DD200567A1 - METHOD FOR PRODUCING QUALITY-IMPROVED FIBERS FROM RAW AND INDUSTRIAL FUELS - Google Patents
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Abstract
Ziel der Erfindung ist es, unter Nutzung herkoemmlicher Technologien auf technisch-oekonomisch rationelle Weise anorganische Fasern herzustellen, deren Eigenschaften gegenueber den bisher hergestellten vergleichbaren anorganischen Fasern beispielsweise durch guenstigere Schmelzperlenanteile oder Faserschlankheit deutlich verbessert werden, wobei insbesondere verfuegbare Roh- und/oder Industrieanfallstoffe zu nutzen sind. Die technische Aufgabe besteht darin, Zusammensetzungen des Einsatzmaterials und zweckmaeszige Bearbeitungsschritte anzugeben, die den Einsatz groszer Anteile verfuegbarer Roh- und Industrieanfallstoffe ermoeglichen, die bisher nicht fuer Zwecke der Faserherstellung genutzt wurden, ohne das wesentlich veraenderte Anforderungen an die Gestaltung der Schmelz- und Zerfaserungsprozesse gestellt werden. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dasz die Roh- und Industrieanfallstoffe, insbesondere unter Einsatz von Produkten u./o. Anfallstoffen aus der Blaehschieferherstellung, in einem solchen Verhaeltnis gegebenenfalls zerkleinert, homogenisiert und stueckig gemacht, geschmolzen und zerfasert werden, dasz in der Mischung 40 bis 65 % SiO&ind2!, 10 bis 25 % Al&ind2!O&ind3! sowie 20 bis 40 % Fluszmittel, wie CaO, MgO, FeO, Fe&ind2!O&ind3!, TiO&ind2!, K&ind2!O und Na&ind2!O enthalten sind. Es werden materialoekonomische und qualitaetsverbessernde Effekte erzielt. Die Erfindung ist anwendbar bei der Herstellung von anorganischen Fasern fuer Zwecke der Waermedaemmung sowie der Verstaerkung von Verbundwerkstoffen.The aim of the invention is to produce inorganic fibers using conventional technologies in a technically and economically efficient manner, the properties of which are significantly improved compared to previously produced comparable inorganic fibers, for example, by cheaper melted pearl portions or fiber slenderness, using in particular available raw and / or industrial starting materials are. The technical object is to provide compositions of the feedstock and zweckmaeszige processing steps that allow the use of large shares of available raw and industrial waste materials that were previously not used for the purpose of fiber production, without the significantly changed demands on the design of the melting and defibration processes become. The object is achieved by the raw and industrial raw materials, in particular using products u./o. Seeds from the Blaehschieferherstellung, optionally crushed in such a ratio, homogenized and stunted, melted and shredded, soz in the mixture 40 to 65% SiO &sub2;, 10 to 25% Al & ind 2! O & ind3! and 20 to 40% fluxing agents, such as CaO, MgO, FeO, Fe 2 O 3, TiO 2, K 2, and Na 2 O. Materialoekonomische and quality-improving effects are achieved. The invention is applicable to the production of inorganic fibers for thermal insulation purposes as well as the reinforcement of composites.
Description
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Verfahren zur Herstellung qualitätsverbesserter anorganischer Fasern aus Roh- und IndustrieanfallstoffenProcess for the production of quality-improved inorganic fibers from raw and industrial waste materials
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung qualitätsverbesserter anorganischer Fasern aus Roh- und Industrieanfallstoffen, insbesondere unter Nutzung von Produkten und/oder Anfallstoffen aus der Blähschiefererzeugung, für die kostengünstige Bereitstellung qualitätsverbesserter anorganischer Fasern als Dämmstoffe und/oder Verstärkungsmaterialien, wie sie beispielsweise im Bauwesen, im Fahrzeug- oder im Werkzeugmaschinenbau verwendet werden.The invention relates to a method for producing quality-improved inorganic fibers from raw and industrial waste materials, in particular using products and / or accumulating materials from the swelling production, for the cost-effective provision of quality-improved inorganic fibers as insulating materials and / or reinforcing materials, such as those in construction, im Vehicle or machine tool used.
