DE2200791A1 - Ausflussduese fuer einen Schmelzofen zur Herstellung anorganischer Fasern - Google Patents

Description

DipUng. WERNER COHAUSZ · Dipl.-Ing. WILHELM FLORACK · Dipl.-Ing. RUDOLF KNAUF

4 Düsseldorf, Schumannstraße 97

The Carborundum Company 6. Januar 1972

1625 Buffalo Avenue

Niagara Falls, New York, USA

Ausflußdüse für einen Schmelzofen zur Herstellung anorganischer Pasern

Die Erfindung betrifft eine Ausflußdüse für einen Schmelzofen zur Herstellung anorganischer Fasern mit einer Ausströmöffnung für den kontinuierlichen Durchfluß von geschmolzenem feuerfesten Material bei hoher Temperatur.

Die Herstellung anorganischer Fasern aus geschmolzenem anorganischen Material kann auf zwei verschiedenen Wegen erfolgen. Bei einer Methode wird ein Strahl des geschmolzenen anorganischen Materials durch Auffallenlassen auf gegenläufige Walzen zu Pasern versponnen. Bei dem anderen Verfahren wird ein mit hoher Geschwindigkeit strömender, heißer Gasstrom,' z.B. ein Luftstrom, annähernd rechtwinklig gegen den Strom des geschmolzenen feuerfesten Materials gerichtet, wodurch viele kleine Kügelchen gebildet und diese zu Fasern auseinandergezogen werden. Es wurde gefunden, daß es für einen gegebenen Strahl von mit hoher Geschwindigkeit strömendem Gas eine Höchstmenge geschmolzenen feuerfesten Materials gibt, das zu Pasern umgewandelt werden kann. Wenn der Strom des geschmolzenen Materials zu groß ist, wird ein übermäßig hoher Anteil an nicht zerfasertem Material erzeugt, der die Qualität des Produktes verschlechtert. Eine zu große Ausflußöffnung ist daher unerwünscht, zumal der die

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Öffnung bildende Werkstoff in den meisten Fällen erodiert wird, wodurch die Öffnung noch erweitert wird. Andererseits darf die Arbeitstemperatur des geschmolzenen feuerfesten Materials normalerweise nicht wesentlich über der Erstarrungstemperatur liegen, damit eine zufriedenstellende Paserbildung erzielt wird. Wenn daher die Ausflußöffnung eng ist, neigt das geschmolzene feuerfeste Material dazu, in der Nähe der Öffnung zu erstarren und dort eine Ansammlung zu bilden; und je kleiner die Öffnung ist, um so leichter erstarrt das geschmolzene Material darin und verringert die Weite der Öffnung. Diese.Ansammlung von erstarrtem Material vermindert nicht nur die Durchflußgeschwindigkeit, sondern bewirkt auch eine Ablenkung des SchmelzStrahles, die die Zerfaserungsbehandlung stört. Derart erstarrtes Material muß daher periodisch von der Ausflußöffnung entfernt werden, und von Zeit zu Zeit muß der Öffnungsblock ausgewechselt werden. Leistungsfähigkeit und Produktivität der Anlage werden dadurch stark beeinträchtigt. Es ist daher allgemein üblich, in bezug auf den Durchmesser der Ausflußöffnung einen Kompromiß zu schließen mit dem Ergebnis, daß höchste Leistungsfähigkeit nicht erzielt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beseitigen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem Schmelzofen oberhalb der Ausströmöffnung ein Düsenblock mit einem Durchflußkanal angebracht ist, der sich in Flucht mit der Ausströmöffnung befindet und dessen Einströmseite mit dem geschmolzenen feuerfesten Material in dem Schmelzofen in Berührung steht, wobei der Düsenblock eine um die Einströmseite des Durchflußkanals gebildete Ausnehmung aufweist, in der ein Einsatz aus hartem, verschleißbeständigem und bei Temperaturen oberhalb der erwähnten hohen Temperatur hitzebeständig«! Metall

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mit einer öffnung angeordnet ist, die sieh in Flucht mit dem Durchflußkanal und der Ausströmöffnung befindet.

Der Düsenblock kann zweckmäßigerweise aus Graphit oder Bornitrid gefertigt sein, und der Einsatz kann aus Wolfram, Molybdän oder Niob bestehen. Da diese Metalle bei Temperaturen, die zum Erschmelzen des feuerfesten Materials bei dem Faserherstellungsprozeß angewandt werden, nicht erodieren, kann der Einsatz mit einer Düsenöffnung von optimalem Durchmesser zum Abzug des geschmolzenen feuerfesten Materials aus dem Ofen mit einer für den Faserbildungsvorgang optimalen Durchflußgeschwindigkeit versehen sein.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Schmelzofens, der mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ausgerüstet ist; und

Fig. 2 einen vergrößerten vertikalen Querschnitt längs der Ebene 2-2 in Fig. 1, der den Düsenblock und den Einsatz gemäß vorliegender Erfindung veranschaulicht.

