DE69413400T2

DE69413400T2 - Zusammensetzungen zur faserherstellung bei hoher temperatur

Info

Publication number: DE69413400T2
Application number: DE69413400T
Authority: DE
Inventors: Michael Robert Merseyside Pr9 8Jl Davidson; Kenneth Melvin Lancashire Wn4 0Se Fyles; Peter Lancashire Wn6 0Dz Shorrock
Original assignee: Owens Corning Building Products UK Ltd
Current assignee: Knauf Insulation Ltd
Priority date: 1993-07-09
Filing date: 1994-07-05
Publication date: 1999-02-04
Anticipated expiration: 2014-07-06
Also published as: CN1126985A; CN1040528C; WO1995001941A1; JPH09503476A; KR100208872B1; EP0708743B1; DE69413400D1; EP0708743A1; DK0708743T3; GB9314230D0; ATE171154T1; KR960703820A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Zusammensetzungen, die für die Faserherstellung zu qualitativ hochwertiger Isolierungswolle geeignet sind.
Isolierungswolle wird weithin als Isolierungsmaterial eingesetzt. In einer Art eines Faserherstellungsverfahrens, das zur Herstellung von Isolierungswolle eingesetzt wird, wird eine geschmolzene Zusammensetzung bei einer Viskosität von 1000 Poise (log. 3,0) bis 3000 Poise (log. 3,5) durch Löcher in einer rotierenden Spinnmaschine gesponnen. Die Schmelze, die aufgrund der Zentrifugalkräfte durch die Löcher in der rotierenden Spinnmaschine gedrückt wird, wird dann weiter durch ein Gebläse von Luft, Dampf oder Verbrennungsgasen auf die Länge einer Faser verdünnt. Diese Art der Verfahrensführung ist allgemein als "Innenzentrifugationsspinnerverfahren" bekannt. Wenn diese Art eines Faserherstellungsverfahrens benutzt wird, wird Isolierungswollfaser von hoher Qualität produziert. Die Isolierungswollfaser, die derart erhalten wird, ist im wesentlichen frei von Kügelchen unverfaserten Materials (normalerweise als 'Einschuß' oder 'Haken' bezeichnet) und hat eine Qualität, die gute Isolierungseigenschaften mit sich bringt.
Ein alternatives Verfahren zur Herstellung von Isolierungswolle wird dann eingesetzt, wenn mit billigeren Rohmaterialien, wie z. B. Basalt, gearbeitet wird. Dieses alternative Verfahren wird eingesetzt, um ein Produkt, bekannt als Steinwolle, herzustellen, und erfordert das Aufgießen einer geschmolzenen Zusammensetzung bei einer Viskosität von 10-100 Poise auf wassergekühlte Spinnköpfe oder Spinnräder. Bei Kontakt mit dem Kopf oder dem Rad wird die abgekühlte Schmelze vom Kopf oder vom Rad abgeworfen und zu einer Faser verdünnt.
Dieses 'Steinwollverfahren' ist für die Faserherstellung von hochfluiden Schmelzen geeignet, die aus billigen Mi neralien, wie z. B. Basalt, hergestellt werden können, weil die Schmelze den Spinnkopf oder das Spinnrad bei einer Temperatur oberhalb von 1400ºC und deutlich oberhalb der Liquidustemperatur (typischerweise > 1300ºC) der mineralischen Zusammensetzung kontaktiert. Obwohl dieses Verfahren den Vorteil hat, daß es mit billigen Rohmaterialquellen durchgeführt werden kann, weist es den Nachteil auf, daß Mineralwolle, die durch dieses Verfahren erhalten wird (allgemein als Steinwolle bezeichnet) eine beachtliche Menge von 'Schot' (Kügelchen der Schmelze ohne Faserstruktur) beinhaltet, die die Isolierungseigenschaften des resultierenden Steinwollprodukts erheblich verschlechtert.
Bedauerlicherweise haben sich billige Zusammensetzungen, die zur Herstellung von Isolierungswolle mit Hilfe des Steinwollverfahrens eingesetzt werden, nicht als geeignet erwiesen, um durch das Innenzentrifugationsspinnerverfahren, das Isolierungswolle mit wenig oder keinem Einschußinhalt produziert, zur Faser verarbeitet zu werden.
Die Eigenschaften, die für Zusammensetzungen, die im Rahmen des Innerzentrifugationsspinnerverfahrens zur Faser verarbeitet werden sollen, erforderlich sind, sind sehr stringent. Diese Erfordernisse schließen ein:
a) die Liquidus (Kristallisierung-)temperatur der Zusammensetzung muß niedriger als die Temperatur, bei die Faser gesponnen wird, sein;
b) bei der Spinntemperatur muß die Viskosität der Schmelze so gewählt sein, daß die Schmelze ausreichend fluid ist, um durch die Löcher im Spinnkopf zu gelangen, gleichwohl aber viskos genug, daß die Schmelze ohne weiteres zur Isolierungswollfaser verdünnt wird. In der Praxis bedeutet das, daß bei Faserherstellungsbedingungen die Viskosität der geschmolzenen Zusammensetzung im Spinner von 1000 Poise (10 g. 3,0) bis 3000 Poise (10 g 3,5) betragen muß;