Es ist hinreichend bekannt, Mineralfasern aus einer Reihe von Roh- und Industrieanfallstoffen, wie Basalt, Phonolith oder Hüttenschlacken herzustellen, wobei jedoch Fasern mit begrenzten Eigenschaften, beispielsweise mit hohem Schmelzperlenanteil, resultieren.It is well known to produce mineral fibers from a variety of raw and industrial feedstocks, such as basalt, phonolite, or metallurgical slags, however, resulting in fibers having limited properties, for example, high melt bead content.
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Deshalb ist man bemüht, qualitätsverbesserte anorganische Fasern herzustellen, denn diese werden in zunehmendem Maße für solche Zwecke eingesetzt, die durch hohe Anforderungen an die Wärmedämmung, an die Temperaturbeständigkeit oder an die Eignung als Verstärkungsfasern für Verbundwerkstoffe gekennzeichnet sind. Zur Herstellung derartiger anorganischer Fasern wird angestrebt, solche Zusammensetzungen der Einsatzstoffe und/oder besondere Behandlungsschritte zu nutzen, mit deren Hilfe beispielsweise die Faserdicke verringert, die Schlankheit der Fasern erhöht, der Schmelzperlengehalt vermindert, die Festigkeit der Fasern verbessert und/oder die Rekristallisationstemperatur der Fasern erhöht werden können. ' Therefore, it is endeavored to produce quality-improved inorganic fibers, because these are increasingly used for such purposes, which are characterized by high demands on thermal insulation, temperature resistance or suitability as a reinforcing fiber for composites. For the production of such inorganic fibers, it is desirable to use such compositions of the starting materials and / or special treatment steps, for example, reduces the fiber thickness, increases the slenderness of the fibers, reduces the melt pearl content, improves the strength of the fibers and / or the recrystallization temperature of the fibers can be increased. '
Zur Erreichung der vorgenannten Zielstellungen wurden bereits vielfältige Versuche unternommen.To achieve the above objectives, many attempts have already been made.
So wird nach der DD 140741 vorgeschlagen, die chemischphysikalischen Eigenschaften der Schmelze beziehungsweise der Fasern durch die rechnergestützte Mengendosierung der Mischungsbestandteile zu beeinflussen.Thus, according to DD 140741, it is proposed to influence the chemical-physical properties of the melt or of the fibers by means of the computer-aided metering of the mixture components.
Nach der DD 146818 kann die Faserqualität durch die besondere Steuerung des Zerfaserungs-Gasstromes verbessert werden.According to DD 146818, the fiber quality can be improved by the special control of the shredding gas flow.
Mit der DD 142442 wird außerdem ein Verfahren bekannt gemacht, nach dem Fasern höherer Schlankheit und geringeren Schmelzperlengehaltes durch eine besondere Gestaltung der Blasdüse hergestellt werden können.The DD 142442 also discloses a method according to which fibers of higher slenderness and lower melt bead content can be produced by a special design of the tuyere.
In der DD 124796 wird angeregt, die nachträgliche Trennung der Fasern von den nichtfaserigen Anteilen durch die zusätzliche Nutzung einer speziell gestalteten Trennkammer vorzunehmen.In DD 124796 it is suggested to make the subsequent separation of the fibers from the non-fibrous portions by the additional use of a specially designed separation chamber.
Ein weiteres Verfahren wird mit der DE 1218330 offengelegt, wonach die Trennung von Schmelzperlen und Fasern durch gerichtete Gasströme erfolgen soll.Another method is disclosed in DE 1218330, according to which the separation of molten beads and fibers by directed gas flows is to take place.
