DE4330797A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Zerfaserung von optisch dichten Glasschmelzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zerfaserung von op­ tisch dichten Glasschmelzen, wie einer Glasschmelze aus Basalt nach dem Düsenblasverfahren, mit einer Zuführeinrichtung für die Schmelze und Zerfaserungsaggregaten, wobei die Zuführein­ richtung einen Zuführkanal und einen sich daran anschließenden Verteilerkanal mit Auslaßöffnungen zu den Zerfaserungsaggrega­ ten aufweist und wobei die Schmelze von der Oberfläche her beheizbar ist. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Anwendung der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung.

Vorrichtungen bzw. Verfahren der in Rede stehenden Art sind seit Jahren aus der Praxis bekannt und dienen der Herstellung von Mineralwolle. Die dort verwendeten Zuführeinrichtungen für die Basalt- bzw. Glasschmelze werden als sogenannte Feeder be­ zeichnet. Zur Vermeidung einer Abkühlung der zu den Zerfase­ rungsaggregaten bzw. meist linear angeordneten Düsen strömenden Schmelze wird diese von der Oberfläche her beheizt, was in der Regel durch heißes Gas erfolgt.

Hinsichtlich der sich ergebenden Temperaturverteilung in dem Schmelzestrom ist nun wesentlich, daß bei optisch dichten bzw. annähernd dichten Gläsern die Wärmeübertragung durch Strahlung eine wesentlich geringere Rolle als bei klarem Glas spielt. Der Wärmetransport an den Boden der Zuführeinrichtung erfolgt bei optisch dichten Gläsern, zu denen Basaltschmelzen zu rechnen sind, nahezu ausschließlich durch Wärmeleitung. Dies hat zur Folge, daß sich in der Schmelze zwischen der Schmelzeoberfläche und dem Boden der Zuführeinrichtung ein erheblicher Temperatur­ unterschied einstellt, der wiederum von der Güte der Boden­ isolierung in der Zuführeinrichtung bzw. in dem Zuführkanal ab­ hängig ist. So hat sich in der Praxis gezeigt, daß die den Zu­ führkanal durchströmende Schmelze einen vertikalen Temperatur­ gradienten von bis zu 20° je cm Schmelzehöhe aufweist. Dieser enorme Temperaturgradient wirkt sich nun auf das Strömungsver­ halten des Schmelzestromes aus, was auf den ausgeprägten tempe­ raturabhängigen Viskositätsverlauf zurückzuführen ist. Folglich stellt sich ein vertikal es Geschwindigkeitsprofil des Schmelze­ stromes ein, wonach die im Zuführkanal oben befindliche Schmel­ ze, die von oben her beheizt wird, schneller fließt als die Schmelze in Bodennähe des Zuführkanals.

Des weiteren nimmt die oft als Glasleistung bezeichnete, durch den Zuführkanal strömende Masse selbst Einfluß auf die Tempe­ raturverteilung. Bei hoher Glasleistung, d. h. bei hohem Durch­ satz durch den Zuführkanal, ist der zuvor erörterte Tempe­ raturgradient geringer, was auf eine kürzere Verweilzeit inner­ halb des Zuführkanals zurückzuführen ist. Der vertikale Tempe­ raturgradient nimmt jedoch zum Boden des Zuführkanals hin zu.

Die voranstehend genannten Einflüsse haben nun zur Folge, daß die meist linear aufeinanderfolgenden Zerfaserungsaggregate mit Schmelze von unterschiedlicher Temperatur versorgt werden. Die an den Zerfaserungsaggregaten auftretenden Temperaturunter­ schiede in der Schmelze sind teilweise so hoch, daß der Betrieb des ersten Zerfaserungsaggregats durch Aussetzen des Schmelze­ flusses aufgrund einer zum Boden hin abnehmenden Temperatur un­ terbrochen wird, während das letzte Zerfaserungsaggregat wegen Überhitzung meist an der Grenze des maximalen Durchflusses be­ trieben wird. Folglich sind Leistungsunterschiede bezogen auf den Glasdurchsatz von bis zu 100% feststellbar. Daraus ergeben sich wiederum unterschiedliche Qualitäten der z. B. im Düsen­ blasverfahren durch die aufeinanderfolgenden Zerfaserungsaggre­ gate erzeugten Wolle, die nicht akzeptabel sind.