c) die Zusammensetzung muß derart ausgelegt sein, daß sie bei einer Temperatur, die wegen der gegenwärtigen Begrenzung der Leistungsfähigkeit von Spinnerlegierungen nicht größer als ungefähr 1050ºC ist, zur Faser verarbeitet werden kann, und
d) die Zusammensetzung muß gegenüber Wasserdampf resistent sein.
Um all diese verschiedenen Erfordernisse zu erfüllen, beinhalten Zusammensetzungen, die zur Verwendung in einem Innenzentrifugationsspinnerverfahren zur Herstellung von Isolierungswolle formuliert worden sind, gewöhnlich substantielle Mengen von Alkalimetalloxiden (Na&sub2;O und K&sub2;O) und auch Boroxid (B&sub2;O&sub3;). Die Gegenwart dieser Oxide hat die Wirkung, die Liquidustemperatur der Zusammensetzung auf ein ausreichendes Maß für das Spinnmaschinenverfahren zu erniedrigen, um eine gute Faser herzustellen. Typischerweise beträgt die Gesamtmenge von Alkalimetalloxid in der Formulierung von 12 bis 16 Gew.-%, und die Menge von B&sub2;O&sub3; von 2 bis 7 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung. Rohmaterialien, die Alkalimetalloxide und/oder Boroxid einschließen, sind relativ teuer, und solche Rohmaterialien erhöhen in erheblichem Maße die Kosten zur Herstellung von Isolierungswolle.
Jüngst sind Fortschritte in der Herstellung von Innenzentrifugationsspinnern aus gewissen neuen Metalllegierungen (z. B. MAP 758 - eine Nickel-Chromoxid dispergierte Legierung) oder Keramiken gemacht worden. Solche Spinnmaschinen haben sich als geeignet für den Betrieb bei höheren Temperaturen (ungefähr 200ºC höher) als es früher möglich war, erwiesen. Solche neuen Spinner können bei einer maximalen Arbeitstemperatur von 1300ºC arbeiten, wobei die maximale Betriebstemperatur, die den Spinnmaschinen eine vertretbare Funktionsdauer verleiht, bei 1250ºC liegt.
Die WO 93/02977 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Mineralwolle aus Rohmateri al. wie z. B. Basalt. Das Faserherstellungsverfahren, das in dieser Druckschrift beschrieben wird, wird in einem Innenzentrifugationsspinner, das modifiziert worden ist, um bei einer relativ hohen Arbeitstemperatur im Bereich von 1200-1400ºC zu arbeiten modifiziert worden ist.
Die Zusammensetzungen, die in dieser Druckschrift beschrieben werden, haben relativ hohe Liquidus- Temperaturen und/oder sind hochfluid in ihrem geschmolzenen Zustand. Aus diesem Grund mußte der Innenzentrifugationsspinner so modifiziert werden, daß sie bei einer Arbeitstemperatur im Bereich von 1200-1400ºC zu arbeiten in der Lage ist.
Das Arbeiten bei solchen relativ hohen Temperaturbereichen mit Schmelzen, die relativ hohe Liquidustemperaturen aufweisen und/oder hochfluid sind, bringt eine große Anzahl an praktischen Problemen beim Betrieb der Innenzentrifugationsspinnvorrichtung mit sich.
R. D. Verulashvili et al. (Glass and Ceramics, vol. 40, 1983, New York, U. S., Seiten 507-509) offenbaren eine Zusammensetzung, die auf ukrainischen Basalten zur Herstellung von hyperfeinen Fasern mit der folgenden Zusammensetzung in Gew.-% basiert:
SiO&sub2; 52,0
TiO&sub2; 1,0
Al&sub2;O&sub3; 15,75
FeO + Fe2O3 6,36
CaO 16,0
MgO 2,69
MnO 0,61
R2O 4,5
P2O5 0,82.
Wir haben nunmehr eine weitere Klasse von Zusammensetzungen, die auf der Basis billiger, schnell verfügbarer Rohmaterialien formuliert sind und die geeignet sind, in einem Innenzentrifugationsspinnerverfahren zur Faser verarbeitet zu werden, wobei eine verbesserte Hochtemperatur spinnmaschine oben beschriebener Art, eingesetzt wird. Die vorliegenden Zusammensetzungen haben Vorteile gegenüber den Mineralwollzusammensetzungen, wie in der WO 93/02977 beschrieben, da sie niedrigere Liquidustemperaturen, in Kombination mit höherer Viskosität bei der Liquidustemperatur aufweisen, so daß es möglich ist, sie in einem Innenzentrifugationsspinner bei niedrigeren Temperaturen und herkömmlicheren Viskositäten zur Faser zu verarbeiten. Dies führt zu Isolierungswolle von sehr geringem Einschußinhalt. Typischerweise sollte der Einschußgehalt in der Isolierungswolle, die aus den Zusammensetzungen nach der vorliegenden Erfindung erhalten werden, so gewählt sein, daß der Gehalt an Partikeln, die einen Durchmesser von mehr als 63 um aufweisen, geringer als 5 Gew.-%, und vorzugsweise geringer als 2 Gew.-% ist.