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Das in der DD 42949 beschriebene Verfahren sieht vor, langstapelige, elastische und schmelzperlenfreie Fasern dadurch herzustellen, daß in den Schtpelzprozeß ein Gemisch aus Anfallstoffen in Form magnetgeschiedener MgO-reicher Schlacken und Verwitterungszersatz von Serpentinit eingesetzt wird.The method described in DD 42949 provides long-staple, elastic and melt-free fibers in that the Schtpelzprozeß a mixture of seizures in the form of magnetically deposited MgO-rich slags and weathering replacement of serpentinite is used.
Schließlich wurde in der DD 52091 vorgeschlagen, der Zerfaserung eine Schmelze geringer Viskosität zuzuführen und diese Viskositätssenkung durch die Überhitzung der Schmelze zu bewirken, wozu eine kombinierte Lichtbogen- und Plasmabrenner-Beheizung anzuwenden ist, um eine Schmelztemperatur von mehr als 2270 K zu erreichen.Finally, it has been proposed in DD 52091 to deliver a low viscosity melt to the defibration and to effect this reduction in viscosity by overheating the melt using combined arc and plasma torch heating to achieve a melting temperature greater than 2270K.
Den bekannten Verfahren zur Herstellung qualitätsverbesserter anorganischer Fasern aus Roh- und Industrieanfallstoffen haften mehrere Mangel an. Diese bestehen im wesentlichen darin, daß einmal weitgehend homogene Materialien zum Einsatz gebracht werden, aus denen Fasern mit verbesserten qualitativen Eigenschaften nur durch erheblich erhöhten Energieaufwand für die Überhitzung der Schmelze, für die Herstellung zusätzlicher Gaströmungen oder für die Voraufheizung des Zerfaserungsgases beziehungsweise durch zusätzliche Prozeßstufen für die nachträgliche Behandlung des Fasergutes zum Zwecke der Abtrennung qualitätsmindernder Bestandteile erzeugt werden können. Zum anderen werden Anfallstoffe mit wechselnden qualitativen Eigenschaften dem Einsatzgut zugesetzt, was zur vergleichsweise aufwendigen Prozeßführung im Falle der Herstellung von Einsatzgemischen mit weitgehend konstanten Parametern zwingt.The known processes for producing quality-improved inorganic fibers from raw and industrial raw materials are liable to several shortages. These consist essentially in the fact that once largely homogeneous materials are used from which fibers with improved qualitative properties only by significantly increased energy consumption for the overheating of the melt, for the production of additional gas flows or for preheating the Zerfaserungsgases or by additional process stages for the subsequent treatment of the fiber material for the purpose of separating quality-reducing components can be produced. On the other hand, seizure substances with varying qualitative properties are added to the feedstock, which compels the comparatively complicated process control in the case of the preparation of feed mixtures with largely constant parameters.
Bestimmte Minerale, die auf Grund ihrer chemischen Zusammensetzung für die Faserherstellung geeignet erscheinen und als feinkörnige Industrieanfallstoffe anfallen, wie Tonschiefer, lassen sich auf Grund des Blähverhaltens mit den herkömmlichen Technologien direkt nicht zu hochwertigen Fasern verarbeiten.Certain minerals, which appear to be suitable for fiber production due to their chemical composition and are produced as fine-grained industrial waste materials, such as slate, can not directly be processed into high-quality fibers due to the swelling behavior with conventional technologies.