Nun versuchte man bereits in der Vergangenheit das zuvor ge­ schilderte Problem des Unterbrechens des Betriebes der ersten Zerfaserungseinheit durch Aussetzen des Glasflusses, der hier auch als Einschlafen bezeichnet wird, auf unterschiedliche Wei­ sen zu lösen. So wird beispielsweise in der DE-PS 29 35 416 eine Vorrichtung zum gleichmäßigen Beheizen eines Glasstromes in einem Feeder vorgeschlagen, wonach eine unter anderem durch den Schmelzestrom führende Elektroheizung für einen horizonta­ len Temperaturausgleich im Feeder sorgen soll. Dabei wird die elektrische Energie oft direkt durch die Schmelze geführt. Auf­ grund unterschiedlicher Temperaturen hat jedoch die Schmelze unterschiedliche Leitwerte, wobei der Leitwert bei höherer Schmelzetemperatur zunimmt. Folglich wird hier vornehmlich die bereits heißere Schmelze noch weiter erwärmt, was es gerade zu vermeiden gilt. Dies wirkt einer Homogenisierung der Temperatur entgegen, d. h. der vertikale Temperaturgradient bleibt weitge­ hend erhalten.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, sowohl eine Vorrichtung als auch ein Verfahren zur Zerfaserung von optisch dichten Glasschmelzen, wie eine Glasschmelze aus Basalt nach dem Düsenblasverfahren oder anderen Verfahren, an­ zugeben, bei der im Bereich vor den Zerfaserungsaggregaten eine Homogenisierung der Schmelzetemperatur eintritt, so daß ein vertikaler Temperaturgradient zumindest weitgehend vermieden ist. Des weiteren wird ein entsprechendes Verfahren angegeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Danach ist die Vor­ richtung derart ausgestaltet, daß dem Zuführkanal zumindest in dem an den Verteilerkanal angrenzenden Bereich - bodenseitig - eine als thermische Sperre bzw. aktive Isolation dienende Warm­ halteeinrichtung zugeordnet ist, wobei der Begriff Warmhalte­ einrichtung auch eine geringfügige - falls erforderliche - Auf­ wärmung nach der Art einer Zusatzheizung mit einschließt.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß das zuvor genannte Hauptproblem in dem Temperaturabfall zum Boden hin zu sehen ist. In einem nächsten Schritt ist erkannt worden, daß man die­ ses Problem grundsätzlich dadurch beheben kann, daß man zumin­ dest den Boden des Zuführkanals in dem an den Verteilerkanal angrenzenden Bereich derart warmhält, daß er als eine Art ak­ tive Isolation wirkt. Darunter ist ein Beheizen in einem sol­ chen Maße zu verstehen, daß eine Abkühlung der innerhalb des Zuführkanals fließenden Schmelze zum Boden hin - durch Wärme­ durchgang - zumindest weitgehend vermieden ist. Schließlich ist erkannt worden, daß eine solche aktive Isolation als quasi thermische Sperre gegen den Durchfluß von kälterer Schmelze wirkt, da nämlich bei Vermeidung einer Abkühlung über einen hinreichend großen Bereich des Zuführkanalbodens hinweg die aufgrund von Viskositätsunterschieden schneller fließende Schmelze aus den mittleren oder oberen Schichten zum Boden strömt, während die kältere, langsamer strömende Schmelze am Anfang der Warmhaltezone quasi stehenbleibt. Folglich wird un­ mittelbar vor dem ersten Zerfaserungsaggregat eine vertikale Temperaturhomogenisierung der Schmelze erreicht, so daß ein Aussetzen des Schmelzeflusses des ersten Zerfaserungsaggregats durch Vermeidung einer im Bodenbereich sich einstellenden nied­ rigeren Schmelzetemperatur ausgeschlossen ist.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird demnach ein vertikal orientierter, kaskadenartiger Abrolleffekt innerhalb der Schmelze erzielt, wodurch eine in Transportrichtung sich schnell ausbreitende Ausdehnung der wärmeren, oberen Tempera­ turschichten der Schmelze gewährleistet ist. Da die sonst zähe Unterschicht nicht mehr über die erste oder gar mehrere Zerfa­ serungsaggregate bzw. Düsen hinwegkriechen kann, sondern sich bereits vor dem ersten Zerfaserungsaggregat infolge Erwärmung und Verflüssigung aufwärmt, ist der zuvor bereits eingeführte Begriff einer "thermischen Sperre" gerechtfertigt.

Die in erfindungsgemäßer Weise beanspruchte Warmhalteeinrich­ tung könnte in vorteilhafter Weise innerhalb des Zuführkanals an dessen Boden angeordnet sein, so daß sie direkt von der Schmelze überströmt wird. Ebenso könnte sie in die Wandung des Zuführkanals integriert sein, wodurch diese durch die Wandung geschützt wäre und somit keinen direkten Kontakt mit der Schmelze hätte. Ebenso wäre es denkbar, die Warmhalteeinrich­ tung unterhalb des Zuführkanals, vorzugsweise direkt an dessen Außenwandung, anzuordnen, wobei es sich bei der Außenwandung meist um ein als Bodenstein bezeichnetes keramisches Material handelt.

