NO178840B - Fremgangsmåte for å regulere temperaturen i en fibreringssentrifuge - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å regulere temperaturen i en fibersentrifuge som benyttes ved fremstilling av såkalte isolerende glassfibre.

Den angår spesielt automatisering av fremstillingslinjer for glassull som hovedsaklig benyttes i fremstilling av varme-og/eller lydisolerende produkter.

Såkalte isolerende glassfibre fremstilles idag ved indre sentrifugering, det vil si ved å innføre en tynn strøm av smeltet glass til en sentrifuge, også kjent som en fiber-spinner som dreier seg med høy omdreiningshastighet og langs periferien har et stort antall munninger. Under innvirkning av sentrifugalkreftene blir glasset slynget ut gjennom disse munninger i form av filamenter. I tillegg til sentrifugalkraften kan det også gjennomføres en trekking ved hjelp av en gass-strøm med høy temperatur og hastighet, avgitt tangen-sialt til den perforerte vegg av sentrifugen. I disse teknikker blir sentrifugen, hvis diameter eventuelt kan overskride 1 meter, meget høyt belastet på grunn av mekaniske (høy rotasjonshastighet), termiske (glass ved ca. 1000°C) og kjemiske (korrosjon fra glassets side) krefter. Kvaliteten på de fremstilte fibre varierer sterkt avhengig av korrekt drift av sentrifugen, det vil si dens gode generelle tilstand og at man holder seg til referanseverdiene med henblikk på hastighet og temperatur.

Det er snaut noen grunn til at hastigheten skal modifiseres av forstyrrelser under fremstilling og kan fremfor alt hanskes med totalt uavhengig av alle andre parametre hvis man for eksempel velger å drive akslingen ved hjelp av en asynkronmotor kontrollert på egnet måte. Referanseverdier som gies for rotasjonshastigheten kan således anses som over-holdbare.

I motsetning til dette er temperaturen i sentrifugen følsom overfor et stort antall faktorer som for eksempel innvirkning av indre brennere som oppvarmer det indre av sentrifugen samt ytterligere oppvarmingsinnretninger, for eksempel ved hjelp av magnetisk induksjon rettet mere spesielt mot bunnen av sentrifugen, glassets temperatur, glassets strømningshastighet, temperaturen for gass-trekke-strømmen som eventuelt avgis i umiddelbar nærhet av sentrifugen eller i ethvert tilfelle den relativt varme atmosfære som foreligger rundt sentrifugen, den relativt intense avkjøling som skyldes den relativt høye rotasjonshastighet og sentrifugen selv som spesielt kan deformeres efter et gitt antall driftstimer og som et resultat kan reagere forskjellig på innvirkningen av oppvarmingen fra brennerne.

Som antydet ovenfor forårsaker utilfredsstillende temperaturer forstyrrelser i stor skala når det gjelder fibertrekkingsprosessen. Hvis således sentrifugen er for kold kan det utløses en devitrifisering som gjør glasset uegnet for f ibertrekking; en sentrifuge som er for varm er ved den termiske bruddgrense og kan videre føre til dannelse av ikke-fibrerte deler eller ekstremt fine fibre, noe som er uønsket, dette på grunn av at glasset er for fluid.

For å regulere temperaturen i sentrifugen er det i US-A-4 392 879 foreslått å anbringe termopar på den indre vegg av sentrifugen for derved å overføre det elektriske signal som mottas til en elektromagnetisk bølge som analyseres av en fiksert mottaker som ikke er rotasjonsintegral med sentrifugen. Det elektriske signal som mottas tjener så som en parameter for å regulere ringbrenneren for gasstrekke-prosessen, anordnet akkurat ved periferien av sentrifugen. I denne teknikk er antallet punkter som analyseres på overflaten av sentrifugen nødvendigvis begrenset i forhold til høyden av strimmelen og spesielt i forhold til lengden av omkretsen av sentrifugen. I tillegg er den indre temperatur ikke alltid instruktiv fordi dens verdi kan være mere karakteristisk for temperaturen i det smeltede glass som akkumuleres i form av en reserve enn for den virkelige temperatur i sentrifugen. I tillegg kan et termopar løsne fra den indre vegg og derved indikere temperaturen på et punkt forskjellig fra det det er ment å skulle analysere. Temperaturen i en sentrifuge er ikke konstant over hele høyden av båndet, om ikke annet fordi glasset ikke alltid smelter helt og holdent enhetlig, disse temperatur-irregulariteter anses så å være normale forutsatt at de forblir innen de definerte grenser og delokalisert måling, det vil si måling som tolkes galt, kan føre til villkårlig kontroll av ringbrenneren.