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Ziel der Erfindung ist die Herstellung qualitätsverbesserter anorganischer Fasern aus Roh- und Industrieanfallstoffen, die kostengünstig unter Nutzung verfügbarer Rohstoffe und/oder Abprodukte durchgeführt werden kanneThe aim of the invention is the production of quality-improved inorganic fibers from raw and industrial waste, which can be carried out inexpensively using available raw materials and / or waste products
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, qualitätsverbesserte Fasern aus Roh- und Industrieanfallstoffen dadurch herzustellen, daß auf der Grundlage einer bestimmten Zusammensetzung des Schmelzgutes zielgerichtete Bearbeitungsschritte realisiert werden, die nicht nur zur weitgehenden Homogenisierung des Einsatzmaterials sondern auch zu einer Spreizung des Plastizitätsintervalles zwischen Erweichungs- und Schmelztemperatur bei Inkaufnahme einer gegebenenfalls notwendigen Erhöhung der Erweichungs- und/oder Schmelztemperatur führen.The invention has for its object to produce quality-enhanced fibers from raw and industrial waste materials characterized in that on the basis of a specific composition of the melt targeted processing steps are realized not only for extensive homogenization of the feed but also to a spread of the plasticity interval between softening and Melting temperature at acceptance of any necessary increase in the softening and / or melting temperature lead.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Rohstoff Tonschiefer, vorzugsweise Anfallstoffe der Schieferverarbeitung in weitgehend ausgeblähtem Zustand mit weiteren Roh- und/oder Industrieanfallstoffen, wie Basalt, Dolomit, Diabas, Phonolith, Hüttenschlacken und Braun- und/oder Steinkohlenverbrennungsrückstände, eingesetzt werden, wobei eine besondere Zusammensetzung gesichert werden muß· Die Anteile des Einsatzmaterials sollen in einem solchen Verhältnis zerkleinert und gemischt werden, daß die Mischung 40 bis 65 % SiO2, 10 bis 25 % Al3O3 sowie 20 bis 40 % , Flußmittel, wie CaO, MgO, FeO, Fe2°3# Ti02f K2° und x Na2O, enthält. Nach der Mischung wird das Einsatzmaterial gegebenenfalls nach vorangegangener Formgebung in an sich bekannten Schmelzeinrichtungen, wie durch Brennstoffe oder elektrisch beheizte Kupol-, Wannen-According to the invention the object is achieved in that slate as a raw material, preferably accumulation of shale in a largely bloated state with other raw and / or industrial inputs, such as basalt, dolomite, diabase, phonolite, metallurgical slags and brown and / or hard coal incineration residues are used wherein a particular composition must be ensured · The proportions of the feed should be crushed and mixed in such a ratio that the mixture 40 to 65 % SiO 2 , 10 to 25 % Al 3 O 3 and 20 to 40 %, flux, such as CaO , MgO, FeO, Fe 2 ° 3 # Ti0 2 f K 2 ° and x Na 2 O. After mixing, the feedstock optionally after prior molding in known melting devices, such as by fuel or electrically heated Kupol-, tub
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oder Schachtöfen, geschmolzen und bei Schmelztemperaturen zwischen 1620 und 1850 K zerfasert.or shaft furnaces, melted and fibrillated at melting temperatures between 1620 and 1850 K.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß durch den Einsatz von weitgehend ausgeblähtem Tonschiefer in Gemischen für die Zerfaserung vorgesehener Einsatzmaterialien die Viskosität der Schmelze zwar spürbar erhöht wurde, jedoch trotz im wesentlichen unveränderter Zerfaserungsbedingungen anorganische Fasern mit erheblich verbesserten Qualitätskennwerten erhalten werden. So wies beispielsweise bereits ein homogenes Gemisch aus körnigem Blähschiefer und Basaltschotter nach Erhitzung auf 1650 K in der Schmelze eine ausreichende Homogenität auf. Aus der Untersuchung der bei der Zerfaserung anfallenden Fasern und Schmelzperlen ergab sich, daß das Fasergut nicht vorzugsweise aus um etwa 80 K überhitzter Basaltschmelze und die auftretenden Schmelzperlen nicht vorzugsweise aus wesentlich schwerer aufschmelzbarem Tonschiefer bestanden, sondern in beiden Materialkomponenten eine nahezu gleiche Zusammensetzung anzutreffen war. Trotz der erhöhten Viskositat wurden gegenüber einer reinen Basaltschmelze Fasern mit verringertem Durchmesser, größerer Schlankheit, höherer Rekristallisationstemperatur und vermindertem Schmelzperlengehalt gewonnen.Surprisingly, it has been found that the viscosity of the melt has been appreciably increased by the use of largely expanded slate in mixtures for defibration intended feed materials, however, despite substantially unchanged fibrefining inorganic fibers are obtained with significantly improved quality characteristics. For example, even a homogenous mixture of granular expanded slate and basalt crushed stone exhibited sufficient homogeneity after being heated to 1650 K in the melt. From the investigation of fibers and melt beads obtained during defibration, it was found that the fibrous material was not preferably composed of about 80 K superheated basalt melt and the resulting melt beads were not preferably made of slate that was much more difficult to melt, but a nearly identical composition was found in both material components. Despite the increased viscosity, fibers of reduced diameter, greater thinness, higher recrystallization temperature, and reduced melt bead content were recovered over a pure basalt melt.