Die Zusammensetzungen nach der vorliegenden Erfindung werden aus relativ billigen, natürlich verfügbaren Rohmaterialien formuliert, wie z. B. Basalt, Granit, Schlacken, Kalkstein und Dolomit und/oder Nebenprodukten aus industriellen chemischen Verfahren, wie z. B. Molybdän- oder Stahlschlacke, oder aus Verbrennungsverfahren, wie z. B. Kammasche, und können optional einige zusätzliche Komponenten, wie z. B. Sodaasche, einschließen.
Erfindungsgemäß wird eine Zusammensetzung zur Verfügung gestellt, die zur Bildung von qualitativ hochwertiger Isolierungswolle zur Faser verarbeitet werden kann und die aus natürlich auftretenden Gesteinsmineralien, wie z. B. Basalten, Graniten, Kalkstein, Dolomit und Sandstein, ggf. Nebenprodukte aus industriellen Verfahren, wie z. B. Molybdän- oder Stahlschlacke und Kammasche, einschließend, und/oder Materialien mit hohem Tonerdegehalt, wie z. B. Kaolin und/oder borhaltige Mineralien, wie z. B. Ulexit, formuliert ist, wobei die Zusammensetzung die folgenden Komponenten, in Gew.-% angegeben, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, umfaßt:
SiO&sub2; 53-60 Gew.-%
Al&sub2;O&sub3; 13-16 Gew.-%
mit einer Gesamtmenge von SiO&sub2; und Al&sub2;O&sub3; von 66 bis 75 Gew. -%,
Na&sub2;O 0-6 Gew. -%
K&sub2;O 0-5 Gew. -%
mit einer Gesamtmenge von Na&sub2;O und K&sub2;O von 0-7 Gew.-%,
MgO 1-9 Gew.-%
CaO 8-18 Gew.-%
mit einer Gesamtmenge von MgO und CaO von 12-25 Gew.-%,
Fe&sub2;O&sub3; 3-10 Gew.-%
TiO&sub2; 0-3 Gew.-%
P&sub2;O&sub5; weniger als 1 Gew.-%
B&sub2;O&sub3; weniger als 3 Gew.-%
wobei die Zusammensetzung eine Liquidustemperatur von 1225ºC oder weniger und eine Viskosität von mindestens 1000 Poise bei der Liquidustemperatur aufweist.
Zusammensetzungen in Übereinstimmung mit der Erfindung, die die oben erwähnten Gehaltsanteile von SiO&sub2; und Al&sub2;O&sub3; aufweisen, stellen die optimale Liquidus- /Viskositätsbeziehung für die Faserherstellung sicher und ergeben Liquidustemperaturen, die ausreichend niedrig für die Faserherstellung in einem Innenzentrifugationsspinner der oben beschriebenen Art sind.
Der Alkaligehalt (Na&sub2;O und K&sub2;O) der Zusammensetzungen nach der Erfindung beträgt von 0-7 Gew.-%. Daraus ergeben sich Zusammensetzungen mit den niedrigsten Liquidustemperaturen, die aber nicht zu fluid für eine adäquate Faserherstellung sind.
MGO und Fe&sub2;O&sub3; sind für die Verbesserung der Feuerbeständigkeit der Faser hilfreich. Vorzugsweise ist die Gesamtmenge von Mgo und Fe&sub2;O&sub3; in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen größer als 12 Gew.-%, insbesondere bevorzugt größer als 14 Gew.-%. Die Menge von Fe&sub2;O&sub3; kann größer als 6 Gew.-% sein und manchmal größer als 8 Gew.-%, was in bezug auf die Verminderung der Korrosion von Spinnmaschinen, die aus Metalllegierungen gefertigt sind, und in bezug auf die Erweiterung des Arbeitsbereichs der Zusammensetzung vorteilhaft ist.
Der Gehalt von CaO von 8-18 Gewichtsprozent trägt zur Herstellung von Zusammensetzungen mit optimalen Liquidus-/Viskositätseigenschaften für die Faserherstellung in einem Zentrifugationsspinner bei.
Die Gegenwart von B&sub2;O&sub3; in Mengen von bis zu 3 Gewichtsprozent erniedrigt die Liquidustemperaturen und verbessert zudem die Wärmeisolierungseigenschaften der zur Faser verarbeiteten, erfindungsgemäßen Zusammensetzungen.
Insbesondere bevorzugt sind Zusammensetzungen, die eine Liquidustemperatur von 1200ºC oder weniger zeigen und eine Viskosität bei der Liquidustemperatur von mindestens 1000 Poise aufweisen.
P&sub2;O&sub5; tritt als Spurenmaterial auf, das die Haltbarkeit der Zusammensetzungen ungünstig beeinflußt, so daß die Menge dieser Komponente unterhalb von 1 Gew.-% gehalten wird. Erfindungsgemäße Zusammensetzungen sind auch in bezug auf ihre Haltbarkeit entsprechend dem internationalen Standard ISO 719 getestet worden und haben sich dabei als zur Klassifikation HGB3 oder besser gehörig erwiesen. Dies bedeutet, daß die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sich im Rahmen ihrer Verwendung nicht in beachtenswertem Ausmaß zersetzen und mit anderen Isolierungsfasern, die sich bereits auf dem Markt befinden, wettbewerbesfähig sind.