Det beskrives videre i EP-B1-219 433 en fremgangsmåte for fremstilling av glassfibre der den maksimale temperatur i sentrifugen bestemmes ved kontinuerlig å måle den stråling som avgis av overflaten av båndet, i en resiprokerende bevegelse over hele høyden av båndet.

Den maksimale temperatur benyttes derefter som en temperatur for å regulere brenneren. Utstyret er mindre ømfintlig enn i de foregående tilfeller. Videre blir temperaturen målt effektivt på det varmeste punkt og ikke på det punkt der det antas at den er varmest. Det er således mulig å unngå overheting uansett hvor dette hinder er og ikke bare på det punkt der det ventes. Videre er det den eksterne temperatur som måles, ikke den interne temperatur i sentrifugebåndet, idet denne eksterne temperatur er mere representativ for temperaturen ved fibertrekkingsprosessen ved sentrifugering.

Det har imidlertid vist seg at den apparatur som er beskrevet i EP-B1-219 433 fremfor alt er fordelaktig i den fase der fibertrekkingsprosessen starter, når det er et spørsmål om gradvis å øke temperaturen i sentrifugen uten å skape termisk sjokk, idet apparaturen muliggjør at prosessen systematisk ligger under de kritiske temperaturer og den teoretiske oppvarmingsprofil av delen på riktig måte kan overholdes. Under fibertrekkingsprosessen har man merket seg at det ikke alltid er ønskelig å modifisere egenskapene i trekkegassen fordi kvaliteten av de fremstilte fibere da modifiseres idet forbindelsen mellom temperaturen i sentrifugen og temperaturen i trekkegassene ikke alltid er så enkel, inn i bildet kommer også andre parametre som deformering av sentrifugen som varmes opp når den for eksempel nærmer seg brenneren. I tillegg er det ovenfor indikert at temperaturen i sentrifugen vanligvis ikke er konstant over hele høyden av båndet, selv om lave amplitydeforskjeller anses normale. Forskjeller som er for store vil i motsetning til dette skade selve sentrifugen og derved også kvaliteten for de fremstilte fibre idet de involverer unormal drift av apparaturen.

I tillegg er apparaturene som er beskrevet i US-A-392 879 og EP-B-1 219 433 begge i praksis ineffektive når det angår å oppdage defekter som for eksempel begynnende sprekking av sentrifugen efter deformasjon på grunn av at en lavere del av sentrifugen vris mot det ytre. Disse defekter kan forårsake at sentrifugen brister i fibertrekkehodet med en betydelig risiko for brann og i alle tilfelle skade i stor skala eller sågar skade på personer i nærheten.

Det har derfor vært en oppgave å tilveiebringe en ny fremgangsmåte for å kontrollere en fibertrekkingssentrifuge egnet for å tilveiebringe informasjon som kan sammenlignes med forskjellige anomaliteter i fibertrekkeprosessen for at manuell eller automatisert intervensjon hurtig kan gjennom-føres .

I henhold til dette oppnås dette formål ved en fremgangsmåte for kontroll av fremstillingen av mineralfibre særlig glassfibre, ved en fibertrekkingsprosess som benytter indre sentrifugering ved hjelp av en sentrifuge hvis perifere bånd er gjennomhullet av et stort antall utløpsåpninger, i henhold til hvilken strålingen som avgis fra overflaten av det perifere bånd måles for å bestemme temperaturen i punkter på det perifere bånd, og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at det vertikale koordinat for hvert av målepunktene, bestemmes.