Durch die Verwendung von ausgeblähtem Schiefermaterial lassen sich herkömmliche Fasertechnologien verwenden.By using expanded slate material, conventional fiber technologies can be used.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhafterweise auch in der Form genutzt werden, daß die Mischungsbestandteile gegebenenfalls feinkörnig oder staubförmig eingesetzt werden, getrennt oder gemeinsam zerkleinert und nach erfolgter Homogenisierung vor ihrem Einsatz in die Schmelzeinrichtungen mittels Granulier- oder Brikettiertechnik stückig gemacht werden.The inventive method can be advantageously used in the form that the mixture components are optionally used fine-grained or dust-like, separated or comminuted together and made homogenous after homogenization before their use in the melting devices by granulation or Brikettiertechnik.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist es möglich, als Tonschieferkomponente dem Gemisch aus Roh-In a further embodiment of the method, it is possible as a slate component to the mixture of raw materials
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und Industrieanfallstoffen fein- und/oder grobkörnige Blähschieferfraktionen oder Filterstäube aus der Blähschieferaufbereitung zuzusetzen.and to add fine and / or coarse-grained expanded-slate fractions or filter dusts from the expanding-slate processing to industrial waste materials.
Eine vorteilhafte Variante des Verfahrens ergibt sich auch daraus, daß dem Gemisch aus Roh- und Industrieanfallstoffen als Tonschiefer und Flußmittel enthaltende Komponente Anfallstoffe aus der Rauchgasentstaubung von brennstoffbeheizten Ofenanlagen für die Blähschiefer-Erzeugung zugesetzt werden.An advantageous variant of the method also results from the fact that the mixture of raw and industrial waste materials as a slate and flux-containing component accumulating materials from the flue gas dedusting of fuel-fired furnace systems for the swelling production be added.
Es ist auch möglich, die Zerkleinerung und/oder Homogenisierung der Roh- und Industrieanfallstoffe in bekannten Zerkleinerungseinrichtungen, wie Kugel-, Schwing-, Strahl-, Wälz- oder Stiftmühlen und Desintegratoren, durchzuführen·It is also possible to carry out the comminution and / or homogenization of the raw and industrial waste materials in known comminution devices, such as ball, vibrating, jet, roller or pin mills and disintegrators.
Die Formlinge des stückig gemachten Mischgutes können gegebenenfalls unter Nutzung von Prozeßwärme vor dem Einsatz in die Schmelzeinrichtung einer Trocknung, Vorerhitzung und/oder Verfestigung unterworfen werden.The moldings of the lumped mixed material may optionally be subjected to drying, preheating and / or solidification using process heat prior to use in the melting device.
Die Vorzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens resultieren insbesondere daraus, daß mit dem vorgesehenen Einsatz von Tonschiefer, vorzugsweise ausgeblähten Anfallstoffen aus der Produktion von Blähschiefer nicht nur eine zweckdienliche Nutzung bisher nicht verwerteter Abprodukte zu erreichen ist, sondern daß auch über die bewirkte Spreizung des piastizitätsintervalles zwischen Erweichungs- und Schmelztemperatur eines Tonschiefer enthaltenden Gemisches von Einsatzstoffen gegenüber gebräuchlichen Einsatzstoffen eine Verbesserung der Faserqualität zu verzeichnen ist. ^ ) Für die Prozeßführung ergeben sich die Vorteile vor allem daraus, daß mit aus Tonschiefer bestehenden oder Tonschiefer enthaltenden Roh- und Industrieanfallstoffen Einsatzkomponenten mit nahezu konstanten Materialkennwerten kostengünstig bereitgestellt werden können.The advantages of the method according to the invention result, in particular, from the fact that with the envisaged use of slate, preferably blown-up waste materials from the production of expanded slate, not only can a useful utilization of previously unused waste products be achieved, but also that the spread of the piasticity interval between softening Melting temperature of a clay shale-containing mixture of feedstocks compared to common feedstocks an improvement in fiber quality is recorded. ^) For process control, the advantages mainly result from the fact that can be provided cost-effective with almost constant material parameters consisting of clay shale or slate raw and industrial inputs components.
