径会增加，并且增加了断裂率。熔化物喂给一般以这样的方式而被控制，单个喷嘴的一般流量为0.2-1克/分。使用一取出装置22而使纤维拉出。
在一个有利的实施过程中，初始纤维由拉出装置22送到气流室23内，在此处纤维由已知的吹制法通过热气流被拉细以制出超细纤维25(直径小于7μm)。用具有稳定参数的初始纤维具备有使用吹风步骤的这种方法，超细纤维在纤维特性方面具有低的波动，并且可生产出超细和超薄纤维(如直径为0.5～2μm)。
为生产特别粗的纤维(高达400μm)，长丝输送到拉出装置的下游。其长丝能与成形粗纱结合或能用作各种复合材料。
当使用液流模块17而不使用液流喂给装置5时，该液流模块还能以高达30°角的一个角度任意倾斜。
表示在图2中的喂给装置5包括一根管7，该管穿过前炉2的底部孔伸出进入到熔化物内。如图1所示，液流喂给装置也可包括许多管，如果专用的话，这些管在前炉2之下相互连接，并且这些管可在垂直方向分别移动或作为一组移动。每一管可称为一液流喂给装置，一组管亦然。在一组管的情况下，这些管可移动达到这样的程度以至浸没深度(hEt)与管的顶部边缘之上的熔化物层的高度(Ho)比值是0.25至4。
如已说明，能够十分有利的是始于前炉底部的隔板15和从熔化物表面4经过的分离块16安置在熔融槽1与前炉2之间的熔化物区域处。
当新型一组原料用来矿物纤维生产时，则使用便宜和生态无害的原材料(岩石)或生态有害材料转变成一种经济有用的产品。
由于这些原材料基本上含有玻璃，同时这就减少了用于熔融原材料的能量消耗。
同时，由于本发明玻璃熔化物的化学组分，良好的物理和/或化学特性可被充分利用用于新型的矿物纤维。比较于已知的玻璃纤维，这些纤维改善了物理和化学特性，如介电特性，耐热性，耐化学性，机械强度。
此外，某些矿物纤维具有十分新型复杂的特性(综合特性)，利用矿物纤维使得有可能有新的用途，或能替代昂贵的特殊纤维，如水泥/混凝土的增强物，辐射防护，温度在900/1000℃时的绝热材料，催化剂载体等等。这就带来了这样的可能性，减少选配已知的玻璃组分对于特殊用途的特殊外观要求的大量研制工作需要，并且通过选择适当的和有经济影响原始材料，可研制和生产经济效果的具有所希望的复杂特性的纤维。根据本发明所生产的矿物纤维适合用于制造纱线，粗纱，加捻线，绳和松散纤维，它还能用于织造织物和非织造絮垫和各种结构的非织造物材料或其它塑料混合物和广泛技术领域的混合物，所述领域如绝缘、电气、汽车制造和建筑，所述的纤维可独立和相互组合以及与其它材料(如金属、纸、玻璃纤维、天然纤维)组合使用。
因此本发明还涉及利用由岩石得到的连续纤维用来制造机织物，非织造物制品和混合物，尤其是利用岩石连续纤维作为所希望几何尺寸的切断的短纤维。
本发明结合一些实施例在下面作更详细说明。实施例1一种安山岩玄武岩具有下列组分按重量计，55.7％的SiO2，19.5％的Al2O3，7.91％的CaO，7.8％的Fe2O3+FeO，3.9％的MgO，1.9％的Na2O，1.57％的K2O，0.72％的TiO2，0.13％的P2O5，0.11％的MnO，所述的安山岩玄武岩被机械地压碎成40-60mm尺寸的颗粒，并被喂送到直接加热炉的熔融槽1中。玄武岩在1165-1375℃下被熔化。为改善熔化物的均匀性，熔融槽的温度能被增加到1450℃。熔融槽1连接一个前炉2。熔化物经过液流喂给装置5而被输出以用来纤维成形。液流喂给管的浸没深度与前炉中该管上边缘之上的熔化物高度之比是1.4。熔化物通过液流喂给装置5的管7而被输送到具有200喷嘴的衬套中被加工处理。
所被加工处理的玄武岩熔化物的特征在于具有下列参数熔化物的加工范围60K；液体温度与低加工温度之间差160K；1300℃下粘度＝1000dPa·s；1450℃下粘度＝150dPa·s；比值η[Pa·s]/v[N/m]＝50；粘流活化能(Eη)＝240KJ/mol。
由处在Pt-Rh-衬套10内的熔化物中拉出连续的长丝11，由喷嘴引出的原纤维被卷绕到纱线卷绕装置14上。制得的玄武岩纤维具有7-15μm直径。在一些生产条件下，实现纤维断裂率0.8(断率/公斤)，它可进一步加工为纺织品。该纤维被加工成机织物和用于塑料的加强物。
所使用的装置的特征在于有下列参数熔化物表面比值(Fw)∶(Fs)＝0.64前炉宽度与熔融槽宽度之比(Bs)∶(Bw)是1∶5。
前炉中熔化物的高度(hs)与熔融槽熔化物的高度(hw)之比是1∶4。实施例2连续的矿物纤维是由发电站的灰粉外加白垩根据本发明而生产的。烟灰包括以重量计约43.6％的SiO2，16.2％的Al2O3，1.6％的Fe2O3，5.25％的FeO，0.7％的LiO2，26.7％的CaO，3.11％的MgO，0.67％的K2O和2.17％的其它组分。