Im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen der in Rede stehen­ den Art könnte der die Warmhalteeinrichtung aufweisende Bereich des Zuführkanals als eine an den eigentlichen Verteilerkanal angrenzende Verlängerung des herkömmlichen Zuführkanals ausgebildet sein. Demnach wäre zwischen Zuführkanal und Vertei­ lerkanal eine Art Warmhalteplatte geschaltet, über die der Schmelzestrom von dem eigentlichen Zuführkanal in den Vertei­ lerkanal gelangt.

Hinsichtlich einer konkreten Ausgestaltung der Warmhalteein­ richtung ist es insbesondere hinsichtlich einer einfachen kon­ struktiven Ausgestaltung von Vorteil, diese als elektrische Heizung auszuführen. Im konkreten könnte es sich dabei um ein vorzugsweise als Widerstandsheizelement ausgeführtes Heizele­ ment handelt, wobei dieses als Heizdraht, Heizleiter oder Rohr­ heizkörper ausgeführt sein kann. Insbesondere bei einer Anord­ nung der Warmhalteeinrichtung innerhalb des Zuführkanals an dessen Boden empfiehlt sich der Einsatz eines Rohrheizkörpers, der nämlich aufgrund seiner koaxialen Anordnung des eigentli­ chen Heizleiters durch das Außenrohr und die darin befindliche Keramikisolierung gegen äußere Einflüsse zumindest weitgehend geschützt ist.

Zur Gewährleistung einer hinreichend großen Warmhaltestrecke ist es von Vorteil, wenn ein oder mehrere Heizelemente in Schmelzeflußrichtung derart angeordnet und ausgelegt sind, daß deren Mindestheizleistung der Wärmeabgabe aus dem Zuführkanal nach unten zumindest weitgehend entspricht. Mit anderen Worten soll die Warmhalteeinrichtung in der Form als Zusatzheizung nicht zur originären Erwärmung der Schmelze, sondern vielmehr zur Vermeidung einer Wärmeabgabe an die Wandung des Zuführka­ nals bzw. an die Umgebung dienen. Folglich könnte die Leistung der Warmhalteeinrichtung gerade so ausgelegt sein, daß die ei­ gentliche Wärmeabgabe nach außen kompensiert wird.

Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die eingangs genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 8 ge­ löst. Danach wird der Zuführkanal bzw. die Schmelze zumindest in dem an den Verteilerkanal angrenzenden Bereich zur Kompensa­ tion von Wärmeverlusten bodenseitig beheizt. Auch im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist erkannt worden, daß die die eingangs genannten Probleme verursachenden Wärmeverluste durch eine Art "aktive Isolation" kompensiert werden können, nämlich dadurch, daß der die Wärmeverluste hervorrufende Bodenbereich des Zuführkanals zusätzlich beheizt wird. Die Leistung der Bo­ denheizung wird in vorteilhafter Weise gerade so ausgelegt, daß eine nach unten gerichtete Wärmeabgabe aus dem Zuführkanal zu­ mindest weitgehend vermieden wird.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorlie­ genden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und wei­ terzubilden. Dazu ist einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 8 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfol­ gende Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung an­ hand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläute­ rung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestal­ tungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.

In der Zeichnung zeigt die
einzige Figur in einem Längsschnitt, schematisch und teilweise ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Zerfaserung einer Basalt- bzw. Glasschmelze nach dem Düsenblasverfahren, wobei hier lediglich die Zuführeinrichtung und das erste Zerfaserungsaggregat sowie der Tempera­ turverlauf in dem Schmelzestrom dargestellt sind.

Die in der einzigen Figur gezeigte Vorrichtung weist im wesent­ lichen eine Zuführeinrichtung 1 und Zerfaserungsaggregate 2 bzw. Düsen auf. Die Zuführeinrichtung 1 umfaßt wiederum einen Zuführkanal 3 und einen sich daran anschließenden Verteilerka­ nal 4 mit Auslaßöffnungen 5 zu den Zerfaserungsaggregaten 2. Durch Pfeile 6 ist angedeutet, daß die Schmelze 7 von der Ober­ fläche her durch Gas beheizbar ist.

In erfindungsgemäßer Weise ist dem Zuführkanal 3 in dem an den Verteilerkanal 4 angrenzenden Bereich bodenseitig eine als thermische Sperre bzw. aktive Isolation dienende Warmhalteein­ richtung 8 in Form einer Zusatzheizung zugeordnet. Im hier ge­ wählten Ausführungsbeispiel ist die Zusatzheizung 8 in die Wan­ dung 9 des Zuführkanals 3 integriert bzw. von dieser aufgenom­ men. Die Figur zeigt des weiteren deutlich, daß der die Zusatz­ heizung 8 aufweisende Bereich des Zuführkanals 3 als eine an den Verteilerkanal 4 angrenzende Verlängerung 10 des herkömmli­ chen Zuführkanals 3 ausgebildet ist.