Med henblikk på den kjente teknikk som beskrevet i EP-B1-219 433 er dette derfor et ytterligere korrelasjonstrinn for temperaturene som måles og deres lokalisering.

Det første merkbare punkt i profilen som måles tilsvarer det varmeste punkt på den perforerte del av det perforerte bånd, hvilket punkt senere vil angis som det varmeste punkt selv om, i mange tilfeller, det punkt på sentrifugen som virkelig er det varmeste, befinner seg utenfor den perforerte sone der filamentene dannes. Under vanlige fibertrekkingsbetingelser ved konstant hastighet og temperatur er det varmeste punkt fiksert og bestemt av glass-strømbetingelsene. Prøver har vist at det varmeste punkt er assosiert med den maksimale strømningshastighet. Når viskositeten for det smeltede glass synker (eller med andre ord, hvis temperaturen i glasset øker eller hvis glassblandingen er modifisert), vil det varmeste punkt forskyves, i dette tilfellet vil det falle. I tillegg, og dette er et spesielt fordelaktig trekk ved oppfinnelsen, vil, hvis glasset presenteres for nye utslippsmuligheter, hvis for eksempel sprekking oppstår, det varmeste punkt igjen forskyves og sentreres ved denne sprekk. Hvis man vet at en sprekk ikke sprer seg umiddelbart har derfor operatøren tid til å avbryte strømmen av glass og å stanse sentrifugen i henhold til vanlig stansprosedyre og ikke i henhold til en nødsprosedyre som alltid er mere risikofylt.

Som en generell regel er det som antydet ovenfor er foretrukket ikke å gjøre forsøk på å korrigere temperaturen i det varmeste punkt under fibertrekkingsperioden ved å modifisere temperaturen og/eller strømningshastigheten for de varme gasser som avgis av ringtrekkebrenneren, da denne innvirkning involverer risiko for å modifisere egenskapene i fibrene på grunn av en variasjon i trekkebetingelsen. I motsetning til dette er det utenfor fibertrekkeperioden, spesielt under stans eller når produksjonsperioden startes, eller hvis gassene som avgis ganske enkelt mister flammene som er ment å opprettholde en varm atmosfære rundt sentrifugen, spesielt fordelaktig å bruke den maksimale temperatur som måles som en verdi for å regulere ringbrenneren.

Denne første kontroll fullføres fortrinnsvis ved en måling av temperaturen i basis for det perifere bånd. Hvis således sentrifugen vrir seg vil basis for sentrifugen trenge inn i sonen for varme gasser som avgis av ringbrennerne og derved oppvarmes til høyere temperatur av disse gasser hvorved den egne temperatur økes. Denne temperaturøkning er således karakteristisk for en høyere tretthetsgrad i sentrifugen for hvilken det alltid må være tilgjengelig en erstatning. Hvis på den annen side temperaturen i båndets basis hurtig synker antyder dette for eksempel begynnelsen av en devitrifisering av glasset som er akkumulert ved bunnen av sentrifugen og er avkjølt i stor grad på grunn av den kolde luft som er tilstede under sentrifugen og som agiteres intenst på grunn av rotasjonen. Det er her nødvendig å øke mengden av varme som tilføres, spesielt til bunnen av sentrifugen, spesielt ved magnetiske induksjonsinnretninger som for eksempel beskrevet i FR-A-2 443 436.

Fortrinnsvis markerer man i tillegg på profilen temperaturen på toppen av det perifere bånd som er det varmeste punkt over den perforerte del, for hvilken en hurtig økning er karakteristisk for en anomali, for eksempel en sentrifuge som befinner seg på punktet for sprekking eller en ringbrenner ute av sentrering som avgir gasser rettet mot sentrifugen og ikke bare mot periferien mens en mere gradvis variasjon, eventuelt korrelert med en økning i temperaturen i bunnen av båndet, heller er en indikasjon på en unormal slittasje av sentrifugen.