Die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung sind aus Basalt und/oder Granit und/oder Schlacken und/oder Aschen, die billige und leicht verfügbare Rohmaterialien sind, formuliert. Im Ergebnis werden die Zusammensetzungen weniger als 1 Gew.-% Eisenoxid enthalten. Die Gegenwart von Eisenoxid macht das Schmelzen der Zusammenset zungen bei Verwendung einer herkömmlichen Glaswanne aufgrund der schlechten thermischen Leitfähigkeit von eisenhaltigen Zusammensetzungen schwieriger. Wenn die Zusammensetzungen in einem Kupol-Schmelzofen (falls notwendig, nach einer Brikettierung der Rohmaterialien) geschmolzen werden, werden bis zu 60% Eisenoxid als Roheisen abgetrennt (abhängig vom Koksgehalt und vom Luftvolumen, das durch den Schmelzofen hindurchtritt) und von der Schmelze abgestochen.
Eisen ist intrins. Bestandteil in den Rohmaterialpartien. Eisen erniedrigt die Viskosität und ist nur bei hohen Al&sub2;O&sub3;-Gehalten für die Liquidustemperatur vorteilhaft.
Der Eisengehalt in einem herkömmlichen Schmelzofen wird ungefähr 20-80 Gew.-% Eisen, das als Eisen (II) vorliegt, enthalten. In einem Kupol-Schmelzofen wird beinahe das gesamte Eisen als Eisen (II) vorliegen. Es hat sich gezeigt, daß der Anteil an Eisen als Eisen (II) oder Eisen (III) keine beachtliche Wirkung auf die Liquidustemperatur ausübt - siehe Ergebnisse, wie in den Beispielen 23 und 24 in Tabelle IA angegeben, wobei Zusammensetzung 24, die Koks als reduzierendes Agens einsetzt, einen größeren Anteil an Eisen als Eisen (II) enthält, verglichen mit Zusammensetzung 23, die kein Koks einsetzt, gleichwohl ist für beide die gleiche Liquidustemperatur gemessen worden.
In der vorliegenden Beschreibung und in den begleitenden Ansprüchen wird der Eisenoxidgehalt als Fe&sub2;O&sub3; ausgedrückt, wobei Fe&sub2;O&sub3; für die Gesamtmenge als Eisen (II) und Eisen (III) steht.
Titan (TiO&sub2;) liegt in den Zusammensetzungen als Spurenmaterial vor. Aufgrund seiner hohen Kosten wird es nicht absichtlich hinzugefügt.
Es ist herausgefunden worden, daß die Gegenwart von Tonerde (Al&sub2;O&sub3;) die Viskosität der Zusammensetzungen vergrößert und die Liquidustemperatur der Schmelze erniedrigt.
MgO tritt in die Zusammensetzungen als Spurenmaterial bei einem unteren Grenzwert von 1 Gew.-% ein. Gleichwohl ist MgO eine gewünschte Komponente und bis zu 4 Gewichtsprozent MgO dienen zur Verbesserung der Liquidus- Viskositätseigenschaften der Zusammensetzungen. Größere Mengen von MgO erhöhen die Liquidustemperatur der Zusammensetzungen, aber Mengen von bis zu 9 Gew.-% MgO können toleriert werden.
Die Gegenwart von CaO hilft bei der Einstellung der Viskosität der Zusammensetzungen; es stellt sich heraus, daß innerhalb eines Bereichs von 8-18 Gew.-% die Gegenwart dieses Inhaltsstoffs wenig Auswirkung auf die Liquidustemperaturen hat.
Na&sub2;O und K&sub2;O verringern die Liquidustemperaturen und verringern auch die Viskosität. Sie liegen in geringen Mengen als Spurenmaterialien in vielen der Formulierungen vor, aber die Mengen dieser Bestandteile können gezielt erhöht werden, um das Schmelzverhalten der Formulierungen zu verbessern. Na&sub2;O und K&sub2;O sind hergestellte Produkte und daher relativ teuere Inhaltsstoffe, allerdings kann eine Gesamtmenge dieser Materialien von bis zu 7,5 Gew.-% ins Auge gefaßt werden.