在小规模试验性工厂中，具有直径15μm的连续纤维是由约65％的烟灰，相应的例出的混合物外加白垩而制造的。实施例3在一实验室规模中，具有直径7-8mm的连续纤维是以1100-1300℃的加工温度由化学玻璃废料(荧光管)根据本发明而得到的，所述的玻璃废料包括下列组分以重量为计，72.0％SiO2，18.0％(Na2O+K2O)，8.0％(CaO+MgO+BaO)，2.0％Al2O3，＜0.01％的FeO和微量的PbO，Sb2O3，As2O3，Cd，Tl和其它组分。
表示的标号和所使用的术语1 熔融槽2 前炉3 熔融槽的底部4 熔化物表面5 液流喂给装置6 前炉底部7 管8 输出区域9 输出口10 衬套
11 纤维(长丝)12 线13 胶料涂覆器14 线卷绕装置15 隔板16 分离块17 液流模块18 液流环19 穿流孔20 喷丝板21 初始纤维22 拉伸装置23 气流室24 鼓风燃烧器25 超细短纤维26 纤维粗纱hs-前炉中熔化物高度hw-熔融槽中熔化物高度hEt-管的浸没深度ho-前炉中管的上边缘之上的熔化物层的高度
权利要求
1.用于由岩石，各种工业废料或工业玻璃废料制造矿物纤维的方法，其中在含有非玻璃产品和含有主要玻璃产品机械分离开之后，具有尺寸小于80mm的颗粒的主要含有玻璃的产品在一个熔融槽中被熔化，而熔融槽是以这样的形式连接一前炉，在熔化物的表面区域内在熔融槽与前炉之前能够使熔化物从熔融槽流入到前炉内；随后熔化物从前炉输送到一喂给装置，并且熔化物从喂给装置输送到安装在其下方的一衬套装置，由此将熔化物拉成长丝，同时固化，其特征在于熔化物从熔化物的拉出区域而输出到喂给装置，其中熔化物满足下列条件a)熔化物的温度范围为1050至1480℃，b)熔化物的加工范围为40至100K，c)在1450℃时熔化物粘度为30至160dPa·s，d)在1300℃时熔化物粘度为200至1500dPa·s，e)粘度(以Pa·s计)与表面张力(以N/m计)的比值为10至100之间，f)熔化物粘流活化能不大于290KJ/mol；和g)前炉中熔化物的高度(hs)与熔融槽中熔化物的高度(hw)比值为(hs)∶(hw)＝(0.8-1.1)∶(2-6)；并且输送到衬套装置的熔化物以同时固化的连续长丝形而被输出。
2.根据权利要求1的方法，其特征是熔融槽中熔化物表面的区域(Fw)和前炉中熔化物表面的区域(Fs)比值为(Fw)∶(Fs)＝0.5-1.5。
3.根据权利要求1的方法，其特征是前炉的宽度(Bs)与熔融槽的宽度(Bw)之比为(Bs)∶(Bw)＝(0.8-1)∶(5-12)。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于比值(hs)∶(hw)＝(0.8-1)∶(2.5-5)。
5.根据权利要求2的方法，其特征在于比值(Fw)∶(Fs)＝0.6-1.3。
6.根据权利要求1的方法，其特征在于熔化物的输出区域中维持在下述的条件—熔化物的加工范围为60-80K，—1300℃时熔化物粘度为200-1000dPa·s，—1450℃时熔化物粘度为40-150dPa·s，—熔化物的粘流活化能不大于270KJ/mol。
7.根据权利要求1的方法，其特征在于使用主要含有玻璃岩石产品而无需其它添加物，
8.根据权利要求1的方法，其特征在于熔化物通过设置在前炉开始处的一隔板而被从熔融槽转送到前炉内。
9.根据权利要求1的方法，其特征在于熔化物从前炉输送到液流喂给装置或作为喂给装置的一液流模块处。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于熔化物输送到一液流喂给装置，该装置包括一个开口管或一组开口管，这些管设置在前炉底部，每一管的上端是开口的并且插入到前炉的熔化物中直至输出区域，而每一管的下端是开口的以便使至少管之上的熔化物进入管内并达到安装在其下方的衬套装置。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于熔化物被引入到一个或多个液流喂给装置的管内，其管的顶部边缘是在熔化物的输出区域。
12.根据权利要求10的方法，其特征在于熔化物通过管的曲面上的小孔和通过顶部开口的管的端部而进入到液流喂给装置的管内，所述的所有小孔位于熔化物的输出区域。