I en foretrukket variant foreslår oppfinnelsen således mere spesielt å overvåke tre punkter på det perifere bånd, punkter hvis koordinater strikt er bestemmet men ikke definert a priori. Fortrinnsvis deduseres disse tre punkter ved å beregne kurven som avledes fra temperaturprofilen idet de tre punkter måles tilsvarende tre ekstremer av profilen.

Fortrinnsvis tar imidlertid beregningen basis i koordinatene for det laveste punkt for å bestemme koordinatene for det høyeste punkt, noe som vanligvis er heller vanskelig å utpeke på temperaturprofilen men ligger overfor det laveste punkt i en avstand tilsvarende nøyaktig høyden av det perifere bånd.

Fortrinnsvis advares operatøren ved hjelp av en serie varselsinnretninger for enhver temperatur som er forskjellig fra den normale temperatur og derfor tilsvarer ukorrekte driftsbetingelser, idet de forholdsregler som kreves for å vende tilbake til normaltilstand utløses enten av operatøren eller rent automatisk der det sistnevnte er foretrukket når det er nødvendig å stanse strømmen av smeltet glass, spesielt av sikkerhetsgrunner.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan fordelaktig implemen-teres ved hjelp av et IE-strålingspyrometer utstyrt med en dreiende optisk del med et rektangulært siktemål som er langt og smalt for å notere strålingen fra et relativt stort overflateområde uten å forringe nøyaktigheten av målingen, en oppløsning på mer enn 20 punkter er foretrukket. Fortrinnsvis er kun pyrometeres optiske del montert i nærheten av sentrifugen, dog i en avstand som er større enn eller lik 1 meter, hvorved signalene transmitteres ved hjelp av en optisk fiber til regneenheten som befinner seg i større avstand og som er utstyrt med konvensjonelt utstyr.

Ytterligere fordeler og trekk samt detaljer ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse som gies under henvisning til de ledsagende tegninger der: figur 1 er et diagram som viser kontrollprosedyren ifølge

oppfinnelsen;

figur 2 er et diagram for sentrifugen der periferibåndet

er deformert; og

figur 3 er et diagram tilsvarende en temperatur ved bunnen

av båndet som er for lav.

På venstre side av figur 1 er det vist et perifert bånd 1, gjennomhullet av noen tusen utløpsmunninger 2, av en sentrifuge benyttet for fremstilling av for eksempel glassfibre. Hvis f ibertrekkeprosessen ikke er helt og holdent sentrifugal er sentrifugen omgitt av leppen av en ringbrenner 3 som danner en gass-strøm for å opprettholde en høy temperatur rundt sentrifugen. Avstanden D i varm tilstand som vanligvis separerer toppen av det perifere bånd på sentrifugen fra leppen av ringbrenneren er kun noen millimeter, enhver tilstand utenfor sentrum vil således sterkt forstyrre varmebetingelsene. Sentrifugen dreier seg med høy hastighet og mates kontinuerlig med en strøm av smeltet glass, fortrinnsvis helt opp i en fordelerdel som omfatter et hult sylindrisk legeme utstyrt med relativt store munninger hvis rolle er å oppdele det smeltede materialet og rette det under innvirkning av sentrifugalkraften mot en indre overflate av det perifere bånd som så blir belagt med glass og hvorfra glass slippes ut via det store antall munninger 2 i form av en serie radiale filamenter.

Disse radiale filamenter trenger inn i gasstrømmen som avgis av den ytre brenner og eventuelt en andre blåsekrave og trekkes av denne gasstrøm og omdannes til fibre.

I en avstand i størrelsesorden for eksempel 1 meter anordnes den optiske del av et pyrometer hvis maksimale sensitivitets-grad fortrinnsvis justeres for strålingsområdet nær infra-rødt, altså mellom 0,6 og 1,1 \ im. Den optiske del er montert dreibart og sveiper en vinkel a for å dekke hele høyden av det perifere bånd med en kontinuerlig resiprokerende bevegelse. Betraktningsmålet bør ha et relativt stort overflateareal, fortrinnsvis i størrelsesorden 10-15 mm<2>, for å oppnå god sensitivitet under målingen. I tillegg må høyden av målet være så liten som mulig for å oppnå høy nøyaktighet hva angår de vertikale koordinater av de målte punkter. Et tilfredsstillende kompromiss oppnås med et rektangulært mål med høyde 1-3 mm og bredde 20 mm.