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Ausflußdüse gemäß der Erfindung in einem oben offenen Lichtbogen-Büttenkippofen 10 mit einem Vorherd 12 eingebaut, der mit dem Ofen verbunden ist und sich nach außen erstreckt. In dem Ofen wird anorganisches feuerfestes Material geeigneter Zusammensetzung, meist ein Gemisch von Quarz und Tonerde, durch einen elektrischen Lichtbogen geschmolzen, der zwischen zwei vertikal herabhängenden Elektroden 14 erzeugt wird, die mit Hilfe geeigneter Einrichtungen (nicht dargestellt) oberhalb des Ofens 10 befestigt

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sind, so daß ein Schmelzbad 16 gebildet wird. Erstarrtes feuerfestes Material 18 unter dem Schmelzbad 16 dient als thermische und elektrische Isolierung für den Ofen 10 und den Vorherd 12.

Zum Abzug des geschmolzenen Materials aus dem Schmelzbad 16, das sich bis in den Vorherd 12 erstreckt, ist im Boden des letzteren eine öffnung 24 vorgesehen. Ein DUsenverankerungsblock 26 ist auf dem Boden des Vorherdes 12 aufgesetzt und weist eine öffnung 28 auf, deren Durchmesser kleiner als derjenige der öffnung 24 und im wesentlichen koaxial zu dieser ausgerichtet ist. In der oberen Fläche des Verankerungsblockes 26 ist um die öffnung 28 eine Ausnehmung 30 zur Aufnahme des Unterteils 32 eines Düsenblockes 34 eingeformt. Der DUsenblock ~$k, der von verschiedener Form sein kann, weist einen Durchflußkanal 36 auf, der sich in Flucht mit den öffnungen 24 und 28 befindet und dessen Einströmseite am oberen Ende in Verbindung mit dem Innern des Vorherdes 12 steht. Vorzugsweise hat die Wand 36 des Durchflußkanals 35 die Form eines Kegelstumpfes, der sich in der von der öffnung 24 wegführenden Richtung verjüngt. Der Durchflußkanal 35 erweitert sich daher in Abwärtsrichtung nach außen, wie am besten aus Fig. 2 zu erkennen, und bietet daher einen ausreichenden freien Raum für den Strahl des geschmolzenen Materials, wenn der Ofen 10 zum Gießen gekippt wird. Die Außenwandfläche 38 des Blockes 34 läuft an ihrem unteren Ende in einen Flansch 40 aus, dessen Unterseite in der Ausnehmung 30 des Verankerungsblockes sitzt.

Der Düsenblock 34 ist aus einem geeigneten feuerfesten Material, wie Graphit oder Bornitrid, gefertigt. Diese Werkstoffe sind zwar gegen die hohe Temperatur, der sie ausgesetzt sind, beständig, können aber nicht zur Herstellung einer Düse verwendet werden, da sie verhältnismäßig leicht erodiert werden und die DUsenöffnung sich dann vergrößert.

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Erfindungsgemäß ist deshalb, wie aus Fig. 2 ersichtlich, zur Regulierung der Abzugsgeschwindigkeit des geschmolzenen Materials aus dem Schmelzbad 16 im Ofen 10 in einer Ausnehmung 46 am oberen Ende des Düsenblockes J54 und konzentrisch zu demselben ein Einsatz 42 eingebaut, der scheibenförmig ausgebildet und mit einer kreisförmigen öffnung 44 versehen ist. Der scheibenförmige Einsatz 42 ist aus einem harten, verschleiß- und hitzebeständigen Metall geformt, das einen Schmelzpunkt hat, der beträchtlich über dem Schmelzpunkt des anorganischen feuerfesten Materials in dem Ofen liegt. Wolfram wird als hitzebeständiges Metall bevorzugt, doch können auch Molybdän und Niob verwendet werden. Obwohl das hohe spezifische Gewicht dieser Metalle den Einsatz in der Regel an seinem Platz festhält, können, falls gewünscht, geeignete Befestigungsmaßnahmen, wie Schraubgewinde, vorgesehen werden. Da der Werkstoff, aus dem der Einsatz 42 gefertigt ist, beständig ist und bei den Temperaturen, die zum Erschmelzen und Flüssighalten des feuerfesten Materials erforderlich sind, nicht erodiert, kann die Düsenöffnung 44 genau auf die Größe gebohrt werden, die für eine optimale Abzugsgeschwindigkeit des geschmolzenen feuerfesten Materials zur Erzielung einer maximalen Ausbeute an Faserprodukt zweckmäßig ist. Die gewünschte Größe kann von 6,25 mm bis 14,5 mm Durchmesser reichen, je nach der zur Faserherstellung verwendeten Methode und der Größe der zugehörigen Anlage. Der Einsatz 42 wird zweckmäßigerweise kreisrund ausgebildet, kann aber Jede Form und verschiedene Außenabmessungen je nach der Form der Ausnehmung 46 haben.