Die dargestellte Zusatzheizung 8 ist als elektrische Heizung, genauer gesagt als Widerstandsheizelement, ausgeführt, wobei insgesamt zwei Widerstandsheizelemente in Schmelzeflußrichtung nacheinander angeordnet sind. Somit ist eine hinreichende Warm­ haltestrecke realisiert, wobei die Leistung der Zusatzheizung 8 derart ausgelegt ist, daß eine nach unten gerichtete Wärmeab­ gabe aus dem Zuführkanal 3 zumindest weitgehend ausgeschlossen ist.

Neben der konkreten konstruktiven Ausgestaltung ist in der ein­ zigen Figur des weiteren der Schmelzestrom 11 dargestellt, der sich aufgrund von Viskositätsunterschieden schneller fließender Schmelze 7 ergibt. Schneller fließende Schmelze aus den mittle­ ren oder oberen Schichten strömt gemäß dargestelltem Schmelze­ strom 11 um kühlere Bereiche der Schmelze 7 herum zum Boden, während kältere, langsam strömende Schmelze 7 am Heizflächenan­ fang bzw. im Bereich der Zusatzheizung 8 nahezu stehenbleibt. Folglich findet im Bereich vor dem ersten Zerfaserungsaggregat 2 ein Temperaturausgleich in der Schmelze statt, der den ehe­ mals vertikalen Temperaturgradienten zumindest weitgehend be­ seitigt. Ein Aussetzen des Schmelzeflusses der Schmelze 7 im Bereich des ersten Zerfaserungsaggregates 2 ist somit wirksam vermieden, wodurch Leistungsunterschiede an den einzelnen Zer­ faserungsaggregaten ausgeschlossen sind. Eine hinreichende Ho­ mogenität der Qualität der mit der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Wolle ist letztendlich gewährleistet.

Abschließend sei noch hervorgehoben, daß die vorliegende Erfin­ dung nicht auf nach dem Düsenblasverfahren zerfaserte Glas­ schmelzen beschränkt ist. Sie ist z. B. auch bei Glasschmelzen, die nach dem sogenannten TEL-Verfahren (Schleuderkorbprinzip) zerfasert werden, vorteilhaft anwendbar.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Zerfaserung von optisch dichten Glas­ schmelzen, wie einer Glasschmelze aus Basalt nach dem Düsen­ blasverfahren, mit einer Zuführeinrichtung (1) für die Schmelze und Zerfaserungsaggregaten (2), wobei die Zuführeinrichtung (1) einen Zuführkanal (3) und einen sich daran anschließenden Ver­ teilerkanal (4) mit Auslaßöffnungen (5) zu den Zerfaserungsag­ gregaten (2) aufweist und wobei die Schmelze (7) von der Ober­ fläche her beheizbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Zuführkanal (3) zumindest in dem an den Verteilerkanal (4) an­ grenzenden Bereich bodenseitig mindestens eine als thermische Sperre bzw. aktive Isolation dienende Warmhalteeinrichtung (8) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmhalteeinrichtung (8) innerhalb des Zuführkanals (3) an dessen Boden angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmhalteeinrichtung (8) in die Wandung (9) des Zuführka­ nals (3) integriert ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Warmhalteeinrichtung (8) als elektrische Heizung mit relativ geringer Heizleistung ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der die Warmhalteeinrichtung (8) aufweisende Bereich des Zuführkanals (3) als eine an den Verteilerkanal (4) angrenzende Verlängerung (10) des herkömmlichen Zuführkanals (3) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Warmhalteeinrichtung (8) als elektrische Heizung mit einem oder mehreren Heizelementen derart ausgebildet ist, daß diese eine Mindestheizleistung aufweist, die der Wärmeab­ gabe aus dem Zuführkanal (3) nach unten weitgehend entspricht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Heizelemente vorgesehen sind, die als Wider­ standsheizelemente ausgeführt und in Schmelzeflußrichtung nach­ einander angeordnet sind.

8. Verfahren zur Zerfaserung von optisch dichten Glasschmel­ zen, wie einer Glasschmelze aus Basalt nach dem Düsenblasver­ fahren, unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 7, wobei das Glas geschmolzen und die Schmelze (7) über den Zuführkanal (3) und den sich daran anschließenden Verteilerkanal (4) durch die Auslaßöffnungen (5) den Zerfase­ rungsaggregaten (2) zugeführt und die Schmelze (7) von der Oberfläche her beheizt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführka­ nal (3) bzw. die Schmelze (7) zumindest in dem an den Vertei­ lerkanal (4) angrenzenden Bereich zur Kompensation von Wärme­ verlusten bodenseitig warmgehalten wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung der Bodenheizung derart ausgelegt ist, daß eine nach unten gerichtete Wärmeabgabe aus dem Zuführkanal (3) zumindest weitgehend vermieden wird.