All elektronikk i forbindelse med den egentlige optiske del befinner seg fortrinnsvis i en stor avstand og de to deler er forbundet med en optisk fiber som hvis nødvendig avkjøles. Hver gang det perifere bånd sveipes blir temperaturprofilen på båndet notert. Denne profil omfatter tre spesielle punkter A, B og C henholdsvis tilsvarende det høyeste punkt på båndet, det varmeste punkt og det koldeste punkt. Det skal være klart at punktet A ikke alltid tilsvarer en topp på kurven men kan finnes ved hjelp av sitt vertikale koordinat ved fiksert definering og ved hjelp av posisjonen for punktet c) idet avstanden mellom A og C tilsvarer høyden av det perifere punkt. Fortrinnsvis plottes punktene A og C ved analyse av den deriverte kurve tilsvarende temperatur-prof ilen .

Kjennskap til temperaturprofilen eller mere spesielt til punktene A, B og C, muliggjør at fibertrekkingsprosessen kontinuerlig kan analyseres og automatisk reguleres efter ønske. Fortrinnsvis blir profilen bestemt minst hvert minutt og aller helst 3 til 4 ganger pr. minutt, noe som selv-følgelig er umulig å gjennomføre for operatøren.

Utenfor fibertrekkingsperioden, det vil si når sentrifugen ikke mates med smeltet glass, er den vesentlige faktor å unngå lokal overheting ved endring hvis nødvendig av temperaturen og/eller strømningshastighetene for gassene som avgis av ringbrenneren. Regulering gjennomføres således ved bunnen av punktet B som antydet i EP-B1-219 433.

Under fibertrekkingsperioden gjøres det ingen ytterligere spesielle forsøk på å regulere ringbrenneren som vanligvis har nådd et likevektspunkt som er egnet for en perfekt regulær fibertrekkingsprosess. På den annen side gir de tre punktene A, B og C svært karakteristiske indikasjoner på fibertrekkingsprosessen.

Hvis således temperaturen som måles er for høy, antyder dette for det øvre punkt A at sentrifugen har begynt å trenge inn under leppen for ringbrenneren på unormal måte (dette tilfellet er vist i figur 2, deformeringene er fremhevet for bedre å vise fenomenet). Konsekvensen er større slittasje på sentrifugen. Efter et visst tidsrom sprer denne overheting seg til punkt B, noe som er et tegn på korrosjon og aksen-tuert deformering, og når til slutt punkt C, i dette tilfellet må sentrifugen erstattes hurtig. Operatøren har således et permanent bilde av den virkelige tilstand for sentrifugen som, som kjent, ikke bare avhenger av "alderen" men også produksjonsbetingelsene og sentrifugens anvendelse idet den effektive levetid varierer mellom noen timer hvis delen har støpedefekter og flere hundre timer. En mulig måte for å korrigere denne anomali på er å redusere sentrifugens rotasjonshastighet.

En gradvis økning av temperaturene på denne måte bemerkes også hvis glasset som benyttes er for varmt og derved for fluid, det vil da ha en tendens til å passere med høyere strømningshastighet gjennom hullene i bunnen av det perifere bånd, som et resultat av dette vil det varmeste punkt lokaliseres for eksempel halvveis opp på det perifere bånd og ikke i nærheten av de første rekker av utløpshullene. I dette tilfellet og efter undersøkelse av glass-sammensetningen, kan oppvarmingen av glasset reduseres spesielt ved å endre matingen av elektrisk energi til elektrodene i matekanalene som befinner seg ved utløpet av smelteovnen, eller temperaturen og/eller strømningshastigheten for den indre brenner kan modifiseres hvis en slik brenner benyttes. Det kan også være fordelaktig å endre rotasjonshastigheten for sentrifugen, mere nøyaktig å øke den for å heve det varmeste punkt.