13.根据权利要求1的方法，其特征在于岩石熔化物的温度和/或粘度取决于通过控制熔化装置中的氧化还原条件的Fe2+与Fe3+的比值。
14.根据权利要求1-13之一的方法，其特征在于纤维被拉伸以形成一种连续纤维，该纤维具有长丝直径2至400μm，较好为5至150μm，尤其为5至25μm。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于连续纤维是玄武岩纤维。
16.用于由岩石，各种工业废料或工业玻璃废料制造矿物纤维的方法，其中在含有非玻璃产品和主要含有玻璃产品机械分离开这后，具有尺寸小于80mm颗粒的主要含有玻璃的产品在一个熔融槽中被熔化，而熔融槽是这样的形式连接一前炉，在熔化物的表面区域内在熔融槽与前炉之间能够使熔化物从熔融槽流入到前炉内，随后熔化物从前炉输送到一喂给装置，并且熔化物从喂给装置输送到安装在其下方的一衬套装置，由此以同时固化的长丝形式而被输出，其特征在于熔化物从熔化物的输出区域而输出到喂给装置，其中熔化物符合下列条件a)熔化物的温度范围为1050至1480℃，b)熔化物的加工范围为40至100K，c)在1450℃时熔化物粘度为30至160dPa·s，d)在1300℃时熔化物粘度为200至1500dPa·s，e)粘度(以Pa·s计)与表面张力(以N/m计)的比为10至100之间，f)熔化物粘流活化能不大于290KJ/mol；和g)前炉中熔化物的高度(hs)与熔融槽中熔化物的高度(hw)之比是(hs)∶(hw)＝(0.8-1.1)∶(2-6)；以及h)长丝在衬套装置之下通过水平和/或以拉伸方向倾斜导入的热气流而被拉伸，以形成具有0.5-7μm直径的短纤维。
17.用于由岩石，各种工业废料或工业玻璃废料制造连续矿物纤维的装置，其中包括一个可加热的熔融槽(1)，一个连接熔融槽(1)的前炉(2)，其前炉是以这样的方式而设置的，即熔融槽(1)中的熔化物表面(4)基本与前炉(2)中的熔化物表面同一水平面，一个喂给装置安置在前炉内的熔化物中并具有一个穿过前炉(2)的底部(6)的基本垂直取向的输出口(9)，并且在喂给装置的输出口端部有一衬套装置，在其下游安置有卷绕装置(14)，其特征在于熔融槽是以这样方式而设置的，即前炉(2)中熔化物的高度(hs)与熔融槽中熔化物高度(hw)之比可调整成(hs)∶(hw)＝(0.8-1.1)∶(2-6)，并且喂给装置(5)是由一些管(7)或由一个或多个液流模块(17)所形成的，其中在是管(7)的情况下，这些管通过前炉(2)的底部孔可移动为至少这样的程度，管的浸没深度(hEt)与管的上边缘之上熔化物层的高度(ho)之比是0.25～4。
18.根据权利要求17的装置，其特征在于所设计的熔融槽(1)具有一个能在垂直方向变化的底部(3)。
19.根据权利要求17的装置，其特征在于前炉之下液流喂给装置的管是相互连接的。
20.根据权利要求17的装置，其特征在于液流模块(17)是安置在前炉(6)的底部上的一板件，在其中心区有一穿流孔(19)，穿流孔被一个基本完全围绕它的一个液流环(18)所包围。
21.根据权利要求20的装置，其特征在于穿流孔的横截面(F)∶(∑FD)＝10-50。
22.根据权利要求17的装置，其特征在于在熔化槽(1)与前炉(2)之间的熔化物区域中，安置有源于前炉的底部(6)的隔板(15)和源于熔化物表面(4)的分离块。
23.一种根据权利要求1-15之一所得到的连续纤维的用途，用于制造机织物，非织造物制品和混合物。
24.根据权利要求23的用途，其用来制造具有被限定几何尺寸的短纤维。
全文摘要
本发明涉及一种用于由岩石、含有玻璃的工业废料以及工业玻璃废料制造连续的矿物纤维的方法和其装置。本发明的目的是提供一种方法,该方法能使所述的一种原材料由稳定的熔化物加工成为尤其是连续纤维,由此来改善纤维质量和可加工性。原始材料在熔融槽中被熔化,并被输送到前炉,喂给装置,随后输送到一衬套装置并由此作为线而被输出。熔化物由熔化物的输出区域输送到喂给装置,其中熔化物具有一些参数,这些参数是根据本发明的温度,加工范围,粘度,粘度与表面张力之比,熔化物的粘流活化能,前炉中熔化物的高度与熔融槽中熔化物高度之比值而限定在一定的范围内。
文档编号C03B5/00GK1198727SQ96197471
公开日1998年11月11日 申请日期1996年10月9日 优先权日1995年10月9日
发明者德克·萨姆, 伊琳娜·克拉夫琴科, 德里克·索瑞夫, 亚历山大·梅德韦德朱, 瓦连京娜·格若宾斯卡娅 申请人:格哈德·毕尔格, 瓦连京娜·格若宾斯卡娅