Erfindungsgemäße Zusammensetzungen werden durch Mischung geeigneter Mengen der natürlichen, billig erhältlichen Gesteine, wie z. B. Basalte, Granite, Dolorite, Dolomit, Kalkstein und Sandstein, ggf. auch mit billigen Nebenprodukten aus industriellen Verfahren, wie z. B. Molybdän- oder Stahlschlacke und Kammasche formuliert. Andere schnell verfügbare Materialien, wie z. B. Materialien mit hohem Tonerdegehalt, wie z. B. Kaolin und borhaltige Materialien, wie z. B. Ulexit, können auch in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung beinhaltet sein. Typische natürlich auftretende Gesteinsmaterialien und Modifizierer, die für die Verwendung beim Formulieren der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen geeignet sind, sind in Tabelle II dargestellt. Diese Tabelle zeigt auch die Oxidzusammen setzung dieser Startmaterialien. Es sollte angemerkt werden, daß Basalte, Granite, Dolorite und natürliche Gesteine stärker in ihrer Zusammensetzung variieren als normale Inhaltsstoffe. Die Analysen, die in Tabelle II angegeben sind, stellen daher nur Beispielfälle dar. Die anderen Oxide, auf die in Tabelle II Bezug genommen wird, liegen normalerweise auf dem Verunreinigungsniveau und umfassen MnO, BaO, ZrO&sub2; und V&sub2;O&sub5;. Im Falle von Molybdän-Schlacke handelt es sich bei den anderen Oxiden um ungefähr 0,4 Gew.-% MnO, 0,4 Gew.-% CeO&sub2;, 0,2 Gew.-% La&sub2;O g, 0,2 Gew.-% MoO&sub3;, 0,1 Gew.-% PbO und 0,1 Gew.-% ZnO.
Um das Schmelzen zu vereinfachen, können geringe Mengen von Sodiumcarbonat (Sodaasche) so lange hinzugefügt werden, wie der Gesamtgehalt von Soda an der Zusammensetzung aus Kostengründen nicht 6 Gew.-% überschreitet. Tonerde in der Partie kann auch durch den Einsatz geringer Mengen von Kaolin oder billigen Mineralien mit hohem Tonerdegehalt erhöht werden. Sande können hinzugefügt werden, um den Quarzgehalt zu erhöhen. Schlacken und Aschen können auch als billige Rohmaterialquellen eingesetzt werden. Borhaltige Erze, wie z. B. Ulexit, können eingesetzt werden, um B&sub2;O&sub3; einzuführen. Beispiele all dieser Materialien werden auch in Tabelle II gezeigt.
Für das Kupol-Schmelzen wird der Schmelzofen mit Inhaltsstoffen Gesteinschargen von einer Größe von typischerweise 20 bis 120 mm bestückt, wobei Chargen von Koks zwischengeschaltet werden. Soda ist bevorzugt in den Kupolpartien nicht vorhanden.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung qualitativ hochwertiger Isolierungswolle zur Verfügung gestellt, wobei der Gehalt an Partikeln, die einen Durchmesser von mehr als 63 um aufweisen, in der Isolierungswolle weniger als 5 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 2 Gew.-%, beträgt, wobei das Verfahren die Faserherstellung aus einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung in einem Innenzentrifugati onsspinner bei einer Temperatur, die von 10-70ºC höher als die Liquidustemperatur der Zusammensetzung liegt, und bei einer Viskosität innerhalb des Bereichs von 1000 Poise (10 g. 3,0) bis 3000 Poise (10 g. 3,5) umfaßt.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen werden in einem Innenzentrifugationsspinner bei einer Temperatur, die ungefähr 10-70ºC höher als die Liquidustemperatur der Zusammensetzung liegt, zur Faser verarbeitet.
Typischerweise wird ein Spinner mit 200 mm Durchmesser, der 4200 Löcher mit einem Durchmesser von 0,8-1,0 mm enthält, und der bei einer Geschwindigkeit von 3000 Umdrehungen/min. rotiert, 3 Tonnen Faser pro Tag mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 4,5 um abgeben. Gleichwohl wird vorzugsweise für den kommerziellen Betrieb ein Spinner mit größerem Durchmesser, z. B. 600 mm, eingesetzt, was den Ausstoß auf ungefähr 20 Tonnen Faser pro Tag erhöhen wird.
Wie aus den Daten in Tabelle IA erkannt werden kann, weisen die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen alle Liquidustemperaturen unterhalb von 1225ºC auf, wobei viele der Schmelzen unterhalb von 1200ºC liegen. Daher sind die Liquidustemperaturen der vorliegenden Zusammensetzungen niedriger als Liquidustemperaturen der Mineralwollezusammensetzungen, wie in der WO93/02977 beschrieben, die in den meisten Fällen Liquidustemperaturen oberhalb von 1230ºC aufweisen. Die vorliegenden Zusammensetzungen haben höhere Viskositäten (> 1000 Poise) bei der Liquidustemperatur. Keine der die in der WO93/02977 beschriebenen Mineralwollzusammensetzungen haben Viskositäten > 1000 Poise bei der Liquidustemperatur außer jenen mit einer sehr hohen Liquidustemperatur > 1270ºC (z. B. Beispiele 5, 6, 7, 8 und 12).