Bei der Anwendung wird geeignetes feuerfestes Material in dem Ofen 10 durch Zufuhr von elektrischem Strom zu den Heizelektroden 14 geschmolzen. Zusätzliche Heizelektroden 48 erstrecken sich von einer Tragvorrichtung (nicht dargestellt) in das geschmolzene feuerfeste Material 16 in dem Vorherd 12, so daß das geschmolzene

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feuerfeste Material in der der Düsenöffnung 44 benachbarten Zone kurz vor dem Durchfluß durch die Düsenöffnung erhitzt werden kann. Zur Regelung des den Elektroden 48 zugeführten Stromes sind Einrichtungen (nicht dargestellt) vorgesehen, mit deren Hilfe die Temperatur des geschmolzenen feuerfesten Materials kurz vor dem Eintritt in die Düsenöffnung 44 so geregelt werden kann, daß die Temperatur des geschmolzenen Materials nach dem Durchgang durch die Düsenöffnung zur Faserherstellung geeignet ist. Die Mindesttemperatur beträgt etwa 1725°C, doch können Temperaturen bis 2100⁰C angewandt werden, je nach der Größe der Anlage und anderen Betriebsfaktoren.

Bei der dargestellten Einrichtung wird das geschmolzene feuerfeste Material durch die Düsenöffnung 44 als ein Strahl 50 abgezogen, der durch sein Eigengewicht vertikal genau vor einer Düse 52 in den Weg eines aus dieser Düse austretenden Gasstrahls 54 fällt. Die Bahn des Strahls von geschmolzenem feuerfesten Material wird durch den Gasstrahl um 90° umgelenkt^ und der Strahl selbst in zahlreiche kleine Kügelohen oder Tröpfchen zerstäubt, die dann zu Pasern auseinandergezogen werden.

Als Ergebnis der vorliegenden Erfindung wird ein Einsatz mit einer Düsenöffnung zur Regelung der Abzugsgeschwindigkeit eines Strahls von geschmolzenem feuerfesten Material vorgeschlagen. Da der Werkstoff des Einsatzes bei den Temperaturen, die zum Erschmelzen des feuerfesten Materials erforderlich sind, nicht erodiert, kann die Größe der Düsenöffnung genaufso dimensioniert werden, daß ein optimaler Abzug des geschmolzenen Materials zur Erzielung einer maximalen Ausbeute an Faserprodukt möglich ist.

Patentansprüche:

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1J Ausflußdüse für einen Schmelzofen zur Herstellung anorganischer Pasern mit einer Ausströmöffnung für den kontinuierlichen Durchfluß von geschmolzenem feuerfesten Material bei hoher Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Schmelzofen (10) oberhalb der Ausströmöffnung (24) ein Düsenblock (54) mit einem Durchflußkanal (55) angebracht ist, der sich in Flucht mit der Ausströmöffnung (24) befindet und dessen Einströmseite mit dem geschmolzenen feuerfesten Material (16) in dem Schmelzofen (10) in Berührung steht, wobei der Düsenblock (54) eine um die Einströmseite des Durchflußkanals (55) gebildete Ausnehmung (46) aufweist, in der ein Einsatz (42) aus hartem, verschleißbeständigem und bei Temperaturen oberhalb der erwähnten hohen Temperatur hitzebeständigem Metall mit einer öffnung (44) angeordnet ist, die sich in Flucht mit dem Durchflußkanal (55) und der Ausströmöffnung (24) befindet.

   2. Ausflußdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (42) aus einem Metall gefertigt ist, das aus der Gruppe Wolfram, Molybdän und Niob ausgewählt ist.

   5. Ausflußdüse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Wolfram ist.

   4. Ausflußdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchflußkanal (55) in dem Düsenblock (54) in Abwärtsrichtung sich nach außen erweitert.

   5. Ausflußdüse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenblock (54) aus einem feuerfesten Werkstoff besteht, der gegen geschmolzenes anorganisches Material beständig ist.

   6. Ausflußdüse nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenblock (54) aus Bornitrid oder Graphit besteht.

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