Ovenfor er det illustrert et tilfelle med gradvis økning av temperaturen men det kan også skje at temperaturene økes brått, spesielt i forbindelse med en hurtig forskyvning av det varmeste punkt. Dette fenomen karakteriseres ved innflyting av smeltet glass i visse områder på grunn av at sentrifugen begynner å sprekke. Operatøren kan i dette tilfellet umiddelbart gripe inn og avbryte fibertrekkingsprosessen før det er inntrådt skade, for eksempel sentrifuge-eksplosjon.

Videre kan det også skje at temperaturene som måles er for lave, noe som er vist i figur 3 og som forringer kvaliteten for de fremstilte fibre fordi fibrene som trekkes fra filamentene blir for tykke. Selv om virkningen av den ytre trekkebrenner reguleres for å oppnå den samme finhet i fibrene er det allikevel nødvendig justere den indre oppvarming av sentrifugen som arbeider med den indre brenner eller med de magnetiske induktorer og/eller å endre temperaturen i det smeltede glass.

Et spesielt tilfelle er det med en temperatur som er langt for lav ved punkt C der situasjonen da er slik at det absolutt er nødvendig å unngå gassakkumulering i sentrifugen på grunn av devitrifisering av glasset i bunnen av denne, idet bunnen er lengre fra brenneleppen og derved oppvarmes i mindre grad og i tillegg underkastes avkjøling på grunn av rotasjonen som et resultat av at luften under sentrifugen settes i bevegelse. Fortrinnsvis gjøres de ytterligere oppvarmingsinnretninger for bunnen av sentrifugen avhengig av denne temperatur ved punkt C og dette trinn lettes ved det faktum at det benyttes elektromagnetiske induktorer som reagerer hurtig. Induktorene blir fortrinnsvis kontrollert ved for eksempel å begrense reguleringen av frekvensene fordi det er kjent at i praksis er elektromagnetisk oppvarming maktesløs ved "avglassing" av en sentrifuge, hvis glasset er devitrifisert på tross av alle forholdsregler og at det da er formålsløst eller sågar farlig å fortsette oppvarmings-prosessen med en induktor som er satt på maksimal frekvens selv hvis temperaturen i bunnen av båndet er for lav og derved forårsaker at strømmen av smeltet glass stanser umiddelbart.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for å regulere fremstillingen av mineralfibre særlig glassfibre, ved en fibertrekkingsprosess som benytter indre sentrifugering ved hjelp av en sentrifuge hvis perifere bånd er gjennomhullet av et stort antall utløpsåpninger, i henhold til hvilken strålingen som avgis fra overflaten av det perifere bånd måles for å bestemme temperaturen i punkter på det perifere bånd, karakterisert ved at det vertikale koordinat for hvert av målepunktene, bestemmes.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at et av punktene som måles er det varmeste punktet på den perforerte del av det perifere bånd.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at et av punktene som måles tilsvarer bunnen av det perifere bånd.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at et av de målte punkter tilsvarer toppen av det perifere bånd.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at man bestemmer temperaturene og koordinatene for de spesielle punkter på båndet (topp- og bunnpunktet og det varmeste punkt) ved å analysere kurven avledet fra den kurve som tilsvarer temperaturprofilen over høyden av det perifere bånd.

6. Fremgangsmåte ifølge kravene 2 til 5, karakterisert ved at temperaturen ved bunnen av det perifere bånd benyttes som reguleringsverdi for de elektromagnetiske induksjonsmidler for oppvarming av bunnen av det perifere bånd.

7. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 5, karakterisert ved at når temperaturene som måles under fibertrekkingsfasen er forskjellige fra den normale blir operatøren umiddelbart varslet ved hjelp av egnede innretninger og/eller strømningen av mineralfibre avbrytes automatisk.

8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at, ved siden av fibertrekkingsprosessen, tjener de målte temperaturer til å regulere den ytre brenner.