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die laufende Anpassungen an wechselnde Zusammensetzungen der Einsatzstoffe nicht erfordern. Darüber hinaus läßt sich das vorgeschlagene Verfahren zur Erzielung der angestrebten verbesserten Faserqualität in bestehenden Anlagen anwenden, ohne nennenswerte technische Veränderungen durchführen zu müssen, wie sie die bekannten Verfahren zur Herstellung qualitätsverbesserter anorganischer Fasern erfordern. Die unter Einsatz von Tonschiefer hergestellten Fasern gestatten es wegen der bekannten hohen Reaktivität des Tonschiefers in besonderem Maße, gegebebenfalls ohne weitere Vorbehandlung der Faseroberflächen die Fasern als Verstärkungsmaterial für Verbundwerkstoffe vorzusehen.do not require ongoing adjustments to changing feedstock compositions. In addition, the proposed method for achieving the desired improved fiber quality can be applied to existing systems without having to carry out significant technical changes, as required by the known methods for producing quality-improved inorganic fibers. The fibers produced using slate allow it due to the known high reactivity of the clay slate in particular extent, gegebebenfalls provide without further pretreatment of the fiber surfaces, the fibers as a reinforcing material for composites.
Die Erfindung soll nachstehend mit einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below with an exemplary embodiment.
Zwei Teile Blähschiefer in der Körnung von 16 bis 50 mm und ein Teil Basaltschotter in der Körnung zwischen 32 und 63 mm werden in einem gasbeheizten Kupolofen als Gemisch aufgeheizt.Two pieces of expanded slate with a grain size of 16 to 50 mm and one part of basalt crushed stone with a grain size between 32 and 63 mm are heated in a gas-heated cupola as a mixture.
Die entstehende Schmelze wird bei einer Temperatur von 1650 K mit vergleichsweise hoher Viskosität der Schmelzwanne entnommen und mittels auf 0,8 MPa komprimierter Luft zerfasert. Das erzeugte Fasergut wird durch folgende Parameter gekennzeichnet: Faserdurchmesser - weniger als 0,003 mm mittlerer Faserdurchmesser - etwa 0,0015 mm mittlere Faserlänge - wenigstens 4 mm Schmelzperlengehalt - weniger als 10 Masse-% Rekristallisationspunkt - wenigstens 1020 K.The resulting melt is removed at a temperature of 1650 K with comparatively high viscosity of the melting furnace and shredded by compressed air to 0.8 MPa. The fiber material produced is characterized by the following parameters: fiber diameter - less than 0.003 mm mean fiber diameter - about 0.0015 mm mean fiber length - at least 4 mm melt bead content - less than 10 mass% recrystallization point - at least 1020 K.
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|---|---|
| DD (1) | DD200567A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4560606A (en) * | 1981-11-16 | 1985-12-24 | Owens-Corning Fiberglas Corporation | Basalt compositions and their fibers |
| AT509991A4 (en) * | 2010-12-22 | 2012-01-15 | Asamer Basaltic Fibers Gmbh | RAW MATERIAL FOR THE MANUFACTURE OF BASALT FIBERS |
| WO2012083335A1 (en) * | 2010-12-22 | 2012-06-28 | Asamer Basaltic Fibers Gmbh | Pre-treatment of raw material for producing basalt fibers |
-
1981
- 1981-08-05 DD DD23238781A patent/DD200567A1/en not_active IP Right Cessation
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