Die höhere Viskosität und die niedrigere Liquidustemperatur der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen bedeuten, daß das Faserherstellungsverfahren mit Hilfe der Innenzen trifugation in einem Spinner leichter durchgeführt werden kann. So etwa erlauben die niedrigeren Liquidustemperaturen die Durchführung des Faserherstellungsverfahrens bei niedrigeren Faserherstellungstemperaturen, ohne die Befürchtung, daß Kristallisation in der Schmelze noch während die Faserherstellung auftreten wird. Die höhere Viskosität bei der Liquidustemperatur der vorliegenden Zusammensetzungen macht es möglich, daß die Zusammensetzungen zur Faser verarbeitet werden, wobei herkömmliche Ausgestaltungen von Innerzentrifugationsspinnern oder Spinnern mit relativ geringen Unterschieden in der Ausgestaltung unter Einsatz einer Spinnmaschine aus Hochtemperatur-Metalllegierungen oder aus Keramiken benutzt werden.
Der Gehalt an Einschuß oder Haken in dem Fasermaterial wird sehr niedrig sein (unter 5%), weil die Zusammensetzungen eine höhere Viskosität während des Spinnverfahrens als die Mineralwollzusammensetzungen, die in der WO93/02977 beschrieben sind, aufweisen.
Zusätzlich wird die Anwendung von niedrigeren Faserherstellungstemperaturen die Korrosion des Spinngeräts durch die geschmolzene Zusammensetzung verringern und auch die Aus- und Kriechdehnung in den Metallspinngeräten verringern; im Ergebnis wird die Lebenszeit der Innenzentrifugationsspinner verlängert.
Weiterhin vergrößern niedrige Liquidustemperaturen in Kombination mit hohen Viskositäten den Arbeitsbereich der Zusammensetzung.
Die vorliegende Erfindung wird durch die Zusammensetzungen, die in den Beispielen 11-20 und 26-28, 31 und 33 nach Tabelle IA angegeben sind, näher erläutert. Die Zusammensetzungen der Beispiele 1-10, 20-25, 29, 30 und 33 sind aus Vergleichsgründen angegeben.
Die Mengen an Oxidbestandteilen der Zusammensetzungen sind in der Tabelle IA und der Tabelle II als Gewichtsprozentsätze angegeben. Die 'anderen Oxide' in Tabelle IA rühren von den eingesetzten Rohmaterialien her. In Tabelle II steht der Terminus LOI für den Materialverlust bei Erhitzung, z. B. dem Wasserverlust und auch den CO&sub2;- Verlust aus Karbonat.
Beispiel 1 ist ein Vergleichsbeispiel einer typischen Steinwollzusammensetzung, hergestellt durch Schmelzen von 75 Gewichtsteilen Basalt mit 25 Gewichtsteilen Dolomit. Es kann entnommen werden, daß die Liquidustemperatur der resultierenden Schmelze weitaus zu hoch für die Faserherstellung mit Hilfe eines Innenzentrifugationsspinner bei weniger als 1250ºC ist und daß ihre Viskosität auch weitaus zu niedrig ist, um die Schmelze bei der Liquidustemperatur zu einer Faser von guter Qualität zu verdünnen.
Die Zusammensetzung von Beispiel 2 (auch angegeben zu Vergleichszwecken) ist eine typische Isolierungswollzusammensetzung für einen Innenzentrifugationsspinner, der die ideale Viskositäts-/Liquidustemperatur zur Faserherstellung beim Einsatz herkömmlicher Spinnermetalle zeigt. Die Zusammensetzungen der Beispiele 3-8 zeigen, daß, sobald der B&sub2;O&sub3;-Gehalt und die Menge an Soda reduziert wird, um dadurch die Zusammensetzung zu verbilligen, sowohl die Liquidustemperatur als auch die Viskosität sich erhöhen, bis bei 7% Na&sub2;O die Zusammensetzung möglicherweise durch das Spinnerverfahren unterhalb 1250ºC nicht mehr zur Faser verarbeitet werden kann. Dies zeigt, daß eine Zusammensetzung, die einfach durch Beseitigung von Soda verbilligt wird, keine Schmelze mit den korrekten Liquidus-/Viskositätseigenschaften ergibt, sogar um in einem verbesserten Hochtemperaturspinner zur Faser verarbeitet zu werden.
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen werden aus Mischungen von Basalt, Granit, Dolorit, Dolomit, Sand und/oder Kalkstein und anderen leicht verfügbaren Materialien, wie in Tabelle IB aufgeführt, zusammen mit Sodaasche oder konzentriertem Tonerdeerz, falls erforderlich, formuliert. Partien aus diesen Materialien und entsprechend den Zusammensetzungen der Beispiele 11-20 und 26-28, 31 und 32 werden in Tabelle Ib dargestellt; die Mengen in Tabelle IB werden als Gewichtsteile angegeben. Es sollte beachtet werden, daß diese Partien näherungsweise Angaben enthalten und von der jüngsten Analyse der variablen Gesteinsrohmaterialien abhängen, für welche Anpassungen während der Herstellungen vorgenommen werden müssen. Es wird angenommen, daß die Beispiele 9, 10 und 26 aufgrund des Schmelzens mit Überschußkoks im Kupol- Schmelzofen Eisen abgeben. Die angegebene Zusammensetzung entspricht der Faserendzusammensetzung nach der Eisenabgabe.
Erfindungsgemäße Zusammensetzungen werden auf ihre Haltbarkeit mit Hilfe des internationalen Standardtests ISO 719 getestet. Im Rahmen dieses Testes wird Wasser bei 98ºC auf Körner einer Größe von 300-500 um für die Dauer von 60 Minuten appliziert. Das extrahierte Alkali wird gegen Salzsäure (0,01 Molar) titriert, und die für die Neutralisierung des Extrakts erforderliche Säuremenge wird in Millilitern der Säure pro Gramm von Körnern angegeben. Je niedriger die erforderliche Säuremenge, desto besser ist die Haltbarkeit nach Maßgabe dieses Tests. Zusammensetzungen, die 0,2 -0,85 ml HCl/Gramm an Körnern benötigen, wird die Klassifikation HGB 3 verliehen. Obwohl nicht alle der Beispiele auf ihre Haltbarkeit mit Hilfe des ISO 719 Tests getestet worden sind, ist es offensichtlich, daß für die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen diese Klassifikation zutrifft.
Die Haltbarkeit der Fasern ist im wesentlichen abhängig von dem Alkalimetalloxidgehalt (Na&sub2;O + K&sub2;O). Je größer die Alkalimenge, desto schlechter ist die Haltbarkeit. Die herkömmliche hochalkalihaltige Faser enthält B&sub2;O&sub3; zur Verbesserung der Haltbarkeit.
Die Beispiele 2 und 3 zeigen die Wirkung der Entfernung von B&sub2;O&sub3;, zum Beispiel, daß die Haltbarkeit sich verschlechtert, wie durch die erhöhte Menge von Säure zur Neutralisierung des extrahierten Alkali im Rahmen des ISO 719 Tests gezeigt wird. Wenn der Gehalt an Alkalimetalloxid in der Zusammensetzung schrittweise reduziert wird, verbessert sich die Haltbarkeit (siehe Beispiele 3, 4 und 5).
Es ist zu erwarten, daß alle erfindungsgemäßen Zusammensetzungen die Haltbarkeitsklassifikation HGB 3 erfüllen, da die Alkalikonzentration in diesen Zusammensetzungen auf 7,5% beschränkt ist und auch andere Komponenten, die für die Verbesserung der Haltbarkeit vorteilhaft sind, wie z. B. Quarz und Tonerde, in reichlichem Maße vorhanden sind.
Die Zusammensetzung nach Beispiel 18 wurde aus den folgenden Rohmaterialien hergestellt:
303 Teile Criggion-Basalt
313 Teile Waterswallows-Basalt
299 Teile Shap Pink-Granit
103 Teile Dolomit
Für das Schmelzen in einem herkömmlichen Schmelzofen werden die Rohmaterialien gemahlen, um einen Siebschnitt von < 1 mm zu passieren, und werden dann als gut durchmischte Partie dem Schmelzofen zugeführt.
Die Basalte und Granite sind stärker variabel in ihrer chemischen Zusammensetzung als normale Rohmaterialien. Frische Lieferungen dieser Materialien werden daher deutlich vor der Beschickung des Schmelzofens analysiert, und die Partiegestaltung entsprechend den Rohmaterialanalysen so modifiziert, daß die daraus hergestellte Zielzusammensetzung an Oxid so konstant wie möglich gehalten wird. Die Zusammensetzung nach Beispiel 26 kann aus den folgenden Komponenten hergestellt und in einem Kupol- Schmelzofen geschmolzen werden:
Dolomit 125 Teile
Waterswallows-Basalt 236 Teile
Shap Track Ballast 202 Teile
Hailstones Basalt 436 Teile.
Die Materialien werden als Gesteinsklumpen von ungefähr 5 cm Durchmesser zusammen mit einer Kokscharge (155 kg/1000 kg Gestein) zugeführt. Es wird erwartet, daß ungefähr 30% des Eisenoxids aus den Rohmaterialien zu Roheisen reduziert wird. Die ursprüngliche Zusammensetzung enthält 9,1% Fe&sub2;O&sub3;, aber es wird erwartet, daß nur 6,5% Fe&sub2;O&sub3; im Endprodukt vorhanden sind, wie in der obigen Zusammensetzung angezeigt. Der verbrannte Koks ergibt eine Asche, die typischerweise 0,6% SiO&sub2;, 0,4% Al&sub2;O&sub3;, 0,2% CaO und 0,1% MgO zur Endzusammensetzung hinzufügt, und dies wird auch in der obigen Zusammensetzung ausgeglichen. TABELLE 1A TABELLE 1A (Fortsetzung) TABELLE 1A (Fortsetzung) TABELLE 1B - Typische Partien von Rohmaterialien und Modifizierern TABELLE 1B (Fortsetzung) TABELLE II - Analyse typischer Rohmaterialien und der Modifizierer

Claims

1. Zusammensetzung, die zur Bildung einer qualitativ hochwertigen Isolierungswolle zu Fasern verarbeitet werden kann und die aus natürlich auftretenden Gesteinsmineralien, wie z. B. Basalten, Graniten, Kalkstein, Dolomit und Sandstein, ggf. Nebenprodukte von industriellen Verfahren, wie z. B. Molybdän- oder Stahlschlacke und Kammasche, einschließend, und/oder Materialien mit hohem Tonerdegehalt, wie z. B. Kaolin, und/oder borhaltigen Mineralien, wie z. B. Ulexit, formuliert ist, wobei die Zusammensetzung die folgenden Komponenten, jeweils in Gew.-% angegeben, 15 bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, umfaßt:

SiO&sub2; 53-60 Gew.-%

Al&sub2;O&sub3; 13-16 Gew.-%

mit einer Gesamtmenge von SiO&sub2; + Al&sub2;O&sub3; von 66 bis 75 Gew. -%,

Na&sub2;O bis zu 6 Gew.-%

K&sub2;O bis zu 5 Gew.-%

mit einer Gesamtmenge von Na&sub2;O + K&sub2;O von 0 bis 7,5 Gew. -%,

MgO 1-9 Gew. -%

CaO 8-18 Gew.-%

mit einer Gesamtmenge von MgO + CaO von 12 bis 25 Gew. -%,

Fe&sub2;O&sub3; 3-10 Gew.-%

TiO&sub2; 0-3 Gew.-%

P&sub2;O&sub5; weniger als 1 Gew.-%

B&sub2;O&sub3; weniger als 3 Gew.-%

wobei die Zusammensetzung eine Liquidustemperatur von 12250C oder weniger und eine Viskosität von mindestens 1000 Poise bei der Liquidustemperatur aufweist.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die Gesamtmenge von SiO&sub2; + Al&sub2;O&sub3; größer als 68 Gew.-% ist.

3. Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gesamtmenge von MgO + Fe&sub2;O&sub3; größer als 12 Gew.-%, vorzugsweise größer als 14 Gew.-%, ist.

4. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Menge von MgO größer als 4,0 Gew.-% ist.

5. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Menge von Fe&sub2;O&sub3; größer als 6,0 Gew.-% ist.

6. Zusammensetzung nach Anspruch 5, wobei die Menge von Fe&sub2;O&sub3; größer als 8,0 Gew.-% ist.

7. Zusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Liquidustemperatur von 1200ºC oder weniger und eine Viskosität bei der Liquidustemperatur von mindestens 1000 Poise aufweist

8. Isolierungswolle, hergestellt aus einer Zusammensetzung, wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beansprucht.

Isolierungswolle nach Anspruch 8, die weniger als 5 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 2 Gew.-% an Partikeln mit einem Durchmesser, der größer als 63 um ist, aufweist.

10. Verfahren zur Herstellung von qualitativ hochwertiger Isolierungswolle, wobei der Gehalt an Partikeln, die einen Durchmesser aufweisen, der größer als 63 um ist, in der Isolierungswolle, weniger als 5 Gew.-%, vorzugsweise weniger als 2 Gew.-%, beträgt, wobei das Verfahren die Faserherstellung aus einer Zusammensetzung, wie in einem der Ansprüche 1 bis 7 definiert, in einem Innenzentrifugationsspinner bei einer Temperatur, die von 10 bis 70ºC höher als die Liquidustemperatur der Zusammensetzung liegt, und bei einer Viskosität innerhalb des Bereichs von 1000 Poise (10 g 3,0) bis 3000 Poise (log 3,5) umfaßt.